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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnetrotor (im Folgenden kurz: „Rotor”) für einen elektrischen Synchronmotor.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Als Rotor für einen elektrischen Synchronmotor werden üblicherweise entweder ein Rotor vom Radialtyp oder ein Rotor vom Flächenmagnettyp verwendet. Der Rotor von Radialtyp wird gestaltet durch ein aufeinanderfolgendes Anordnen eines Rotorkerns, der ein Joch bildet, und eines Permanentmagneten in einer umfänglichen Richtung auf eine alternierenden Weise. Andererseits wird der Rotor vom Flächenmagnettyp gestaltet durch ein aufeinanderfolgendes Ankleben von mehreren Permanentmagneten an eine Außenumfangsfläche eines zylindrischen Rotorkerns in einer umfänglichen Richtung.
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Auf die Permanentmagneten des oben beschriebenen Rotors wirkt eine Zentrifugalkraft, die einer Drehung des Rotors folgt, und eine magnetische Anziehungskraft aufgrund eines Magnetfelds eines Stators, der um den Rotor herum angeordnet ist, in einer radialen Richtung zur Außenseite des Rotors. Folglich müssen insbesondere bei dem Rotor vom Flächenmagnettyp die Permanentmagneten so befestigt werden, dass, selbst wenn die Zentrifugalkraft und die magnetische Anziehungskraft, wie oben beschrieben, für eine lange Zeitdauer auf die Permanentmagneten wirken, die Permanentmagneten nicht von der Außenumfangsfläche des Rotorkerns abgetrennt werden.
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Dementsprechend wurden bisher bei dem Rotor vom Flächenmagnettyp die in den 6 bis 8 gezeigten Permanentmagnet-Befestigungsverfahren vorgeschlagen. Die 6 bis 8 sind Diagramme, die jeweils eine vergrößerte Querschnittsstruktur eines Teils eines Rotors nach den herkömmlichen Verfahren 1 bis 3 zeigen. Insbesondere sind die Diagramme Ansichten, in denen eine Permanentmagnet-Befestigungsstruktur relativ zu einem Rotorkern aus einer Richtung entlang einer Drehachse des Rotors gesehen wird.
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In dem in 6 gezeigten herkömmlichen Verfahren 1 wird jeder von mehreren Permanentmagneten 101 durch einen Klebstoff oder ein Bindemittel 102 an eine Außenumfangsfläche eines Rotorkerns 103 gebondet und befestigt.
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In dem in 7 gezeigten herkömmlichen Verfahren 2 wird, während jeder der mehreren Permanentmagneten 101 aufeinanderfolgend auf der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 103 angeordnet ist, ein Isolationsband 104, wie beispielsweise ein Glasgewebe, um eine Außenumfangsfläche 101 des Rotorkerns 103 gewickelt. Dadurch ist jeder Permanentmagnet 101 zur Befestigung zwischen dem Rotorkern 103 und dem Isolationsband 104 zwischengelegt.
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In dem in 8 gezeigten herkömmlichen Verfahren 3 werden beide Seitenflächen der Permanentmagneten 101 in einer sich verjüngenden Form gebildet und mehrere Eingriffsbereiche 105 mit einer sich umgekehrt verjüngenden Form, die mit den beiden Seitenflächen der Permanentmagneten 101 in engem Eingriff stehen, aufeinanderfolgend an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 103 vorgesehen, wodurch jeder Permanentmagnet durch Ausnutzung eines Keileffekts festgehalten wird.
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Außerdem wird ein elektrischer Synchronmotor, der einen solchen Rotor, wie er oben beschrieben wird, umfasst, oft für eine Vorschubachse einer Werkzeugmaschine verwendet. Da die Gleichmäßigkeit einer Drehung des Elektromotors im großen Maße die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine beeinflusst, wird eine Gestaltung des Rotors derart, dass die Rastkraft (cogging force) des Elektromotors so klein als möglich ist, gesucht.
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Um die oben genannte Rastkraft in dem Rotor vom Flächenmagnettyp zu verringern, ist es notwendig, dass eine geeignet gekrümmte Fläche auf einer Oberfläche der Permanentmagneten, die einer Innenumfangsfläche des Stators gegenüberliegt, gebildet wird.
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Allgemein wird in dem Fall der Permanentmagneten, die wie oben beschrieben gestaltet sind, wie es beispielsweise in der
Patentoffenlegungsschrift Nr. H09-205747 als nationale Neuveröffentlichung der
internationalen PCT-Anmeldung 2006-008964 und der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2015-122842 offenbart wird, eine Dicke kleiner, ausgehend von einem Zentrumsbereich hin zu einem Endbereich der Permanentmagneten in der Umfangsrichtung des Rotorkerns (nicht gezeigt in den
6 bis
8).
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Ferner offenbaren die
japanische Patentoffenlegungsschrift H09-205747 als nationale Neuveröffentlichung der
internationalen Anmeldung Nr. 2006-008964 und die
japanische Patentoffeniegungsschrift Nr. 2015-122842 beispielsweise mehrere Vorsprungsbereiche (nicht gezeigt in den
6 bis
8), die auf eine Weise angeordnet sind, dass sie jeden Permanentmagneten zwischen sich aufnehmen und von dem Rotorkern in einer radialen Richtung zur Außenseite des Rotorkerns hervorstehen. Dann haben die Vorsprungsbereiche eine Form, um mit den Endbereichen der Permanentmagneten in der Umfangsrichtung des Rotorkerns in engem Eingriff zu stehen, so dass die Permanentmagneten nicht von dem Rotorkern abgetrennt werden.
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Wenn jedoch die Dicke der Permanentmagneten gestaltet ist, kleiner zu werden, ausgehend von dem Zentrumsbereich hin zu dem Endbereich der Permanentmagneten in der Umfangsrichtung des Rotorkerns, wie oben beschrieben wird, werden ein Permeabilitätskoeffizient und eine Entmagnetisierungsbeständigkeit umso mehr verringert je näher an den Endbereichen der Permanentmagneten. Als ein Resultat tritt ein Problem dahingehend auf, dass auch wenn das gleiche Entmagnetisierungsfeld auf die Permanentmagneten angewandt wird, in der Umfangsrichtung des Rotorkerns der Endbereich der Permanentmagneten mehr dazu neigt, entmagnetisiert zu werden, als der Zentrumsbereich der Permanentmagneten.
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Außerdem werden, wenn die Vorsprungsbereiche so gestaltet sind, dass sie eine Form haben, um wie oben beschrieben in engem Ergriff mit den Endbereichen der Permanentmagneten zu stehen, der Permeabilitätskoeffizient und die Entmagnetisierungsbeständigkeit der Endbereiche der Permanentmagneten beträchtlich erhöht, was es dementsprechend schwierig macht, die Rastkraft zu verringern.
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Daher wird bei dem Rotor vom Flächenmagnettyp gewünscht, eine Verringerung der Rastkraft und eine Beschränkung einer Verringerung der Entmagnetisierungsbeständigkeit des Endbereichs der Permanentmagneten auf eine ausgewogene Weise zu realisieren.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Permanentmagnetrotor für einen elektrischen Synchronmotor bereit, der eine Verringerung der Rastkraft und eine Beschränkung einer Verringerung der Entmagnetisierungsbeständigkeit an einem Endbereich eines Permanentmagneten auf eine ausgewogene Weise realisieren kann.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnetrotor für einen Elektromotor bereitgestellt, aufweisend: einen Kern mit einer zylindrischen Form; mehrere Magneten, die aufeinanderfolgend auf einer Außenumfangsfläche des Kerns entlang einer Umfangsrichtung des Kerns angeordnet sind; und mehrere Vorsprungsbereiche, von denen jeder zwischen den Magneten, die benachbart zueinander sind, angeordnet ist, wobei eine Dicke der Magneten in einer radialen Richtung des Kerns, ausgehend von einem Zentrumsbereich der Magneten hin in Richtung eines Endbereichs der Magneten, in der Umfangsrichtung des Kerns kleiner wird, wobei die Vorsprungsbereiche einen Basisbereich aufweisen, der von der Außenumfangsfläche des Kerns zur Außenseite des Kerns in der radialen Richtung hervorsteht, und einen Abdeckungsbereich, der sich von dem Basisbereich in der Umfangsrichtung des Kerns erstreckt und den Endbereich der Magneten über einen Raum abdeckt, wobei der Abdeckungsbereich so gebildet ist, dass die Höhe des Raums in der radialen Richtung des Kerns ausgehend von dem Basisbereich hin in Richtung einer Endspitze des Abdeckungsbereichs hin stärker verringert wird.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Permanentmagnetrotor nach dem oben beschrieben ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt, in dem die Vorsprungsbereiche einen Druckbereich aufweisen, der die Magneten in Richtung der Außenumfangsfläche des Kerns drückt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese Ziele, Merkmale, und Vorteile der vorliegenden Erfindung, und andere Ziele, Merkmale, und Vorteile werden weiterhin offensichtlich aus der ausführlichen Beschreibung von typischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden.
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1 ist ein vergrößertes Diagramm, das eine Querschnittsstruktur eines Teils eines Rotors zeigt, nach einer Ausführungsform.
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2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Querschnittsstruktur des Rotors als Ganzes zeigt, nach der Ausführungsform.
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3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Kerns, der den Rotor bildet, zeigt, nach der Ausführungsform.
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4 ist ein Diagramm, das einen analysierten Wert eines Permeabilitätskoeffizienten eines der Permanentmagneten in dem Rotor zeigt, nach der Ausführungsform.
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5 ist ein Diagramm, dass eine Modifizierung der Querschnittsstruktur des Rotors, der in 1 gezeigt wird, zeigt.
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6 ist ein vergrößertes Diagramm, das eine Querschnittsansicht eines Teils eines Rotors zeigt, nach einem ersten herkömmlichen Verfahren.
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7 ist ein vergrößertes Diagramm, das eine Querschnittsstruktur eines Teils des Rotors zeigt, nach einem zweiten herkömmlichen Verfahren.
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8 ist ein vergrößertes Diagramm, das eine Querschnittsstruktur eines Teils des Rotors zeigt, nach einem dritten herkömmlichen Verfahren.
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Ausführliche Beschreibung
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Als nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Figuren werden die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Außerdem wird angenommen, dass die Elemente, die in unterschiedlichen Zeichnungen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, Elemente bezeichnen, die die gleichen Funktionen haben. Ferner werden, um das Verständnis zu erleichtern, diese Figuren geeignet skaliert.
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1 ist ein vergrößertes Diagramm, dass eine Querschnittsstruktur eines Teils eines Rotors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ferner ist 2 ein schematisches Diagramm, dass eine Querschnittsstruktur des Rotors als Ganzes, nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, zeigt. Insbesondere sind diese Diagramme eine Ansicht, in der eine Permanentmagnete-Befestigungsstruktur relativ zu einem Rotorkern aus einer Richtung entlang einer Drehachse des Rotors gezeigt wird.
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Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 weist ein Rotor 10 nach der vorliegenden Ausführungsform einen Kern (Eisenkern) 12 auf, der auf einer Welle 11 befestigt ist, und mehrere Permanentmagneten 13, die aufeinanderfolgend beabstandet voneinander in vorbestimmten Intervallen entlang einer Umfangsrichtung des Kerns 12 auf einer Außenumfangsfläche des Kerns 12 angeordnet sind. Man beachte, dass der Rotor 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ein Rotor vom Flächenmagnettyp (ein sogenannter SPM-Rotor) ist, das als ein Rotor eines elektrischen Synchronmotors verwendet wird.
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Der Kern 12 hat eine zylindrische Form. Dann werden die Permanentmagnete 13 auf eine solche Weise aufeinanderfolgend entlang der Umfangsrichtung des Kerns 12 angeordnet, dass ein N-Pol und ein S-Pol sich abwechseln. Ferner wird, wie in 2 gezeigt wird, die Welle 11 in einen Lochbereich in einem Zentrum des zylindrischen Kerns 12 pressgefügt.
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Außerdem weist, wie in den 1 und 2 gezeigt wird, der oben beschriebene Rotor 10 mehrere Vorsprungsbereiche 14 auf, von denen jeder zwischen den Permanentmagneten 13, die benachbart zueinander sind, angeordnet ist.
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Ferner weist speziell jeder Vorsprungsbereich 14 einen Basisbereich 14a auf, der von der Außenumfangsfläche des Kerns 12 zur Außenseite des Kerns 12 in einer radialen Richtung hervorsteht, und zwei Abdeckungsbereiche 14b, die sich jeweils von dem Basisbereich 14a ausgehend zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung des Kerns 12 erstrecken. Man beachte, dass, wie in den 1 und 2 gezeigt wird, die Vorsprungsbereiche 14 nach der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen eine T-Form bilden, aus einer Richtung entlang einer Drehachse des Rotors 10 gesehen.
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Ferner, wie in 1 gezeigt, deckt jeder Abdeckungsbereich 14b jeden entsprechenden Endbereich 13a der Permanentmagneten 13 in der Umfangsrichtung des Kerns 12 über einen Zwischenraum, d. h. einen Raum S, ab. In Bezug auf den Raum S beachte man den Bereich P in 1, der durch eine gestrichelte Linie eingekreist ist.
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Wie aus dem Bereich P ersichtlich ist, sind die Abdeckungsbereiche 14b so gebildet, dass die Höhe des Raums S in einer radialen Richtung des Kerns 12 kleiner wird, ausgehend von dem Basisbereich 14a der Vorsprungsbereiche 14 in Richtung einer Endspitze der Abdeckungsbereiche 14b.
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Der oben beschriebene Raum S wird gebildet, indem eine Fläche 13b der Permanentmagneten 13 dazu gestaltet wird, eine konvex gekrümmte Fläche zu sein. Insbesondere wird bei den Permanentmagneten 13 nach der vorliegenden Ausführungsform die Dicke der Permanentmagneten 13 in der radialen Richtung des Kerns 12, ausgehend von einem Zentrumsbereich hin zu einem Endbereich 13a des Permanentmagneten 13, in der Umfangsrichtung des Kerns kleiner. Beispiele der Form der Fläche 13b der Permanentmagneten 13 können eine exzentrische kreisförmige Bogenform und eine Form einer gekrümmten Kurve, die durch eine trigonometrische Funktion definiert wird, aufweisen.
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Ferner ist eine untere Fläche 13c der Permanentmagneten 13 in einer Weise geformt, dass sie auf die Außenumfangsfläche des Kerns 12 passt, während sie durch ein Bondingmittel aus einem Harz, beispielsweise eines Epoxid-Typs, auf die Außenumfangsfläche des Kerns 12 gebondet ist. Jeder Permanentmagnet 13 ist aus einem einzigen Magneten gefertigt, kann aber aus mehreren Magnetstücken gefertigt sein.
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Außerdem wird der oben beschriebene Kern 12 durch aufeinanderfolgendes Stapeln von mehreren elektromagnetischen Stahlplatten (nicht gezeigt) gebildet. Jede elektromagnetische Stahlplatte weist einen ringförmigen Bereich und mehrere Vorsprungsstücke auf, die aufeinanderfolgend beabstandet in vorbestimmten Intervallen auf einem Außenumfangsbereich des ringförmigen Bereichs entlang einer Umfangsrichtung vorgesehen sind und in radialer Richtung zur Außenseite des ringförmigen Bereichs vorstehen. Jedes Vorsprungsstück ist durch Stanzpressen einer Stahlplatte einstückig mit dem ringförmigen Bereich gebildet. Ferner werden solche elektromagnetischen Stahlplatten aufeinanderfolgend gestapelt, während die mehreren Vorsprungsstücke überlagert werden, wodurch die Vorsprungsbereiche 14 einstückig mit dem oben beschriebenen Kern 12 gebildet werden. Außerdem sind die elektromagnetischen Stahlplatten beispielsweise Siliziumstahlplatten.
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3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einen Teil des oben beschriebenen Kerns 12 und ein Diagramm zur Beschreibung eines Anordnungsbeispiels der Vorsprungsbereiche 14 auf der Außenumfangsfläche des Kerns 12 zeigt. Man beachte, dass in 3 die Welle 11 und die oben beschriebenen Permanentmagneten nicht gezeigt werden und nur ein Teil des Kerns 12 gezeigt wird.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform können nicht nur die Vorsprungsbereiche 14 aufeinanderfolgend beabstandet in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Kerns 12 angeordnet sein, sondern es können zusätzliche Vorsprungsbereiche 14' in einer Richtung entlang einer Mittelachsenrichtung des Kerns 12 an Positionen angeordnet sein, die den entsprechenden Vorsprungsbereichen 14 entsprechen. Beispielsweise können, wie in 3 gezeigt wird, die bestimmten Vorsprungsbereiche 14 an einem Ende des Kerns 12, bezüglich der Mittelachsenrichtung des Kerns 12, positioniert sein, und die zusätzlichen Vorsprungsbereiche 14' können an dem anderen Ende des Kerns 12 positioniert sein, um den Vorsprungsbereichen 14 zu entsprechen.
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Man beachte, dass in der vorliegenden Erfindung die Positionen und die Anzahl der Vorsprungsbereiche 14 und der zusätzlichen Vorsprungsbereiche 14', die jeweils entlang der Mittelachsenrichtung des Kerns angeordnet sein sollen, nicht auf Positionen und die Anzahl nach dem Aspekt, der in 3 gezeigt ist, beschränkt sind. Beispielsweise können, ohne die zusätzlichen Vorsprungsbereiche 14' vorzusehen, alle Vorsprungsbereiche 14 durch ein einziges Teil mit einer ausreichend großen Länge in der Richtung entlang der Mittelachsenrichtung des Kerns 12 ausgebildet sein.
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Als nächstes werden Effekte, die auf einer Gestaltung des Rotors 10 nach der vorliegenden Ausführungsform basieren, beschrieben.
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Wie oben beschrieben wurde, wird in den Permanentmagneten 13, die für den Rotor 10 nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, die Dicke der Permanentmagneten 13 in einer radialen Richtung des Kerns 12, ausgehend von dem Zentrumsbereich hin zu dem Endbereich 13a der Permanentmagneten in der Umfangsrichtung des Kerns 12 kleiner. Ferner werden zu den Vorsprungsbereichen 14, die von der Außenumfangsfläche des Kerns 12 hervorstehen, die Abdeckungsbereiche 14b, die den Endbereich 13a der Permanentmagneten 13 überdecken, über dem Raum S bereitgestellt. Dann werden die Abdeckungsbereiche 14b so gebildet, dass die Höhe des Raums S in der radialen Richtung des Kerns 12 umso mehr verringert ist, je weiter die Entfernung von dem Basisbereich 14a des Vorsprungsbereichs 14. Nach einer solchen Gestaltung können Effekte, in denen eine Verringerung der Rastkraft und eine Beschränkung einer Verringerung einer Entmagnetisierungsbeständigkeit des Endbereichs des Permanentmagneten auf eine ausgewogene Weise realisiert werden, erreicht werden.
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Gründe, die diese oben beschriebenen Effekte hervorrufen, werden beschrieben.
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4 ist ein Diagramm, das einen analysierten Wert eines Permeabilitätskoeffizienten eines der Permanentmagnete 13 in dem Rotor 10 nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Zentrum einer horizontalen Achse aus 4 entspricht dem Zentrumsbereich der Permanentmagneten 13 in der Umfangsrichtung des oben beschriebenen Kerns 12, und beide Enden der horizontalen Achse aus 4 entsprechen jeweils den beiden Enden der Permanentmagneten 13 in der Umfangsrichtung des oben beschriebenen Kerns 12. Außerdem entspricht eine vertikale Achse aus 4 einem numerischen Wert des Permeabilitätskoeffizienten.
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In 4 zeigt eine gekrümmte Linie C einen Fall des Rotors 10 nach der vorliegenden Ausführungsform, und eine gekrümmte Linie A und eine gekrümmte Linie B zeigen jeweils einen Fall einer herkömmlichen Rotorstruktur.
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Eine herkömmliche Rotorstruktur, wie sie durch die gekrümmte Linie A (im Folgenden als herkömmliches Beispiel 1 bezeichnet) gezeigt wird, ist eine Rotorstruktur, der es, im Gegensatz zu dem Rotor
10 nach der vorliegenden Ausführungsform, an den Vorsprungsbereichen
14 mangelt. Außerdem ist eine herkömmliche Rotorstruktur, wie sie durch die gekrümmte Linie B (im Folgenden als herkömmliches Beispiel 2 bezeichnet) gezeigt wird, eine Rotorstruktur, der es im Gegensatz zu dem Rotor
10 nach der vorliegenden Ausführungsform, an einem Zwischenraum, wie beispielsweise dem Raum S, zwischen dem Endbereich
13a der Permanentmagneten
13 und den Abdeckungsbereichen
14b der Vorsprungsbereiche
14 mangelt. Mit anderen Worten, das herkömmliche Beispiel 2 ist eine Rotorstruktur, wie sie in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. H09-205747 als nationale Neuveröffentlichung der
internationalen PCT-Anmeldung Nr. 2006-008964 und der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2015-122842 angegeben ist, in denen die Vorsprungsbereiche
14 eng mit den Endbereichen
13a der Permanentmagneten
13 in der Umfangsrichtung des Kerns
12 in Eingriff stehen. Man beachte, dass auch bei der Form der Permanentmagneten in dem herkömmlichen Beispiel 1 und dem herkömmlichen Beispiel 2, ähnlich zu dem Rotor
10 nach der vorliegenden Ausführungsform, die Dicke der Permanentmagneten, ausgehend von dem Zentrumsbereich der Permanentmagneten in Richtung zu dem Endbereich der Permanentmagneten in der Umfangsrichtung des Rotorkerns kleiner wird.
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Basierend auf den oben beschriebenen Merkmalen werden zunächst Effekte hinsichtlich einer Entmagnetisierungsbeständigkeit beschrieben.
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Der Permeabilitätskoeffizient ist ein Kehrwert eines magnetischen Widerstands, und die Entmagnetisierungsbeständigkeit eines Permanentmagneten ist mit dem Permeabilitätskoeffizienten positiv korreliert.
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In einem Fall eines herkömmlichen Beispiels 1, wie es oben beschrieben wird, ist, wie aus der gekrümmten Linie A in 4 ersichtlich ist, der Permeabilitätskoeffizient des Endbereichs des Permanentmagneten klein, im Vergleich zu dem Zentrumsbereich des Permanentmagneten. Mit anderen Worten, die Entmagnetisierungsbeständigkeit wird umso mehr verringert je näher an dem Endbereich der Permanentmagneten.
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In einem Fall eines herkömmlichen Beispiels 2, wie es oben beschrieben wird, ist, wie aus der gekrümmten Linie B in 4 ersichtlich ist, der Permeabilitätskoeffizient des Endbereichs des Permanentmagneten beträchtlich erhöht. In diesem Fall ist eine Verringerung einer Entmagnetisierungsbeständigkeit an den Endbereichen des Permanentmagneten beschränkt, wohingegen, wie unten beschrieben, eine Verringerung der Rastkraft schwierig ist.
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In einem Fall des Rotors 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ist, da der Raum S zwischen dem Endbereich 13a der Permanentmagneten 13 und den Abdeckungsbereichen 14b der Vorsprungsbereiche 14 vergrößert wird, je näher an dem Basisbereich 14a der Vorsprungsbereiche 14, der magnetische Widerstand des Endbereichs der Permanentmagneten erhöht, im Vergleich zu dem herkömmlichen Beispiel 2. Mit anderen Worten, im Vergleich zu der gekrümmten Linie B in 4 in dem Fall des herkömmlichen Beispiels 2 ist der Permeabilitätskoeffizient des Endbereichs der Permanentmagneten verringert. Dementsprechend kann, wie aus der gekrümmten Linie C in 4 ersichtlich ist, eine Verringerung der Entmagnetisierungsbeständigkeit an dem Endbereich der Permanentmagneten beschränkt sein, während der Permeabilitätskoeffizient des Endbereichs der Permanentmagneten sich nicht deutlich erhöht.
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Als nächstes werden Effekte hinsichtlich des Rastens beschrieben.
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Wie bestimmt wurde basierend auf eine Gesamtvariation des Permeabilitätskoeffizienten in Bezug auf die Permanentmagnete 13, die in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung des Kerns 12 beabstandet angeordnet sind, ist von der gekrümmten Linie A des herkömmlichen Beispiels 1, der gekrümmten Linie B des herkömmlichen Beispiels 2, und der gekrümmten Linie C der vorliegenden Ausführungsform, diejenige gekrümmte Linie, die die schwächste Abweichung des Permeabilitätskoeffizienten aufweist, die gekrümmte Linie A des herkömmlichen Beispiels 1. Mit anderen Worten, in dem herkömmlichen Beispiel 1 ist, im Vergleich zu dem herkömmlichen Beispiel 2 und der vorliegenden Ausführungsform, die Variation des magnetischen Widerstands über die Umfangsrichtung des Kerns 12 schwach. Allgemein wird die Rastkraft umso mehr verringert, je weniger deutlich die Variation des magnetischen Widerstands über die Umfangsrichtung des Kerns 12 ist. Daher sind Effekte des Verringerns der Rastkraft in dem herkömmlichen Beispiel 1 höher als in dem herkömmlichen Beispiel 2 und der vorliegenden Ausführungsform. Jedoch wird es in dem Fall des herkömmlichen Beispiels 1, wie es aus der gekrümmten Linie 1 in 4 ersichtlich der Verringerung des Permeabilitätskoeffizienten und der Entmagnetisierungsbeständigkeit in dem Endbereich der Permanentmagneten nicht gestattet, beschränkt zu sein.
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Andererseits ist in dem Fall des oben beschriebenen herkömmlichen Beispiels 2, wie aus der gekrümmten Linie B in 4 ersichtlich ist, der Permeabilitätskoeffizient des Endbereichs der Permanentmagneten beträchtlich erhöht. Dementsprechend Variiert der magnetische Widerstand des Endbereichs der Permanentmagneten deutlich, und daher sind Effekte des Verringerns der Rastkraft in dem herkömmlichen Beispiel 2 denen in dem oben beschriebenen herkömmlichen Beispiel 1 unterlegen.
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In dem Fall des Rotors 10 nach der vorliegenden Ausführungsform ist, wie aus der gekrümmten Linie C in 4 ersichtlich, der Permeabilitätskoeffizient des Endbereichs des Permanentmagneten verringert im Vergleich zu der gekrümmten Linie B des Falls des herkömmlichen Beispiels 2. Mit anderen Worten, die Variation des magnetischen Widerstands des Endbereichs der Permanentmagneten ist gelockert. Daher sind Effekte des Verringerns der Rastkraft in der vorliegenden Ausführungsform geringer als in dem herkömmlichen Beispiel 1, aber höher als in dem herkömmlichen Beispiel 2.
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Wie daher beschrieben wurde, es ist ersichtlich, dass die Gestaltung des Rotors 10 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Realisierung der Verringerung der Rastkraft und Beschränkung einer Verringerung der Entmagnetisierungsbeständigkeit an dem Endbereich der Permanentmagneten in einer ausgewogenen Weise ermöglicht.
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Außerdem werden nachstehend Effekte in Bezug auf die Magnetkraft angesprochen.
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In dem Fall des oben beschriebenen herkömmlichen Beispiels 2 sind die Vorsprungsbereiche 14 ein Teil des Kerns 12 eines elektromagnetischen Materials, das eng mit dem Endbereich der Permanentmagnete in Eingriff steht, so dass der magnetische Fluss des Endbereichs der Permanentmagneten in die Vorsprungsbereiche 14 hinein leckt, ohne in Richtung auf den Stator des Elektromotors hin zuzusteuern. Als ein Ergebnis hiervon ist die Magnetkraft des Permanentmagneten verringert. Andererseits leckt, aufgrund der Abwesenheit der Vorsprungsbereiche 14, in dem Fall des oben beschriebenen herkömmlichen Beispiels 1 der magnetische Fluss der Permanentmagneten nicht in den Kern 12 hinein. Außerdem ist auch dem Fall des Rotors 10 nach der vorliegenden Ausführungsform der oben beschriebene Raum S zwischen dem Endbereich 13a der Permanentmagneten 13 und den Abdeckungsbereichen 14b der Vorsprungsbereiche 14 ausgebildet, so dass eine Leckage des magnetischen Flusses des Endbereichs der Permanentmagneten stärker beschränkt sein kann als in dem oben beschriebenen herkömmlichen Beispiel 2. Dadurch kann der Rotor 10 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Verringerung der Magnetkraft des Permanentmagneten eher beschränken als das zuvor erwähnte herkömmliche Beispiel 2.
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Als nächstes wir mit Bezug auf 5 eine andere Ausführungsform beschrieben.
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5 ist ein Diagramm, das eine Modifizierung der Querschnittsstruktur des in 1 gezeigten Rotors zeigt. Man beachte, dass in 5 die gleichen Komponenten der oben beschriebenen Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Bei dem in 5 gezeigten Rotor weisen die Abdeckungsbereiche 14b von jedem Vorsprungsbereich 14 einen Bereich 14c auf, der sich in einer radialen Richtung zur Innenseite des Kerns 12 hin erstreckt. Wie aus 5 ersichtlich ist, steht der Bereich 14c mit den Permanentmagneten 13 in Kontakt und drückt die Permanentmagneten 13 in Richtung des Kerns 12. Alternativ kann eine Endspitze der Abdeckungsbereiche 14b, die in Kontakt mit den Permanentmagneten 13 steht, der Bereich 14c sein.
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Mit anderen Worten, jeder Vorsprungsbereich 14, der in 5 gezeigt wird, weist einen Druckbereich auf, der die Permanentmagneten 13 in Richtung des Kerns 12 drückt, ähnlich zu dem oben beschriebenen Bereich 14c.
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Durch einen solchen Druckbereich können die Permanentmagneten 13 auf solche Weise gehalten werden, dass sie nicht von der Außenumfangsfläche des Kerns 12 abgetrennt werden, selbst wenn eine Zentrifugalkraft infolge der Drehung des Rotors 10 und die magnetische Anziehungskraft aufgrund des Stators (nicht gezeigt), der um den Rotor 10 herum angeordnet ist, für eine lange Zeitdauer auf die Permanentmagneten 13 wirken. Man beachte, dass andere Gestaltungen und Effekte ähnlich zu denen bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind. Mit anderen Worten, wenn der oben beschriebene Druckbereich vorgesehen ist, können eine Verringerung der Rastkraft und eine Beschränkung einer Verringerung der Entmagnetisierungsbeständigkeit des Endbereichs der Permanentmagneten auf eine ausgewogene Weise realisiert werden.
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Typische Ausführungsformen wurden oben beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Änderungen an den Formen, Strukturen, und Materialien in den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Dicke der Permanentmagneten in der radialen Richtung des Kerns, ausgehend von dem Zentrumsbereich hin in die Richtung des Endbereichs der Permanentmagneten, in der Umfangsrichtung des Rotorkerns kleiner, wodurch die Rastkraft verringert werden kann. Wenn die Dicke der Magneten daher verringert wird, um eine Verringerung des Rastkraft zu erzielen, wird die Entmagnetisierungsbeständigkeit an dem Endbereich der der Magneten verringert. Demzufolge sind nach dem ersten Aspekt die Vorsprungsbereiche an der Außenumfangsfläche des Kerns und die Abdeckungsbereiche, die die Endbereiche der Magneten über dem Raum abdecken, an den Vorsprungsbereichen vorgesehen, und die Abdeckungsbereiche sind so ausgebildet, dass die Höhe des Raums in der radialen Richtung des Kerns umso mehr verringert wird, je weiter sie von dem Basisbereich der Vorsprungsbereiche getrennt sind. Dadurch kann ein Verringern der Rastkraft und ein Beschränken einer Verringerung der Entmagnetisierungsbeständigkeit der Endbereiche der Permanentmagneten auf eine ausgewogene Weise realisiert werden.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist der Druckbereich, der die Magneten in Richtung der Außenumfangsfläche des Kerns drückt, an den Vorsprungsbereichen vorgesehen. Dadurch können die Permanentmagneten auf eine Weise gehalten werden, dass sie nicht von der Außenumfangsfläche des Kerns abgetrennt werden, selbst wenn eine Zentrifugalkraft, infolge einer Drehung des Rotors, und eine magnetische Anziehungskraft aufgrund eines Stators, der um den Rotor herum angeordnet ist, für einen langen Zeitraum auf die Permanentmagneten wirken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 09-205747 [0010, 0011, 0046]
- WO 2006-008964 [0010, 0011, 0046]
- JP 2015-122842 [0010, 0011, 0046]
