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[TECHNISCHES GEBIET]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rotoren.
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[STAND DER TECHNIK]
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In der herkömmlichen Praxis werden Motoren als Antriebsquellen verschiedener Typen von Vorrichtungen und Produkten verwendet. Beispielsweise werden Motoren für Büromaschinen wie etwa Drucker und Kopierer, verschiedene Arten von elektrischen Haushaltsgeräten und Leistungsunterstützungsquellen für Fahrzeuge wie Kraftfahrzeuge und Fahrräder mit Hilfskraft verwendet. Insbesondere werden bürstenlose Motoren manchmal im Hinblick auf erhöhte Lebensdauer und verringerten Lärm als Antriebsquellen von beweglichen Teilen mit hoher Betriebsfrequenz verwendet.
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Ein Motor mit internem Permanentmagnet (IPM), bei dem ein Permanentmagnet in einen Rotor eingebettet ist, ist als ein Typ eines solchen bürstenlosen Motors bekannt. Beispielsweise sind elektrische Motoren bekannt, bei denen mehrere plattenartige Magneten radial in ein Rotorjoch eingebettet sind und die Magneten derartig verteilt sind, dass sich die gleichen Pole gegenüberliegender Magneten jeweils gegenseitig in einer umlaufenden Richtung des Jochs gegenüberliegen (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
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Bei diesen elektrischen Motoren sind ein scheibenförmiger Hilfspermanentmagnet und ein hinteres Joch, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, an beiden axialen Endflächen des Rotors vorgesehen, um den magnetischen Fluss, der aus dem in axialer Richtung in das Rotorjoch eingebetteten Magneten streut, zu verringern.
[Patentdokument 1]
JP2014-150660 -
[DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM]
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Der oben erwähnte Hilfspermanentmagnet kann durch Magnetisieren einer aus magnetischem Material ausgebildeten Komponente gefertigt werden, um mehrere magnetische Pole unter Verwendung des magnetisierten Jochs herzustellen. Weiterhin kann ein magnetischer Körper vor dem Magnetisieren des Hilfspermanentmagneten an dem hinteren Joch befestigt werden, um den Hilfspermanentmagneten mit Präzision an dem Rotor zu positionieren.
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Wenn der Hilfspermanentmagnet durch Magnetisieren der Oberfläche des magnetischen Körpers, der an dem hinteren Joch befestigt ist, gefertigt wird, um mehrere magnetische Pole herzustellen, wird der magnetische Fluss, der für eine Magnetisierung verfügbar ist, aufgrund eines Wirbelstroms und eines Magnetfluss-Kurzschlusses, der durch das hintere Joch verursacht wird, reduziert. Als Ergebnis wird eine große Magnetisierungsstromstärke erforderlich sein, um die gewünschte Leistung zu erzielen. Unterdessen wird in dem Fall, in dem ein Hilfspermanentmagnet, der im Voraus magnetisiert worden ist, an dem hinteren Joch fixiert wird, eine Anziehungskraft ausgeübt, so dass es schwierig ist, den Hilfspermanentmagneten mit Präzision zu positionieren, was Raum zu Produktivitätsverbesserungen (oder: Verbesserungen in der Produktion; Verbesserungen im Leistungspotential; Verbesserungen im Leistungsvermögen) lässt.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem oben genannten Problem und ein Ziel davon ist es, einen hochproduktiven (oder: leicht herzustellenden; hocheffizienten) Rotor bereitzustellen, der dazu fähig ist, das gewünschte Leistungsvermögen zu zeigen.
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[MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS]
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Der Rotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: einen kreisförmigen Rotorkern, in dem mehrere Magnetpole in einer Umfangsrichtung an einer Außenumfangsfläche ausgebildet sind; einen Hilfsmagneten, der eine Dicke t aufweist und auf einer axialen Endfläche des Rotorkerns so angeordnet ist, dass er dem Rotorkern zugewandt ist; ein plattenförmiges Montageelement, das eine Dicke t1 aufweist und auf dem der Hilfsmagnet montiert ist; und ein plattenförmiges hinteres Joch, das eine Dicke t2 aufweist, gegenüber dem Rotorkern angeordnet ist und den Hilfsmagneten und das Montageelement umschließt.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann der Hilfsmagnet magnetisiert werden, während er an dem Montageelement montiert ist. Daher kann die Dicke und die Materialqualität des Montageelements passend zur Magnetisierung gewählt werden.
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Die Dicke t1 des Montageelements kann kleiner als die Dicke t2 des hinteren Jochs sein. Dies ermöglicht, dass der Hilfsmagnet magnetisiert wird, während er an dem Montageelement, das dünner als das hintere Joch ist, montiert ist. Dementsprechend können ein Wirbelstrom und ein Magnetfluss-Kurzschluss im Vergleich mit einem Fall, in dem der Hilfsmagnet an dem hinteren Joch befestigt ist, das eine relativ große Dicke für die Magnetisierung aufweist, reduziert werden.
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Die Dicke t1 des Montageelements kann weniger als die Hälfte der Dicke t des Hilfsmagneten betragen. Dies kann einen Wirbelstrom und einen Magnetfluss-Kurzschluss in dem Montageelement weiter reduzieren. Indem sichergestellt wird, dass die Dicke t1 des Montageelements 0,1–0,8 [mm] ist, können ein Wirbelstrom und ein Magnetfluss-Kurzschluss in dem Montageelement weiter reduziert werden.
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Das Montageelement kann aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet sein. Dies ermöglicht, dass das Montageelement auch als ein hinteres Joch des Rotors fungiert. Daher wird das Leistungsvermögen des Motors verbessert, indem der auf diese Weise ausgebildete Rotor verwendet wird. Das Montageelement kann aus einem elektromagnetischen Stahlblech ausgebildet sein. Dies verringert einen Wirbelstrom, der in dem Montageelement erzeugt wird und den Magnetisierungsprozess behindert.
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Der Hilfsmagnet kann ein ringförmiger Seltenerdmagnet sein. Die magnetische Koerzitivkraft des Seltenerdmagneten kann 1000 [A/m] oder mehr betragen. Um einen Seltenerdmagneten, der eine hohe magnetische Koerzitivkraft aufweist, vollständig zu magnetisieren und das Potenzial seines Leistungsvermögens zu nutzen, wird ein hohes Magnetisierungs-Magnetfeld benötigt. Daher ist der Einfluss eines Wirbelstroms und eines Magnetfluss-Kurzschlusses, die zu dem Zeitpunkt der Magnetisierung auftreten, auf das Leistungsvermögen des Magneten relativ und im Vergleich zu dem Fall eines Ferritmagneten, der eine relativ geringe magnetische Koerzitivkraft aufweist, größer. Es wird deshalb bevorzugt, den Hilfsmagneten zu magnetisieren, während er auf dem dünnen Montageelement montiert ist, wie es oben für den Fall beschrieben ist, in dem ein Seltenerdmagnet, der eine hohe magnetische Koerzitivkraft aufweist, als der Hilfsmagnet verwendet wird.
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Der Rotorkern kann mehrere plattenförmige Magneten und mehrere Magnethalter, die radial um eine Drehwelle ausgebildet sind, umfassen. Die plattenförmigen Magnete können so in den Magnethaltern aufgenommen sein, dass die gleichen magnetischen Pole von benachbarten Magneten einander in der Umfangsrichtung des Rotorkerns zugewandt sind. N-Pole und S-Pole können abwechselnd in der Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns ausgebildet sein.
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Der Hilfsmagnet kann so ausgelegt sein, dass N-Pole und S-Pole abwechselnd auf einer Oberfläche des Hilfsmagneten in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, die der axialen Endfläche des Rotorkerns zugewandt ist.
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Schlitze können in dem Montageelement ausgebildet sein, so dass sie zwischen jeweiligen Paaren von N-Polen und S-Polen des Hilfsmagneten angeordnet sind, wenn der Hilfsmagnet an dem Montageelement montiert ist. Dies kann Magnetfluss-Kurzschlüsse in dem Montageelement weiter reduzieren.
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Ein Positionierungsmechanismus, der den Rotorkern und den Hilfsmagneten positioniert, kann ferner vorgesehen sein. Ein Riss bildet sich leicht in einem Hilfsmagneten, der von einem Seltenerdmagneten verkörpert ist. Aus diesem Grund kann der Positionierungsmechanismus in dem Montageelement und dem hinteren Joch anstelle des Hilfsmagneten, der relativ schwierig zu bearbeiten ist, vorgesehen sein.
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Eine Summe der Dicke t2 des hinteren Jochs und der Dicke t1 des Montageelements kann die Hälfte der Dicke t des Magneten oder mehr betragen. Dies kann den Magnetfluss, der aus dem Rotor streut, weiter reduzieren. Eine Summe der Dicke t2 des hinteren Jochs und der Dicke t1 des Montageelements kann das 1,5-Fache der Dicke t des Magneten oder weniger betragen. Dies verhindert, dass die Größe und das Gewicht des Rotors erhöht werden, und verringert gleichzeitig den magnetischen Fluss, der aus dem Rotor streut.
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Ein Motor kann Folgendes umfassen: einen rohrförmigen Stator, der mit mehreren Wicklungen versehen ist; einen Rotor, der in einer Mitte des Stators vorgesehen ist; und eine Leistungszufuhr, die Leistung in die mehreren Wicklungen des Stators speist.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors. Das Verfahren umfasst Folgendes: Montieren und Fixieren eines magnetischen Körpers an einem Montageelement, das eine Dicke t1 aufweist; Ausbilden eines Hilfsmagneten, in dem N-Pole und S-Pole abwechselnd in einer Umfangsrichtung auf einer Endfläche des Magnetkörpers ausgebildet sind, unter Verwendung einer Magnetisierungsvorrichtung; und Laminieren eines plattenförmigen hinteren Jochs, das eine Dicke t2 (t2 > t1) aufweist, auf das Montageelement.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann der Hilfsmagnet magnetisiert werden, während er an dem Montageelement, das dünner als das hintere Joch ist, montiert ist. Dementsprechend werden ein Wirbelstrom und Magnetfluss-Kurzschlüsse verglichen mit einem Fall, in dem der Hilfsmagnet an dem hinteren Joch befestigt ist, das eine relativ große Dicke für die Magnetisierung aufweist, reduziert.
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Mögliche Kombinationen der vorher genannten konstituierenden Elemente und Implementierungen der Erfindung in Form von Verfahren, Vorrichtungen und Systemen können zudem als zusätzliche Arten (oder: Ausführungsformen) der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
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[VORTEIL DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG]
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein hochproduktiver (oder: leicht herzustellender; hocheffizienter) Rotor, der dazu geeignet ist, das erwünschte Leistungsvermögen zu zeigen, bereitgestellt.
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[KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
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1 ist eine Querschnittsansicht eines bürstenlosen Motors gemäß einer Ausführungsform;
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Rotors gemäß der Ausführungsform;
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3 ist eine schematische Darstellung, die ein beispielhaftes Magnetisierungsverfahren zeigt;
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4 ist eine schematische Darstellung, die das Magnetisierungsverfahren gemäß der Ausführungsform zeigt;
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5 ist eine Seitenansicht, die zeigt, dass das hintere Joch auf den magnetisierten Z-Magneten laminiert ist;
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6 ist eine schematische Darstellung, die die Form des hinteren Jochs gemäß einer Variante 1 zeigt;
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7 ist eine Vorderansicht des Montageelements gemäß einer Variante 2;
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8 ist eine Vorderansicht des Montageelements gemäß einer Variante 3; und
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9 ist eine Vorderansicht des Montageelements gemäß einer Variante 4.
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[ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG]
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Eine Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. Gleiche Bezugszeichen entsprechen gleichen Elementen, so dass die Beschreibung dementsprechend weggelassen wird. Die unten beschriebenen Strukturen dienen nur veranschaulichenden Zwecken und begrenzen den Geltungsbereich (oder: Schutzbereich) der vorliegenden Erfindung nicht. Ein bürstenloser Motor eines Innenrotortyps ist unten beispielhaft beschrieben.
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[Bürstenloser Motor]
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1 ist eine Querschnittsansicht eines bürstenlosen Motors gemäß einer Ausführungsform. Ein bürstenloser Motor (im Folgenden als ”Motor” bezeichnet) 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Frontglocke 10, einen Rotor 12, einen Stator 14, eine Endglocke 16, ein Gehäuse 18 und einen Leistungszufuhrabschnitt 20.
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Die Frontglocke 10, die ein plattenförmiges Element ist, hat nicht nur ein Loch 10a, das in einem mittleren Teil ausgebildet ist, so dass eine Drehwelle 24 dort hindurch verlaufen kann, sondern hat auch eine Vertiefung 10b, die ein Lager 22a hält und in der Nähe des Lochs 10a ausgebildet ist. Die Endglocke 16, die ein plattenförmiges Element ist, hat nicht nur ein Loch 16a, das in einem mittleren Teil ausgebildet ist, so dass die Drehwelle 24 dort hindurch verlaufen kann, sondern hat auch eine Vertiefung 16b, die ein Lager 22b hält und in der Nähe des Lochs 16a ausgebildet ist. Das Gehäuse 18 ist ein rohrförmiges Element. Die Frontglocke 10, die Endglocke 16 und das Gehäuse 18 bilden eine Einhausung eines Motors 100.
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[Rotor]
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Rotors gemäß der Ausführungsform. Der Rotor 12 ist mit einem kreisförmigen Rotorkern 26, mehreren θ-Magneten 28, einem Z-Magneten 29, der von einem Paar ringförmiger Hilfsmagneten, die auf den axialen Endflächen des Rotorkerns angeordnet sind, so dass sie jeweils dem Rotorkern 26 zugewandt sind, verkörpert ist, ringförmigen Montageelementen 30, die dazu ausgelegt sind, die Z Magneten jeweils während der Magnetisierung an vorbestimmten Positionen zu fixieren, und einem ringförmigen hinteren Joch 31 versehen. Der Z-Magnet 29 und das Montageelement 30 sind haftend aneinander fixiert. Der Z-Magnet 29 und das Montageelement 30 sind von dem Rotorkern 26 und dem hinteren Joch 31 umschlossen.
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Der Z-Magnet 29 ist so ausgelegt, dass N-Pole und S-Pole unter Verwendung eines unten beschriebenen Magnetisierungsverfahrens in der Umfangsrichtung auf der Oberfläche, die der axialen Endfläche des Rotorkerns 26 zugewandt ist, und auf der gegenüberliegenden Oberfläche abwechselnd ausgebildet sind.
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Ein Durchgangsloch, in dem die Drehwelle 24 eingesetzt und fixiert ist, ist in der Mitte des Rotorkerns 26 ausgebildet. Der Rotorkern 26 umfasst zudem mehrere Magnethalter 26a, in denen die θ-Magneten 28 eingesetzt und fixiert sind. Die θ-Magnete 28 sind Elemente von einer Plattenform, die der Form der Magnethalter 26a entspricht.
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In dem Rotorkern 26 sind mehrere plattenförmige Elemente laminiert. Jedes der mehreren plattenförmigen Elemente ist durch Ausstanzen eines nichtorientierten elektromagnetischen Stahlblechs (beispielsweise eines Siliziumstahlblechs) oder durch Pressformen eines kaltgewalzten Stahlblechs in eine vorbestimmte Form hergestellt. Die Magnethalter 26a sind radial um die Drehwelle des Rotorkerns 26 ausgebildet.
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Die θ-Magneten 28 sind in den Magnethaltern 26a so aufgenommen, dass die gleichen Magnetpole benachbarter θ-Magneten einander in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 26 zugewandt sind. Mit anderen Worten sind die θ-Magneten 28 so ausgelegt, dass zwei Hauptflächen, deren Flächeninhalte die größten unter den sechs Flächen eines jeden der benachbarten θ-Magnete 28, die in etwa rechteckige Spate darstellen, sind, jeweils ein N-Pol und ein S-Pol sind. Somit sind die Linien der Magnetkraft, die aus den Hauptflächen des θ-Magneten 28 hervortreten, von einem Bereich, die zwischen zwei benachbarten θ-Magneten 28 angeordnet ist, aus dem Rotorkern 26 nach außen gerichtet. Als Folge fungiert der Rotor 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als 16 Magneten, so dass 8 N-Pole und 8 S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsfläche des Rotors 12 ausgebildet sind. Ferner werden auch die Linien der Magnetkraft, die aus den θ-Magneten 28 austreten und nach außen in die axiale Richtung gerichtet sind, erzeugt. Der magnetische Fluss in axialer Richtung trägt nicht zu der Motorleistung bei, sondern führt im Gegenteil zu Verlusten. Aus diesem Grund wird der magnetische Fluss, der in axiale Richtung gerichtet ist, durch die Z-Magneten 29 und das hintere Joch 31 eingeschränkt und in Richtung des Stators 14 gelenkt.
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Der θ-Magnet 28 ist beispielsweise ein Verbundmagnet, ein gesinterter Magnet oder dergleichen. Der Verbundmagnet ist ein Magnet, der ausgebildet wird, indem ein magnetisches Material mit einem Gummi- oder Harzmaterial verknetet wird und das resultierende Material dann einem Spritzgießen oder Formpressen unterzogen wird. Wenn der Verbundmagnet verwendet wird, wird eine hochgenaue C-Fläche (schiefe Ebene) oder R-Fläche erhalten, ohne irgendeine Nachbearbeitung auszuführen. Auf der anderen Seite ist der gesinterte Magnet ein Magnet, der durch Sintern von gepulverten magnetischen Materialien bei hohen Temperaturen ausgebildet wird. Es ist wahrscheinlicher, dass der gesinterte Magnet die Restmagnetflussdichte verbessert als der Verbundmagnet. Beispiele von Materialien für den Magneten umfassen Ferrit-Magnete und Seltenerdmagnete.
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[Stator]
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Ein Statorkern 36 des Stators 14 ist ein zylindrisches Element, in dem mehrere plattenförmige Statorjoche laminiert sind. Das Statorjoch ist so ausgelegt, dass mehrere Zähne (Zähne) so ausgebildet sind, dass sie sich von dem Innenumfang des Ringabschnitts zur Mitte hin erstrecken.
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Ein Isolator 42 wird wie in 1 gezeigt an jedem der Zähne befestigt. Dann wird ein Leiter für jeden der Zähne 40 um den Isolator 42 gewickelt ist, um eine Statorwicklung 43 zu bilden. Dann wird der Rotor 12 in der Mitte des Stators 14 angeordnet, der durch die obigen Prozesse vervollständigt worden ist.
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Somit umfasst der Motor 100 gemäß der Ausführungsform Folgendes: den rohrförmigen Stator 14, in dem mehrere Statorwicklungen 43 angeordnet sind; den Rotor 12, der in der Mitte des Stators 14 vorgesehen ist; und den Stromzufuhrabschnitt 20, der dazu ausgelegt ist, Leistung an die mehreren Wicklungen 43 des Stators 14 zu liefern.
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[Magnetisierungsverfahren]
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3 ist eine schematische Darstellung, die ein beispielhaftes Magnetisierungsverfahren zeigt. Eine Anziehungskraft wird ausgeübt, wenn ein Z-Magnet 50 allein magnetisiert wird, bevor er an einem hinteren Joch 52 befestigt wird. Es wird daher schwierig, die Pole zu positionieren. Ein Ansatz, um dies zu beheben, ist es, den Z-Magneten 50 an einer vorbestimmten Position relativ zu dem hinteren Joch 52 zu befestigen, bevor er mit Präzision magnetisiert wird, und zwar unter Verwendung von Positionierungsmitteln, die in dem hinteren Joch vorgesehen sind. Wenn beispielsweise der Z-Magnet 50 und das hintere Joch 52 durch mehrere Paare von magnetisierenden Jochen 54a und 54b umschlossen sind und ein elektrischer Strom in den Spulen induziert wird, um eine große Anzahl von Magnetpolen auf der Endfläche des Z-Magneten 50 zu bilden, wird der magnetische Fluss in der Richtung des Pfeils A so erzeugt, dass er durch die Z-Magneten 50 und das hintere Joch 52 verläuft. In diesem Prozess wird der magnetische Fluss in der Richtung des Pfeils B in dem hinteren Joch 52 aufgrund eines Wirbelstroms erzeugt. Wenn der Magnetpol in dem Z-Magneten 50, der durch das benachbarte magnetisierende Joch ausgebildet wird, die entgegengesetzte Polarität aufweist, wird ein Kurzschluss (Magnetfluss-Kurzschluss) über das hintere Joch 52 von dem magnetischen Fluss in der Richtung des Pfeils C erzeugt.
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Der magnetische Fluss, der durch einen Wirbelstrom und einen Magnetfluss-Kurzschluss erzeugt wird, verringert den magnetischen Fluss, der zur Magnetisierung des Z-Magneten 50 verfügbar ist. Es ist daher erwünscht, den magnetischen Fluss, der durch einen Wirbelstrom und einen Magnetfluss-Kurzschluss erzeugt wird, zu reduzieren. Unterdessen muss der magnetische Fluss des θ-Magneten 28 in der axialen Richtung reduziert und auf den Stator gerichtet werden, um das Motorleistungsvermögen zu verbessern. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, eine gewisse Dicke des hinteren Jochs 52 bereitzustellen.
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Dementsprechend ist der Rotor gemäß der Ausführungsform so ausgebildet, dass das Montageelement 30, das eine geringere Dicke als ein gewöhnliches hinteres Joch aufweist, für die Positionierung und Magnetisierung verwendet wird und das hintere Joch 31, das eine gewünschte Dicke aufweist, anschließend laminiert wird.
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4 ist eine schematische Darstellung, die das Magnetisierungsverfahren gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. 5 ist eine Seitenansicht, die zeigt, dass das hintere Joch auf den magnetisierten Z-Magneten laminiert ist.
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Wie in 4 gezeigt wird der Z-Magnet 29, der von einem ringförmigen ferromagnetischen Körper verkörpert ist, auf dem plattenförmigen Montageelement 30, das eine Dicke t1 aufweist, montiert und fixiert. Die mehreren Paare von magnetisierenden Jochen 54a und 54b werden verwendet, um den Z-Magneten 29 zu magnetisieren. Auf diese Weise wird der Z-Magnet 29 als Hilfsmagnet, in dem N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, auf der Endfläche des ferromagnetischen Körpers ausgebildet. Wie in 5 gezeigt wird dann das plattenförmige hintere Joch 31, das eine Dicke t2 aufweist, auf das Montageelement 30 laminiert.
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Das Magnetisierungsverfahren gemäß der Ausführungsform kann den Z-Magneten 29, der an dem Montageelement 30 montiert ist, so magnetisieren, dass er ein gewünschtes Leistungsvermögen aufweist, indem das Montageelement 30 so ausgelegt wird, dass es eine Dicke und eine Materialqualität hat, die zur Magnetisierung geeignet ist.
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Die Dicke t1 des Montageelements 30 ist kleiner als die Dicke t2 des hinteren Jochs 31. Dies ermöglicht, dass der Z-Magnet 29 magnetisiert wird, während er an dem Montageelement 30 montiert ist, das dünner als das hintere Joch 31 ist. Somit werden, wenn das Montageelement 30 aus einem magnetischen Metall ausgebildet ist, der magnetische Fluss, der durch einen Wirbelstrom erzeugt wird, (Magnetfluss in der Richtung B', die in 4 gezeigt ist) und Magnetfluss-Kurzschlüsse (Magnetfluss in der Richtung des Pfeils C', der in 4 gezeigt ist) verglichen mit einem Fall, in dem der Z-Magnet 29 an dem hinteren Joch befestigt ist, das eine relativ große Dicke für die Magnetisierung aufweist, reduziert. Als Ergebnis wird der magnetische Fluss in der Richtung des Pfeils A', der so erzeugt wird, dass er durch den Z-Magneten 50 und das hintere Joch 52 verläuft, erhöht, so dass der Z-Magnet 29 mit einer stärkeren Magnetkraft ausgebildet wird. Mit anderen Worten kann ein magnetisierendes Joch einer kleineren Größe für die Magnetisierung zum Zweck des Erhaltens des Z-Magneten 29 mit einer gegebenen Magnetkraft verwendet werden, so dass es einfach ist, den Z-Magneten 29 mit einer größeren Anzahl von Magnetpolen zu fertigen. In dem Fall, in dem das Montageelement 30 aus einem nichtmagnetischen Metall ausgebildet ist, wird verglichen mit einem Fall, in dem der Z-Magnet 29 für die Magnetisierung an einem dickeren hinteren Joch befestigt ist, der magnetische Fluss, der durch einen Wirbelstrom erzeugt wird, reduziert und ein Magnetfluss-Kurzschluss tritt nicht auf.
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In dem Fall, in dem ein nichtmagnetisches, nichtmetallisches Material (beispielsweise ein Harzmaterial wie etwa Polyamid) für das Montageelement 30 verwendet wird, wird ein Wirbelstrom oder ein Magnetfluss-Kurzschluss nicht erzeugt, wenn der Z-Magnet 29 magnetisiert wird, sondern der Z-Magnet 29 und das magnetisierende Joch können in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet werden, indem sichergestellt wird, dass die Dicke t1 des Montageelements kleiner als die Dicke t2 des hinteren Jochs 31 ist. Daher wird der streuende Magnetfluss reduziert und der Z-Magnet 29 wird so magnetisiert, dass er ein gewünschtes Leistungsvermögen aufweist. Ferner sind der Z-Magnet 29 und das hintere Joch 31 in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, nachdem der Motor zusammengebaut worden ist. Dementsprechend wird das Motorleistungsvermögen verbessert.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist der Rotor 12 mit dem kreisförmigen Rotorkern 26, in dem mehrere Magnetpole in der Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsfläche ausgebildet sind, den ringförmigen Z-Magneten 29, die an den axialen Endflächen des Rotorkerns 26 so angeordnet sind, dass sie jeweils dem Rotorkern 26 zugewandt sind, den plattenförmigen Montageelementen 30 mit der Dicke t1, auf denen jeweils die Z-Magnete 29 montiert sind, und den plattenförmigen hinteren Jochen 31, die gegenüber dem Rotorkern 26 angeordnet sind, jeweils den Z-Magneten 29 und das Montageelement 30 dazwischen umschließen und die Dicke t2 aufweisen, versehen.
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Das Montageelement 30 muss eine Dicke innerhalb eines Bereichs aufweisen, der geeignet ist, die Form des Montageelements 30 aufrechtzuerhalten, wenn der Z-Magnet 29 daran montiert ist. Genauer gesagt ist es bevorzugt, dass die Dicke t1 des Montageelements 30 weniger als die Hälfte der Dicke t des Z-Magneten 29 beträgt. Noch bevorzugter liegt die Dicke t1 in einem Bereich von 0,1–0,8 [mm]. Noch deutlicher bevorzugt beträgt die Dicke t1 weniger als 0,4 mm. Dies kann einen Wirbelstrom und Magnetfluss-Kurzschlüsse in dem Montageelement 30 in dem Fall verringern, in dem das Montageelement 30 aus einem magnetischen Metall ausgebildet ist. In dem Fall, in dem das Montageelement 30 aus einem nichtmagnetischen Metall ausgebildet ist, wird ein Wirbelstrom, der in dem Montageelement 30 erzeugt wird, weiter verringert. In dem Fall, in dem das Montageelement 30 aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet ist, wird das Motorleistungsvermögen verbessert, indem ermöglicht wird, dass der Magnet und das hintere Joch in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet werden. Eine Summe der Dicke t2 des hinteren Jochs 31 und der Dicke t1 des Montageelements 30 kann die Hälfte der Dicke t des Z-Magneten 29 oder mehr betragen. Dies kann den Magnetfluss, der aus dem Rotor streut, weiter reduzieren. Eine Summe der Dicke t2 des hinteren Jochs 31 und der Dicke t1 des Montageelements 30 kann das 1,5-Fache der Dicke t des Z-Magneten 29 oder weniger betragen. Dies verhindert, dass die Größe und das Gewicht des Rotors erhöht werden und verringert gleichzeitig den magnetischen Fluss, der aus dem Rotor streut.
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Das Montageelement 30 kann alternativ aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet sein. Dies ermöglicht, dass das Montageelement 30 auch als ein hinteres Joch des Rotors 12 fungiert. Das Leistungsvermögen des Motors 100 wird durch Verwenden des auf diese Weise ausgebildeten Rotors 12 verbessert. Als weitere Alternative kann das Montageelement 30 aus elektromagnetischem Stahl ausgebildet sein. Dies verringert einen Wirbelstrom, der in dem Montageelement 30 erzeugt wird und den Magnetisierungsprozess behindert.
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Da der Z-Magnet 29 gemäß der Ausführungsform ein ringförmiger Seltenerdmagnet ist, bildet sich leicht ein Riss. Es ist daher schwierig, den Magneten zu bearbeiten, um Vorsprünge oder Löcher zur Positionierung zu bilden. Gemäß dem Magnetisierungsverfahren der Ausführungsform wird jedoch der Z-Magnet 29 vor der Magnetisierung an dem Montageelement 30 montiert und befestigt, so dass der Positionierungsmechanismus in dem Montageelement 30 bereitgestellt werden kann und der Z-Magnet 29 nicht in eine komplexe Form verarbeitet werden muss. Ferner wird, da das Montageelement 30 durch ein Element implementiert sein kann, das relativ einfach zu bearbeiten ist (z. B. elektromagnetischen Stahl), die Produktivität des Rotors (oder: Verbesserungen in der Produktion; Verbesserungen im Leistungspotential; Verbesserungen im Leistungsvermögen) verbessert.
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In dem Fall eines Seltenerdmagneten ist es bevorzugt, dass die magnetische Koerzitivkraft 1000 [A/m] oder mehr beträgt. Um das Potential des Leistungsvermögens eines Seltenerdmagneten mit einer so hohen magnetischen Koerzitivkraft zu nutzen, wird ein hohes Magnetisierungs-Magnetfeld benötigt. Daher ist der Einfluss eines Wirbelstroms und eines Magnetfluss-Kurzschlusses, die zu dem Zeitpunkt der Magnetisierung auftreten, auf die Leistungsfähigkeit des Magneten im Vergleich und relativ zu dem Fall eines Ferritmagneten, der eine relativ geringe magnetische Koerzitivkraft aufweist, größer. In dem Fall, in dem ein Seltenerdmagnet, der eine hohe magnetische Koerzitivkraft aufweist, für den Z-Magneten 29 verwendet wird, wird die Magnetkraft des Z-Magneten 29, der magnetisiert wird, sogar noch größer sein, wenn der Z-Magnet 29 magnetisiert wird, während er auf dem oben beschriebenen, dünnen Montageelement 30 montiert ist.
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Der Rotor 12 ist ferner mit einem Positionierungsmechanismus zum Positionieren des Rotorkerns 26 und des Z-Magneten 29 versehen. Wie oben beschrieben kann sich leicht ein Riss in dem Z-Magneten 29, der durch einen Seltenerdmagneten implementiert ist, bilden. Aus diesem Grund wird der Positionierungsmechanismus in dem Montageelement 30 und dem hinteren Joch 31 anstelle des Z-Magneten 29, das relativ schwierig zu verarbeiten ist, bereitgestellt. Genauer gesagt ist der Positionierungsmechanismus mit mehreren Löchern 26b, die in dem zylindrischen Teil innerhalb der Magnethalter 26a des Rotorkerns 26 ausgebildet sind, mehreren Löchern 30a, die in dem Montageelement 30 ausgebildet sind, mehreren Löchern 31a, die in dem hinteren Joch 31 ausgebildet sind, mehreren Befestigungsschrauben 56 und mehreren Positionierungsstiften 58 versehen.
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Die Befestigungsschraube 56 verläuft durch ein vorbestimmtes Loch 31a des hinteren Jochs 31 und ein vorbestimmtes Loch 30a des Montageelements 30 und wird in das Loch 26b des Rotorkerns 26 getrieben. Der Positionierungsstift 58 wird in einige der Löcher 31a und der Löcher 30a, in denen die Befestigungsschraube 56 nicht eingesetzt ist, eingesetzt, um das Montageelement 30 und das hintere Joch 31 relativ zu dem Rotorkern 26 zu positionieren. Dies positioniert das Montageelement 30, auf dem der Z-Magnet montiert ist, das hintere Joch 31 und den Rotorkern 26 relativ zueinander.
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(Variante 1)
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In dem Rotor 12, der in 2 gezeigt ist, weisen das Montageelement 30 und das hintere Joch 31 mit Ausnahme der Dicke im Wesentlichen die gleiche Form auf. Das hintere Joch 31 muss jedoch nur eine Breite aufweisen, die gleich derjenigen einer Endfläche 29a des Z-Magneten 29 ist, um die erforderliche Funktion zu bieten. 6 ist eine schematische Darstellung, die die Form des hinteren Jochs gemäß Variante 1 zeigt.
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Ein hinteres Joch 60 ist ein ringförmiges Element. Eine Breite W1 einer ringförmigen Endfläche 60a ist im Wesentlichen gleich einer Breite W2 der ringförmigen Endfläche 29a des Z-Magneten 29. Alternativ kann die Breite W1 der ringförmigen Endfläche 60a größer als die Breite W2 der ringförmigen Endfläche 29a des Z-Magneten 29 sein. Der Z-Magnet 29 und das hintere Joch 60 sind unter Verwendung eines Haftmittels an vorbestimmten Positionen auf dem Montageelement 30 fixiert.
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(Variante 2)
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7 ist eine Vorderansicht des Montageelements gemäß Variante 2; Schlitze 64 sind in dem Montageelement 62, das in 7 gezeigt ist, ausgebildet, so dass sie zwischen jeweiligen Paaren von N-Polen (Magnetpol 64d) und S-Polen (Magnetpol 64e) des Z-Magneten angeordnet sind, wenn der Z-Magnet 29 an dem Montageelement 62 montiert ist. Durch Ausbilden der Schlitze 64 wird der magnetische Fluss, der durch die Schlitze 64 verläuft, verringert, so dass Magnetfluss-Kurzschlüsse während der Magnetisierung verringert werden.
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(Variante 3)
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8 ist eine Vorderansicht des Montageelements gemäß Variante 3. Die Schlitze 64 eines Montageelements 66, das in 8 gezeigt ist, erstrecken sich aufgrund der ausgeschnittenen Teile 64a zu dem äußeren Umfangsteil. Daher wird verglichen mit dem Montageelement 62, das in 7 gezeigt ist, der magnetische Fluss, der von einem gegebenen Magnetpol 64d über einen Verbindungsteil 64b in dem äußeren Umfangsteil in Richtung eines benachbarten Magnetpols 64e gerichtet ist, verringert, so dass Magnetfluss-Kurzschlüsse während der Magnetisierung verringert werden.
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(Variante 4)
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9 ist eine Vorderansicht des Montageelements gemäß Variante 4. Zusätzlich zu den ausgeschnittenen Teilen 64a wird ein Montageelement 68, das in 9 gezeigt ist, mit Umfangsschlitzen 64c an den jeweiligen Enden der Schlitze 64 in Richtung der Mittelachse ausgebildet. Dies engt den magnetischen Pfad ein, der von dem Magnetpol 64d in Richtung des benachbarten Magnetpols 64e gerichtet ist. Daher wird verglichen mit dem Montageelement 66, das in 8 gezeigt ist, der magnetische Fluss, der von dem Magnetpol 64d über den inneren Umfangsteil in Richtung des benachbarten Magnetpols 64e gerichtet ist, verringert, so dass Magnetfluss-Kurzschlüsse während der Magnetisierung verringert werden.
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Wie oben beschrieben ist das Montageelement 30 des Rotors gemäß der Ausführungsform dazu ausgelegt, dünn zu sein, so dass ein großer Magnetisierungseffekt durch einen kleinen Magnetisierungsstrom erreicht wird, wenn das Montageelement 30, das ein hinteres Joch sein kann, an dem ringförmigen Z-Magneten 29 montiert ist. Unterdessen führt das dünne Montageelement 30 allein dazu, dass ein verringerter magnetischer Fluss für den Motor verfügbar ist, so dass das hintere Joch 31 zusätzlich laminiert wird, wenn der Motor zusammengebaut wird.
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Die Positionierung des Z-Magneten relativ zu dem Rotorkern fällt ins Gewicht. Daher wäre es ein Ansatz, das hintere Joch selbst mit einem Positionierungsmechanismus zu versehen. In diesem Fall wird der Z-Magnet an dem hinteren Jochs befestigt und magnetisiert, wobei der Positionierungsmechanismus verwendet wird, um den Z-Magneten zu positionieren. Der Z-Magnet wird an dem Rotorkern montiert, wobei die so erstellte Positionierung beibehalten wird. Jedoch ist der Magnetisierungs-Magnetfluss aufgrund eines Magnetfluss-Kurzschlusses oder Wirbelstroms, der in dem hinteren Joch erzeugt wird, in dem Fall reduziert, in dem ein hochwertiger Magnet (mit hoher Magnetkraft) magnetisiert wird, um eine große Anzahl von Magnetpolen zu erzeugen. Daher ist ein großer Magnetisierungsstrom erforderlich, um den notwendigen Magnetisierungseffekt zu erzielen. Abhängig von der Magnetqualität führte die mangelnde Fähigkeit des magnetisierenden Jochs gemäß dem Stand der Technik zu einem Scheitern am angemessenen Magnetisieren des Magneten.
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Dies wird durch das Magnetisierungsverfahren gemäß der Ausführungsform dadurch behoben, dass eine mehrpolige Magnetisierung eines hochwertigen Magneten mit einer relativ kleinen Stromstärke ermöglicht wird. Dementsprechend kann ein hochwertiger Magnet als Z-Magnet verwendet werden. Es sollte auch beachtet werden, dass der Z-Magnet gemäß der Ausführungsform nicht magnetisiert wird, bevor er an dem Montageelement befestigt worden ist, und so als Komponente einfach verwendet werden kann. Somit verbessern der Rotor und das Verfahren zum Fertigen des Rotors gemäß der Ausführungsform die Produktivität (oder: Verbesserungen in der Produktion; Verbesserungen im Leistungspotential; Verbesserungen im Leistungsvermögen) erheblich. Durch Verwenden eines hochwertigen Magneten als Z-Magneten können flache, kompakte Hochleistungsmotoren verwirklicht werden.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen begrenzt und geeignete Kombinationen oder Ersetzungen der Merkmale der Ausführungsformen (z. B. Motoren mit einer äußeren Rotorstruktur) sind ebenfalls durch die vorliegende Erfindung eingeschlossen. Die Ausführungsformen können durch Kombinationen, Umordnung der Prozessreihenfolge, Entwurfsänderungen usw. basierend auf dem Wissen von Fachleuten abgewandelt werden und solche Abwandlungen liegen auch im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung.
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[BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN]
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- 12 Rotor, 14 Stator, 24 Drehwelle, 26 Rotorkern, 26a Magnethalter, 26b Loch, 29 Z-Magnet, 29a Endfläche, 30 Montageelement, 30a Loch, 31 Hinteres Joch, 31a Loch, 36 Statorkern, 40 Zähne, 42 Isolator, 43 Statorwicklung, 50 Z-Magnet, 52 Hinteres Joch, 54a Magnetisierungsjoch, 56 Befestigungsschraube, 58 Stift, 60 Hinteres Joch, 60a Endfläche, 62 Montageelement, 64 Schlitz, 64a Ausgeschnittener Teil, 64b Verbindungsteil, 64c Umfangsschlitz, 64d, 64e Magnetpole
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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