РОТОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
ROTOR OF ELECTRIC MOTOR WITH PERMANENT MAGNETS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к ротору электродвигателя с постоянными магнитами, который разработан для уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента при одновременном обеспечении механической прочности.
Предшествующий уровень техники
Ротор электродвигателя с постоянными магнитами типа электродвигателя со встроенными магнитами (IPM-электродвигателя, электродвигателя с внутренними постоянными магнитами) выполнен с конфигурацией, в которой постоянные магниты встроены в сердечник ротора.
В таком электродвигателе с внутренними постоянными магнитами как момент, обусловленный магнитами и генерируемый магнитными потоками постоянных магнитов, так и момент, обусловленный магнитным сопротивлением и генерируемый за счет изменений в магнитных сопротивлениях сердечника ротора, могут быть использованы в качестве действующего момента, который обеспечивает силу вращения. Соответственно, электродвигатель с внутренними постоянными магнитами представляет собой двигатель энергосберегающего типа, высокой эффективности и с высоким моментом и используется в различных отраслях промышленности.
Момент от зубцовых гармонических помех поля и пульсации момента, включающие подобный момент от зубцовых гармонических помех поля, генерируются в электродвигателе с внутренними постоянными магнитами. Для уменьшения подобного момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента предложено образовывать магнитные экранирующие части (подробности будут описаны позднее) в роторе электродвигателя с постоянными магнитами (см., например, патентный литературный источник 1).
Случай, который соответствует предшествующему уровню техники и в котором момент от зубцовых гармонических помех поля и пульсации момента уменьшены за счет образования магнитных экранирующих частей в роторе электродвигателя с постоянными магнитами, будет разъяснен далее со ссылкой на фиг. 8.
В этой связи только часть одного главного магнитного полюса показана на фиг. 8, и поскольку остальные магнитные полюсы имеют конфигурацию, идентичную конфигурации главного магнитного полюса, показанного на фиг. 8, их иллюстрации опущены.
Кроме того, на фиг. 8 линии магнитных сил, показывающие течения магнитного потока, показаны пунктирными линиями.
фиг. 8 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению и показывающее обычный ротор 1, используемый в электродвигателе с внутренними постоянными магнитами, при выделении только части одного главного магнитного полюса.
Как показано на чертеже, сердечник 2 ротора в роторе 1 представляет собой элемент, имеющий по существу цилиндрическую форму и образованный посредством пакетирования пластин из кремнистой стали. Вал 3 электродвигателя установлен в аксиальную часть сердечника в сердечнике 2 ротора, и вал 3 электродвигателя опирается на подшипник (иллюстрация опущена) с возможностью свободного вращения.
Отверстие 4 для вставки постоянного магнита представляет собой отверстие, которое проходит насквозь в аксиальном направлении от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности сердечника 2 ротора. Отверстия 4 для вставки постоянных магнитов образованы в сердечнике 2 ротора с равными интервалами вдоль периферийного направления.
Пластинчатый постоянный магнит 5 вставлен в отверстие 4 для вставки постоянного магнита для образования одного главного магнитного полюса. Магнитные полярности постоянных магнитов 5 заданы для каждого из главных магнитных полюсов таким образом, что расположенная с наружной периферийной стороны поверхность 5ou магнитного полюса постоянного магнита 5, расположенная так, что имеет произвольный главный магнитный полюс, и расположенная с наружной периферийной стороны поверхность 5ou магнитного полюса постоянного магнита 5, расположенная у главного магнитного полюса, смежного с упомянутым главным магнитным полюсом, имеют отличающиеся друг от друга, магнитные полярности. При данном расположении магнитные полярности смежных главных магнитных полюсов (полюсов S, полюсов N) будут отличаться друг от друга.
В сердечнике 2 ротора в роторе 1, ось, соединяющая аксиальный сердечник ротора 1 (вал 3 электродвигателя) и центр произвольного главного магнитного полюса, генерирующего магнитный момент (центральное положение в периферийном направлении постоянного магнита 5), будет представлять собой d-ось из осевых координат d-q.
Кроме того, из сердечника 2 ротора, сердечник между произвольным главным магнитным полюсом и главным магнитным полюсом, смежным с упомянутым главным магнитным полюсом в периферийном направлении, будет представлять собой часть 6 добавочного магнитного полюса, генерирующую момент, обусловленный магнитным сопротивлением. Ось, соединяющая аксиальный сердечник ротора 1 (вал 3 электродвигателя) и центральную ось добавочного магнитного полюса 6, а именно ось, ортогональная к d-оси под электрическим углом, будет представлять собой q-ось из осевых координат d-q.
Кроме того, сердечник 2 ротора образован с магнитной экранирующей частью 7, которая представляет собой отверстие, проходящее насквозь в аксиальном направлении от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности. Магнитная экранирующая часть 7 расположена между d-осью и q-осью из осевых координат d-q на торцевой поверхности сердечника 2 ротора. В примере по фиг. 8 две магнитные экранирующие части 7 образованы у произвольного магнитного полюса.
При разъяснении формы и конфигурации магнитной экранирующей части 7 со ссылкой на фиг. 9 следует отметить, что магнитная экранирующая часть 7 образована из основной корпусной части 17 и удлиняющей части 27, следующей за (сообщающейся с) основной корпусной частью 17.
Основная корпусная часть 17 соприкасается с расположенной со стороны q-оси торцевой поверхностью 5q, которая представляет собой торцевую поверхность постоянного магнита 5 в периферийном направлении, (следует за (сообщается с) отверстием 4 для вставки постоянного магнита), и простирается по направлению к наружной периферийной поверхности ротора 1 от его расположенной со стороны аксиального сердечника части 17-1 по направлению к расположенной с наружной периферийной стороны части 17-2. Однако расположенная с наружной периферийной стороны часть 17-2 основной корпусной части 17не доходит до наружной периферийной поверхности ротора 1, и сердечник 2 ротора расположен между расположенной с наружной периферийной стороны частью 17-2 и наружной периферийной поверхностью ротора 1.
Удлиняющая часть 27 расположена так, что ее базовая торцевая часть 27-1 следует за (сообщается с) частью 17-2 наружной периферийной стороны основной корпусной части 17 и простирается от расположенной с наружной периферийной стороны части 17- 2 основной корпусной части 17 вдоль окружного направления по направлению к d-оси. Однако головная торцевая часть 27-2 удлиняющей части 27 не доходит до d-оси. Расстояние между удлиняющими частями 27 и наружной периферийной поверхностью ротора 1 (расстояние в радиальном направлении) является по существу постоянным в любом положении в направлении простирания удлиняющей части 27, и сердечник 2 ротора расположен между удлиняющей частью 27 и наружной периферийной поверхностью ротора 1.
Поскольку магнитная экранирующая часть 7 представляет собой отверстие (пространство), ее магнитная проницаемость заметно меньше магнитной проницаемости сердечника 2 ротора, и поскольку прохождение магнитного потока через нее чрезвычайно затруднено, она служит в качестве магнитной экранирующей части. В этой связи в том случае, когда внутренняя часть отверстия (пространства), образующего магнитную экранирующую часть 7, заполнена немагнитным металлом с низкой магнитной проницаемостью (таким как алюминий или латунь), адгезивом, лаком или смолой, она также по-прежнему представляет собой магнитную экранирующую часть.
Поскольку подобная магнитная экранирующая часть 7 образована на торцевых поверхностях с обеих сторон постоянного магнита 5 в периферийном направлении, она имеет следующие эффекты.
(1) Поскольку магнитные экранирующие части 7 для магнитного экранирования пространства между произвольным главным магнитным полюсом и главным магнитным полюсом, смежным с упомянутым главным магнитным полюсом в периферийном направлении, существует возможность уменьшения магнитного потока (потока короткого замыкания), который генерируется от расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 5ou магнитного полюса постоянного магнита 5 главного магнитного полюса, проходит через часть 6 добавочного магнитного полюса сердечника 2 ротора и достигает расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 5ou магнитного полюса постоянного магнита 5 главного магнитного полюса, смежного в периферийном направлении. Поскольку поток короткого замыкания представляет собой момент, который не «проходит» через статор и не способствует образованию магнитного момента, эффективный момент увеличивается при уменьшении подобного потока короткого замыкания.
Что касается уменьшения потока короткого замыкания, то чем короче расстояние между удлиняющей частью 27 магнитной экранирующей части 7 и наружной периферийной поверхностью ротора 1 (расстояние в радиальном направлении) и чем больше длина удлиняющей части 27 вдоль окружного направления, тем в большей степени может быть ограничено генерирование потока короткого замыкания.
(2) Поскольку магнитный поток, генерированный от расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 5ou магнитного полюса постоянного магнита 5, проходит, обходя в направлении центральной стороны постоянного магнита 5, так, что проходит вокруг магнитной экранирующей части 7с низкой магнитной проницаемости, изменения в распределении плотности магнитного потока, образующемся на наружной периферийной поверхности ротора 1, станут умеренными за счет постоянного магнита 5. Более точно, изменения в распределении плотности магнитного потока станут умеренными на обеих торцевых частях главного магнитного полюса в периферийном направлении.
Таким образом, поскольку в особенности изменения на обеих торцевых частях главного магнитного полюса в периферийном направлении из числа распределения плотности магнитного потока, которое образуется на наружной периферийной поверхности ротора 1, станут умеренными, существует возможность уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента.
Перечень ссылок
Патентная литература
Патентный литературный источник 1: Выложенная заявка на патент Японии № Hei. 11-98731
Краткое изложение сущности изобретения
Техническая проблема
Вышеприведенный предшествующий уровень техники имеет следующие проблемы.
(1) Ротор 1 электродвигателя с постоянными магнитами выполнен так, что расстояние между удлиняющей частью 27 магнитной экранирующей части 7 и наружной периферийной поверхностью ротора 1 (расстояние в радиальном направлении) выполнено коротким и длина удлиняющей части 27 вдоль окружного направления выполнена большой для ограничения генерирования потока короткого замыкания. При данной конструкции сердечник 2 ротора, расположенный между удлиняющей частью 27 и наружной периферийной поверхностью ротора 1, будет иметь малое расстояние в радиальном направлении и длинную длину в периферийном направлении, и ее механическая прочность станет малой. Соответственно, может случиться так, что электродвигатель не сможет выдержать воздействие центробежной силы при вращении с высокой частотой.
Сердечник 2 ротора образован за счет пакетирования пластин из кремнистой стали и образования отверстий 4 для вставки магнитов и магнитных экранирующих частей 7 или тому подобного посредством пробивки отверстий. Соответственно, когда расстояние между удлиняющей частью 27 магнитной экранирующей части 7 и наружной периферийной поверхностью ротора 1 (расстояние в радиальном направлении) выполнено коротким и длина удлиняющей части 27 вдоль окружного направления выполнена длинной, сердечник 2 ротора, расположенный между удлиняющей частью 27 и наружной периферийной поверхностью ротора 1, будет иметь малую механическую прочность, как упомянуто выше, так что при выполнении пробивки отверстий будут возникать проблемы. А именно, при выполнении пробивки отверстий в пластинах из кремнистой стали сердечник 2 ротора, расположенный между удлиняющей частью 27 и наружной периферийной поверхностью ротора 1, легко деформируется и даже разрезается в наихудшем случае, так что изготовление сердечника 2 ротора может быть затруднено.
(2) В настоящее время желательно дополнительно уменьшить момент от зубцовых гармонических помех поля и пульсации момента для плавного приведения в действие электродвигателя и для уменьшения шума и вибраций. Однако вышеупомянутый предшествующий уровень техники не отвечает требованиям дополнительного уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента.
Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеприведенного предшествующего уровня техники, и его задача состоит в предоставлении ротора электродвигателя с постоянными магнитами, способного улучшить механическую прочность за счет уменьшения центробежной силы во время высокоскоростного вращения электродвигателя с постоянными магнитами и уменьшения затруднений при изготовлении, а также дополнительного уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента.
Решение проблем
Конфигурация по настоящему изобретению, предназначенная для решения вышеуказанных проблем, отличается тем, что она представляет собой
ротор электродвигателя с постоянными магнитами, образованный с множеством главных магнитных полюсов вдоль периферийного направлении сердечника ротора за счет того, что он соответственно содержит постоянные магниты в отверстиях для вставки постоянных магнитов, образованных во множестве мест в периферийном направлении сердечника ротора так, что проходить насквозь в аксиальном направлении от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности сердечника ротора, и
образованный с магнитными экранирующими частями для каждого главного магнитного полюса, которые проходят насквозь в аксиальном направлении от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности сердечника ротора и которые расположены между d-осью и q-осью осевых координат d-q на торцевой поверхности сердечника ротора,
при этом каждая магнитная экранирующая часть включает в себя удлиняющую часть,
при этом удлиняющая часть образована ближе к наружной периферийной стороне, чем расположенная с наружной периферийной стороны поверхность магнитного полюса постоянного магнита, и
при этом удлиняющая часть также простирается от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси и постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности сердечника ротора, простираясь при этом от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси.
Конфигурация по настоящему изобретению отличается тем, что она представляет собой
ротор электродвигателя с постоянными магнитами, образованный с множеством главных магнитных полюсов вдоль периферийного направления сердечника ротора за счет того, что он соответственно содержит постоянные магниты в отверстиях для вставки постоянных магнитов и образованных во множестве мест в периферийном направлении сердечника ротора так, чтобы проходить насквозь в аксиальном направлении от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности сердечника ротора, и
образованный с магнитными экранирующими частями для каждого главного магнитного полюса, которые проходят насквозь в аксиальном направлении от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности сердечника ротора и которые расположены между d-осью и q-осью осевых координат d-q на торцевой поверхности сердечника ротора,
при этом каждая магнитная экранирующая часть включает в себя основную корпусную часть и удлиняющую часть, следующую за основной корпусной частью,
при этом основная корпусная часть образована в положении напротив расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности постоянного магнита,
при этом основная корпусная часть также простирается по направлению к наружной периферийной поверхности сердечника ротора,
при этом основная корпусная часть образована ближе к наружной периферийной стороне, чем расположенная с наружной периферийной стороны поверхность магнитного полюса постоянного магнита, и
при этом удлиняющая часть также простирается от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, при этом расположенная с наружной периферийной стороны часть основного корпуса представляет собой начальную точку, и постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности сердечника ротора, простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси.
Конфигурация по настоящему изобретению отличается тем, что
удлиняющая часть имеет изогнутую форму с изгибом в середине, простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, или
удлиняющая часть имеет искривленную форму, искривляясь при простирании от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси.
Конфигурация по настоящему изобретению отличается тем, что
основная корпусная часть соприкасается с расположенной со стороны q-оси торцевой поверхностью, или
основная корпусная часть отделена от расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности.
Предпочтительные эффекты от изобретения
В соответствии с настоящим изобретением каждая удлиняющая часть магнитной экранирующей части выполнена так, что оно образована ближе к наружной периферийной стороне, чем расположенная с наружной периферийной стороны поверхность магнитного полюса постоянного магнита, и так, что удлиняющая часть также простирается от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси и постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности сердечника ротора, простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси.
При данной конструкции существует возможность обеспечения более умеренных изменений в распределении плотности магнитного потока, генерированном на наружной периферийной поверхности ротора посредством постоянного магнита, и особенно в распределениях плотности магнитного потока на обеих торцевых частях главного магнитного полюса в периферийном направлении, по сравнению с предшествующим уровнем техники, обеспечения распределения плотности магнитного потока, генерируемого от главного магнитного полюса, которое является более близким к синусоиде, и более эффективного уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента.
В месте расположения концевой в пространстве точки удлиняющей части (части, близкой к d-оси) расстояние между удлиняющей частью и сердечником ротора (расстояние в радиальном направлении) будет длинным, так что существует возможность обеспечения механической прочности сердечника ротора, что также облегчает обработку.
Краткое описание чертежей
фиг. 1 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 1 настоящего изобретения.
фиг. 2 представляет собой схематическое изображение, показывающее магнитную экранирующую часть по Примеру 1.
фиг. 3 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 2 настоящего изобретения.
фиг. 4 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 3 настоящего изобретения.
фиг. 5 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 4 настоящего изобретения.
фиг. 6 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 5 настоящего изобретения.
фиг. 7 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 6 настоящего изобретения.
фиг. 8 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с предшествующим уровнем техники.
фиг. 9 представляет собой схематическое изображение, показывающее обычную магнитную экранирующую часть в извлеченном и увеличенном виде.
Описание вариантов осуществления
Ротор электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с настоящим изобретением будет разъяснен подробно на основе его примеров.
<Пример 1>
Ротор 101 электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 1 настоящего изобретения будет разъяснен со ссылкой на фиг. 1.
В этой связи только один главный магнитный полюс показан на фиг. 1, и поскольку остальные главные магнитные полюсы имеют конфигурацию, идентичную конфигурации этого главного магнитного полюса, показанного на фиг. 1, иллюстрация остальных главных магнитных полюсов исключена.
Кроме того, на фиг. 1 линии действия магнитных сил, показывающие пути магнитного потока, показаны пунктирными линиями.
фиг. 1 представляет собой сечение, ортогональное к аксиальному направлению, показывающее ротор 101 по Примеру 1, используемый в электродвигателе с внутренними постоянными магнитами, посредством извлечения только одного главного магнитного полюса.
Как показано на чертеже, сердечник 102 ротора в роторе 101, представляет собой по существу цилиндрический элемент, образованный посредством пакетирования пластин из кремнистой стали. Вал 103 электродвигателя вставлен в часть аксиального сердечника в сердечнике 102 ротора, и вал 103 электродвигателя опирается на подшипник (иллюстрация опущена) с возможностью свободного вращения.
Отверстие 104 для вставки постоянного магнита представляет собой отверстие, которое проходит насквозь от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности сердечника 102 ротора в том же направлении, что и вал 103 электродвигателя. Отверстия 104 для вставки постоянных магнитов образованы в сердечнике 102 ротора с равными интервалами в периферийном направлении сердечника 102 ротора.
В данном примере пластинчатый постоянный магнит 105 вставлен в отверстие 104 для вставки постоянного магнита для образования одного главного магнитного полюса. Магнитные полярности постоянных магнитов 105 заданы для каждого из главных магнитных полюсов таким образом, что расположенная с наружной периферийной стороны поверхность 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105, расположенного у произвольного главного магнитного полюса, и расположенная с наружной периферийной стороны поверхность 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105, расположенного у главного магнитного полюса, смежного с упомянутым главным магнитным полюсом, имеют отличающиеся друг от друга, магнитные полярности. При данном расположении магнитные полярности смежных главных магнитных полюсов (полюсов S, полюсов N) будут отличаться друг от друга.
Таким образом, множество главных магнитных полюсов с попеременно изменяющимися магнитными полярностями образованы в роторе 101 вдоль периферийного направления сердечника 102 ротора.
В сердечнике 102 ротора электродвигателя с постоянными магнитами, показанного на фиг. 1, ось, соединяющая аксиальный сердечник ротора 101 (вал 103 электродвигателя) и центр произвольного главного магнитного полюса, генерирующего магнитный момент (центральное место в периферийном направлении постоянного магнита 105), будет представлять собой d-ось из осевых координат d-q.
Кроме того, из числа сердечника 102 ротора, сердечник между постоянным магнитом 105 одного главного магнитного полюса, соответствующего одному магнитному полюсу, и постоянным магнитом 105 главного магнитного полюса, примыкающего к упомянутому главному магнитному полюсу в периферийном направлении, будет представлять собой часть 106 добавочного магнитного полюса, генерирующую момент, обусловленный магнитным сопротивлением. Ось, соединяющая аксиальный сердечник ротора 101 (вал 103 электродвигателя) и центральную ось добавочного магнитного полюса 106, а именно ось, ортогональная к d-оси под электрическим углом, будет представлять собой q-ось из осевых координат d-q.
Кроме того, сердечник 102 ротора образован с магнитной экранирующей частью 107, которая представляет собой отверстие, проходящее насквозь от одной торцевой поверхности до другой торцевой поверхности в том же направлении, в котором проходит вал 103 электродвигателя. Магнитная экранирующая часть 107 расположена между d-осью и q-осью из осевых координат d-q на торцевой поверхности сердечника 102 ротора. В примере по фиг. 1 две магнитные экранирующие части 107 образованы у одного главного магнитного полюса.
При разъяснении формы и конфигурации магнитной экранирующей части 107 со ссылкой на фиг. 2 следует отметить, что магнитная экранирующая часть 107 образована из основной корпусной части 117 и удлиняющей части 127, следующей за (сообщающейся с) основной корпусной частью 117. Кроме того, удлиняющая часть 127 образована из первой удлиняющей части 127а и второй удлиняющей части 127b.
Основной корпус 117 образован в месте напротив расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности 105q, которая представляет собой торцевую поверхность постоянного магнита 105 в периферийном направлении. Расположенная со стороны аксиального сердечника часть 117-1 основной корпусной части 117 соприкасается с расположенной со стороны q-оси торцевой поверхностью 105q постоянного магнита 105, следует за (сообщается с) отверстием 104 для вставки постоянного магнита и простирается по направлению к наружной периферийной поверхности ротора 101 (сердечника 102 ротора), будучи по существу параллельной по отношению к d-оси. Однако расположенная с наружной периферийной стороны часть 117-2 основной корпусной части 117 не доходит до наружной периферийной поверхности ротора 101, и сердечник 102 ротора расположен между расположенной с наружной периферийной стороны частью 117-2 и наружной периферийной поверхностью ротора 101.
Удлиняющая часть 127 образована ближе к наружной периферийной стороне расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105, а также в месте между d-осью и q-осью. Удлиняющая часть 127 образована из простирающейся линейно, первой удлиняющей части 127а и простирающейся линейно, второй удлиняющей части 127b, которая следует за (сообщается с) первой удлиняющей частью 127а первой удлиняющей частью 127а) в изогнутом состоянии. Сердечник 102 ротора расположен между удлиняющей частью 127 и наружной периферийной поверхностью ротора 101.
Первая удлиняющая часть 127а выполнена так, что ее базовая торцевая часть 127а-1 следует за (сообщается с) расположенной с наружной периферийной стороны частью 117-2 основной корпусной части 117 и простирается от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, при этом расположенная с наружной периферийной стороны часть 117-2 основной корпусной части 117 представляет собой начальную точку.
Кроме того, первая удлиняющая часть 127а постепенно приближается к наружной периферийной поверхности ротора 101 (сердечника 102 ротора), простираясь по направлению к стороне d-оси. То есть, расстояние между первой удлиняющей частью 127а и наружной периферийной поверхностью ротора 101 (сердечника 102 ротора) (расстояние в радиальном направлении) постепенно становится меньше при простирании первой удлиняющей части 127а по направлению к d-оси.
Вторая удлиняющая часть 127b расположена так, что ее базовая торцевая часть 127b-1 следует за (сообщается с) головной торцевой частью 127а-2 первой удлиняющей части 127а и простирается от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, при этом головная торцевой часть 127а-2 первой удлиняющей части 127а представляет собой начальную точку. Однако головная торцевая часть 127b-2 второй удлиняющей части 127b не доходит до d-оси.
Кроме того, вторая удлиняющая часть 127b постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности ротора 101 (сердечника 102 ротора), простираясь по направлению к d-оси. То есть, расстояние между второй удлиняющей частью 127b и наружной периферийной поверхностью ротора 101 (сердечника 102 ротора) (расстояние в радиальном направлении) постепенно становится длиннее при простирании второй удлиняющей части 127b по направлению к d-оси.
Поскольку магнитная экранирующая часть 107, образованная из основной корпусной части 117 и удлиняющей части 127 (первой и второй удлиняющих частей 127а, 127b), представляет собой отверстие (пространство), ее магнитная проницаемость заметно меньше магнитной проницаемости сердечника 102 ротора, и поскольку прохождение магнитного потока через нее чрезвычайно затруднено, она служит в качестве магнитной экранирующей части. В этой связи в том случае, когда внутренняя часть отверстия (пространства), образующего магнитную экранирующую часть 107, заполнена немагнитным металлом с низкой магнитной проницаемостью (таким как алюминий или латунь), адгезивом, лаком или смолой, она также по-прежнему представляет собой магнитную экранирующую часть.
Поскольку подобная магнитная экранирующая часть 107 образована с обеих сторон постоянного магнита 105 в периферийном направлении, ротор 101 с постоянными магнитами, приведенный в Примере 1, имеет следующие эффекты.
(1) В сердечнике 102 ротора расстояние между второй удлиняющей частью 127b и наружной периферийной поверхностью ротора 101 (расстояние в радиальном направлении) постепенно становится длиннее при простирании второй удлиняющей части 127b по направлению к d-оси, и расстояние между второй удлиняющей частью 127b и наружной периферийной поверхностью ротора 101 (расстояние в радиальном направлении) является наиболее длинным у головной торцевой части 127b-2 второй удлиняющей части 127b.
Следовательно, как показано посредством распределения линий действия магнитной силы на фиг. 1, в части между второй удлиняющей частью 127b и наружной периферийной поверхностью ротора 101 вне сердечника 102 ротора между магнитной экранирующей частью 107 и наружной периферийной поверхностью ротора 101 магнитное насыщение увеличивается умеренно от цетральной аксиальной стороны по направлению к стороне торцевой части главного магнитного полюса в периферийном направлении. В результате размах распределения магнитного потока, генерируемого от расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105, который проходит вокруг магнитной экранирующей части 107 и достигает поверхности ротора 101 в направлении стороны торцевой части главного магнитного полюса в периферийном направлении, становится больше по сравнению с предшествующим уровнем техники, в котором вторая удлиняющая часть 127b не предусмотрена.
Следовательно, изменения в распределении плотности магнитного потока, образующемся на наружной периферийной поверхности ротора 101, и, более точно, изменения в распределении плотности магнитного потока у обеих торцевых частей главного магнитного полюса в периферийном направлении станут более умеренными за счет постоянного магнита 105 по сравнению с предшествующим уровнем техники, в котором вторая удлиняющая часть 127b не предусмотрена.
В результате изменения в распределении плотности магнитного потока в магнитном потоке, генерируемым от главного магнитного полюса, будут ближе к форме синусоиды, и существует возможность более эффективного уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента.
(2) У базовой торцевой части 127а-1 первой удлиняющей части 127а или головной торцевой части 127b-2 второй удлиняющей части 127b расстояние между удлиняющей частью 127 и наружной периферийной поверхностью ротора 101 (расстояние в радиальном направлении) является более длинным.
Соответственно, существует возможность улучшения механической прочности у сердечника 102 ротора между удлиняющей частью 127 и наружной периферийной поверхностью ротора 101 даже тогда, когда длина удлиняющей части 127 в периферийном направлении является длинной, так что он может выдерживать воздействие центробежной силы и внешний удар или тому подобное.
Кроме того, при выполнении пробивки отверстий в пластинах из кремнистой стали для образования сердечника 102 ротора, будет отсутствовать риск деформирования или прорезания сердечника 102 ротора, расположенного между удлиняющей частью 127 и наружной периферийной поверхностью ротора 101, так что пробивка отверстий может быть выполнена легко во время изготовления сердечника 102 ротора.
(3) Сердечник 102 ротора выполнен так, что расстояние между удлиняющей частью и наружной периферийной поверхностью ротора 101 (расстояние в радиальном направлении) меньше у головной торцевой части 127а-2 первой удлиняющей части 127а или базовой торцевой части 127b-1 второй удлиняющей части 127b, и длина удлиняющей части 127 в периферийном направлении является более длинной. Поскольку магнитное сопротивление сердечника 102 ротора становится соответственно больше между удлиняющей частью 127 и наружной периферийной поверхностью ротора 101, существует возможность уменьшения потока короткого замыкания и эффективного генерирования магнитного момента.
(4) Как показано посредством нижеприведенного уравнения (1), момент, обусловленный магнитным сопротивлением, генерируется за счет разницы в индукции по d-оси и индукции по q-оси.
d
q
В данном примере при выполнении удлиняющей части 127, простирающейся в периферийном направлении, более близким к наружной периферийной стороне по сравнению с расположенной с наружной периферийной стороны поверхностью 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105 индукция по d-оси становится малой (поскольку будет затруднено прохождение магнитного потока через данную часть), и разница между индукцией по d-оси и индукцией по q-оси становится большой (L<L), так что момент, обусловленный магнитным сопротивлением (момент, соответствующий второму элементу уравнения (1)), может быть эффективно использован.
n
m
q
n
d
q
d
q
Т=PΦi+P(L-L)ii … (1)
Т: момент
n
P: число полюсов
m
Φ: магнитный поток постоянного магнита
q
i: ток по q-оси
d
i: ток по d-оси
q
L: индукция по q-оси
d
L: индукция по d-оси
<Пример 2>
Далее, ротор 201 электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 2 настоящего изобретения будет разъяснен со ссылкой на фиг. 3. При этом части, идентичные частям по Примеру 1, обозначены такими же ссылочными позициями, и разъяснение повторяющихся частей будет опущено.
В роторе 201 по Примеру 2 магнитная экранирующая часть 207 образована из основной корпусной части 217 и удлиняющей части 227, следующего за (сообщающегося с) основной корпусной частью 217.
Основная корпусная часть 217 образована в месте напротив расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности 105q постоянного магнита 105. Основная корпусная часть 217 соприкасается с торцевой поверхностью постоянного магнита 105 в периферийном направлении, следует за (сообщается с) отверстие 104 для вставки постоянного магнита и простирается по направлению к наружной периферийной поверхности ротора 201 (сердечника 102 ротора), будучи по существу параллельным d-оси.
Удлиняющая часть 227 образована ближе к наружной периферийной стороне, чем расположенная с наружной периферийной стороны поверхность 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105, и в месте между d-осью и q-осью. Удлиняющая часть 227 образована из линейно простирающейся первой удлиняющей части 227а, второй удлиняющей части 227b, простирающейся линейно, при этом следующей за (сообщающейся с) первой удлиняющей частью 227а с образованием изгиба, и третьей удлиняющей части 227с, простирающейся линейно, при этом следующей за (сообщающейся с) второй удлиняющей частью 227b с образованием изгиба. То есть, удлиняющая часть 227 изгибается двухэтапным образом.
Первая удлиняющая часть 227а постепенно приближается к наружной периферийной поверхности ротора 201 (сердечника 102 ротора), простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси.
Вторая удлиняющая часть 227b постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности ротора 201 (сердечника 102 ротора), простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, и третья удлиняющая часть 227с постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности ротора 201 (сердечника 102 ротора), простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси. Кроме того, интервал, отделяющий третью удлиняющую часть 227с от наружной периферийной поверхности ротора 201 (сердечника 102 ротора), при простирании третьей удлиняющей части 227с от стороны q-оси к стороне d-оси (расстояние в радиальном направлении) длиннее, чем соответствующий интервал для второй удлиняющей части 227b.
Поскольку удлиняющая часть 227 изогнута двухэтапным образом в роторе 201 электродвигателя с постоянными магнитами по Примеру 2, магнитное насыщение увеличивается более умеренным образом от стороны центральной оси по направлению к стороне торцевой части главного магнитного полюса в периферийном направлении у части сердечника 102 ротора между второй удлиняющей частью 227b или третьей удлиняющей частью 227с и наружной периферийной поверхностью ротора 201 за счет регулирования соответствующих длин и углов изгиба удлиняющих частей 227а, 227b и 227с. В результате существует возможность регулирования диапазона распределения магнитного потока, который генерируется от расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105, проходит вокруг магнитной экранирующей части 207 и достигает поверхности ротора 201, по направлению к стороне торцевой части главного магнитного полюса в периферийном направлении, при сравнении с Примером 1, в котором не предусмотрена никакая часть, соответствующая третьей удлиняющей части 227с.
Соответственно, существует возможность посредством постоянного магнита 105 выполнить еще более умеренные изменения в распределении плотности магнитного потока, образующемся на наружной периферийной поверхности ротора 201, и, в частности, изменения в распределении плотности магнитного потока на обеих торцевых частях главного магнитного полюса в периферийном направлении, по сравнению с Примером 1, в котором не предусмотрена никакая часть, соответствующая третьей удлиняющей части 227с.
В результате за счет обеспечения приближения распределения плотности магнитного потока в магнитном потоке, генерируемом от главного магнитного полюса, к форме синусоиды существует возможность дополнительного уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля или пульсаций момента.
Также возможно проявление таких же эффектов, как эффекты, получаемые в Примере 1.
При этом изгиб в удлиняющей части 227 не ограничен вышеописанным двухэтапным изгибом, но также может представлять собой изгиб в трех или более местах.
<Пример 3>
Далее, ротор 301 электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 3 настоящего изобретения будет разъяснен со ссылкой на фиг. 4. При этом части, идентичные частям по Примеру 1, обозначены такими же ссылочными позициями, и разъяснение повторяющихся частей будет опущено.
В роторе 301 по Примеру 3 магнитная экранирующая часть 307 образована из основной корпусной части 317 и удлиняющей части 327, следующей за (сообщающейся с) основной корпусной частью 317).
Основная корпусная часть 317 образована в месте напротив расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности 105q постоянного магнита 105. Основная корпусная часть 317 соприкасается с расположенной со стороны q-оси торцевой поверхностью 105q постоянного магнита 105 (следует за (сообщается с) отверстием 104 для вставки постоянного магнита)) и простирается по направлению к наружной периферийной поверхности ротора 301 (сердечника 102 ротора), будучи по существу параллельным d-оси.
Удлиняющая часть 327 образована ближе к наружной периферийной стороне, чем расположенная с наружной периферийной стороны поверхность 105ou постоянного магнита 105, и в месте между d-осью и q-осью. Удлиняющая часть 327 образована из первой удлиняющей части 327а, имеющей дугообразную форму, которая является выпуклой по отношению к наружной периферийной поверхности ротора 301 (сердечника 102 ротора), и простирающейся искривлённым образом, и из второй удлиняющей части 327b, простирающейся искривлённым образом, при этом она следует за (сообщается с) первой удлиняющей частью 327а.
Первая удлиняющая часть 327а постепенно приближается к наружной периферийной поверхности ротора 301 (сердечника 102 ротора), простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси.
С другой стороны, вторая удлиняющая часть 327b постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности ротора 301 (сердечника 102 ротора), простираясь от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси.
Поскольку удлиняющая часть 327 является искривлённой в дугообразную форму в роторе 301 электродвигателя с постоянными магнитами по Примеру 3, существует возможность избежать концентраций механического напряжения в угловых частях, образующихся на границах каждой из удлиняющих частей, для дополнительного повышения механической прочности.
Также возможно проявление таких же эффектов, как эффекты, получаемые в Примере 1.
<Пример 4>
Далее, ротор 401 электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 4 настоящего изобретения будет разъяснен со ссылкой на фиг. 5. При этом части, идентичные частям по Примеру 1, обозначены такими же ссылочными позициями, и разъяснение повторяющихся частей будет опущено.
В роторе 401 по Примеру 4 магнитная экранирующая часть 107 образована из основной корпусной части 117 и удлиняющей части 127, следующей за (сообщающейся с) основной корпусной частью 117. Кроме того, удлиняющая часть 127 образована из первой удлиняющей части 127а и второй удлиняющей части 127b. То есть, форма самой магнитной экранирующей части 107 идентична соответствующей форме по Примеру 1.
Однако, несмотря на то, что основная корпусная часть 117 магнитной экранирующей части 107 образована в месте напротив расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности 105q постоянного магнита 105, она расположена отдельно от расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности 105q постоянного магнита 105 в периферийном направлении.
Существует возможность проявления таких же эффектов, как эффекты, получаемые в Примере 1, также при использовании ротора 401 электродвигателя с постоянными магнитами по Примеру 4.
<Пример 5>
Далее, ротор 501 электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 5 настоящего изобретения будет разъяснен со ссылкой на фиг. 6. При этом части, идентичные частям по Примеру 1, обозначены такими же ссылочными позициями, и разъяснение повторяющихся частей будет опущено.
В роторе 501 по Примеру 5 один главный магнитный полюс образован с двумя отверстиями 104а, 104b для вставки постоянных магнитов. Отверстия 104а, 104b для вставки постоянных магнитов являются осесимметричными относительно центра, представляющего собой d-ось, если смотреть со стороны торцевой поверхности ротора 501, и становятся шире, простираясь от стороны аксиального сердечника ротора 501 по направлению к стороне наружной периферийной поверхности ротора 501, так что отверстия 104а, 104b для вставки постоянных магнитов имеют так называемую “V-образную” форму.
Постоянные магниты 105а, 105b вставлены в каждое из отверстий 104а, 104b для вставки постоянных магнитов, и положение при размещении постоянных магнитов 105а, 105b также соответствует “V-образной” форме.
В этом случае расположенные с наружной периферийной стороны поверхности 105ou магнитного полюса обоих постоянных магнитов 105а, 105b имеют идентичную магнитную полярность (полюс S или полюс N). При данном расположении постоянные магниты 105а, 105b образуют один главный магнитный полюс.
Постоянный магнит 105а расположен с одной стороны главного магнитного полюса в периферийном направлении (в направлении по часовой стрелке). Магнитная экранирующая часть 107-1 образована на стороне торцевой поверхности данного одного постоянного магнита 105а в направлении по часовой стрелке.
Магнитная экранирующая часть 107-1 включает в себя основную корпусную часть 117-1 и удлиняющую часть 127-1.
Основная корпусная часть 117-1 соприкасается с торцевой поверхностью постоянного магнита 105а в направлении по часовой стрелке, и следует за (сообщается с) отверстием 104а для вставки постоянного магнита отверстием. Основная корпусная часть 117-1 простирается по направлению к наружной периферийной поверхности сердечника 102 ротора в положении, в котором он наклонен по направлению к d-оси. Однако расположенная с наружной периферийной стороны часть основной корпусной части 117-1 не доходит до наружной периферийной поверхности ротора 501 (сердечника 102 ротора). Сердечник 102 ротора расположен между основной корпусной частью 117-1 и наружной периферийной поверхностью ротора 501.
Удлиняющая часть 127-1 выполнена так, что его базовая часть (расположенная со стороны q-оси часть) следует за (сообщается с) расположенной с наружной периферийной стороны частью основной корпусной части 117-1, и простирается вдоль наружной периферийной поверхности сердечника 102 ротора от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, при этом расположенная с наружной периферийной стороны часть основной корпусной части 117-1 представляет собой начальную точку, и постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности сердечника 102 ротора, при этом простираясь далее от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси. Часть сердечника 102 ротора расположена между удлиняющей частью 127-1 и ротором 501.
Постоянный магнит 105b расположен с другой стороны главного магнитного полюса в периферийном направлении (в направлении против часовой стрелки). Магнитная экранирующая часть 107-2 образована со стороны торцевой поверхности другого постоянного магнита 105b в направлении против часовой стрелки.
Магнитная экранирующая часть 107-2 включает в себя основную корпусную часть 117-2 и удлиняющую часть 127-2.
Основная корпусная часть 117-2 соприкасается с торцевой поверхностью постоянного магнита 105b в направлении против часовой стрелки, и следует за (сообщается с) отверстием 104b для вставки постоянного магнита. Основная корпусная часть 117-2 простирается по направлению к наружной периферийной поверхности сердечника 102 ротора в положении, в котором он наклонен по направлению к d-оси. Однако расположенная с наружной периферийной стороны часть основной корпусной части 117-2 не доходит до наружной периферийной поверхности ротора 501 (сердечника 102 ротора). Сердечник 102 ротора расположен между основной корпусной частью 117-2 и наружной периферийной поверхностью ротора 501.
Удлиняющая часть 127-2 выполнена так, что его базовая часть (расположенная со стороны q-оси часть) следует за (сообщается с) расположенной с наружной периферийной стороны частью основной корпусной части 117-2 , и простирается вдоль наружной периферийной поверхности сердечника 102 ротора от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, при этом расположенная с наружной периферийной стороны часть основной корпусной части 117-2 представляет собой начальную точку, и постепенно отделяется от наружной периферийной поверхности сердечника 102 ротора, простираясь далее от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси. Сердечник 102 ротора расположен между удлиняющей частью 127-1 и ротором 501.
Существует возможность проявления таких же эффектов, как эффекты, получаемые в Примере 1, также при использовании ротора 501 электродвигателя с постоянными магнитами по Примеру 5.
При этом положение при размещении постоянных магнитов не ограничено вышеописанной “V-образной” формой, и такие же эффекты, как эффекты по Примеру 1, могут быть получены также при «перевернутой V-образной», «U-образной», «дугообразной» или «трапециевидной» формах.
<Пример 6>
Далее, ротор 601 электродвигателя с постоянными магнитами в соответствии с Примером 6 настоящего изобретения будет разъяснен со ссылкой на фиг. 7. При этом части, идентичные частям по Примеру 1, обозначены такими же ссылочными позициями, и разъяснение повторяющихся частей будет опущено.
В роторе 601 по Примеру 6 магнитная экранирующая часть 607 образована из удлиняющей части 627 и не содержит основной корпусной части в отличие от вышеописанных примеров. Удлиняющая часть 627 образована из первой удлиняющей части 627а и второй удлиняющей части 627b, следующей за (сообщающейся с) первой удлиняющей частью 627а в изогнутом состоянии.
Первая удлиняющая часть 627а простирается линейно от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, при этом часть, близкая к расположенной со стороны q-оси торцевой поверхности 105q постоянного магнита 105 из числа расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 105ou магнитного полюса постоянного магнита 105 представляет собой начальную точку, и, простираясь, постепенно приближается к наружной периферийной поверхности ротора 601 (сердечника 102 ротора).
Вторая удлиняющая часть 627b простирается линейно от стороны q-оси по направлению к стороне d-оси, при этом головная торцевая часть первой удлиняющей части 627а представляет собой начальную точку, и, простираясь, постепенно отдаляется от наружной периферийной поверхности ротора 601 (сердечника 102 ротора).
Существует возможность проявления таких же эффектов, как эффекты, получаемые в Примере 1, также при использовании ротора 601 по Примеру 6.
При этом, несмотря на то, что удлиняющая часть 627 по Примеру 6 имеет общую изогнутую форму, он также может иметь общую криволинейную форму.
Кроме того, несмотря на то, что в Примере 6 первая удлиняющая часть 627а удлиняющей части 627 соприкасается с расположенной с наружной периферийной стороны поверхностью 105ou магнитного полюса, также можно образовать удлиняющую часть 627 так, что первая удлиняющая часть 627а отделяется от расположенной с наружной периферийной стороны поверхности 105ou магнитного полюса, расположена ближе к наружной периферийной стороне, чем расположенная с наружной периферийной стороны поверхность 105ou магнитного полюса, и расположена между d-осью и q-осью.
При этом, в то время как в вышеописанных примерах один постоянный магнит вставлен в одно отверстие для вставки постоянного магнита, постоянные магниты, которые вставлены в отверстия для вставки постоянного магнита, не ограничены одиночными магнитами, но могут быть разделены в любом из аксиального направления, радиального направления или периферийного направления.
В то время как в вышеприведенных примерах магнитные экранирующие части образованы с обеих сторон одного главного магнитного полюса в периферийном направлении, существует возможность уменьшения момента от зубцовых гармонических помех поля и пульсаций момента за счет образования магнитной экранирующей части только с одной стороны одного главного магнитного полюса в периферийном направлении.
Перечень ссылочных позиций
1, 101, 201, 301, 401, 501, 601 … ротор
2, 102 … сердечник ротора
3, 103 … вал электродвигателя
4, 104, 104а, 104b … отверстие для вставки постоянного магнита
5, 105, 105a, 105b … постоянный магнит
105ou … расположенная с наружной периферийной стороны поверхность магнитного полюса
105q … расположенная со стороны q-оси торцевая поверхность
6, 106 … добавочный магнитный полюс
7, 107, 107-1, 107-2, 207, 307, 607 … магнитная экранирующая часть
117, 217, 317 … основная корпусная часть
117-1 … расположенная со стороны аксиального сердечника часть
117-2 … расположенная с наружной периферийной стороны часть
127, 227, 627 … удлиняющая часть
127а, 227а, 327а, 627а … первая удлиняющая часть
127а-1 … базовая торцевая часть
127а-2 … головная торцевая часть
127b, 227b, 327b, 627b … вторая удлиняющая часть
127b-1 … базовая торцевая часть
127b-2 … головная торцевая часть
227c … третья удлиняющая часть.