特許 7542717 回転子構造、モーター及び回転子加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】回転子構造、モーター及び回転子加工方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 19/14 20060101AFI20240823BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

H02K19/14 A

H02K1/22 Z

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023503213

(86)(22)【出願日】2021-07-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-08

(86)【国際出願番号】 CN2021107838

(87)【国際公開番号】W WO2022127110

(87)【国際公開日】2022-06-23

【審査請求日】2023-02-27

(31)【優先権主張番号】202011503752.1

(32)【優先日】2020-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】512306405

【氏名又は名称】グリー エレクトリック アプライアンシーズ インク オブ ズーハイ

【氏名又は名称原語表記】ＧＲＥＥ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＡＰＰＬＩＡＮＣＥＳ， ＩＮＣ． ＯＦ ＺＨＵＨＡＩ

【住所又は居所原語表記】Ｑｉａｎｓｈａｎ Ｊｉｎｊｉ Ｗｅｓｔ Ｒｏａｄ，Ｚｈｕｈａｉ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， ５１９０７０， Ｐ．Ｒ． ＣＨＩＮＡ

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】胡 余生

(72)【発明者】

【氏名】陳 彬

(72)【発明者】

【氏名】肖 勇

(72)【発明者】

【氏名】史 進飛

(72)【発明者】

【氏名】李 霞

(72)【発明者】

【氏名】張 志東

【審査官】稲葉 礼子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１６３６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１３２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２２１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０７２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８９６５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １９／１４

Ｈ０２Ｋ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子構造の軸方向に順次積層される複数の回転子シート（１００）であって、各前記回転子シート（１００）には、軸孔（２０）、第１スリット溝（１１１）、及び前記第１スリット溝（１１１）の両端に位置する第１充填溝（１２１）が設けられ、前記第１スリット溝（１１１）は前記回転子構造の直軸（３）の方向に沿って延伸し、前記軸孔（２０）の対向する両側に位置するスリット溝セグメント（１１１０）を備える複数の回転子シート（１００）と、
前記複数の回転子シート（１００）の軸孔（２０）を貫通する回転軸と、を備える回転子構造であって、
前記第１スリット溝（１１１）、前記第１充填溝（１２１）及び前記回転軸は第１磁気バリア層（１０１）を形成し、
前記第１磁気バリア層（１０１）の対向する両側にはいずれも１組の第２磁気バリア層（１０２）が設けられ、各組の前記第２磁気バリア層（１０２）には前記回転子構造の横軸（４）の方向に沿って配置される複数の前記第２磁気バリア層（１０２）が含まれ、前記第２磁気バリア層（１０２）は第２スリット溝（１１２）と、前記第２スリット溝（１１２）の両端に設けられる第２充填溝（１２２）とを備え、
各前記第２スリット溝（１１２）の幅は前記横軸（４）から前記第２スリット溝（１１２）の両端への方向において徐々に増加する、ことを特徴とする回転子構造。

【請求項2】

前記回転子構造は対をなして設けられる２つの回転子磁極（１０）を備え、及び／又は
前記回転軸は非磁性材料で製造され、及び／又は
前記回転軸の外周面は円筒状であるか、又は前記回転軸の外周面は部分的な円筒面を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項3】

前記スリット溝セグメント（１１１０）と前記軸孔（２０）との最小距離Ｌ１の値の範囲はσ≦Ｌ１≦５σであり、及び／又は
前記スリット溝セグメント（１１１０）とそれに隣接する前記第１充填溝（１２１）との最小距離Ｌ２の値の範囲は０．８σ≦Ｌ２≦２σ、又はＬ２＝０であり、
σは前記回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項4】

前記スリット溝セグメント（１１１０）と前記第１充填溝（１２１）内に同じ材料が充填されるか、又は
前記スリット溝セグメント（１１１０）は空気溝である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項5】

前記スリット溝セグメント（１１１０）は矩形であり、及び／又は
前記スリット溝セグメント（１１１０）の最小幅ｈ１の値の範囲は０．９ｈ２≦ｈ１≦１．１ｈ２であり、ｈ２は該スリット溝セグメント（１１１０）に隣接する第１充填溝（１２１）の幅である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項6】

前記スリット溝セグメント（１１１０）の最小幅ｈ１の値の範囲は、

【数7】

であり、Ｌ６は各組の前記第２磁気バリア層（１０２）のうち前記直軸（３）に最も近い第２磁気バリア層（１０２）の第２スリット溝（１１２）と前記直軸（３）との前記横軸（４）の方向に沿った最小垂直距離であり、及び／又は
各組の前記第２磁気バリア層（１０２）のうち前記直軸（３）に最も近い第２磁気バリア層（１０２）の第２スリット溝（１１２）と前記第１スリット溝（１１１）との前記横軸（４）の方向に沿った最小距離ｈ４の値の範囲はＬ７≦ｈ４≦１．６５Ｌ７であり、Ｌ７は前記軸孔（２０）と前記直軸（３）に最も近い第２磁気バリア層（１０２）との前記横軸（４）の方向に沿った最小距離である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項7】

同一の前記第２磁気バリア層（１０２）において、前記第２スリット溝（１１２）と前記第２充填溝（１２２）は間隔をあけて設けられ、間隔幅Ｌ３の値の範囲は０．８σ≦Ｌ３≦２σであり、σは前記回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、及び／又は
同一の前記第２磁気バリア層（１０２）において、前記第２充填溝（１２２）の最大幅と前記第２スリット溝（１１２）の最大幅との差は前記第２スリット溝（１１２）の最大幅の１０％以内である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項8】

各組の前記第２磁気バリア層（１０２）において、隣接する２つの前記第２磁気バリア層（１０２）間の最小距離Ｌ５は１．８ｈ３よりも大きく、ｈ３は隣接する２つの前記第２磁気バリア層（１０２）のうち寸法が小さい第２磁気バリア層（１０２）の第２スリット溝（１１２）の前記横軸（４）の方向に沿った最小幅である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項9】

各組の前記第２磁気バリア層（１０２）の前記第１磁気バリア層（１０１）から離れる側に第３磁気バリア層（１０３）が設けられ、前記第３磁気バリア層（１０３）は第３充填溝（１２３）から構成され、
前記第３充填溝（１２３）が前記回転子構造の中心軸線（２）に対して占める角度αの値の範囲は０．０５τ≦α≦０．３τであり、τ＝１８０°／ｐであり、ｐは前記回転子構造の極対数である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項10】

各組の第２磁気バリア層（１０２）において、前記第２磁気バリア層（１０２）の第２スリット溝（１１２）の幅の和と前記軸孔（２０）から前記回転子構造の外周面までの幅との比は０．３～０．５である、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項11】

前記第１充填溝（１２１）及び前記第２充填溝（１２２）はいずれも前記回転子構造の外周面に延伸しており、及び／又は
前記第１充填溝（１２１）及び前記第２充填溝（１２２）内にいずれもアルミニウム又はアルミニウム合金が充填される、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項12】

前記第１充填溝（１２１）及び前記第２充填溝（１２２）の溝口はその端部のそれに隣接する前記直軸（３）に近い側に位置するか、又は前記第１充填溝（１２１）及び前記第２充填溝（１２２）の溝口はその端部の中央部に位置し、
前記第１充填溝（１２１）及び前記第２充填溝（１２２）の端部のそれに近い前記直軸（３）から離れる側又は前記第１充填溝（１２１）及び前記第２充填溝（１２２）の端部の両側に斜め切り面（１２０）が設けられ、前記斜め切り面（１２０）は対応する前記第１充填溝（１２１）又は前記第２充填溝（１２２）の溝口縁に接続され、
前記斜め切り面（１２０）と前記第１充填溝（１２１）又は前記第２充填溝（１２２）の該斜め切り面（１２０）に接続される溝壁面との夾角はβであり、１２５°≦β≦１６５°であり、
前記第１充填溝（１２１）及び／又は前記第２充填溝（１２２）の溝口幅はＬ４であり、
０．５σ≦Ｌ４≦４σであり、σは前記回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、及び／又は
前記第１充填溝（１２１）及び／又は前記第２充填溝（１２２）の溝口幅Ｌ４は該第１充填溝（１２１）又は第２充填溝（１２２）の最大厚さｗよりも小さく、
前記溝口幅Ｌ４の値の範囲は０．１ｗ≦Ｌ４≦０．７ｗである、ことを特徴とする請求項１に記載の回転子構造。

【請求項13】

固定子と、請求項１に記載の回転子構造と、を備える、ことを特徴とするモーター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はモーターの分野に関し、具体的には、回転子構造、モーター及び回転子加工方法に関する。

【0002】

本開示は、出願番号が２０２０１１５０３７５２．１、出願日が２０２０年１２月１７日の中国出願をもとにその優先権を主張し、ここでは該中国出願の開示内容は全体として本開示に組み込まれている。

【背景技術】

【0003】

自己始動同期リラクタンスモーターは、同期リラクタンスモーターをもとに、非同期モーターの利点と組み合わせ、回転子バーで発生する非同期トルクによって自己始動を実現する。同期リラクタンスモーターと比較して、自己始動同期リラクタンスモーターは周波数変換器による駆動が不要になり、モーターシステムの損失が低減され、モーターの効率が向上する。非同期モーターと比較して、自己始動同期リラクタンスモーターは、定速動作を実現でき、回転子損失が低く、動作時の効率が高い。非同期始動永久磁石同期モーターと比較して、自己始動同期リラクタンスモーターは永久磁石材料を使用せず、モーターのコストが低く、永久磁石の消磁問題がない。

【0004】

発明者に知られている技術では、自己始動型同期誘導電動機のスリット部は直線形状であり、回転子の中心に軸孔があり、ｄ軸回転子の内部空間が非常に大きく、その結果、回転子の空間利用率が低く、回転子部分の飽和度が高く、モーターの効率が低くなる。

【発明の概要】

【0005】

本開示の主な目的は、従来技術におけるモーターの効率が低い問題を解決するために、回転子構造、モーター及び回転子加工方法を提供することである。

【0006】

本開示の第１態様によれば、
回転子構造の軸方向に順次積層される複数の回転子シートであって、各回転子シートには、軸孔、第１スリット溝、及び第１スリット溝の両端に位置する第１充填溝が設けられ、第１スリット溝は回転子構造の直軸の方向に沿って延伸しており、軸孔の対向する両側に位置するスリット溝セグメントを備える複数の回転子シートと、
複数の回転子シートの軸孔を貫通する回転軸と、を備え、
第１スリット溝、第１充填溝及び回転軸は第１磁気バリア層を形成する、回転子構造を提供する。

【0007】

いくつかの実施例では、回転子構造は対をなして設けられる２つの回転子磁極を備え、及び／又は回転軸は非磁性材料で製造され、及び／又は回転軸の外周面は円筒状であるか、又は回転軸の外周面は部分的な円筒面を含む。

【0008】

いくつかの実施例では、スリット溝セグメントと軸孔との最小距離Ｌ１の値の範囲はσ≦Ｌ１≦５σであり、及び／又はスリット溝セグメントとそれに隣接する第１充填溝との最小距離Ｌ２の値の範囲は０．８σ≦Ｌ２≦２σ、又はＬ２＝０であり、σは回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅である。

【0009】

いくつかの実施例では、スリット溝セグメントと第１充填溝内に同じ材料が充填されるか、又はスリット溝セグメントは空気溝である。

【0010】

いくつかの実施例では、スリット溝セグメントは矩形であり、及び／又はスリット溝セグメントの最小幅ｈ１の値の範囲は０．９ｈ２≦ｈ１≦１．１ｈ２であり、ｈ２は該スリット溝セグメントに隣接する第１充填溝の幅である。

【0011】

いくつかの実施例では、第１磁気バリア層の対向する両側にはいずれも１組の第２磁気バリア層が設けられ、各組の第２磁気バリア層には回転子構造の横軸の方向に沿って配置される複数の第２磁気バリア層が含まれ、第２磁気バリア層は第２スリット溝と、第２スリット溝の両端に設けられる第２充填溝とを備える。

【0012】

いくつかの実施例では、スリット溝セグメントの最小幅ｈ１の値の範囲は

【数1】

であり、Ｌ６は各組の第２磁気バリア層のうち直軸に最も近い第２磁気バリア層の第２スリット溝と直軸との横軸の方向に沿った最小垂直距離であり、及び／又は各組の第２磁気バリア層のうち直軸に最も近い第２磁気バリア層の第２スリット溝と第１スリット溝との横軸の方向に沿った最小距離ｈ４の値の範囲はＬ７≦ｈ４≦１．６５Ｌ７であり、Ｌ７は軸孔と直軸に最も近い第２磁気バリア層との横軸の方向に沿った最小距離である。

【0013】

いくつかの実施例では、同一の第２磁気バリア層において、第２スリット溝と第２充填溝は間隔をあけて設けられ、間隔幅Ｌ３の値の範囲は０．８σ≦Ｌ３≦２σであり、σは回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、及び／又は同一の第２磁気バリア層において、第２充填溝の最大幅と第２スリット溝の最大幅との差は第２スリット溝の最大幅の１０％以内である。

【0014】

いくつかの実施例では、各組の第２磁気バリア層において、隣接する２つの第２磁気バリア層間の最小距離Ｌ５は１．８ｈ３よりも大きく、ｈ３は隣接する２つの第２磁気バリア層のうち寸法が小さい第２磁気バリア層の第２スリット溝の横軸の方向に沿った最小幅である。

【0015】

いくつかの実施例では、各第２スリット溝の幅は横軸から第２スリット溝の両端への方向において徐々に増加する。

【0016】

いくつかの実施例では、各組の第２磁気バリア層の第１磁気バリア層から離れる側に第３磁気バリア層が設けられ、第３磁気バリア層は第３充填溝から構成される。

【0017】

いくつかの実施例では、第３充填溝が回転子構造の中心軸線に対して占める角度αの値の範囲は０．０５τ≦α≦０．３τであり、τ＝１８０°／ｐであり、ｐは回転子構造の極対数である。

【0018】

いくつかの実施例では、各組の第２磁気バリア層において、第２磁気バリア層の第２スリット溝の幅の和と軸孔から回転子構造の外周面までの幅との比は０．３～０．５である。

【0019】

いくつかの実施例では、第１充填溝及び第２充填溝はいずれも回転子構造の外周面に延伸しており、及び／又は第１充填溝及び第２充填溝内にいずれもアルミニウム又はアルミニウム合金が充填される。

【0020】

いくつかの実施例では、第１充填溝及び第２充填溝の溝口はその端部のそれに隣接する直軸に近い側に位置するか、又は第１充填溝及び第２充填溝の溝口はその端部の中央部に位置する。

【0021】

いくつかの実施例では、第１充填溝及び第２充填溝の端部のそれに近い直軸から離れる側又は第１充填溝及び第２充填溝の端部の両側に斜め切り面が設けられ、斜め切り面は対応する第１充填溝又は第２充填溝の溝口縁に接続される。

【0022】

いくつかの実施例では、斜め切り面と第１充填溝又は第２充填溝の該斜め切り面に接続される溝壁面との夾角はβであり、１２５°≦β≦１６５°である。

【0023】

いくつかの実施例では、第１充填溝及び／又は第２充填溝の溝口幅はＬ４であり、０．５σ≦Ｌ４≦４σであり、σは回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、及び／又は第１充填溝及び／又は第２充填溝の溝口幅Ｌ４は該第１充填溝又は第２充填溝の最大厚さｗよりも小さい。

【0024】

いくつかの実施例では、第１充填溝及び／又は第２充填溝の溝口幅Ｌ４の値の範囲は０．１ｗ≦Ｌ４≦０．７ｗであり、ｗは該第１充填溝又は第２充填溝の最大厚さである。

【0025】

いくつかの実施例では、同一の第２磁気バリア層において、回転子シートの端面における該第２磁気バリア層の第２スリット溝及び第２充填溝の面積の和に対する回転子シートの端面における第２充填溝の面積の割合は４０％よりも大きい。

【0026】

いくつかの実施例では、同一の第１磁気バリア層において、回転子シートの端面における該第１磁気バリア層の第１スリット溝及び第１充填溝の面積の和に対する回転子シートの端面における第１充填溝の面積の割合は３０％よりも大きい。

【0027】

本開示の第２態様によれば、固定子と、前記回転子構造とを備えるモーターを提供する。

【0028】

本開示の第３態様によれば、前記回転子構造を加工するための回転子加工方法を提供し、回転子加工方法は、回転子構造の外周面よりも大きい外周面を有する回転子鉄心を用意し、回転子構造の充填溝の溝口と回転子鉄心の外周面との間に一時リブを形成するステップと、充填溝内に被充填材を充填し、端絡環を取り付けるステップと、一時リブを除去して回転子構造を形成するステップと、を含む。

【0029】

本開示の技術的解決手段によれば、本開示の回転子構造は自己始動同期リラクタンスモーターの回転子構造であり、回転子構造は順次積層される複数の回転子シートを備え、回転子シートに、第１スリット溝、第１充填溝及び軸孔が設けられる。第１スリット溝は回転子構造の直軸の方向に沿って延伸しており、２つの第１充填溝は第１スリット溝の延伸方向に沿った両端に位置し、第１スリット溝、第１充填溝、及び軸孔内に穿設される回転軸は第１磁気バリア層を形成する。本開示の回転子構造はモーターの突極差を増加させ、モーターの出力トルクを向上させ、モーターの効率を向上させることができ、従来技術におけるモーターの効率が低い問題を解決するだけでなく、回転子構造を加工するための回転子鉄心の空間利用率を高め、モーターの始動能力を向上させることができる。

【0030】

本願の一部を構成する明細書の図面は本開示のさらなる理解を提供するためのものであり、本開示の例示的な実施例及びその説明は本開示を解釈することに用いられるが、本開示に対する不適切な限定を構成しない。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本開示に係る回転子構造の第１実施例の構造模式図を示す。

【図2】本開示に係る回転子構造の回転子シートの第１実施例の構造模式図を示す。

【図3】本開示に係る回転子構造の回転子シートの第２実施例の構造模式図を示す。

【図4】本開示の回転子構造を備えたモーターの出力トルクと関連技術の回転子構造を備えたモーターの出力トルクとの経時的変化の比較図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

なお、矛盾しない限り、本願の実施例及び実施例の特徴を互いに組み合わせることができる。以下、図面及び実施例を参照して本開示を詳細に説明する。

【0033】

図１～図３に示すように、本開示は回転子構造を提供し、回転子構造は、回転軸と、回転子構造の軸方向に順次積層される複数の回転子シート１００とを備え、各回転子シートには回転軸が貫通する軸孔２０が設けられ、回転子シート１００には、第１スリット溝１１１、及び第１スリット溝１１１の両端に位置する第１充填溝１２１が設けられ、第１スリット溝１１１は軸孔２０の対向する両側に位置するスリット溝セグメント１１１０を備え、第１スリット溝１１１、第１充填溝１２１、及び軸孔２０内に穿設される回転軸は第１磁気バリア層１０１を形成し、第１スリット溝１１１は回転子構造の直軸３の方向に沿って延伸している。

【0034】

本開示の回転子構造は自己始動同期リラクタンスモーターの回転子構造であり、回転子構造は順次積層される複数の回転子シート１００を備え、回転子シート１００に第１スリット溝１１１、第１充填溝１２１及び軸孔２０が設けられる。第１スリット溝１１１は回転子構造の直軸３の方向に沿って延伸しており、２つの第１充填溝１２１は第１スリット溝１１１の延伸方向に沿った両端に位置し、第１スリット溝１１１、第１充填溝１２１、及び軸孔２０内に穿設される回転軸は第１磁気バリア層１０１を形成し、軸孔２０は第１磁気バリア層１０１をセグメント化された２つの部分に分割する。本開示の回転子構造はモーターの突極差を増加させ、モーターの出力トルクを向上させ、モーターの効率を向上させることができ、従来技術におけるモーターの効率が低い問題を解決するだけでなく、回転子構造を加工するための回転子鉄心の空間利用率を高め、モーターの始動能力を向上させることができる。

【0035】

自己始動同期リラクタンスモーターでは、回転子の磁場方向は直軸３であり、ｄ軸とも呼ばれ、横軸４は直軸３に対して９０°の電気角をなし、ｑ軸とも呼ばれる。

【0036】

磁気バリアは磁束バリアであり、磁力線の通過を阻止する構造であり、同一の回転子磁極１０において隣接する２つの磁束バリアの間に磁気チャンネルが形成され、磁束バリアは中空の空気溝又はほかの非磁性材料を溝内に充填することによって構成される。

【0037】

具体的には、回転子構造は対をなして設けられる２つの回転子磁極１０から構成され、及び／又は回転軸は非磁性材料で製造され、及び／又は回転軸の外周面は円筒状であるか、又は回転軸の外周面の一部の表面は円筒面から部分的に構成される。

【0038】

本開示の回転子構造は２つの対称な回転子磁極１０を備え、回転子構造の軸孔２０内に穿設される回転軸は非磁性材料で製造され、回転軸の外周面の少なくとも一部の表面は円筒状であり、上記形状の回転軸によって第１磁気バリア層１０１と軸孔２０に最も近い第２磁気バリア層１０２との間の磁気チャンネルの幅を増加させることができる。

【0039】

図２に示すように、スリット溝セグメント１１１０と軸孔２０との最小距離Ｌ１の値の範囲はσ≦Ｌ１≦５σであり、及び／又はスリット溝セグメント１１１０とそれに隣接する第１充填溝１２１との最小距離Ｌ２の値の範囲は０．８σ≦Ｌ２≦２σ、又はＬ２＝０であり、σは回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅である。

【0040】

スリット溝セグメント１１１０は軸孔２０の両側に位置し、スリット溝セグメント１１１０と軸孔２０との接続部位における接続リブの機械的強度を確保するとともに、回転子鉄心の空間を最大限に利用するために、スリット溝セグメント１１１０と回転軸との最小距離はＬ１であり、Ｌ１はσ≦Ｌ１≦５σを満たす必要があり、σは回転子構造を備えたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅である。

【0041】

スリット溝セグメント１１１０とそれに隣接する第１充填溝１２１との最小距離はＬ２であり、Ｌ２は０．８σ≦Ｌ２≦２σ又はＬ２＝０を満たす必要があり、即ち、スリット溝セグメント１１１０とそれに隣接する第１充填溝１２１は互いに間隔をあけるか又は互いに接続されるようにしてもよい。

【0042】

いくつかの実施例では、スリット溝セグメント１１１０と第１充填溝１２１内に同じ材料が充填されるか、又はスリット溝セグメント１１１０は空気溝である。

【0043】

スリット溝セグメント１１１０が空気溝である場合、スリット溝セグメント１１１０とそれに隣接する第１充填溝１２１は互いに間隔をあけており、スリット溝セグメント１１１０と第１充填溝１２１との距離Ｌ２を制御することで、回転子鉄心の機械的強度を確保し、スリット溝セグメント１１１０と第１充填溝１２１との間の磁気漏れを低減させることができる。

【0044】

スリット溝セグメント１１１０、第１充填溝１２１及び非磁性回転軸から構成される第１磁気バリア層１０１はセグメント化された磁気バリア層であり、スリット溝セグメント１１１０と第１充填溝１２１内に同じ充填材が充填される場合、スリット溝セグメント１１１０と第１充填溝１２１が互いに接続され、第１磁気バリア層１０１はモーターの突極差を増加させることができ、以下の式（１）に示す通りであり、突極差はモーターのｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差であり、大きな突極差によってモーターのトルク出力能力を向上させることができる。

【0045】

【数2】

式（１）では、Ｔｅｍは電磁トルク、ｐはモーターの極対数、Ｌｄはモーターのｄ軸インダクタンス、Ｌｑはモーターのｑ軸インダクタンス、ｉｓは固定子電流、ｉｄはモーターのｄ軸電流、ｉｑはモーターのｑ軸電流、βは電流角である。

【0046】

また、第１磁気バリア層１０１のスリット溝セグメント１１１０に第１充填溝１２１内のものと同じ充填材を充填できる場合、ｄ軸充填溝の面積を増加させ、ｄ軸抵抗を低減させることができる。以下の式（２）に示す通りである。

【0047】

【数3】

式（２）では、Ｔｅ－ａｖｅは平均電磁トルク、Ｐはモーターの磁極対数、ＳＳＹＮＣはスリップ率、ωはモーターの電気角速度、ＶＳは入力側電圧実効値であり、Ｒｒｄ、Ｒｒｑはそれぞれ回転子ｄ軸抵抗及びｑ軸抵抗であり、Ｌｍｄ、Ｌｍｑはそれぞれ固定子のｄ軸励磁インダクタンス及びｑ軸励磁インダクタンスであり、Ｌｄｓ、Ｌｑｓはそれぞれ固定子のｄ軸漏れインダクタンス及びｑ軸漏れインダクタンスである。

【0048】

固定子のｄ軸漏れインダクタンスＬｄｓと固定子のｑ軸漏れインダクタンスＬｑｓが近いが、固定子のｄ軸励磁インダクタンスＬｍｄが固定子のｑ軸励磁インダクタンスＬｍｑよりもはるかに大きいため、

【数4】

である。従って、ｄ軸抵抗Ｒｒｄを低減させることはモーターの始動時の平均電磁トルクＴｅ－ａｖｅをより効果的に向上させる方法である。第１磁気バリア層１０１のスリット溝セグメント１１１０に第１充填溝１２１内のものと同じ充填材を充填することで、ｄ軸充填溝の面積を増加させ、ｄ軸抵抗を低減させることができ、それによってモーターの始動中の平均電磁トルクＴｅ－ａｖｅを増加させ、モーターの始動能力を向上させる。

【0049】

図２に示すように、スリット溝セグメント１１１０は矩形であり、及び／又はスリット溝セグメント１１１０の最小幅ｈ１の値の範囲は０．９ｈ２≦ｈ１≦１．１ｈ２であり、ｈ２は該スリット溝セグメント１１１０に隣接する第１充填溝１２１の幅である。

【0050】

いくつかの実施例では、スリット溝セグメント１１１０の形状は矩形又はほかの形状である。

【0051】

具体的には、スリット溝セグメント１１１０の幅の最小値はｈ１であり、スリット溝セグメント１１１０に隣接する第１充填溝１２１の最大幅はｈ２であり、ｈ１とｈ２は０．９ｈ２≦ｈ１≦１．１ｈ２を満たす必要があり、それによって直軸３の方向に沿って延伸し且つスリット溝セグメント１１１０に近い透磁チャンネルの面積を増加させ、回転子構造の磁路のリラクタンスを低減させ、回転子部分の磁路をより滑らかにする。

【0052】

図２に示すように、第１磁気バリア層１０１の対向する両側にはいずれも１組の第２磁気バリア層１０２が設けられ、各組の第２磁気バリア層１０２には回転子構造の横軸４の方向に沿って配置される複数の第２磁気バリア層１０２が含まれ、第２磁気バリア層１０２は第２スリット溝１１２と、第２スリット溝１１２の両端に設けられる第２充填溝１２２とを備える。

【0053】

第１磁気バリア層１０１はセグメント化された磁気バリア層であり、即ち、第１磁気バリア層１０１の第１スリット溝１１１は軸孔２０によって直軸の方向に沿う２つのスリット溝セグメント１１１０に分けられ、複数の第２磁気バリア層１０２はいずれも連続式磁気バリア層であり、即ち、第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２は連続したものであり、複数の第２磁気バリア層１０２はそれぞれ軸孔２０の両側に位置し、且つ横軸４の方向に分布している。

【0054】

いくつかの実施例では、スリット溝セグメント１１１０の最小幅ｈ１の値の範囲は

【数5】

であり、Ｌ６は各組の第２磁気バリア層１０２のうち直軸３に最も近い第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２と直軸３との横軸４の方向に沿った最小垂直距離であり、及び／又は各組の第２磁気バリア層１０２のうち直軸３に最も近い第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２と第１スリット溝１１１との横軸４の方向に沿った最小値ｈ４の値の範囲はＬ７≦ｈ４≦１．６５Ｌ７であり、Ｌ７は軸孔２０と直軸３に最も近い第２磁気バリア層１０２との横軸４の方向に沿った最小距離である。

【0055】

スリット溝セグメント１１１０の幅の最小値ｈ１はさらに

【数6】

を満たす必要があり、Ｌ６は軸孔２０に最も近い第２磁気バリア層１０２と直軸３との横軸４の方向に沿った最小垂直距離である。このように、直軸３の方向に沿って延伸し且つスリット溝セグメント１１１０に近い磁気チャンネルの面積を確保でき、それによって回転子構造の直軸３の方向に沿った磁路が滑らかであることを確保し、回転子構造の磁束密度の飽和度を低減させ、回転子構造の磁束密度分布をより均一にする。

【0056】

複数の第２磁気バリア層１０２のうち軸孔２０に最も近い第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２と第１磁気バリア層１０１のスリット溝セグメント１１１０との横軸４の方向に沿った最小距離はｈ４であり、軸孔２０と軸孔２０に最も近い第２磁気バリア層１０２との横軸４の方向に沿った最小距離はＬ７であり、ｈ４はＬ７≦ｈ４≦１．６５Ｌ７を満たす必要があり、このように、軸孔２０に最も近い第２磁気バリア層１０２と第１磁気バリア層１０１との間の磁気チャンネルが滑らかであることを確保できる。

【0057】

いくつかの実施例では、同一の第２磁気バリア層１０２において、第２スリット溝１１２と第２充填溝１２２は間隔をあけて設けられ、間隔幅Ｌ３の値の範囲は０．８σ≦Ｌ３≦２σであり、σは回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、及び／又は同一の第２磁気バリア層１０２において、第２充填溝１２２の最大幅と第２スリット溝１１２の最大幅との差は第２スリット溝１１２の最大幅の１０％以内である。

【0058】

各第２スリット溝１１２と対応する第２充填溝１２２はともに回転子構造の各第２磁気バリア層１０２を構成し、各第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２と対応する第２充填溝１２２はいずれも間隔をあけて設けられ、該間隔の幅Ｌ３は０．８σ≦Ｌ３≦２σを満たす必要があり、σは回転子構造を備えたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、第２スリット溝１１２と第２充填溝１２２は滑らかに接続され、各第２磁気バリア層１０２において第２スリット溝１１２の最大幅と第２充填溝１２２の最大幅との差は第２スリット溝１１２の最大幅の１０％以内であり、第２スリット溝１１２の最大幅とは、第２スリット溝１１２の横軸４の方向に沿った最大寸法であり、第２充填溝１２２の最大幅とは、第２充填溝１２２の横軸４の方向に沿った最大寸法である。

【0059】

このように、一方では、回転子構造の機械的強度を確保し、第２スリット溝１１２と対応する第２充填溝１２２との間の磁気漏れを低減させることができ、他方では、第２スリット溝１１２と対応する第２充填溝１２２との間の幅を制御することで回転子構造の磁路のリラクタンスを低減させ、回転子構造の磁気チャンネルをより滑らかにすることができる。

【0060】

いくつかの実施例では、各組の第２磁気バリア層１０２において、隣接する２つの第２磁気バリア層１０２間の最小距離Ｌ５は１．８ｈ３よりも大きく、ｈ３は隣接する２つの第２磁気バリア層１０２のうち寸法が小さい第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２の横軸４の方向に沿った最小幅である。

【0061】

１つの回転子磁極１０において隣接する２つの第２磁気バリア層１０２間の最小距離はＬ５であり、隣接する２つの第２磁気バリア層１０２のうち寸法が小さい第２磁気バリア層１０２の横軸４の方向に沿った最小幅はｈ３であり、Ｌ５は１．８ｈ３よりも大きい必要がある。

【0062】

このように、一方では、回転子構造の加工の困難性を低減させることができ、他方では回転子構造の磁束密度分布の均一度を確保し、回転子の磁束密度の飽和度を低減させることもできる。

【0063】

いくつかの実施例では、各第２スリット溝１１２の幅は横軸４から第２スリット溝１１２の両端への方向において徐々に増加する。

【0064】

各第２磁気バリア層１０２において第２スリット溝１１２の幅は第２スリット溝１１２の中間（即ち、横軸４）からその両端へ徐々に増加し、第２スリット溝１１２の幅とは、第２スリット溝１１２の横軸４の方向に沿った寸法である。

【0065】

図２及び図３に示すように、各組の第２磁気バリア層１０２の第１磁気バリア層１０１から離れる側に第３磁気バリア層１０３が設けられ、第３磁気バリア層１０３は第３充填溝１２３から構成される。

【0066】

１つの回転子磁極１０は第３磁気バリア層１０３をさらに備え、第３磁気バリア層１０３も連続式磁気バリア層であり、第３磁気バリア層１０３は各組の第２磁気バリア層１０２の第１磁気バリア層１０１から離れる側に位置し、第３磁気バリア層１０３は第３充填溝１２３を備える。

【0067】

具体的には、第３充填溝１２３が回転子構造の中心軸線２に対して占める角度αの値の範囲は０．０５τ≦α≦０．３τであり、τ＝１８０°／ｐであり、ｐは回転子構造の極対数である。

【0068】

第３磁気バリア層１０３の第３充填溝１２３は独立した充填溝であり、第３充填溝１２３が回転子構造の中心軸線２に対して占める角度はαであり、αは０．０５τ≦α≦０．３τを満たす必要があり、いくつかの実施例では、αは０．１５τ≦α≦０．２６τを満たし、τは極距離角であり、即ち、τ＝１８０°／ｐであり、ｐは回転子の極対数である。

【0069】

第３充填溝１２３は第３磁気バリア層１０３の一部としてモーターの突極比を高めることができるだけでなく、モーターの回転子構造の充填溝の面積を増加させ、モーターの始動能力を向上させることができる一方、第３充填溝１２３が占める角度αが大きすぎると、モーターの非同期トルクが低減され、モーターの始動能力が低下してしまう。

【0070】

いくつかの実施例では、各組の第２磁気バリア層１０２において、第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２の幅の和と軸孔２０から回転子構造の外周面までの幅との比は０．３～０．５である。

【0071】

図２に示すように、本開示の回転子構造において、１つの回転子磁極１０は４つの第２磁気バリア層１０２と１つの第３磁気バリア層１０３とを備え、回転子構造の直軸３から離れる方向に沿って、４つの第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２と１つの第３磁気バリア層１０３の第３充填溝１２３の幅は順にｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４及びｍ５であり、複数の第２磁気バリア層１０２と第３磁気バリア層１０３の回転子シート１００の径方向に沿った最小寸法の和は（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４＋ｍ５）であり、回転子シート１００の軸孔２０から回転子シート１００の外周面までの幅とは、回転子シート１００の軸孔２０から回転子シート１００の外周面までの最短距離ｍ６であり、（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４＋ｍ５）／ｍ６＝０．３～０．５である。

【0072】

磁気バリア層１別に適切な割合を選択することで、十分な磁気バリア層１の幅を確保し、横軸磁束を効果的に阻止することができるだけでなく、適切な磁気チャンネルを確保し、磁路の過飽和を防止し、直軸磁束を増加させ、モーターの突極比を増加させることができる。

【0073】

具体的には、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２はいずれも回転子構造の外周面に延伸しており、及び／又は第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２内にいずれもアルミニウム又はアルミニウム合金が充填される。

【0074】

回転子構造の複数の充填溝のうち第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２は開溝であり、即ち、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の溝口は回転子シート１００の外周面に設けられ、第３充填溝１２３は閉溝である。

【0075】

充填溝は第１充填溝１２１、第２充填溝１２２及び第３充填溝１２３を備え、内部には、好ましくはアルミニウム又はアルミニウム合金のような導電性非磁性材料が充填され、充填溝内の充填材は回転子構造の両端に位置する端絡環２００によって自己短絡接続を形成し、かつかご形構造を構成し、端絡環２００の材料は充填溝内の充填材と同じである。このように、該構造はモーター始動段階では非同期トルクを提供でき、それによって自己始動同期リラクタンスモーターの自己始動を実現する。

【0076】

いくつかの実施例では、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の溝口はその端部のそれに隣接する直軸３に近い側に位置するか、又は第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の溝口はその端部の中央部に位置する。

【0077】

図２及び図３に示すように、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の溝口の幅は対応する第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の幅よりも小さい。第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の溝口は対応する第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の回転子シート１００の外周面に近い端部に位置し、且つ対応する第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２のそれに隣接する直軸３に近い側に位置するか、又は第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の溝口は対応する第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の回転子シート１００の外周面に近い端部に位置し、且つ該端部の中央部に位置する。

【0078】

いくつかの実施例では、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の端部のそれに近い直軸３から離れる側又は第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の端部の両側に斜め切り面１２０が設けられ、斜め切り面１２０は対応する第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の溝口縁に接続される。

【0079】

具体的には、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の端部の直軸３から離れる側又は第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の端部の中央部の両側に斜め切り面１２０が設けられ、斜め切り面１２０は対応する第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の溝口に接続され、第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２との半開溝構造を形成する。斜め切り面１２０が設けられることで、回転子構造の外周面に近い第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２間の磁気チャンネルを広くし、直軸磁束は斜め切り面１２０を経由して固定子にスムーズに入ることができ、直軸磁束に対する第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２の溝口の影響を低減させ、直軸インダクタンスを確保し、また、斜め切り面１２０はさらに磁束分布を改善し、磁束変化を遅くし、固定子スロットとの相互作用によるトルク脈動を低減させ、モーターの振動ノイズを低減させることができる。また、溝口が設けられることで、横軸磁束の流れを効果的に阻止し、横軸インダクタンスを低減させ、直軸と横軸とのインダクタンス差を増加させ、モーターの出力トルク及び効率を向上させることができる。

【0080】

いくつかの実施例では、斜め切り面１２０と第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の該斜め切り面１２０に接続される溝壁面との夾角はβであり、１２５°≦β≦１６５°である。斜め切り面１２０は直軸インダクタンスに対する対応する第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の溝口の影響を低減させ、直軸磁力線が固定子にスムーズに入ってトルクを発生させることを可能にし、また、斜め切り面１２０はモーターのインダクタンスの急変を低減させ、リラクタンストルク脈動を低減させることができる。

【0081】

図２に示すように、第１充填溝１２１及び／又は第２充填溝１２２の溝口幅はＬ４であり、０．５σ≦Ｌ４≦４σであり、σは回転子構造で形成されたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、及び／又は第１充填溝１２１及び／又は第２充填溝１２２の溝口幅Ｌ４は該第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の最大厚さｗよりも小さい。

【0082】

第１充填溝１２１及び／又は第２充填溝１２２の溝口幅はＬ４であり、Ｌ４は０．５σ≦Ｌ４≦４σを満たし、σは回転子構造を備えたモーターの固定子内径と回転子外径の間の空隙幅であり、いくつかの実施例では、第１充填溝１２１及び／又は第２充填溝１２２の溝口幅Ｌ４は１．５σ≦Ｌ４≦３σを満たす。

【0083】

いくつかの実施例では、第１充填溝１２１及び／又は第２充填溝１２２の溝口幅Ｌ４の値の範囲は０．１ｗ≦Ｌ４≦０．７ｗであり、ｗは該第１充填溝１２１又は第２充填溝１２２の最大厚さである。このように、第１充填溝１２１及び／又は第２充填溝１２２の適切な溝口幅を選択することで、モーターの最適なインダクタンス差を得ることに寄与して、モーターの動作効率を高める。

【0084】

具体的には、同一の第２磁気バリア層１０２において、回転子シート１００の端面における該第２磁気バリア層１０２の第２スリット溝１１２及び第２充填溝１２２の面積の和に対する回転子シート１００の端面における第２充填溝１２２の面積の割合は４０％よりも大きい。

【0085】

同一の第２磁気バリア層１０２において、第２充填溝１２２の面積と対応する第２磁気バリア層１０２の面積との比は４０％よりも大きく、いくつかの実施例では、第２充填溝１２２の面積と対応する第２磁気バリア層１０２の面積との比の範囲は４０％～６０％であり、それによってモーターの十分な自己始動能力を確保する。

【0086】

具体的には、同一の第１磁気バリア層１０１において、回転子シート１００の端面における該第１磁気バリア層１０１の第１スリット溝１１１及び第１充填溝１２１の面積の和に対する回転子シート１００の端面における第１充填溝１２１の面積の割合は３０％よりも大きい。

【0087】

同一の第１磁気バリア層１０１において、第１充填溝１２１の面積と対応する第１磁気バリア層１０１の面積との比は３０％よりも大きく、いくつかの実施例では、第１充填溝１２１の面積と対応する第１磁気バリア層１０１の面積との比の範囲は３０％～１００％であり、それによってモーターの負荷始動能力を向上させる。

【0088】

本開示の第２態様によれば、モーターを提供し、固定子と、回転子とを備え、回転子は上記回転子構造である。

【0089】

本開示の第３態様によれば、上記回転子構造を加工するための回転子加工方法を提供し、回転子加工方法は、回転子構造の外周面よりも大きい外周面を有する回転子鉄心を用意し、回転子構造の充填溝の溝口と回転子鉄心の外周面との間に一時リブを形成するステップと、充填溝内に被充填材を充填し、端絡環２００を取り付けるステップと、一時リブを除去して回転子構造を形成するステップと、を含む。

【0090】

本開示の回転子加工方法は具体的には以下の通りである。

【0091】

まず、上記回転子シート１００の外周面の直径よりもやや大きい回転子鉄心を製造し、このとき、充填溝の溝口が密閉し、充填溝の溝口に対応する位置には充填溝と回転子鉄心の外周面とを隔てる一時リブがある。

【0092】

その後、充填溝内に材料を充填し、充填した材料を回転子鉄心の軸方向の両側に位置する端絡環２００と溶接してかご形構造を形成する。

【0093】

最後に、旋削等の加工方法によって一時リブを除去して充填溝溝口の半開放構造を形成し、それによって図１に示す回転子構造を製造する。

【0094】

図４に示すように、本開示の回転子構造を備えたモーターの出力トルクと従来技術の回転子構造を備えたモーターの出力トルクとの経時的変化の比較図からわかるように、本開示の回転子構造を備えたモーターの出力トルクは従来技術の回転子構造を備えたモーターの出力トルクよりも大幅に増加し、本開示の回転子構造はモーターの出力トルクを増加させることができる。

【0095】

本開示の特定実施形態では、スリット溝セグメント１１１０とそれに隣接する第１充填溝１２１は互いに間隔をあけるか又は接続され、第３磁気バリア層１０３は独立した充填溝であってもよいし、充填溝とスリット溝との組合せであってもよく、スリット溝セグメント１１１０の形状は矩形又はほかの規則的や不規則的な形状であってもよく、軸孔２０の形状はすべて円形であるか又は部分的に円形であってもよく、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２は開溝であってもよいし、閉溝であってもよく、第１充填溝１２１及び第２充填溝１２２が開溝である場合、溝口の位置は対応する充填溝の端部のそれに隣接する直軸３に近い側又は対応する充填溝の端部の中間位置又は両方にあってもよい。

【0096】

以上の説明からわかるように、本開示の上記実施例は以下の技術的効果を実現する。

【0097】

（１）回転子構造の直軸３の方向にセグメント化された第１磁気バリア層１０１が設けられることで、モーターの突極差を増加させ、モーターのトルク出力能力を向上させることができる。

【0098】

（２）スリット溝セグメント１１１０内に第１充填溝１２１内のものと同じ充填材を充填することで、直軸充填溝の面積を増加させ、直軸抵抗を低減させ、モーターの始動中の平均トルクを増加させ、モーターの始動能力を向上させ、回転子鉄心の空間利用率を増加させることができる。

【0099】

（３）回転子バー（即ち、充填溝内の充填材で形成されたバー構造）が提供する非同期トルクによってモーターの自己始動を実現し、同期リラクタンスモーターが周波数変換器による駆動を必要とするという問題を解決するとともに、モーターの損失を低減させ、モーターの効率を向上させ、従来技術におけるモーターの効率が低い問題を解決する。

【0100】

以上は本開示の好ましい実施例に過ぎず、本開示を限定するためのものではなく、当業者であれば、本開示に対して種々の変更や変化を行うことができる。本開示の趣旨及び原則を逸脱せずに行われるいかなる変更、同等置換、改良等はいずれも本開示の保護範囲に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0101】

１００、回転子シート
１０、回転子磁極
１０１、第１磁気バリア層
１０２、第２磁気バリア層
１０３、第３磁気バリア層
１１１、第１スリット溝
１１１０、スリット溝セグメント
１１２、第２スリット溝
１２１、第１充填溝
１２２、第２充填溝
１２３、第３充填溝
１２０、斜め切り面
２０、軸孔
２、中心軸線
３、直軸
４、横軸
２００、端絡環

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】