DE102004051317B4

DE102004051317B4 - Rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004051317B4
Application number: DE102004051317.1A
Authority: DE
Inventors: Masaru Kuribayashi; Yoshihito Asao
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: CN1627613B; KR100616196B1; JP2005130610A; US7067954B2; JP3964378B2; US20050088056A1; CN1627613A; KR20050039561A; FR2861512A1; DE102004051317A1; FR2861512B1

Abstract

Rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge, welche aufweist: einen Rotor (7), welcher aufweist: einen Rotorkern (16), welcher aufweist: einen zylindrischen Bossenabschnitt (17A, 17B); einen ersten Jochabschnitt (18A), der so angeordnet ist, dass er sich von einem ersten axialen Ende des Bossenabschnittes (17A) aus radial nach außen erstreckt; einen zweiten Jochabschnitt (18B), der so angeordnet ist, dass er sich von einem zweiten axialen Ende des Bossenabschnittes (17B) aus radial nach außen erstreckt; mehrere erste, klauenförmige Magnetpolabschnitte (19A), die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich zu dem zweiten axialen Ende von dem ersten Jochabschnitt (18A) aus erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und eine Form der radial äußersten Umfangsoberfläche aufweisen, die so ausgebildet ist, dass eine Trapezform vorhanden ist, die durch eine kurze Seite in Umfangsrichtung am Ende einer Spitze gebildet wird, eine lange Seite in Umfangsrichtung eines Basisendabschnittes, und zwei schräge Seiten; und mehrere zweite, klauenförmige Magnetpolabschnitte (19B), die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich zu dem ersten axialen Ende von dem zweiten Jochabschnitt (18B) aus erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und eine Form der radial äußersten Umfangsoberfläche aufweisen, die so gewählt ist, dass eine Trapezform vorhanden ist, die durch eine kurze Seite in Umfangsrichtung am Ende einer Spitze gebildet wird, eine lange Seite in Umfangsrichtung eines Basisendabschnittes, und zwei schräge Seiten, und die so angeordnet sind, dass sie sich mit den ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten in Umfangsrichtung abwechseln; und eine Feldwicklung (15), die auf dem Bossenabschnitt (17A, 17B) angebracht ist, wobei der Rotor (7) so angeordnet ist, dass er sich um eine Welle (6) drehen kann, die durch eine zentrale, axiale Position des Bossenabschnittes (17A, 17B) eingeführt ist; einen Stator (8), welcher aufweist: einen zylindrischen Statorkern (13); und eine Statorwicklung (14), die in dem Statorkern (13) vorgesehen ist, wobei der Statorkern (13) so angeordnet ist, dass er koaxial den Rotorkern (16) umgibt; und Permanentmagneten, die durch erste und zweite ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge, bei welcher Permanentmagneten zwischen klauenförmigen Magnetpolabschnitten eines Rotors angeordnet sind, und betrifft insbesondere eine Permanentmagnetform relativ zur Form eines klauenförmigen Magnetpols, um Verbesserungen verschiedener Eigenschaften zu erzielen.
Bei herkömmlichen, rotierenden elektrischen Maschinen für Kraftfahrzeuge ist eine Außenumfangsoberflächenform klauenförmiger Magnetpolabschnitte eines Rotorkerns so gewählt, dass sie trapezförmig ist, wobei eine kurze Seite am Ende einer Spitze vorgesehen ist, eine lange Seite an einem Basisendabschnitt, und zwei schräge Seiten vorgesehen sind, und Permanentmagneten zwischen den klauenförmigen Magnetpolabschnitten angeordnet sind. Zu den Zwecken, eine Überladung einer Batterie zu verhindern, und einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Ausgangsleistung zu erzielen, sind die klauenförmigen Magnetpolabschnitte und die Permanentmagneten so ausgebildet, dass sie die Bedingung 0,2 ≤ Br{L/(Wcosθ)} ≤ 0,8 erfüllen, wobei Br die Restmagnetflussdichte der Permanentmagneten ist, L eine Magnetpolabschnittslänge von der kurzen Seite am Ende der Spitze der klauenförmigen Magnetpolabschnitte zur langen Seite am Basisendabschnitt, W die Länge der langen Seite des Basisendabschnittes der klauenförmigen Magnetpolabschnitte ist, und 2θ der Winkel ist, der durch die beiden schrägen Seiten der klauenförmigen Magnetpolabschnitte gebildet wird (vgl. beispielsweise das Patentdokument 1, das japanische Patent JP 2990810 B2 ).
Bei herkömmlichen, rotierenden elektrischen Maschinen für Kraftfahrzeuge wurde infolge der Tatsache, dass ein unwirksamer Magnetfluss nicht berücksichtigt wurde, der erzeugt wird, wenn der durch den Rotorkern fließende Magnetfluss an den Basisendabschnitten der klauenförmigen Magnetpolabschnitte gesättigt ist, der Magnetfluss, der infolge des durch die Feldwicklung fließenden Feldstroms auftritt, nicht wirksam genutzt.
Da die Permanentmagneten, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolabschnitten angeordnet sind, so ausgebildet sind, dass sie rechteckförmig sind, wobei eine umfangsseitige Oberflächenform eine Länge von der kurzen Seite am Ende der Spitze der klauenförmigen Magnetpolabschnitte bis zur langen Seite am Basisendabschnitt als lange Seite aufweist, und eine Radiallänge des Basisendabschnittes der klauenförmigen Magnetpolabschnitte als kurze Seite, wurde der zusätzliche Magnetfluss von den Permanentmagneten nicht wirksam genutzt, da ein Abschnitt der umfangsseitigen Oberfläche der Permanentmagneten nicht in Kontakt mit der umfangsseitigen Oberfläche der klauenförmigen Magnetpolabschnitte auf einer inneren radialen Seite gelangt.
Die EP 1 331 717 A2 offenbart außerdem eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator. Der Rotor weist einen Rotorkern auf, mit einem zylindrischen Bossenabschnitt, einem ersten Jochabschnitt, der so angeordnet ist, dass er sich von einem ersten axialen Ende des Bossenabschnittes aus radial nach außen erstreckt, einem zweiten Jochabschnitt, der so angeordnet ist, dass er sich von einem zweiten axialen Ende des Bossenabschnittes aus radial nach außen erstreckt, und mehreren ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolabschnitten. Die ersten Magnetpolabschnitte sind jeweils so angeordnet, dass sie sich von dem ersten Jochabschnitt zu dem zweiten axialen Ende erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und die radial äußerste Umfangsoberfläche eine Trapezform aufweist. Die zweiten Magnetpolabschnitte sind jeweils so angeordnet, dass sie sich von dem zweiten Jochabschnitt zu dem ersten axialen Ende erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und die radial äußerste Umfangsoberfläche eine Trapezform aufweist. Weiterhin ist eine Feldwicklung auf dem Bossenabschnitt angebracht. Der Rotor ist so angeordnet, dass er sich um eine Welle drehen kann, die durch eine zentrale, axiale Position des Bossenabschnittes eingeführt ist. Der Stator weist einen zylindrischen Statorkern mit einer Statorwicklung auf, wobei der Statorkern so angeordnet ist, dass er den Rotorkern koaxial umgibt. Weiterhin sind Permanentmagnete zwischen jedem in Umfangsrichtung benachbarten Paar aus den ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten so vorgesehen sind, dass sie eine umfangsseitige Oberfläche der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte berühren.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge, die es ermöglicht, den Magnetfluss wirksam zu nutzen, der in einem Rotorkern infolge des Durchgangs elektrischen Stroms zu einer Feldwicklung hervorgerufen wird, und es darüber hinaus ermöglicht, den zusätzlichen Magnetfluss von Permanentmagneten wirksam zu nutzen, durch Vorgabe einer umfangsseitigen Oberflächenform für die Permanentmagneten relativ zu einer umfangsseitigen Oberflächenform klauenförmiger Magnetpolabschnitte.
Um die voranstehenden Ziele zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge zur Verfügung gestellt, die einen Rotor aufweist, der mit einem Rotorkern versehen ist, der einen zylindrischen Bossenabschnitt aufweist; einen ersten Jochabschnitt, der so angeordnet ist, dass er sich radial nach außen von einem ersten axialen Ende des Bossenabschnittes aus erstreckt; einen zweiten Jochabschnitt, der so angeordnet ist, dass er sich radial nach außen von einem zweiten axialen Ende des Bossenabschnittes aus erstreckt; mehrere erste klauenförmige Magnetpolabschnitte, die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich von dem ersten Jochabschnitt aus zum zweiten axialen Ende hin erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und eine radial äußerste Umfangsoberflächenform aufweisen, die derart ist, dass eine Trapezform vorhanden ist, die durch eine in Umfangsrichtung verlaufende kurze Seite am Ende der Spitze gebildet wird, eine in Umfangsrichtung verlaufende lange Seite am Basisendabschnitt, und zwei schräge Seiten; und mehrere zweite klauenförmige Magnetpolabschnitte, die jeweils so angeordnet ist, dass sie sich von dem zweiten Jochabschnitt aus zum ersten axialen Ende erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, eine radial äußerste Umfangsoberflächenform aufweisen, die so gewählt ist, dass eine Trapezform vorhanden ist, die durch eine kurze Seite in Umfangsrichtung am Ende der Spitze gebildet wird, eine lange Seite in Umfangsrichtung am Basisendabschnitt, und zwei schräge Seiten, und so angeordnet sind, dass sie abwechselnd mit den ersten klauenförmigen Magnetpolabschnitten in Umfangsrichtung angeordnet sind; und eine Feldwicklung, die auf dem Bossenabschnitt vorgesehen ist, wobei der Rotor so angeordnet ist, dass er sich um eine Welle drehen kann, die durch einen zentrale, axiale Position des Bossenabschnittes eingeführt ist. Weiterhin sind vorgesehen: ein Stator, der einen zylindrischen Statorkern aufweist; und eine im Statorkern vorgesehene Statorwicklung, wobei der Statorkern so angeordnet ist, dass er den Rotorkern koaxial umgibt; und Permanentmagneten, die durch erste und zweite Permanentmagneten gebildet werden, die zwischen jedem in Umfangsrichtung benachbarten Paar der ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolabschnitte so angeordnet sind, dass sie eine Umfangsseitenoberfläche der ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolabschnitte berühren. Eine Axiallänge (L₁) des Statorkerns relativ zu einer Axialentfernung (L₂) zwischen einander zugewandten Endoberflächen der ersten und zweiten Jochabschnitte ist so gewählt, dass die Beziehung L₁ > L₂ erfüllt ist; wobei die ersten und zweiten Permanentmagneten (20A, 20B) so ausgebildet sind, dass sie jeweils eine Querschnittsform mit einer Form aufweisen, die im Wesentlichen gleich einer umfangsseitigen Oberflächenform der sich berührenden, ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) ist; und ein Verhältnis (Sm/Sp) einer Oberfläche (Sm) der ersten und zweiten Permanentmagneten (20A, 20B) zu einer umfangsseitigen Oberfläche (Sp) der ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) die Bedingung Sm/Sp ≤ 1,0 erfüllt.
Da die Axiallänge (L₁) des Statorkerns relativ zur Axialentfernung (L₂) zwischen einander zugewandten Endoberflächen des ersten und zweiten Jochabschnittes so gewählt ist, dass die Bedingung L₁ > L₂ erfüllt ist, fließt der in dem Rotorkern erzeugte magnetische Fluss wirksam durch den Statorkern, wodurch ermöglicht wird, den unwirksamen Magnetfluss zu verringern. Da die ersten und zweiten Permanentmagneten so angeordnet sind, dass sie eine Umfangsseitenoberfläche der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte berühren, fließt auch der zusätzliche Magnetfluss von den ersten und zweiten Permanentmagneten durch den Statorkern, ohne verschwendet zu werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung hervorgehen. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 einen schematischen Querschnitt der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte der rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge von 1;
3 einen schematischen Querschnitt mit einer Darstellung des Zustandes eines Magnetflusses, der infolge der Tatsache auftritt, dass ein Feldstrom durch eine Feldwicklung bei einer herkömmlichen, rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge fließt;
4 einen schematischen Querschnitt mit einer Darstellung des Zustandes des Magnetflusses, der infolge der Tatsache erzeugt wird, dass ein Feldstrom durch eine Feldwicklung bei der rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung fließt;
5 einen schematischen Querschnitt der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
6A und 6B Diagramme, die Messergebnisse für die Drehmomenterhöhung und die induzierte Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von Null zeigen, wenn die Querschnittsfläche von Permanentmagneten bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit sechzehn Polen des Lundell-Typs geändert wurde, die mit einer Spannung von 12 Volt betrieben wurde;
7 eine Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Querschnittsfläche und der Axiallänge der Permanentmagneten;
8 eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
10 eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
11 eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
12 eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung; und
13 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Magnetoberflächenverhältnis und der maximalen Drehmomentzunahme im Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführungsform 1
1 ist ein Längsschnitt, der eine rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist ein schematischer Querschnitt, der die Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte der in 1 gezeigten, rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge zeigt.
In 1 weist eine rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge auf: ein Gehäuse 3, das durch eine vordere Stütze 1 und eine hintere Stütze 2 aus Aluminium gebildet wird; eine drehbeweglich durch das Gehäuse 3 gehalterte Welle 6; eine Riemenscheibe 4, die an einem ersten Endabschnitt der Welle 6 befestigt ist, der durch das Gehäuse 3 nach außen vorspringt; einen Lundell-Rotor 7, der an der Welle 6 angebracht ist, und innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist; einen Stator 8, der so an dem Gehäuse 3 befestigt ist, dass er den Rotor 7 umgibt; Schleifringe 9, die in der Nähe eines zweiten Endes der Welle 6 befestigt sind, und zum Zuführen elektrischen Stroms zum Rotor 7 dienen; ein Bürstenpaar 11, das innerhalb eines Bürstenhalters 10 angeordnet ist, und auf Oberflächen der Schleifringe 6 schleift; und einen Drehpositionssensor 12, der an dem zweiten Endabschnitt der Welle 6 angebracht ist, der durch das Gehäuse 3 nach außen vorspringt, um die Drehposition des Rotors 7 zu erfassen.
Der Rotor 7 weist auf: eine Feldwicklung 15 zum Erzeugen eines Magnetflusses beim Durchgang elektrischen Stroms; und einen Rotorkern 16, der durch einen ersten und einen zweiten Magnetpolkern 16A bzw. 16B aus Eisen gebildet wird, die so angeordnet sind, dass die Feldwicklung 15 abgedeckt wird, wobei Magnetpole in dem ersten und zweiten Magnetpolkern 16A bzw. 16B durch den Magnetfluss von der Feldwicklung 15 ausgebildet werden. Der erste Magnetpolkern 16A weist auf: einen zylindrischen, ersten Bossenabschnitt 17A; einen ersten Jochabschnitt 18A, der so angeordnet ist, dass er sich von einem ersten axialen Ende des ersten Bossenabschnittes 17A aus in Radialrichtung nach außen erstreckt; und erste, klauenförmige Magnetpolabschnitte 19A, die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich von dem ersten Jochabschnitt 18A zu einem zweiten Ende in Axialrichtung erstrecken. Der zweite Magnetpolkern 16B weist auf: einen zylindrischen, zweiten Bossenabschnitt 17B; einen zweiten Jochabschnitt 18B, der so angeordnet ist, dass er sich von einem zweiten Ende in Axialrichtung des zweiten Bossenabschnittes 17B aus radial nach außen erstreckt; und zweite, klauenförmige Magnetpolabschnitte 19B, die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich von dem zweiten Jochabschnitt 18B zu einem ersten Ende in Axialrichtung erstrecken. Acht erste, klauenförmige Magnetpolabschnitte 19A und acht zweite, klauenförmige Magnetpolabschnitte 19B sind beispielsweise in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet. Weiterhin sind sowohl die ersten als auch zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B so ausgebildet, dass deren radial äußerste Umfangsoberflächen trapezförmig sind, wobei das Trapez durch eine kurze Seite in Umfangsrichtung am Ende der Spitze gebildet wird, eine lange Seite in Umfangsrichtung am Basisendabschnitt, und zwei schräge Seiten, und deren Umfangsseitenoberflächen jeweils so ausgebildet sind, dass sie eine sich verjüngende Form aufweisen, die gebildet wird, durch eine kurze Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze, eine schräge Seite, welche die äußerste Umfangsoberfläche bildet, und eine schräge Seite, welche in ein unteres Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze übergeht, und in einen inneren Fußabschnitt in Umfangsrichtung der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B. Die ersten und zweiten Magnetpolkerne 16A bzw. 16B sind dadurch vereinigt, dass eine zweite Endoberfläche des ersten Bossenabschnittes 17A und eine erste Endoberfläche des zweiten Bossenabschnittes 17B aneinander anstoßen, die ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B so angeordnet sind, dass sie ineinander greifen, und die Welle 6 durch eine Axialposition im Zentrum des ersten und zweiten Bossenabschnittes 17A bzw. 17B gedrückt wird. Weiterhin ist die Feldwicklung 15 auf die ersten und zweiten Bossenabschnitte 17A bzw. 17B gewickelt, und wird von den ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B abgedeckt.
Der Stator 8 weist auf: einen ringförmigen Statorkern 13, der durch Zusammenlaminieren magnetischer Stahlbleche hergestellt wird; und eine Statorwicklung 14, die in dem Statorkern 13 angebracht ist, und koaxial zum Rotor 7 angeordnet ist, so dass ein gleichmäßiger Luftspalt zwischen radial äußersten Umfangsoberflächen der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B und einer inneren Umfangsoberfläche des Statorkerns 13 erzeugt wird, und zwischen der vorderen Stütze 1 und der hinteren Stütze 2 gehaltert ist.
Permanentmagneten, die durch erste und zweite Permanentmagneten 20A bzw. 20B gebildet werden, sind jeweils zwischen den ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B angeordnet. Zwischen den jeweiligen ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B sind die ersten Permanentmagneten 20A so angeordnet, dass sie die umfangsseitigen Oberflächen der ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A berühren, und sind die zweiten Permanentmagneten 20B so angeordnet, dass sie die umfangsseitigen Oberfläche der zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19B berühren. Weiterhin sind die ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B in einem Körper vorgesehen, der eine Querschnittsform aufweist, welche der Seitenoberflächenform entspricht, die die ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B berührt, und sind jeweils so angeordnet, dass sie innerhalb der umfangsseitigen Oberflächenform der sich berührenden ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A und 19B angeordnet sind, gesehen von der Umfangsrichtung aus. Weiterhin sind die ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B jeweils so magnetisiert, dass ein Kriechmagnetfluss zwischen den ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B verringert wird. Anders ausgedrückt, sind die ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B jeweils so magnetisiert, dass sie an die Polung angepasst sind, die in den sich in Umfangsrichtung berührenden ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B auftritt.
Hierbei ist, wie in 2 gezeigt, die Axiallänge L₁ des Statorkerns 13 in bezug auf die Entfernung L₂ zwischen einander zugewandten Endoberflächen des ersten und zweiten Jochabschnittes 18A bzw. 18B des Rotorkerns 16 so gewählt, dass die Beziehung L₁ > L₂ gilt.
Als nächstes werden die Auswirkungen der Ausführungsform 1 unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert.
3 ist eine schematische Darstellung des Zustandes des Magnetflusses, der infolge der Tatsache auftritt, dass ein Feldstrom durch eine Feldwicklung in einer herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge fließt. Wenn in 3 die Axiallänge L₁ des Statorkerns 13 relativ zur Entfernung L₂ zwischen den einander zugewandten Endoberflächen des ersten und zweiten Jochabschnittes 18A bzw. 18B des Rotorkerns 16 die Bedingung L₁ ≤ L₂ erfüllt, und die Magnetpfadquerschnittsflächen S₁, S₂, und S₁ des Bossenabschnittes, der Jochabschnitte, bzw. des Fußabschnittes der klauenförmigen Magnetpolabschnitte in dem Rotorkern 16 so gewählt sind, dass sie sämtlich gleich sind (S₁ = S₂ = S₃), kann das Auftreten eines unwirksamen Magnetflusses φA, der nicht durch den Statorkern 13 hindurchgeht, auf ein Minimum unterdrückt werden. Wenn jedoch die Magnetpfadquerschnittsflächen S₁, S₂ und S₃ jedes Abschnittes des Rotorkerns 16 so gewählt sind, dass die Beziehung S₁ = S₂ > S₃ gilt, so wird der Magnetfluss in den Fußabschnitten der klauenförmigen Magnetpolabschnitte gesättigt. Dies führt dazu, dass ein unwirksamer Magnetfluss φA auftritt, der nicht durch den Statorkern 13 hindurchgeht, was unwirksam ist.
4 ist eine schematische Darstellung des Zustandes des Magnetflusses, der infolge der Tatsache auftritt, dass ein Feldstrom durch eine Feldwicklung in der rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung fließt. In 4 ist die Axiallänge L₁ des Statorkerns 13 so gewählt, dass sie größer ist als die Entfernung L₂ zwischen den einander zugewandten Endoberflächen der ersten und zweiten Jochabschnitte 18A bzw. 18B des Rotorkerns 16. Daher sind die Magnetpfadquerschnittsflächen S₁, S₂ und S₁ jedes Abschnittes in dem Rotorkern 16 so gewählt, dass die Beziehung S₁ = S₂ > S₃ gilt, und wird selbst dann, wenn der Magnetfluss in dem Fußabschnitt der klauenförmigen Magnetpolabschnitte gesättigt ist, jener Magnetfluss, der in 3 einen unwirksamen Magnetfluss φA darstellte, dem Statorkern 13 als wirksamer Magnetfluss hinzugefügt. Dies führt dazu, dass der in dem Rotorkern 16 erzeugte Magnetfluss wirksam genutzt wird. Weiterhin fließt ein zusätzlicher Magnetflussanteil φB von den ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B, die so angeordnet sind, dass sie die ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B berühren, ohne Verschwendung durch den Statorkern 13.
Da bei der Ausführungsform 1 die Axiallänge L₁ des Statorkerns 13 relativ zur Entfernung L₂ zwischen den einander zugewandten Endoberflächen der ersten und zweiten Jochabschnitte 18A bzw. 18B des Rotorkerns 16 so gewählt ist, dass die Beziehung L₁ > L₂ erfüllt ist, fließt der in dem Rotorkern 16 erzeugte Magnetfluss wirksam durch den Statorkern 13, wodurch ermöglicht wird, einen unwirksamen Magnetfluss φA zu verkleinern. Da die ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B so angeordnet sind, dass sie die Umfangsseitenoberflächen der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B berühren, fließt der zusätzliche Magnetflussanteil φB von den ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B ebenfalls ohne Verschwendung durch den Statorkern 13.
Da die ersten und zweiten Permanentmagneten 20A und 20B so angeordnet sind, dass sie innerhalb der Umfangsseitenoberflächenform der sich berührenden, ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B angeordnet sind, gesehen von der Umfangsrichtung aus, gelangen die gesamten umfangsseitigen Oberflächen der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B in Kontakt mit den Umfangsseitenoberflächen der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B, wodurch der zusätzliche Magnetfluss von den Permanentmagneten wirksam genutzt wird.
Ausführungsform 2
5 ist eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
In 5 sind erste und zweite Permanentmagneten 20A bzw. 20B so ausgebildet, dass sie eine Seitenoberflächenform (eine Querschnittsform) aufweisen, die an eine Umfangsseitenoberfläche erster und zweiter, klauenförmiger Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B angepasst ist, wobei die Seitenoberflächenform trapezförmig ist, und das Trapez durch eine kurze Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze gebildet wird, eine schräge Seite, welche die äußerste Umfangsoberfläche bildet, und eine schräge Seite, welche sich mit dem unteren Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze um einen Innenumfangs-Fußabschnitt der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B vereinigt. Basisendabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B sind axial innerhalb axialer Endoberflächen eines Statorkerns 13 angeordnet. Hierbei erfüllt eine Axiallänge L₃ der Permanentmagneten, also die Entfernung zwischen axialen Endoberflächen der Basisendabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B, die Bedingung L₁ > L₃ > L₂.
Darüber hinaus ist diese Ausführungsform ebenso ausgebildet wie die voranstehend geschilderte Ausführungsform 1.
Messergebnisse für die Drehmomentzunahme und die induzierte Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null, wenn die Querschnittsfläche der Permanentmagneten bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit sechzehn Polendes Lundell-Typs geändert wurde, die mit einer Spannung von 12 Volt betrieben wurde, sind in den 6A und 6B gezeigt. Hierbei zeigt 6A die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche der Permanentmagneten und der Zunahme des Drehmomentes, und zeigt 6B die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche der Permanentmagneten und der induzierten Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche der Permanentmagneten und der Axiallänge (L₃) erläutert.
Hierbei wird, wie in 7 gezeigt, durch Änderung der Axiallänge L₃ die Oberfläche der Permanentmagneten 20 geändert, welche die umfangsseitigen Oberflächen der klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19 berühren, also anders ausgedrückt die Querschnittsfläche in einer Ebene, die parallel zu den umfangsseitigen Oberflächen der klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19 verläuft. Ein Permanentmagnet 20a ist ein Magnet, der dem Punkt A in 6 entspricht, und weist einen Basisendabschnitt auf, der axial außerhalb des Statorkerns 13 angeordnet ist (L₃ > L₁). Ein Permanentmagnet 20b ist ein Magnet entsprechend dem Punkt B in 6, und weist einen Basisendabschnitt auf, der mit der axialen Endoberfläche des Statorkerns 13 ausgerichtet ist (L₃ = L₁). Ein Permanentmagnet 20c ist ein Magnet entsprechend dem Punkt C in 6, und weist einen Basisendabschnitt auf, der mit einem Innenumfang-Fußabschnitt der klauenförmigen Magnetpole ausgerichtet ist (L₃ = L₂).
Aus 6A sieht man, dass das Drehmoment proportional zur Vergrößerung der Magnetoberfläche zunimmt, jedoch dann, wenn die Magnetoberfläche 270 mm² überschreitet (Punkt B), die Anstiegsrate des Drehmomentes abnimmt. In einem Bereich, in welchem die Magnetoberfläche größer ist als 270 mm², werden die Auswirkungen der Zunahme des Drehmomentes durch Vergrößerung der Magnetoberfläche verringert. Anders ausgedrückt wird das Ausmaß der Zunahme des Drehmomentes pro Magneteinheit bei den Permanentmagneten verringert.
Aus 6B geht hervor, dass die induzierte Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null proportional zur Vergrößerung der Magnetoberfläche in einem Bereich zunimmt, in welchem die Magnetoberfläche größer ist als 180 mm² (Punkt C), und den Wert von 12 Volt überschreitet, also die Spannung des Stromversorgungssystems, wenn die Magnetoberfläche größer ist als 270 mm² (Punkt B). In einem Bereich, in welchem die Magnetoberfläche kleiner ist als 180 mm² (Punkt C), werden die Auswirkungen der Erhöhung der induzierten Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null durch Vergrößerung der Magnetoberfläche verringert. Anders ausgedrückt wird das Ausmaß der Erhöhung der induzierten Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null pro Magneteinheit der Permanentmagneten verringert.
Hieraus wird deutlich, dass es wünschenswert ist, dass die Querschnittsfläche der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B so gewählt wird, dass sie größer ist als 180 mm², und kleiner oder gleich 270 mm², unter den Gesichtspunkten des Drehmomentes und der induzierten Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null. Anders ausgedrückt ist es wünschenswert, dass die Axiallänge L₃ der Permanentmagneten kleiner oder gleich L₁ und größer als L₂ ist (L₁ ≥ L₃ > L₂).
Bei der Ausführungsform 2 kann infolge der Tatsache, dass die Axiallänge L₃ der Permanentmagneten der Bedingung L₁ > L₃ > L₂ genügt, die induzierte Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null innerhalb der Spannung des Stromversorgungssystems gehalten werden, und ist das Ausmaß der Zunahme des Drehmomentes und der induzierten Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null pro Magneteinheit groß, wodurch die Anordnung der Permanentmagneten effizient wird.
Ausführungsform 3
8 ist eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
In 8 sind erste und zweite Permanentmagneten 20A bzw. 20B so ausgebildet, dass sie eine Seitenoberflächenform (eine Querschnittsform) aufweisen, die an eine Umfangsseitenoberfläche erster und zweiter, klauenförmiger Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B angepasst ist, wobei die Seitenoberflächenform eine sich verjüngende Form ist, die gebildet wird durch eine in Radialrichtung kurze Seite am Ende einer Spitze, eine schräge Seite, welche die äußerste Umfangsoberfläche bildet, und eine schräge Seite, welche ein unteres Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze und einen Innenumfangs-Fußabschnitt der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B verbindet. Positionen von Basisendabschnitten der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A zw. 20B sind zu Positionen eines ersten und eines zweiten Endes in Axialrichtung eines Statorkerns 13 relativ zur Axialrichtung ausgerichtet. Anders ausgedrückt erfüllt die Axiallänge L₃ der Permanentmagneten relativ zur Axiallänge L₁ des Statorkerns 13 die Beziehung L₃ = L₁.
Im übrigen ist diese Ausführungsform ebenso aufgebaut wie bei der voranstehenden Ausführungsform 2.
Bei der Ausführungsform 3 ist die Axiallänge L₃ der Permanentmagneten so gewählt, dass sie gleich der Axiallänge L₁ des Statorkerns 13 ist. Auf ähnliche Weise wie bei der voranstehenden Ausführungsform 2 kann daher die induzierte Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null innerhalb der Stromversorgungssystemspannung gehalten werden, und ist das Ausmaß der Zunahme des Drehmomentes und der induzierten Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null pro Magneteinheit groß, wodurch die Anordnung der Permanentmagneten effizient wird.
Der zusätzliche Magnetfluss von den ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B fließt auch durch den Statorkern 13 ohne einen Kriechmagnetfluss. Da der zusätzliche Magnetfluss von den ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B maximal genutzt wird, ist daher die Anordnung der Permanentmagneten effizient.
Ausführungsform 4
9 ist eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
In 9 sind erste und zweite Permanentmagneten 20A bzw. 20B so ausgebildet, dass sie eine Seitenoberflächenform (eine Querschnittsform) aufweisen, die an eine Umfangsseitenoberfläche erster und zweiter, klauenförmiger Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B angepasst ist, wobei die Seitenoberflächenform eine sich verjüngende Form ist, die gebildet wird durch eine kurze Seite in Radialrichtung am Ende einer Spitze, eine schräge Seite, welche die äußerste Umfangsoberfläche bildet, und eine schräge Seite, welche ein unteres Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze und einen Innenumfangs-Fußabschnitt der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B verbindet. Positionen axialer Endoberflächen von Basisendabschnitten und Abschnitten der Spitze der ersten Permanentmagneten 20A sind zu Positionen axialer Endoberflächen von Abschnitten der Spitze und Basisendabschnitten der zweiten Permanentmagneten 20B relativ zur Axialrichtung ausgerichtet. Weiterhin sind Basisendabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B axial innerhalb axialer Endoberflächen eines Statorkerns 13 angeordnet.
Im übrigen ist diese Ausführungsform ebenso ausgebildet wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform 2.
Bei der Ausführungsform 4 kann, da die Axiallänge L₃ der Permanentmagneten auch die Bedingung L₁ ≥ L₃ > L₂ erfüllt, auf ähnliche Weise wie bei der voranstehenden Ausführungsform 2, die induzierte Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null innerhalb des Bereichs der Stromversorgungssystemspannung gehalten werden, und ist das Ausmaß der Zunahme des Drehmomentes und der induzierten Spannung ohne Belastung bei einem Feldstrom von null pro Magneteinheit groß, wodurch die Anordnung der Permanentmagneten effizient wird.
Da axiale Positionen der axialen Endoberflächen der Basisendabschnitte und der Abschnitte an den Spitzen der ersten Permanentmagneten 20A zu den axialen Positionen der axialen Endoberflächen der Abschnitte an den Spitzen und den Basisendabschnitten der zweiten Permanentmagnete 20B ausgerichtet sind, und die Abschnitte an den Spitzen der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A und 20B zu den Abschnitten an den Spitzen der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B ausgerichtet sind, kann der Kriechmagnetfluss zwischen den ersten und den zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B verlässlich verringert werden.
Ausführungsform 5
10 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 10 sind erste und zweite Permanentmagneten 20A bzw. 20B so ausgebildet, dass sie eine schräge Oberfläche aufweisen, die eine axiale Endoberfläche eines Basisendabschnittes schneidet, durch Wegschneiden und Entfernen einer inneren Radialseite des Basisendabschnittes, wobei axiale Positionen axialer Endoberflächen von Abschnitten an den Spitzen nahe an den Basisendabschnitten relativ zu den Abschnitten an den Spitzen der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B angeordnet sind. Anders ausgedrückt, sind die ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B so ausgebildet, dass sie eine Seitenoberflächenform (eine Querschnittsform) aufweisen, die im wesentlichen mit einer umfangsseitigen Oberfläche erster und zweiter, klauenförmiger Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B in einem Bereich ausgerichtet ist, welcher Innenumfangsabschnitte der Abschnitte an den Spitzen und Basisendabschnitte der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B ausschließt, wobei die Seitenoberflächenform eine sich verjüngende Form ist, die gebildet wird durch eine kurze Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze, eine schräge Seite, welche die äußerste Umfangsoberfläche bildet, und eine schräge Seite, welche ein unteres Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze und einen Innenumfangs-Fußabschnitt der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B verbindet. Axiale Positionen der axialen Endoberflächen der Basisendabschnitte und der Abschnitte an den Spitzen der ersten Permanentmagneten 20A sind zu axialen Positionen der axialen Endoberflächen von Abschnitten an den Spitzen und Basisendabschnitten der zweiten Permanentmagneten 20B ausgerichtet. Weiterhin sind die Basisendabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B axial innerhalb axialer Endoberflächen eines Statorkerns 13 angeordnet.
Im übrigen ist diese Ausführungsform ebenso wie die voranstehend geschilderte Ausführungsform 2 ausgebildet.
Bei der Ausführungsform 5 sind radial äußere Umfangsabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B in enger Nähe zum Statorkern 13 angeordnet, und wird der zusätzliche Magnetfluss von den Permanentmagneten in diesen Abschnitten, der durch den Statorkern 13 fließt, ein wirksamer Magnetfluss. Allerdings sind die inneren Radialseiten der Basisendabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B entfernt vom Statorkern 13 angeordnet, und ist es weniger wahrscheinlich, dass der zusätzliche Magnetfluss von den Permanentmagneten in diesen Abschnitten durch den Statorkern 13 fließt, so dass es unwahrscheinlich ist, dass er zu einem wirksamen Magnetfluss wird.
Da bei der Ausführungsform 5 Abschnitte der Permanentmagneten, die wenig zu dem zusätzlichen Magnetfluss beitragen, der durch die inneren Radialseiten der Basisendabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B gebildet wird, weggeschnitten sind, ermöglicht es die Form der Magneten, dass der Magnetfluss der Permanentmagneten wirksam als effektiver Magnetfluss eingesetzt wird, was eine Verringerung der Abmessungen der Permanentmagneten ermöglicht, wobei sichergestellt wird, dass ein wirksamer Magnetfluss hinzugefügt werden kann.
Auch bei der Ausführungsform 5 können ähnliche Effekte wie jene bei der Ausführungsform 2 erzielt werden, da die Axiallänge L₃ der Permanentmagneten der Beziehung L₁ ≥ L₃ > L₂ genügt.
Ausführungsform 6
11 ist eine schematische Querschnittsansicht der Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
In 11 ist das Ausmaß des Wegschneidens an einer inneren Radialseite eines Basisendabschnittes erster und zweiter Permanentmagneten 20A bzw. 20B größer als bei der voranstehenden Ausführungsform 5, wobei eine solche Form gewählt ist, dass eine Seitenoberflächenform (eine Querschnittsform) vorhanden ist, die an einen Überlappungsbereich (eine überlagerte Oberfläche) angepasst ist, wenn eine umfangsseitige Oberfläche eines ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnittes 19A auf eine umfangsseitige Oberfläche eines gegenüberliegenden, zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnittes 19B projiziert wird. Die Basisendabschnitte der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B sind axial innerhalb axialer Endoberflächen eines Statorkerns 13 angeordnet.
Im übrigen ist diese Ausführungsform ebenso wie die voranstehende Ausführungsform 2 ausgebildet.
Bei der Ausführungsform 5 kann infolge der Tatsache, dass die ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B so ausgebildet sind, dass sie eine Querschnittsform aufweisen, die im wesentlichen an eine überlagerte Oberfläche angepasst ist, bei welcher gegenüberliegende, umfangsseitige Oberflächen der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A bzw. 19B in Umfangsrichtung überlagert sind, ein Kriechmagnetfluss zwischen den ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten 19A bzw. 19B verlässlich verringert werden.
Da Abschnitte der Permanentmagneten, die wenig zu dem zusätzlichen Magnetfluss beitragen, der durch die inneren Radialseiten der ersten und zweiten Permanentmagneten 20A bzw. 20B gebildet wird, weggeschnitten sind, ermöglicht es die Form der Magneten, dass der Magnetfluss der Permanentmagneten wirksam als wirksamer Magnetfluss eingesetzt wird, was eine weitere Verringerung der Abmessungen der Permanentmagneten ermöglicht, während ein wirksamer Magnetfluss sichergestellt wird, der zusätzlich eingesetzt werden kann.
Bei der Ausführungsform 6 können, da die Axiallänge L₃ der Permanentmagneten auch der Bedingung L₁ ≥ L₃ > L₂ genügt, ebenfalls ähnliche Effekte wie jene bei der voranstehenden Ausführungsform 2 erzielt werden.
Ausführungsform 7
Bei den voranstehenden Ausführungsformen 1 bis 6 sind die Form und die Anordnung der Permanentmagneten vorgeschrieben, die auf den umfangsseitigen Oberflächen der klauenförmigen Magnetpolabschnitte angeordnet sind, wogegen bei der Ausführungsform 7 eine Beziehung der Seitenoberfläche (Querschnittsoberfläche) der Permanentmagneten zur umfangsseitigen Oberfläche einer Seite der klauenförmigen Magnetpolabschnitte vorbestimmt ist.
12 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Umgebung klauenförmiger Magnetpolabschnitte einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Magnetoberflächenverhältnis und der maximalen Drehmomenterhöhung in Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung angibt.
Hierbei ist das Magnetoberflächenverhältnis ein Verhältnis (Sm/Sp), nämlich das Verhältnis der Seitenoberfläche (Querschnittsfläche) Sm der Permanentmagneten zur umfangsseitigen Oberfläche Sp der klauenförmigen Magnetpolabschnitte. Die umfangsseitige Oberfläche Sp einer Seite der klauenförmigen Magnetpolabschnitte, gezeigt in 12 durch Schräglinien, ist die Oberfläche eines Bereichs auf einer umfangsseitigen Oberfläche eines ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnittes 19A, begrenzt durch eine kurze Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze, eine schräge Seite, die eine äußerste Umfangsoberfläche bildet, eine schräge Seite, die ein unteres Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze und einen Innenumfangs-Fußabschnitt des ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnittes 19A verbindet, und eine gerade Linie, die zu einer axialen Endoberfläche des Statorkerns 13 ausgerichtet ist. Andererseits ist die Seitenoberfläche Sm der Permanentmagneten die Oberfläche eines ersten Permanentmagneten 20A, welcher die umfangsseitige Oberfläche des ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnittes 19A berührt. Die ersten Permanentmagneten 20A weisen eine Seitenoberflächenform auf, die an eine umfangsseitige Oberfläche der ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A angepasst ist, wobei die Seitenoberflächenform durch eine kurze Seite in Radialrichtung am Ende einer Spitze gebildet wird, eine schräge Seite, welche die äußerste Umfangsoberfläche bildet, und eine schräge Seite, welche ein unteres Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze und einen Innenumfangs-Fußabschnitt der ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19A verbindet, wobei die Seitenoberfläche Sm dadurch geändert wird, dass axiale Positionen der langen Seite am Basisende geändert werden, die durch die gerade Radiallinie gebildet wird. Darüber hinaus sind die zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte 19B und die zweiten Permanentmagneten 20B entsprechend ausgebildet.
Bei einer rotierenden elektrischen Maschine für Kraftfahrzeuge, bei welcher der Rotoraußendurchmesser gleich 105,5 mm ist, und der Statorkern-Außendurchmesser gleich 135,0 mm ist, wurde das Verhältnis (Sm/Sp) der Seitenoberfläche (der Querschnittsfläche) Sm der Permanentmagneten zur umfangsseitigen Oberfläche Sp der klauenförmigen Magnetpolabschnitte variiert, und wurde die maximale Drehmomenterhöhung im Betrieb gemessen, die sich infolge des Hinzufügens der Permanentmagneten ergab, wobei die Ergebnisse in 13 dargestellt sind. Weiterhin ist die Restmagnetflussdichte (Br) der Permanentmagneten so gewählt, dass die induzierte Spannung im Betrieb mit einem Feldstrom von null nicht die Stromversorgungssystemspannung überschreitet.
Aus 13 sieht man, dass mit wachsendem Magnetoberflächenverhältnis das Ausmaß der Erhöhung des maximalen Drehmomentes im Betrieb zunimmt, wen das Magnetoberflächenverhältnis annähernd gleich 0,9 ist, dass das Ausmaß der Erhöhung des maximalen Drehmomentes im Betrieb einen Maximalwert bei 6,5 Nm annimmt, und dann, wenn das Magnetoberflächenverhältnis den Wert 0,9 überschreitet, das Ausmaß der Erhöhung des maximalen Drehmomentes im Betrieb abnimmt.
Wenn daher das Verhältnis (Sm/Sp) zwischen der Seitenoberfläche der klauenförmigen Magnetpolabschnitte und der Oberfläche der Permanentmagneten so gewählt wird, dass die Bedingung Sm/Sp ≤ 1,0 erfüllt ist (unter Berücksichtigung von Unregelmäßigkeiten bei den Eigenschaften), während ein Wert für Br für die Permanentmagneten so ausgewählt wird, dass die induzierte Spannung nicht die Stromversorgungssystemspannung während des Betriebs mit einem Feldstrom von null überschreitet, können daher verbesserte Eigenschaften erhalten werden, die sich infolge der wirksamsten Magnetform ergeben.

Claims

Rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge, welche aufweist: einen Rotor (7), welcher aufweist: einen Rotorkern (16), welcher aufweist: einen zylindrischen Bossenabschnitt (17A, 17B); einen ersten Jochabschnitt (18A), der so angeordnet ist, dass er sich von einem ersten axialen Ende des Bossenabschnittes (17A) aus radial nach außen erstreckt; einen zweiten Jochabschnitt (18B), der so angeordnet ist, dass er sich von einem zweiten axialen Ende des Bossenabschnittes (17B) aus radial nach außen erstreckt; mehrere erste, klauenförmige Magnetpolabschnitte (19A), die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich zu dem zweiten axialen Ende von dem ersten Jochabschnitt (18A) aus erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und eine Form der radial äußersten Umfangsoberfläche aufweisen, die so ausgebildet ist, dass eine Trapezform vorhanden ist, die durch eine kurze Seite in Umfangsrichtung am Ende einer Spitze gebildet wird, eine lange Seite in Umfangsrichtung eines Basisendabschnittes, und zwei schräge Seiten; und mehrere zweite, klauenförmige Magnetpolabschnitte (19B), die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich zu dem ersten axialen Ende von dem zweiten Jochabschnitt (18B) aus erstrecken, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, und eine Form der radial äußersten Umfangsoberfläche aufweisen, die so gewählt ist, dass eine Trapezform vorhanden ist, die durch eine kurze Seite in Umfangsrichtung am Ende einer Spitze gebildet wird, eine lange Seite in Umfangsrichtung eines Basisendabschnittes, und zwei schräge Seiten, und die so angeordnet sind, dass sie sich mit den ersten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten in Umfangsrichtung abwechseln; und eine Feldwicklung (15), die auf dem Bossenabschnitt (17A, 17B) angebracht ist, wobei der Rotor (7) so angeordnet ist, dass er sich um eine Welle (6) drehen kann, die durch eine zentrale, axiale Position des Bossenabschnittes (17A, 17B) eingeführt ist; einen Stator (8), welcher aufweist: einen zylindrischen Statorkern (13); und eine Statorwicklung (14), die in dem Statorkern (13) vorgesehen ist, wobei der Statorkern (13) so angeordnet ist, dass er koaxial den Rotorkern (16) umgibt; und Permanentmagneten, die durch erste und zweite Permanentmagneten (20A, 20B) gebildet werden, die zwischen jedem in Umfangsrichtung benachbarten Paar aus den ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitten (19A, 19B) so vorgesehen sind, dass sie eine umfangsseitige Oberfläche der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Permanentmagnete (20A, 20B) so ausgebildet sind, dass sie eine Seitenoberflächenform aufweisen, die im wesentlichen mit einer umfangsseitigen Oberfläche der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) in einem Bereich ausgerichtet ist, welcher Abschnitte an den Spitzen und Innenumfangsabschnitte der Basisendabschnitte der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) ausschließt, wobei die Seitenoberflächenform eine sich verjüngende Form ist, die gebildet wird durch eine kurze Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze, eine schräge Seite, welche die äußerste Umfangsoberfläche bildet, und eine schräge Seite, welche ein unteres Ende der kurzen Seite in Radialrichtung am Ende der Spitze und einen Innenumfangs-Fußabschnitt der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) verbindet; axiale Positionen von axialen Endflächen eines Basisendabschnitts und des Abschnittes an der Spitze der ersten Permanentmagneten (20A) zu axialen Positionen des Abschnittes an der Spitze und eines Basisendabschnittes der zweiten Permanentmagneten (20B) ausgerichtet sind; und eine Axiallänge (L₁) des Statorkerns (13), eine Axialentfernung (L₂) zwischen einander gegenüberliegenden Endoberflächen der ersten und zweiten Jochabschnitte (18A, 18B), und eine Axiallänge (L₃) der Permanentmagneten (20A, 20B) so gewählt sind, dass die Bedingung L₁ ≥ L₃ > L₂ erfüllt ist.
Rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Permanentmagneten (20A, 20B) so ausgebildet sind, dass sie eine Querschnittsform aufweisen, die einem Bereich einer Überlappung entspricht, wenn eine Umfangsseitenfläche des ersten klauenförmigen Magnetpolabschnitts (20A) auf eine Umfangsflächenseite eines gegenüberliegenden zweiten klauenförmigen Magnetpolabschnitts (20B) projiziert wird.
Rotierende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Permanentmagneten (20A, 20B) so ausgebildet sind, dass sie jeweils eine Querschnittsform mit einer Form aufweisen, die im wesentlichen gleich einer umfangsseitigen Oberflächeform der sich berührenden, ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) ist; und ein Verhältnis (Sm/Sp) einer Oberfläche (Sm) der ersten und zweiten Permanentmagneten (20A, 20B) zu einer umfangsseitigen Oberfläche (Sp) der ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpolabschnitte (19A, 19B) die Bedingung Sm/Sp ≤ 1,0 erfüllt.