ES2902671T3 - Motor eléctrico de imanes permanentes - Google Patents
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Abstract
Un motor eléctrico de imanes permanentes (40) que comprende: - un rotor (10) que está cilíndricamente formado por un cuerpo magnético y en el cual múltiples agujeros que incorporan imanes (12a, ..., 12f) se forman anularmente a intervalos predeterminados en una dirección circunferencial, imanes permanentes tipo placa (13a, ..., 13f) incorporándose en los agujeros que incorporan imanes (12a, ..., 12f), y - un estátor de dientes de yugo (30) que se dispone en el lado circunferencial exterior del rotor (10) y en el cual alambres conductores se enrollan, respectivamente, en múltiples dientes (32) que se extienden hacia el lado circunferencial interior desde un yugo anular (31), y en donde el rotor (10) comprende: - una primera porción no magnética (14a, ..., 14f, 15a, ..., 15f) que se dispone hacia una circunferencia exterior del rotor (10) desde un extremo circunferencial de cada uno de los agujeros que incorporan imanes (12a, ..., 12f); y - una segunda porción no magnética (19a, ..., 19f, 20a, ..., 20f) que se dispone para ser adyacente a la primera porción no magnética (14a, ..., 14f; 15a, ..., 15f); y en donde una porción de muesca (16a, ..., 16f; 17a, ..., 17f) se provee en la circunferencia exterior del rotor (10) opuesta a la primera porción no magnética (14a, ..., 14f; 15a, ..., 15f) en una dirección de diámetro del rotor (10), caracterizado por que la segunda porción no magnética (19a, ..., 19f; 20a, ..., 20f) es un agujero largo que se extiende desde un lado circunferencial interior del rotor (10) hacia un lado circunferencial exterior de aquel formándose mediante flexión de un extremo lateral circunferencial exterior del agujero largo a lo largo de la circunferencia exterior del rotor (10) en una dirección que se convierte en distante de la primera porción no magnética (14a, ..., 14f; 15a, ..., 15f).
Description
DESCRIPCIÓN
Motor eléctrico de imanes permanentes
Campo técnico
La presente invención se refiere a un motor eléctrico de imanes permanentes.
Antecedentes de la técnica
En la técnica relacionada, hay un rotor con imanes incorporados que incluye una porción de muesca que se ubica en una circunferencia exterior entre polos salientes adyacentes entre sí; un puente que se ubica entre la porción de muesca y una porción no magnética; y una primera saliente que sobresale hacia fuera desde el centro de la porción de muesca, en la cual un radio de cada uno de los polos salientes se reduce gradualmente desde el centro del polo saliente hacia la porción de muesca, y un radio de la primera saliente es igual a un radio del centro de cada uno de los polos salientes (es preciso remitirse al documento JP-A-2012-120326).
En el rotor con imanes incorporados descrito en el documento JP-A-2012-120326, como se ilustra en la Figura 14A, porciones de muesca 217a y 216b, y una primera saliente 218a que sobresale hacia fuera desde el centro entre la porción de muesca 217a y la porción de muesca 216b se forman en una circunferencia exterior entre los polos salientes 211 y 212 de un rotor 210 adyacentes entre sí. En consecuencia, una forma de onda de tensión inducida generada a partir de imanes permanentes 213 y 214 se convierte en similar a una onda sinusoidal dado que se reducen los componentes armónicos. Por lo tanto, se reduce el par de detención y, por consiguiente, se reduce la vibración o el ruido de un motor eléctrico. Sin embargo, en la Figura 14B que ilustra una forma de onda de tensión inducida cuando el rotor ilustrado en la Figura 14A rota, dos cuernos aparecen alrededor de cada uno de un pico y una parte inferior. En consecuencia, la forma de onda de tensión inducida se convierte en similar a una onda sinusoidal, pero los componentes armónicos de una tensión inducida o par de detención no se reducen de manera suficiente y, por consiguiente, aún permanecen, y se requiere que la vibración o el ruido del motor eléctrico se reduzcan más.
Los documentos CN 104158322 A, JP 2011 097754 A, EP 2083503 A2 y DE 19851883 A1 muestran motores según el preámbulo de la reivindicación 1.
Compendio de la invención
La presente invención se ha llevado a cabo teniendo en cuenta las presentes circunstancias, y un objeto de ella es proveer un motor eléctrico de imanes permanentes que puede minimizar la rotación irregular durante la rotación de un rotor mediante la reducción de componentes armónicos de una tensión inducida o par de detención durante la rotación del rotor. Como resultado, es posible proveer un motor eléctrico de imanes permanentes que puede evitar la vibración o ruido.
Con el fin de resolver los problemas descritos más arriba y de lograr el objeto, según la presente invención, se provee un motor eléctrico de imanes permanentes como se define en las reivindicaciones.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en planta que ilustra una configuración de un motor eléctrico de imanes permanentes según una realización de la presente invención.
La Figura 2A es una vista ampliada de una porción interpolos de un rotor ilustrado en la Figura 1.
La Figura 2B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en un caso donde una hendidura y una barrera de flujo del rotor se forman en una posición que satisface una relación de T=2t.
La Figura 2C es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en un caso donde la hendidura y la barrera de flujo del rotor se forman en una posición que satisface una relación de T=2,2t.
La Figura 3A es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 1 rota dentro de un estátor.
La Figura 3B es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 1 rota dentro del estátor.
La Figura 3C es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 1 rota dentro del estátor.
La Figura 3D es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 1 rota dentro del estátor.
La Figura 4 es un diagrama de líneas que ilustra cambios en componentes armónicos de una forma de onda de tensión inducida y par de detención cuando se cambia una dimensión de un espacio L entre una raíz de una primera parte de agujero de la hendidura y la barrera de flujo ilustrada en la Figura 2A.
La Figura 5 es un diagrama de líneas que ilustra cambios en componentes armónicos de una forma de onda de tensión inducida y par de detención cuando se cambia una longitud de un segundo agujero de la hendidura ilustrada en la Figura 2A.
La Figura 6A es una vista en planta de un rotor como un ejemplo comparativo en el cual una parte de punta doblada de la hendidura ilustrada en la Figura 2A se alarga.
La Figura 6B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U en el rotor ilustrado en la Figura 6A.
La Figura 7A es una vista en planta de un rotor como un ejemplo comparativo en el cual un lado circunferencial interior R de una porción doblada de la hendidura ilustrada en la Figura 6A es grande.
La Figura 7B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U en el rotor ilustrado en la Figura 7A.
La Figura 8A es una vista en planta de un rotor como un ejemplo comparativo (no es parte de la presente invención) en el cual las hendiduras ilustradas en la Figura 2A se forman en una forma de V sin doblar las partes de punta de aquellas.
La Figura 8B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U en el rotor ilustrado en la Figura 8A.
La Figura 9A es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 8A rota dentro del estátor.
La Figura 9B es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 8A rota dentro del estátor.
La Figura 9C es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 8A rota dentro del estátor.
La Figura 9D es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 8A rota dentro del estátor.
La Figura 10A es una vista en planta de un rotor como un ejemplo comparativo (no es parte de la presente invención) en el cual no hay porción de muesca y saliente en una circunferencia interior entre polos salientes adyacentes entre sí, y una hendidura en la cual una parte de punta de una porción no magnética se extiende y se dobla hacia dentro en una dirección circunferencial se forma alrededor de ambos extremos de cada uno de los polos salientes.
La Figura 10B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U en el rotor ilustrado en la Figura 10A.
La Figura 11A es una vista en planta de un rotor como un ejemplo comparativo (no es parte de la presente invención) en el cual no hay porción de muesca y saliente en una circunferencia exterior entre polos salientes adyacentes entre sí, y una hendidura que tiene la misma forma que en la Figura 2A se forma en la misma posición.
La Figura 11B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U en el rotor ilustrado en la Figura 11A.
La Figura 12A es una vista en planta de un rotor como un ejemplo (no es parte de la presente invención) en el cual la parte de punta de la hendidura ilustrada en la Figura 2A se dobla en una dirección circunferencial interior. La Figura 12B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U en el rotor ilustrado en la Figura 12A.
La Figura 13A es una vista en planta de un rotor como ejemplo, no según la invención, en el cual una hendidura
triangular se forma para ser paralela a la porción no magnética y a la circunferencia exterior alrededor de ambos extremos de cada uno de los polos salientes.
La Figura 13B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U en el rotor ilustrado en la Figura 13A.
La Figura 14A es una vista en planta que ilustra un ejemplo de configuración (no es parte de la presente invención) de un rotor de la técnica relacionada.
La Figura 14B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en fase U durante la rotación de un motor eléctrico de imanes permanentes mediante el uso del rotor ilustrado en la Figura 14A.
La Figura 15A es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 14A rota dentro de un estátor.
La Figura 15B es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 14A rota dentro del estátor.
La Figura 15C es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 14A rota dentro del estátor.
La Figura 15D es un diagrama de línea de flujo magnético que ilustra cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 14A rota dentro del estátor.
Descripción detallada de la invención
De aquí en adelante, ejemplos de un motor eléctrico de imanes permanentes según la presente invención se describirán en detalle con referencia a los dibujos. La presente invención no se encuentra limitada a los ejemplos.
Ejemplos
La Figura 1 es una vista en planta que ilustra una configuración de un motor eléctrico de imanes permanentes según una realización de la presente invención. La Figura 2A es una vista ampliada de una porción interpolos de un rotor ilustrado en la Figura 1. La Figura 2B es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en un caso donde una hendidura y una barrera de flujo del rotor se forman en una posición que satisface una relación de T=2t. La Figura 2C es un diagrama de forma de onda de tensión inducida en un caso donde la hendidura y la barrera de flujo del rotor se forman en una posición que satisface una relación de T=2,2t. Las Figuras 3A a 3D son diagramas de líneas de flujo magnético que ilustran cambios en las líneas de flujo magnético cuando el rotor ilustrado en la Figura 1 rota dentro de un estátor.
Rotor del presente ejemplo
Según se ilustra en la Figura 1, un motor eléctrico de imanes permanentes 40 según el presente ejemplo está provisto de un núcleo de hierro del rotor 22 que se forma en una forma cilíndrica mediante laminación de múltiples láminas de acero al silicio como láminas de acero de cuerpo magnético suaves, y múltiples agujeros que incorporan imanes 12a, 12b, 12c, 12d, 12e y 12f que se forman anularmente en una dirección circunferencial del núcleo de hierro del rotor 22 a intervalos predeterminados. El motor eléctrico de imanes permanentes 40 incluye un rotor 10 provisto que se centra en un eje de rotación 21, y un estátor 30 que rodea una circunferencia exterior del rotor 10. En el estátor 30, nueve dientes 32 que se disponen desde la circunferencia exterior del rotor 10 con un espacio de aire predeterminado entre ellos y se extienden hacia dentro desde un yugo anular 31 se forman a intervalos de 40 deg (ángulo mecánico), y bordes de punta 33 sobresalen de las puntas de los dientes 32 en la dirección circunferencial.
En el rotor 10 según el presente ejemplo, imanes permanentes 13a, 13b, 13c, 13d, 13e y 13f se incorporan, respectivamente, en los agujeros que incorporan imanes 12a a 12f formados en el núcleo de hierro del rotor 22. Con el fin de evitar el cortocircuito del flujo magnético, espacios vacíos como primeras porciones no magnéticas, es decir, barreras de flujo 14a a 14f y 15a a 15f se forman en ambos extremos de los agujeros que incorporan imanes 12a a 12f (ambos extremos de los agujeros que incorporan imanes se extienden en la dirección circunferencial del núcleo de hierro del rotor 22). Las barreras de flujo 14a a 14f y 15a a 15f como las primeras porciones no magnéticas se disponen hacia la circunferencia exterior del rotor 10. Las porciones de muesca 16a a 16f y 17a a 17f se forman en la circunferencia exterior del rotor 10 opuestas a las primeras porciones no magnéticas en una dirección de diámetro. En consecuencia, los polos salientes 11a a 11f se forman en lados circunferenciales exteriores de los agujeros que incorporan imanes 12a a 12f.
Según el presente ejemplo, en el rotor 10, las salientes 18a a 18f que sobresalen hacia fuera pueden formarse,
respectivamente, entre las porciones de muesca 17a y 16b, entre las porciones de muesca 17b y 16c, entre las porciones de muesca 17c y 16d, entre las porciones de muesca 17d y 16e, entre las porciones de muesca 17e y 16f, y entre las porciones de muesca 17f y 16a. Si las porciones de muesca 16a a 16f y 17a a 17f, y las salientes 18a a 18f se forman en la circunferencia exterior del rotor 10, los componentes armónicos de una tensión inducida generada por los imanes permanentes 13a a 13f se reducen de modo que una forma de onda de tensión inducida se convierte en similar a una onda sinusoidal y, por consiguiente, el par de detención se reduce como en el documento JP-A-2012-120326. Sin embargo, como en una forma de onda de tensión inducida ilustrada en la Figura 14B, la forma de onda tiene cuernos alrededor del pico y de la parte inferior y, por consiguiente, la vibración o el ruido durante la rotación del motor eléctrico no puede reducirse de manera suficiente.
Por lo tanto, en el presente ejemplo, las porciones de muesca 16a a 16f y 17a a 17f y las salientes 18a a 18f se forman en la circunferencia exterior del rotor 10, y hendiduras 19a a 19f y 20a a 20f como segundas porciones no magnéticas que se disponen para ser adyacentes a las barreras de flujo 14a a 14f y 15a a 15f se forman en los polos salientes 11a a 11f.
De manera específica, las hendiduras 19a a 19f y 20a a 20f se forman en los polos salientes 11a a 11f para ser adyacentes a las barreras de flujo 14a a 14f y 15a a 15f en ambos extremos de los polos salientes 11a a 11f. Una forma y disposición de la hendidura 20f se describirán mediante el uso de la hendidura 20f ilustrada en la Figura 2A. La hendidura 20f del rotor 10 según el presente ejemplo está compuesta de una primera parte de agujero 20f-1 dispuesta hacia la circunferencia exterior del rotor desde los alrededores del extremo del agujero que incorpora el imán 12f, una parte de extremo lateral circunferencial exterior doblada a lo largo de la circunferencia exterior del rotor en una parte doblada 20f-3, y una segunda parte de agujero 20f-2 que se extiende más. Dado que las ranuras 19a a 19f y 20a a 20f configuradas en la manera descrita más arriba se combinan con el rotor provisto de las porciones de muesca 16a a 16f y 17a a 17f y las salientes 18a a 18f, es posible eliminar los cuernos que ocurren alrededor del pico y de la parte inferior de la forma de onda de tensión inducida, que no pueden eliminarse con las porciones de muesca y las salientes solamente y, por consiguiente, obtener una forma de onda similar a una onda sinusoidal.
La primera parte de agujero 20f-1 es inclinada y se dispone para convertirse en distante de la barrera de flujo 15f hacia la circunferencia exterior cuando se dispone hacia la circunferencia exterior del rotor desde los alrededores de extremo del agujero que incorpora imanes 12f (es decir, cuando se dispone hacia la circunferencia exterior desde la circunferencia interior del rotor).
Una inclinación de la primera parte de agujero 20f-1 de la hendidura 20f del presente ejemplo se forma para ser paralela a una inclinación de una superficie de muesca 17f-1 de la porción de muesca 17f según se ilustra en la Figura 2A, y la segunda parte de agujero 20f-2 se forma para ser paralela a la circunferencia exterior 10a. En otras palabras, la hendidura 20f del rotor del presente ejemplo se inclina de modo que un ángulo doblado de aquella (un ángulo formado entre la primera parte de agujero 20f-1 y la segunda parte de agujero 20f-2) coincide con un ángulo de la porción de muesca 17f (un ángulo formado entre la circunferencia exterior 10a del rotor 10 y la superficie de muesca 17f-1). Un espacio entre una segunda parte de agujero 19a-2 de la hendidura 19a y la circunferencia exterior 10a se indica mediante T (un espacio entre la segunda parte de agujero 20f-2 de la hendidura 20f y la circunferencia exterior 10a también se indica mediante T); un espacio entre la primera parte de agujero 19a-1 de la hendidura 19a y una línea de extensión (línea discontinua) de una superficie de muesca 16a-1 de la porción de muesca 16a se indica mediante T' (un espacio entre la primera parte de agujero 20f-1 de la hendidura 20f y una línea de extensión de la superficie de muesca 17f-1 de la porción de muesca 17f también se indica mediante T'); un espacio entre una raíz de la primera parte de agujero 20f-1 de la hendidura 20f y la barrera de flujo 15f se indica mediante L; y un ángulo de una línea central P entre (una porción interpolos) los polos salientes 11f y11a adyacentes entre sí a la parte doblada 20f-3 se indica mediante 02. Un ángulo de la línea central P a una parte de punta de la segunda parte de agujero 20f-2 de la hendidura 20f se indica mediante 01. Un espacio de un puente entre la barrera de flujo 14a y la porción de muesca 16a se indica mediante t (un espacio de un puente entre la barrera de flujo 15f y la porción de muesca 17f también se indica mediante t). El ejemplo ilustrado en la Figura 2A corresponde a un modelo base, en el cual se establecen T=1,0 mm, T'=1,1 mm, y L=1,1 mm. Se supone que se satisface una relación de T=2,2t, y se establece 01-02=8,55 deg (ángulo eléctrico).
La Figura 2B ilustra una forma de onda de tensión inducida en un caso donde la hendidura y la barrera de flujo del rotor se forman en una posición que satisface una relación de T=2t. La Figura 2C ilustra una forma de onda de tensión inducida en un caso donde la hendidura y la barrera de flujo del rotor se forman en una posición que satisface una relación de T=2,2t. Ambas formas de onda son similares a una onda sinusoidal en comparación con la forma de onda ilustrada en la Figura 14B. En particular, en un caso donde se satisface la relación de T=2,2t ilustrada en la Figura 2C, se obtiene una forma de onda regular similar a una onda sinusoidal. En consecuencia, los componentes armónicos de una tensión inducida generada por los imanes permanentes se reducen de modo que el par de detención también se reduce y, por consiguiente, se reduce la vibración o el ruido del motor eléctrico.
La relación de T=2,2t se satisface en el modelo base ilustrado en la Figura 2A, pero, como resultado de la simulación llevada a cabo por el cambio variado de los espacios T y t, los componentes armónicos y el par de detención cambian de la siguiente manera:
En otras palabras,
en un caso de T=t: los componentes armónicos = 3,58%, y el par de detención = 0,06 Nm
en un caso de T=1,5t: los componentes armónicos = 2,79%, y el par de detención = 0,10 Nm
en un caso de T=2t: los componentes armónicos = 2,42%, y el par de detención = 0,20 Nm
en un caso de T=2,2t: los componentes armónicos = 2,31%, y el par de detención = 0,23 Nm
en un caso de T=2,5t: los componentes armónicos = 2,62%, y el par de detención = 0,28 Nm
en un caso de T=3t: los componentes armónicos = 3,39%, y el par de detención = 0,31 Nm
Los componentes armónicos en la Figura 14A que ilustra un caso donde la hendidura no se provee son 4,06% como se ilustra en la Figura 14B. Aquí, según los resultados, se provee la hendidura y, por consiguiente, se reducen los componentes armónicos. Si los componentes armónicos son 3% o menos, un efecto de reducción de 1% o más puede lograrse en comparación con un caso donde no se provee la hendidura. Si se obtiene un rango de T que hace que los componentes armónicos sean iguales a o menores que 3%, se satisface la siguiente expresión.
Por lo tanto, la hendidura se forma preferiblemente en una posición donde T satisface la presente relación. Cuando las líneas de flujo magnético (ilustradas en las Figuras 3A a 3D) obtenidas cuando el rotor según el presente ejemplo rota dentro del estátor se comparan con líneas de flujo magnético (ilustradas en las Figuras 15A a 15D) obtenidas cuando el rotor de la técnica relacionada provisto de las porciones de muesca y salientes rota dentro del estátor, en un caso del presente ejemplo en el cual se forma la hendidura, los flujos magnéticos generados a partir de los imanes permanentes se concentran en los centros de los polos salientes por la hendidura según se ilustra en las Figuras 3A a 3D y, por consiguiente, los flujos magnéticos que fluyen a través de los lados de dientes (es preciso remitirse al numeral de referencia 32 en la Figura 1) aumentan en los centros de los polos salientes pero se reducen en los lados de porción interpolos. En consecuencia, una forma de onda de tensión inducida se convierte en una forma de onda sinusoidal y, por consiguiente, los componentes armónicos se reducen.
En caso de longitud cambiante de la segunda parte de agujero
La Figura 4 es un diagrama de líneas que ilustra cambios en componentes armónicos de una forma de onda de tensión inducida y par de detención cuando se cambia una dimensión del espacio L solamente entre la raíz de la primera parte de agujero de la hendidura y la barrera de flujo ilustrada en la Figura 2A. La Figura 5 es un diagrama de líneas que ilustra cambios en componentes armónicos de una forma de onda de tensión inducida y par de detención cuando se cambia una longitud de la segunda parte de agujero de la hendidura ilustrada en la Figura 2A.
La Figura 4 ilustra cambios en los componentes armónicos (armónicos EMF [%]) de una forma de onda de tensión inducida y par de detención [Nm] cuando solo una dimensión del espacio L entre la raíz de la primera parte de agujero 20f-1 de la hendidura 20f y la barrera de flujo 15f cambia a 0,6 mm a alrededor de 2,4 mm con respecto al modelo base ilustrado en la Figura 2A. Dado que T' es fijo, una posición de la superficie de muesca 16a-1 también cambia debido al cambio de L. En la Figura 4, una línea continua indica armónicos EMF, y una línea discontinua indica par de detención. Según el diagrama de líneas que se muestra en la Figura 4, el par de detención es de 0,3 Nm o menos, y los armónicos EMF son 3% o menos en todo el rango, en L de 1 mm o más. Los armónicos EMF son 2,5% o menos en L en el rango de 0,75 mm a 1,7 mm. Por consiguiente, L es preferiblemente de 1 mm a 1,7 mm y, en particular, L es más preferiblemente de alrededor de 1,1 mm en la cual los armónicos EMF son bajos, y ocurre la intersección con la línea del par de detención.
La Figura 5 ilustra cambios en los componentes armónicos (armónicos EMF [%]) de una forma de onda de tensión inducida y par de detención [Nm] cuando solo 01-02 (ángulo eléctrico) [deg] cambia a 0 deg a alrededor de 20 deg con respecto al modelo base ilustrado en la Figura 2A. También en la Figura 5, una línea continua indica armónicos EMF, y una línea discontinua indica par de detención. Según el diagrama de líneas que se
muestra en la Figura 5, los armónicos EMF son 3% o menos en el ángulo eléctrico 01-02 en el rango de 2,5 deg a 15 deg. El par de detención es de 0,3 Nm o menos en el ángulo eléctrico 01-02 de 2,5 deg o más. Por consiguiente, el ángulo eléctrico 01-02 preferiblemente tiene el rango de 2,5 deg a 15 deg. En otras palabras, como se ilustra en la Figura 6A, en un caso donde las partes de punta doblada de las hendiduras 20f y 19a ilustradas en la Figura 2A se extienden más, las hendiduras se forman preferiblemente en el rango preferible de L ilustrado en la Figura 4 y el rango del ángulo eléctrico 01-02 ilustrado en la Figura 5.
Ejemplo en el cual el lado circunferencial interior R de la parte doblada de la hendidura ilustrada en la Figura 6A es grande
Una forma de hendidura ilustrada en la Figura 7A es sustancialmente igual a la forma de hendidura ilustrada en la Figura 6A, pero es diferente de aquella en que los lados circunferenciales interiores de partes dobladas 79a-3 y 80a-3 se forman en una forma de arco. Una forma de onda de tensión inducida obtenida se ilustra en la Figura 7B, los componentes armónicos son 2,88%, y el par de detención es 0,33 Nm. Por lo tanto, es posible lograr sustancialmente el mismo efecto que en el caso de la Figura 6A. En otras palabras, un cambio de un área de hendidura del lado circunferencial interior doblado casi no influye en una forma de onda o características de tensión inducida.
Ejemplo en el cual la hendidura se forma en forma de C sin doblarse
La Figura 8A ilustra un rotor como un ejemplo comparativo (no es parte de la invención) en el cual las hendiduras 90a y 100a de un rotor 90 se forman en una forma de V sin doblar partes de punta de aquellas a diferencia del rotor ilustrado en la Figura 2A. Una forma de onda ilustrada en la Figura 8B corresponde a una forma de onda de tensión inducida en un caso donde las partes de punta de las hendiduras no se doblan, a diferencia de las hendiduras del rotor ilustrado en la Figura 2A. En una forma de onda de tensión inducida, el rotor 90 ilustrado en la Figura 8A está provisto de porciones de muesca 97a y 96b y una saliente 98a entre las porciones de muesca, pero una forma de las hendiduras 90a y 100a combinada con aquellas es una forma en V, y, por consiguiente, los componentes armónicos son 3,22%, y el par de detención es 0,31 Nm.
Las líneas de flujo magnético (ilustradas en las Figuras 3A a 3D) obtenidas cuando el rotor ilustrado en la Figura 2A rota dentro del estátor se comparan con líneas de flujo magnético (ilustradas en las Figuras 9A a 9D) obtenidas cuando el rotor en el cual las porciones de muesca y las salientes se combinan con las hendiduras en forma de V rota dentro del estátor. En las Figuras 3A a 3D que ilustran las hendiduras dobladas, las partes dobladas de las hendiduras además suprimen la divergencia de flujos magnéticos generados a partir de los imanes permanentes de modo que los flujos magnéticos que fluyen hacia los lados de dientes se uniformizan, y, por consiguiente, los componentes armónicos de una forma de onda de tensión inducida se reducen. Por el contrario, en un caso donde las hendiduras no se doblan en una forma de V, las porciones de hendidura suprimen la divergencia de flujos magnéticos generados a partir de los imanes permanentes en cierta medida de modo que los flujos magnéticos que fluyen hacia los lados de dientes se uniformizan, pero las hendiduras dobladas reducen los componentes armónicos de una forma de onda de tensión inducida.
Ejemplo comparativo (no es parte de la invención) en el cual no hay porción de muesca y saliente, la parte de punta de la barrera de flujo se extiende hacia dentro en dirección circunferencial, y hendiduras dobladas se forman alrededor de ambos extremos del polo saliente:
Según se ilustra en la Figura 10A, en un caso donde un rotor 110 no tiene porción de muesca y saliente en una circunferencia exterior de aquel, y, por consiguiente, tiene una forma perfectamente circular, se observa la tendencia de que las características del par de detención se deterioran. En las características del rotor 110 ilustrado en la Figura 10A, los componentes armónicos son 3,23%, y el par de detención es 0,57 Nm. En el rotor 110 ilustrado en la Figura 10A, partes de punta de barreras de flujo 114a y 115a se extienden hacia dentro en una dirección circunferencial, y se forman hendiduras dobladas 119a y 120a. Como puede verse a partir de una forma de onda de tensión inducida ilustrada en la Figura 10B, dos cuernos aparecen alrededor de cada uno de un pico y una parte inferior, y, por consiguiente, la forma de onda no es similar a una onda sinusoidal.
Ejemplo comparativo en el cual las hendiduras que tienen la misma forma que en el presente ejemplo (Figura 2A) se forman sin porción de muesca y saliente
En un rotor 130 ilustrado en la Figura 11A, las hendiduras se forman en la misma forma que la forma de las hendiduras del rotor 10 del presente ejemplo en la misma posición, y no hay porción de muesca y saliente en una circunferencia exterior de aquel. En el presente caso, se comprueban las características del rotor. En un caso donde no hay porción de muesca en la circunferencia exterior, como puede verse a partir de una forma de onda de tensión inducida ilustrada en la Figura 11B, la forma de onda es considerablemente diferente de una onda sinusoidal. Las características del rotor 130 ilustrado en la Figura 11A se deterioran, de manera notable, dado que los componentes armónicos son 10,62%, y el par de detención es 0,58 Nm. Como se describe más arriba, en un caso donde no hay porción de muesca y saliente en la circunferencia exterior del rotor, los efectos de las hendiduras no pueden lograrse incluso si se forman las mismas hendiduras que en el presente ejemplo ilustrado
en la Figura 2A.
Ejemplo en el cual la parte de punta de hendidura se dobla en la dirección circunferencial interior
Un rotor 170 ilustrado en la Figura 12A es igual al rotor ilustrado en la Figura 2A en que las porciones de muesca 177a y 176b y una saliente 178a se forman en una circunferencia exterior de aquel, y primeras partes de agujero 179a-1 y 180a-1 de las hendiduras 179a y 180a son iguales a aquellas de las hendiduras ilustradas en la Figura 2A, pero las hendiduras son diferentes de aquellas en que las partes de punta de las hendiduras se doblan a partir de partes dobladas 179a-3 y 180a-3 y se extienden en una dirección circunferencial interior y, por consiguiente, se forman segundas partes de agujero 179a-2 y 180a-2. En otras palabras, los ángulos doblados de las segundas partes de agujero 179a-2 y 180a-2 de las hendiduras 179a y 180a cambian. Según se ilustra en la Figura 12B, una forma de onda de tensión inducida en el presente caso tiene dos cuernos alrededor de cada uno de un pico y una parte inferior, y, por consiguiente, no es similar a una onda sinusoidal. Como características del rotor, los componentes armónicos son 3,18%, y el par de detención es 0,30 Nm. Como se describe más arriba, las características cambian simplemente cambiando los ángulos doblados de las segundas partes de agujero 179a-2 y 180a-2 de las hendiduras ilustradas en la Figura 2A.
Ejemplo en el cual se forma la hendidura triangular
En un rotor 190 ilustrado en la Figura 13A, las porciones de muesca 197a y 196b y una saliente 198a se forman en una circunferencia exterior de aquel, y hendiduras triangulares 199a y 200a se forman en ambos extremos de un polo saliente 191. Las hendiduras 199a y 200a se forman en una forma triangular por primeros lados 199a-1 y 200a-1 formados para ser paralelos a barreras de flujo 192 y 193, segundos lados 199a-2 y 200a-2 formados para ser paralelos a una circunferencia exterior 194, y terceros lados 199a-3 y 200a-3. Una forma de onda de tensión inducida para el rotor 190 ilustrado en la Figura 13A se ilustra en la Figura 13B, y es posible lograr sustancialmente el mismo efecto que en la forma de tensión inducida ilustrada en la Figura 2C. Como características del rotor 190 ilustrado en la Figura 13A, los componentes armónicos son 2,76%, y el par de detención es 0,26 Nm.
Como se describe más arriba, en el rotor y el motor eléctrico de imanes permanentes de la técnica relacionada, al menos la porción de muesca se provee en la circunferencia exterior de la porción interpolos del rotor. En un caso donde una saliente se provee, una forma de onda de tensión inducida generada a partir de los imanes permanentes del motor eléctrico de imanes permanentes es similar a una onda sinusoidal dado que los componentes armónicos se reducen. En consecuencia, se reduce el par de detención y, por consiguiente, se reduce la vibración o el ruido del motor eléctrico en cierta medida. Sin embargo, en un caso donde se prevé llevar a cabo una mejora adicional, esta no se ha llevado a cabo hasta ahora para mejorar las características mediante el uso de una porción de muesca o una saliente y una forma de hendidura, o una combinación con disposición de aquella. En particular, como se examina a través de la comparación entre los respectivos ejemplos y los ejemplos comparativos, el efecto logrado mediante provisión de la porción de muesca o la saliente y el efecto logrado mediante provisión de la hendidura no llevan a un resultado de simplemente incorporar los efectos. Dado que las características pueden deteriorarse dependiendo de una forma o disposición de la hendidura, incluso una persona con experiencia en la técnica no puede concebir fácilmente la disposición en patrones de una forma de hendidura específica o una posición de disposición como en el presente ejemplo. En el rotor según la presente invención, al menos una porción de muesca puede proveerse en una circunferencia exterior del rotor de una porción interpolos en la cual una barrera de flujo como una primera porción no magnética se dispone en una dirección circunferencial exterior del transporte, y una saliente puede además proveerse en la porción interpolos. Si los componentes armónicos de una tensión inducida generada en alambres conductores enrollados en los dientes por los imanes permanentes del rotor se reducen, una forma de onda de tensión inducida es similar a una onda sinusoidal. La forma de onda de tensión inducida es similar a una onda sinusoidal de modo que el par de detención se reduce, y, por consiguiente, la rotación irregular se minimiza cuando el rotor rota. Si la rotación irregular se minimiza, la vibración o el ruido del motor eléctrico se reduce. Con el fin de usar el presente fenómeno, en el rotor según la presente invención, la hendidura como una segunda porción no magnética se dispone para extenderse desde una posición adyacente a la barrera de flujo en la dirección circunferencial exterior del rotor. La hendidura está formada por una primera parte de agujero como un agujero largo que se extiende en la dirección circunferencial exterior, una parte doblada en la cual una parte de punta lateral circunferencial exterior de la primera parte de agujero se dobla a lo largo de la circunferencia exterior del rotor desde un extremo del agujero que incorpora imanes hacia el centro, y una segunda parte de agujero que además se extiende a lo largo de la circunferencia exterior.
La hendidura del rotor se inclina de modo que un ángulo de la porción de muesca formada en la circunferencia exterior del rotor coincide con un ángulo doblado de la primera parte de agujero de la hendidura. La segunda parte de agujero de la hendidura se dobla en la parte doblada para extenderse en paralelo a la circunferencia exterior del rotor.
En relación con la hendidura del rotor, en un caso donde una distancia entre la barrera de flujo y la porción de
muesca formada en la circunferencia exterior del rotor se indica mediante t, y una distancia entre la segunda parte de agujero de la hendidura y la circunferencia exterior del rotor se indica mediante T, la barrera de flujo y la hendidura se disponen en posiciones que satisfacen la siguiente expresión.
Un rotor y un motor eléctrico de imanes permanentes que usa el rotor se configuran como se describe más arriba. Por lo tanto, en un caso donde al menos una porción de muesca se provee en una circunferencia exterior del rotor, y también en un caso donde una saliente se provee además en una porción interpolos, una forma de onda de tensión inducida generada a partir de imanes permanentes del motor eléctrico de imanes permanentes puede convertirse en similar a una onda sinusoidal mediante la reducción fiable de los componentes armónicos. En consecuencia, el par de detención se reduce. Por consiguiente, la vibración o el ruido del motor eléctrico se reduce.
Como ejemplo de la presente invención, por ejemplo, se ha llevado a cabo una descripción de un caso donde el motor eléctrico de imanes permanentes se usa para un motor sincrónico de imanes permanentes interiores (IPMSM, por sus siglas en inglés) 40 con seis polos que incluyen el rotor 10 y el estátor 30 como un motor de compresor que tiene un tamaño pequeño y requiere un par fuerte, pero la presente invención no se encuentra necesariamente limitado a ello. El motor eléctrico de imanes permanentes de la presente invención es aplicable al motor sincrónico de imanes permanentes interiores 40 que tiene cuatro o más polos.
Según se ha descrito más arriba, en el rotor y motor eléctrico de imanes permanentes según la presente invención, una forma de onda de tensión inducida es similar a una forma sinusoidal de modo que el par de detención se reduce, y, por consiguiente, el motor eléctrico de imanes permanentes es útil como un motor eléctrico de imanes permanentes que se dirige a una alta velocidad de rotación, en particular, como, por ejemplo, un motor eléctrico incorporado en un compresor.
Claims (3)
1. Un motor eléctrico de imanes permanentes (40) que comprende:
- un rotor (10) que está cilíndricamente formado por un cuerpo magnético y en el cual múltiples agujeros que incorporan imanes (12a, ..., 12f) se forman anularmente a intervalos predeterminados en una dirección circunferencial, imanes permanentes tipo placa (13a, ..., 13f) incorporándose en los agujeros que incorporan imanes (12a, ..., 12f), y
- un estátor de dientes de yugo (30) que se dispone en el lado circunferencial exterior del rotor (10) y en el cual alambres conductores se enrollan, respectivamente, en múltiples dientes (32) que se extienden hacia el lado circunferencial interior desde un yugo anular (31), y
en donde el rotor (10) comprende:
- una primera porción no magnética (14a, ..., 14f, 15a, ..., 15f) que se dispone hacia una circunferencia exterior del rotor (10) desde un extremo circunferencial de cada uno de los agujeros que incorporan imanes (12a, ..., 12f); y
- una segunda porción no magnética (19a, ..., 19f, 20a, ..., 20f) que se dispone para ser adyacente a la primera porción no magnética (14a, ..., 14f; 15a, ..., 15f); y
en donde una porción de muesca (16a, ..., 16f; 17a, ..., 17f) se provee en la circunferencia exterior del rotor (10) opuesta a la primera porción no magnética (14a, ..., 14f; 15a, ..., 15f) en una dirección de diámetro del rotor (10), caracterizado por que la segunda porción no magnética (19a, ..., 19f; 20a, ..., 20f) es un agujero largo que se extiende desde un lado circunferencial interior del rotor (10) hacia un lado circunferencial exterior de aquel formándose mediante flexión de un extremo lateral circunferencial exterior del agujero largo a lo largo de la circunferencia exterior del rotor (10) en una dirección que se convierte en distante de la primera porción no magnética (14a, ..., 14f; 15a, ..., 15f).
2. El motor (40) según la reivindicación 1,
en donde un ángulo de la porción de muesca (16a, ..., 16f; 17a, ..., 17f) coincide con un ángulo doblado del extremo lateral circunferencial exterior de la segunda porción no magnética (19a, ..., 19f; 20a, ..., 20f).
3. El motor (40) según la reivindicación 1 o 2,
en donde, en un caso donde un espacio entre la primera porción no magnética (14a, ..., 14f; 15a, ..., 15f) y la porción de muesca se indica mediante t, y un espacio entre la segunda porción no magnética (19a, ..., 19f; 20a, ..., 20f) y la circunferencia exterior del rotor (10) se indica mediante T, la siguiente expresión se satisface:
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