JP7387877B2 - モータ及び家電製品 - Google Patents

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Description

本願は2019年9月26日に中華人民共和国特許庁に提出された、出願番号が201910919342.6であり、発明名称が「モータ及び家電製品」である中華人民共和国特許出願の優先権を主張し、その全ての内容は引用により本願に組み込んでいる。
本願はモータの技術分野に関し、特にモータ及び家電製品に関する。
ここでの記述は本願に関連する背景情報のみを提供し、従来の技術を必然的に構成しない。直流ブラシレスモータはその構造が簡単であり、運転が確実であるため、様々な家電製品にますます多く使用される。しかしながら関連技術においてモータの電力密度が低くかつ振動騒音が大きく、現在の家電製品の需要に合致せず、電力密度が高くかつ振動騒音が小さいモータを求める必要があり、モータ騒音を改善すると同時にモータの効率とコストを考慮する必要があり、したがって振動騒音、効率、コストのバランスを求める必要がある。
本願の実施例の目的の一つは、モータ及び家電製品を提供し、電力密度が低く、振動騒音が大きいという問題を解決することである。
本願の実施例が採用する技術的解決手段は以下のとおりである。
第一態様において、ロータコアとステータコアを含むモータを提供する。ロータコアはカラー部とカラー部の周りに間隔を隔てて設置された複数のセグメントを含み、二つの隣接するセグメントの間に収容溝が構成される。ステータコアはロータコアに嵌設され、環状に囲まれた複数のステータユニットを含む。該モータの極-スロット因子はステータユニットの数とセグメントの数との差の絶対値であり、かつ該モータのP-S係数は極-スロット因子の逆数と極-スロット因子の正順に隣接する自然数の逆数との和である。ここで、P-S係数の範囲は0.4-0.5及び0.8-1であり、モータの毎極毎相スロット数は0.35以上かつ0.5以下である。
第二態様において、上記モータを含む家電製品を提供する。
本願の実施例が提供するモータ及び家電製品の有益な効果は、モータの振動騒音を低減することができ、同時にモータの電力密度が高く効率が高く、かつモータのコストも効果的に低減することである。
本願の実施例における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に実施例又は例示的な技術の説明に必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下に記載の図面は本願のいくつかの実施例だけであり、当業者にとって、創造的な工夫をせずに、これらの図面に基づいて他の図面を取得することができる。
本願の提供するモータの一つの実施例の軸方向に垂直な断面概略図である。 図1に示すモータの軸方向に沿う断面概略図である。 図1に示すモータの極数、スロット数及びモータ効率の傾向変化概略図である。 図1に示すモータのP-S係数とモータ効率の傾向変化概略図である。 図1に示すモータのP-S係数とモータの電磁振動振幅パーセントの傾向変化概略図である。 図1に示すモータにおけるエアギャップ寸法を示すための部分拡大概略図である。 図6に示すロータコアにおけるセグメントの構造概略図である。 図1に示すモータのエアギャップとロータコアの外径のモータ効率に対する傾向変化概略図である。 図1に示すモータの最大エアギャップのモータ効率及びモータの磁界歪み率に対する傾向変化概略図である。 図1に示すロータコアの外径及び磁石の軸方向長さのモータ効率に対する傾向変化概略図である。 図1に示すモータにおけるロータの立体構造概略図である。 図11に示すロータの一つの具体的な実施形態の軸方向に垂直な断面概略図である。 図12に示すロータの端面の正面概略図である。 図11に示すロータの別の具体的な実施形態の軸方向に垂直な断面概略図である。 図11に示すロータの更に別の具体的な実施形態の軸方向に垂直な断面概略図である。 図15に示すA領域の拡大構造概略図である。 図14又は図15に示すロータの端面の正面概略図である。 図11に示すロータの軸方向に沿う一側の断面概略図である。 図18に示すロータにおけるロータ軸の構造概略図である。 図1に示すモータにおけるロータコアの分解構造概略図である。 図20に示すロータコアにおける第1のロータパンチングシートの構造概略図である。 図20に示すロータコアにおける第2のロータパンチングシートの構造概略図である。 図22に示すロータコアにおける寸法マーキング概略図である。 図1に示すモータにおける部分磁気漏れの分布概略図である。 図1に示すモータにおけるステータの軸方向に垂直な断面構造概略図である。 図1に示すモータにおけるステータコアの構造概略図である。 図26に示すステータコアにおけるステータユニットの一つの具体的な実施形態の構造概略図である。 図26のステータコアにおけるステータユニットの別の具体的な実施形態の構造概略図である。
本願の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下に図面及び実施例を参照しながら、本願をさらに詳細に説明する。ここで説明された具体的な実施例は本願を説明するためのものに過ぎず、本願を限定するものではないことを理解すべきである。
本願の実施例に「第1」、「第2」などに関する説明があれば、当該「第1」、「第2」などの説明は単に目的を説明するために用いられ、相対的な重要性を指示するか又は暗示するか又は指示された技術的特徴の数量を暗黙的に示すと理解されるべきではない。これにより、「第1」、「第2」が限定された特徴は一つ又は複数の該特徴を明示的又は暗黙的に含むことができる。また、各実施例の間の技術的解決手段は互いに組み合わせることができるが、当業者が実現できることを基礎としなければならず、技術的解決手段の組み合わせが互いに矛盾するか又は実現できない場合にこのような技術的解決手段の組み合わせが存在せず、本願の要求する保護範囲内に存在しないと考えられるべきである。
本明細書で言及された「実施例」は、実施例を結合して説明された特定の特徴、構造又は特性が本願の少なくとも一つの実施例に含まれてもよいことを意味する。明細書における各位置に該フレーズが出現することは必ずしも同じ実施例を指すとは限らず、他の実施例と排他的で独立した又は候補的な実施例でもない。当業者であれば、本明細書に記載された実施例を他の実施例と組み合わせることができることを明示的かつ暗示的に理解することができる。
図1及び図2に示すとおり、図1は本願の提供するモータの一つの実施例の軸方向に沿う断面概略図であり、図2は図1に示すモータの軸方向に垂直な断面概略図である。
本実施例において、該モータ100はロータ及びステータを含む。ロータはロータコア10、複数の磁石30、プラスチックパッケージ40及びロータ軸50を含み、ここで複数の磁石30がロータコア10に嵌め込まれ、プラスチックパッケージ40がロータコア10に被覆されることにより、ロータコア10と複数の磁石30がロータに構成され、ロータ軸50がロータコア10上の軸孔120に組み立てられ、ロータ軸50により動力を出力する。
ステータはロータの外周に巻設され、かつステータコア20、巻線26、ボビン60及びプラスチックパッケージ70を含む。巻線26はステータコア20に巻回され、かつ巻線26は通電時に交番磁界を生成し、それによりロータを回転するように駆動する。ボビン60は巻線26を隔離するようにステータコア20上のステータスロット24の内表面に被覆される。プラスチックパッケージ70はステータコア20に被覆されることにより、ステータコア20、巻線26及びボビン60をパッケージし、不純物等がステータコア20内に入ることを回避する。
一つの実施例において、図1及び図2に示すとおり、ロータコア10は具体的にはカラー部12及びカラー部12の周りに間隔を隔てて設置された複数のセグメント14を含み、二つの隣接するセグメント14の間に収容溝16が構成され、それによりロータコア10にカラー部12の周方向に沿って間隔を隔てて分布する複数の収容溝16が形成され、収容溝16ごとに磁石30が設置され、すなわち複数の磁石30と複数のセグメント14がカラー部12の周方向に沿って交互に配列される。軸孔120はカラー部12に設置され、ロータ軸50は軸孔120と組み立てられ、例えば締り嵌め又は隙間嵌めとなる。
磁石30が収容溝16内に嵌め込まれる場合、磁石30のN極とS極はそれぞれ二つの隣接するセグメント14上の側面と貼り合わせ、隣接する磁石30上の対向する面の極性は同じであり、すなわちともにS極又はN極であり、さらに隣接する二つの磁石30に挟持されたセグメント14は対応してS又はN磁極性を示し、同時に隣接する二つのセグメント14は反対の磁極性を示す。
本実施例において、ロータコア10は偶数個のセグメント14を含み、該偶数個のセグメント14は周方向に沿って順に逆のS極とN極の磁極性を交互に示し、かつ密封された磁気回路を形成する。また、磁気回路を均一に分布させるために、複数の収容溝16はカラー部12の周方向に沿って均一に分布する。
磁石30は、例えばフェライト系の焼結磁石やネオジム磁石等である。本実施例において、磁石30は直方体構造であり、磁石30は収容溝16内に設置されかつロータコア10の軸方向に沿ってロータコア10を貫通する。他の実施例において、磁石30は台形体等の構造であってもよく、本願はこれに限定されない。
プラスチックパッケージ40は樹脂系材質であり、射出成形の方式でロータコア10、磁石30に形成され、プラスチックパッケージ40はさらに磁石30とロータコア10との間の空隙内に充填される。
一つの実施例において、図1及び図2に示すとおり、ステータコア20は環状に囲まれた複数のステータユニット22を含み、ステータユニット22ごとに巻線26が設置される。隣接するステータユニット22の間にステータスロット24が構成され、巻線26は対応するステータユニット22に巻回されかつステータスロット24内に配置される。巻線26は三相巻線であり、各相のワイヤはステータユニット22に順に間隔を隔てて巻回され、かつ各相のワイヤに規則に応じて順に通電することにより、交番磁界を生成する。
モータ100の効率を向上させるために、本願はモータ100のステータスロット数及びロータ極数の観点から、モータを最適化する実施形態を提供する。
具体的には、本実施例において、モータ100の極-スロット因子sをステータユニット22の数とセグメント14の数との差の絶対値として定義し、モータ100のP-S係数kpsは極-スロット因子sの逆数と極-スロット因子sの正順に隣接する自然数の逆数との和であり、かつP-S係数kpsの範囲を0.4-0.5及び0.8-1に限定し、該範囲は端点値0.4、0.5、0.8及び1を含み、同時にモータ100の毎極毎相スロット数を0.35以上かつ0.5以下に限定する。ここで、毎極毎相スロット数はスロット数と、極数と相数との積との比である。
例えば、ステータユニット22の数はzであると、ステータスロット数はzであり、セグメント14の数は2pであると、ロータ極数は2pであり、極-スロット因子s=|z-2p|、P-S係数kps=[s+(s+1)]/[s×(s+1)]であり、毎極毎相スロット数の表現式はz/(2p×3)である。
以下は上記限定によるモータ効率への改善効果を具体的に説明する。
まずステータの観点から、図6に示すように、電磁分析により分かるように、ステータユニット22の間に付加的なエアギャップ25が存在するため、ステータスロット数zが多いほど付加的なエアギャップ25が多くなり、ステータコア20の磁気回路に対する磁気抵抗が大きくなる。モータ性能を最適に保持するために、巻線26のワイヤを相対的に太くし、ステータユニット22上のコイル巻数を増加させるか又はコイルの全体長さを増加させる必要があり、それにより大きな磁界強度を生成して増加した磁気抵抗を克服する。
逆に、ステータスロット数zが相対的に少ない場合、ステータ上の磁束量も少なく、ステータ上の磁束量が不飽和状態にあると、モータ100の効率を低下させ、モータ100の電力密度も低下する。
さらにロータの観点から、接線方向に磁化する内蔵式モータを例として、ロータ極数2pが相対的に少ない場合、磁石30の数も少なく、ロータ上の磁束量が低いため、ロータとステータとの間のエアギャップにより電気機械エネルギー変換に関与する磁束も低く、モータ100の電力密度も低くなる。この時、モータ性能を最適に保持するために、磁石30の径方向に沿う寸法を相対的に増加させる必要があり、それによりロータ上の磁束量を増大させ、ロータコア10の径方向寸法も増加し、したがってモータ100のコストが増加する。
逆に、モータ100のロータ極数2pが相対的に多い場合、磁石30の数も相対的に多く、ロータ上の磁束量が過飽和状態にあることにより、モータ100の鉄損が増大する。回転速度が変化しない場合、極数2pが多いモータ100の運転に必要な三相電気の周波数が増加し、さらにモータ100の鉄損を増大させ、モータ100の効率が低下し、かつモータ100のコストも上昇する。
したがって、極数2p、スロット数zはいずれもモータ100の効率、性能及びコストに大きな影響を与え、同時に研究においてさらに、極数2p、スロット数zはモータ100の電磁振動振幅に大きな影響を与えることを発見する。
極数2p及びスロット数zの最適化組み合わせを取得するために、本願はモータ100に対して大量の実験検証分析を行うことにより、図3、図4及び図5に示す曲線データを得て、かつ上記曲線データに対して極数2p及びスロット数zを最適化する。具体的には、図3はモータ100の極数2p、スロット数z及びその効率の傾向変化概略図であり、図4はモータP-S係数kps及びモータ効率の傾向変化概略図であり、図5はモータP-S係数kps及び電磁振動振幅百分率の傾向概略図である。
図3に示すように、モータ100の効率はスロット数zの増加に伴って先に増大した後に減少し、モータ100の効率は極数2pの増加に伴って同様に先に増大した後に減少し、大きすぎるか又は小さすぎるスロット数z、極数2pはいずれもモータ100の効率最大化に不利であり、かつモータ100の効率ピーク値はスロット数zが5-15であり、極数2pが0-20である区間範囲内に現れる。
一つの実施例において、図4及び図5に示すように、図4及び図5は毎極毎相スロット数が0.35以上0.5以下を満たす前提で描画される。具体的には、モータ効率が高いほど、モータの電磁振動効果が低いほど、モータの性能が優れる。図4においてモータ効率はモータP-S係数kpsの増大に伴って二つのピークを形成し、かつ図4からモータ効率の部分ピークがモータP-S係数kpsが0.4-0.5と0.8-1との間の区間内に現れることを得ることができる。図5において電磁振動振幅百分率はモータP-S係数kpsの増大に伴って二つのボトムが現れ、かつ図5から電磁振動振幅百分率の部分ボトム値がモータP-S係数kpsが0.4-0.5と0.8-1との間の区間内に現れることを得ることができる。
したがって、モータ効率、電磁振動振幅百分率及びモータコスト等の要因を総合的に考慮し、本願はP-S係数kpsが0.4以上0.5以下又は0.8以上1以下の二つの範囲を選択し、かつ同時に毎極毎相スロット数が0.35以上0.5以下であり、この設計はモータ100の接線方向電磁波の高調波成分が低いことを保証することができ、すなわちモータ100の振動騒音が小さく、同時に同じコストで電力密度が高く、モータ効率が高く、かつモータのコストも効果的に低減される。
例えば、モータ100は10極12スロット三相モータであれば、そのP-S係数kpsは0.83であり、毎極毎相スロット数は12/(10×3)=0.4、モータ効率は0.89であり、電磁振動振幅百分率は30%である。モータ100は8極12スロット三相モータであれば、そのP-S係数kpsは0.45であり、毎極毎相スロット数は12/(8×3)=0.5、モータ効率は0.86であり、電磁振動振幅百分率は38%である。上記モータ効率及び電磁振動振幅百分率は従来の製品に比べていずれも大幅に改善される。
一つの実施例において、図6を参照し、モータ100の効率を向上させかつモータの振動騒音を低減するために、本願はさらにモータ100のステータとロータとの間のエアギャップ及びロータの外径の観点から、モータ100を最適化する実施形態を提供する。
図6に示すように、本実施例において、ステータコア20とロータコア10との間に不均一なエアギャップの設計方式を採用し、かつ該不均一なエアギャップはロータコア10の外周に沿って周期的に変化する。具体的には、各セグメント14とステータ歯24との間にいずれも不均一なエアギャップが構成され、したがってステータコア20とロータコア10との間の不均一なエアギャップはロータコア10の外周に沿って周期的に変化する。
一つの実施例において、ロータコア10とステータコア20との間に不均一なエアギャップが構成されるため、ロータコア10の外周側とステータコア20の内周側との間の径方向間隔も不均一であり、かつこのような径方向間隔の不均一もロータコア10の外周に沿って周期的に変化する。
具体的には、ステータユニット22上の任意の箇所とセグメント14との間のエアギャップの大きさはロータコア10の回転の繰り返しに伴って先に増大した後に減少してもよく、又はロータコア10の回転の繰り返しに伴って先に減少した後に増大してもよい。
一つの実施例において、図6、図7を参照し、本実施例において、カラー部12は軸孔120を有し、セグメント14の外縁はいずれも軸孔120と同心の第1の円弧セグメント141及びそれぞれ第1の円弧セグメント141の両端に接続された二つの第2の円弧セグメント143を含み、ここで第2の円弧セグメント143は第1の円弧セグメント141と非同心である。すなわち第2の円弧セグメント143は軸孔120と同心ではなく、軸孔120に対して偏心し、一般的にロータとステータを同心に設置するため、両側の第2の円弧セグメント143とステータ歯24との間に不均一なエアギャップを形成することができ、第2の円弧セグメント143とステータユニット22との間のエアギャップが徐々に増大するか又は徐々に小さくなり、それによりモータ100の逆電位高調波率を低減し、モータ効率を向上させる作用を果たすことができる。
ここで、第1の円弧セグメント141とステータユニット22との間の径方向エアギャップは該不均一なエアギャップの最小エアギャップδ1を構成する。
セグメント14の外縁はさらに二つの第2の円弧セグメント143にそれぞれ接続された二つの直線セグメント145を含む。直線セグメント145はセグメント14の外縁輪郭の外端に位置し、したがってロータコア10をプラスチックパッケージする時、収容溝16での一部のプラスチックは直線セグメント145によりロータコア10の外輪郭の円弧面に流れることができ、それによりバリをよりよく防止することができ、すなわちプラスチックが第2の円弧セグメント143から突出することを防止し、さらにロータとステータとの間の摩擦を回避する。
好ましくは、ステータコア20の内周面の輪郭は規則的な円形内表面であり、ロータコア10の外周面の輪郭は非規則的な円形外表面であり、それによりロータコア10とステータコア20との間に不均一なエアギャップを構成する。
好ましくは、ステータコア20の内周面の輪郭とロータコア10の外周面の輪郭はいずれも非規則的な円形表面であり、ロータコア10とステータコア20との間に不均一なエアギャップを構成してもよい。
以下にそれぞれ不均一なエアギャップの最小エアギャップ、最小エアギャップと最大エアギャップとの比の二つの指標で該不均一なエアギャップを最適化することにより、該不均一なエアギャップはモータ100の効率を向上させかつモータ100の振動騒音を低減するという目的を達成することができる。
モータの電磁原理に基づいて、エアギャップδの径方向に沿う寸法の大きさ及びロータの側面積はロータとステータとの間の磁界分布及び磁束変換効率を決定する。エアギャップδの径方向寸法が小さいほど、ロータコア10の外径Dが大きいほど、対応するエアギャップ磁気抵抗が小さくなる。エアギャップδの径方向寸法が大きいほど、外径Dが小さいほど、対応するエアギャップ磁気抵抗が大きくなる。大きすぎるエアギャップ磁気抵抗はエアギャップδ内の磁界が弱くなり、さらに電気機械エネルギー変換に関与する磁束が低下してモータ効率が低下し、小さすぎるエアギャップ磁気抵抗はロータとステータが磁気飽和しやすくなり、さらに鉄損が上昇し、モータ効率も低下する。したがって合理的なエアギャップδとロータコア10の外径Dとの比はモータ効率を向上させる重要な要因である。
図8に示すとおり、図8はモータ効率がモータのエアギャップ及びロータの外径に応じて変化する概略図である。ここでエアギャップδは外径Dと一対一に対応し、本願は不均一なエアギャップの最小エアギャップδと対応するロータコア10の外径Dを例として説明する。
図8に示すように、エアギャップδが0.3mmである場合、モータ効率は外径Dの増大に伴って減少する。エアギャップδが0.35mmである場合、モータ効率は外径Dの増大に伴って先に増大した後に減少する変化傾向を呈する。エアギャップδが0.4mm、0.45mm及び0.5mmである場合、モータ効率は外径Dの増大に伴って増大する。外径Dが45mmである場合、モータ効率はエアギャップδの増大に伴って減少する。外径Dが47mm、49mm、51mm、53mm及び55mmである場合、モータ効率はエアギャップδの増大に伴って先に増大した後に減少する変化傾向を呈する。
具体的な分析は以下のとおりである。エアギャップδが増大する時に、モータ効率が先に増大した後に減少する傾向を呈する場合を例として、モータ効率が先に増大する原因はロータコア10の外径Dが大きい場合に、ロータ電力密度が高く、エアギャップが増大する時にエアギャップ磁気抵抗が増加し、対応するロータ上の磁束が低下し、かつ鉄損が低下することである。モータ設計の観点から言えば、モータ効率が増大する区間において、モータ上の磁気負荷は電気負荷より高く、かつエアギャップδが増大する過程において、磁気負荷が徐々に減少し、電気負荷が徐々に増加し、両者がバランスに達するまで、対応するモータの効率が最大に達し、その後に磁気負荷が電気負荷より小さく、モータ効率が徐々に低下する。
同様に、エアギャップδが0.35mmである場合、ロータコア10の外径Dが減少する過程において、モータ効率は先に増大した後に減少する変化傾向を呈する。ここで、モータ効率の増大区間内に、ロータの側面積が減少し、エアギャップ磁気抵抗が増大し、この区間内のモータ上の磁気負荷が電気負荷より高く、かつロータの外径が縮小する過程において、磁気負荷が徐々に減少し、電気負荷が徐々に増加し、両者がバランスに達するまで、対応するモータ効率が最大に達し、その後に磁気負荷が電気負荷より小さく、モータ効率が徐々に低下する。
したがって、大量の試験テスト分析により、本実施例において、エアギャップδの大きさとロータ外径Dを、不均一なエアギャップの最小エアギャップδとセグメント14の数2pとの積を対応するロータコア10の円周の長さで割って得られた商値は0.01以上かつ0.05以下であるという条件を満たすように設定する。この条件で、モータ効率を最適化することができる。
具体的には、0.01≦2pδ/(πD)≦0.05、ここでπDが最小エアギャップδに対応するロータコア10の円周周長であり、Dが最小エアギャップδに対応するロータコア10の外径である。例えば、エアギャップ幅δが0.35mmであり、ロータコア10外径Dが50.2mmであることを選択すると、エアギャップのアスペクト比が0.022である。
以上の設計態様はエアギャップのアスペクト比の範囲を限定することにより、モータ100の効率及び電力密度を向上させるという目的を達成する。次に不均一なエアギャップの最小エアギャップと最大エアギャップとの比率をさらに最適化することにより、モータ100の振動騒音を低減する。
一つの実施例において、モータ100の磁界正弦度が低いと、その高調波成分の含有量が高く、モータ100の動作中にステータとロータの高調波磁界が相互作用してリップルトルク及び径方向力波を生成しやすく、さらにトルク変動及び径方向振動を生成し、モータ100の運転に騒音問題をもたらす。ステータコア20とロータコア10との間のエアギャップを合理的に最適化設計することにより、エアギャップ磁気抵抗が周期的に分布し、高調波磁界を改善することができ、それによりモータ100の振動騒音を回避するか又は低減する。
したがって、モータ100の振動騒音を低減し、かつエアギャップ空間内の磁界を最適化し、それにより磁界正弦度を保証するために、できるだけエアギャップ磁気抵抗を正弦分布させ、含まれる高調波成分の含有量をできるだけ低下させるべきであり、さらにロータコア10の外輪郭を最適化設計する必要がある。本願はさらに前述のエアギャップのアスペクト比の最適化の前提で、不均一なエアギャップを最適化設計することにより、モータ磁界の高調波含有量を最小化する。
図6に示すように、ステータコア20とロータコア10との間の最小エアギャップはδであり、最大エアギャップはδである。ロータコア10の外輪郭を最適化する過程において、すなわち最大エアギャップδと最小エアギャップδ及びその遷移過程を最適化設計する。具体的な設計過程はモータ効率と磁界歪み率のバランスを満たすべきであり、モータの磁界歪み率と性能を優先的に分析し、得られたモータ効率、歪み率が最大エアギャップと最小エアギャップの比kに伴う変化傾向は図9に示すとおりである。
図9に示すように、モータ100は歪み率及び性能の実験検証分析において、比kの増加に伴い、モータ効率の低下が明らかであり、その主な原因は最大エアギャップδの増大により対応するロータ部分が収縮し、さらに提供可能な磁束面積が減少し、さらにロータの電力密度を低下させ、同時にエアギャップのカータ係数が増加し、全体的な傾向でモータ100の性能が低下し、効率が低下することである。寸法が狭すぎる最大エアギャップδは、モータ効率が高く、これは磁石30の径方向に沿う寸法の長さが大きく、提供可能な磁気エネルギー積がより大きく、同時にエアギャップのカータ係数が小さく、モータ効率が上昇するためであり、しかし最大エアギャップδと最小エアギャップδとの差が小さいため、エアギャップ磁気抵抗の正弦波変動が磁気回路全体に与える影響が小さく、したがって磁界歪み率が高く、エアギャップ磁界を最適化する目標を実現することができない。
本実施例において、歪み率と効率との間にバランス範囲を求めることにより、不均一なエアギャップの最小エアギャップδと最大エアギャップδとの比kが0.5以上かつ0.8以下であることを決定する場合、モータ効率が高いと共に、その磁界歪み率が低いことを保証することができる。
さらに分析して最小エアギャップδが0.2mm以上0.5mm以下を満たす場合、モータ効率が高くかつ磁界歪み率が低いことをより正確に確保することができる。
例えば、最小エアギャップδ1が0.3mmに設計され、最大エアギャップδが0.37-0.6の間に設計されることが合理的であることを決定し、本実施例においてエアギャップ比係数kが0.65になるように選択すると、最大エアギャップδが0.46mmであることを決定する。
一つの実施例において、図10を参照し、モータ100の効率を向上させかつモータのコストを低減するために、本願はさらにモータ100のロータ外径Dと磁石30の径方向長さlPMの観点から、モータ100を最適化する実施形態を提供する。
具体的には、ロータコア10の外径Dの増加に伴い、磁石30の径方向長さlPMも増大し、それに応じてモータ磁気エネルギー積も向上する。しかし強すぎる磁気エネルギー積はモータ100の鉄損を増加させ、モータの外径が変化しない前提で巻線可能なステータスロットの面積が減少するという問題を同時にもたらし、従ってより小さい直径の巻線のみを選択して巻線の占有面積を確保することができ、これはワイヤの抵抗が増加し、銅損が増大することをもたらす。したがってステータコア20とロータコア10及び磁石30の空間を合理的に割り当てることは、モータ100が電力密度、効率最大化を実現することを決定する鍵である。
本実施例において、大量の実験検証分析により、得られたロータ外径Dと磁石30の径方向長さlPMとの比例関係とモータ効率との間の変化傾向は図10に示すとおりである。
図6及び図10に示すように、ロータの外径が45mm、48mmである場合、モータ効率が径方向長さlPMの増大に伴って減少し、この区間内のモータの磁気負荷が電気負荷よりも多く、かつその後に磁気負荷と電気負荷との間の差が徐々に増大し、モータの磁気過飽和度が高く、鉄損が徐々に大きくなり、さらにモータ効率が徐々に減少する。ロータの外径が50mmである場合、モータ効率は径方向長さlPMの増大に伴って先に増大した後に減少する変化傾向を呈し、モータ効率が増大する区間において、モータの磁気負荷は径方向長さlPMの増大に伴って増大し、電気負荷は、両者がバランスに達するまで徐々に減少し、モータ効率も局所ピークに達し、その後に磁気負荷が電気負荷よりも多く、モータ効率が徐々に低下する。ロータの外径が53mm、55mmである場合、モータ効率が径方向長さlPMの増大に伴って増大し、該区間内でモータの磁気負荷が径方向長さlPMの増大に伴って増大し、磁気負荷と電気負荷との間の差が徐々に縮小し、モータ効率も徐々に向上する。
したがって、実験検証分析により、得られた効率が最適な磁石30の径方向長さlPMとロータ外径Dは以下の条件を満たすべきである。ロータコア10の外周で構成された最大円周の周長をセグメント14の数及び磁石30のロータコア10の径方向での長さlPMで割って得られた商値は1以上且つ1.4以下である。ここで、最小エアギャップδ1に対応する外径Dにより決定された周長は最大円周周長であり、即ち1≦πDr/(2plPM)≦1.4。例えば、ロータの外径Dを50mmに選択し、かつ磁石30の径方向長さlPMの適切な大きさ範囲を取得することができ、かつ該範囲内に規則的な数値を選択すればよい。
一つの実施例において、図2を参照し、モータ100の効率を向上させるために、本願はさらにモータ100のステータコア20、ロータコア10及び磁石30の軸方向に沿う寸法の観点から、モータ100を最適化する実施形態を提供する。
まず、実際のモータコスト構成において、モータ性能に有益な材料において、その主要部分は銅使用コスト(巻線26)、鋼/鉄使用コスト(ステータコア20及びロータコア10)、磁石使用コスト(磁石30)であり、比率から言えば、銅使用コスト>磁石使用コスト>鋼使用コストである。磁石30がロータコア10と結合固定された後に着磁を行い、磁石30の着磁が飽和に達することができず、したがって、モータの優れた効率性能を維持しようとすると、銅使用コストを増加させなければならず、銅が貴金属であり、銅使用量を増加させると、モータ100のコストを増加させる。磁石30の使用量を増加させることによりモータ性能を向上させると、一定のマージン効果を有する。すなわち、磁石30の使用量がある閾値を超えると、モータ性能への改善が明らかではないが、モータのコストが大幅に上昇することを引き起こし、磁石30のレベルを増加させることにより、例えば6系を9系に変更すると、磁石30の価格が倍増し、モータ100のコストがより高くなる。鋼材/鉄材はモータ100に対して、その価格が銅及び磁石30より低く、したがってロータコア10の軸方向に沿う長さを増加させることによりモータ性能を向上させることは好ましく、すなわち本願の提供するモータ100の解決手段はより小さいコストでモータ100の性能を向上させることができる。
図2に示すように、本実施例において、磁石30の軸方向に沿う長さL3をロータコア10の軸方向に沿う長さL1以上に設定する。ここで、カラー部12は軸孔120を有し、この軸方向は軸孔120の軸線方向である。具体的には、磁石30の両端面はロータコア10の両端面と同一平面に設置されてもよく、又は磁石30の一端面はロータコア10の一端面と同一平面に設置されてもよく、磁石30の他端面はロータコア10の他端面から突出し、又は磁石30の両端面はそれぞれロータコア10の両端面に対応して突出し、かつ磁石30の両端面のロータコア10の両端面に対するそれぞれ突出した長さは等しくてもよく異なってもよい。上記設置方式はロータコア10に飽和の磁界を生成させ、ロータコア10上の磁気密度を向上させ、さらにモータ100の電力密度を向上させ、モータ100の性能効率を向上させることができる。
いくつかの実施例において、さらにロータコア10の軸孔120の軸方向に沿う長さLをステータコア20の軸方向に沿う長さL2以上に設定することができる。
いくつかの実施例において、ロータコア10の軸方向に沿う長さLはステータコア20の軸方向に沿う長さLに等しく、ロータコア10の両端面はステータコア20の両端面と同一平面にあり、それによりロータコア10の側面は少なくともステータコア20の内側面と整列し、エアギャップ区間内の磁界分布及び磁束変換を容易にする。
他の実施例において、ロータコア10の軸方向に沿う長さLはステータコア20の軸方向に沿う長さL2より大きく、ロータコア10の第一端面は軸方向に沿ってステータコア20の第一端面に相対的に突出するか又は同一平面にあり、ロータコア10の第二端面はステータコア20の第二端面に相対的に突出する。
ロータコア10の少なくとも一端面がステータコア20の端面から突出するため、さらにロータコア10から突出した端部の磁界を利用して、磁石30の磁化不飽和による性能損失を補うことができ、相対的に小さいコストでモータ100の性能を向上させることができる。
一つの実施例において、ロータコア10の長さLとステータコア20の長さLとの比は1.0以上かつ1.25以下であり、該寸法範囲は高い軸方向端部集磁効果で磁石30の磁化不飽和による性能損失を補い、モータ100の電力密度を向上させ、モータ100の効率性能を向上させる。
本実施例において、ロータコア10の第一端面はステータコア20の第一端面と同一平面にあり、ロータコア10の第二端面はステータコア20の第二端面に対して突出し、磁石30の両端面はロータコア10の両端面に対して軸方向に突出し、さらに磁石30によりロータコア10から突出した両端は端部効果によりロータコア10に入る磁界を生成し磁石30によりロータコア10から突出した端部はステータコア20と鎖交する磁界を生成することにより、モータ100の効率を向上させる。
一つの実施例において、磁石30の両端面のロータコア10の両端に対して突出した長さが等しいことにより、磁石30がロータコア10内に発生した磁気密度が同じであり、ロータコア10の性能がよりバランスし、モータ100の性能を向上させることに役立つ。
一つの実施例において、磁石30の軸方向に沿った長さL3とロータコア10の長さLとの差をステータコア20の長さLで割って得られた商値は0.15以上かつ0.45以下であり、該寸法範囲は端部集磁効果により高い端部磁界を生成してモータ100の性能を向上させる。
また、磁石30の両端面はさらにステータコア20の両端面に対して軸方向に非対称に突出することができ、すなわち磁石30はそれぞれステータコア20の二つの端面から突出する長さが異なり、ここで磁石30のステータコア20の端面から突出する長さが長い一端はセンサを取り付けるために用いられ、モータ100の運転状態を監視しやすく、磁石30のステータコア20の端面から突出する長さが短い一端は端部集磁効果により生成された高い端部磁界でモータ100の性能を向上させればよい。
一つの実施例において、磁石30のステータコア20から突出する第一端面の第一長さLは2mm以上6mm以下であり、磁石30のステータコア20から突出する第二端面の第二長さLは4mm以上8mm以下であり、該第一長さLの寸法範囲はセンサを取り付けてモータ100の運転状態を検出しやすいだけでなく、第二長さLの寸法範囲と合わせて端部集磁効果により生成された高い端部磁界でモータ100の性能を向上させることができる。
一つの実施例において、図10~図17を参照し、鉄屑等の異物がステータとロータとの間のエアギャップ内に入った後、ステータとロータが鉄屑と摩擦して損傷し、さらにモータ100の効率を低下させ、異音が発生する等の状況が発生することを防止するために、本願はさらにロータの観点から、ロータに対する最適化方式を提供することにより、鉄屑等の異物がエアギャップ内に入ってモータ性能、騒音及び信頼性に与える影響を低減する。
第一実施形態において、プラスチックパッケージ40に屑吸着溝41が設けられる。
図11~図13に示すとおり、プラスチックパッケージ40は磁石30を被覆しかつロータコア10の二つの端面及び側面に形成され、プラスチックパッケージ40におけるロータコア10の側面に形成された部分に屑吸着溝41が設置され、屑吸着溝41はロータの運転中に吸着された微小な異物を吸着するために用いられ、金属屑等の異物がロータの表面に吸着することによりロータとステータとの間が回転する時に摩擦が発生するリスクを低減し、モータの性能を改善することに役立つ。
プラスチックパッケージ40は、具体的には、端面被覆部42と、側面充填部44とを含む。端面被覆部42はロータコア10の端面の磁石30を被覆し、ロータコア10の端面のカラー部12及びセグメント14を露出し、すなわち端面被覆部42は少なくともロータコア10の端面の磁石30を被覆し、かつロータコア10の端面の少なくとも一部のカラー部12及び一部のセグメント14を露出する。
端面被覆部42は磁石30のロータコア10の端面から突出した部分を被覆し、磁石30に対して軸方向固定の役割を果たす。さらに、磁石30の二つの対向する側面にさらに位置決め孔を設置することにより、磁石30のロータコア10の端面から突出する軸方向長さを位置決めするために用いられる。
本実施例において、端面被覆部42に磁石30ごとに対応して少なくとも一つの位置決め孔424が形成される。例えば、端面被覆部42に磁石30ごとに対応して二つの位置決め孔424が形成される。位置決め孔424は磁石30の位置を位置決めするために用いられ、かつ端面被覆部42の材料を減少させることができ、さらに該位置決め孔424内に充填してロータに動的バランス補正を行うことができる。
該端面被覆部42はカラー被覆部420及び複数の磁石被覆部422を含み、複数の磁石被覆部422は放射状にカラー被覆部420に接続され、カラー被覆部420は少なくとも一部のカラー部12を被覆し、各磁石被覆部422はそれぞれ磁石30を対応して被覆し、磁石被覆部422の間に空間が形成されかつセグメント14を露出する。
一つの実施例において、セグメント14の端面被覆部42から露出した部分にバランス孔146を設置することができ、該バランス孔146はセグメント14を貫通する。該バランス孔146を設置することはロータコア10の重量を減少させることができるだけでなく、ロータコア10を放熱することができ、さらに該バランス孔146に材質を充填して重量を増加させることによりロータに動的バランス補正を行うことができる。
本実施例において、各セグメント14にいずれもバランス孔146が設置される。他の実施例において、一部のセグメント14のみにバランス孔146を設置してもよい。
一つの実施例において、二つの隣接する磁石被覆部422の間にさらに止め輪426が設置されてもよく、止め輪426はセグメント14の外周縁に位置し、したがってバランス孔146は止め輪426、磁石被覆部422及びカラー被覆部420に囲まれた領域内に位置し、さらに止め輪426はバランス孔146に充填する時に充填材がロータコア10の側面に溢れ出すことを防止することができ、さらに充填材がロータコア10に固定される信頼性を増加させることができ、かつロータが高速回転する時に遠心力により該充填材が離脱することを防止し、同時に作業者が充填材を迅速に操作して品質問題を生成するリスクを減少させることに役立つ。
側面充填部44は端面被覆部42に接続され、ロータコア10の側面の磁石30を被覆し、かつロータコア10の側面のセグメント14を露出し、屑吸着溝41は側面充填部44に形成される。
好ましくは、屑吸着溝41はロータコア10の軸方向に沿って側面充填部44に延伸して形成される。又は、屑吸着溝41は軸方向に対して一定の角度で傾斜して側面充填部44に設置される。
好ましくは、複数の屑吸着溝41は側面充填部44に設置され、側面充填部44に磁石30ごとに対応して屑吸着溝41が形成される。又は、側面充填部44に二つの磁石30ごとに対応して屑吸着溝41が形成される。又は、側面充填部44に磁石30ごとに対応して複数の屑吸着溝41が形成され、複数の屑吸着溝41は軸方向に沿って分布する。
なお、側面充填部44がロータコア10の側面に整列接続され、すなわち接続部が滑らかに遷移することにより、ロータが回転する時に受ける風抵抗を減少させる。
一つの実施例において、セグメント14のカラー部12から離れた外縁は収容溝16に向かって伸び出してストッパ部140を形成し、磁石30はストッパ部140に当接し、二つの隣接するセグメント14の間の対向する二つのストッパ部140は隙間142を形成し、該隙間142の存在はロータコア10の漏れ磁束を大幅に低減することに役立つ。側面充填部44は隙間142に充填され、かつ側面充填部44はロータコア10の側面に整列接続され、そして側面充填部44はロータコア10の両端面上の磁石被覆部422に接続される。
第二実施形態において、磁石30に屑吸着溝32が設けられる。
図14に示すとおり、上記実施例に比べて、相違点は主に、磁石30の一側面がロータコア10の側面から露出しかつその上に屑吸着溝32が設けられ、さらに複数の屑吸着溝32がロータコア10の側面から露出することである。
具体的には、屑吸着溝32は二つのストッパ部140で形成された隙間142から露出し、鉄屑等の異物は隙間142から屑吸着溝32に入りかつ屑吸着溝32に磁気的に吸収されることにより、鉄屑等の異物がモータ性能、騒音及び信頼性に影響を与えることを回避する。
本実施例において、プラスチックパッケージ40は隙間142に充填されず、すなわちプラスチックパッケージ40は上記側面充填部44を含まず、プラスチックパッケージ40は端面被覆部42を含み、かつ屑吸着溝32は隙間142から露出する。
好ましくは、プラスチックパッケージ40はさらに一部の隙間142に充填され、それによりプラスチックパッケージ40はさらにロータコア10の側面に形成することができ、屑吸着溝32はプラスチックパッケージ40に充填されていない隙間142から露出する。
いくつかの実施例において、屑吸着溝32はロータコア10の軸方向に沿って磁石30に延伸して形成され、すなわち磁石30に軸方向に沿って屑吸着溝32が形成される。
他の実施例において、一つの磁石30の側面に軸方向に沿って複数の屑吸着溝32が分布する。又は、各隣接する二つ、三つ等の磁石30のうちの一つに屑吸着溝32が形成される。
磁石30に屑吸着溝32が設けられたのは、磁石30の体積を減少させることに相当し、できるだけ磁石30の体積を減少させることでロータ性能への影響を減少させるために、磁石30の磁界を分析し、合理的な位置に屑吸着溝32を開設することを決定する。
シミュレーション分析から分かるように、磁石30の隙間142に露出した磁石部分の磁気強度が最も低く、該磁気強度の最も低い箇所に隣接する両側に、即ちストッパ部140の被覆した磁石部分の磁気強度が最も高い。磁石30に溝を開設することによるロータの性能への影響をできるだけ低減し、同時に磁石30上の高磁場を利用して鉄屑等の異物を吸引するために、磁石30の低磁場箇所に屑吸着溝32が開設され、かつ屑吸着溝32は隙間142からロータコア10の側面に露出し、鉄屑等の異物をその中に吸引し、さらに鉄屑がモータの性能、騒音及び信頼性に影響を与えることを回避する。
第三実施形態において、ロータコア10に屑吸着溝144が設けられる。
図15~図17に示すとおり、上記実施例に比べて、相違点は主に、セグメント14のカラー部12から離れる一側に屑吸着溝144が設けられることである。屑吸着溝144は、セグメント14のカラー部12から離れる側壁の任意の位置に設けることができる。
本実施例において、ストッパ部140のカラー部12から離れる一側に屑吸着溝144が設置される。
ストッパ部140の横断面がセグメント14の他の位置での横断面に対して急激に縮小するため、ストッパ部140を通過する磁束はセグメント14での同じ大きさの横断面積を通過する磁束より大幅に多く、さらにストッパ部140が磁気飽和状態にあり、すなわちストッパ部140での磁気感知強度が高く、同時にロータコア10に電磁シミュレーション分析を行い、ストッパ部140の接続部での磁気感知強度が高いことを示し、したがってロータコア10の外部の鉄屑等の微小な異物を吸着するために、ストッパ部140に屑吸着溝144を開設することを選択する。
したがって、本願はロータコア10上の磁界分布状況を十分に効果的に利用し、ストッパ部140に屑吸着溝144を開設して鉄屑等の不純物を吸着すると同時に、ロータコア10の性能に悪影響を与えず、かつ屑吸着溝144の所在位置での磁界強度がロータコア10の側面の他の位置での磁界強度より強いため、屑吸着溝144は鉄屑等の微小な異物を効果的に吸着することができる。
いくつかの実施例において、図16における隙間142を有する二つのストッパ部140はさらに一体に接続されてもよく、すなわち隣接するセグメント14の外周縁は互いに接続され、それによりプラスチックパッケージ40は端面被覆部42のみを含み、同様に屑吸着溝144はセグメント14のカラー部12から離れる側壁上の任意の位置に設置されてもよい。
なお、上記屑吸着溝(41、32、144)は同時に存在し、又は三者のうちの一種又は三者のうちの二種が存在することができ、いずれも鉄屑等の異物がモータ性能、騒音及び信頼性に影響を与えることを効果的に回避することができる。
一つの実施例において、図18を参照し、ロータ軸50上の軸電圧を低減するために、本願はさらにロータ軸50、軸孔120の観点から、ロータを最適化する実施形態を提供し、ロータコア10とロータ軸50を静電的に分離する。
いくつかの実施形態では、ロータ軸50と軸孔120は締り嵌めを採用することができる。
本実施例において、図18に示すように、軸孔120の孔径寸法はロータ軸50の軸径寸法よりも大きく、ロータ軸50と軸孔120は同軸に設置され、それによりロータ全体は動的バランスを保持し、かつロータ軸50とロータコア10はプラスチックパッケージ40により一体に結合される。
実施例において、プラスチックパッケージ40はロータ軸50と軸孔120の内壁との間に充填され、ロータコア10とロータ軸50を隔離しかつ絶縁し、かつロータ軸50とロータコア10を固定し、それによりロータ側の静電容量を変更し、ロータ側の静電容量と対応するステータ側の静電容量とのバランスを達成しやすく、さらにロータ軸50上の軸電圧を低下させ、軸受電食を改善する作用を達成することができる。
一つの実施例において、図19に示すように、ロータ軸50は軸体52と軸体52に設置された軸溝54を含み、軸溝54の外径は軸体52の外径より小さい。軸溝54に対応する部分は軸孔120内に位置し、プラスチックパッケージ40は軸溝54と軸孔120の内壁との間に充填される。
いくつかの実施例において、軸体52にさらに複数の軸溝54が設置されてもよく、複数の軸溝54は軸方向に沿って間隔を隔てて軸体52に分布し、複数の軸溝54はいずれも軸孔120内に位置し、それによりプラスチックパッケージ40は複数の軸溝54と軸孔120の内側壁との間に充填され、ロータ軸50とロータコア10との間の回転トルクを増大させ、ロータ軸50とロータコア10との緩みを防止することができる。
他の実施例において、軸溝54の表面に抜け止め部540が突出するか又は凹んで形成され、それによりロータ軸50とロータコア10との間の回転トルクを増大させ、モータが使用中にロータ軸50とロータコア10との間からの脱落を防止するために用いられる。
例えば、軸溝54の表面に凹溝状の抜け止め部540が形成されるか、又は軸溝54の表面にボス状の抜け止め部540が形成され、さらにプラスチックパッケージ40が該抜け止め部540と結合してロータ軸50とロータコア10との間の回転トルクを増大させることができる。
一つの実施例において、プラスチックパッケージ40は弾性材質で製造され、それによりロータコア10とロータ軸50の回転過程での接線方向トルク変動を吸収し、緩衝することができ、それによりロータ軸50により伝達された異常振動を低減し、かつ振動騒音を低減する。
一つの実施例において、図20~図24を参照し、モータ100の漏れ磁束を低減するために、本願はさらにロータコア構造の観点から、ロータコア10を最適化する実施形態を提供する。
図20~図22に示すとおり、ロータコア10は順に積層設置された第1のロータパンチングシート群11、第2のロータパンチングシート群13及び第3のロータパンチングシート群15を含む。
図21に示すように、第1のロータパンチングシート群11及び第3のロータパンチングシート群15はいずれも複数の第1のロータパンチングシート110を積層して構成され、第1のロータパンチングシート110は第一環状シート112と第一環状シート112の周りに間隔を隔てて設置された複数の第一扇形シート113を含み、各第1のロータパンチングシート110における複数の第一扇形シート113はいずれも第一環状シート112に接続される。
図22に示すように、第2のロータパンチングシート群13は複数の第2のロータパンチングシート130を積層して構成され、第2のロータパンチングシート130は第二環状シート132と第二環状シート132の周りに間隔を隔てて設置された複数の第二扇形シート133を含み、各第2のロータパンチングシート130において第二扇形シート133と第二環状シート132との接続及び切断は互いに交差して設置される。
ここで、第一環状シート112と第二環状シート132は積層してカラー部12を形成し、第一扇形シート113と第二扇形シート133は積層してセグメント14を形成する。
第2のロータパンチングシート130における第二扇形シート133と第二環状シート132との接続及び切断は互いに交差して設置され、したがって一部の第二扇形シート133は第二環状シート132に接続されず、すなわち一部の第二扇形シート133は第二環状シート132に対して独立し、隣接して積層された他の第二扇形シート133により固定され、すなわち該第二扇形シート133と第二環状シート132との間にエアギャップ磁気抵抗が存在し、それにより漏れ磁束を低減することができる。同時に該第2のロータパンチングシート130における他の第二扇形シート133は第二環状シート132に接続され、したがって第2のロータパンチングシート群13の全体的な強度を保証することができ、さらにロータコア10の全体的な強度を保証する。
一つの実施例において、第一扇形シート113と第二扇形シート133の同じ位置にいずれもリベット締結点116が設置され、隣接する二つのロータパンチングシートの間はリベット締結点116により接続され、すなわち軸方向に沿って隣接して設置された二つの第1のロータパンチングシート110、二つの第2のロータパンチングシート130及び第1のロータパンチングシート110と第2のロータパンチングシート130の間はいずれもリベット締結点116により接続される。
本実施例において、第2のロータパンチングシート群13の隣接する二つの第2のロータパンチングシート130において、第二環状シート132に接続された第二扇形シート133と第二環状シート132に接続されていない第二扇形シート133が積層して設置される。
第2のロータパンチングシート群13における複数の第2のロータパンチングシート130はさらに他の配列方式を有することができ、例えば半分の数の第2のロータパンチングシート130が互いに積層され、さらに他の半分の数の互いに積層された第2のロータパンチングシート130に対して一つの第二扇形シート133を偏向して積層し、それにより第2のロータパンチングシート群13を形成する。又は、第2のロータパンチングシート群13はさらに第1のロータパンチングシート110を含み、第1のロータパンチングシート110は複数の第2のロータパンチングシート130の間に分布する。以上は例に過ぎず、本願は第2のロータパンチングシート群13の具体的な配置状況を限定しない。
第2のロータパンチングシート群13のこのような構造の設置は磁束漏れを減少させロータコア10の逆電位係数を向上させることができ、したがってモータ100の性能を向上させることができ、さらにロータコア10自体の強度を保証し、かつ回転時に遠心力による強度失効のリスクを低減することに役立つ。
一つの実施例において、図21及び図22に示すように、第一環状シート112の第一扇形シート113に向かう一側に複数の間隔を隔てた第一制限柱117が形成され、第一制限柱117は二つの隣接する第一扇形シート113の間に位置する。第二環状シート132の第二扇形シート133に向かう一側に複数の第二制限柱137が形成され、第二制限柱137は二つの隣接する第二扇形シート133の間に位置する。第一制限柱117の第一環状シート112の径方向に沿う長さは第二制限柱137の第二環状シート132の径方向に沿う長さよりも大きい。
第一制限柱117及び第二制限柱137の数はいずれも複数であり、かつ互いに対応的に積層して設置され、長い第一制限柱117は磁石30を収容溝16内に制限するために用いられ、さらに短い第二制限柱137は磁石30と接触せずに磁石30との間に一定のエアギャップを残すことを保証することができ、それにより磁気回路が第二制限柱137を介して漏れることを効果的に低減することができ、したがってロータコア10の漏れ磁束を低減することができる。
一つの実施例において、第一扇形シート113と第二扇形シート133の同じ位置にいずれもバランス孔146が設置され、各バランス孔146が対応して積層され、さらにバランス孔146がセグメント14を貫通する。
第一扇形シート113と第一環状シート112との間及び第二扇形シート133と第二環状シート132との間に接続ブリッジ構造が設置される。具体的には、複数の第一扇形シート113はいずれも第一接続ブリッジ119により第一環状シート112に接続される。第2のロータパンチングシート13に第二接続ブリッジ135及び切断式接続ブリッジ136が交互に設置され、そのうち、一部の第二扇形シート133は第二接続ブリッジ135により第二環状シート132に接続され、他の部分の第二扇形シート133は切断式接続ブリッジ136により第二環状シート132に間隔を隔てて設置され、すなわち第二扇形シート133と第二環状シート132を間隔を隔てて設置する時のそれらの間の隙間を切断式接続ブリッジ136とする。
ここで、第一接続ブリッジ119、第二接続ブリッジ135及び切断式接続ブリッジ136はロータコア10の周方向に沿って幅とパンチングシートの厚さとの比が0.8-1.5である。該パンチングシートの厚さは第1のロータパンチングシート11及び第2のロータパンチングシート13のパンチングシートの厚さであり、同時に第一接続ブリッジ119、第二接続ブリッジ135及び切断式接続ブリッジ136の幅はいずれも同じである。該寸法範囲で、第一接続ブリッジ119、第二接続ブリッジ135は十分な強度を有し、かつ切断式接続ブリッジ136はロータコア10の漏れ磁束をよく低減することができる。
図23に示すとおり、切断式接続ブリッジ136の径方向に沿う長さlとその周方向に沿う幅wとの比は設定値以上である。ここで、該設定値は不均一なエアギャップの最小エアギャップδとセグメント数2pとの積をロータコア10の外周で構成された最大円周πDrの周長の1%で割って得られた商値である。
具体的には、長さlと幅wの関係式は以下のように表現する。
l/w≧200pδ/πD
図24に示すように、電磁場理論に基づいて、第二扇形シート133と第二環状シート132が切断に設置される場合、第二扇形シート133と第二環状シート132との間にエアギャップ磁気抵抗が存在し、第二扇形シート133と第二環状シート132が接続される場合に対して磁気漏れが低下する。
図23及び図24に示すように、第二扇形シート133と第二環状シート132との間の漏れ磁束をさらに低減するために、できるだけ長さlを増加させ幅wを減少させるべきであり、小さい長さl及び大きい幅wはロータコア10の漏れ磁束が大きすぎ、モータ性能が低いことを引き起こす。しかしながら、安定性の観点から考慮すると、大きすぎる長さl及び小さすぎる幅wは、ロータコア10の機械的強度に影響を与え、安全上の問題を引き起こす。
一実施形態において、長さlが2.5mm以上であり、幅wが0.3mm以上でありかつ1mm以下である。該長さl及び幅wは同時に第一接続ブリッジ、前記第二接続ブリッジの長さ及び幅である。
試験検証によると、幅wが1mmより大きい場合、ロータコア10の磁気漏れが10%以上増加し、モータ100の性能が深刻に低下し、幅wが0.3mmより小さい場合、ロータコア10の強度が不足し、かつ製造又は使用過程において疲労破壊が発生するリスクを急激に向上させる。したがって、幅wの範囲が0.3mm~1mmである場合、ロータコア10の漏れ磁束を比較的低い範囲に維持することができるだけでなく、ロータコア10の強度を保証することができる。したがって、この設計はロータコア10の漏れ磁束が小さく、電力密度が高く、かつロータコア10の機械的強度が大きいことを保証することができる。
したがって、適切な長さl及び幅wを選択し、かつそれをl/w≧200pδ/πDに合致させ、ロータコア10の磁束漏れをできるだけ減少させ、ロータコア10の電力密度を向上させることができ、かつロータコア10の機械的強度を保証することができ、さらにモータ100の電力密度及び効率を向上させることができる。
一つの実施例において、図25及び図26を参照し、モータの材料利用率を向上させるために、本願はさらにステータコア構造の観点から、ステータコアを最適化する実施形態を提供する。
図25、図26に示すとおり、ステータユニット22は略T字形を呈し、ステータユニット22はヨーク220、歯部222及び歯肩224を含み、歯部222はヨーク220と歯肩224との間に接続され、複数のステータユニット22の複数のヨーク220は順に接続され、さらに隣接する歯部222の間にステータスロット24が形成され、それにより複数のステータスロット24を形成し、歯部222に巻線26が設置され、二つの隣接する歯肩224の間に隙間がある。
例えば、ステータコア20は12個のT型ステータユニット22を含み、それは極数が8極又は10極のロータに対応して配合することができる。
一つの実施例において、ヨーク220の外表面221は平面であり、ステータコア20の多角形外表面を構成し、歯肩224の内表面は円弧状であり、ステータコア20の円形内表面を構成することにより、ロータがステータコア20に対して回転させる。
複数のステータユニット22を設置して順に噛み合って接続しかつ環状に囲んで、ステータコア20を構成し、さらに複数のステータユニット22をステータコア20に組み合わせない場合、各ステータユニット22は互いに独立し、したがってステータユニット22を製造する材料の利用率を向上させることができ、より小さいサイズの材料も利用しかつステータユニット22に製造され、同時にヨーク220の外表面221を平面に設置することにより、該ステータユニット22のヨークの外表面に対して円弧状を呈するステータユニットの占有面積がより小さくなり、さらに材質の利用率を向上させ、さらにステータコア20の製造コストを低減させる。
一つの実施例において、図27に示すように、ヨーク220の一端に突起227が設けられ、その他端に溝228が設けられる。複数のヨーク220は突起227により溝228と順次噛み合って接続される。突起227は半円柱状を呈し、溝228は半円溝を呈し、該半円柱状は半円溝と噛み合って二つの隣接するヨーク220を接続する。
一つの実施例において、図28に示すように、突起227の根部に係止溝2271が設置され、ヨーク220上の溝228が位置する一端に係止柱2281が対応して設置され、係止柱2281は係止溝2271と係止して配合され、それにより各ステータユニット22の間の噛合接続強度をさらに強化することができる。
図26及び図27に示すとおり、本実施例において、ヨーク220の内表面223はさらに平面であり、ヨーク220の外表面221と平行であり、歯部222は内表面223に垂直に設置され、それにより導線は該内表面223に貼り合わせかつ内表面223から巻き取ることができ、それにより歯部222上の配線が整列されかつ巻線溝の占用率が高い。
ヨーク部の内表面は円弧面のステータコアであり、その巻線の最大占用率は65%であり、本願の提供するステータコア20の巻線溝の占用率は最大70%に達することができ、したがってステータコア20の巻線溝の占用率を相対的に向上させる。そして、内表面223が平面であるとステータユニット22を製造する材料の利用率をさらに向上させることができ、かつ外表面221及び内表面223がいずれも平面であると、ステータコア20を製造する金型構造がより簡単になり、それにより金型の費用を低減することができ、ステータコア20の製造コストをさらに低下させる。
一つの実施例において、歯肩224は傾斜肩式に設置され、垂直肩式肩に対して、それは歯部222との接続部の磁気飽和状況を効果的に改善することができる。
また、ヨーク220に第一リベット締結点225が設置され、歯肩224に第二リベット締結点226が設置され、第二リベット締結点226の面積は第一リベット締結点225の面積より小さい。第二リベット締結点226が歯部222に設置された解決手段に比べて、本願は第二リベット締結点226を歯肩224に下向きに移動し、かつさらに第一リベット締結点225に対して第二リベット締結点226の寸法面積を縮小することにより、歯部222及び歯肩224上の磁気飽和状況を効果的に改善し、ステータコア20の電力密度を改善することができる。
第一リベット締結点225及び第二リベット締結点226の一つの用途は以下のとおりである。ステータコア20が積層設置された複数のステータパンチングシートで形成される場合、該第一リベット締結点225及び第二リベット締結点226はステータパンチングシートに設置され、かつ複数のステータパンチングシートは第一リベット締結点225及び第二リベット締結点226によりリベットを積層してステータコア20を構成する。
一つの実施例において、図10及び図25に示すように、モータ100はさらにボビン60を含み、ボビン60は絶縁ボビンであり、それは例えば樹脂系絶縁材質で製造される。ボビン60はヨーク220の内表面223、歯部222及び歯肩224の内表面を被覆することにより、巻線26を隔離する。
一つの実施例において、図10に示すように、モータ100はさらにプラスチックパッケージ70を含み、プラスチックパッケージ70はステータコア20の外周及び両端面に被覆され、ステータコア20、巻線26及びボビン60をパッケージし、不純物等がステータコア20内に入ることを回避する。
本願はモータ及び家電製品を開示する。モータのP-S係数の範囲を0.4-0.5及び0.8-1に限定し、かつモータの毎極毎相スロット数が0.35以上かつ0.5以下であることにより、さらにモータのスロット数、極数を最適化することにより、モータの接線方向電磁波の高調波成分が低いことを保証することができ、さらにモータの振動騒音を低減することができ、同時にモータの電力密度が高くかつ効率が高く、かつモータのコストも効果的に低減することができる。
以上に説明した上記モータ100は動力源として家電製品又は他の分野に用いることができる。
以上は本願の実施例だけであり、本願の特許範囲を限定するものではなく、本願の明細書及び図面内容を利用して行われた等価構造又は等価フロー変換、又は他の関連する技術分野に直接的又は間接的に応用することは、いずれも同様に本願の特許保護範囲内に含まれる。
10 ロータコア
10 ステータコア
11 第1のロータパンチングシート群
12 カラー部
13 第2のロータパンチングシート群
14 セグメント
15 第3のロータパンチングシート群
16 収容溝
20 ステータコア
20 ロータコア
22 ステータユニット
22 ロータコア
25 エアギャップ
30 磁石
32 屑吸着溝
40 プラスチックパッケージ
41、32、144 屑吸着溝
41 屑吸着溝
42 端面被覆部
44 側面充填部

Claims (23)

  1. カラー部と前記カラー部の周りに間隔を隔てて設置された複数のセグメントを含み、二つの隣接する前記セグメントの間に収容溝が構成されるロータコアと、
    前記ロータコアに嵌設され、環状に囲まれた複数のステータユニットを含むステータコアと、を含むモータであって、
    前記モータの極-スロット因子は前記ステータユニットの数と前記セグメントの数との差の絶対値であり、前記モータのP-S係数は前記極-スロット因子の逆数と前記極-スロット因子の正順に隣接する自然数の逆数との和であり、前記P-S係数の範囲は0.4-0.5又は0.8-1であり、前記モータの毎極毎相スロット数は0.35以上かつ0.5以下であり、
    前記モータはさらに複数の磁石を含み、前記磁石はそれぞれ対応する前記収容溝内に嵌設され
    前記モータはさらにプラスチックパッケージを含み、
    前記プラスチックパッケージは前記磁石を被覆し、かつ前記ロータコアの端面及び側面に形成され、前記プラスチックパッケージの前記ロータコアの側面に形成された部分に前記ロータコアの軸方向に対して傾斜している屑吸着溝が設置されていることを特徴とするモータ。
  2. 前記ロータコアの端面の前記磁石を被覆し、前記ロータコアの端面の前記セグメントを露出する端面被覆部と、
    前記端面被覆部に接続され、前記ロータコアの側面の磁石を被覆し、前記ロータコアの側面の前記セグメントを露出する側面充填部とを含み、
    前記屑吸着溝が前記側面充填部に形成されることを特徴とする請求項に記載のモータ。
  3. 前記セグメントの前記カラー部から離れた外縁は前記収容溝に向かって伸び出してストッパ部を形成し、前記磁石は前記ストッパ部に当接し、二つの隣接する前記セグメントの間の対向する二つの前記ストッパ部は隙間を形成し、前記側面充填部は前記隙間に充填されることを特徴とする請求項に記載のモータ。
  4. 前記端面被覆部は複数の磁石被覆部及びカラー被覆部を含み、前記複数の磁石被覆部は放射状を呈して前記カラー被覆部に接続され、前記二つの隣接する磁石被覆部の間に止め輪が接続して設置され、前記止め輪は前記セグメントの外周縁に位置することを特徴とする請求項に記載のモータ。
  5. 前記セグメントの前記端面被覆部から露出した部分にバランス孔が設けられ、前記バランス孔は前記止め輪、前記磁石被覆部及び前記カラー被覆部に囲まれた領域内に位置することを特徴とする請求項に記載のモータ。
  6. カラー部と前記カラー部の周りに間隔を隔てて設置された複数のセグメントを含み、二つの隣接する前記セグメントの間に収容溝が構成されるロータコアと、
    前記ロータコアに嵌設され、環状に囲まれた複数のステータユニットを含むステータコアと、を含むモータであって、
    前記モータの極-スロット因子は前記ステータユニットの数と前記セグメントの数との差の絶対値であり、前記モータのP-S係数は前記極-スロット因子の逆数と前記極-スロット因子の正順に隣接する自然数の逆数との和であり、前記P-S係数の範囲は0.4-0.5又は0.8-1であり、前記モータの毎極毎相スロット数は0.35以上かつ0.5以下であり、
    前記モータはさらに複数の磁石を含み、前記磁石はそれぞれ対応する前記収容溝内に嵌設され、
    前記セグメントの前記カラー部から離れる一側に屑吸着溝が設けられることを特徴とするモータ。
  7. 前記セグメントの前記カラー部から離れる外縁は前記収容溝に向かって伸び出してストッパ部を形成し、二つの隣接する前記セグメントの間の対向する二つの前記ストッパ部は隙間を形成し、前記ストッパ部の前記カラー部から離れる一側に前記屑吸着溝が設置されることを特徴とする請求項に記載のモータ。
  8. 前記ロータコアの軸方向に沿う長さが前記ステータコアの前記軸方向に沿う長さ以上であることを特徴とする請求項1または6に記載のモータ。
  9. 前記ロータコアの長さと前記ステータコアの長さとの比が1.0以上1.25以下であることを特徴とする請求項に記載のモータ。
  10. 前記ロータコアの第一端面は前記ステータコアの第一端面に対して突出するか又は同一平面にあり、前記ロータコアの第二端面は前記ステータコアの第二端面に対して突出することを特徴とする請求項に記載のモータ。
  11. 前記磁石の少なくとも一端面は前記ロータコアの対応する端面に対して突出することを特徴とする請求項1または6に記載のモータ。
  12. 前記磁石の前記ロータコアの軸方向に沿う長さと前記ロータコアの軸方向に沿う長さとの差を前記ステータコアの前記軸方向に沿う長さで割って得られた商値が0.15以上0.45以下であることであることを特徴とする請求項11に記載のモータ。
  13. 前記磁石の両端面が前記ステータコアの両端面に対して軸方向に非対称に突出することを特徴とする請求項11に記載のモータ。
  14. 前記磁石が前記ステータコアの第一端面から突出する第一長さは2mm以上6mm以下であり、前記磁石が前記ステータコアの第二端面から突出する第二長さは4mm以上8mm以下であることを特徴とする請求項13に記載のモータ。
  15. 前記カラー部は軸孔を有し、前記モータはさらにロータ軸及びプラスチックパッケージを含み、前記ロータ軸は前記軸孔に挿設され、
    前記軸孔の孔径は前記ロータ軸の軸径より大きく、前記プラスチックパッケージは前記ロータ軸と前記軸孔の内壁との間に充填されることを特徴とする請求項1または6に記載のモータ。
  16. 前記ロータコアは順に積層設置された第1のロータパンチングシート群、第2のロータパンチングシート群及び第3のロータパンチングシート群を含み、
    前記第1のロータパンチングシート群と前記第3のロータパンチングシート群はいずれも複数の第1のロータパンチングシートで積層され、前記第1のロータパンチングシートは第一環状シートと前記第一環状シートの周りに間隔を隔てて設置された複数の第一扇形シートを含み、各前記第1のロータパンチングシートにおける複数の前記第一扇形シートはいずれも前記第一環状シートに接続され、
    前記第2のロータパンチングシート群は複数の第2のロータパンチングシートを積層して構成され、前記第2のロータパンチングシートは第二環状シートと前記第二環状シートの周りに間隔を隔てて設置された複数の第二扇形シートとを含み、各前記第2のロータパンチングシートにおける前記第二扇形シートと前記第二環状シートとの接続及び切断は互いに交差して設置され、
    前記第一環状シートと前記第二環状シートは積層して前記カラー部を形成し、前記第一扇形シートと前記第二扇形シートは積層して前記セグメントを形成することを特徴とする請求項1または6に記載のモータ。
  17. 前記積層設置された隣接する二つの第2のロータパンチングシートにおいて、前記第二環状シートに接続された第二扇形シートと前記第二環状シートに接続されていない第二扇形シートが積層設置されることを特徴とする請求項16に記載のモータ。
  18. 前記第一環状シートの前記第一扇形シートに向かう一側に第一制限柱が形成され、前記第一制限柱は二つの隣接する第一扇形シートの間に位置し、
    前記第二環状シートの前記第二扇形シートに向かう一側に第二制限柱が形成され、前記第二制限柱は二つの隣接する第二扇形シートの間に位置し、
    前記第一制限柱と前記第二制限柱が積層して設置され、前記第一制限柱の前記第一環状シートの径方向に沿う長さは前記第二制限柱の前記第二環状シートの径方向に沿う長さよりも大きいことを特徴とする請求項16に記載のモータ。
  19. 前記第一扇形シートはいずれも第一接続ブリッジにより前記第一環状シートに接続され、
    前記第2のロータパンチングシートに第二接続ブリッジ及び切断式接続ブリッジが交互に設置され、そのうち、一部の前記第二扇形シートは第二接続ブリッジにより前記第二環状シートに接続され、他の一部の前記第二扇形シートは切断式接続ブリッジにより前記第二環状シートに間隔を隔てて設置され、
    前記第一接続ブリッジ、前記第二接続ブリッジ及び前記切断式接続ブリッジの前記ロータコアの周方向に沿う幅とパンチングシートの厚さとの比は0.8-1.5であることを特徴とする請求項16に記載のモータ。
  20. 前記ステータユニットはヨーク、歯部及び歯肩を含み、前記歯部は前記ヨークと前記歯肩との間に接続され、前記複数のステータユニットの複数のヨークは順に接続され、二つの隣接する歯肩の間に隙間を有することを特徴とする請求項1または6に記載のモータ。
  21. 前記ヨークの一端に突起が設けられ、他端に溝が設けられ、前記複数のヨークは前記突起により前記溝と順次噛み合って接続されることを特徴とする請求項20に記載のモータ。
  22. 前記ヨークの内面が平面であることを特徴とする請求項20に記載のモータ。
  23. 家電製品であって、前記家電製品が請求項1-22のいずれか一項に記載のモータを含むことを特徴とする家電製品。
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