JP2009525019A

JP2009525019A - ラインスタート型永久磁石同期モータ用のロータアセンブリ

Info

Publication number: JP2009525019A
Application number: JP2008547105A
Authority: JP
Inventors: ソン、スンゴン
Original assignee: デーウー・エレクトロニクス・コーポレイション
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2009-07-02
Also published as: KR101092323B1; WO2007073086A3; WO2007073086A2; EP1964250A2; US20070138893A1; KR20070066090A

Abstract

【課題】ロータコアなどの仕様を変更することなく、永久磁石と導体との間の距離を調整することができるようにして、回転速度、トルクなどのモータの特性を容易に制御し、それによって、モータの製造コストを低減するラインスタート型永久磁石（ＬＳＰＭ）同期モータ用のロータを提供する。
【解決手段】ＬＳＰＭ同期モータ用のロータであって、シャフト孔が形成された中央部及び複数の導体取付孔が形成された外周部を有するロータコアと、少なくとも１つの永久磁石とを備え、前記ロータコアにおいて、複数の導体が、前記導体取付孔に挿入され、複数の磁石取付孔が、前記シャフト孔の周囲に、前記シャフト孔からの少なくとも１つの半径方向に沿って配置され、前記少なくとも１つの永久磁石が、少なくとも１つの対応する前記磁石取付孔に選択的に取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラインスタート型永久磁石（Line start Permanent Magnet；ＬＳＰＭ）同期モータ用のロータに関するものであり、より詳しくは、ロータコアの仕様を変更することなく、永久磁石と導体との間の距離を調整可能にすることによって、回転速度、トルクなどの特性を容易に制御することができるＬＳＰＭ同期モータ用のロータに関するものである。

一般に、モータは、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換させて回転力を供給する装置であり、家庭用電気製品だけでなく、産業用機器などに広範に用いられる。モータは、交流（ＡＣ）モータと直流（ＤＣ）モータとに大別される。

一方、交流モータの一種であるＬＳＰＭ同期モータは、ロータの導体に誘起される電圧によって生成される２次電流と、ステータの巻線で発生する磁束との相互作用によって生じるトルクで駆動される。このとき、リラクタンストルク及び／又はマグネットトルク及びケージ（cage）によるトルク成分の合成トルクによってトルクが生じる。また、ＬＳＰＭ同期モータが、ステータの回転磁界の速度に応じて駆動されるように、起動後の通常動作の間、ロータに配置された永久磁石の磁束は、ステータで発生する磁束と同期する。

従来のＬＳＰＭ同期モータを、添付の図面を参照して以下に説明する。

図１は、従来のＬＳＰＭ同期モータの要部を示す平面図である。図１で示すように、従来のＬＳＰＭ同期モータ１０は、ケーシング又はシェル（図示せず）に固定されたステータ１１と、ステータ１１に巻き線されたコイル１２と、ステータ１１の内側で回転自在となるように隙間を設けて、ステータ１１の内側に配置されたロータ１３とを備える。

ステータ１１は、同じ形状の複数のケイ素鋼板を軸方向に重ねて形成される。ステータ１１の内側には、ロータ１３を配置するための孔（図示せず）が形成され、ステータ１１の内周面に沿って複数の歯部１１ａが形成される。隣接する２つの歯部１１ａはすべて、互いに等しい距離をおいて離隔して配置され、それによって、隣接する１１ａの間にスロット１１ｂを形成する。

コイル１２は、各歯部１１ａに巻き線され、交流電源がコイル１２へ印加されたとき、ステータ１１の構造体より回転磁束が発生するようにする。

ロータ１３は、ロータ１３とステータ１１との間に隙間が形成されるようにして、ステータ１１の中央部に回転自在に配置される。シャフト１３ａが、ロータ１３の中央部に形成された挿入孔（図示せず）を貫通し、かつ前記挿入孔に固定される。複数の導体１３ｂが、ロータ１３の外周部に沿って縦方向に挿入され、かつ前記外周部に固定される。各導体１３ｂは、バーのような形状をしている。シャフト１３ａの周囲に複数の磁石取付孔１３ｃが形成され、各磁石取付孔１３ｃに永久磁石１３ｄが挿入され、かつ固定される。

シャフト１３ａがベアリング（図示せず）を介して回転するように、シャフト１３ａは、ＬＳＰＭ同期モータ１０のケースをなすケーシング又はシェルに取り付けられる。導体１３ｂには、一般に伝導性に優れていると共に、ダイカスト工法が可能なアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。各永久磁石１３ｄが、コイル１２で発生する磁束と相互作用することにより、ＬＳＰＭ同期モータ１０を駆動させるためのトルクを生じる。

このような従来のＬＳＰＭ同期モータ１０のコイル１２に電流が印加された場合、ステータ１１の構造体で発生する回転磁束が、ロータ１３の導体１３ｂに生成される誘導電流と相互作用することにより、ロータ１３がステータ１１に対して回転する。そして、ロータ１３が同期速度に到達すると、ロータ１３を回転させるため、永久磁石１３ｄによるトルク及びロータ１３の特定の構造体に起因するリラクタンストルクが生じる。

一方、従来のＬＳＰＭ同期モータ１０のロータ１３は、複数の永久磁石１３ｄを有している。モータの特性（モータの出力など）は、複数の永久磁石１３ｄが、ロータ１３に配置される位置、即ち、永久磁石１３ｄと導体１３ｂとの間の距離に影響を受ける。

しかしながら、ＬＳＰＭ同期モータ１０の特性（回転速度、トルクなど）は、エアコンや洗濯機などのＬＳＰＭ同期モータ１０が一般に使用される製品のそれぞれの用途及び機能に応じて定められるため、ＬＳＰＭ同期モータ１０が用いられる製品の仕様に応じて、ＬＳＰＭ同期モータ１０を製造しなければならず、その結果、製品の製造コストを上昇させる原因となっている。

従って、多様な製品に応じて回転速度、トルクなどの特性を容易に制御することができ、それによって、製品の製造コストを低減することができる、ＬＳＰＭ同期モータの開発が求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータコアの少なくとも１つの半径方向に沿って配置された複数の磁石取付孔に、永久磁石を選択的に取り付けられるようにすることにより、ロータコアの仕様を変更せずに、永久磁石と導体との間の距離を調整可能にし、それによって、ＬＳＰＭ同期モータの回転速度、トルクなどの特性を容易に制御し、かつＬＳＰＭ同期モータの製造コストを大幅に低減させるＬＳＰＭ同期モータ用のロータを提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、ＬＳＰＭ同期モータ用のロータであって、シャフト孔が形成された中央部及び複数の導体取付孔が形成された外周部を有するロータコアと、少なくとも１つの永久磁石とを備え、前記ロータコアにおいて、複数の導体が、前記導体取付孔に挿入され、複数の磁石取付孔が、前記シャフト孔の周囲に、前記シャフト孔からの少なくとも１つの半径方向に沿って配置され、前記少なくとも１つの永久磁石が、少なくとも１つの対応する前記磁石取付孔に選択的に取り付けられることを特徴とするロータを提供する。

上述したように、本発明に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリによれば、永久磁石を、ロータコアの半径方向に沿って配置された複数の磁石取付孔に選択的に取り付けられるようにすることにより、ロータコアの仕様を変更せずに、永久磁石と導体との間の距離を調整することができるという効果を奏する。その結果、ＬＳＰＭ同期モータの回転速度、トルクなどの特性を容易に制御することができ、かつＬＳＰＭ同期モータの製造コストを大幅に低減することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照して当業者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかしながら、本発明はその好適な実施形態に限定されるものではないことに留意されたい。

図２は、本発明の第１実施形態に係るラインスタート型永久磁石（ＬＳＰＭ）同期モータで用いられるロータを示す分解斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータで用いられるロータを示す断面図である。図示のように、本発明の第１実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリ１００は、ステータ１１（図１で図示）の内側に、ロータアセンブリ１００及びステータ１１の間に隙間が設けられるようにして配置され、ロータアセンブリ１００が、ステータ１１の内側で回転自在となるようにする。

ロータアセンブリ１００は、中央部と外周部を有するロータコア１１０を含む。シャフト孔１１１が、ロータコア１１０の中央部に縦方向に形成され、シャフト１３ａ（図１で図示）が、シャフト孔１１１に挿入され、かつ固定されるようにする。複数の導体挿入孔１１３が、ロータコア１１０の外周部に沿って形成される。隣接する導体挿入孔１１３は、どれも等間隔にて離隔している。好ましくは、各導体１１４は、伝導性に優れ、ダイカスト工法が可能なアルミニウム（Ａｌ）を含む。導体１１４は、ダイカスト工法などを用いて各導体挿入孔１１３に挿入され、かつ固定される。

複数の磁石取付孔１１２が、ロータコア１１０のシャフト孔１１１の周囲に、シャフト孔１１１からの少なくとも１つの半径方向に沿って配置される。ＬＳＰＭ同期モータの回転速度、トルクなどの所要の特性に基づいて、少なくとも１つの永久磁石１２０が、少なくとも１つの対応する磁石取付孔１１２に選択的に取り付けられる。

複数の磁石取付孔１１２は、２Ｎの半径方向に沿って配置されることが好ましい。ただし、Ｎは自然数である。２Ｎの半径方向に沿って配置された複数の磁石取付孔１１２が、複数のサブグループに分けられるようにすることができ、各サブグループに２Ｎの磁石取付孔１１２が含まれるようにすることができる。そして、２Ｎの永久磁石１２０が、サブグループの１つに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔１１２に取り付けられる。さらに、各サブグループに含まれる２Ｎの磁石取付孔１１２は、ロータコア１１０の中心から等しい距離にて配置される。より好ましくは、各サブグループに含まれる２Ｎの磁石取付孔１１２は、シャフト孔１１１に対して互いに軸対称であり、また２Ｎの磁石取付孔１１２は、互いに等間隔にて配置される。

例えば、図２及び３を参照すると、シャフト孔１１１からの各半径方向に沿って、それぞれ３つの磁石取付孔１１２が連なって配置されており、４つの半径方向に沿って、全部で１２の磁石取付孔が配置されている。そして、４つの永久磁石１２０が、４つの対応する磁石取付孔１１２に選択的に取り付けられている。各磁石取付孔は、図２及び３で示すように、同じ大きさであってよい。

ロータコア１１０は、複数のケイ素鋼板を積層するプロセスを用いて形成されてもよく、軟磁性粉末（soft magnetic powder）を圧縮するプロセスを用いて形成されてもよい。

ロータコア１１０を、軟磁性粉末を圧縮成形するプロセスを用いて製造する場合、圧縮成形機にロータコア１１０に対応する形状を有する成形空間を設け、前記成形空間に軟磁性粉末を充填した後、パンチなどの圧縮部材を用いて軟磁性粉末を圧縮することによって、シャフト孔１１１、磁石取付孔１１２及び導体挿入孔１１３を同時に形成する。

ロータコア１１０の製造に用いられる軟磁性粉末には、鉄をベースとする粒子を含み、それらは互いに電気的に絶縁されるように、各々の粒子がコーティングされる。圧縮プロセスでは、所望に応じて、軟磁性粉末に潤滑剤及び／又は結合剤を添加することがある。

軟磁性粉末の圧縮プロセスにより、ロータコア１１０は、３次元形状を有する軟磁性複合材料（soft magnetic composite；「ＳＭＣ」という）のように構成することができる。そのため、同一形状のケイ素鋼板が重ねられた積層構造を有する従来のロータコアとは異なり、本発明に係るロータコア１１０は、より高い自由度が許容されるため、磁石取付孔１１２のほか、導体挿入孔１１３を、多様な形状で形成することができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリ２００の断面図を示す。図２及び３で示した板形状の磁石取付孔１１２とは異なり、ロータアセンブリ２００は、曲線形状の磁石取付孔２１２が設けられたロータコア２１０を含む。永久磁石２２０は、曲線形状の磁石取付孔２１２に挿入されるように形成される。

図５は、本発明の第３実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリ３００の断面図を示す。ロータアセンブリ３００は、４つの半径方向に沿って配置された複数の（例えば、１２個の）磁石取付孔３１２が設けられたロータコア３１０を含む。特定の半径方向に配置された磁石取付孔３１２の大きさは、磁石取付孔３１２の位置がロータコア３１０の中央部から離れるほど小さくなる。即ち、磁石取付孔３１２の長幅及び／又は短幅は、磁石取付孔３１２の位置がロータコア３１０の外周部に近づくほど小さくなる。このように、各磁石取付孔３１２に取り付けられる永久磁石３２０が、その取付位置に応じた大きさで形成されるため、ロータコア３１０を別のものと交換しなくても、様々な特性のＬＳＰＭ同期モータを実現することができる。さらに、永久磁石３２０の大きさは、永久磁石３２０が導体側により近接して配置されるほど、即ち、ロータコア３１０の外周部により近接して配置されるほど小さくなるので、ＬＳＰＭ同期モータの特性を細かく調整することができる。

図６は、本発明の第４実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリ４００の断面図を示す。ロータアセンブリ４００は、４つの半径方向に沿って配置された複数の（例えば、１２個の）磁石取付孔４１２が設けられたロータコア４１０を有する。特定の半径方向に配置された磁石取付孔４１２の大きさは、磁石取付孔４１２の位置がロータコア４１０の中央部から離れるほど大きくなる。即ち、磁石取付孔４１２の長幅及び／又は短幅は、磁石取付孔４１２の位置がロータコア４１０の外周部に近づくほど大きくなる。このように、各磁石取付孔４１２に取り付けられている永久磁石４２０が、その取付位置に応じた大きさで形成されるため、ロータコア４１０を別のものに交換しなくても、様々な特性のＬＳＰＭ同期モータを実現することができる。さらに、永久磁石４２０の大きさは、永久磁石４２０が導体側により近接して配置されるほど、即ち、ロータコア４１０の外周部により近接して配置されるほど大きくなるので、ＬＳＰＭ同期モータの特性を迅速にに調整することができる。

このような構造からなるＬＳＰＭ同期モータのロータの作用について、以下に説明する。

ロータコア１１０、２１０、３１０、及び４１０の半径方向に沿って配置された複数の磁石取付孔１１２、２１２、３１２、及び４１２に、永久磁石１２０、２２０、３２０、及び４２０を選択的に取り付けられるようにすることにより、ロータコア１１０、２１０、３１０、及び４１０の仕様を変更することなく、永久磁石１２０、２２０、３２０、及び４２０と導体１１４、２１４、３１４、及び４１４との間の距離を調整できるようにし、回転速度、トルクなどのモータの特性を容易に制御する。例えば、永久磁石１２０、２２０、３２０、及び４２０と導体１１４、２１４、３１４、及び４１４との間の距離を短くした場合、トルクが大きくなるようにすることができる。

図３及び図４で示すように、ロータコア１１０、２１０の半径方向に沿って配置された複数の磁石取付孔１１２、２１２が、互いに同一の大きさである場合、永久磁石１２０、２２０の仕様を変更せずに、モータの特性を容易に制御することができる。

図５で示すように、永久磁石３２０の位置がロータコア３１０の中央部から半径方向へ離れていくほど、ロータコア３１０の半径方向に沿って配置された複数の磁石取付孔３１２の長幅及び／又は短幅が小さくなる場合、ロータコア３１０の仕様を変更することなく、モータの特性を細かく制御することができる。

図６で示すように、磁石取付孔４１２がロータコア４１０の中央部から半径方向へ離れていくほど、ロータコア４１０の半径方向に沿って配置された複数の磁石取付孔４１２の長幅及び／又は短幅が大きくなる場合、ロータコア４１０の仕様を変更することなく、モータの特性を迅速に制御することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想の範囲から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

従来技術に係るラインスタート型永久磁石（ＬＳＰＭ）同期モータの要部を示す平面図である。本発明の第１実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリを示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリを示す断面図である。本発明の第２実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリを示す断面図である。本発明の第３実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリを示す断面図である。本発明の第４実施形態に係るＬＳＰＭ同期モータ用のロータアセンブリを示す断面図である。

Claims

ラインスタート型永久磁石（ＬＳＰＭ）同期モータ用のロータであって、
シャフト孔が形成された中央部及び複数の導体取付孔が形成された外周部を有するロータコアと、
少なくとも１つの永久磁石とを備え、
前記ロータコアにおいて、
複数の導体が、前記複数の導体取付孔に挿入され、
複数の磁石取付孔が、前記シャフト孔の周囲に、前記シャフト孔からの少なくとも１つの半径方向に沿って配置され、
前記少なくとも１つの永久磁石が、少なくとも１つの対応する前記磁石取付孔に選択的に取り付けられることを特徴とするロータ。
前記複数の磁石取付孔が、２Ｎの半径方向（Ｎは自然数）に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
前記２Ｎの半径方向に沿って配置された前記複数の磁石取付孔が、複数のサブグループに分けられ、２Ｎの磁石取付孔が各サブグループに含まれるようにし、
２Ｎの前記永久磁石が、前記複数のサブグループの１つに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載のロータ。
前記各サブグループに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔が、前記ロータコアの中心から同一の距離にて配置されることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
前記各サブグループに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔が、前記シャフト孔に対して互いに対称であることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
前記各サブグループに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔が、互いに等間隔にて配置されることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
前記複数の磁石取付孔が、同一の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
前記少なくとも１つの半径方向に沿って配置された前記複数の磁石取付孔の大きさが、前記中央部から距離が離れるほど、より小さな大きさであることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
前記少なくとも１つの半径方向に沿って配置された前記複数の磁石取付孔の大きさが、前記中央部から距離が離れるほど、より大きな大きさであることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
前記ロータコアが、軟磁性粉末を圧縮して形成されることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
ラインスタート型永久磁石（ＬＳＰＭ）同期モータであって、
ステータと、
前記ステータの内側で回転するように配置されたロータとを備え、
前記ロータが、
シャフト孔が形成された中央部及び複数の導体取付孔が形成された外周部を有するロータコアと、
少なくとも１つの永久磁石とを含み、
前記ロータコアにおいて、
複数の導体が、前記導体取付孔に挿入され、
複数の磁石取付孔が、前記シャフト孔の周囲に、前記シャフト孔からの少なくとも１つの半径方向に沿って配置され、
前記少なくとも１つの永久磁石が、少なくとも１つの対応する前記磁石取付孔に選択的に取り付けられることを特徴とするＬＳＰＭ同期モータ。
前記複数の磁石取付孔が、２Ｎの半径方向（Ｎは自然数）に沿って配置されることを特徴とする請求項１１に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記２Ｎの半径方向に沿って配置された前記複数の磁石取付孔が、複数のサブグループに分けられ、２Ｎの磁石取付孔が各サブグループに含まれるようにし、
２Ｎの前記永久磁石が、前記複数のサブグループの１つに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔に取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記各サブグループに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔が、前記ロータコアの中心から同一の距離にて配置されることを特徴とする請求項１３に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記各サブグループに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔が、前記シャフト孔に対して互いに対称であることを特徴とする請求項１４に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記各サブグループに含まれる前記２Ｎの磁石取付孔が、互いに等間隔にて配置されることを特徴とする請求項１５に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記複数の磁石取付孔が、同一の大きさであることを特徴とする請求項１１に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記少なくとも１つの半径方向に沿って配置された前記複数の磁石取付孔の大きさが、前記中央部から距離が離れるほど、より小さな大きさであることを特徴とする請求項１１に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記少なくとも１つの半径方向に沿って配置された前記複数の磁石取付孔の大きさが、前記中央部から距離が離れるほど、より大きな大きさであることを特徴とする請求項１１に記載のＬＳＰＭ同期モータ。
前記ロータコアが、軟磁性粉末を圧縮して形成されることを特徴とする請求項１１に記載のＬＳＰＭ同期モータ。