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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, der Bestandteil eines Motors ist, und einen IPM-Rotor, der mit diesem Rotor ausgestattet ist.
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TECHNISCHER HINTERGUND
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Ein Einbettungs-Permanentmagnetmotor (im Folgenden als IPM-Motor bezeichnet), der einen Permanentmagneten aufweist, der in einen Rotor eingebettet ist, kann ein Reluktanzdrehmoment ebenso wie ein magnetisches Drehmoment erzeugen, das aus einer Anziehungskraft/Abstoßungskraft zwischen einer Spule und dem Permanentmagneten resultiert, und daher weist der IPM-Motor im Vergleich mit einem Oberflächen-Permanentmagnetmotor (SPM-Motor), der einen Permanentmagneten aufweist, der am Außenrand des Motors befestigt ist, ein höheres Drehmoment und einen höheren Wirkungsgrad auf. Daher wird solch ein IPM-Motor als Antriebsmotor in Hybridfahrzeugen, Elektrofahrzeugen und dergleichen, die eine hohe Ausgangsleistung benötigen, verwendet. In der Regel beinhalten dafür verwendete Permanentmagnete gesinterte Magnete aus Seltenerd-Magneten, Ferrit-Magneten, Alnico-Magneten und dergleichen.
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Um eine problemlose Einführung eines Permanentmagneten in einen in einem Rotorkern ausgebildeten Spalt zu erreichen und um eine Beschädigung des Permanentmagneten am Spaltrand zu vermeiden, ist der IPM-Motor im Allgemeinen so ausgelegt, dass der Spalt horizontal länger ist und größer dimensioniert ist als der Permanentmagnet, und dass ein Raum, der von einer lateralen Seitenfläche des Magneten und einer Spaltfläche definiert wird, mit Harz aus einem nicht-magnetischen Material gefüllt wird, gefolgt von Härten des Harzes, wodurch der Permanentmagnet fixiert wird.
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Mit Bezug auf 8 wird nachstehend der Zustand beschrieben, dass ein Magnet innerhalb eines Spaltes fixiert ist.
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8a zeigt teilweise einen Stator S, der mit einer Spule C um einen Zahn T versehen ist, und einen Rotor R, in den Permanentmagnete Pm in einer vorgegebenen Zahl eingebettet sind, wobei der Rotor R so angeordnet ist, dass er sich innerhalb des Stators S drehen kann, wodurch ein herkömmlicher IPM-Motor gebildet wird.
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An einem Rotorkern, der Bestandteil des Rotors R ist, ist ein Rotorspalt RS herausgearbeitet, der die Permanentmagnete PM aufnimmt, und eine laterale Seite des Rotorspalts ist mit nicht-magnetischem Harz F1, F2 gefüllt, um den Permanentmagneten PM zu fixieren. In dem dargestellten Beispiel sind zwei Permanentmagnete PM im Wesentlichen nach Art eines Buchstaben V angeordnet, um einen Magnetpol zu bilden.
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Das Harz F1, F2 sollte von sich aus die Permanentmagnete PM von deren lateralen Seiten her in den Rotorspalten RS fixieren, und es hat außerdem die Funktion einer Flussbarriere, um das Austreten eines Magnetflusses aus den Permanentmagneten PM zu unterdrücken. Als Form, mit der das Austreten eines Magnetflusses MJ aus den Permanentmagneten PM unterdrückt wird, weist das Harz F1, F2 eine Form auf, die beispielsweise in 8a und 8b dargestellt ist.
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Es leuchtet ein, dass ein Magnetfluss J, der von der Seite des Stators her in einen im Rotor vorgesehenen Permanentmagneten PM fließt, dazu neigt, durch den Rotorkern mit hoher magnetischer Durchlässigkeit zu gehen, und daher neigt der Magnetfluss J, der von der Seite des Stators her eintritt, dazu, sich in einem Eckbereich des Permanentmagneten PM auf der Statorseite zu konzentrieren.
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Mit Bezug auf 8b wird solch eine Tendenz nachstehend beschrieben. Das Harz F1, F2 auf den lateralen Seiten eines Permanentmagneten PM weist an einem Teil, der mit dem Permanentmagnet PM in Kontakt steht, eine Dicke t1' bzw. t1'' auf, die geringer is als die Dicke t1 des Permanentmagneten PM. Das heißt, da der Spalt in diesem Bereich so herausgearbeitet ist, dass er Abmessungen und Formen für das Harz F1, F2 mit der Dicke t1' bzw. t1'' aufweist, die geringer is als die Dicke t1, kann der Permanentmagnet PM an ihren lateralen Rändern K1 und K2 ausgerichtet werden.
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Wenn das Harz F1, F2 an einem Teil, der mit dem Permanentmagneten PM in Kontakt steht, eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke des Permanentmagneten PM, kann der Permanentmagnet PM in dem Spalt nicht ausgerichtet werden, was die magnetischen Eigenschaften des Motors beeinflussen kann.
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Auf diese Weise kann der Permanentmagnet PM an den lateralen Rändern K1 und 2 auf intelligente Weise sicher gleichgerichtet werden. Da jedoch das Harz F1, F2, das solche Abmessungen und Formen aufweist, an den lateralen Seiten des Permanentmagneten PM ausgebildet ist, weist das Harz F1, F2 Teile auf mit einer Dicke t2 bzw. t3, die deutlich geringer ist als die Dicke t1 des Permanentmagneten PM.
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Wie oben angegeben, neigt der Magnetfluss J vom Stator dazu, durch den Rotorkern zu gehen, der eine hohe magnetische Durchlässigkeit aufweist, und daher fließt der Magnetfluss J nicht durch den Permanentmagneten mit der Dicke t1, sondern geht durch die Dicke t2 bzw. t3 im Harz F1, F2, was den kürzesten Weg darstellt, auf dem der Rotorkern mit der hohen magnetischen Durchlässigkeit erreicht werden kann. Während er diesen Wegen folgt, konzentriert sich dann der Magnetfluss J in den Eckbereichen des Permanentmagneten PM auf der Statorseite und geht durch sie hindurch, wodurch das Entmagnetisierungsfeld, das auf den Eckbereich des Permanentmagneten PM auf der Statorseite wirkt, vergrößert wird.
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Hierbei besteht das Entmagnetisierungsfeld aus der Summe des internen Magnetfelds, das innerhalb des Magneten vom N-Pol zum S-Pol fließt, und dem oben genannten externen Magnetfeld, das von der Statorseite her eintritt, wobei behauptet werden kann, dass das externe Magnetfeld in erster Linie die Stärke und Richtung des Entmagnetisierungsfeldes bestimmt.
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Um eine gewünschte Koerzitivfeldstärke gegen dieses Entmagnetisierungsfeld sicherzustellen, besteht die Notwendigkeit, die Koerzitivfeldstärke des Magneten zu erhöhen, insbesondere an den Eckbereichen auf der Statorseite.
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Als typische Maßnahme zur Verbesserung dieser Koerzitivfeldstärke eines Permanentmagneten wird die Legierungszusammensetzung, aus der der Permanentmagnet besteht, teilweise durch Dy (Dysprosium) oder Tb (Terbium) ersetzt, bei denen es sich um Metalle handelt, die eine hohe Koerzitivfeldstärkeleistung haben, um ein Anistropiefeld der Metallverbindung zu vergrößern und die Koerzitivfeldstärke zu erhöhen. Jedoch übersteigen die Mengen, in denen Dysprosium oder Terbium gebraucht werden, das natürliche Vorkommen von Seltenerdelementen bei weitem, und außerdem ist die geschätzte Menge von gewerblich erschlossenen Lagerstätten äußerst gering, und darüber hinaus sind die bekannten Regionen, in denen diese Lagerstätten liegen, exzentrisch über die Erde verteilt, und daher wurde erkannt, dass eine Strategie für diese Elemente erforderlich ist.
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Auch wenn ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke hergestellt wird, der Dysprosium oder dergleichen enthält und bei dem die Imprägnierungsmenge, die einer benötigten Koerzitivfeldstärke entspricht, von Magnetteil zu Magnetteil variiert, muss, um dem Magneten eine Koerzitivfeldstärke gegen ein hohes Entmagnetisierungsfeld zu verleihen, mehr Dysprosium oder dergleichen für das Teil verwendet werden, was zur Folge hat, dass eine wirksame Reduzierung der verbrauchten Menge an Dysprosium oder dergleichen misslingt.
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Angesichts der derzeitigen Situation entwickelten die Erfinder die Idee eines Rotors, der in der Lage ist, ein Entmagnetisierungsfeld, das in einem Magneten erzeugt werden kann, durch Modifizieren der Formen und Strukturen von sowohl einem Spalt, der aus dem Rotor herausgearbeitet ist, als auch eines Magneten, der in dem Spalt fixiert ist, zu modifizieren und so den Verbrauch der teuren und seltenen Metalle zu verringern, die verwendet werden, um die Koerzitivfeldstärkenleistung des Magneten zu erhöhen.
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Das Patentdokument 1 offenbart bereits eine Technik für einen Rotor, der in Draufsicht eine Flussbarriere in Form des Buchstabens L aufweist, die an einer Ecke eines Spalts ausgebildet ist.
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Dieser Rotor ist mit der in Draufsicht L-förmigen Flussbarriere an einer Ecke des Spalts versehen, wodurch ein Rastmoment des Motors verringert werden kann. Auch bei diesem Aufbau neigt der Magnetfluss von der Seite des Stators, wie in
8b dargestellt, trotzdem dazu, durch diese L-förmige Flussbarriere hindurch zu gehen, da diese Flussbarriere auch eine Dicke aufweist, die geringer ist als die Dicke des Permanentmagneten. Daher bleibt das Entmagnetisierungsfeld, das an einem Eckbereich des Permanentmagneten auf der Statorseite erzeugt werden könnte, hoch, und es ist nach wie vor schwierig, den Verbrauch an Dysprosium und dergleichen, das verwendet wird, um eine Koerzitivfeldstärke gegen dieses Entmagnetisierungsfeld sicherzustellen, zu verringern.
Patentdokument 1:
JP-Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2000-278896 A -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEM, DAS VON DER ERFINDUNG ZU LÖSEN IST
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Angesichts der oben geschilderten Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Rotor zu schaffen, der in der Lage ist, die Konzentration eines Magnetflusses an einem Magneten, der in einem Spalt des Rotors aufgenommen ist, zu vermeiden oder zu verringern und dementsprechend das Entmagnetisierungsfeld, das erzeugt werden könnte, zu unterdrücken, um eine erforderliche Koerzitivfeldstärke zu verringern und so den Verbrauch an seltenen Metallen, die verwendet werden, um die Koerzitivfeldstärke zu verbessern, zu verringern, wodurch eine Senkung der Herstellungskosten des Magneten und eine Senkung der Herstellungskosten des Rotors und eines Motors möglich ist, und einen IPM-Motor zu schaffen, der mit einem solchen Rotor ausgestattet ist.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um das genannte Ziel zu erreichen, weist ein erfindungsgemäßer Rotor, der Bestandteil eines Motors ist, auf: einen Rotorkern, aus dem Spalte herausgearbeitet wurden, wobei der Spalt eine Spaltfläche auf einer Seite des Zentrums des Rotorkerns und eine Spaltfläche auf einer Statorseite, die der Seite des Zentrums zugewandt ist, aufweist und einen Vorsprung und/oder eine konkave Nut an mindestens einer der Spaltflächen aufweist; einen Magneten, der in dem Spalt aufzunehmen ist, wobei der Magnet eine konkave Nut und/oder einen Vorsprung aufweist, die bzw. der mit dem Vorsprung oder der konkaven Nut der Spaltfläche in Eingriff zu bringen ist; einen Eingriffsteil, um dem Spalt und den Magneten an ihrer konkaven Nut und ihrem Vorsprung in Eingriff zu bringen, wobei der Eingriffsteil den Magneten im Rotor ausrichtet und fixiert; und eine Flussbarriere mit einer Dicke, die der Dicke des Magneten gleich ist.
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Im Rotor der vorliegenden Erfindung ist von den Spaltflächen, die Bestandteil eines Spalts sind, in den ein Magnet, wie ein Permanentmagnet, der einen Magnetpol bildet, einzuführen ist, an einer Spaltfläche auf der Seite des Zentrums des Rotorkerns und/oder einer Spaltfläche auf einer Statorseite, die der Spaltfläche auf der Seite des Zentrums zugewandt ist, ein Vorsprung oder eine konkave Nut ausgebildet, und der Magnet, der in den Spalt einzuführen ist, weist eine konkave Nut und/oder einen Vorsprung auf, die bzw. der mit dem Vorsprung oder der konkaven Nut der Spaltfläche an einer Position, die dem Vorsprung oder der konkaven Nut des Spalts entspricht, in Eingriff zu bringen ist. Dann werden diese konkave Nut und der Vorsprung miteinander in Eingriff gebracht, um einen Eingriffsteil zu bilden.
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Auf diese Weise werden der Magnet und der Spalt am Eingriffsteil miteinander in Eingriff gebracht, wodurch eine Flussbarriere, die zwischen einer lateralen Seitenfläche des Magneten und einer Spaltfläche ausgebildet ist, eine Dicke aufweisen kann, die der Dicke des Magneten gleich ist. Anders als im Rotor des Standes der Technik, der in 8b dargestellt ist, wo Flussbarrieren (Harz F1, F2) mit einer Dicke, die geringe ist als eine Dicke des Magneten, auf lateralen Seiten des Magneten vorgesehen sind, um Ränder K1, K2 für die Ausrichtung des Magneten auszubilden, weist ein Teil der Flussbarriere dieses Aufbaus die gleiche Dicke auf wie der Magnet ohne diese Ränder. Dadurch kann der Magnetfluss von der Statorseite, der durch die Flussbarriere hindurchgeht, eliminiert werden, und demgemäß kann die Konzentration des Magnetflusses in einem Eckbereich des Magneten auf der Statorseite vermieden oder abgeschwächt werden.
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Die Abschwächung der Konzentration des Magnetflusses von der Statorseite in einem Eckbereich des Magneten auf der Statorseite führt zu einer Verringerung des Entmagnetisierungsfelds in diesem Bereich, und somit kann eine nötige Koerzitivfeldstärke verringert werden.
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Man beachte, dass die konkave Nut und der Vorsprung, die bzw. der am Magneten oder am Spalt ausgebildet ist, von oben gesehen die Form eines Rechtecks oder Quadrats aufweisen kann sowie eine Form mit gerundetem Umriss, wie eine von oben betrachtet halbelliptische Form oder Halbkreisform. Insbesondere die konkave Nut und der Vorsprung mit der gerundeten Line, wie einer halbelliptischen Form (das heißt, ohne Ecken) kann die Beschädigung des Vorsprungs vermeiden, wenn der Magnet in den Spalt eingeführt wird, während deren Eingriff hergestellt wird.
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Die Flussbarriere kann aus einem Harz mit niedriger magnetischer Durchlässigkeit oder Luft bestehen.
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Auch Flussbarrieren, die beispielsweise aus Luft bestehen, bewirken keine Verlagerung und kein Herausfallen des Magneten aus dem Spalt, da der Permanentmagnet durch den Eingriffsteil ausgerichtet und in der Befestigungsposition im Spalt fixiert wird.
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Der Magnet, der in den Spalt einzuführen ist, kann ein gesinterter Magnet sein. Beispiele für den gesinterten Magneten beinhalten einen Permanentmagneten wie einen Seltenerd-Magneten, einen Ferrit-Magneten oder einen Anico-Magneten. Beispiele für den Seltenerd-Magnet beinhalten einen Dreikomponentensystem-Neodym-Magneten, der Eisen und Bor als Zusätze zum Neodym enthält, einen Samarium-Cobalt-Magneten, der eine Zweikomponentenlegierung aus Samarium und Cobalt enthält, einen Samarium-Eisen-Stickstoff-Magneten, einen Praseodym-Magneten und dergleichen. Von diesen wird im Falle der Anwendung des gesinterten Magneten auf einen Antriebsmotor eines Hybridfahrzeugs oder dergleichen, der eine hohe Ausgangsleistung haben muss, vorzugsweise ein Seltenerdelement mit einem höheren maximalen Energieprodukt (BH)max als ein Ferrit-Magnet und ein Alnico-Magnet verwendet.
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Was dies betrifft, so wird ein Magnet in Dysprosium oder dergleichen eingetaucht, dessen Verbrauch durch Korngrenzendiffusion oder dergleichen so eingestellt ist, dass es eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die für jeden Teil erforderlich ist, wodurch ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke ausgebildet wird, und solch ein Magnet wird in den Spalt eingeführt und fixiert.
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Als Form eines Magnetpols, der als der Rotor ausgebildet ist, können zwei von den Spalten einen Abstand zueinander aufweisen und können in einer Anordnung, die im Wesentlichen der Form des Buchstabens V entspricht, am Rotorkern herausgearbeitet sein, und in jedem der beiden Spalte kann der Magnet ausgerichtet und fixiert werden und kann die Flussbarriere ausgebildet werden, um einen Magnetpol zu bilden.
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Der so ausgebildete eine Magnetpol, der die beiden Magnete in der Anordnung aufweist, die im Wesentlichen dem Buchstaben V entspricht, ermöglicht ein ungehindertes Fließen des von der Statorseite eintretenden Magnetflusses entlang der V-Form der Magnetlinie im Rotor und ermöglicht den Erhalt einer großen Menge an Reluktanzmoment, und daher kann ein Motor mit einer ausgezeichneten Drehmomentleistung ausgebildet werden.
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Beide Magnete in der V-förmigen Anordnungsform sind über die Eingriffsteile an ihren entsprechenden Spalten ausgerichtet und fixiert und sind an ihren beiden Seiten mit Flussbarrieren ausgestattet, die jeweils die gleiche Dicke aufweisen wie der Magnet.
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Die Erfinder haben erkannt, dass diese Flussbarriere, die so gestaltet ist, dass sie nicht nur zum Teil die gleiche Dicke wie der Magnet, sondern auch eine Breite, d. h. die Breite von einem Teil, der mit dem Magneten in Kontakt steht, bis zum Rotorkern, die auf die Dicke des Magneten oder mehr eingestellt ist, aufweist, die Magnetflusskonzentration vom Stator in einem äußeren Eckbereich des Buchstabens V zwischen den Eckbereichen am Magnet auf der Statorseite wirksamer abschwächen kann.
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Vorzugsweise weist jeder der beiden Magnete, die im Wesentlichen in Form des Buchstabens V angeordnet sind, den Eingriffsteil auf, der von einer Mittelposition des Magneten aus gesehen näher am anderen Magneten liegt.
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Die Erfinder haben erkannt, dass in zwei Magneten, die im Wesentlichen in Form des Buchstabens V angeordnet sind, ein maximales Entmagnetisierungsfeld vorzugsweise in einem Eckbereich an der Außenseite des Buchstabens V auftritt.
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Dann ist einer der Magnete so ausgebildet, dass sein Eingriffsteil von einer Mittelposition des Magneten (der inneren Seite des V) aus gesehen näher am anderen Magneten liegt, wodurch die Magnetfeldverteilung im Eckbereich an der Außenseite des Buchstabens V auf der Statorseite geändert werden kann, so dass der maximale Wert des Entmagnetisierungsfeldes wirksam reduziert werden kann und ein Teil des Magneten, der den maximalen Wert des Entmagnetisierungsfelds liefert, geändert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung umfasst ferner einen IPM-Motor, der den Rotor und einen Stator aufweist.
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Gemäß einem Rotor der vorliegenden Erfindung und einem IPM-Motor, der mit dem Rotor ausgestattet ist, konzentriert sich ein Magnetfluss, der von einem Stator eintritt, nicht speziell in einem Eckbereich eines Magneten, der in dem Rotor vorgesehen ist, und daher kann ein Entmagnetisierungsfeld (dessen maximaler Wert) in dem Magneten, das aus diesem externen Magnetfeld resultiert, reduziert werden. Daher kann der maximale Wert der nötigen Koerzitivfeldstärke reduziert werden, und somit kann der Verbrauch an Dysprosium oder dergleichen reduziert werden und die Herstellungskosten des Rotors und des Motors können reduziert werden.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, werden gemäß einem Rotor der vorliegenden Erfindung und einem IPM-Motor, der mit dem Rotor versehen ist, ein Spalt, der aus dem Rotor herausgearbeitet ist, und ein Magnet, der darin einzuführen ist, über einen Eingriffsteil, der eine konkave Nut und einen Vorsprung, die an ihren jeweiligen Positionen ausgebildet sind, ausgerichtet und fixiert, und eine Flussbarriere, die zwischen einer lateralen Seitenfläche des Magneten und einer Spaltfläche ausgebildet ist, weist zum Teil eine Dicke auf, die der Dicke des Magneten gleich ist. Dieser Aufbau kann die Konzentration eines Magnetflusses in einem Eckbereich des Magneten auf der Statorseite vermeiden, und ein Entmagnetisierungsfeld und demgemäß eine benötigte Koerzitivfeldstärke können verringert werden. Infolgedessen kann der Verbrauch an Dysprosium oder dergleichen verringert werden und demgemäß können die Herstellungskosten gesenkt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung, die zum Teil einen Rotor und einen Stator zeigt, die Bestandteil eines IPM-Motors der vorliegenden Erfindung sind.
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2(a), (b) sind Draufsichten, die andere Ausführungsformen eines Spalts, der aus einem Rotor herausgearbeitet ist, und eines darin eingeführten Magneten zeigen.
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3(a), (b) und (c) sind weitere Ausführungsformen eines Spalts, der aus einem Rotor herausgearbeitet ist, und eines darin eingeführten Magneten.
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4 zeigt ein Ergebnis einer magnetischen Analyse, um ein Entmagnetisierungsfeld in einem Magneten zu finden, wobei 4(a) ein Modell eines Magneten und eines Spalts eines Vergleichsbeispiels zeigt und 4(b) eine Umrisszeichnung eines Entmagnetisierungsfelds ist, das aus seiner Magnetanalyse erhalten wird.
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5 zeigt ein Ergebnis einer Magnetanalyse zum Auffinden eines Entmagnetisierungsfelds in einem Magneten, wobei 5(a) ein Modell eines Magneten und eines Spalts eines ersten Beispiels zeigt und 5(b) eine Umrisszeichnung eines Entmagnetisierungsfelds ist, das durch seine Magnetanalyse erhalten wird.
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6 zeigt ein Ergebnis einer Magnetanalyse zur Auffindung eines Entmagnetisierungsfelds in einem Magneten, wobei 6(a) ein Modell eines Magneten und eines Spaltes eines zweiten Beispiels zeigt und 6(b) eine Umrisszeichnung eines Entmagnetisierungsfelds ist, das durch seine Magnetanalyse erhalten wird.
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7 zeigt ein Ergebnis einer Magnetanalyse zum Auffinden eines Entmagnetisierungsfelds in einem Magneten, wobei 7(a) ein Modell eines Magneten und eines Spalts eines dritten Beispiels zeigt und 7(b) eine Umrisszeichnung eines Entmagnetisierungsfelds ist, das durch seine Magnetfeldanalyse erhalten wird.
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8(a) ist eine schematische Ansicht, die zum Teil einen Rotor und einen Stator zeigt, die Bestandteile eines herkömmlichen IPM-Motors sind, und 8(b) ist eine vergrößerte Ansicht des Teils b von 8(a) und beschreibt den Zustand, wo Magnetfluss von einem Stator sich in einem Eckbereich des Magneten auf der Statorseite konzentriert.
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ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den dargestellten Beispielen sind zwei Magnete im Wesentlichen in Form des Buchstabens V angeordnet, um einen Magnetpol zu bilden. In einer anderen Form kann ein Magnet so angeordnet sein, dass er senkrecht ist zur radialen Richtung des Rotors und dadurch einen Magnetpol bildet.
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1 ist eine schematische Darstellung, die zum Teil einen Rotor und einen Stator zeigt, die Bestandteile eines IPM-Motors der vorliegenden Erfindung sind.
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Der IPM-Motor ist so aufgebaut, dass ein Stator 2, der aus einem Schichtaufbau von magnetischen Stahlblechen und dergleichen besteht, ein ringförmiges Joch und Zähne, die von diesem Joch in radialer Richtung nach innen vorstehen, aufweist, um diese Zähne sind Spulen 3 über eine nicht dargestellte Isolierspule ausgebildet, und innerhalb des Stators 2 ist ein Rotor 1 vorgesehen, der sich um eine Welle SF drehen kann, wobei der Rotor 1 einen ähnlichen Schichtaufbau aus magnetischen Stahlblechen und dergleichen aufweist.
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Der Rotor 1 weist zwei Permanentmagnete 4, 4, die in Draufsicht im Wesentlichen in Form eines Buchstabens V angeordnet sind, so dass sie einen Magnetpol bilden, und Spalte 1a auf, wobei jeder Spalt 1a einen Permanentmagnet 4 enthält.
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Man beachte hier, dass der Spalt 1a an einer Spaltfläche auf der Seite des Zentrums des Rotorkerns mit einem Vorsprung 1b versehen ist, und das jeder Permanentmagnet 4 eine konkave Nut 4a aufweist, die an einer Position, die dem Vorsprung 1b entspricht, aus ihm herausgearbeitet ist, so dass sie in den Vorsprung 1b passt, wenn der Permanentmagnet im Spalt 1a aufgenommen ist. Die Einführung des Permanentmagneten 4 in den Spalt 1a während die konkave Nut 4a in den Vorsprung 1b eingepasst wird, ermöglicht die Aufnahme des Permanentmagneten 4 im Spalt 1a. In der Stellung, wo der Permanentmagnet 4 ganz im Spalt 1a aufgenommen ist, wird dann ein Eingriffsteil 5 gebildet, wo die konkave Nut 4a und der Vorsprung 1b ineinandergreifen, so dass dieser Eingriffsteil 5 die Ausrichtung und Fixierung des Permanentmagneten 4 im Spalt 1a sichert.
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Die konkave Nut 4a von 1 ist so ausgebildet, dass sie von oben gesehen eine rechteckige Form aufweist, und ist in Längsrichtung gesehen an einer mittleren Stelle der Länge r des Permanentmagneten 4 vorgesehen.
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Ferner ist jeder Permanentmagnet 4 auf den lateralen Seiten des Magneten mit Spalten 1a' und 1a'' versehen, wobei es sich um Lücken handelt, die von inneren und äußeren late-ralen Flächen des Buchstaben V und der Spaltflächen definiert werden, und in den Spalten 1a' und 1a'' sind Flussbarrieren 6A und 6B ausgebildet, die mit Harz von geringer magnetischer Durchlässigkeit gefüllt sind.
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Diese Flussbarrieren 6A und 6B weisen voneinander verschiedene Planformen auf, und zwar um ein Austreten von Magnetfluss aus den lateralen Seiten zu verringern und um beispielsweise keine magnetische Sättigung an den lateralen Seiten des Permanentmagnets zu erzeugen. Jede der Flussbarrieren 6A und 6B weist einen Teil auf, der die gleiche Dicke s1 aufweist wie der Permanentmagnet 4, genauer an einem Teil, der mit dem Permanentmagneten 4 in Kontakt steht.
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Unterschiede zwischen diesem Rotor und dem herkömmlichen Rotor werden durch einen Vergleich mit 8b deutlich. Die Flussbarrieren auf den lateralen Seiten des Permanentmagneten PM, der in 8b dargestellt ist, weisen keinen Bereich auf, dessen Dicke der Dicke t1 des Permanentmagneten PM gleich ist, und daher konzentriert sich der Magnetfluss J vom Stator im Eckbereich des Permanentmagneten PM auf der Statorseite.
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Dagegen weisen die Spalte 1a' und 1a'' auf den lateralen Seiten des Permanentmagneten 4, der in 1 dargestellt ist, einen Bereich mit einer Dicke auf, die der Dicke s1 des Permanentmagneten 4 gleich ist, und daher erreicht der Magnetfluss, der vom Stator her eintritt, den Rotorkern auf der kürzesten Strecke nicht, auch wenn er durch die Flussbarrieren 6A und 6B hindurchgeht. Infolgedessen kann die Konzentration von Magnetfluss, der versucht, durch die Flussbarrieren 6A und 6B und die Eckbereiche des Permanentmagneten 4 hindurchzugehen, gelöst werden.
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Wenn der Permanentmagnet 4 ein Magnet mit verteilter Koerzitivfeldstärke ist, besteht somit keine Notwendigkeit dafür, an den Eckbereichen auf der Statorseite einen Koerzitivfeldstärkenbereich mit einer wesentlichen höheren Koerzitivfeldstärke vorzusehen. Somit kann im Vergleich zum herkömmlichen Magneten mit verteilter Koerzitivfeldstärke der Verbrauch an Dysprosium oder dergleichen verringert werden.
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Der Permanentmagnet 4 kann zu einem beliebigen Typ von Seltenerd-Magneten, Ferrit-Magneten und Alnico-Magneten gehören. Die Seltenerd-Magneten können zu irgendeinem Typ eines Dreikomponentensystem-Neodym-Magneten, der Eisen- und Borzusätze zu Neodym enthält, einem Samarium-Cobalt-Magnet, der eine Zweikomponentensystem-Legierung aus Samarium und Cobalt enthält, einem Samarium-Eisen-Stickstoff-Magneten, einem Praseodym-Magneten und dergleichen gehören.
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Die Flussbarrieren können aus Luft statt aus Eisen bestehen. Sogar Flussbarrieren, die aus Luft bestehen, verursachen keine Verlagerung und kein Herunterfallen des Magneten aus dem Spalt, da der Permanentmagnet 4 durch den Eingriffsteil 5 am Spalt 1a ausgerichtet und fixiert ist.
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2 und 3 sind Draufsichten, die andere Ausführungsformen von Spalten, die aus einem Rotor herausgearbeitet sind, und von Magneten, die darin einzuführen sind, zeigen.
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Die in 2a dargestellte Ausführungsform weist zwei Permanentmagnete 4A und konkave Nuten 4a auf, die von den Mittelpositionen aus gesehen näher an der Innenseite des Buchstabens V vorgesehen sind, und in jede konkave Nut 4a greift ein Vorsprung 1b des Spalts ein, um einen Eingriffsteil 5 zu bilden.
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Die in 2b dargestellte Ausführungsform zweist zwei Permanentmagnete 4B und konkave Nuten 4a auf, die von den Mittelpositionen aus näher an der Außenseite des Buchstabens V vorgesehen sind, und in jede konkave Nut 4a greift ein Vorsprung 1b des Spalts ein, um einen Eingriffsteil 5 zu bilden.
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Die in 3a dargestellte Ausführungsform weist zwei Permanentmagnete 4C und konkave Nuten 4a auf, die auf der Statorseite dieser Permanentmagnete 4C vorgesehen sind, und in jede konkave Nut 4a greift ein Vorsprung 1b des Spalts ein, um einen Eingriffsteil 5 zu bilden.
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Die in 3b dargestellte Ausführungsform weist zwei Permanentmagnete 4D und konkave Nuten 4a' auf, an ihren mittleren Stellen vorgesehen sind, wobei die konkaven Nuten 4a' eine im Wesentlichen halbelliptische Form mit einer in Draufsicht sanften gekrümmten Linie aufweisen, und in jede konkave Nut 4a' greift ein Vorsprung 1b' des Spalts ein, der eine komplementäre Form aufweist, um einen Eingriffsteil 5A zu bilden.
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Die in 3c dargestellte Ausführungsform Weist zwei Permanentmagnete 4E und Vorsprünge 4b auf, die an ihren mittleren Stellen vorgesehen sind, wobei die Vorsprünge 4b in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweisen, und wobei in jeden Vorsprung 4b eine konkave Nut 1c des Spalts eingreift, um einen Eingriffsteil 5B zu bilden.
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Auf diese Weise können die konkaven Nuten oder die Vorsprünge entweder am Permanentmagneten 4 oder am Spalt 1a ausgebildet sein, oder die konkaven Nuten oder die Vorsprünge können an irgendeiner der Flächen auf der Statorseite und der Flächen auf der Seite, so sich das Zentrum des Rotorkerns befindet, vorgesehen sein. Ferner können die konkaven Nuten an der Mittelposition der Permanentmagnete 4, an der Außenposition des Buchstabens V oder an der Innenposition des Buchstabens V angeordnet sein.
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[Magnetfeldanalyse und ihre Ergebnisse]
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Die Erfinder simulierten ein Permanentmagnetmodell mit der V-förmigen Anordnung des herkömmlichen Aufbaus (Vergleichsbeispiel) und ein Permanentmagnetmodell mit der V-förmigen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung (Beispiele 1, 2 und 3) mit einem Computer und führten eine Magnetfeldanalyse durch, um das Entmagnetisierungsfeld in jedem Permanentmagnetmodell zu finden, um deren Umrisszeichnungen zu erzeugen und die Werte des maximalen Entmagnetisierungsfelds in diesen Permanentmagnetmodellen und den Umfang der Verringerung im Entmagnetisierungsfeld der Beispiele 1, 2 und 3 gegenüber dem Vergleichsbeispiel zu finden.
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Das Permanentmagnetmodell des Vergleichsbeispielsmodells wies eine Form mit Rändern an den lateralen Seiten des Permanentmagnete auf wie in 8b dargestellt und wies keinen Eingriffsteil für das Ineingriffbringen des Spalts und des Permanentmagneten auf. Dagegen weisen die Modelle der Beispiele 1, 2 und 3 jeweils Flussbarrieren auf beiden lateralen Seiten auf, einschließlich eines Bereichs, dessen Dicke der Dicke des Permanentmagneten gleich war, und wiesen einen Eingriffsteil auf, der auf der Seite des Zentrums des Rotorkerns vorgesehen war, um den Spalt und den Permanentmagneten miteinander in Eingriff zu bringen. Bei Beispiel 1 war der Eingriffsteil von der Mittelposition aus gesehen näher an der Außenseite des Buchstabens V, bei Beispiel 2 lag der Eingriffsteil an der Mittelposition des Permanentmagneten, und bei Beispiel 3 lag der Eingriffsteil von der Mittelposition des Permanentmagneten aus gesehen näher an der In-nenseite des Buchstabens V.
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4, 5, 6 und 7 zeigen die Permanentmagnetmodelle des Vergleichsbeispiels und der Beispiele 1, 2 und 3 in (a) und die Entmagnetisierungszeichnungen als ihre Analyseergebnisse in (b). In jeder Figur (b) zeigt der Teil, der mit dem Zeichen x angegeben ist, einen Teil der ein maximales Entmagnetisierungsfeld ergibt.
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Die Magnetmodelle hatten in der Draufsicht eine Dicke von 0,5 mm und eine Länge von 2,2 mm.
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Die folgende Tabelle 1 zeigt die Werte des maximalen Entmagnetisierungsfelds des Vergleichsbeispiels und der Beispiele 1, 2 und 3, und den Umfang der Verringerung des Entmagnetisierungsfelds der Beispiele 1, 2 und 3 aus dem Vergleichsbeispiel. [Tabelle 1]
| | Vergleichsbeisp. | Beisp. 1 | Beisp. 2 | Beisp. 3 |
| Maximales Entmagnetisierungsfeld (kOe) | 8,62 | 7,12 | 7,12 | 7,10 |
| Umfang der Entmagnetisierungsfeldverringerung (kOe) | - | –1,50 | –1,50 | –1,52 |
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Aus Tabelle 1 und 4 bis 7 geht hervor, dass das Vergleichsbeispiel ein großes Entmagnetisierungsfeld in beiden Eckbereichen des Permanentmagneten auf der Statorseite hatte, insbesondere im äußeren Eckbereich des Buchstabens V, und das maximale Entmagnetisierungsfeld war 8,62 kOe.
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In den Beispielen 1 und 2 waren die Werte des maximalen Entmagnetisierungsfelds dagegen auf 7,12 kOe verringert. In Beispiel 3, in dem der Eingriffsteil auf der Innenseite des Buchstabens V des Permanentmagneten lag, wurde gezeigt, dass der Wert weiter auf 7,10 kOe verringert war.
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Bei einem Vergleich der Umrisszeichnungen zwischen dem Vergleichsbeispiel und diesen Beispielen neigt das Entmagnetisierungsfeld dazu, sich an dem Teil der Eingriffsteile zu konzentrieren. Der Grund dafür ist, dass die konkave Nut, die am Permanentmagneten vorgesehen ist, den Abstand von der Fläche auf der Statorseite bis zur konkaven Nut kürzer macht als die Dicke des Permanentmagneten am anderen Teil, und daher konzentriert sich der Magnetfluss vom Stator wahrscheinlich in diesem Teil, und als Folge davon wird das Entmagnetisierungsfeld dort größer.
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Auf diese Weise kann der Eingriffsteil, der am Permanentmagneten und am Spalt des Rotors ausgebildet ist, nicht nur das Entmagnetisierungsfeld verringern, sondern auch die Verteilung des Entmagnetisierungsfelds im Permanentmagneten ändern. Ein Permanentmagnet, der so hergestellt ist, dass er eine Verteilung der Koerzitivfeldstärke aufweist, die dieser Entmagnetisierungsfeldverteilung entspricht, kann den Verbrauch an Dysprosium oder dergleichen minimieren, während die gewünschte Koerzitivfeldstärkenleistung bereitgestellt wird.
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Dies führt zu einer gesicherten Leistung und Qualität eines Permanentmagneten und einer Senkung der Herstellungskosten, was direkt zu einer gesicherten Leistung und Qualität eines Rotors, der diesen Permanentmagneten aufweist, und eines IPM-Motors, der diesen Rotor aufweist, und zu einer Senkung ihrer Herstellungskosten führt.
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Obwohl dies eine ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist, ist die spezielle Gestaltung nicht auf die oben aufgeführten Ausführungsformen beschränkt, und es sei klargestellt, dass wir mit der vorliegenden Erfindung Modifizierungen des Designs einschließen wollen, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 1a
- Spalt
- 1a', 1a''
- Spalt auf lateralen Seiten des Magneten
- 1b, 1b'
- Vorsprung
- 1c
- Konkave Nut
- 2
- Stator
- 3
- Spule
- 4, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E
- Magnet (Permanentmagnet)
- 4a, 4a'
- Konkave Nut
- 4b
- Vorsprung
- 5, 5A, 5B
- Eingriffsteil
- 6A, 6B
- Flussbarriere (Harz)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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