JP2021534708A - ロータ組立体、及び二次磁極モータ - Google Patents

Abstract

本開示は、ロータ組立体及び二次磁極モータに関し、ロータ組立体は、鉄心と複数の永久磁石とを含む。鉄心は、永久磁石を収容するための及び鉄心の周方向に沿って分散している複数の取付け溝を備える。鉄心の外縁の端部に隣接した各取付け溝の一方の側は、二次磁極領域内に位置する第２の空気スロットを備える。第２の空気スロットは、取付け溝と連通している。第２の空気スロットは、一方では、永久磁石から発せられる磁力線が前記永久磁石の端部を通じて短絡することを防ぎ、それによって磁束漏れを減少させることができ、他方では、二次磁極領域における磁力線の向きを調整し、それによってトルク変動を弱めることができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月１３日に出願した中国特許出願第２０１８１０９１８４１９．３号に基づき、その優先権を主張するものであり、その開示は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、モータの技術分野に関し、より詳細には、ロータ組立体、及び二次磁極モータに関する。

従来の永久磁石同期モータと比較して、二次磁極永久磁石同期モータ（ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔ−ｐｏｌｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ）は、永久磁石をより十分に利用する。二次磁極永久磁石同期モータに使用される永久磁石の個数は、従来の永久磁石同期モータにおける永久磁石の個数のたった半分であり、これにより、モータに使用される永久磁石の個数がかなり減少し、それによってモータのコストが減少する。しかしながら、関連技術における二次磁極永久磁石同期モータは、大きいトルク変動を有し、これにより二次磁極永久磁石同期モータのさらなる普及及び応用が制限されている。

これに鑑みて、本開示の実施例は、関連分野における、二次磁極永久磁石同期モータ内の大きいトルク変動の問題を解決することができるトルクを安定して出力するロータ組立体及び二次磁極モータを提供する。

本開示の一態様によれば、ロータ組立体が提供される。このロータ組立体は、
複数の取付け溝を備えた鉄心と、
前記複数の取付け溝にそれぞれ収容される複数の永久磁石と
を備えるロータ組立体であって、
前記複数の取付け溝は、前記鉄心の周方向に沿って分散するとともに、前記鉄心を複数の永久磁石磁極領域と複数の二次磁極領域とに分割し、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の外縁に隣接した第１の端部を有し、前記第１の端部の一方の側は、前記二次磁極領域内に位置する第２の空気スロットを備え、前記第２の空気スロットは、前記取付け溝と連通しており、前記鉄心の前記外縁に面する前記複数の永久磁石の磁極は、同じである。

いくつかの実施例では、前記第１の端部の他方の側は、前記永久磁石磁極領域内に位置する第１の空気スロットを備え、前記第１の空気スロットは、前記取付け溝から離間しているように配設される。

いくつかの実施例では、前記第１の空気スロットの周方向幅寸法は、前記鉄心の径方向外側向きに沿って徐々に増大する。

本開示の一態様によれば、ロータ組立体が提供される。このロータ組立体は、
複数の取付け溝を備えた鉄心であって、この複数の取付け溝は、鉄心の周方向に沿って分散するとともに、前記鉄心を複数の永久磁石磁極領域と複数の二次磁極領域とに分割し、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の外縁に隣接した第１の端部を有し、前記第１の端部の２つの側は、前記永久磁石磁極領域内に位置する１つの第１の空気スロットと、前記二次磁極領域内に位置する１つの第２の空気スロットとをそれぞれ備え、前記第１の空気スロットは、前記取付け溝から離間しているように配設され、前記第１の空気スロットの周方向幅寸法は、前記鉄心の径方向外側向きに沿って徐々に増大し、前記第２の空気スロットは、前記取付け溝と連通している、鉄心と、
前記複数の取付け溝にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、を含み、前記鉄心の前記外縁に面する前記複数の永久磁石の磁極は、同じである。

いくつかの実施例では、前記第２の空気スロットは、前記鉄心の前記周方向に沿って延びており、前記鉄心の軸に隣接した前記第２の空気スロットの一方の側は、段状であり、前記鉄心の径方向に沿った前記第２の空気スロットの寸法は、前記第２の空気スロットの径方向幅として定義され、前記第２の空気スロットは、前記第１の端部から離れる方向に沿って第１の段状溝と第２の段状溝とを順次備え、前記第１の段状溝の径方向幅は、前記第２の段状溝の径方向幅よりも小さい。

いくつかの実施例では、前記鉄心の半径はＲであり、前記第１の段状溝の前記径方向幅はｗ１であり、前記第２の段状溝の前記径方向幅はｗ２であり、前記鉄心の前記半径Ｒ、前記第１の段状溝の前記径方向幅ｗ１、及び前記第２の段状溝の前記径方向幅ｗ２は、以下の関係、すなわち、ｗ２＜０．１７Ｒ、及びｗ２／ｗ１＝１．４から１．８を満たす。

いくつかの実施例では、前記複数の前記永久磁石磁極領域及び前記複数の前記二次磁極領域は、前記鉄心の前記周方向に沿って間隔をおいて分散しており、前記複数の永久磁石磁極領域にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しく、前記複数の二次磁極領域にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しい。

いくつかの実施例では、前記永久磁石磁極領域の個数及び前記二次磁極領域の個数はＮであり、前記二次磁極領域のうちの１つにおける前記第２の空気スロットの２つのでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの２つの第２の段状溝の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、これは、ａ１／（１８０°／Ｎ）＝０．５から０．６５を満たす。

いくつかの実施例では、前記二次磁極領域のうちの１つにおける２つの第２の空気スロットでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの２つの第２の段状溝の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、それぞれの対応する取付け溝に隣接した前記２つの第２の段状溝の２つの端面によって形成された中心角はａ２であり、ａ１及びａ２は、ａ２／ａ１＝１．５から１．９を満たす。

いくつかの実施例では、前記永久磁石は希土類永久磁石であり、前記鉄心の半径はＲであり、前記永久磁石磁極のうちの１つにおける２つの第１の空気スロットでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの前記第１の空気スロットのうちの２つの２つの端面によって形成された中心角はａ４であり、前記鉄心の径方向に沿った前記第１の空気スロットの寸法は、前記第１の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｗ４であり、前記取付け溝の各取付け溝は、前記鉄心の中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝の前記第２の端部から前記第１の端部へ向いている寸法は、前記取付け溝の幅として定義され、これはｗ３であり、Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

いくつかの実施例では、前記永久磁石はフェライト永久磁石であり、前記鉄心の半径はＲであり、前記永久磁石磁極のうちの１つにおける２つの第１の空気スロットでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの前記２つの第１の空気スロットの２つの端面によって形成された中心角はａ４であり、前記鉄心の径方向に沿った前記第１の空気スロットの寸法は、前記第１の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｗ４であり、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝の前記第２の端部から前記第１の端部へ向いている寸法は、前記取付け溝の幅として定義され、これはｗ３であり、Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

いくつかの実施例では、前記取付け溝の２つごとはＶ形である取付け溝群を形成し、前記取付け溝群の開口部は前記鉄心の前記外縁に面し、前記取付け溝群ごとの２つの取付け溝は前記鉄心の径方向に対して対称的に配設され、複数の前記取付け溝群は前記鉄心の前記周方向に沿って均一に分散され、前記取付け溝群のＶ形夾角（Ｖ−ｓｈａｐｅｄ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）内の領域は永久磁石磁極領域であり、隣接した前記取付け溝群間の領域は二次磁極領域である。

いくつかの実施例では、前記永久磁石磁極領域は、それぞれ前記取付け溝群における前記２つの前記取付け溝の第１の端部に隣接しているとともに前記取付け溝群のＶ形の中心線に対して対称的である２つの第１の空気スロットを備え、前記取付け溝群における前記２つの取付け溝の前記第１の端部にそれぞれ対応する２つの第２の空気スロットは、前記取付け溝群の前記Ｖ形の前記中心線に対して対称的である。

いくつかの実施例では、前記鉄心の中央は、回転シャフト穴を備え、前記鉄心は、前記回転シャフト穴の外縁に環状に配置された第３の空気スロットをさらに備え、前記第３の空気スロットは、複数のセグメントで構成された構造であり、前記第３の空気スロット（１７０）の各セグメントは、前記取付け溝の２つの間に介在しており、前記第３の空気スロットの端面は、前記取付け溝から離間しているように配設される。

いくつかの実施例では、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の前記中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝の前記第２の端部から前記第１の端部へ向いている寸法は、前記取付け溝の幅として定義され、前記鉄心の径方向に沿った前記第３の空気スロットの寸法は、前記第３の空気スロットの径方向幅として定義され、前記取付け溝の前記幅はｗ３であり、前記第３の空気スロットの前記径方向幅はｔ２であり、ｗ３及びｔ２は、ｔ２／ｗ３＝０．１から０．３を満たす。

いくつかの実施例では、前記鉄心の径方向に沿った前記第３の空気スロットの寸法は、前記第３の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｔ２であり、前記回転シャフト穴に隣接した前記回転シャフト穴の側壁と前記第３の空気スロットの側壁との間の距離は、ｔ３であり、ｔ２及びｔ３は、ｔ３≧２×ｔ２を満たす。

いくつかの実施例では、前記鉄心の径方向に沿った前記第３の空気スロットの寸法は、前記第３の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｔ２であり、前記第３の空気スロットに隣接した前記第３の空気スロットの端面と前記取付け溝のサイドウォールとの間の距離はｔｂ１であり、ｔ２及びｔｂ１は、ｔｂ１／ｔ２＝０．３から１を満たす。

いくつかの実施例では、前記取付け溝に隣接した前記第２の段状溝の端面と前記鉄心の軸に隣接した側面との間の夾角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）はａ３であり、これは、ａ３＝８５°から１１０°を満たす。

いくつかの実施例では、前記鉄心の径方向に沿った前記第１の空気スロットの寸法は、前記第１の空気スロットの径方向幅として定義され、前記第１の空気スロットの径方向幅はｗ４であり、前記第１の空気スロットと前記取付け溝の間の距離はｔｂ２であり、ｗ４及びｔｂ２は、ｔｂ２／ｗ４＝０．３から０．５を満たす。

本開示の一態様によれば、二次磁極モータが提供される。この二次磁極モータは、上記解決策のいずれか一つによるロータ組立体と、前記ロータ組立体の外縁をスリーブで接続するように配設されたステータ組立体とを含む。

したがって、本開示の実施例によれば、ロータ組立体及び二次磁極モータにおいて、一方では、第２の空気スロットによって、永久磁石から発せられる磁力線が永久磁石の端部を通じて短絡することを防ぎ、それによって磁束漏れを減少させることができ、他方では、二次磁極領域における磁力線の向きを調整し、それによってトルク変動を弱めることができる。他の実施例では、第１の空気スロットは、永久磁石の両端部における磁束漏れを制限しつつ、空隙に面する永久磁石の幅を調整する。永久磁石に沿った方向に及びロータの外周に向けて幅が徐々に増大するという特徴によって鉄損がかなり大きく減少し得るという研究が示された。第１の空気スロットは、取付け溝から離間しているように配設され、これによって永久磁石のより多くの磁力線が空隙に入ることが可能になり、永久磁石の稼働率をさらに改善することができる。

本明細書の一部を形成する添付図面は、明細書と共に、本開示の実施例を説明し、本開示の原理を説明する役割を果たす。本開示は、下記添付図面を参照することで以下の詳細な説明からより明確に理解することができる。

本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例の構造概略図である。 図１の実施例における取付け溝の第１の端部に隣接した構造の拡大概略図である。 本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例における径方向の第２の段状溝の幅変化がトルク曲線に及ぼす影響を示すグラフである。 本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例におけるｗ２／ｗ１と共に電磁トルクの変化を示すグラフである。 本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例におけるモータ回転シャフトにおける磁束漏れ経路の概略図である。 本開示の二次磁極モータのいくつかの実施例と先行技術におけるモータとの間の出力トルクの比較を示すグラフである。

図面中、以下の通りである。

１０−ロータ組立体、１００−鉄心、１１０−取付け溝、１１１−第１の端部、１１３−突出部、１２０−永久磁石磁極領域、１３０−二次磁極領域、１４０−第１の空気スロット、１５０−第２の空気スロット、１５１−第１の段状溝、１５２−第２の段状溝、１６０−回転シャフト穴、１７０−第３の空気スロット、２００−永久磁石、３００−回転シャフト。

本開示の目的、技術的解決策、及び利点はより明確であるため、本開示のロータ組立体及び二次磁極モータは、添付図面を参照して実施例を通じて詳細にさらに説明される。

要素が別の要素に「固定」されるというとき、それは、別の要素に直接であってもよく、又は中間要素が存在してもよいことに留意されたい。要素が別の要素に「接続」されるとみなされるとき、それは、別の要素に直接接続されてもよく、又は同時に中間要素が存在してもよい。逆に、要素が別の要素に「直接」あるというとき、中間要素は存在しない。本明細書中に使用されるとき、用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」、及び同様の表現は、例示のためのものにすぎない。各実施例についての添付図面中の様々な対象は、実際の構成要素の縮尺ではなく、例示するのに都合のよい縮尺で描かれている。

二次磁極モータによって使用される永久磁石の個数は、従来の永久磁石同期モータの永久磁石の個数のわずか半分であり、これによって永久磁石をより十分に利用し、使用される永久磁石の個数をかなり減少させ、それによってモータのコストを下げることができる。しかしながら、その特別な磁気回路構造も、使用される永久磁石の個数の減少によって引き起こされる出力トルクの減少、及び隣接した磁極構造の非対称によって引き起こされるトルク変動の増大を含む多くの問題をもたらし、これにより、二次磁極モータのさらなる普及及び応用が制限されている。本開示は、大きい出力トルクを有するともに、トルク変動をかなり減少させることができるロータ組立体及び二次磁極モータを提供する。

図１又は図２に示されるように、本開示のいくつかの実施例は、鉄心１００及び複数の永久磁石２００を含むロータ組立体１０を提供する。鉄心１００は、複数の取付け溝１１０を備え、この複数の取付け溝１１０は、鉄心１００の周方向に沿って分散しているとともに、鉄心１００を複数の永久磁石磁極領域１２０と複数の二次磁極領域１３０に分割する。取付け溝１１０の各取付け溝１１０は、鉄心１００の外縁に隣接した第１の端部１１１を有する。第１の端部１１１の２つの側は、それぞれ、永久磁石磁極領域１２０に位置する１つの第１の空気スロット１４０と、二次磁極領域１３０に位置する１つの第２の空気スロット１５０とを備える。第１の空気スロット１４０は、取付け溝１１０から離間しているように配設され、第１の空気スロット１４０の周方向幅寸法は、鉄心１００の径方向外側向きに沿って徐々に増大する。第２の空気スロット１５０は、取付け溝１１０と連通している。複数の永久磁石２００は、複数の取付け溝１１０にそれぞれ収容され、鉄心１００の外縁に面する複数の永久磁石２００の磁極は、同じである。

上述したロータ組立体１０及び二次磁極モータでは、第１の空気スロット１４０は、永久磁石２００の両端における磁束漏れを制限しつつ空隙に面する永久磁石磁極領域１２０の幅を調整する。永久磁石２００に沿った方向に及びロータの外周に向けて幅が徐々に増大するという特徴によって、鉄損はかなり減少し得ることが研究によって示されている。第１の空気スロット１４０は、取付け溝１１０から離間しているように配設され、これによって永久磁石２００のより多くの磁力線が空隙に入ることが可能になり、永久磁石２００の稼働率をさらに改善することができる。一方で、第２の空気スロット１５０は、永久磁石２００から発せられる磁力線が永久磁石２００の端部を通じて短絡することを防ぎ、それによって磁束漏れを減少させることができ、他方では、二次磁極領域１３０における磁力線の向きを調整し、それによってトルク変動を弱めることができる。

実施可能なやり方の１つとして、上記実施例における鉄心１００は、軟磁性材料のシートを積層することによって形成される。取付け溝１１０の個数及びレイアウトは、実際の作動条件に従って一直線、Ｖ形、弧状、又は任意の他の形状であるように設計することができる。図１及び図２に示されるように、本開示のいくつかの実施例では、鉄心１００は、全体として円筒形であり、取付け溝１１０は、全体として長方形の溝である。鉄心１００の軸方向に直交する平面内で、取付け溝１１０の２つごとは、取付け溝群を形成する。取付け溝群はＶ形であり、その開口部は鉄心１００の外縁に面し、取付け溝群ごとに取付け溝１１０の２つが、鉄心１００の径方向に対して対称的に配設される。複数の取付け溝群は、鉄心１００の周方向に沿って均一に分散している。各取付け溝１１０の第１の端部１１１は、突出部１１３を有し、この突出部１１３は、取付け溝１１０の中に入れられた永久磁石２００に当接することができ、永久磁石２００を固定するように取付け溝１１０の内壁と協働する。

さらに、図１及び図２に示されるように、１つの取付け溝群に装着された２つの永久磁石２００の２つの対向した側は、鉄心１００の外縁に同時に面する。鉄心１００の外縁に面する各永久磁石２００は、同じ極性、すなわち、Ｎ極又はＳ極を有する。取付け溝群のＶ形夾角内の領域は、永久磁石磁極領域１２０であり、それは、鉄心１００の外縁に面する永久磁石２００の側の反対にある。隣接した取付け溝群間の軟磁性材料は、永久磁石磁極の極性とは反対の極性を有する二次磁極領域１３０に磁化される。さらに、複数の永久磁石磁極領域１２０及び複数の二次磁極領域１３０は、鉄心１００の周方向に沿って間隔をおいて分散している。複数の永久磁石磁極領域１２０にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しく、複数の二次磁極領域１３０にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しい。

永久磁石磁極領域１２０内に位置する第１の空気スロット１４０は、空隙に面する永久磁石磁極領域１２０の幅を適度に調整する。幅が大きい場合、大きい空隙磁束密度を形成することができず、幅が小さい場合、多くの磁力線が一緒に集められ、磁気飽和という結果になり、これによってロータの鉄損の増加、熱生産性の増加、及び電磁トルクの減少を引き起こす。加えて、第１の空気スロット１４０は、永久磁石２００の両端部で磁束漏れを制限する。実施可能なやり方の１つとして、図１及び図２に示されるように、第１の空気スロット１４０は、鉄心１００の周方向に沿って第１の空気スロット１４０の寸法を徐々に増大させるように半球又は多角形形状を有し、第１の空気スロット１４０は、すぐ近くで磁力線を滑らかにし、鉄損を減少させることができる。さらに、永久磁石磁極領域１２０は、２つの第１の空気スロット１４０を備え、２つの第１の空気スロット１４０は、それぞれ、１つの取付け溝群における２つの取付け溝１１０の第１の端部１１１に隣接し、対応する取付け溝群のＶ形の中心線に対して対称的である。対称的な第１の空気スロット１４０は、出力トルクの変動をさらに減少させる。

本開示のいくつかの実施例では、図１又は図２に示されるように、第２の空気スロット１５０は、鉄心１００の周方向に沿って延び、鉄心１００の軸に隣接した第２の空気スロット１５０の一方の側は、段状である。鉄心１００の径方向に沿った第２の空気スロット１５０の寸法は、第２の空気スロット１５０の径方向幅として定義される。第２の空気スロット１５０は、第１の端部１１１から離れる方向に沿って、順次、第１の段状溝１５１及び第２の段状溝１５２を含む。第１の段状溝１５１の径方向幅は、第２の段状溝１５２の径方向幅よりも小さい。一方で、第２の空気スロット１５０は、永久磁石２００の端部を通じた永久磁石２００から発せられる磁力線の短絡によって引き起こされる磁束漏れの増加を防いで、他方で、二次磁極領域１３０における磁力線の向きを調整し、それによってトルク変動を弱めることができる。第２の空気スロット１５０がステップ状に延びているように設定することによって、二次磁極領域１３０内の磁力線の向きは、永久磁石磁極領域１２０の磁気回路に影響を及ぼすことなく有効に調整できる。実施可能なやり方の１つとして、１つの取付け溝群における２つの取付け溝１１０の第１の端部１１１にそれぞれ対応する２つの第２の空気スロット１５０は、対応する取付け溝群のＶ形の中心線に対して対称的である。

第２の空気スロット１５０がステップ状に延びているように設定することによって、二次磁極領域１３０に面する永久磁石２００の一方の側で発生する磁力線が、第２の空気スロット１５０に沿って二次磁極領域１３０に到達するという研究が示されている。本開示のいくつかの実施例では、鉄心１００の半径はＲであり、 第１の段状溝１５１の径方向幅はｗ１であり、第２の段状溝１５２の径方向幅はｗ２である。鉄心１００の半径Ｒは、第１の段状溝１５１の径方向幅ｗ１、及び第２の段状溝１５２の径方向幅ｗ２は、以下の関係、すなわち、ｗ２＜０．１７Ｒ、且つｗ２／ｗ１＝１．４から１．８を満たす。ｗ２が大きすぎる場合、第２の空気スロット１５０が鉄心１００の中央により隣接するにつれて磁力線の通過のために残されている二次磁極領域１３０の面積が減少し、逆すそ広がり形状（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｐｌａｙｅｄ−ｓｈａｐｅ）が形成されると理解できる。隣接した永久磁石２００から発せられる磁力線は、逆すそ広がり形状の夾角で収束し、これによって磁束密度の飽和が引き起こされ、ロータの出力トルクを減少させる。ｗ２があまりに小さい場合、永久磁石２００から発せられる磁力線は、第２の空気スロット１５０を直接通過し、これによって第２の空気スロット１５０が空隙に入る磁力線の形状を有効に調整することが不能になり、それによって隣接した磁極の非対称を悪化させ、より大きいトルク変動を引き起こす。

ｗ１の値は、ｗ２の値よりも小さいように設定されるが、これは、ｗ１が大きすぎる場合、二次磁極領域に面する永久磁石２００の側面が、第２の空気スロット１５０によって過度にシールドされることになるからである。空気の透過性がとても小さいので、永久磁石２００の磁力線は、二次磁極に到達することができず、それによって電磁トルクを減少させる。ｗ１が小さすぎる場合、永久磁石２００から発せられる磁力線は、第２の空気スロット１５０を直接通過して短絡を引き起こし、これによって永久磁石２００の端部における磁束漏れを増加させるとともに、出力トルクを減少もさせる。ｗ２＜０．１７Ｒ及びｗ２／ｗ１＝１．４から１．８を満たすようにｗ１及びｗ２を相関させることによって、二次磁極領域１３０内の磁力線の向きは、永久磁石領域１２０の磁気回路に影響を及ぼすことなく有効に調整することができる。ｗ２＝０．１６Ｒとｗ２＝０．１９Ｒであるときの間のトルク曲線の比較が、図３に示される。ｗ２＝０．１９Ｒであるとき、トルク曲線は、二次磁極領域１３０によって発生しているべきいくつかのピーク点を失うが、次に二次磁極領域１３０内に磁気飽和により失われ、それによって電磁トルクがかなり減少し、トルク変動が増大する。ｗ２＝０．１３Ｒが維持されるとき、電磁トルクに関するｗ２／ｗ１の変化の影響は、図４に示されており、ｗ２／ｗ１＝１．４から１．８であることが好ましい。

本開示のいくつかの実施例では、図２に例示されるように、第２の段状溝１５２に関して、取付け溝１１０に隣接した端面と鉄心１００の軸に隣接した側面との間の夾角はａ３であり、それは、ａ３＝８５°から１１０°を満たす。夾角ａ３は、永久磁石２００から発せられる磁力線が二次磁極領域１３０に入る様子に影響を及ぼす。ａ３が増大すると、 回転シャフト３００に隣接した第２の空気スロット１５０の側面に沿った磁力線の流れが滑らかになり、局所的な磁気飽和が起こらなくなるが、ｗ１とｗ２の間の差は減少し、永久磁石２００から発せられる磁力線が減少するとともに、電磁トルクが減少するという結果になる。ａ３が減少すると、回転シャフト３００に隣接した第２の空気スロット１５０の側面は滑らかでなくなり、これにより局所的な磁気飽和が増加し、出力トルクが減少する。ａ３＝８５°から１１０°の範囲内で、永久磁石２００から発せられる磁力線が二次磁極領域１３０へ滑らかに流れることができ、それによって出力トルクを改善し、ロータの鉄損を減少させるという研究が示されている。

本開示のいくつかの実施例では、永久磁石磁極領域１２０の個数及び二次磁極領域１３０の個数は、それぞれＮである。１つの二次磁極領域１３０における２つの第２の空気スロット１５０では、それぞれの対応する取付け溝１１０から離れたところの２つの第２の段状溝１５２の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、これは、ａ１／（１８０°／ｎ）＝０．５から０．６５を満たす。実施可能なやり方の１つとして、図１に例示されるように、Ｎ＝３、すなわち、取付け溝群の個数が３個であり、 取付け溝１１０の個数は合計で６個である。角度ａ１は、３０°から３９°の範囲である。ａ１＞３９°であるとき、第２の空気スロット１５０は、二次磁極領域１３０の中心線の近くで二次磁極領域１３０の磁力線を有効に集めることができず、したがって空隙の磁束密度は小さく、電磁トルクは減少する。角度ａ１が小さすぎる場合、二次磁極領域１３０は、永久磁石２００から発せられる磁力線が通過するのに十分な面積を用意することができず、二次磁極領域１３０の磁気飽和、及び出力トルクの減少という結果になる。ａ１／（１８０°／ｎ）＝０．５から０．６５という研究が示されており、これは、二次磁極領域１３０内の磁力線の均一な分布を確実にし、出力トルクを増加させ、局所的な磁気飽和によって引き起こされるロータの鉄損を減少させることができる。

さらに、図１に例示されるように、対応する取付け溝１１０に隣接した２つの第２の段状溝１５２の２つの端面によって形成された中心角はａ２であり、これはａ２／ａ１＝１．５から１．９を満たす。実施可能なやり方の１つとして、ａ１が３７．５°のとき、角度ａ２は、５６．２５°から７１．２５°の範囲である。角度ａ１が一定である場合、角度ａ２が増大すると、第２の空気スロット１５０の第２の段状溝１５２と二次磁極領域１３０に面する永久磁石２００の側面との間の軟磁性材料の幅がより小さくなり、磁気抵抗がより大きくなる。過酷な場合には、磁気飽和が生じ、これにより永久磁石２００の磁力線が二次磁極領域１３０に到達できなくなり、出力トルクを減少させる。ａ１が減少するとき、第２の空気スロット１５０の第２の段状溝１５２の周方向厚さが減少し、二次磁極領域１３０内の磁力線に対する第２の空気スロット１５０の変調効果が弱められ、トルク変動が増加し、二次磁極領域１３０に面する空隙内に強い磁束密度を形成することは不可能であり、それによって出力トルクの能力を制限する。

本開示のいくつかの実施例では、永久磁石２００は、希土類永久磁石である。図１及び図２に示されるように、鉄心１００の半径は、Ｒである。１つの永久磁石磁極における２つの第１の空気スロット１４０では、それぞれの対応する取付け溝１１０から離れたところの２つの第１の空気スロット１４０の２つの端面によって形成された中心角はａ４である。鉄心１００の径方向に沿った第１の空気スロット１４０の寸法は、第１の空気スロット１４０の径方向幅として定義され、これはｗ４である。各取付け溝１１０は、鉄心１００の中央に隣接した第２の端部を有し、取付け溝１１０の第２の端部から第１の端部１１１へ向いている寸法は、取付け溝１１０の幅として定義され、これはｗ３である。Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

使用される永久磁石２００が希土類永久磁石であるとき、シミュレーション結果は、本出願に従って設計されたモータにおける永久磁石２００の作動点は約０．８であり、すなわち、単位面積当たり永久磁石２００が発生する磁束は、０．８Ｗｂであることを示す。第１の空気スロット１４０が配設されているので、Ｖ形を形成する２つの永久磁石２００が発生する合計磁束は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８であり、これは、全体として第１の空気スロット１４０によって形成されるａ４の中心角を有し、第１の空気スロット１４０間の円弧の長さが２×π×ａ４×Ｒ／３６０°である扇形を通じて空隙に入る。したがって、円弧内の磁束密度は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）であり、一方、軟磁性材料の飽和磁束は、概ね１．９Ｔである。軟磁性材料の磁気飽和を防ぐために、適切な磁束密度を設定することができ、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９が定義され得る。

本開示のいくつかの実施例では、永久磁石２００は、フェライト永久磁石である。図１及び図２に示されるように、鉄心１００の半径はＲである。１つの永久磁石磁極における２つの第１の空気スロット１４０では、それぞれの対応する取付け溝１１０から離れたところの２つの第１の空気スロット１４０の２つの端面によって形成された中心角はａ４である。鉄心１００の径方向に沿った第１の空気スロット１４０の寸法は、第１の空気スロット１４０の径方向幅として定義され、これはｗ４である。各取付け溝１１０は、鉄心１００の中央に隣接した第２の端部を有し、取付け溝１１０の第２の端部から第１の端部１１１へ向いている寸法は、取付け溝１１０の幅として定義され、これはｗ３である。Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

使用される永久磁石２００がフェライト永久磁石であるとき、シミュレーション結果は、本出願により設計されたモータにおける永久磁石２００の作動点は約０．３であり、すなわち、単位面積当たり永久磁石２００が発生する磁束は、０．３Ｗｂであることを示す。第１の空気スロット１４０が配設されているので、Ｖ形を形成する２つの永久磁石２００が発生する合計磁束は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３であり、これは、全体として第１の空気スロット１４０によって形成されるａ４の中心角を有し、第１の空気スロット１４０間の円弧の長さが２×π×ａ４×Ｒ／３６０°である扇形を通じて空隙に入る。したがって、円弧内の磁束密度は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）であり、一方、軟磁性材料の飽和磁束は、概ね１．９Ｔである。軟磁性材料の磁気飽和を防ぐために、適切な磁束密度を設定することができ、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９が定義され得る。

本開示のいくつかの実施例では、図１及び図２に示されるように、鉄心１００の径方向に沿った第１の空気スロット１４０の寸法は、第１の空気スロット１４０の径方向幅として定義される。第１の空気スロット１４０の径方向幅はｗ４であり、第１の空気スロット１４０と取付け溝１１０との間の距離はｔｂ２であり、ｗ４及びｔｂ２は、ｔｂ２／ｗ４＝０．３から０．５を満たす。ｔｂ２が増大すると、ロータの機械強度が増大するが、永久磁石２００の端部における磁束漏れが増大し、空隙に入る磁力線が減少する。ｔｂ２が減少するとき、ロータの機械強度は減少し、磁束漏れが減少するが、第１の空気スロット１４０によってシールドされた永久磁石２００の磁束側が発生する磁力線は減少する。ｔｂ２がある範囲に減少するとき、電磁トルクが減少する。ｗ４が増大すると、第１の空気スロット１４０によってシールドされた永久磁石２００の面積が増大し、永久磁石２００が発生させる磁力線が減少し、電磁トルクは減少する。ｗ４が減少すると、ロータの外周に隣接した永久磁石２００の端部で発生した磁力線は、第１の空気スロット１４０を直接通過し、それによって磁束漏れが増加し、第１の空気スロット１４０は、空隙に入る永久磁石２００の磁力線の分布を有効に調整することができず、これによりトルク変動が増大する。研究は、ｔｂ２／ｔ４＝０．３から０．５であるとき、第１の空気スロット１４０は、空隙に入る永久磁石磁極の磁力線に分布を有効に調整し、トルク変動を減少させ、両端における磁束漏れを有効に制限し、出力トルクを改善することができることを示している。

本開示のいくつかの実施例では、図１に例示されるように、鉄心１００の中央は、回転シャフト穴１６０を備える。鉄心１００は、回転シャフト穴１６０の外縁に環状に配置された第３の空気スロット１７０をさらに備える。第３の空気スロット１７０は、２つの取付け溝１１０間にそれぞれ介在する複数のセグメントで構成された構造であり、第３の空気スロット１７０の端面は、取付け溝１１０から離間しているように配設される。図５に例示されるように、磁気回路は、モータ・ハウジング（図示せず）、及びモータ回転シャフト３００における永久磁石２００から発せられる磁力線の磁束漏れによって形成され、第３の空気スロット１７０の存在は、永久磁石２００から発せられる磁力線から回転シャフト３００への磁気回路の磁気抵抗を増大させ、それによって回転シャフト３００に到達する磁力線の個数を減少させ、モータの出力トルクを改善する。第３の空気スロット１７０は、永久磁石２００の取付け溝１１０と連通しておらず、これは、ロータの穿孔構造が全体であることを確実にすることができる。

本開示のいくつかの実施例では、各取付け溝１１０は、鉄心１００の中央に隣接した第２の端部を有し、取付け溝１１０の第２の端部から第１の端部１１１への寸法は、取付け溝１１０の幅として定義される。鉄心１００の径方向に沿った第３の空気スロット１７０の寸法は、第３の空気スロット１７０の径方向幅として定義される。図１に例示されるように、取付け溝１１０の幅はｗ３であり、第３の空気スロット１７０の径方向幅はｔ２であり、ｗ３及びｔ２は、ｔ２／ｗ３＝０．１から０．３を満たす。ｔ２が増大すると、永久磁石２００とモータ・シャフト３００との間の第３の空気スロット１７０の磁気抵抗がより増大し、モータ・シャフト３００上の磁束漏れを減少させる効果がより良くなる。しかしながら、第３の空気スロット１７０によってシールドされた永久磁石２００の磁束面（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｓｕｒｆａｃｅ）の面積は増大し、シールドされていない磁束面と比較して、シールドされた永久磁石２００が発生する磁力線の個数は、磁気抵抗の増大により減少し、モータの出力トルクの減少という結果になる。ｔ２が減少すると、第３の空気スロット１７０によってシールドされた永久磁石２００の面積は減少し、永久磁石２００が発生する磁力線の総数は増加し、しかし、回転シャフト３００の磁束漏れは増加し、電磁トルクも減少する。ｔ２／ｗ３＝０．１から０．３のとき、第３の空気スロット１７０ の磁束漏れを減少させることは永久磁石２００の磁束面をシールドすることによって磁力線を減少させることよりも明らかに効果があり、モータ・トルクが改善されるという研究が示されている。

本開示のいくつかの実施例では、図１及び図２に示されるように、鉄心１００の径方向に沿った第３の空気スロット１７０の寸法は、 第３の空気スロット１７０の径方向幅として定義され、これはｔ２である。回転シャフト穴１６０の側壁と回転シャフト穴１６０に隣接した第３の空気スロット１７０の側壁との間の距離はｔ３であり、これは、ｔ３≧２×ｔ２を満たす。ｔ２が増大すると、第３の空気スロット１７０は、磁束漏れを減少させるより良い効果を有するが、ロータが回転するときの遠心力の影響によりロータ構造の機械強度が減少し、ｔ２が減少するときこの影響が逆になる。ｔ３が増大すると、ロータの機械強度及び安全ファクタが増大するが、第３の空気スロット１７０とロータの外周との間の二次磁極エリア１３０の面積がさらに圧縮される。面積があまりに小さい場合、二次磁極エリア１３０の磁束密度飽和が生じ、これにより出力トルクが減少し、ロータの鉄損が増加し、動作効率が減少する。ｔ３≧２×ｔ２のとき、ロータが良好な機械強度を有し、電磁トルクが改善されるという研究が示されている。

本開示のいくつかの実施例では、図１及び図２に示されるように、鉄心１００の径方向に沿った第３の空気スロット１７０の寸法は、第３の空気スロット１７０の径方向幅として定義され、これはｔ２である。第３の空気スロット１７０の端面と第３の空気スロット１７０に隣接した取付け溝１１０の側壁との間の距離はｔｂ１であり、これは、ｔｂ１／ｔ２＝０．３から１を満たす。ｔｂ１が減少すると、磁束密度はより容易に飽和され、それによって永久磁石２００から回転シャフト３００へ発せられる磁束漏れの磁力線を減少させる。しかしながら、第３の空気スロット１７０によってシールドされている永久磁石２００が面する磁気回路の磁気抵抗も増大し、永久磁石２００から発せられる磁力線の総数の減少、機械強度の減少という結果になる。磁束漏れは減少させられるが、電磁トルクも減少し、ｔｂ１が増大するとき、しかし、影響が逆になる。ｔｂ１／ｔ２＝０．３から１のとき、ロータの機械強度が最良であり、電磁トルクがある程度まで改善されるという研究が示されている。

本開示は、ロータ組立体１０及びステータ組立体を含む二次磁極モータをさらに提供し、ただし、ロータ組立体１０は、上記解決策のいずれか一つによる。ステータ組立体は、ロータ組立体１０の外縁をスリーブで接続するように配設される。図６に、本開示によって与えられる二次磁極モータと先行技術との間のトルク曲線の比較が示されている。明らかに、本開示によって与えられる二次磁極モータは、より大きい平均トルクと、より小さいトルク変動を有する。

上記実施例の技術的特徴は、任意に組み合わせることができる。説明が簡潔であるために、必ずしも上記実施例における技術的特徴の可能な組合せの全てが説明されているわけではない。しかしながら、それらの間に矛盾がないのであれば、それらのコンビネーションは、本開示の範囲内に含まれるとみなされるべきである。

上述したものは、本開示のいくつかの実施例にすぎない。その説明は具体的であり、詳述されているが、それらの実施例は、本発明の特許の範囲の限定として理解することはできない。本開示の概念から逸脱することなく、当業者によっていくつかの修正例及び改善例がなされ得、それらは本開示の保護範囲内に含まれることに留意されたい。したがって、開示された特許の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

まず、上記の実施例は、本開示に限定するものではなく、本開示の技術的解決策を例示するためのものに過ぎないことに留意されたい。本開示は、好ましい実施例を参照して詳細に説明されてきたが、本開示の特定の実施例は、さらに修正されてもよく、又は本開示の技術的解決策の趣旨から逸脱することなく、いくつかの技術的特徴が均等に置き換えられてもよく、本開示によって権利主張された技術的解決策の保護範囲内に含まれるべきであることを当業者は理解されたい。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月１３日に出願した中国特許出願第２０１８１０９１８４１９．３号に基づき、その優先権を主張するものであり、その開示は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、モータの技術分野に関し、より詳細には、ロータ組立体、及び二次磁極モータに関する。

従来の永久磁石同期モータと比較して、二次磁極永久磁石同期モータ（ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔ−ｐｏｌｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ）は、永久磁石をより十分に利用する。二次磁極永久磁石同期モータに使用される永久磁石の個数は、従来の永久磁石同期モータにおける永久磁石の個数のたった半分であり、これにより、モータに使用される永久磁石の個数がかなり減少し、それによってモータのコストが減少する。しかしながら、関連技術における二次磁極永久磁石同期モータは、大きいトルク変動を有し、これにより二次磁極永久磁石同期モータのさらなる普及及び応用が制限されている。

これに鑑みて、本開示の実施例は、関連分野における、二次磁極永久磁石同期モータ内の大きいトルク変動の問題を解決することができるトルクを安定して出力するロータ組立体及び二次磁極モータを提供する。

本開示の一態様によれば、ロータ組立体が提供される。このロータ組立体は、
複数の取付け溝を備えた鉄心と、
前記複数の取付け溝にそれぞれ収容される複数の永久磁石と
を備えるロータ組立体であって、
前記複数の取付け溝は、前記鉄心の周方向に沿って分散するとともに、前記鉄心を複数の永久磁石磁極領域と複数の二次磁極領域とに分割し、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の外縁に隣接した第１の端部を有し、前記第１の端部の一方の側は、前記二次磁極領域内に位置する第２の空気スロットを備え、前記第２の空気スロットは、前記取付け溝と連通しており、前記鉄心の前記外縁に面する前記複数の永久磁石の磁極は、同じである。

いくつかの実施例では、前記第１の端部の他方の側は、前記永久磁石磁極領域内に位置する第１の空気スロットを備え、前記第１の空気スロットは、前記取付け溝から離間しているように配設される。

いくつかの実施例では、前記第１の空気スロットの周方向幅寸法は、前記鉄心の径方向外側向きに沿って徐々に増大する。

本開示の一態様によれば、ロータ組立体が提供される。このロータ組立体は、
複数の取付け溝を備えた鉄心であって、この複数の取付け溝は、鉄心の周方向に沿って分散するとともに、前記鉄心を複数の永久磁石磁極領域と複数の二次磁極領域とに分割し、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の外縁に隣接した第１の端部を有し、前記第１の端部の２つの側は、前記永久磁石磁極領域内に位置する１つの第１の空気スロットと、前記二次磁極領域内に位置する１つの第２の空気スロットとをそれぞれ備え、前記第１の空気スロットは、前記取付け溝から離間しているように配設され、前記第１の空気スロットの周方向幅寸法は、前記鉄心の径方向外側向きに沿って徐々に増大し、前記第２の空気スロットは、前記取付け溝と連通している、鉄心と、
前記複数の取付け溝にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、を含み、前記鉄心の前記外縁に面する前記複数の永久磁石の磁極は、同じである。

いくつかの実施例では、前記第２の空気スロットは、前記鉄心の前記周方向に沿って延びており、前記鉄心の軸に隣接した前記第２の空気スロットの一方の側は、段状であり、前記鉄心の径方向に沿った前記第２の空気スロットの寸法は、前記第２の空気スロットの径方向幅として定義され、前記第２の空気スロットは、前記第１の端部から離れる方向に沿って第１の段状溝と第２の段状溝とを順次備え、前記第１の段状溝の径方向幅は、前記第２の段状溝の径方向幅よりも小さい。

いくつかの実施例では、前記鉄心の半径はＲであり、前記第１の段状溝の前記径方向幅はｗ１であり、前記第２の段状溝の前記径方向幅はｗ２であり、前記鉄心の前記半径Ｒ、前記第１の段状溝の前記径方向幅ｗ１、及び前記第２の段状溝の前記径方向幅ｗ２は、以下の関係、すなわち、ｗ２＜０．１７Ｒ、及びｗ２／ｗ１＝１．４から１．８を満たす。

いくつかの実施例では、前記複数の前記永久磁石磁極領域及び前記複数の前記二次磁極領域は、前記鉄心の前記周方向に沿って間隔をおいて分散しており、前記複数の永久磁石磁極領域にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しく、前記複数の二次磁極領域にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しい。

いくつかの実施例では、前記永久磁石磁極領域の個数及び前記二次磁極領域の個数はＮであり、前記二次磁極領域のうちの１つにおける前記第２の空気スロットの２つのでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの２つの第２の段状溝の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、これは、ａ１／（１８０°／Ｎ）＝０．５から０．６５を満たす。

いくつかの実施例では、前記二次磁極領域のうちの１つにおける２つの第２の空気スロットでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの２つの第２の段状溝の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、それぞれの対応する取付け溝に隣接した前記２つの第２の段状溝の２つの端面によって形成された中心角はａ２であり、ａ１及びａ２は、ａ２／ａ１＝１．５から１．９を満たす。

いくつかの実施例では、前記永久磁石は希土類永久磁石であり、前記鉄心の半径はＲであり、前記永久磁石磁極のうちの１つにおける２つの第１の空気スロットでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの前記第１の空気スロットのうちの２つの２つの端面によって形成された中心角はａ４であり、前記鉄心の径方向に沿った前記第１の空気スロットの寸法は、前記第１の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｗ４であり、前記取付け溝の各取付け溝は、前記鉄心の中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝の前記第２の端部から前記第１の端部へ向いている寸法は、前記取付け溝の幅として定義され、これはｗ３であり、Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

いくつかの実施例では、前記永久磁石はフェライト永久磁石であり、前記鉄心の半径はＲであり、前記永久磁石磁極領域のうちの１つにおける２つの第１の空気スロットでは、それぞれの対応する取付け溝から離れたところの前記２つの第１の空気スロットの２つの端面によって形成された中心角はａ４であり、前記鉄心の径方向に沿った前記第１の空気スロットの寸法は、前記第１の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｗ４であり、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝の前記第２の端部から前記第１の端部へ向いている寸法は、前記取付け溝の幅として定義され、これはｗ３であり、Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

いくつかの実施例では、前記取付け溝の２つごとはＶ形である取付け溝群を形成し、前記取付け溝群の開口部は前記鉄心の前記外縁に面し、前記取付け溝群ごとの２つの取付け溝は前記鉄心の径方向に対して対称的に配設され、複数の前記取付け溝群は前記鉄心の前記周方向に沿って均一に分散され、前記取付け溝群のＶ形夾角（Ｖ−ｓｈａｐｅｄ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）内の領域は永久磁石磁極領域であり、隣接した前記取付け溝群間の領域は二次磁極領域である。

いくつかの実施例では、前記永久磁石磁極領域は、それぞれ前記取付け溝群における前記２つの前記取付け溝の第１の端部に隣接しているとともに前記取付け溝群のＶ形の中心線に対して対称的である２つの第１の空気スロットを備え、前記取付け溝群における前記２つの取付け溝の前記第１の端部にそれぞれ対応する２つの第２の空気スロットは、前記取付け溝群の前記Ｖ形の前記中心線に対して対称的である。

いくつかの実施例では、前記鉄心の中央は、回転シャフト穴を備え、前記鉄心は、前記回転シャフト穴の外縁に環状に配置された第３の空気スロットをさらに備え、前記第３の空気スロットは、複数のセグメントで構成された構造であり、前記第３の空気スロット（１７０）の各セグメントは、前記取付け溝の２つの間に介在しており、前記第３の空気スロットの端面は、前記取付け溝から離間しているように配設される。

いくつかの実施例では、前記取付け溝のうちの各取付け溝は、前記鉄心の前記中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝の前記第２の端部から前記第１の端部へ向いている寸法は、前記取付け溝の幅として定義され、前記鉄心の径方向に沿った前記第３の空気スロットの寸法は、前記第３の空気スロットの径方向幅として定義され、前記取付け溝の前記幅はｗ３であり、前記第３の空気スロットの前記径方向幅はｔ２であり、ｗ３及びｔ２は、ｔ２／ｗ３＝０．１から０．３を満たす。

いくつかの実施例では、前記鉄心の径方向に沿った前記第３の空気スロットの寸法は、前記第３の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｔ２であり、前記回転シャフト穴に隣接した前記回転シャフト穴の側壁と前記第３の空気スロットの側壁との間の距離は、ｔ３であり、ｔ２及びｔ３は、ｔ３≧２×ｔ２を満たす。

いくつかの実施例では、前記鉄心の径方向に沿った前記第３の空気スロットの寸法は、前記第３の空気スロットの径方向幅として定義され、これはｔ２であり、前記第３の空気スロットに隣接した前記第３の空気スロットの端面と前記取付け溝のサイドウォールとの間の距離はｔｂ１であり、ｔ２及びｔｂ１は、ｔｂ１／ｔ２＝０．３から１を満たす。

いくつかの実施例では、前記取付け溝に隣接した前記第２の段状溝の端面と前記鉄心の軸に隣接した側面との間の夾角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）はａ３であり、これは、ａ３＝８５°から１１０°を満たす。

いくつかの実施例では、前記鉄心の径方向に沿った前記第１の空気スロットの寸法は、前記第１の空気スロットの径方向幅として定義され、前記第１の空気スロットの径方向幅はｗ４であり、前記第１の空気スロットと前記取付け溝の間の距離はｔｂ２であり、ｗ４及びｔｂ２は、ｔｂ２／ｗ４＝０．３から０．５を満たす。

本開示の一態様によれば、二次磁極モータが提供される。この二次磁極モータは、上記解決策のいずれか一つによるロータ組立体と、前記ロータ組立体の外縁をスリーブで接続するように配設されたステータ組立体とを含む。

したがって、本開示の実施例によれば、ロータ組立体及び二次磁極モータにおいて、一方では、第２の空気スロットによって、永久磁石から発せられる磁力線が永久磁石の端部を通じて短絡することを防ぎ、それによって磁束漏れを減少させることができ、他方では、二次磁極領域における磁力線の向きを調整し、それによってトルク変動を弱めることができる。他の実施例では、第１の空気スロットは、永久磁石の両端部における磁束漏れを制限しつつ、空隙に面する永久磁石の幅を調整する。永久磁石に沿った方向に及びロータの外周に向けて幅が徐々に増大するという特徴によって鉄損がかなり大きく減少し得るという研究が示された。第１の空気スロットは、取付け溝から離間しているように配設され、これによって永久磁石のより多くの磁力線が空隙に入ることが可能になり、永久磁石の稼働率をさらに改善することができる。

本明細書の一部を形成する添付図面は、明細書と共に、本開示の実施例を説明し、本開示の原理を説明する役割を果たす。本開示は、下記添付図面を参照することで以下の詳細な説明からより明確に理解することができる。

本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例の構造概略図である。 図１の実施例における取付け溝の第１の端部に隣接した構造の拡大概略図である。 本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例における径方向の第２の段状溝の幅変化がトルク曲線に及ぼす影響を示すグラフである。 本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例におけるｗ２／ｗ１と共に電磁トルクの変化を示すグラフである。 本開示のロータ組立体に係るいくつかの実施例におけるモータ回転シャフトにおける磁束漏れ経路の概略図である。 本開示の二次磁極モータのいくつかの実施例と先行技術におけるモータとの間の出力トルクの比較を示すグラフである。

図面中、以下の通りである。

１０−ロータ組立体、１００−鉄心、１１０−取付け溝、１１１−第１の端部、１１３−突出部、１２０−永久磁石磁極領域、１３０−二次磁極領域、１４０−第１の空気スロット、１５０−第２の空気スロット、１５１−第１の段状溝、１５２−第２の段状溝、１６０−回転シャフト穴、１７０−第３の空気スロット、２００−永久磁石、３００−回転シャフト。

本開示の目的、技術的解決策、及び利点はより明確であるため、本開示のロータ組立体及び二次磁極モータは、添付図面を参照して実施例を通じて詳細にさらに説明される。

要素が別の要素に「固定」されるというとき、それは、別の要素に直接であってもよく、又は中間要素が存在してもよいことに留意されたい。要素が別の要素に「接続」されるとみなされるとき、それは、別の要素に直接接続されてもよく、又は同時に中間要素が存在してもよい。逆に、要素が別の要素に「直接」あるというとき、中間要素は存在しない。本明細書中に使用されるとき、用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」、及び同様の表現は、例示のためのものにすぎない。各実施例についての添付図面中の様々な対象は、実際の構成要素の縮尺ではなく、例示するのに都合のよい縮尺で描かれている。

二次磁極モータによって使用される永久磁石の個数は、従来の永久磁石同期モータの永久磁石の個数のわずか半分であり、これによって永久磁石をより十分に利用し、使用される永久磁石の個数をかなり減少させ、それによってモータのコストを下げることができる。しかしながら、その特別な磁気回路構造も、使用される永久磁石の個数の減少によって引き起こされる出力トルクの減少、及び隣接した磁極構造の非対称によって引き起こされるトルク変動の増大を含む多くの問題をもたらし、これにより、二次磁極モータのさらなる普及及び応用が制限されている。本開示は、大きい出力トルクを有するともに、トルク変動をかなり減少させることができるロータ組立体及び二次磁極モータを提供する。

図１又は図２に示されるように、本開示のいくつかの実施例は、鉄心１００及び複数の永久磁石２００を含むロータ組立体１０を提供する。鉄心１００は、複数の取付け溝１１０を備え、この複数の取付け溝１１０は、鉄心１００の周方向に沿って分散しているとともに、鉄心１００を複数の永久磁石磁極領域１２０と複数の二次磁極領域１３０に分割する。取付け溝１１０の各取付け溝１１０は、鉄心１００の外縁に隣接した第１の端部１１１を有する。第１の端部１１１の２つの側は、それぞれ、永久磁石磁極領域１２０に位置する１つの第１の空気スロット１４０と、二次磁極領域１３０に位置する１つの第２の空気スロット１５０とを備える。第１の空気スロット１４０は、取付け溝１１０から離間しているように配設され、第１の空気スロット１４０の周方向幅寸法は、鉄心１００の径方向外側向きに沿って徐々に増大する。第２の空気スロット１５０は、取付け溝１１０と連通している。複数の永久磁石２００は、複数の取付け溝１１０にそれぞれ収容され、鉄心１００の外縁に面する複数の永久磁石２００の磁極は、同じである。

上述したロータ組立体１０及び二次磁極モータでは、第１の空気スロット１４０は、永久磁石２００の両端における磁束漏れを制限しつつ空隙に面する永久磁石磁極領域１２０の幅を調整する。永久磁石２００に沿った方向に及びロータの外周に向けて第１の空気スロットの幅が徐々に増大するという特徴によって、鉄損はかなり減少し得ることが研究によって示されている。第１の空気スロット１４０は、取付け溝１１０から離間しているように配設され、これによって永久磁石２００のより多くの磁力線が空隙に入ることが可能になり、永久磁石２００の稼働率をさらに改善することができる。一方で、第２の空気スロット１５０は、永久磁石２００から発せられる磁力線が永久磁石２００の端部を通じて短絡することを防ぎ、それによって磁束漏れを減少させることができ、他方では、二次磁極領域１３０における磁力線の向きを調整し、それによってトルク変動を弱めることができる。

実施可能なやり方の１つとして、上記実施例における鉄心１００は、軟磁性材料のシートを積層することによって形成される。取付け溝１１０の個数及びレイアウトは、実際の作動条件に従って一直線、Ｖ形、弧状、又は任意の他の形状であるように設計することができる。図１及び図２に示されるように、本開示のいくつかの実施例では、鉄心１００は、全体として円筒形であり、取付け溝１１０は、全体として長方形の溝である。鉄心１００の軸方向に直交する平面内で、取付け溝１１０の２つごとは、取付け溝群を形成する。取付け溝群はＶ形であり、その開口部は鉄心１００の外縁に面し、取付け溝群ごとに取付け溝１１０の２つが、鉄心１００の径方向に対して対称的に配設される。複数の取付け溝群は、鉄心１００の周方向に沿って均一に分散している。各取付け溝１１０の第１の端部１１１は、突出部１１３を有し、この突出部１１３は、取付け溝１１０の中に入れられた永久磁石２００に当接することができ、永久磁石２００を固定するように取付け溝１１０の内壁と協働する。

さらに、図１及び図２に示されるように、１つの取付け溝群に装着された２つの永久磁石２００の２つの対向した側は、鉄心１００の外縁に同時に面する。鉄心１００の外縁に面する各永久磁石２００は、同じ極性、すなわち、Ｎ極又はＳ極を有する。取付け溝群のＶ形夾角内の領域は、永久磁石磁極領域１２０であり、それは、鉄心１００の外縁に面する永久磁石２００の側の反対にある。隣接した取付け溝群間の軟磁性材料は、永久磁石磁極の極性とは反対の極性を有する二次磁極領域１３０に磁化される。さらに、複数の永久磁石磁極領域１２０及び複数の二次磁極領域１３０は、鉄心１００の周方向に沿って間隔をおいて分散している。複数の永久磁石磁極領域１２０にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しく、複数の二次磁極領域１３０にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しい。

永久磁石磁極領域１２０内に位置する第１の空気スロット１４０は、空隙に面する永久磁石磁極領域１２０の幅を適度に調整する。幅が大きい場合、大きい空隙磁束密度を形成することができず、幅が小さい場合、多くの磁力線が一緒に集められ、磁気飽和という結果になり、これによってロータの鉄損の増加、熱生産性の増加、及び電磁トルクの減少を引き起こす。加えて、第１の空気スロット１４０は、永久磁石２００の両端部で磁束漏れを制限する。実施可能なやり方の１つとして、図１及び図２に示されるように、第１の空気スロット１４０は、鉄心１００の周方向に沿って第１の空気スロット１４０の寸法を徐々に増大させるように半球又は多角形形状を有し、第１の空気スロット１４０は、すぐ近くで磁力線を滑らかにし、鉄損を減少させることができる。さらに、永久磁石磁極領域１２０は、２つの第１の空気スロット１４０を備え、２つの第１の空気スロット１４０は、それぞれ、１つの取付け溝群における２つの取付け溝１１０の第１の端部１１１に隣接し、対応する取付け溝群のＶ形の中心線に対して対称的である。対称的な第１の空気スロット１４０は、出力トルクの変動をさらに減少させる。

本開示のいくつかの実施例では、図１又は図２に示されるように、第２の空気スロット１５０は、鉄心１００の周方向に沿って延び、鉄心１００の軸に隣接した第２の空気スロット１５０の一方の側は、段状である。鉄心１００の径方向に沿った第２の空気スロット１５０の寸法は、第２の空気スロット１５０の径方向幅として定義される。第２の空気スロット１５０は、第１の端部１１１から離れる方向に沿って、順次、第１の段状溝１５１及び第２の段状溝１５２を含む。第１の段状溝１５１の径方向幅は、第２の段状溝１５２の径方向幅よりも小さい。一方で、第２の空気スロット１５０は、永久磁石２００の端部を通じた永久磁石２００から発せられる磁力線の短絡によって引き起こされる磁束漏れの増加を防いで、他方で、二次磁極領域１３０における磁力線の向きを調整し、それによってトルク変動を弱めることができる。第２の空気スロット１５０がステップ状に延びているように設定することによって、二次磁極領域１３０内の磁力線の向きは、永久磁石磁極領域１２０の磁気回路に影響を及ぼすことなく有効に調整できる。実施可能なやり方の１つとして、１つの取付け溝群における２つの取付け溝１１０の第１の端部１１１にそれぞれ対応する２つの第２の空気スロット１５０は、対応する取付け溝群のＶ形の中心線に対して対称的である。

第２の空気スロット１５０がステップ状に延びているように設定することによって、二次磁極領域１３０に面する永久磁石２００の一方の側で発生する磁力線が、第２の空気スロット１５０に沿って二次磁極領域１３０に到達するという研究が示されている。本開示のいくつかの実施例では、鉄心１００の半径はＲであり、 第１の段状溝１５１の径方向幅はｗ１であり、第２の段状溝１５２の径方向幅はｗ２である。鉄心１００の半径Ｒは、第１の段状溝１５１の径方向幅ｗ１、及び第２の段状溝１５２の径方向幅ｗ２は、以下の関係、すなわち、ｗ２＜０．１７Ｒ、且つｗ２／ｗ１＝１．４から１．８を満たす。ｗ２が大きすぎる場合、第２の空気スロット１５０が鉄心１００の中央により隣接するにつれて磁力線の通過のために残されている二次磁極領域１３０の面積が減少し、逆すそ広がり形状（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｐｌａｙｅｄ−ｓｈａｐｅ）が形成されると理解できる。隣接した永久磁石２００から発せられる磁力線は、逆すそ広がり形状の夾角で収束し、これによって磁束密度の飽和が引き起こされ、ロータの出力トルクを減少させる。ｗ２があまりに小さい場合、永久磁石２００から発せられる磁力線は、第２の空気スロット１５０を直接通過し、これによって第２の空気スロット１５０が空隙に入る磁力線の形状を有効に調整することが不能になり、それによって隣接した磁極の非対称を悪化させ、より大きいトルク変動を引き起こす。

ｗ１の値は、ｗ２の値よりも小さいように設定されるが、これは、ｗ１が大きすぎる場合、二次磁極領域に面する永久磁石２００の側面が、第２の空気スロット１５０によって過度にシールドされることになるからである。空気の透過性がとても小さいので、永久磁石２００の磁力線は、二次磁極に到達することができず、それによって電磁トルクを減少させる。ｗ１が小さすぎる場合、永久磁石２００から発せられる磁力線は、第２の空気スロット１５０を直接通過して短絡を引き起こし、これによって永久磁石２００の端部における磁束漏れを増加させるとともに、出力トルクを減少もさせる。ｗ２＜０．１７Ｒ及びｗ２／ｗ１＝１．４から１．８を満たすようにｗ１及びｗ２を相関させることによって、二次磁極領域１３０内の磁力線の向きは、永久磁石領域１２０の磁気回路に影響を及ぼすことなく有効に調整することができる。ｗ２＝０．１６Ｒとｗ２＝０．１９Ｒであるときの間のトルク曲線の比較が、図３に示される。ｗ２＝０．１９Ｒであるとき、トルク曲線は、二次磁極領域１３０によって発生しているべきいくつかのピーク点を失うが、次に二次磁極領域１３０内に磁気飽和により失われ、それによって電磁トルクがかなり減少し、トルク変動が増大する。ｗ２＝０．１３Ｒが維持されるとき、電磁トルクに関するｗ２／ｗ１の変化の影響は、図４に示されており、ｗ２／ｗ１＝１．４から１．８であることが好ましい。

本開示のいくつかの実施例では、図２に例示されるように、第２の段状溝１５２に関して、取付け溝１１０に隣接した端面と鉄心１００の軸に隣接した側面との間の夾角はａ３であり、それは、ａ３＝８５°から１１０°を満たす。夾角ａ３は、永久磁石２００から発せられる磁力線が二次磁極領域１３０に入る様子に影響を及ぼす。ａ３が増大すると、 回転シャフト３００に隣接した第２の空気スロット１５０の側面に沿った磁力線の流れが滑らかになり、局所的な磁気飽和が起こらなくなるが、ｗ１とｗ２の間の差は減少し、永久磁石２００から発せられる磁力線が減少するとともに、電磁トルクが減少するという結果になる。ａ３が減少すると、回転シャフト３００に隣接した第２の空気スロット１５０の側面は滑らかでなくなり、これにより局所的な磁気飽和が増加し、出力トルクが減少する。ａ３＝８５°から１１０°の範囲内で、永久磁石２００から発せられる磁力線が二次磁極領域１３０へ滑らかに流れることができ、それによって出力トルクを改善し、ロータの鉄損を減少させるという研究が示されている。

本開示のいくつかの実施例では、永久磁石磁極領域１２０の個数及び二次磁極領域１３０の個数は、それぞれＮである。１つの二次磁極領域１３０における２つの第２の空気スロット１５０では、それぞれの対応する取付け溝１１０から離れたところの２つの第２の段状溝１５２の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、これは、ａ１／（１８０°／ｎ）＝０．５から０．６５を満たす。実施可能なやり方の１つとして、図１に例示されるように、Ｎ＝３、すなわち、取付け溝群の個数が３個であり、 取付け溝１１０の個数は合計で６個である。角度ａ１は、３０°から３９°の範囲である。ａ１＞３９°であるとき、第２の空気スロット１５０は、二次磁極領域１３０の中心線の近くで二次磁極領域１３０の磁力線を有効に集めることができず、したがって空隙の磁束密度は小さく、電磁トルクは減少する。角度ａ１が小さすぎる場合、二次磁極領域１３０は、永久磁石２００から発せられる磁力線が通過するのに十分な面積を用意することができず、二次磁極領域１３０の磁気飽和、及び出力トルクの減少という結果になる。ａ１／（１８０°／ｎ）＝０．５から０．６５という研究が示されており、これは、二次磁極領域１３０内の磁力線の均一な分布を確実にし、出力トルクを増加させ、局所的な磁気飽和によって引き起こされるロータの鉄損を減少させることができる。

さらに、図１に例示されるように、対応する取付け溝１１０に隣接した２つの第２の段状溝１５２の２つの端面によって形成された中心角はａ２であり、これはａ２／ａ１＝１．５から１．９を満たす。実施可能なやり方の１つとして、ａ１が３７．５°のとき、角度ａ２は、５６．２５°から７１．２５°の範囲である。角度ａ１が一定である場合、角度ａ２が増大すると、第２の空気スロット１５０の第２の段状溝１５２と二次磁極領域１３０に面する永久磁石２００の側面との間の軟磁性材料の幅がより小さくなり、磁気抵抗がより大きくなる。過酷な場合には、磁気飽和が生じ、これにより永久磁石２００の磁力線が二次磁極領域１３０に到達できなくなり、出力トルクを減少させる。ａ１が減少するとき、第２の空気スロット１５０の第２の段状溝１５２の周方向厚さが減少し、二次磁極領域１３０内の磁力線に対する第２の空気スロット１５０の変調効果が弱められ、トルク変動が増加し、二次磁極領域１３０に面する空隙内に強い磁束密度を形成することは不可能であり、それによって出力トルクの能力を制限する。

本開示のいくつかの実施例では、永久磁石２００は、希土類永久磁石である。図１及び図２に示されるように、鉄心１００の半径は、Ｒである。１つの永久磁石磁極領域における２つの第１の空気スロット１４０では、それぞれの対応する取付け溝１１０から離れたところの２つの第１の空気スロット１４０の２つの端面によって形成された中心角はａ４である。鉄心１００の径方向に沿った第１の空気スロット１４０の寸法は、第１の空気スロット１４０の径方向幅として定義され、これはｗ４である。各取付け溝１１０は、鉄心１００の中央に隣接した第２の端部を有し、取付け溝１１０の第２の端部から第１の端部１１１へ向いている寸法は、取付け溝１１０の幅として定義され、これはｗ３である。Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

使用される永久磁石２００が希土類永久磁石であるとき、シミュレーション結果は、本出願に従って設計されたモータにおける永久磁石２００の作動点は約０．８であり、すなわち、単位面積当たり永久磁石２００が発生する磁束は、０．８Ｗｂであることを示す。第１の空気スロット１４０が配設されているので、Ｖ形を形成する２つの永久磁石２００が発生する合計磁束は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８であり、これは、全体として第１の空気スロット１４０によって形成されるａ４の中心角を有し、第１の空気スロット１４０間の円弧の長さが２×π×ａ４×Ｒ／３６０°である扇形を通じて空隙に入る。したがって、円弧内の磁束密度は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）であり、一方、軟磁性材料の飽和磁束は、概ね１．９Ｔである。軟磁性材料の磁気飽和を防ぐために、適切な磁束密度を設定することができ、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９が定義され得る。

本開示のいくつかの実施例では、永久磁石２００は、フェライト永久磁石である。図１及び図２に示されるように、鉄心１００の半径はＲである。１つの永久磁石磁極領域における２つの第１の空気スロット１４０では、それぞれの対応する取付け溝１１０から離れたところの２つの第１の空気スロット１４０の２つの端面によって形成された中心角はａ４である。鉄心１００の径方向に沿った第１の空気スロット１４０の寸法は、第１の空気スロット１４０の径方向幅として定義され、これはｗ４である。各取付け溝１１０は、鉄心１００の中央に隣接した第２の端部を有し、取付け溝１１０の第２の端部から第１の端部１１１へ向いている寸法は、取付け溝１１０の幅として定義され、これはｗ３である。Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす。

使用される永久磁石２００がフェライト永久磁石であるとき、シミュレーション結果は、本出願により設計されたモータにおける永久磁石２００の作動点は約０．３であり、すなわち、単位面積当たり永久磁石２００が発生する磁束は、０．３Ｗｂであることを示す。第１の空気スロット１４０が配設されているので、Ｖ形を形成する２つの永久磁石２００が発生する合計磁束は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３であり、これは、全体として第１の空気スロット１４０によって形成されるａ４の中心角を有し、第１の空気スロット１４０間の円弧の長さが２×π×ａ４×Ｒ／３６０°である扇形を通じて空隙に入る。したがって、円弧内の磁束密度は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）であり、一方、軟磁性材料の飽和磁束は、概ね１．９Ｔである。軟磁性材料の磁気飽和を防ぐために、適切な磁束密度を設定することができ、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９が定義され得る。

本開示のいくつかの実施例では、図１及び図２に示されるように、鉄心１００の径方向に沿った第１の空気スロット１４０の寸法は、第１の空気スロット１４０の径方向幅として定義される。第１の空気スロット１４０の径方向幅はｗ４であり、第１の空気スロット１４０と取付け溝１１０との間の距離はｔｂ２であり、ｗ４及びｔｂ２は、ｔｂ２／ｗ４＝０．３から０．５を満たす。ｔｂ２が増大すると、ロータの機械強度が増大するが、永久磁石２００の端部における磁束漏れが増大し、空隙に入る磁力線が減少する。ｔｂ２が減少するとき、ロータの機械強度は減少し、磁束漏れが減少するが、第１の空気スロット１４０によってシールドされた永久磁石２００の磁束側が発生する磁力線は減少する。ｔｂ２がある範囲に減少するとき、電磁トルクが減少する。ｗ４が増大すると、第１の空気スロット１４０によってシールドされた永久磁石２００の面積が増大し、永久磁石２００が発生させる磁力線が減少し、電磁トルクは減少する。ｗ４が減少すると、ロータの外周に隣接した永久磁石２００の端部で発生した磁力線は、第１の空気スロット１４０を直接通過し、それによって磁束漏れが増加し、第１の空気スロット１４０は、空隙に入る永久磁石２００の磁力線の分布を有効に調整することができず、これによりトルク変動が増大する。研究は、ｔｂ２／ｔ４＝０．３から０．５であるとき、第１の空気スロット１４０は、空隙に入る永久磁石磁極の磁力線に分布を有効に調整し、トルク変動を減少させ、両端における磁束漏れを有効に制限し、出力トルクを改善することができることを示している。

本開示のいくつかの実施例では、図１に例示されるように、鉄心１００の中央は、回転シャフト穴１６０を備える。鉄心１００は、回転シャフト穴１６０の外縁に環状に配置された第３の空気スロット１７０をさらに備える。第３の空気スロット１７０は、２つの取付け溝１１０間にそれぞれ介在する複数のセグメントで構成された構造であり、第３の空気スロット１７０の端面は、取付け溝１１０から離間しているように配設される。図５に例示されるように、磁気回路は、モータ・ハウジング（図示せず）、及びモータ回転シャフト３００における永久磁石２００から発せられる磁力線の磁束漏れによって形成され、第３の空気スロット１７０の存在は、永久磁石２００から発せられる磁力線から回転シャフト３００への磁気回路の磁気抵抗を増大させ、それによって回転シャフト３００に到達する磁力線の個数を減少させ、モータの出力トルクを改善する。第３の空気スロット１７０は、永久磁石２００の取付け溝１１０と連通しておらず、これは、ロータの穿孔構造が全体であることを確実にすることができる。

本開示のいくつかの実施例では、各取付け溝１１０は、鉄心１００の中央に隣接した第２の端部を有し、取付け溝１１０の第２の端部から第１の端部１１１への寸法は、取付け溝１１０の幅として定義される。鉄心１００の径方向に沿った第３の空気スロット１７０の寸法は、第３の空気スロット１７０の径方向幅として定義される。図１に例示されるように、取付け溝１１０の幅はｗ３であり、第３の空気スロット１７０の径方向幅はｔ２であり、ｗ３及びｔ２は、ｔ２／ｗ３＝０．１から０．３を満たす。ｔ２が増大すると、永久磁石２００とモータ・シャフト３００との間の第３の空気スロット１７０の磁気抵抗がより増大し、モータ・シャフト３００上の磁束漏れを減少させる効果がより良くなる。しかしながら、第３の空気スロット１７０によってシールドされた永久磁石２００の磁束面（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｓｕｒｆａｃｅ）の面積は増大し、シールドされていない磁束面と比較して、シールドされた永久磁石２００が発生する磁力線の個数は、磁気抵抗の増大により減少し、モータの出力トルクの減少という結果になる。ｔ２が減少すると、第３の空気スロット１７０によってシールドされた永久磁石２００の面積は減少し、永久磁石２００が発生する磁力線の総数は増加し、しかし、回転シャフト３００の磁束漏れは増加し、電磁トルクも減少する。ｔ２／ｗ３＝０．１から０．３のとき、第３の空気スロット１７０ の磁束漏れを減少させることは永久磁石２００の磁束面をシールドすることによって磁力線を減少させることよりも明らかに効果があり、モータ・トルクが改善されるという研究が示されている。

本開示のいくつかの実施例では、図１及び図２に示されるように、鉄心１００の径方向に沿った第３の空気スロット１７０の寸法は、 第３の空気スロット１７０の径方向幅として定義され、これはｔ２である。回転シャフト穴１６０の側壁と回転シャフト穴１６０に隣接した第３の空気スロット１７０の側壁との間の距離はｔ３であり、これは、ｔ３≧２×ｔ２を満たす。ｔ２が増大すると、第３の空気スロット１７０は、磁束漏れを減少させるより良い効果を有するが、ロータが回転するときの遠心力の影響によりロータ構造の機械強度が減少し、ｔ２が減少するときこの影響が逆になる。ｔ３が増大すると、ロータの機械強度及び安全ファクタが増大するが、第３の空気スロット１７０とロータの外周との間の二次磁極エリア１３０の面積がさらに圧縮される。面積があまりに小さい場合、二次磁極エリア１３０の磁束密度飽和が生じ、これにより出力トルクが減少し、ロータの鉄損が増加し、動作効率が減少する。ｔ３≧２×ｔ２のとき、ロータが良好な機械強度を有し、電磁トルクが改善されるという研究が示されている。

本開示のいくつかの実施例では、図１及び図２に示されるように、鉄心１００の径方向に沿った第３の空気スロット１７０の寸法は、第３の空気スロット１７０の径方向幅として定義され、これはｔ２である。第３の空気スロット１７０の端面と第３の空気スロット１７０に隣接した取付け溝１１０の側壁との間の距離はｔｂ１であり、これは、ｔｂ１／ｔ２＝０．３から１を満たす。ｔｂ１が減少すると、磁束密度はより容易に飽和され、それによって永久磁石２００から回転シャフト３００へ発せられる磁束漏れの磁力線を減少させる。しかしながら、第３の空気スロット１７０によってシールドされている永久磁石２００が面する磁気回路の磁気抵抗も増大し、永久磁石２００から発せられる磁力線の総数の減少、機械強度の減少という結果になる。磁束漏れは減少させられるが、電磁トルクも減少し、ｔｂ１が増大するとき、しかし、影響が逆になる。ｔｂ１／ｔ２＝０．３から１のとき、ロータの機械強度が最良であり、電磁トルクがある程度まで改善されるという研究が示されている。

本開示は、ロータ組立体１０及びステータ組立体を含む二次磁極モータをさらに提供し、ただし、ロータ組立体１０は、上記解決策のいずれか一つによる。ステータ組立体は、ロータ組立体１０の外縁をスリーブで接続するように配設される。図６に、本開示によって与えられる二次磁極モータと先行技術との間のトルク曲線の比較が示されている。明らかに、本開示によって与えられる二次磁極モータは、より大きい平均トルクと、より小さいトルク変動を有する。

上記実施例の技術的特徴は、任意に組み合わせることができる。説明が簡潔であるために、必ずしも上記実施例における技術的特徴の可能な組合せの全てが説明されているわけではない。しかしながら、それらの間に矛盾がないのであれば、それらのコンビネーションは、本開示の範囲内に含まれるとみなされるべきである。

上述したものは、本開示のいくつかの実施例にすぎない。その説明は具体的であり、詳述されているが、それらの実施例は、本発明の特許の範囲の限定として理解することはできない。本開示の概念から逸脱することなく、当業者によっていくつかの修正例及び改善例がなされ得、それらは本開示の保護範囲内に含まれることに留意されたい。したがって、開示された特許の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

まず、上記の実施例は、本開示に限定するものではなく、本開示の技術的解決策を例示するためのものに過ぎないことに留意されたい。本開示は、好ましい実施例を参照して詳細に説明されてきたが、本開示の特定の実施例は、さらに修正されてもよく、又は本開示の技術的解決策の趣旨から逸脱することなく、いくつかの技術的特徴が均等に置き換えられてもよく、本開示によって権利主張された技術的解決策の保護範囲内に含まれるべきであることを当業者は理解されたい。

Claims (19)

1. 複数の取付け溝（１１０）を備えた鉄心（１００）と、
   前記複数の取付け溝（１１０）にそれぞれ収容される複数の永久磁石（２００）と
   を備えるロータ組立体であって、
   前記複数の取付け溝（１１０）は、前記鉄心（１００）の周方向に沿って分散するとともに、前記鉄心（１００）を複数の永久磁石磁極領域（１２０）と複数の二次磁極領域（１３０）とに分割し、前記取付け溝（１１０）のうちの各取付け溝（１１０）は、前記鉄心（１００）の外縁に隣接した第１の端部（１１１）を有し、前記第１の端部（１１１）の一方の側は、前記二次磁極領域（１３０）内に位置する第２の空気スロット（１５０）を備え、前記第２の空気スロット（１５０）は、前記取付け溝（１１０）と連通しており、前記鉄心（１００）の前記外縁に面する前記複数の永久磁石（２００）の磁極は、同じである、ロータ組立体。
2. 前記第１の端部（１１１）の他方の側は、前記永久磁石磁極領域（１２０）内に位置する第１の空気スロット（１４０）を備え、前記第１の空気スロット（１４０）は、前記取付け溝（１１０）から離間しているように配設される、請求項１に記載のロータ組立体。
3. 前記第１の空気スロット（１４０）の周方向幅寸法は、前記鉄心（１００）の径方向外側向きに沿って徐々に増大する、請求項２に記載のロータ組立体。
4. 前記第２の空気スロット（１５０）は、前記鉄心（１００）の前記周方向に沿って延びており、前記鉄心（１００）の軸に隣接した前記第２の空気スロット（１５０）の一方の側は、段状であり、前記鉄心（１００）の径方向に沿った前記第２の空気スロット（１５０）の寸法は、前記第２の空気スロット（１５０）の径方向幅として定義され、前記第２の空気スロット（１５０）は、前記第１の端部（１１１）から離れる方向に沿って第１の段状溝（１５１）と第２の段状溝（１５２）とを順次備え、前記第１の段状溝（１５１）の径方向幅は、前記第２の段状溝（１５２）の径方向幅よりも小さい、請求項１に記載のロータ組立体。
5. 前記鉄心（１００）の半径はＲであり、前記第１の段状溝（１５１）の前記径方向幅はｗ１であり、前記第２の段状溝（１５２）の前記径方向幅はｗ２であり、前記鉄心（１００）の前記半径Ｒ、前記第１の段状溝（１５１）の前記径方向幅ｗ１、及び前記第２の段状溝（１５２）の前記径方向幅ｗ２は、ｗ２＜０．１７Ｒ、及びｗ２／ｗ１＝１．４から１．８を満たす、請求項４に記載のロータ組立体。
6. 前記複数の前記永久磁石磁極領域（１２０）及び前記複数の前記二次磁極領域（１３０）は、前記鉄心（１００）の前記周方向に沿って間隔をおいて分散しており、前記複数の永久磁石磁極領域（１２０）にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しく、前記複数の二次磁極領域（１３０）にそれぞれ対応する中心角は、互いに等しい、請求項４に記載のロータ組立体。
7. 前記永久磁石磁極領域（１２０）の個数及び前記二次磁極領域（１３０）の個数はＮであり、前記二次磁極領域（１３０）のうちの１つにおける２つの第２の空気スロット（１５０）では、それぞれの対応する取付け溝（１１０）から離れたところの２つの第２の段状溝（１５２）の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、これはａ１／（１８０°／Ｎ）＝０．５から０．６５を満たす、請求項６に記載のロータ組立体。
8. 前記二次磁極領域（１３０）のうちの１つにおける２つの第２の空気スロット（１５０）では、それぞれの対応する取付け溝（１１０）から離れたところの２つの第２の段状溝（１５２）の２つの端面によって形成された中心角はａ１であり、それぞれの対応する取付け溝（１１０）に隣接した前記２つの第２の段状溝（１５２）の２つの端面によって形成された中心角はａ２であり、ａ１及びａ２は、ａ２／ａ１＝１．５から１．９を満たす、請求項６に記載のロータ組立体。
9. 前記永久磁石（２００）は希土類永久磁石であり、前記鉄心（１００）の半径はＲであり、永久磁石磁極のうちの１つにおける２つの第１の空気スロット（１４０）では、それぞれの対応する取付け溝（１１０）から離れたところの前記第１の空気スロット（１４０）のうちの２つの２つの端面によって形成された中心角はａ４であり、前記鉄心（１００）の径方向に沿った前記第１の空気スロット（１４０）の寸法は、前記第１の空気スロット（１４０）の径方向幅として定義され、これはｗ４であり、前記取付け溝（１１０）のうちの各取付け溝（１１０）は、前記鉄心（１００）の中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝（１１０）の前記第２の端部から前記第１の端部（１１１）へ向いている寸法は、前記取付け溝（１１０）の幅として定義され、これはｗ３であり、Ｒ，ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．８／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす、請求項３に記載のロータ組立体。
10. 前記永久磁石（２００）はフェライト永久磁石であり、前記鉄心（１００）の半径はＲであり、永久磁石磁極のうちの１つにおける２つの第１の空気スロット（１４０）では、それぞれの対応する取付け溝（１１０）から離れたところの前記２つの第１の空気スロット（１４０）の２つの端面によって形成された中心角はａ４であり、前記鉄心（１００）の径方向に沿った前記第１の空気スロット（１４０）の寸法は、前記第１の空気スロット（１４０）の径方向幅として定義され、これはｗ４であり、前記取付け溝（１１０）のうちの各取付け溝（１１０）は、前記鉄心（１００）の中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝（１１０）の前記第２の端部から前記第１の端部（１１１）へ向いている寸法は、前記取付け溝（１１０）の幅として定義され、これはｗ３であり、Ｒ、ａ４、ｗ４、及びｗ３は、２×（ｗ３−ｗ４）×０．３／（２×π×ａ４×Ｒ／３６０°）＝１．６から１．９を満たす、請求項３に記載のロータ組立体。
11. 前記取付け溝（１１０）の２つごとはＶ形である取付け溝群を形成し、前記取付け溝群の開口部は前記鉄心（１００）の前記外縁に面し、前記取付け溝群ごとの２つの取付け溝（１１０）は前記鉄心（１００）の径方向に対して対称的に配設され、複数の前記取付け溝群は前記鉄心（１００）の前記周方向に沿って均一に分散され、前記取付け溝群のＶ形夾角内の領域は永久磁石磁極領域（１２０）であり、隣接した前記取付け溝群間の領域は二次磁極領域（１３０）である、請求項２に記載のロータ組立体。
12. 前記永久磁石磁極領域（１２０）は、それぞれ前記取付け溝群における前記２つの前記取付け溝（１１０）の第１の端部（１１１）に隣接しているとともに前記取付け溝群のＶ形の中心線に対して対称的である２つの第１の空気スロット（１４０）を備え、前記取付け溝群における前記２つの取付け溝（１１０）の前記第１の端部（１１１）にそれぞれ対応する２つの第２の空気スロット（１５０）は、前記取付け溝群の前記Ｖ形の前記中心線に対して対称的である、請求項１１に記載のロータ組立体。
13. 前記鉄心（１００）の中央は、回転シャフト穴（１６０）を備え、前記鉄心（１００）は、前記回転シャフト穴（１６０）の外縁に環状に配置された第３の空気スロット（１７０）をさらに備え、前記第３の空気スロット（１７０）は、複数のセグメントで構成された構造であり、前記第３の空気スロット（１７０）の各セグメントは、前記取付け溝（１１０）の２つの間に介在しており、前記第３の空気スロット（１７０）の端面は、前記取付け溝（１１０）から離間しているように配設される、請求項１から１２までのいずれか一項に記載のロータ組立体。
14. 前記取付け溝（１１０）のうちの各取付け溝（１１０）は、前記鉄心（１００）の前記中央に隣接した第２の端部を有し、前記取付け溝（１１０）の前記第２の端部から前記第１の端部（１１１）へ向いている寸法は、前記取付け溝（１１０）の幅として定義され、前記鉄心（１００）の径方向に沿った前記第３の空気スロット（１７０）の寸法は、前記第３の空気スロット（１７０）の径方向幅として定義され、前記取付け溝（１１０）の前記幅はｗ３であり、前記第３の空気スロット（１７０）の前記径方向幅はｔ２であり、ｗ３及びｔ２は、ｔ２／ｗ３＝０．１から０．３を満たす、請求項１３に記載のロータ組立体。
15. 前記鉄心（１００）の径方向に沿った前記第３の空気スロット（１７０）の寸法は、前記第３の空気スロット（１７０）の径方向幅として定義され、これはｔ２であり、前記回転シャフト穴（１６０）に隣接した前記回転シャフト穴（１６０）の側壁と前記第３の空気スロット（１７０）の側壁との間の距離は、ｔ３であり、ｔ２及びｔ３は、ｔ３≧２×ｔ２を満たす、請求項１３に記載のロータ組立体。
16. 前記鉄心（１００）の径方向に沿った前記第３の空気スロット（１７０）の寸法は、前記第３の空気スロット（１７０）の径方向幅として定義され、これはｔ２であり、前記第３の空気スロット（１７０）に隣接した前記第３の空気スロット（１７０）の端面と前記取付け溝（１１０）のサイドウォールとの間の距離はｔｂ１であり、ｔ２及びｔｂ１は、ｔｂ１／ｔ２＝０．３から１を満たす、請求項１３に記載のロータ組立体。
17. 前記取付け溝（１１０）に隣接した前記第２の段状溝（１５２）の端面と前記鉄心（１００）の軸に隣接した側面との間の夾角はａ３であり、これは、ａ３＝８５°から１１０°を満たす、請求項４に記載のロータ組立体。
18. 前記鉄心（１００）の径方向に沿った前記第１の空気スロット（１４０）の寸法は前記第１の空気スロット（１４０）の径方向幅として定義され、前記第１の空気スロット（１４０）の径方向幅はｗ４であり、前記第１の空気スロット（１４０）と前記取付け溝（１１０）の間の距離はｔｂ２であり、ｗ４及びｔｂ２は、ｔｂ２／ｗ４＝０．３から０．５を満たす、請求項２に記載のロータ組立体。
19. 請求項１から１８までのいずれか一項に記載のロータ組立体と、前記ロータ組立体（１０）の外縁をスリーブで接続するように配設されたステータ組立体とを備える二次磁極モータ。

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