JP7230185B2 - ロータ及び永久磁石モータ - Google Patents

Description

本願は、２０１８年１１月１日に出願された、出願番号が２０１８１１２９５２９３．５で、発明の名称が「ロータ及び永久磁石モータ」の中国特許出願の優先権を主張し、ここで、そのすべてを参照として援用する。

本願は、駆動装置の技術分野に関し、特に、ロータ及び永久磁石モータに関する。

永久磁石モータは、主に、ステータ及びロータを含み、ロータは、ロータコア及び永久磁石を含み、永久磁石は、ロータコアの永久磁石溝に取り付けられる。ステータ側には、対称三相電流が流れると、三相ステータが空間位置に１２０°ずれていることから、三相ステータの電流が空間に回転磁界を生じ、ロータが回転磁界に電磁力により運動し、この時、電気エネルギーが運動エネルギーに変換される。また、永久磁石が回転磁界を生じると、三相ステータの巻線は回転磁界の作用下で、アーマチュア・リアクションにより、三相対称電流が誘導され、この時、ロータの運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。

従来の永久磁石モータは、永久磁石による磁界が固定されていることから、永久磁石モータの内部の磁界が調整され難く、それにより、永久磁モータに高周波数時と低周波数時との効率を両立させ難く、給電の電源電圧が固定される場合、永久磁石モータの最大の作動周波数が制限されてしまう。

これに鑑み、従来の永久磁石モータに高周波数時と低周波数時との効率を両立させる問題について、高周波数時と低周波数時との効率を両立させることができるロータ及び永久磁石モータを提供することが必要となる。

ロータであって、ロータコアと、少なくとも二つの第１永久磁石及び少なくとも二つの第２永久磁石と、を含み、ロータコアにおける軸方向の端面に、永久磁石溝が開設され、永久磁石溝は、ロータコアの周方向に間隔を置いて、ロータコアにおける軸方向の端面に開設され、前記第１永久磁石は、保磁力が前記第２永久磁石と異なり、前記少なくとも二つの第１永久磁石及び前記少なくとも二つの第２永久磁石は、軸方向に沿ってロータコアの永久磁石溝内に設置され、前記ロータコアの径方向において一つの前記第１永久磁石が一つの前記第２永久磁石と直列接続するように、一つの永久磁石溝に配置されて、永久磁石極が形成され、
周方向に隣接する二つの前記永久磁石極間にそれぞれ位置する前記ロータコアの部分が交番磁極を形成し、前記永久磁石極は、前記交番磁極を通過する磁路を形成する。

一実施例では、前記第１永久磁石の保磁力は、前記第２永久磁石の保磁力よりも小さく、各々の永久磁石溝に、前記ロータコアの径方向において、前記第１永久磁石は、前記第２永久磁石よりも前記ロータコアの中心から離れた一側に位置する。
一実施例では、前記永久磁石溝は、前記ロータコアの周方向に均一に間隔を置いて、前記ロータコアにおける軸方向の端面に設置される。
一実施例では、前記永久磁石極は、磁極の方向が前記ロータコアの径方向に設置される。
一実施例では、各々の永久磁石溝に、前記ロータコアの径方向において、前記第１永久磁石が前記第２永久磁石と重ねて設置される。
一実施例では、各々の永久磁石溝に、前記ロータコアの周方向において、前記第１永久磁石が前記第２永久磁石の両端部と面一となる。
一実施例では、前記永久磁石極の断面形状は、長方形、又は、開口が前記ロータコアの中心から離れたＶ字形である。
一実施例では、前記ロータコアの周方向における各前記永久磁石極の両端と前記ロータコアの中心とを結んだ線が、第１中心角を形成しており、前記第１中心角は、π／ｐよりも大きく、且つ、１．５π／ｐよりも小さく、ただし、ｐが前記永久磁石極と前記交番磁極との数の和の１／２である。
一実施例では、前記ロータコアは、軸方向の端面に磁気シールド溝が開設され、前記磁気シールド溝は、前記ロータコアの周方向において前記永久磁石極の両端に延在される。

永久磁石モータは、ステータ及び上記のいずれかに記載のロータを含み、前記ロータは、前記ステータ内に回転可能に套設される。

本願に係るロータ及び永久磁石モータでは、永久磁石極は、ロータコアの径方向に互いに直列接続され、保磁力が異なる第１永久磁石と第２永久磁石とにより形成され、磁化電流により、低い保磁力を有する永久磁石の磁界強度を変化させることにより、永久磁石モータの磁界を調整することができ、それにより、永久磁石モータに高周波数時と低周波数時との効率を両立させることが実現され、また、永久磁石極に交番磁極を組み合わせ、磁化電流により永久磁石モータを磁気調整すると、形成された回路が永久磁石極と交番磁極を通過し、交番磁極に永久磁石が存在しないことから、上記回路への干渉が削減され、低い保磁力を有する永久磁石の磁化の難しさを軽減すると共に、交番磁極の存在により永久磁石極が交互に存在することから、永久磁石の使用量が大幅に少なくなる。

本願の実施例又は従来技術における技術的手段をより明確に説明するために、以下に、実施例又は従来技術を説明することに必要な図面を簡単に説明するが、明らかなことは、以下に説明する図面が本願の実施例に過ぎず、当業者は、創造的な労力を要することなく、開示する図面により他の図面を取得することが可能である。

本願の実施例におけるロータの構造図である。 図１に示されるロータの磁界の分布図である。 本願の他の実施例におけるロータの構造図である。

本発明を理解しやすくするために、以下に、関連する図面を参照しながら本発明を十分に説明する。図面には本発明の好ましい実施例を示す。しかしながら、本発明は、数多くの形態により実現されてもよく、本明細書に説明される実施例に限定されない。一方、これらの実施例を提供することは、本発明の開示内容をより明確かつ完全に理解することを目的とする。

説明すべき点としては、ある手段が他の手段に「固定される」と記載される場合、直接他の手段上に位置してもよいし、その間に別の手段が存在してもよい。ある手段が他の手段に「接続される」と認定される場合、他の手段に直接接続されてもよいし、その間に別の手段が同時に存在してもよい。本明細書に使用される「垂直である」、「水平である」、「左」、「右」という用語、並びに、類似の表現は、説明のみに用いられる。

特に他の定義がない限り、本明細書に用いられるあらゆる技術と科学的用語は、当業者が通常に理解する意味と同じである。本明細書では、本発明の明細書に用いられる用語が、具体的な実施例を説明するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書に用いられる「及び／又は」という用語は、一つ又は複数関連して記載された項目のいずれかとのあらゆる組み合わせを含む。

図１及び図２を参照すると、本願の一実施例による永久磁石モータは、ステータ及びロータ１００を含み、ロータ１００は、ステータ内に同軸に套設され、しかも、ロータ１００とステータとの間には、ロータ１００がステータに対して回転するように、エアギャップを有する。

一実施例では、ステータは、ステータコア及び電機子巻線を含み、ステータコアは、軟磁性ケイ素鋼板からプレス加工して形成されたものであり、ステータコア内には、周方向に間隔を置いて複数のティースが設置され、各歯に電機子巻線が巻き取られ、電機子の巻線は、通電されると、回転磁界を生成し、ロータ１００の回転を促進するように作用する。

一実施例では、ロータ１００は、ロータコア１０及び永久磁石を含み、ロータコア１０は、軟磁性ケイ素鋼板からプレス加工して形成されたものであり、永久磁石は、軸方向に沿って、ロータコア１０における軸方向の端面に設置される。具体的には、ロータコア１０における軸方向の端面には、永久磁石溝１１が開設され、永久磁石が軸方向に沿ってロータコア１０の永久磁石溝１１内に設置される。

一実施例では、永久磁石溝１１は、ロータコア１０の周方向に間隔を置いて、ロータコア１０における軸方向の端面に開設される。

一実施例では、永久磁石は、第１永久磁石２０及び第２永久磁石３０を含み、第１永久
磁石２０は、保磁力が第２永久磁石３０と異なり、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０
とは、その数が同じ且つ少なくとも二つであり、一つの第１永久磁石２０と一つの第２永
久磁石３０が一緒に一つの永久磁石溝１１内に装着されると共に、ロータコア１０の
径方向において、同一の永久磁石溝１１に位置する第１永久磁石２０と第２永久磁石
は直列接続され、一緒に一つの永久磁石極４０が形成される。

一実施例では、周方向における隣接する二つの永久磁石極４０間に位置するロータコア１０の部分は、一つの交番磁極５０（交番磁極５０は、ロータコア１０における永久磁石が設置されていない部分に形成される）が形成され、永久磁石極４０は、ステータ及び交番磁極５０を通過する磁路が形成される。

本実施例による永久磁石モータは、永久磁石極４０が、ロータコア１０の径方向において互いに直列接続される第１永久磁石２０と第２永久磁石３０とにより形成され、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０との保磁力が異なることから、永久磁石モータは、速度が低くトルクが大きい状態に、磁化電流により、低い保磁力を有する永久磁石を磁化して飽和させ、ニーズを満たすように、永久磁石モータの内部の磁界強度を増やし、永久磁石モータが高速で小さいトルクに作動すると、磁化電流により、低い保磁力を有する永久磁石の磁化程度を低下させ、ニーズを満たすように、永久磁石モータの内部の磁界強度を小さくすることにより、永久磁石モータの磁界強度を調整することができる。それにより、永久磁石モータに、高周波数時と低周波数時との効率を両立させることができ、また、ロータコア１０の径方向において、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０とが直列接続され、低い保磁力を有する永久磁石の消磁抵抗能力が向上すると共に、永久磁石極４０を交番磁極５０と組み合わせ、磁化電流により、永久磁石モータを磁気調整すると、形成された回路は、永久磁石極４０と交番磁極５０とを通過し、交番磁極５０に永久磁石が存在していないことから、上記回路への干渉が削減され、このため、低い保磁力を有する永久磁石の磁化の難しさを軽減すると共に、交番磁極５０が存在するため、永久磁石極４０が交互に存在していることから、永久磁石の使用量が大幅に削減される。

さらに、一実施例では、永久磁石溝１１が、ロータコア１０の周方向に均一に間隔を置いて設けられ、それに対応して、ロータコア１０の周方向において、少なくとも二つの第１永久磁石２０が均一に間隔を置いて設置され、少なくとも二つの第２永久磁石３０も均一に間隔を置いて設置される。

具体的には、一実施例では、永久磁石溝１１が少なくとも三つであり、それに対応して、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０との数も少なくとも三つである。

一実施例では、少なくとも三つの永久磁石溝１１の中心を順に接続する直線で形成された図形の中心は、ロータコア１０の中心と重なる。この場合、少なくとも三つの永久磁石溝１１内に装着される第１永久磁石２０の中心を順に接続する直線で形成された図形の中心は、ロータコア１０の中心と重なり、少なくとも三つの永久磁石溝１１内に装着される第２永久磁石３０の中心を順に接続する直線で形成された図形の中心も、ロータコア１０の中心と重なる。

具体的には、一実施例では、ロータコア１０の径方向における各永久磁石溝１１内に設置される第１永久磁石２０と第２永久磁石３０とは、重ねて設置されることにより、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０との直列接続の効果が保証されるようにする。

さらに、一実施例では、ロータコア１０の周方向において各永久磁石溝１１内に設置される第１永久磁石２０と第２永久磁石３０との両端部は、面一である、つまり、ロータコア１０の周方向において第１永久磁石２０と第２永久磁石３０とは、その大きさが同じである。

一実施例では、ロータコア１０の周方向に設置される各第１永久磁石２０と各第２永久磁石３０とは、断面形状が共に長方形であり、この時、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０とを直列接続して形成された永久磁石極４０は長方形である。この時、少なくとも三つの永久磁石極４０の中心を順に接続する直線形成された図形は、正多角形となり、しかも、各永久磁石極４０の磁極方向は、共に、ロータコア１０の径方向に沿う。

具体的には、一実施例では、ロータコア１０の周方向における各永久磁石極４０の両端とロータコア１０の中心とを結ぶ直線は、第１中心角θ１を形成しており、この第１中心角θ１はπ／ｐよりも大きく、且つ、１．５π／ｐよりも小さく、ただし、ｐは永久磁石極４０と交番磁極５０との総和の１／２である。交番磁極５０の磁界は、永久磁石極４０の磁界により提供され、このように設置すると、永久磁石極４０の第１中心角θ１が交番磁極５０の第２中心角θ２（ロータコア１０の周方向における各交番磁極５０の両端はそ れぞれロータコア１０の中心に結ぶ直線により形成された中心角）よりも大きいことを保証でき、このため、永久磁石モータの内部の磁束密度を保証できると共に、交番磁極５０の第２中心角θ２が小さ過ぎないように保証できる。

一実施例では、第１永久磁石２０の保磁力が第２永久磁石３０の保磁力よりも小さく、ロータコア１０の径方向において、第１永久磁石２０が第２永久磁石３０よりもロータコア１０の中心から離れた一側に位置する、つまり、比較的小さい保磁力を有する第１永久磁石２０は、比較的大きい保磁力を有する第２永久磁石３０の外側（ステータに近い一側）に位置する。磁気調整磁界は、ステータにより発生されることから、第１永久磁石２０を第２永久磁石３０の外側に置くと、磁気調整磁界が直接第１永久磁石２０に作用し、比較的大きい保磁力を有する第２永久磁石３０を比較的小さい保磁力を有する第１永久磁石２０の外側に置く場合（この時、磁気調整磁界が先に第２永久磁石３０に作用してから、第１永久磁石２０に作用し、磁界が第２永久磁石３０に作用する時に損失が発生してしまう）に比べると、磁気調整し易くなる。

さらに、低い保磁力を有する第１永久磁石２０の磁化電流が比較的小さいとともに、永久磁石モータが正常に作動すると消磁が発生しないことを保証するように、第１永久磁石２０の幅が第２永久磁石３０の幅よりも大きくなるように設け、しかも、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０との大きさについて、以下の関係を満たすように選択する。
５０Ａ／ｍ＜（Ｈｌ×ｄｌ＋Ｈ２×ｄ２）／（ｄｌ＋ｄ２）＜４００Ａ／ｍ
ただし、ｄｌが高い保磁力を有する第２永久磁石３０の幅であり、ｄ２が低い保磁力を有する第１永久磁石２０の幅であり、Ｈ１は、高い保磁力を有する第２永久磁石３０の保磁力であり、Ｈ２は、低い保磁力を有する第１永久磁石２０の保磁力である。

図３を参照すると、他の実施例では、ロータコア１０の周方向において、各第１永久磁石２０と各第２永久磁石３０との断面形状が長方形でなくてもよく、例えば、各第１永久磁石２０と各第２永久磁石３０との断面形状は、共に、開口がロータコア１０の中心から離れたＶ字形として設けてもよい。つまり、各第１永久磁石２０は、角度を成すように設置する二つの部分を含み、各第２永久磁石３０は、角度を成すように設置する二つの部分を含み、この時、第１永久磁石２０と第２永久磁石３０とにより形成される永久磁石極４０は、Ｖ字形となる。このようにして、上記の実施例に対して、永久磁石極４０の第１中心角θ１が変化することなく、永久磁石モータの磁束密度が向上し、永久磁石モータのトルク密度が向上する。

一実施例では、ロータコア１０における軸方向の端面には、磁気シールド溝１２が開設され、磁気シールド溝１２は、ロータコア１０の周方向において永久磁石極４０の両端に延在される。磁気シールド溝１２を設けることにより、永久磁石極４０の磁束が自体の端部に閉じられることを防ぎ、永久磁石モータの磁気漏れを減少することができる。

本願の実施例は、上記の永久磁石モータが備えるロータ１００をさらに提供する。

本願の実施例によるロータ１００及び永久磁石モータは、以下のような有益な効果を有している。
１、永久磁石極４０は、ロータコア１０の径方向において互いに直列接続され、且つ、保磁力が異なる第１永久磁石２０と第２永久磁石３０とにより形成されるため、永久磁石モータは、速度が低くトルクが大きい状態では、磁化電流により、低い保磁力を有する永久磁石を磁化して飽和させ、ニーズを満たすように、永久磁石モータの内部の磁界強度を増やし、永久磁石モータが高速で小さいトルクに作動すると、磁化電流により、低い保磁力を有する永久磁石の磁化程度が低下し、ニーズを満たすように、永久磁石モータ内部の磁界を少なくし、このように永久磁石モータの磁界強度を調整することができ、それにより、永久磁石モータに、高周波数時と低周波数時との効率を両立させることができる。
２、ロータコア１０の周方向において永久磁石極４０と交番磁極５０とが交互に設置され、交番磁極５０に永久磁石が存在していないことから、低い保磁力を有する永久磁石の磁化の難しさを軽減すると共に、交番磁極５０が存在するため、永久磁石の使用量が削減される。
３、ロータコア１０の径方向において、保磁力を有する第１永久磁石２０は、高い保磁力を有する第２永久磁石３０の外側に位置し、磁気調整が必要となると、ステータによる磁気調整磁界は、直接第１永久磁石２０に作用することにより、磁気調整がし易くなる。

上記した実施例に係る様々な技術特徴は、任意に組み合わせてもよいが、説明を簡潔にするために、上記した実施例における各技術的特徴に係るあらゆる組み合わせの説明を省略する。しかしながら、これらの技術的特徴の組み合わせに矛盾がない限り、いずれも、本明細書に記載されている範囲に含まれる。

上記した実施例は、本願における複数の実施の形態に過ぎず、その説明がより具体的かつ詳細であるが、出願の特許請求の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。説明するべきところは、当業者にとって、本願の趣旨を逸脱しない限り、様々な変形や改良がされてもよく、これらが本願の保護範囲に含まれる。従って、本願に係る特許の保護範囲は、添付の請求の範囲に基づく。

Claims (9)

1. ロータコア（１０）と、
   少なくとも二つの第１永久磁石（２０）及び少なくとも二つの第２永久磁石（３０）と、
   を含み、
   前記ロータコア（１０）における軸方向の端面に、永久磁石溝（１１）が開設され、前記永久磁石溝（１１）は、前記ロータコア（１０）の周方向に間隔を置いて、前記ロータコア（１０）における軸方向の端面に開設され、
   前記第１永久磁石（２０）は、保磁力が前記第２永久磁石（３０）と異なり、前記少なくとも二つの第１永久磁石（２０）及び前記少なくとも二つの第２永久磁石（３０）は、軸方向に沿って前記ロータコア（１０）の前記永久磁石溝（１１）内に設置され、前記ロータコア（１０）の径方向において一つの前記第１永久磁石（２０）が一つの前記第２永久磁石（３０）と直列接続するように、一つの前記永久磁石溝（１１）に配置されて、永久磁石極（４０）が形成され、
   周方向に隣接する二つの前記永久磁石極（４０）間にそれぞれ位置する前記ロータコア（１０）の部分が、前記永久磁石が設置されていない交番磁極（５０）を形成し、前記永久磁石極（４０）は、前記交番磁極（５０）を通過する磁路を形成し、
   前記ロータコア（１０）の周方向における各前記永久磁石極（４０）の両端と、前記ロータコア（１０）の中心とを結んだ直線が、第１中心角（θ１）を形成しており、前記第１中心角（θ１）は、π／ｐよりも大きく、且つ、１．５π／ｐよりも小さく、ただし、ｐが前記永久磁石極（４０）と前記交番磁極（５０）との数の和の１／２である、ことを特徴とするロータ（１００）。
2. 前記第１永久磁石（２０）の保磁力は、前記第２永久磁石（３０）の保磁力よりも小さく、各々の永久磁石溝（１１）に、前記ロータコア（１０）の径方向において、前記第１永久磁石（２０）は、前記第２永久磁石（３０）よりも前記ロータコア（１０）の中心から離れた一側に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載のロータ（１００）。
3. 前記永久磁石溝（１１）は、前記ロータコア（１０）の周方向に均一に間隔を置いて、前記ロータコア（１０）における軸方向の端面に設置される、ことを特徴とする請求項１に記載のロータ（１００）。
4. 前記永久磁石極（４０）は、磁極の方向が前記ロータコア（１０）の径方向に設置される、ことを特徴とする請求項３に記載のロータ（１００）。
5. 各々の永久磁石溝（１１）に、前記ロータコア（１０）の径方向において、前記第１永久磁石（２０）が前記第２永久磁石（３０）と重ねて設置される、ことを特徴とする請求項３に記載のロータ（１００）。
6. 各々の永久磁石溝（１１）に、前記ロータコア（１０）の周方向において、前記第１永久磁石（２０）が前記第２永久磁石（３０）の両端部と面一である、ことを特徴とする請求項３に記載のロータ（１００）。
7. 前記永久磁石極（４０）の断面形状は、長方形、又は、開口が前記ロータコア（１０）の中心から離れたＶ字形である、ことを特徴とする請求項１に記載のロータ（１００）。
8. 前記ロータコア（１０）は、軸方向の端面に磁気シールド溝が開設され、前記磁気シールド溝は、前記ロータコア（１０）の周方向において前記永久磁石極（４０）の両端に延在される、ことを特徴とする請求項１に記載のロータ（１００）。
9. ステータ、及び、請求項１～８のいずれか一項に記載のロータ（１００）を含み、前記ロータ（１００）は、前記ステータ内に回転可能に套設される、ことを特徴とする永久磁石モータ。

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