(57)【要約】【課題】  構造がより簡単であることから、製造コストを削減することができ、磁束量を集中させ易いことから、性能向上を図ることのできる新規な構造の可変磁束モータを提供すること。【解決手段】  ロータと前記ロータの内側に配設されるステータとを備える可変磁束モータにおいて、前記ロータは、ロータハウジングと、前記ロータハウジングの内側周縁に取り付けられるロータコア及び前記ロータコアの内側に取り付けられるマグネットからなり、前記ステータは、ステータコアベースと、前記ステータコアベースの外周面に放射状に等間隔にて形成された複数のティースとからなり、前記ティースの末端両側にはティースイヤが形成されており、前記マグネットは、第１マグネットと第２マグネットとからなり、前記第２マグネットは、前記第１マグネットよりも保磁力が低いマグネットであり、前記第２マグネットの両側には複数の第１マグネットが配設されることを特徴とする可変磁束モータ。【選択図】  図１
2014110760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと前記ロータの内側に配設されるステータとを備える可変磁束モータにおいて、
前記ロータは、ロータハウジングと、前記ロータハウジングの内側周縁に取り付けられるロータコア及び前記ロータコアの内側に取り付けられるマグネットからなり、
前記ステータは、ステータコアベースと、前記ステータコアベースの外周面に放射状に等間隔にて形成された複数のティースとからなり、前記ティースの末端両側にはティースイヤが形成されており、
前記マグネットは、第１マグネットと第２マグネットとからなり、前記第２マグネットは、前記第１マグネットよりも保磁力が低いマグネットであり、前記第２マグネットの両側には複数の第１マグネットが配設されることを特徴とする可変磁束モータ。
【請求項２】
前記第１マグネットは、フェライトマグネットであり、前記第２マグネットは、アルニコマグネットであることを特徴とする請求項１に記載の可変磁束モータ。
【請求項３】
前記ロータコアは、複数の単位ロータコアが連結されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変磁束モータ。
【請求項４】
前記単位ロータコアの両側面にはレーザ溶接線が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変磁束モータ。
【請求項５】
前記単位ロータコアの外側面に上下方向に少なくとも１以上の第１結着溝が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の可変磁束モータ。
【請求項６】
前記単位ロータコアの内側面に上下方向に少なくとも１以上の第２結着溝が形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の可変磁束モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに係り、さらに詳しくは、ロータに適用されているマグネット中の一部を減磁または着磁させることにより、全体のモータの可変速運転が可能であり、磁束量を集中させて高効率が得られる新規な構造のモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータの可変速運転と高効率を両立させるために種々の構造及び形状を有するモータが提案されている。その代表例として、可変磁束メモリモータ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｌｕｘ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｍｏｔｏｒ：ＶＦＭＭ）（例えば、下記の非特許文献１参照、以下、「先行技術１」と称する。）と、日本特開２００９−１１２４５４号公報に開示されているタイプのモータ（例えは、下記の特許文献１参照、以下、「先行技術２」と称する。）が挙げられる。
【０００３】
先行技術１のＶＦＭＭモータの回転子は、基本的に、スポークタイプのＢＬＤＣモータとほとんど同様である。このモータは、固定子の磁束発生軸であるｄ軸に負のｄ軸電流を流すと、永久磁石の厚さの違いによって永久磁石の幅が狭い部分から永久磁石が減磁されるようなモータである。このような原理に基づいて永久磁石を減磁及び着磁させて可変磁束運転を行うことになる。
【０００４】
先行技術２のモータの場合に、回転子の形態は、基本的に、突極集中捲  構造の外転型ＢＬＤＣモータとほとんど同様である。このモータの特徴は、保磁力が異なる２種の磁石をロータコアに埋め込むが、埋め込むときに異なる極を形成するように周方向に交互に配置されている。すなわち、ロータコアには第１磁石と第２磁石の埋め込みのための孔を形成しなければならず、且つ、ロータコアの内側部に突出部を形成しなければならないため、ロータコアの構造が複雑であり、しかも、製造コストが高騰するという問題点がある。特に、第１マグネットとしてネオジム（Ｎｄ）マグネットを用いるが、これもまた製造コストの高騰の要因となっている。
【０００５】
そこで、本発明者らは、上述の問題点を解消するために、ロータは既存の表面永久磁石（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータの形態とほとんど同じ構造を有し、且つ、固定子は突極集中捲構造を有するように変形された新規な構造を提案することにより、磁束量を集中させることができ、しかも、性能向上及び製造コストの削減を両立させることのできる可変磁束モータを開発するに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本特開２００９−１１２４５４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「有限要素法とＰｒｅｉｓａｃｈモデルを用いた可変磁束メモリモータの永久磁石減磁特性の解析（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ａ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｌｕｘ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｍｏｔｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｒｅｉｓａｃｈ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ａｎｄ  ＦＥＭ）」、２００７年度大韓電気学会夏季学術大会論文集２００７．７．１８−２０，ｐｐ．１００３−１００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、新規な構造の可変磁束モータを提供することである。
【０００９】
本発明の前記目的及び他の目的は、後述する本発明によって達成可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る可変磁束モータは、ロータと前記ロータの内側に配設されるステータとを備える可変磁束モータにおいて、前記ロータは、ロータハウジングと、前記ロータハウジングの内側周縁に取り付けられるロータコア及び前記ロータコアの内側に取り付けられるマグネットからなり、前記ステータは、ステータコアベースと、前記ステータコアベースの外周面に放射状に等間隔にて形成された複数のティースとからなり、前記ティースの末端両側にはティースイヤが形成されており、前記マグネットは、第１マグネットと第２マグネットとからなり、前記第２マグネットは、前記第１マグネットよりも保磁力が低いマグネットであり、前記第２マグネットの両側には複数の第１マグネットが配設されることを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記第１マグネットは、フェライトマグネットであり、前記第２マグネットは、アルニコマグネットであることが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記ロータコアは、複数の単位ロータコアが連結されてなることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記単位ロータコアの両側面にはレーザ溶接線が形成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明において、前記単位ロータコアの外側面に上下方向に少なくとも１以上の第１結着溝が形成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明において、前記単位ロータコアの内側面に上下方向に少なくとも１以上の第２結着溝が形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、構造がより簡単であることから、製造コストを削減することができ、磁束量を集中させ易いことから、性能向上を図ることのできる新規な構造の可変磁束モータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る可変磁束モータの構造を示す平面図である。
【図２】本発明に係る可変磁束モータのロータ構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る可変磁束モータのロータコアに用いられる単位ロータコアを示す斜視図である。
【図４】本発明に係る可変磁束モータのステータを示す斜視図である。
【図５】本発明に係る可変磁束モータのステータを示す平面図である。
【図６】本発明に係る可変磁束モータの磁束変化を説明するための概念図である。
【図７】本発明の実施形態に係る可変磁束モータの無負荷運転時における着磁状態の逆起電力を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る可変磁束モータの無負荷運転時における減磁状態の逆起電力を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係る可変磁束モータの低速運転時におけるトルク特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係る可変磁束モータの高速運転時におけるトルク特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態に係る可変磁束モータの他の低速運転時におけるトルク特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づき、本発明に係る可変磁束モータについて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る可変磁束モータの構造を示す平面図であり、図２は、本発明に係る可変磁束モータのロータ１の構造を示す斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係る可変磁束モータは、ロータ１と、ステータ２とからなる。
【００２１】
本発明において、ロータ１は、ステータ２の外周面方向に配設されるロータコア１５と、第１マグネット１１及び第２マグネット１２を備え、図２に示すように、ロータコア１５の内部に第１マグネット１１及び第２マグネット１２が配設され、ロータコア１５の外部はロータハウジング１３が取り囲んでいる。
【００２２】
本発明において、ステータ２は、ステータコアベース２１と、このステータコアベース２１の外周面に放射状に形成されている多数のティース２２とからなる。
【００２３】
コイル３は、ステータ１のティース２２に巻き付けられており、隣り合う二つのティース２２の間に形成されるスロットにある程度の空間を占めている。
【００２４】
本発明においては、可変磁束モータとして、図１及び図２に示すように、２４極１８スロットのモデルを例にとって説明しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要に応じて、極数及びスロット数を変更してもよい。
【００２５】
２４極１８スロットのモータの場合に、図１に示すように、ロータコア１５の内側に２４個のマグネット１１、１２が配設されている。２４個のマグネットのうち２０個は第１マグネット１１であり、４つは第２マグネット１２である。すなわち、５つの第１マグネット１１の一方の側には一つの第２マグネット１２が設けられているような構造である。
【００２６】
ロータコア１５は金属製のものであり、第１マグネット１１及び第２マグネット１２がロータコア１５の内側面に取り付けられている。ロータコア１５は、図１及び図２に示すように、全体が一つの材質で形成されていてもよく、多数の単位ロータコア１０を連結して一つのロータコア１５を形成してもよい。単位ロータコア１０の詳細については、図３に基づいて後述する。
【００２７】
好ましくは、本発明において、第１マグネット１１はフェライトマグネットであり、第２マグネット１２はアルニコマグネットである。これらの２種類の磁石が有する保磁力の違いを用いて、モータの回転特性を制御することができる。すなわち、着磁電流及び減磁電流を用いて第２マグネット１２の磁束量を調節することにより、モータの出力、トルク、回転数特性などを必要に応じて制御してもよい。
【００２８】
図３は、本発明に係る可変磁束モータのロータコア１５をなす単位ロータコア１０を示す斜視図である。図３には、２つの単位ロータコア１０が結合されている様子が示してある。
【００２９】
図３に示すように、本発明の単位ロータコア１０は、その両側面に他の単位ロロータコア１０が取り付けられる構造を有し、多数の単位ロータコア１０を取り付ければ、一つの円状のロータコア１５が完成される。すなわち、多数のマグネットと単位ロータコア１０が反復的に取り付けられて全体的に円形状を呈することになる。隣り合うマグネットへの取り付けのために、単位ロータコア１０の両側面に溶接線１０ａを形成してもよい。この溶接線１０ａに沿ってレーザ溶接を行うことにより、隣り合う単位ロータコアとの結束が行われる。もちろん、取り付け方法はこのようなレーザ溶接に何ら限定されるものではなく、種々の取り付け方法が採用可能である。例えば、かしめや圧着、その他の溶接方法が採用可能である。溶接線１０ａによる結合力を増大させるために、単位ロータコア１０の一方の側面に係合突起１０ｂを形成し、他方の側面に係合溝１０ｃを形成して隣り合う両単位ロータコアを結合しやすくしてもよい。
【００３０】
単位ロータコア１０の外側面に上下方向に少なくとも１以上の第１結着溝１０ｄを形成してもよい。この第１結着溝１０ｄは、単位ロータコア１０からなるロータコア１５がロータハウジング１３に接着材などによって取り付けられるとき、第１結着溝１０ｄを介して接着材が投入されてロータコア１５とロータハウジング１３との接着力を増大させてもよい。単位ロータコア１０の内側面に上下方向に少なくとも１以上の第２結着溝１０ｅを形成して、ロータコア１５の内側に結合される第１及び第２マグネット１１、１２が接着材によって接着されるときに接着力を増大させる。
【００３１】
図４は、本発明に係る可変磁束モータのステータ２を示す斜視図であり、図５は、本発明に係る可変磁束モータのステータ２を示す平面図である。
【００３２】
図４及び図５に示すように、本発明に係るステータ２は、円形のステータコアベース２１と、このステータコアベース２１の外周面に放射状に等間隔にて形成されているティース２２とからなる。このティース２２の末端の両側にはティースイヤ２３が形成されている。このステータ２は、一般に、バラバラのコア鋼板を繰り返し積み重ねて形成する。ステータコアベース２１の内周面には複数のベース溶接溝２１ａが形成されているが、これらのベース溶接溝２１ａに沿ってレーザ溶接を行うことにより、多数枚のコア鋼板が上手に固定される。もちろん、レーザ溶接以外のかしめなどの方法を適用してもよい。
【００３３】
隣り合う両ティース２２の間に形成された空間は、スロット２５を形成する。ティース２２にはコイルが巻き付けられる。コイルを巻き付ける前に、ティース２２とコイル３とを電気的に絶縁させるためにインシュレータ（図示せず）でティース２２を包み込んでもよい。ティースの末端部の外周面には、内側にやや窪んだティース溝部２２ａが形成されており、ティースの末端両側のティースイヤ２３にも同様に、内側にやや窪んだティースイヤ溝部２３ａが形成されている。このようなティース溝部２２ａ及びティースイヤ溝部２３ａは、磁束量が集中して発生しうるコギングトルクを低減する役割を果たす。
【００３４】
ティース溝部２３ａにはティース溶接溝２２ｂが形成されているが、このティース溶接溝２２ｂは、上述のベース溶接溝２１ａと同様に、溶接などの方法によりバラバラのステータコアを互いに結合する役割を果たす。
【００３５】
図６は、本発明に係る可変磁束モータの磁束変化を説明するための概念図である。
【００３６】
図６を参照すると、図６において、ステータのＡ部をアルニコ磁石である第２マグネット１２間のｄ軸の位置に整列させ、着磁電流を流してアルニコ磁石である第２マグネット１２を着磁させる。逆に、減磁させる場合に、着磁時と同様に、ｄ軸整列を行った後、起磁力の方向とは逆方向に負（−）のｄ軸電流を流して第２マグネットを減磁させればよい。なお、図６におけるＡ部とＢ部が同時に減磁させにくい場合に、先ず、Ａ部の一対を減磁させた後、次いで、Ｂ部の一対を減磁させる２回の過程を経てもよい。
【００３７】
実施例
本発明に係る可変磁束モータの減磁特性を解析するために、有限要素解析（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＦＥＡ）法を採用した。２４極１８スロット型のモータを作製し、種々の解析条件下でＦＥＡを採用した。
【００３８】
先ず、無負荷運転を行い、４５ｒｐｍにてアルニコマグネットの完全着磁時における逆起電力を測定し、４５ｒｐｍにてアルニコマグネットを減磁させた状態で運転して逆起電力を測定した。測定結果を図７及び図８に示す。図７は、アルニコマグネットの完全着磁時の結果であり、図８は、減磁時の結果である。
【００３９】
図７及び図８に示すように、完全着磁時及び減磁時における逆起電力を比較して可変磁束が可能であるか否かを予測した。その結果、完全着磁時における逆起電力は９．６Ｖであり、且つ、減磁時における逆起電力は７Ｖであり、約２７％の可変磁束が可能であることが分かる。
【００４０】
次いで、低速運転時における運転特性を解析するために、４７ｒｐｍ及び１２５０ｒｐｍにて運転したときのトルクを予測した。図９に低速運転時におけるトルク特性を示す。高速運転時におけるトルク特性は図１０に示す。低速運転時の平均トルクは２４．５Ｎｍであり、高速運転時の平均トルクは４Ｎｍでることが分かる。図１１は、運転速度を５５ｒｐｍにしたときのトルク測定値を示すグラフである。
【００４１】
上述した本発明の具体的な説明及び実施形態は本発明を例示するための説明に過ぎず、本発明の範囲を定めるためのものではないことに注意すべきである。本発明の範囲は下記の特許請求の範囲によって定められるものであり、この範囲内における単純な変形や変更はいずれも本発明の範囲に属するものと理解さるべきである。
【符号の説明】
【００４２】
１：ロータ                         
２：ステータ
３：コイル                         
１０：単位ロータコア
１１：第１マグネット               
１２：第２マグネット
１３：ロータハウジング                    
１４：スペーサ
１５：ロータコア
２１：ステータコアベース    
２１ａ：ベース溶接溝
２２：ティース                            
２２ａ：ティース溝部
２２ｂ：ティース溶接溝                    
２３：ティースイヤ
２３ａ：ティースイヤ溝部           
２５：スロット
【図１】
2014110760.tif 000003
【図２】
2014110760.tif 000004
【図３】
2014110760.tif 000005
【図４】
2014110760.tif 000006
【図５】
2014110760.tif 000007
【図６】
2014110760.tif 000008
【図７】
2014110760.tif 000009
【図８】
2014110760.tif 000010
【図９】
2014110760.tif 000011
【図１０】
2014110760.tif 000012
【図１１】
2014110760.tif 000013