JP3768502B2 - モータ内に永久磁石を設置したロータ機構 - Google Patents

Description

本発明は、無刷子モータ内に永久磁石を設置したロータ機構で、電動車輌用或いは比較的大なる過負荷能力を必要とする動力用のモータのロータ機構に関する。

電動車輌用モータは比較的高負荷能力を有する必要があることについては公知である。然し乍ら、常に構造の装置空間に制限されて、比較的大きなモータの設計によってその性能の要求を達成することができないのである。この外、電動車輌用モータは常に高速運転を必要とする。並びに、弱磁性のコントロールを行わなければならない必要がある。この為、必ず内部設置式永久磁石のロータ機構を使用しなければならない。而して、狭い空間に於て銅の損失を必ず一定に保持し、モータが過熱による焼損が発生しない前提の下に、如何に効果的に内部設置式永久磁石無刷子モータのアマチュア反応を降下し、そのアウトプットトルクを向上させ、同時にモータの突変回転トルクを降下してモータの運転振動を減少する等は、電動車輌用モータの設計に於ける重要課題となっている。

公知の内部設置式永久磁石無刷子モータは、特許文献１に示す如く、そのロータの機構は図５に図示されており、そして、同図に於いて１はロータ、２はステータ、３はメインマグネティックポール、４は磁場永久磁石、５は凹溝である。この種のロータ機構は重負荷時、ステータコイルのアマチュア反応によって磁場は増強される。そして、メインマグネティックポールの導磁通路を経由してモータのロータのマグネティックポールの磁場を弱める。かくして、無刷子モータのアウトプットトルクは減少される。これが上記ロータ機構の欠点である。故に、この種の内部設置式永久磁石無刷子モータのアマチュア反応を降下するため、特許文献２の図６に示す如く、ロータ１ａの各ポール３ａの円形外周のへり部分を削除してエアギャップを増やしてアマチュア反応を弱めるようにしている。但し、このようなロータ機構は、只、単一方向の回転に適用するだけでロータ各ポールの磁束は大幅に減少する。

上述の公知の内部設置式永久磁石無刷子モータの欠点に鑑みて、本発明は前記欠点等に鑑み、種々の改良設計を行い必要なアウトプット性能の要求を達成した。

本発明の解決しようとする課題は電動車輌の駆動に適用できるモータ、或いは比較的高負荷の能力を必要とする動力用のモータで、特に、高電負荷時のアウトプットターニングモーメントを効果的に向上させ、そして、モータの突変回転のターニングモーメントを減少させ、且つ、比較的大なるマグネティックレジスタンスのターニングモーメントを得ることができる無刷子モータ内に永久磁石を設置したロータ機構を提供するために解決せられるべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、少なくても二個のメインマグネティックポールをロータの周辺に配置する。各メインマグネティックポールの展開角Ａはステータの各溝角度のＮ／２倍で、Ｎは≧３の奇数であって、且つ、Ａは必ず３６０／Ｐ度の度数に最も接近した小なる度数で、Ｐはモータのポール数である。又、各メインマグネティックポールの外周はＲ１とＲ２の二段式外円弧を採用し、その中、Ｒ１は前記メインマグネティックの中央部分に位置していてＲ２はＲ１の両側に位置している。而して、Ｒ１とＲ２の間は直線状にて接続されている。更に、Ｒ１はＲ２よりも大きく、前記Ｒ１の展開角Ａ１は前記ステータの各溝角度のＮ／２倍で、Ｎは≧３の奇数である。且つ、Ａ１は必ず前記ロータの各メインマグネティックポールの前記展開角Ａより小なるものでなければならない。前記各メインマグネティックポール内に二片式永久磁石の合成になる永久磁石を設置し、前記二片の永久磁石の近隣の両端は前記メインマグネティックポールの実質的中央に位置していて、然も、突出式になっている。前記メインマグネティックポールの両辺の外縁は対応している前記永久磁石のヘリと平行している。

前記Ｒ１とＲ２の二段式外円弧の使用と、各マグネティックポールの展開角とＲ１外円弧の展開角を適当な角度に保持し、それに合わせて突出式二片永久磁石の合成マグネティックポールを使用して、永久磁石のヘリのロータメインマグネティックポールの両側外縁と平行になるように形成することによって、内部設置式永久磁石の無刷子モータは効果的にステータコイルのアマチュア反応による磁場を弱めることができ、これにより、メインマグネティックポールの磁束は増加し、無刷子モータが高電負荷時に於けるアウトプットターニングモーメントを向上させることができる。更に、無刷子モータの突変回転のターニングモーメントを減少させることができる上、同時に無刷子モータは比較的大なるマグネティックレジスタンスのターニングモーメントを獲得することができる。又、かかるロータ機構は正逆転両方向の操作にも適合する。本発明は上述したモータ内に永久磁石を設置したロータ機構を提供するものである。
ＵＳ．ＰＡＴ．５８４４３４４号 ＵＳ．ＰＡＴ．６０４７４６０号

本発明のモータ内に永久磁石を設置したロータの機構は電動車輌の駆動用モータ、或いは比較的高負荷能力を必要とする動力用モータに特に適用し、高電負荷時のアウトプットターニングモーメントを効果的に向上させ、モータの突変回転のターニングモーメントを減少させることができて、比較的大なるマグネティックポールレジスタンスのターニングモーメントを得ることができる等の効果を奏するのである。

公知の無刷子モータ内部に永久磁石を設置したロータの機構の欠点を改善するため、本発明のロータ機構は図１に示す如く、従来の図５の単片永久磁石４と図６の単片永久磁石４ａを永久磁石４ｂ１と４ｂ２の二片で合成し、且つ、突出式に改良したものである。ロータ１ｂの複数個のメインマグネティックポール３ｂの各メインマグネティックポールの展開角Ａは、ステータ２ｂの各溝の角度のＮ／２（Ｎ≧３の奇数）倍で、Ａは必ず３６０／Ｐ度の度数に最も接近し、且つ、小なる度数で、Ｐはモータのポール数である。例えば、ステータが２４溝、ロータが８ポールである時、Ａは３７．５度である。

本発明のロータの機構の各メインマグネティックポールのロータ外周は、図１に示す如く、Ｒ１とＲ２の二段外円弧を採択している。その中、前記Ｒ１外円弧はメインマグネティックポールの中央部分に位置していて、前記Ｒ２外円弧は前記Ｒ１外円弧の両側に位置している。而して、前記Ｒ１は前記Ｒ２よりも大きく、且つ、前記Ｒ１とＲ２外円弧の二外円弧間は直線Ｌで接続している。前記Ｒ１外円弧の展開角Ａ１はステータの各溝角度のＮ／２（Ｎ≧３の奇数）倍で、且つ、Ａ１は必ずロータの各メインマグネティックポールの展開角Ａより小でなければならない。若し、ステータが２４溝、ロータが８ポールである時、ロータ各ポールの対応するステータの溝数は３溝である。よって、ロータ各ポールの展開角は４５度で、Ａ１は（３６０／２４／Ｚ）Ｘ３＝２２．５度となる。

前記ロータ各ポールの展開角Ａと前記Ｒ１外円弧の展開角Ａ１の角度を取り決める目的は、モータの突変回転のターニングモーメントを減少するところにある。而して、前記Ｒ２外円弧半径の決定は、モータのステータとロータポール面間が前記Ｒ２外円弧の範囲に於いて、エアギャップが大きくなるように変化し、もってステータコイルのアマチュア反応による磁場をエアギャップが大きくなったことによって弱めることができるところにある。而して、前記Ｒ２外円弧間のエアギャップは大きくなったけれども、前記Ｒ２外円弧は一円弧であるため、前記Ｒ２外円弧間のエアギャップは依然として均一になっている。よって、その各ポールのロータの磁束はUS Pat. ６０４７４６０のように大幅に減少することがなく、ステータコイルのアマチュア反応による磁場を弱めることができると共に、適当な各ポールのロータの磁束を維持することができる。然るに、Ｒ１とＲ２の二段外円弧間の部分はエアギャップが不同のため、モータのエアギャップの磁場変化に差が生じるので、直線ＬによってＲ１とＲ２の二段外円弧を接続して、モータのエアギャップの磁場変化を比較的順調にすることができる。同時に、モータの突変回転のターニングモーメントを減少することができる。本発明のロータ機構は正逆回転の両方向の操作に適合する。

モータのステータコイルのアマチュア反応による磁場が、モータのロータのマグネティックポールの磁場を弱める他の原因は、メインマグネティックポールの導磁通路である。故に、本発明は同時にUS Pat．５８４４３４４及びUS Pat. ６０４７４６０のメインマグネティックポールの永久磁石の配列に対して変化を加えて、図１及び図２に示す如く、元来図５に示している単片永久磁石４と図６に示している単片永久磁石４ａを、二片の永久磁石４ｂ１と４ｂ２の合成になるものに改良し、且つ、前記二片の永久磁石４ｂ１と４ｂ２の近隣する両端を前記メインマグネティックポールの実質中央に位置づけし、しかも突出式に形成した。

又、前記永久磁石４ｂ１と４ｂ２は水平方向と角度Ｃを維持している。斯くして、前記メインマグネティックポールの永久磁石の作用面積を増加することができ、そして、比較的多くのメインマグネティックポールの磁束を獲得することができる。この外、図３に示すように、本発明の二片永久磁石４ｂ１と４ｂ２の合成は、図７に示している公知の単片永久磁石４ａよりもメインマグネティックポールの導磁通路の面積を減少することができて、モータのステータのアマチュア反応による磁場の流通経路のマグネティックレジスタンスを増加し、アマチュア反応による磁場を弱めることができる。

更に、図４に示す如く、突出式二片合成磁石を使用すると同時に、本発明のモータのロータのメインマグネティックポールの外縁Ｅは図示のＤＢ直線と平行でなく、永久磁石のヘリと平行になっている。かくすることによって、ロータのメインマグネティックポール間の空間は比較的大なる半径方向の深度を有することができるので、モータは直交軸のエレクトリックインダクションによる比較的大きな差異を維持することができて、モータはこれにより比較的大なるマグネティックレジスタンストルクを得ることができる。

本発明は、Ｒ１とＲ２の二段式外円弧の使用と、各マグネティックポールの展開角と前記Ｒ１外円弧の展開角を適当な角度に保持し、それに合わせて突出式二片永久磁石の合成マグネティックポールを使用して、永久磁石のヘリのロータメインマグネティックポールの両側外縁と平行になるようにしているので、内部設置式永久磁石のモータは効果的にステータコイルのアマチュア反応による磁場を弱めることができ、斯くして、メインマグネティックポールの磁束はこれによって増加するので、無刷子モータが高電負荷時のアウトプットターニングモーメントを向上させることができる。更に、無刷子モータの突変回転のターニングモーメントを減少させることができる上、同時に無刷子モータは比較的大なるマグネティックレジスタンスのターニングモーメントを得ることができる。故に、本発明は電動車輌モータ、或いは比較的高負荷能力を必要とする動力用モータに特に適用するものである。よって、モータの性能を効果的に向上させることができ得るのである。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の内部設置式永久磁石無刷子モータのステータとロータの構造実施例の説明図である。 図１に示しているロータの部分に突出式二片永久磁石を使用した局部的拡大説明図である。 図１に示しているロータの部分に突出式二片永久磁石使用で、比較的大なるメインマグネティックポールの磁束を獲得することができると共に、メインマグネティックポールがアマチュアが磁場に反応するのに供する導磁通路の面積を減少させることができる説明図である。 図１の実施例のロータ部分は突出式二片永久磁石を使用している。そのメインマグネティックポール両側外縁と永久磁石のヘリは平行になっている説明図である。 公知の内部設置式永久磁石無刷子モータのステータとロータの構造説明図である。 もう一つの公知の内部設置式永久磁石無刷子モータのロータの構造説明図である。 公知の単片磁石を使用した説明図である。

符号の説明

１ｂ ロータ
２ｂ ステータ
３ｂ メインマグネティックポール
４ａ 単片永久磁石
４ｂ１，４ｂ２ 永久磁石
Ａ 展開角

Claims (4)

1. モータ内に永久磁石を設置したロータの機構で、該機構は少なくても二個のメインマグネティックポールが前記ロータの周辺に配置されており、該各メインマグネティックポールの展開角Ａはステータの各溝の角度のＮ／２倍（Ｎは≧３の奇数）で、且つ、前記展開角Ａは必ず最も３６０／Ｐ（Ｐはモータのポール数）に接近し、且つ、３６０／Ｐの度数より小に形成されており、
   更に、前記各メインマグネティックポールの外周は、二段式外円弧に形成され、第一外円弧はメインマグネティックポールの中央部分に位置しており、第二外円弧は前記第一外円弧の両側に位置しており、且つ、該第一外円弧は前記各第二外円弧より大きく、前記第一外円弧の展開角Ａ１は前記ステータの各溝の角度のＮ／２（Ｎは≧３の奇数）で、且つ、Ａ１は必ず前記ロータの各メインマグネティックの前記展開角Ａより小に形成されたことを特徴とするモータ内に永久磁石を設置したロータ機構。
2. 前記メインマグネティックポール内に設置している永久磁石は二片式永久磁石の合成されたものであって、且つ、二片の永久磁石の近隣の両端は前記メインマグネティックポールの実質的中央に位置していて、然も突出式に形成されていることを特徴とする請求項１記載のモータ内に永久磁石を設置したロータ機構。
3. 上記第一外円弧と前記第二外円弧の間は直線形に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ内に永久磁石を設置したロータ機構。
4. 上記メインマグネティックポールの両側の外縁は対応している上記永久磁石のへりと平行に形成されていることを特徴とする請求項２記載のモータ内に永久磁石を設置したロータ機構。

Images