JP2017225335A

JP2017225335A - 永久磁石モータ及びこれを有する家庭電化製品

Info

Publication number: JP2017225335A
Application number: JP2017104446A
Authority: JP
Inventors: ピンエルヴイシャオ; Xiao Ping Lv; ハンアランレオンチン; Hang Alan Leung Ching; フォンユエンウェイ; Wei Feng Yuan
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2017-12-21
Also published as: CN107437880A; DE102017110873A1; US20170346350A1

Abstract

【課題】ハウジングのサイズを増すことなく、より高い出力電力を提供することができる永久磁石モータを提供する。【解決手段】永久磁石モータと、永久磁石モータを含む家庭電化製品とが提供される。永久磁石モータは、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを含む。ロータは、回転軸と、回転軸に固定されたロータコアと、回転軸に固定されてロータコアに隣接する整流子と、ロータコアの磁極に巻き付けかつ整流子に電気的に接続されたロータ巻線とを含む。ステータは、筒状ハウジングと、ハウジングの内側面に取り付けた永久磁石と、整流子に滑り接触するブラシとを含む。ハウジングの外径に対するロータコアの外径の比は６０％から８５％であり、ロータ巻線の線径は０．１２ｍｍから０．２３ｍｍである。本発明は、モータのサイズを増すことなく、より高い出力電力を提供することができる。【選択図】図２

Description

[0001] 本発明は、特に家庭電化製品に適する永久磁石モータに関する。

[0002] 今のところ、モータは、様々な設備及び装置で広く使用されている。真空掃除機及び他の家庭電化製品のような多くの装置のために、装置のサイズをその装置の性能を維持しながら縮小させ、又は装置サイズを増大させることなくモータの電力を上昇させることによって装置の性能を改善する、より小型で、より軽量で及びより強力なモータが望まれる。

[0003] 一部の現存する家庭電化製品は、高電圧直流モータを採用する。高電圧直流モータは、ステータ及びロータを含む。ステータは、筒状ハウジングと、ハウジングの内面に固定された永久磁石とを含む。ロータは、ロータコアと、ロータコアに巻き付けたロータ巻線とを含む。ロータ巻線は、高電圧直流電源によって給電される。現存する６００シリーズの高電圧直流モータでは、モータのハウジングの外径が約３６ｍｍであり、ロータコアの外径が約２２．８ｍｍであり、ハウジングの外径に対するロータコアの外径の比は、約６３．３％であり、モータの出力電力は、通常４０ワット未満である。

[0004] 従って、ハウジングのサイズを増すことなく、より高い出力電力を提供することができる永久磁石モータに対する要望がある。

[0005] １つの態様において、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを備える永久磁石モータが提供される。ロータは、回転軸と、回転軸に固定されたロータコアと、回転軸に固定されてロータコアに隣接する整流子と、ロータコアの磁極に巻き付けかつ整流子に電気的に接続されたロータ巻線とを備える。ステータは、筒状ハウジングと、ハウジングの内側面に取り付けた永久磁石と、整流子に滑り接触するブラシとを備える。ハウジングの外径に対するロータコアの外径の比が６０％から８５％であり、ロータ巻線の線径が０．１２ｍｍから０．２３ｍｍである。

[0006] ハウジングの外径に対するロータコアの外径の比は、６６％から８０％であることが好ましい。

[0007] 永久磁石はフェライト磁石であることが好ましい。

[0008] フェライト磁石は、残留磁束密度Ｂｒが４０００Ｇｓから４４００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが４０００Ｏｅから５０００Ｏｅである材料から作ることが好ましい。

[0009] フェライト磁石は、残留磁束密度Ｂｒが４２００Ｇｓから４４００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが４４００Ｏｅから４６００Ｏｅである材料から作ることが好ましい。

[0010] ハウジングの外径は４２．６ｍｍであり、ロータコアの外径は２９．５ｍｍであり、ロータコアの各磁極の磁極本体の半径方向長さは７ｍｍであり、磁極本体の円周方向幅は１．７５ｍｍであり、隣接する磁極間の最小空間は１．６ｍｍであり、永久磁石モータの出力電力は１４０ワットであることが好ましい。

[0011] 永久磁石は、希土類元素永久磁性材料から作ることが好ましい。

[0012] 永久磁石はＮｄＦｅＢ磁石であることが好ましい。

[0013] ＮｄＦｅＢ磁石は、最大磁気エネルギ積ＢＨｍａｘが６８ｋＪ／ｍ³から８０ｋＪ／ｍ³であり、残留磁束密度Ｂｒが６５００Ｇｓから７０００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが６８０ｋＡ／ｍから８００ｋＡ／ｍである材料で作ることが好ましい。

[0014] ハウジングの外径は３５．７ｍｍであり、ロータコアの外径は２７．５ｍｍであり、ロータコアの各磁極の磁極本体の半径方向長さは６．２ｍｍであり、磁極本体の円周方向幅は１．５ｍｍであり、隣接する磁極間の最小空間は１．６ｍｍであり、永久磁石モータの出力電力は１００ワットであることが好ましい。

[0015] 永久磁石モータの定格出力電力は１００ワットから２００ワットであることが好ましい。

[0015] 永久磁石モータの電力密度は２６０Ｗ／ｋｇから４８０Ｗ／ｋｇであることが好ましい。

[0017] 永久磁石モータは、１００Ｖから２４０Ｖの交流電力から整流器及び電解コンデンサによって変換された高電圧直流電力を受け取り、又は１００Ｖから３４０Ｖの高電圧直流電力を受け取るための電気接続端子をさらに備えることが好ましい。

[0018] ロータコアは、１２個の磁極を備え、ステータは２個の磁極を備え、整流子は１２個又は２４個の整流子片を備えることが好ましい。

[0019] 永久磁石モータは、高電圧直流モータであることが好ましい。

[0020] 別の態様において、永久磁石モータを備える家庭電化製品が提供される。

[0021] 本発明の上述した実施形態では、高純度のフェライト磁石を採用したので、磁石の厚さは、十分な磁気性能を保証しながら減少させることができ、それによりロータコアのサイズを大きくすることが可能になる。そのため、モータは、より多くのロータ巻線を収納するためのより大きい空間を提供することができる。さらに、ロータ巻線の線径が太いので、より高い出力電力を提供することができる。さらに、本発明の高電圧直流モータは、より高い電力密度を有する。加えて、熱質量がより大きいおかげで、モータの動作中の昇温を下げることができる。さらに、ロータ巻線により太いワイヤを使用することが許されるので、モータの銅損を減らすこともできる。

本発明の好ましい実施形態による永久磁石モータを示す図である。図１の永久磁石モータの長手方向断面図である。図１の永久磁石モータのロータコアを示す図である。

[0025] 本発明の技術的解決策及び有益な効果は、添付図面を参照した以下の本開示の実施形態から明らかになる。各図は、本発明を説明するための単なる例であり、本発明を限定する意図でないことを理解されたい。各図に示す寸法は、一般に、表示の便宜及び明瞭さのために選ばれ、必ずしも縮尺通りに示さない。

[0026] 図１から図３を参照して、本開示の永久磁石モータ１６は、真空掃除機のような家庭電化製品に応用することができる。家庭電化製品は、被駆動機構（図示しない）を含み、永久磁石モータ１６は、被駆動機構を駆動するために使用される。好ましい実施形態では、永久磁石モータ１６は、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを含む。ロータは、回転軸２２と、回転軸２２に固定されたロータコア２４と、回転軸２２に固定されてロータコア２４に隣接する整流子２６と、ロータコア２４の各磁極３０の周りに巻き付けかつ整流子２６に電気的に接続されたロータ巻線２８とを含む。ロータコア２４は、回転軸２２の軸方向に沿って積み重ねた複数のロータコア積層体を含むことができる。ロータの隣接する磁極間にスロットが定まり、ロータ巻線がそこを通過するのを許す。ロータコア２４にファン３２が固定され、ハウジング３６の少なくとも１つの開口部３４と協働して、回転中に発生する空気流でモータを冷やす。本実施形態では、開口部３４はハウジング３６に定まる。別の実施形態では、開口部３４は、永久磁石モータ１６のエンドキャップに定めることができる。ロータコアは１２個の磁極を含み、整流子２６は２４個の整流子片を含むことが好ましい。代わりに、整流子は１２個の整流子片を含むこともできる。本実施形態では、永久磁石モータ１６は高電圧直流モータであり、ロータ巻線２８の線径は０．１２ｍｍから０．２３ｍｍである。

[0027] ステータは、筒状ハウジング３６、２つの永久磁石４０、エンドキャップ４２、及び一対のブラシ組立体を含む。ハウジング３６は、ステータの軸方向に沿って延び、開放端及び閉鎖端３８を有する。永久磁石４０は、ハウジング３６の内側面に固定される。エンドキャップ４２は、ハウジング３６の開放端を閉じる。ハウジング３６は、磁気導体材料から作る。エンドキャップ４２は、ハウジング３６に固定して設置される。回転軸２２は、エンドキャップ４２と、ハウジング３６の閉鎖端３８とにそれぞれ位置する２つの軸受４６によって回転可能に支持される。ロータコア２４及び永久磁石４０は、それらの間に空隙を定めて互いに対向している。

[0028] エンドキャップ４２は、台板４８と、台板４８から軸方向内向きに延びる環状側壁５０と、一方の軸受４６を支持するために台板４８から軸方向外向きに延びる軸受シート５２とを含む。側壁５０及び台板４８は、一緒に、整流子２６を収納するためのチャンバを定める。各ブラシ組立体はブラシホルダ５４を含む。ブラシホルダ５４は、側壁５０から半径方向内向きに延び、チャンバと連通する。ブラシホルダ５４にブラシ５６が摺動可能に取り付けられ、弾性部材（図示しない）によって弾力的に支持され、整流子２６に滑り接触している。エンドキャップ４２には、外部電源に電気的に接続するために２つの電気接続端子５８がさらに備わる。各電気接続端子５８は、導電体（例えば、図示しないブラシピグテール）によって対応するブラシ５６に接続される。

[0029] 本実施形態では、外部電源に電気的に接続する２つの電気接続端子５８は、２つの電気接続端子５８を、１００Ｖから２４０Ｖの交流電力から整流器及び電解コンデンサによって変換された高電圧直流電力に電気的に接続することによって、又は２つの電気接続端子５８を、１００Ｖから３４０Ｖの高電圧直流電力に電気的に接続することによって、実施することができる。そのため、高電圧直流電力は、電気接続端子５８、ブラシ５６及び整流子２６を通ってロータ巻線２８に供給される。

[0030] 本実施形態では、永久磁石４０は、高純度のフェライト磁石とすることができ、それは、最大磁気エネルギ積ＢＨｍａｘが４．３ＭＧＯｅよりも大きく、残留磁束密度Ｂｒが４０００Ｇｓ４４００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが４０００Ｏｅから５０００Ｏｅである材料から作ることが好ましい。フェライト磁石は、残留磁束密度Ｂｒが４２００Ｇｓから４４００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが４４００Ｏｅから４６００Ｏｅであり、最大磁気エネルギ積ＢＨｍａｘが４．３ＭＧＯｅから４．７ＭＧＯｅである材料から作ることがより好ましい。

[0031] 本発明の１つの実施形態では、ハウジング３６の外径Ｄ２（磁束リング４４の厚さを含まない）に対するロータコア２４の外径Ｄ１の比は、６０％から８５％である。ハウジング３６の外径Ｄ２（磁束リング４４の厚さを含まない）に対するロータコア２４の外径Ｄ１の比は、６６％から８０％であることが好ましい。

[0032] 他の実施形態では、永久磁石４０は、希土類元素永久磁性材料から作ることもでき、最大磁気エネルギ積ＢＨｍａｘが６８ｋＪ／ｍ³から８０ｋＪ／ｍ³であり、残留磁束密度Ｂｒが６５００Ｇｓから７０００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが６８０ｋＡ／ｍから８００ｋＡ／ｍであるＮｄＦｅＢ材料から作ることが好ましい。ハウジング３６の外径Ｄ２（磁束リング４４の厚さを含まない）に対するロータコア２４の外径Ｄ１の比は、６０％から８５％である。

[0033] 本発明の説明した実施形態では、高純度のフェライト磁石又は希土類元素永久磁性材料を採用したので、磁石の厚さは、十分な磁気性能を保証しながら減少させることができ、それによりロータコアのサイズを増すことが可能になる。そのため、モータは、より多くのロータ巻線を収納するためにより大きい空間を提供することができる。さらに、ロータ巻線の線径が０．１２ｍｍから０．２３ｍｍと太いので、例えば１００Ｗから２００Ｗであるより高い出力電力を提供することができる。さらに、本発明の高電圧直流モータは、２６０Ｗ／ｋｇから４８０Ｗ／ｋｇにできるより高い電力密度を有する。加えて、熱質量がより大きいおかげで、モータの動作中の昇温を下げることができる。さらに、ロータ巻線により太いワイヤを使用することが許されるので、モータの銅損を減らすことができる。

[0034] 例えば、６００シリーズの高電圧直流モータの実施例では、永久磁石４０はＮｄＦｅＢ材料から作り、ハウジングの外径Ｄ２は３５．７ｍｍであり、ロータコアの外径Ｄ１は２７．５ｍｍに増え、ハウジングの外径に対するロータコアの外径の比は７７％に増え、モータの出力電力は１００ワットに高めることができる。ロータコアの磁極の磁極本体の半径方向長さＬは６．２ｍｍであり、磁極本体の円周方向幅Ｗは１．５ｍｍであり、隣接する磁極間の最小空間Ｄ３は１．６ｍｍであることが好ましい。これらの寸法は、約１０％以内で変動可能であることを理解されたい。

[0035] 本発明の１つの好ましい実施形態による７００シリーズの高電圧直流モータの実施例では、永久磁石４０はフェライト磁石であり、ハウジングの外径Ｄ２は４２．６ｍｍであり、ロータコアの外径Ｄ１は２９．５ｍｍに増え、ハウジングの外径に対するロータコアの外径の比は６９．２％に増え、モータの出力電力は１４０ワットに高めることができる。ロータコアの磁極の磁極本体の半径方向長さＬは７ｍｍであり、磁極本体の円周方向幅Ｗは１．７５ｍｍであり、隣接する磁極間の最小空間Ｄ３は１．６ｍｍであることが好ましい。これらの寸法は約１０％以内で変動可能であることを理解されたい。

[0036] 以上は、本発明の典型的な実施形態に過ぎず、本発明を限定することを意図しない。本発明の精神及び原理から逸脱することなく、様々な修正、変更及び改善をなすことができる。例えば、ステータは、４つ以上の永久磁石を含むこともできる。これらも本発明の保護の範囲内に属すると考えるべきである。

２２回転軸
２４ロータコア
２６整流子
２８ロータ巻線
３２ファン
３６ハウジング
３８閉鎖端
４０永久磁石
４２エンドキャップ
４４磁束リング
４６軸受
５２軸受シート
５４ブラシホルダ
５６ブラシ

Claims

永久磁石モータであって、
筒状ハウジングと、前記ハウジングの内側面に取り付けた永久磁石と、ブラシとを備えるステータと、
前記ステータに対して回転可能なロータであって、回転軸と、前記回転軸に固定されたロータコアと、前記回転軸に固定されて前記ロータコアに隣接する整流子と、前記ロータコアの磁極に巻き付けかつ前記整流子に電気的に接続されたロータ巻線とを備えるロータとを備え、
前記ステータの前記ブラシは前記整流子に滑り接触し、前記ハウジングの外径に対する前記ロータコアの外径の比が６０％から８５％であり、ロータ巻線の線径が０．１２ｍｍから０．２３ｍｍである、ことを特徴とする永久磁石モータ。
前記ハウジングの前記外径に対する前記ロータコアの前記外径の比は、６６％から８０％である、請求項１に記載の永久磁石モータ。
前記永久磁石はフェライト磁石であり、前記フェライト磁石は、残留磁束密度Ｂｒが４０００Ｇｓから４４００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが４０００Ｏｅから５０００Ｏｅである材料から作る、請求項１又は２に記載の永久磁石モータ。
前記フェライト磁石は、残留磁束密度Ｂｒが４２００Ｇｓから４４００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが４４００Ｏｅから４６００Ｏｅである材料から作る、請求項３に記載の永久磁石モータ。
前記ハウジングの前記外径は４２．６ｍｍであり、前記ロータコアの前記外径は２９．５ｍｍであり、前記ロータコアの各磁極の磁極本体の半径方向長さは７ｍｍであり、前記磁極本体の円周方向幅は１．７５ｍｍであり、隣接する磁極間の最小空間は１．６ｍｍであり、前記永久磁石モータの出力電力は１４０ワットである、請求項３又は４に記載の永久磁石モータ。
前記永久磁石はＮｄＦｅＢ磁石であり、前記ＮｄＦｅＢ磁石は、最大磁気エネルギ積ＢＨｍａｘが６８ｋＪ／ｍ³から８０ｋＪ／ｍ³であり、残留磁束密度Ｂｒが６５００Ｇｓから７０００Ｇｓであり、固有保磁力Ｈｃｊが６８０ｋＡ／ｍから８００ｋＡ／ｍである材料で作る、請求項１又は２に記載の永久磁石モータ。
前記ハウジングの前記外径は３５．７ｍｍであり、前記ロータコアの前記外径は２７．５ｍｍであり、前記ロータコアの各磁極の磁極本体の半径方向長さは６．２ｍｍであり、前記磁極本体の円周方向幅は１．５ｍｍであり、隣接する磁極間の最小空間は１．６ｍｍであり、前記永久磁石モータの出力電力は１００ワットである、請求項６に記載の永久磁石モータ。
前記永久磁石モータの定格出力電力は１００ワットから２００ワットであり、前記永久磁石モータの電力密度は２６０Ｗ／ｋｇから４８０Ｗ／ｋｇである、請求項１〜７の何れか１つに記載の永久磁石モータ。
１００Ｖから２４０Ｖの交流電力から整流器及び電解コンデンサによって変換された高電圧直流電力を受け取り、又は１００Ｖから３４０Ｖの高電圧直流電力を受け取るための電気接続端子をさらに備える、請求項１〜８の何れか１つに記載の永久磁石モータ。
請求項１〜９の何れか１つに記載の前記永久磁石モータを備える、ことを特徴とする家庭電化製品。