JP7437808B2 - モーターローターとその設計方法 - Google Patents
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Description
複数の金属部材及び一つの中心孔を含む金属コアであって、前記中心孔が前記金属コアを貫通し、且つ前記複数の金属部材がローターの金属の総面積ΣAmetalを構成している金属コアと、前記中心孔を囲むように設置されている複数の磁気抵抗部であって、各前記磁気抵抗部は少なくとも1つの磁気抵抗ユニットを含み、少なくとも1つの前記磁気抵抗ユニットは前記金属コアを貫通し、且つ各前記磁気抵抗部は少なくとも1つの磁気抵抗ユニットを含み、少なくとも1つの前記磁気抵抗ユニットは前記金属コアを貫通し、且つ各前記磁気抵抗部の少なくとも1つの前記磁気抵抗ユニットが磁気抵抗ユニットの総面積ΣAairを構成している複数の磁気抵抗部と、を含む。前記磁気抵抗ユニットの総面積ΣAairと前記ローターの金属の総面積ΣAmetalとの総和はローターの有効総面積であり、前記磁気抵抗ユニットの総面積ΣAairと前記ローターの有効総面積との比は磁気障壁比KAであり、前記磁気障壁比KAの数式は
であり、且つKAは0.25≦KA≦0.5を満たす。
を満たす。
であり、前記中心距離係数CDは0.15≦CD≦0.3を満たす。
とするステップと、を含む。
を満たすステップと、を更に含む。
とするステップと、前記中心距離Cの中心距離係数CDを設定し、前記中心距離係数CDは0.15≦CD≦0.3を満たすステップと、を更に含む。
とするステップと、前記モーターローターにおける磁気抵抗部の数を複数に設定するステップと、各前記磁気抵抗部が含んでいる磁気抵抗ユニットの数Kを
を満たすように設定し、Kは自然数であるステップと、を更に含む。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
であり、且つ本発明のKAは0.25≦KA≦0.5を満たすべきである。モーターローター1の磁気障壁比KAが0.25≦KA≦0.5を満たす場合、モーターローター1全体のトルクが最大化し、トルクリップルが最小化し、モーターローター1が最大の性能に達することが可能である。
を満たす。磁気抵抗ユニットの面積比率公差APは、磁気抵抗部20において、隣接の磁気抵抗ユニットの面積が磁気抵抗ユニット総面積に占める比率の差である。図4に示すよう、モーターの極数Pは4極であり、磁気抵抗部20が4つの磁気抵抗ユニット2021、磁気抵抗ユニット2023、磁気抵抗ユニット2025及び磁気抵抗ユニット2027を含む例において、磁気抵抗ユニットの面積比率公差APが
となり、即ち6≦AP≦12となる。
を満たす。磁気抵抗ユニット2021、磁気抵抗ユニット2023、磁気抵抗ユニット2025、磁気抵抗ユニット2027及び磁気抵抗ユニット2029はUタイプ磁気抵抗ユニットである。
であり、中心距離係数CDは0.15≦CD≦0.3を満たす。中心距離係数CDは本発明において特にローターモーター1の性能を最適化するために設計された係数である。中心距離係数CDは単純な無次元量であり、円心C1及び最寄り磁気抵抗ユニット中心C2との間の距離(中心距離C)を説明するための単位を持たない係数で、モータ構造上の幾何学的なパラメータではない。
とする。なお、モーターローター1は複数の磁気抵抗部20を含み、各磁気抵抗部20は複数の磁気抵抗ユニットを含み、例えば、磁気抵抗ユニット2021、磁気抵抗ユニット2023、磁気抵抗ユニット2025、及び磁気抵抗ユニット2027を含む。この実施例では磁気抵抗部20が含んでいる磁気抵抗ユニットの数は数Kであり、且つ数Kは
を満たし、Kは自然数である。これにより、各磁気抵抗部20が最良の数の磁気抵抗ユニットを含み、且つモーターローター1の性能が最適化される。
nPPR=nPPS+2
及び
を満たす。
とする。
を満たす。
とする。及びステップS213:中心距離Cの中心距離係数CDを設定し、中心距離係数CDは0.15≦CD≦0.3を満たす。
と設定する。ステップS405:モーターローター1における磁気抵抗部20の数を複数に設定する。ステップS407:各磁気抵抗部20が含んでいる磁気抵抗ユニット201の数Kを
を満たすように設定し、Kは自然数である。
10 金属コア
101 金属部材
103 中心孔
1011 金属部材
1013 金属部材
1015 金属部材
1017 金属部材
20 磁気抵抗部
201 磁気抵抗ユニット
203 リブ
2011 磁気抵抗ユニット
2013 磁気抵抗ユニット
2015 磁気抵抗ユニット
2021 磁気抵抗ユニット
2023 磁気抵抗ユニット
2025 磁気抵抗ユニット
2027 磁気抵抗ユニット
2029 磁気抵抗ユニット
30 回転シャフト
40 モーターステーター
401 ステータースロット
L1 中心軸線
C 中心距離
C1 円心
C2 最寄り磁気抵抗ユニット中心
C21 第一磁気抵抗ユニット中心
C22 第二磁気抵抗ユニット中心
C23 第三磁気抵抗ユニット中心
C24 第四磁気抵抗ユニット中心
E1 第一磁気抵抗ユニット末端
E2 第二磁気抵抗ユニット末端
E3 第三磁気抵抗ユニット末端
E4 第四磁気抵抗ユニット末端
A1 距離
A2 距離
A3 距離
B1 距離
B2 距離
B3 距離
R1 直径
R2 直径
θ ターニング角度
Pr 実ノード
Pv 仮想ノード
S10~S30 ステップ
S101~S105 ステップ
S201~S213 ステップ
S301~S313 ステップ
S401~S407 ステップ
Claims (8)
- モーターローターであって、
複数の金属部材及び一つの中心孔を含む金属コアであって、前記中心孔が前記金属コアを貫通し、且つ前記複数の金属部材がローターの金属の総面積ΣAmetalを構成している金属コアと、
前記中心孔を囲むように設置されている複数の磁気抵抗部であって、各前記磁気抵抗部は少なくとも1つの磁気抵抗ユニットを含み、少なくとも1つの前記磁気抵抗ユニットは前記金属コアを貫通し、且つ各前記磁気抵抗部の少なくとも1つの前記磁気抵抗ユニットが磁気抵抗ユニットの総面積ΣAairを構成している複数の磁気抵抗部と、を含み、
前記磁気抵抗ユニットの総面積ΣAairと前記ローターの金属の総面積ΣAmetalとの総和はローターの有効総面積であり、前記磁気抵抗ユニットの総面積ΣAairと前記ローターの有効総面積との比は磁気障壁比KAであり、前記磁気障壁比KAの数式は
であり、且つKAは0.25≦KA≦0.5を満たし、
前記モーターローターはモーターステーターに対応し、前記モーターステーターはモーターの極数Pを含み、各前記磁気抵抗部は前記中心孔の円心に連結される中心軸線を含み、各前記磁気抵抗部は複数の前記磁気抵抗ユニットを含み、前記複数の磁気抵抗ユニットの数はKであり、Kは1より大きい何れか1つの自然数であり、且つ各前記磁気抵抗部において、前記複数の磁気抵抗ユニットが前記中心軸線に対称に設置され、前記複数の磁気抵抗ユニット同士の間には磁気抵抗ユニットの面積比率公差APがあり、前記磁気抵抗ユニットの面積比率公差APは
であり、
前記磁気抵抗ユニットの面積比率公差APは、各前記磁気抵抗部において、隣接の前記磁気抵抗ユニットの面積が磁気抵抗ユニット総面積に占める比率の差である 、
ことを特徴とするモーターローター。 - 前記モーターローターは直径R1を含み、前記中心孔は直径R2を含み、各前記磁気抵抗部は前記中心孔の円心に連結される中心軸線を含み、各前記磁気抵抗部は複数の前記磁気抵抗ユニットを含み、各前記磁気抵抗部において、前記複数の磁気抵抗ユニットが前記中心孔に最も近接している最寄り磁気抵抗ユニットを含み、前記中心軸線は前記最寄り磁気抵抗ユニットの最寄り磁気抵抗ユニット中心を通過し、前記最寄り磁気抵抗ユニット中心と前記円心との間の距離は中心距離Cと設定され、前記中心距離Cは無次元量である 中心距離係数CDを含み、前記中心距離Cの数式は
であり、前記中心距離係数CDは0.15≦CD≦0.3を満たすことを特徴とする請求項1に記載のモーターローター。 - 各前記磁気抵抗部は前記中心孔の円心に連結される中心軸線を含み、各前記磁気抵抗部は複数の前記磁気抵抗ユニットを含み、前記複数の磁気抵抗ユニットの数はKであり、Kは何れか1つの自然数であり、各前記磁気抵抗部において、前記複数の磁気抵抗ユニットの第K磁気抵抗ユニットが第K磁気抵抗ユニット末端を含み、第K-1磁気抵抗ユニットが第K-1磁気抵抗ユニット末端を含み、前記第K磁気抵抗ユニット末端と前記第K-1磁気抵抗ユニット末端との間の距離は距離AK-1であり、前記中心軸線は前記第K磁気抵抗ユニットの第K磁気抵抗ユニット中心を通過し、前記中心軸線は前記第K-1磁気抵抗ユニットの第K-1磁気抵抗ユニット中心を通過し、前記第K磁気抵抗ユニット中心と前記第K-1磁気抵抗ユニット中心との間の距離は距離BK-1であり、前記距離AK-1と前記距離BK-1は同じであることを特徴とする請求項1に記載のモーターローター。
- モーターローターのローターの金属の総面積ΣAmetalを計算するステップと、
前記モーターローターの磁気抵抗ユニットの総面積ΣAairを計算するステップと、
前記モーターローターの磁気障壁比KAを0.25≦KA≦0.5を満たすように設定し、前記磁気障壁比KA
の数式は
とするステップと、
前記モーターローターに対応するモーターの極数Pを設定するステップと、
前記モーターローターの複数の磁気抵抗部の各磁気抵抗部は複数の磁気抵抗ユニットを含むように設定し、前記複数の磁気抵抗ユニットの数をKと設定し、Kは1より大きい何れか1つの自然数と設定するステップと、
前記複数の磁気抵抗ユニット同士の間に磁気抵抗ユニットの面積比率公差APがあるように設定し、前記磁気抵抗ユニットの面積比率公差APは
を満たすステップと、を含み、
前記磁気抵抗ユニットの面積比率公差APは、前記複数の磁気抵抗ユニットの各磁気抵抗部において、隣接の前記磁気抵抗ユニットの面積が磁気抵抗ユニット総面積に占める比率の差である 、
ことを特徴とするモーターローターの設計方法。 - モーターローターにおける磁気抵抗部の数を複数に設定するステップと、
各前記磁気抵抗部が含んでいる磁気抵抗ユニットの数を複数に設定し、前記モーターローターは直径R1を含み、前記モーターローターの中心孔は直径R2を含むステップと、
各前記磁気抵抗部に前記モーターローターの円心に連結される中心軸線を設定するステップと、
各前記磁気抵抗部において、前記複数の磁気抵抗ユニットにおける前記円心に最も近接する磁気抵抗ユニットを最寄り磁気抵抗ユニットと設定するステップと、
前記中心軸線が前記最寄り磁気抵抗ユニットの中心を通過する点を最寄り磁気抵抗ユニット中心と設定するステップと、
前記最寄り磁気抵抗ユニット中心と前記円心との間の距離を中心距離Cとして設定し、前記中心距離Cの数式は
とするステップと、
前記中心距離Cの無次元量である 中心距離係数CDを設定し、前記中心距離係数CDは0.15≦CD≦0.3を満たすステップと、を更に含むことを特徴とする請求項4に記載のモーターローターの設計方法。 - モーターローターの磁気抵抗部の数を複数に設定するステップと、
各前記磁気抵抗部が含んでいる磁気抵抗ユニットの数をKと設定し、Kは何れか1つの自然数であるステップと、
各前記磁気抵抗部に前記モーターローターの円心に連結される中心軸線を設定するステップと、
各前記磁気抵抗部において、前記複数の磁気抵抗ユニットにおける第K磁気抵抗ユニットが第K磁気抵抗ユニット末端を含むように設定するステップと、
各前記磁気抵抗部において、前記複数の磁気抵抗ユニットにおける第K-1磁気抵抗ユニットが第K-1磁気抵抗ユニット末端を含み、前記第K磁気抵抗ユニット末端と前記第K-1磁気抵抗ユニット末端との間の距離は距離AK-1であるように設定するステップと、
各前記磁気抵抗部において、前記中心軸線が前記第K磁気抵抗ユニットの中心を通過する点を第K磁気抵抗ユニット中心と設定し、前記中心軸線が前記第K-1磁気抵抗ユニットの中心を通過する点を第K-1磁気抵抗ユニット中心と設定し、前記第K磁気抵抗ユニット中心と前記第K-1磁気抵抗ユニット中心との間の距離は距離BK-1であるステップと、
前記距離AK-1を距離BK-1と同じく設定し、距離A2を距離B2と同じく設定し、距離A1を距離B1と同じく設定するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項4に記載のモーターローターの設計方法。 - 前記モーターローターに対応するモーターステーターのモーターの極数P及びステータースロット数Nsを設定するステップと、
前記モーターステーターの各極が含んでいるステータースロットの数nPPSを設定し、前記ステータースロットの数nPPSの数式は
とするステップと、
前記モーターローターにおける磁気抵抗部の数を複数に設定するステップと、
各前記磁気抵抗部が含んでいる磁気抵抗ユニットの数Kを
を満たすように設定し、Kは自然数であるステップと、を含むことを特徴とする請求項4に記載のモーターローターの設計方法。 - 前記モーターローターのタイプはCタイプローター、Uタイプローター、ハイブリッドタイプローター、または他のタイプのローターのうちの1つであることを特徴とする請求項4に記載のモーターローターの設計方法。
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