-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor eines bürstenlosen Motors.
-
2. Beschreibung der verwandten Technik
-
In der herkömmlichen Praxis werden Motoren als Antriebsquellen von verschiedenen Vorrichtungen und Produkten verwendet. Zum Beispiel werden die Motoren für Bürogeräte, wie beispielsweise Drucker und Kopiergeräte, verschiedene Arten von elektrischen Haushaltsgeräten und Hilfskraftquellen von Fahrzeugen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen und motorunterstützen Fahrrädern, verwendet. Insbesondere werden bürstenlose Motoren angesichts ihrer längeren Lebensdauer und ihres reduzierten Geräuschpegels manchmal als Antriebsquellen von beweglichen Teilen mit hoher Betriebsfrequenz verwendet.
-
Als ein Typ solch eines bürstenlosen Motors ist ein Motor mit internem Dauermagneten (IPM für engl. interior permanent magnet) bekannt, wobei ein Dauermagnet in einen Rotor eingebettet ist. Zum Beispiel sind Elektrogeräte bekannt, in welchen eine Mehrzahl von plattenähnlichen Magneten radial in ein Rotorjoch eingebettet ist, und die Magneten derart angeordnet sind, dass die gleichen Pole von benachbarten Magneten einander in einer Umfangsrichtung des Jochs gegenüberliegen (siehe zum Beispiel
2 von Patentdokument 1). [Patentdokument 1] Japanische Übersetzung der Internationalen PCT-Anmeldeschrift Nr.
JP 2012-517209 -
Eines der Verfahren zur Verbesserung eines Drehmoments eines bürstenlosen Motors mit internem Dauermagneten besteht in der Verwendung eines Magneten mit hoher Restmagnetflussdichte. Wenn der Kurzschlussfluss innerhalb eines Rotors auftritt, wird die mittlere Magnetflussdichte am Außenumfang des Rotorjochs herabgesetzt. Dies wird bei den zuvor erwähnten Elektrogeräten geregelt, indem in der Nähe des Magneten ein Durchgangsloch, genannt Flussbarriere, mit hohem magnetischen Widerstand zum Verhindern von Kurzschlussfluss an den Enden des Magneten gebildet wird.
-
Die fächerförmigen Magnetpolstücke des Rotors im zuvor erwähnten Elektrogerät sind mit dem ringförmigen Teil um die Mittelachse verbunden und werden nur durch einen schmalen Bereich getragen, der sich zwischen benachbarten Flussbarrieren befindet. Aus diesem Grund werden die Magnetpolstücke des Rotors infolge von verschiedenen Kräften (Zentrifugalkraft und Magnetkraft), die auf die Rotormagnetstücke ausgeübt werden, wenn der Rotor gedreht wird, in Bezug auf die normale Position so verschoben (gerüttelt), dass Probleme, wie beispielsweise Drehgeräusche oder Rotorschäden, auftreten könnten.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung löst das Problem, und eine ihrer Aufgaben ist die Bereitstellung einer Technologie, die zum Realisieren eines hochrigiden und geräuscharmen bürstenlosen Motors imstande ist.
-
Ein Rotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Rotorkern; und eine Mehrzahl von Magneten. Der Rotorkern umfasst: einen ringförmigen Teil um ein Loch, in welches eine Drehwelle eingeführt wird; eine Mehrzahl von Magnetpolstücken, die radial um den ringförmigen Teil ausgebildet sind; und eine Mehrzahl von Magnethaltern, die radial zwischen benachbarten Magnetpolstücken ausgebildet sind. Eine Mehrzahl von ersten Magnetflusssperrteilen ist außerhalb des ringförmigen Teils und in jeweiligen Bereichen zwischen benachbartem Magnethaltern ausgebildet. Der Magnethalter umfasst einen zweiten Magnetflusssperrteil an einem Ende des Magnethalters zur Drehwelle. Die Magnete sind derart in den Magnethaltern untergebracht, dass die gleichen Magnetpole von benachbarten Magneten einander in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns gegenüberliegen, wobei der Rotorkern zwei Magnetpfade umfasst, die zwischen dem ersten Magnetflusssperrteil und den zwei zweiten Magnetflusssperrteilen benachbart zum ersten Magnetflusssperrteil ausgebildet sind. Die beiden Magnetpfade verzweigen sich in verschiedene Richtungen zum ringförmigen Teil vom Ende des Magnetpolstücks zur Drehwelle.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Lediglich als Beispiele werden nun Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung dienen und in welchen gleiche Elemente in mehreren Figuren die gleichen Bezugszeichen aufweisen, wobei:
-
1 eine allgemeine perspektivische Ansicht eines bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
-
2 eine Seitenansicht des bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
-
3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
-
4A eine Draufsicht von oben des Rotorkerns gemäß der Ausführungsform ist, und 4B eine Draufsicht von oben ist, die zeigt, wie der Magnet in den Rotorkern eingepasst wird, der in 4A dargestellt ist;
-
5 eine Draufsicht von oben des Rotorkerns ist, die den Magnetpfad gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
-
6 eine Draufsicht von oben des Rotorkerns ist, die den Magnetpfad gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
-
7A und 7B Draufsichten von oben des Rotorkerns gemäß der dritten Ausführungsform sind;
-
8 eine Draufsicht von oben des Rotorkerns ist, die den Magnetpfad gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
-
9 eine vergrößerte Ansicht eines wichtigen Teils des Magnetpfades gemäß der vierten Ausführungsform ist;
-
10A eine Draufsicht von oben eines einzelnen plattenförmigen Elements ist, das den Rotorkern gemäß der fünften Ausführungsform bildet, und 10B eine Draufsicht von oben des Rotorkerns gemäß der fünften Ausführungsform ist;
-
11 die relativen Positionen von zwei plattenförmigen Elementen darstellt, die aufeinander laminiert sind;
-
12 eine perspektivische Ansicht des Rotorkerns gemäß der fünften Ausführungsform ist; und
-
13 ein Graph ist, der einen geeigneten Bereich des Winkels α und des Winkels β im Rotor darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Dies soll nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung einschränken, sondern die Erfindung veranschaulichen.
-
Ein Rotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Rotorkern; und eine Mehrzahl von Magneten. Der Rotorkern umfasst: einen ringförmigen Teil um ein Loch, in welches eine Drehwelle eingeführt wird; eine Mehrzahl von Magnetpolstücken, die radial um den ringförmigen Teil ausgebildet sind; und eine Mehrzahl von Magnethaltern, die radial zwischen benachbarten Magnetpolstücken ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von ersten Magnetflusssperrteilen, die außerhalb des ringförmigen Teils und in jeweiligen Bereichen zwischen benachbarten Magnethaltern ausgebildet sind. Der Magnethalter umfasst einen zweiten Magnetflusssperrteil an einem Ende des Magnethalters zur Drehwelle. Die Magnete sind derart in den Magnethaltern untergebracht, dass die gleichen Magnetpole von benachbarten Magneten einander in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns gegenüberliegen, und der Rotorkern zwei Magnetpfade umfasst, die zwischen dem ersten Magnetflusssperrteil und den zwei zweiten Magnetflusssperrteilen benachbart zum ersten Magnetflusssperrteil ausgebildet sind. Die beiden Magnetpfade verzweigen sich in verschiedene Richtungen zum ringförmigen Teil vom Ende des Magnetpolstückes zur Drehwelle.
-
Der erste Magnetflusssperrteil und der zweite Magnetflusssperrteil unterbinden einen Kurzschluss des Magnetflusses, der aus dem Magneten hervorgeht, innerhalb des Rotorkerns. Demnach ist der Rotor gemäß der Ausführungsform für einen bürstenlosen Motor mit hohem Drehmoment geeignet. Da jedes Magnetpolstück durch die beiden Magnetpfade gehalten wird, wird die mechanische Festigkeit, mit der das Magnetpolstück am ringförmigen Teil fixiert wird, verbessert, und die Verschiebung des Magnetpolstücks während der Drehung des Rotors wird reduziert. Da sich die beiden Magnetpfade zum ringförmigen Teil in verschiedene Richtungen vom Ende des Magnetpolstücks zur Drehwelle verzweigen, wird die Verschiebung des Magnetpolstücks in Gegenwart von verschiedenen externen Kräften, die sich in der Richtung der Ausübung auf das Magnetpolstück unterscheiden, wirksam reduziert.
-
Die beiden Magnetpfade können in linearer Symmetrie in Bezug auf eine Mittellinie des Magnetpolstücks vorgesehen sein. Die gewährleistet, dass die Kraft, welche das Magnetpolstück hält, ungeachtet dessen, ob der Rotor im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, unverändert bleibt.
-
Der erste Magnetflusssperrteil und der zweite Magnetflusssperrteil können derart ausgelegt sein, dass: ein Winkel α, der durch eine gerade Linie L1 durch eine Mitte des Magnetpfades und eine Mittellinie L2 des Magnetpolstücks gebildet wird, größer als 0° ist, und ein Winkel β, der durch die gerade Linie L1 durch die Mitte des Magnetpfades und eine Ebene P1 gebildet wird, die eine Endfläche des Magneten zur Drehwelle umfasst, größer als 10° ist. Auf diese Weise werden der erste Magnetflusssperrteil und der zweite Magnetflusssperrteil so gebildet, dass sie eine geeignete Größe aufweisen.
-
Der zweite Magnetflusssperrteil kann durch ein Durchgangsloch, das sich in einer Richtung der Drehwelle erstreckt, und mit einer Funktion des Positionierens des Magneten in einer radialen Richtung vorgesehen sein. Eine umfängliche Breite eines Bereichs des zweiten Magnetflusssperrteils benachbart zum Magneten ist kleiner als eine umfängliche Breite des Magneten, der im Magnethalter untergebracht ist. Auf diese Weise wird der Kurzschlussfluss durch Verwenden einer einfachen Struktur reduziert. Demnach ist es nicht notwendig, den zweiten Magnetflusssperrteil so auszulegen, dass er eine spezielle Form zum Zwecke des Positionierens des Magneten in der radialen Richtung aufweist.
-
Der erste Magnetflusssperrteil kann ein Durchgangsloch sein, das sich in einer Richtung der Drehwelle erstreckt. Auf diese Weise wird der Kurzschlussfluss durch Verwenden einer einfachen Struktur reduziert.
-
Ein Außenumfang des Magnetpolstücks kann von einem benachbarten Magnetpolstück getrennt sein. Dies reduziert den Kurzschlussfluss in der Nachbarschaft der außenumfänglichen Endfläche des Magneten.
-
Vorausgesetzt, dass ein Krümmungsradius einer Außenumfangsfläche des Magnetpolstücks R ist, und der maximale Außendurchmesser des Rotorkerns L ist, wird R < L/3 erfüllt. Dies stellt einen bürstenlosen Motor bereit, der durch reduzierte Drehmomentänderung und gleichmäßige Drehung gekennzeichnet ist.
-
Der Motor kann einen rohrförmigen Stator, der mit einer Mehrzahl von Wicklungen versehen ist; den zuvor erwähnten Rotor, der in einer Mitte des Stators vorgesehen ist; und eine Stromeinspeisung zum Einspeisen von Strom in die Mehrzahl von Wicklungen des Stators umfassen. Dies erhöht die mittlere Magnetflussdichte am Außenumfang des Rotors und trägt zur Verbesserung des Motordrehmoments bei.
-
Optionale Kombinationen der zuvor erwähnten Bestandteile und Implementierungen der Erfindung in der Form von Verfahren, Vorrichtungen und Systemen können als zusätzliche Formen der vorliegenden Erfindung ebenfalls praktiziert werden. Gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird ein hochrigider und geräuscharmer bürstenloser Motor realisiert.
-
Es erfolgt eine Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Gleiche Bezugszeichen stellen gleiche Elemente dar, so dass die Beschreibung dementsprechend unterlassen wird. Die im Folgenden hierin beschriebenen Strukturen sind lediglich beispielhaft und schränken den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht ein. Ein bürstenloser Motor vom Typ mit Innenrotor wird im Folgenden als ein Beispiel beschrieben.
-
[Erste Ausführungsform]
-
(Bürstenloser Motor)
-
1 ist eine allgemeine perspektivische Ansicht eines bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform. 2 ist eine Seitenansicht des bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des bürstenlosen Motors gemäß der ersten Ausführungsform.
-
Der bürstenlose Motor (im Folgenden hierin manchmal auch als „Motor” bezeichnet) 10 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen säulenförmigen Rotor 12 mit einem Magneten, einen Stator 14 mit einem Raum in seiner Mitte zum Anordnen des Rotors 12, eine Frontglocke 16, einen Gehäusekörper 18 und eine Stromeinspeisung 19.
-
Die Frontglocke 16, die ein plattenförmiges Element ist, ist mit einem Loch 16a in der Mitte ausgebildet, so dass eine Drehwelle 20 dadurch durchtreten kann, und sie ist mit einer Aussparung 16b in der Nähe des Lochs 16a ausgebildet, um ein Lager 22 aufzunehmen. Die Frontglocke 16 hält über das Lager 22 einen Abschnitt der Drehwelle 20 des Rotors 12. Der Gehäusekörper 18 ist ein zylindrisches Element. Eine Aussparung 18b zur Aufnahme eines Lagers (nicht dargestellt) ist in der Mitte einer Basis 18a ausgebildet. Der Gehäusekörper 18 hält über das Lager einen anderen Abschnitt der Drehwelle 20 des Rotors 12. In der ersten Ausführungsform bilden die Frontglocke 16 und der Gehäusekörper 18 ein Gehäuseelement zum Unterbringen des Rotors 12 und des Stators 14.
-
(Rotor)
-
4A ist eine Draufsicht von oben des Rotorkerns gemäß der ersten Ausführungsform ist, und 4B ist eine Draufsicht von oben, die zeigt, wie der Magnet in den Rotorkern eingepasst wird, der in 4A dargestellt ist.
-
Der Rotor 12 umfasst einen kreisförmigen Rotorkern 26 und eine Mehrzahl von Magneten 28. Ein Durchgangsloch 26a, in welches die Drehwelle 20 eingeführt und in welchem diese fixiert wird, ist in der Mitte des Rotorkerns 26 ausgebildet. Der Rotorkern 26 umfasst ferner einen ringförmigen Teil 26c um das Durchgangsloch 26a, in welches die Drehwelle 20 eingeführt wird, eine Mehrzahl von fächerförmigen Magnetpolstücken 26d, die radial um den ringförmigen Teil 26c ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Magnethaltern 26b, die radial zwischen benachbarten Magnetpolstücken 26d ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von ersten Magnetflusssperrteilen 26e, die außerhalb des ringförmigen Teils 26c ausgebildet sind.
-
Der Magnet 28 wird in den Magnethalter 26b eingeführt und darin fixiert. Der Magnet 28 ist ein Element einer Plattenform, die der Form des Magnethalters 26b entspricht.
-
Die zuvor beschriebenen Elementen werden der Reihe nach zusammengebaut. Genauer gesagt wird eine Mehrzahl (d. h. vierzehn) von Magneten 28 in die entsprechenden Magnethalter 26 eingepasst, und die Drehwelle 20 wird in das Durchgangsloch 26a des Rotorkerns 26 eingeführt. Das Lager 22 wird dann an der Drehwelle 20 montiert.
-
(Rotorkern)
-
Der in 4A dargestellte Rotorkern 26 wird durch Laminieren einer Mehrzahl von plattenförmige Elementen gebildet. Jedes der Mehrzahl von plattenförmigen Elementen wird derart hergestellt, dass ein nicht ausgerichtetes elektromagnetisches Stahlblech (z. B. Siliciumstahlblech) durch Pressformen zu einer vorbestimmten Form ausgestanzt wird, wie in 4A dargestellt. Die Magnethalter 26b werden radial um die Drehwelle des Rotorkerns 26 gebildet. Der Rotorkern 26 kann durch Pulververdichtung hergestellt werden.
-
Wie in 4B dargestellt, sind die Magneten 28 derart in den Magnethaltern 26b untergebracht, dass die gleichen Magnetpole von benachbarten Magneten einander in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 26 gegenüberliegen. Mit anderen Worten sind die Magneten 28 derart ausgelegt, dass die Hauptflächen 28a und 28b, deren Oberflächenbereiche unter den sechs Flächen jedes der benachbarten Magneten 28, die ungefähr rechteckige Parallelepipede sind, am größten sind, ein N-Pol bzw. ein S-Pol sind. Demnach verlaufen die magnetischen Kraftlinien, die aus der Hauptfläche 28a des Magneten hervorgehen, von einem Bereich zwischen den beiden benachbarten Magneten 28 zur Außenseite des Rotorkerns 26. Folglich funktioniert der Rotor 12 gemäß der ersten Ausführungsform wie vierzehn Magneten, derart dass sieben N-Pole und sieben S-Pole abwechselnd am Außenumfang des Rotors 12 ausgebildet sind. Statt in der I-Form, die in 4B dargestellt ist, können die Magneten auch in einer V-Form angeordnet sein.
-
Der Magnet 28 ist zum Beispiel ein gebundener Magnet, ein gesinterter Magnet oder dergleichen. Der gebundene Magnet ist ein Magnet, der derart gebildet wird, dass ein magnetisches Material mit einem Kautschuk- oder Harzmaterial verknetet wird, und das resultierende Material dann einem Spritzgieß- oder Formpressverfahren unterzogen wird. Wenn der gebundene Magnet verwendet wird, wird eine hochgenaue C-Seite (geneigte Ebene) oder R-Seite erhalten, ohne jeglicher Nachbearbeitung unterzogen werden zu müssen. Andererseits ist der gesinterte Magnet ein Magnet, der derart gebildet wird, dass pulverförmige magnetische Materialien bei hoher Temperatur gesintert werden. Der gesinterte Magnet verbessert die Restmagnetflussdichte eher als der gebundene Magnet. Allerdings ist häufig die Nachbearbeitung erforderlich, um über eine hochgenaue C-Seite oder R-Seite zu verfügen.
-
Der Magnethalter 26b gemäß der ersten Ausführungsform ist mit einem zweiten Magnetflusssperrteil 26b1 am Ende des Magnethalters zur Drehwelle 20 (Durchgangsloch 26a) versehen. Der oben erwähnte erste Magnetflusssperrteil 26e ist zwischen den zweiten Magnetflusssperrteilen 26b1 benachbart zum ersten Magnetflusssperrteil 26e ausgebildet. Der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 sind so ausgelegt, dass sie einen Kurzschluss innerhalb des Rotorkerns 26 des Magnetflusses (der magnetischen Kraftlinien), der aus dem plattenförmigen Magneten 28 hervorgeht, unterbinden. Mit anderen Worten wird durch den ersten Magnetflusssperrteil 26e und den zweiten Magnetflusssperrteil 26b1 verhindert, dass die magnetischen Kraftlinien, die aus der Hauptfläche 28a des Magneten 28 hervorgehen, innerhalb des Rotorkerns 26 kurzgeschlossen werden. Der Bereich, durch welchen die magnetischen Kraftlinien verlaufen, wird Magnetpfad genannt. Je länger der Magnetpfad ist, umso höher ist der magnetische Widerstand, und umso schwieriger wird es für die magnetischen Kraftlinien, durch ihn durchzutreten.
-
(Magnetpfad)
-
5 ist eine Draufsicht von oben des Rotorkerns, die den Magnetpfad gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Der Rotorkern 26 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst zwei Magnetpfade 26f, die zwischen dem ersten Magnetflusssperrteil 26e und den zwei zweiten Magnetflusssperrteilen 26b1 benachbart zum ersten Magnetflusssperrteil 26e ausgebildet sind. Die beiden Magnetpfade 26f verzweigen sich zum ringförmigen Teil 26c in verschiedene Richtungen (d. h. in einer Y-Form) vom Ende des Magnetpolstücks 26d zum Durchgangsloch 26a.
-
Der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 unterbinden einen Kurzschluss des Magnetflusses, der aus dem Magneten 28 hervorgeht, innerhalb des Rotorkerns. Demnach ist der Rotor gemäß der Ausführungsform für einen bürstenlosen Motor mit hohem Drehmoment geeignet. Da jedes Magnetpolstück 26d durch die beiden Magnetpfade 26f in Bezug auf den ringförmigen Teil 26c gehalten wird, wird die mechanische Festigkeit, mit der das Magnetpolstück 26d am ringförmigen Teil 26c fixiert wird, verbessert, und die Verschiebung des Magnetpolstücks 26d während der Drehung des Rotors wird reduziert. Da sich die beiden Magnetpfade 26f zum ringförmigen Teil 26c in verschiedenen Richtungen vom Ende des Magnetpolstücks 26d zum Durchgangsloch 26a verzweigen, wird die Verschiebung des Magnetpolstücks 26d in Gegenwart von verschiedenen äußeren Kräften (Magnetkraft und Zentrifugalkraft), die sich in der Richtung der Ausübung auf das Magnetpolstück 26d unterscheiden, wirksam reduziert.
-
Wie in 5 dargestellt, sind die beiden Magnetpfade 26f gemäß der ersten Ausführungsform derart ausgebildet, dass die Längsrichtungen davon verschieden sind. Die beiden Magnetpfade 26f können in linearer Symmetrie in Bezug auf den Durchmesser des Rotorkerns 26 vorgesehen sein. Die gewährleistet, dass die Kraft, welche das Magnetpolstück 26d hält, ungeachtet dessen, ob der Rotor 12 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, unverändert bleibt.
-
Der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 sind derart ausgelegt, dass der Winkel α, der durch die gerade Linie L1 durch eine Mitte des Magnetpfades und die Mittellinie L2 des Magnetpolstücks 26d gebildet wird, größer als 0° ist, und der Winkel β, der durch die gerade Linie L1 durch die Mitte des Magnetpfades und eine Ebene P1 gebildet wird, welche die Endfläche 28c des Magneten 28 zur Drehwelle (durch das Durchgangsloch 26a) umfasst, größer als 10° ist. Durch derartiges Festlegen des Winkels α, dass er größer als 0° ist, und des Winkels β, dass er größer als 10° ist, werden der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 derart gebildet, dass sie eine Größe aufweisen, die zum Reduzieren des Kurzschlussflusses imstande ist. Im Rotor 26 gemäß der Ausführungsform beträgt der Winkel α etwa 30°, und der Winkel β beträgt etwa 47°.
-
Der Winkel α ist vorzugsweise 15° oder größer und insbesondere 30° oder größer. Ferner ist der Winkel β vorzugsweise 20° oder größer und insbesondere 30° oder größer. Auf diese Weise sind der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 so ausgebildet, dass sie eine geeignete Größe aufweisen, die imstande ist, den Kurzschlussfluss im Wesentlichen zu reduzieren.
-
Der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 sind dreieckige Durchgangslöcher, die sich in Richtung der Drehwelle (Richtung senkrecht auf die Oberfläche des Papiers) erstrecken. Auf diese Weise wird der Kurzschlussfluss durch Verwenden einer einfachen Struktur reduziert, die leicht herzustellen ist. Der erste Magnetflusssperrteil 26e kann die Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweisen. Der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 gemäß der ersten Ausführungsform sind hohle Bereiche, die mit Luft gefüllt sind, die eine geringe magnetische Durchlässigkeit aufweist. Alternativ kann eine Substanz mit geringer magnetischer Durchlässigkeit die Bereiche füllen. In diesem Fall wird die Festigkeit des Rotorkerns 26 als Ganzes verbessert.
-
Der zweite Magnetflusssperrteil 26b1 hat die Funktion des Positionierens des Magneten 28 in der radialen Richtung. Genauer gesagt ist die umfängliche Breite W1 eines Bereichs des zweiten Magnetflusssperrteils 26b1 benachbart zum plattenförmigen Magneten kleiner als die umfängliche Breite W2 des im Magnethalter 26b untergebrachten Magneten 28 ist. Demnach ist es nicht notwendig, den zweiten Magnetflusssperrteil 26b1 so auszulegen, dass er eine spezielle Form zum Zwecke des Positionierens des Magneten 28 in der radialen Richtung aufweist. Dies verbessert die Genauigkeit der Teile, die durch Ausstanzen der plattenförmigen Elemente des Rotorkerns 26 durch Pressformen hergestellt werden.
-
Ein Außenumfang 26g des Magnetpolstücks 26d gemäß der ersten Ausführungsform ist vom benachbarten Magnetpolstück 26d getrennt. Dies reduziert den Kurzschlussfluss in der Nachbarschaft der außenumfänglichen Endfläche des Magneten 28.
-
Vorausgesetzt, dass der Krümmungsradius eines Außenumfangs 26g des fächerförmigen Magnetpolstücks 26d R ist, und der maximale Außendurchmesser des Rotorkerns L ist, wird R < L/3 erfüllt. Dies realisiert einen bürstenlosen Motor, der durch reduzierte Drehmomentänderung und gleichmäßige Drehung gekennzeichnet ist.
-
Der Motor 10 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst den rohrförmigen Stator 14, der mit einer Mehrzahl von Wicklungen versehen ist, den zuvor erwähnten Rotor 12, der in der Mitte des Stators 14 vorgesehen ist, und die Stromeinspeisung 19 zum Einspeisen von Strom in die Mehrzahl von Wicklungen des Stators 14. Auf diese Weise wird die mittlere Magnetflussdichte am Außenumfang des Rotors erhöht, und gleichzeitig wird die mechanische Festigkeit des Rotors aufrechterhalten. Als Ergebnis wird ein hochrigider und geräuscharmer bürstenloser Motor mit hohem Drehmoment realisiert.
-
Der Abstand X1 im zweiten Magnetflusssperrteil 26b1 zwischen der Endfläche 28c des Magneten 28 und dem ringförmigen Teil 26c des Rotorkerns 26 beträgt vorzugsweise 0,5 mm oder mehr.
-
Vorausgesetzt, dass die Breite des schmalsten Teils an der Wurzel des Magnetpolstücks 26d W3 ist, und die Breite des Magnetpfades 26f W4 ist, können der erste Magnetflusssperrteil 26e und der zweiten Magnetflusssperrteil 26b1 so ausgelegt sein, dass sie W3 > 2 × W4 erfüllen. Dies macht es noch schwieriger für magnetische Kraftlinien, die aus der Hauptfläche des Magneten 28 hervorgehen, durch den Magnetpfad durchzutreten, und reduziert den Kurzschlussfluss noch erfolgreicher.
-
[Zweite Ausführungsform]
-
6 ist eine Draufsicht von oben des Rotorkerns, die den Magnetpfad gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Jene Komponenten, die gleich wie die Komponenten des Rotorkerns 26 gemäß der ersten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben wird nötigenfalls unterlassen.
-
Ein Rotorkern 30 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst zwei Magnetpfade 30f, die zwischen dem einem ersten Magnetflusssperrteil 30e und den zwei zweiten Magnetflusssperrteilen 30b1 benachbart zum ersten Magnetflusssperrteil 30e ausgebildet sind. Die beiden Magnetpfade 30f verzweigen sich zu einem ringförmigen Teil 30c in verschiedene Richtungen vom Ende eines Magnetpolstücks 30d zu einem Durchgangsloch 30a.
-
Der Hauptunterschied des Rotorkerns 30 gemäß der zweiten Ausführungsform gegenüber dem Rotorkern 26 gemäß der ersten Ausführungsform liegt in der Größe und Form des ersten Magnetflusssperrteils 30e und des zweiten Magnetflusssperrteils 30b1. Im Rotor 30 gemäß der zweiten Ausführungsform beträgt der Winkel α etwa 47°, und der Winkel β beträgt etwa 30°.
-
[Dritte Ausführungsform]
-
7A und 7B sind Draufsichten von oben des Rotorkerns gemäß der dritten Ausführungsform. In einem Rotorkern 32, der in 7A dargestellt ist, weisen ein erster Magnetflusssperrteil 32e und ein zweiter Magnetflusssperrteil 30b1 die Form eines Quadrats (gleichschenkeligen Trapezoids) auf. In einem Rotorkern 34, der in 7B dargestellt ist, weist ein erster Magnetflusssperrteil 34e die Form eines Kreises auf, und ein zweiter Magnetflusssperrteil 34b1 weist die Form eines Halbkreises auf. Wenn die Breite eines Magnetpfades 34f nicht einheitlich ist wie im Falle des Rotorkerns 34, könnte die gerade Linie L1 durch die Mitte des Magnetpfades 34f als eine gerade Linie senkrecht auf eine gerade Linie L3 durch eine Position definiert sein, an welcher der erste Magnetflusssperrteil 34e und der zweite Magnetflusssperrteil 34b1 einander am nächsten sind.
-
[Vierte Ausführungsform]
-
8 ist eine Draufsicht von oben des Rotorkerns, die den Magnetpfad gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines wichtigen Teils des Magnetpfades gemäß der vierten Ausführungsform. Jene Komponenten, die gleich wie die Komponenten des Rotorkerns 26 gemäß der ersten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben wird nötigenfalls unterlassen.
-
Ein Rotorkern 36 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst zwei Magnetpfade 36f, die zwischen dem einen ersten Magnetflusssperrteil 36e und zwei zweiten Magnetflusssperrteilen 36b1 benachbart zum ersten Magnetflusssperrteil 36e ausgebildet sind. Die beiden Magnetpfade 36f verzweigen sich zu einem ringförmigen Teil 36c in verschiedene Richtungen vom Ende eines Magnetpolstücks 36d zu einem Durchgangsloch 36a. Der Rotorkern 36 gemäß der vierten Ausführungsform ist insofern einzigartig, als der Magnetpfad 36f in der Mitte gebogen ist.
-
In diesem Fall kann die Linie L1 durch die Mitte des Magnetpfades 36f so definiert sein, wie folgt. Zum Beispiel könnte die gerade Linie L1 als eine Linie definiert sein, welche a) die Mitte einer Breite W5 zwischen einem radialen Ende 36e1 des ersten Magnetflusssperrteils 36e und einem umfänglichen Ende 36b2 des zweiten Magnetflusssperrteils 36b1 zum Magneten und b) die Mitte einer Breite W6 zwischen einem umfänglichen Ende 36e2 des ersten Magnetflusssperrteils 36e und einem radialen Ende 36b2 des zweiten Magnetflusssperrteils 36b1 verbindet.
-
[Fünfte Ausführungsform]
-
10A ist eine Draufsicht von oben eines einzelnen plattenförmigen Elements, das den Rotorkern gemäß der fünften Ausführungsform bildet, und 10B ist eine Draufsicht von oben des Rotorkerns gemäß der fünften Ausführungsform. 11 stellt die relativen Positionen von zwei plattenförmigen Elementen dar, die aufeinander laminiert werden. 12 ist eine perspektivische Ansicht des Rotorkerns gemäß der fünften Ausführungsform.
-
Wie in 10A dargestellt, bildet ein plattenförmiges Element 38 in Trennung weder zwei Typen von Magnetflusssperrteilen, noch bildet es zwei Magnetpfade für jedes Magnetpolstück. Genauer gesagt wird ein Magnetpolstück 38a durch einen einzigen Magnetpfad 38b gehalten. Wie in 11 dargestellt, ist ein Rotorkern 40 durch wiederholtes Laminieren eines plattenförmigen Elements 38 auf ein anderes plattenförmiges Element 28, Verschieben der plattenförmigen Elemente 38 voneinander um einen Drehwinkel für ein Magnetpolstück ((360/14)° im Falle der fünften Ausführungsform) und mechanisches Fixieren der Magnetpolstücke der jeweiligen plattenförmigen Elemente unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise Ansatzverstemmens (boss caulking), ausgebildet sein.
-
Wie in 10B dargestellt, vermittelt dies den Eindruck, dass ein einziges Magnetpolstück 38a durch zwei Magnetpfade 38b gehalten wird. Im Rotor 40 gemäß der fünften Ausführungsform wird der magnetische Widerstand des Magnetpfades 38b erheblich reduziert, und außerdem wird die mechanische Festigkeit des Magnetpolstücks 38a, wie laminiert, in Bezug auf einen ringförmigen Teil 38c, aufrechterhalten. Ferner wird Leckage von Magnetfluss in den Rotor im Wesentlichen reduziert.
-
[Geeigneter Bereich von Winkel α und Winkel β]
-
13 ist ein Graph, der einen geeigneten Bereich des Winkels α und des Winkels β im Rotor darstellt.
-
13 zeigt die Änderung der Werte der mittleren Magnetflussdichte des Rotors und der Rigidität des Magnetpolstücks aufgetragen auf die vertikale Achse, wobei die im Entwurf (Referenz) angestrebten Werte als 100% definiert sind. Zum Beispiel beträgt im Rotor gemäß der ersten Ausführungsform der Winkel α 30°, und der Winkel β beträgt 47°. Im Rotor gemäß der zweiten Ausführungsform beträgt der Winkel α 47°, und der Winkel β beträgt 30°.
-
Wenn der Winkel α größer als 0° ist, beträgt der Prozentsatz der Rigidität des Magnetpolstücks etwa 97% oder mehr in Bezug auf die Referenz, so dass genügend Rigidität des Magnetpolstücks gewährleistet ist. Wenn der Winkel größer als 10° ist, beträgt der Prozentsatz der mittleren Magnetflussdichte am Außenumfang des Rotors etwa 97% oder mehr in Bezug auf die Referenz, so dass die ausreichende Motorleistung geboten wird.
-
Wenn ferner der Winkel α 15° oder größer ist, und der Winkel β 20° oder größer ist, beträgt der Prozentsatz der Rigidität des Magnetpolstücks und der mittleren Magnetflussdichte am Außenumfang des Rotors etwa 98,5% oder mehr in Bezug auf die Referenz, so dass die sowohl die Anforderungen für die Rigidität des Magnetpolstücks als auch die Motorleistung auf einem höheren Niveau erfüllt werden können.
-
Wenn der Winkel α 30° oder größer ist, und der Winkel β 30° oder größer ist, beträgt der Prozentsatz der Rigidität des Magnetpolstücks 100% oder mehr in Bezug auf die Referenz und die mittlere Magnetflussdichte am Außenumfang des Rotors beträgt ungefähr 100% oder mehr in Bezug auf die Referenz, so dass es möglich ist, einen besser geeigneten Motor mit kompromissloser Qualität in Bezug auf die Magnetpolrigidität und die Motorleistung bereitzustellen.
-
Wenn der Winkel α vergrößert wird, beginnt der Prozentsatz der mittleren Magnetflussdichte am Außenumfang des Rotors über 47° hinaus auf unter 100% abzufallen. Wenn der Winkel β vergrößert wird, beginnt auch die Rigidität der Magnetpolstücke über 47° hinaus auf unter 100% abzufallen. Basierend auf dem Vorhergesagten wird der Rotor gemäß den Ausführungsformen vorzugsweise so ausgelegt, dass der Winkel α 30° bis 47° ist, und der Winkel β 30° bis 47° ist.
-
Es erfolgt nun eine Beschreibung der technischen Daten des bürstenlosen Motors, in dem die Ausführungsformen in geeigneter Weise verwendet werden können. Der Außendurchmesser des bürstenlosen Motors gemäß den Ausführungsformen beträgt etwa 30 bis 140 mm und vorzugsweise etwa 35 bis 85 mm. Die Anzahl von Nuten (Zähnen) des Stators beträgt zum Beispiel 12. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Magneten 10 oder 14. Die Magnetkraft (das Energieprodukt) des Magneten beträgt 8 MGOe oder mehr und vorzugsweise 10 MGOe oder mehr und insbesondere 30 MGOe oder mehr. Ferner beträgt der Durchmesser des Rotors vorzugsweise 20 bis 70 mm. Die Breite des zuvor beschriebenen Magnetpfades ist größer als die Dicke eines einzelnen plattenförmigen Elements, das den Rotorkerns bildet (etwa 0,35 bis 0,5 mm).
-
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf diejenigen beschränkt, die zuvor beschrieben wurden, sondern die vorliegende Erfindung umfasst auch entsprechende Kombinationen oder Ersetzungen der Merkmale der Ausführungsformen. Die Ausführungsformen können durch Kombinationen, Umordnen der Verarbeitungsfolge, Konstruktionsänderungen usw. basierend auf der Kenntnis eines Fachmanns modifiziert werden, wobei solche Modifikationen ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
