DE102005032069B4 - Wechselstrommotor - Google Patents

Abstract

Wechselstrommotor mit einem Rotor, der aufweist:eine Rotorwelle, auf der ein Rückschlusskörper befestigt ist;Permanentmagnete, die in Umfangsrichtung abwechselnd Nord- und Südpole zu einem Luftspalt hin ausbilden und auf dem Rückschlusskörper angeordnet sind;Rückschlusselemente aus Weicheisen, die axial benachbart zu den Permanentmagneten am Rückschlusskörper angeordnet sind und die sowohl Pole zum Luftspalt hin ausbilden als auch den Fluss der Permanentmagnete führen;einen Stator, der eine Mehrzahl von Modulen beinhaltet, die in axialer Richtung dem Rotor gegenüberliegend angeordnet sind;Statorpole, die den Nord- und Südpolen des Rotors gegenüberliegen;eine zwischen die Statorpole gewickelte Wicklung mit zur Rotorwelle konzentrischen schleifenförmigen Windungen; undweitere Statorpole, die den Rückschlusspolen des Rotors gegenüberliegen und außerdem ein Rückflussteil aufweisen, das in Verbindung mit den Statorpolen steht;dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Rotor als auch der Stator vollständig oder teilweise aus einem weichmagnetischen Metallpulvermaterial hergestellt sind, welches durch Verpressen des Materials gebildet wird,wobeidie Vielzahl der Module gleich zwei ist,undwobei jedes der zwei Module auch einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase zugeordnet ist, die drei Phasen bilden,wobei jedes Modul erste und zweite Statorpole aufweist und die ersten und zweiten Statorpole in jedem der zwei Module gemäß Teilungen von im wesentlichen 120 elektrischen Winkelgraden gegeneinander verschoben sind,die Wicklung, die in einem der Module enthalten ist, eine U-Phasenwicklung enthält, und eine erste V-Phasenwicklung, deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt verlaufen,die Wicklung, die in dem anderen der Module enthalten ist, eine zweite V-Phasenwicklung und eine W-Phasenwicklung enthält, deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, unddie erste und die zweite V-Phasenwicklung in Reihe geschaltet sind und deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt sind.

Description

• Hintergrund der Erfindung
• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft einen Wechselstrommotor, wie einen Schrittschaltmotor, der durch einen Vielphasenstrom in Drehung versetzt wird und angetrieben wird, und betrifft eine Steuervorrichtung für denselben.
• Stand der Technik
• In herkömmlicher Weise sind Schrittschaltmotoren bekannt, die unter Verwendung von Zweiphasenströmen, einer P-Phase und einer Q-Phase, in Drehung versetzt werden und angetrieben werden, wie dies in der veröffentlichten japanischen ungeprüften Patentanmeldung JP 2001 - 161 055 A offenbart ist. 51 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines herkömmlichen Zweiphasen-Schrittschaltmotors im Falle von acht Polen darstellt. 52 ist ein umfangsmäßiger Erweiterungsplan eines Permanentmagneten, der in einem Rotor des Zweiphasen-Schrittschaltmotors vorgesehen ist, welcher in 51 dargestellt ist. 53 ist ein umfangsmäßiger Erweiterungsplan von Statorpolen des Zweiphasen-Schrittschaltmotors, der in 51 gezeigt ist.
• Bei dem herkömmlichen Zweiphasen-Schrittschaltmotor, der in diesen Figuren dargestellt ist, fließt ein positiver Strom zu einer P-Phasenwicklung 128. Es sei angenommen, daß eine magnetomotorische Kraft von einem Permanentmagneten 121 in einer Richtung zu einem Statorpol 124 erzeugt wird und ein Rotor drehbar zu einer Position überführt wird, bei der die Statorpole 124 und die N-Pole des Permanentmagneten 121 einander gegenüberliegen, und angehalten wird. Dann wird der P-Phasenstrom zu Null gemacht, und es fließt ein positiver Strom zu einer Q-Phasenwicklung 129. Es sei angenommen, daß eine magnetomotorische Kraft dann von einem Permanentmagneten 122 in einer Richtung zu den Statorpolen 126 hin erzeugt wird, der Rotor drehmäßig zu einer Position gebracht wird, in der die N-Pole des Permanentmagneten 122 und die Statorpole 126 einander gegenüberliegen und eine Drehung gemäß einem mechanischen Winkel von 22,5 Grad erfolgt, d.h. entsprechend einem elektrischen Winkel von 180 Grad. Wenn nachfolgend der Q-Phasenstrom auf Null gebracht wird und ein negativer Strom durch die P-Phasenwicklung 128 fließt, wird der Rotor drehmäßig zu einer Position gebracht, in der die Statorpole 124 und die S-Pole des Permanentmagneten 121 einander gegenüberliegen, was einer Drehung entsprechend einem mechanischen Winkel von 22,5 Grad entspricht.
• Wenn dann der P-Phasenstrom auf Null gebracht wird und ein negativer Strom zu der Q-Phasenwicklung 129 fließt, wird der Rotor drehmäßig in eine Position überfuhrt, in der die Statorpole 126 und die S-Pole des Permanentmagneten 122 einander gegenüberliegen, was einer Drehung entsprechend einem mechanischen Winkel von 22,5 Grad entspricht. Wenn dann der Q-Phasenstrom auf Null gebracht wird und ein positiver Strom zu der P-Phasenwicklung 128 fließt, wird der Rotor drehmäßig in eine Position gebracht, in der die Statorpole 124 und die N-Pole des Permanentmagneten 121 einander gegenüberliegen, so daß eine Drehung entsprechend einem mechanischen Winkel von 22,5 Grad erfolgt. Somit kehrt der Rotor in die Ursprungsposition zurück und hat sich ultimativ einmal gedreht. Durch Wiederholen der oben erläuterten Operationen in einer Aufeinanderfolge kann der Motor einer Drehsteuerung unterworfen werden. Wenn eine Umkehrdrehung erforderlich ist, können die oben erläuterten Operationen umgekehrt ausgeführt werden. Die Schritte der Operationen, die oben beschrieben sind, dienen einem Fall, bei dem Ströme von zwei Phasen intermittierend vorgesehen werden. Wenn eine Steuerung von Zweiphasen-Wechselstrom-Sinusströmen hervorgerufen wird, und zwar mit einer Phasendifferenz von 90 Grad als elektrischer Winkel, kann eine glattere Drehsteuerung durchgeführt werden.
• Motore dieses Typs, der in den 51, 52 und 53 gezeigt ist, werden dazu verwendet, um in vielfältigen Geräten eingebaut zu werden. Es entstand daher ein Bedarf nach Motoren mit hoher Qualität, geringer Größe und niedrigen Kosten. Aus diesem Grund wurden die magnetischen Kreise von Motoren mit herkömmlichen Konfigurationen verbessert, um den Magnetfluß effektiv auszunutzen, der durch die Permanentmagnete 121 und 122 erzeugt wird. Es entstand jedoch auch ein Problem, daß eine Leckage des Magnetflusses zwischen den Statorpolen der P-Phase und denjenigen der Q-Phase übermäßige Drehmoment-Rauigkeiten oder Vibrationen hervorruft und auch Störsignale entstehen. Ferner sind beim Steuern der Spannung und des Stromes eines Zweiphasen-Motors mit Hilfe eines Transistor-Inverters, im Gegensatz zu einer Dreiphasen-Wechselstromsteuerung, die sechs Transistoren für eine parallele Dreiphasensteuerung erfordert, eine größere Anzahl von Transistoren, wie beispielsweise acht Transistoren erforderlich, so daß eine problematische Verschlechterung in dem Antriebswirkungsgrad der Transistoren und auch eine komplexe Steuerung die Folge sind.
• Weiterer Stand der Technik ist in der JP S57 - 208 854 A , der JP 2001 - 178 028 A und der US 2003 / 0 192 169 A1 offenbart.
• Anspruch 1 geht in seinem Oberbegriff von der Druckschrift des Stands der Technik DE 91 03 881 U1 aus.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die erläuterten Umstände entwickelt, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wechselstrommotor mit geringer Größe und niedrigen Kosten zu schaffen, der die Erzeugung eines Drehmoments erhöhen kann, und eine Steuervorrichtung für denselben vorzusehen.
• Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
• Bei der vorliegenden Erfindung hat der Erfinder zur Vereinfachung der Erläuterung des Wesens der vorliegenden Erfindung neue technische Ausdrücke eingeführt, und zwar entsprechend einer gepaarten Rotorseite und Statorseite, „Neutral-Pole“ und „Statorpol“. Bei der vorliegenden Beschreibung definiert der Ausdruck „Neutral-Pole“ speziell gestaltete Abschnitte eines Rotors und eines Stators, die befähigt sind, wechselseitig einen magnetischen Fluß zu dem Gegenstück hin zu übertragen, und zwar zwischen dem Rotor und dem Stator, ohne dazwischen ein Drehmoment zu erzeugen. Somit sind die rotorseitigen und die statorseitigen „Neutral-Pole“ nicht auf spezielle Gestalten und Flächengrößen oder Bereichsgrößen beschränkt, vorausgesetzt, daß die Übertragung des Flusses ausgeführt wird. Zusätzlich bedeutet die Bezeichnung „Statorpol“ einen Zahnabschnitt, der an einem Stator ausgebildet ist, um einen Fluß zu veranlassen, intensiv dort hindurch zu verlaufen.
• Um die oben erläuterten Probleme zu lösen, umfaßt der Wechselstrommotor gemäß einem Teilaspekt der Offenbarung Folgendes:
• einen Rotor mit:
  • einer Drehwelle, die um eine longitudinale zentrale Achse in einer axialen Richtung der Rotorwelle drehbar ist,
  • N-Magnetpolen und S-Magnetpolen, die festliegend durch Windungen um die Drehwelle in einer Umfangsrichtung der Drehwelle angeordnet sind, und
  • rotorseitigen neutralen Polen, die fest angeordnet sind und benachbart zu den N-Magnetpolen bzw. den S-Magnetpolen entlang der axialen Richtung angeordnet sind,
  • einem Rückführjoch, welches magnetisch mit den N-Magnetpolen und den S-Magnetpolen verkettet ist, um als ein Rückleitjochteil zu dienen, und zwar zusammen mit den N-Magnetpolen und den S-Magnetpolen; und
  • einem Stator mit einer Vielzahl an Modulen, die in der axialen Richtung angeordnet sind, so daß sie dem Rotor gegenüberliegen, wobei jedes Modul Folgendes enthält:
    • eine Wicklung, die um die Rotorwelle in der Umfangsrichtung in einer Schleifengestalt gewickelt ist;
    • statorseitige Neutral-Pole, die so angeordnet sind, daß sie den rotorseitigen Neutral-Polen gegenüberliegen;
    • Statorpole, die so angeordnet sind, daß sie entweder den N-Magnetpolen oder den S-Magnetpolen gegenüberliegen; und
    • Rückführjoche, die die statorseitigen Neutral-Pole und die Statorpole miteinander magnetisch verketten.
• Somit kann der Fluß, der durch die N-Pole erzeugt wird, und der Fluß, der durch die S-Pole erzeugt wird, getrennt dazu verwendet werden, um die Erzeugung eines Drehmoments zu erhöhen. Es sei ein Fall betrachtet, bei dem ein Drehmoment so angefordert wird, daß dessen Spezifikationen konstant sind, und ein Wechselstrommotor verwendet werde soll, der eine geringe Größe und niedrige Kosten hat, welcher das erforderliche Drehmoment erzeugen soll.
• In bevorzugter Weise sind die Rückführjoche in jedem der Module so ausgebildet, daß sie einen magnetischen Kreis bilden, der es ermöglicht, daß jeder Fluß F1, der durch die N-Magnetpole erzeugt wird, und ein Fluß F2, der durch jeden S-Magnetpol erzeugt wird, mit der Wicklung über sowohl jeden rotorseitigen Neutral-Pol als auch jeden statorseitigen Neutral-Pol in der gleichen Richtung verkettet wird. Indem man somit solch einen magnetischen Kreis schafft, wird die Gesamtgröße des Flusses, der zum Erzeugen des Drehmoments beiträgt, erhöht.
• Wenn in bevorzugter Weise die Vielzahl der Module gleich n ist (eine positive ganze Zahl größer als Zwei), sind die Statorpole, die in jedem Modul enthalten sind, entlang dem gleichen Umfang angeordnet, dessen Zentrum die Drehwelle ist, und zwar in Teilungen von im wesentlichen 180 Grad als elektrischer Winkel, wobei die Orte der Statorpole um „360/n“ Grad als elektrischer Winkel Modul für Modul angeordnet sind. Somit kann sich der Rotor effizient in einer Richtung drehen, und zwar unter Verwendung der Vielzahl der Module, die der Vielzahl der Phasen entsprechen.
• Wenn ferner in bevorzugter Weise in jedem Modul an der Stelle der Statorpole, die entlang dem gleichen Umfang um die Rotorwelle in Teilungen von im wesentlichen 360 Grad bzw. elektrischen Graden angeordnet sind, die statorseitigen Neutral-Pole angeordnet werden, werden die Statorpole, die entlang dem gleichen Umfang um die Rotorwelle in Teilungen von im wesentlichen 360 elektrischen Graden anzuordnen sind, entfernt. Indem man somit den Bereich der Statorpole erhöht, kann die Flußverkettung mit der Wicklung erhöht werden, um den Leckage-Fluß zwischen den Statorpolen zu reduzieren, um dadurch die Erzeugung des Drehmoments zu erhöhen.
• In bevorzugter Weise besteht die Anzahl aus Modulen aus zwei in der Zahl, wobei ein Modul einer P-Phase und das andere Modul einer Q-Phase zugeordnet ist, die P- und Q-Phasen zwei Phasen bilden,
  es sind die Statorpole für die P-Phase entlang dem gleichen Umfang angeordnet, und zwar zentriert an der Drehwelle, in Teilungen von im wesentlichen 180 elektrischen Graden, und
  die Statorpole für die Q-Phase sind entlang dem gleichen Umfang angeordnet, zentriert an der Drehwelle, in Teilungen von im wesentlichen 180 elektrischen Graden, jedoch um im wesentlichen 90 elektrische Grade verschoben, und zwar verglichen mit den Statorpolen für die P-Phase.
• Es kann somit ein Zweiphasen-Wechselstrommotor realisiert werden, der aus einer P-Phase und einer Q-Phase besteht. Ferner kann der Fluß, der in den N- und S-Polen des Rotors erzeugt wird, und zwar für die jeweiligen Phasen effektiv dazu verwendet werden, um die Erzeugung des Drehmoments zu erhöhen.
• Als Beispiel kann eine Vielzahl von Statorpolen in jedem Modul magnetisch zusammengefaßt sein, um mit einem der statorseitigen Stator-Neutral-Polen verkettet zu sein. Durch die Bildung eines magnetischen Pfades mit der Zusammenfassung der Vielzahl der Statorpole kann der Leckagefluß zwischen unterschiedlichen Statorpolen reduziert werden, um eine effektive Verwendung des Flusses zu ermöglichen, was ferner auch eine Erhöhung des Drehmoments ermöglicht, Verbesserung der Leistungsfaktoren und eine Verbesserung im Wirkungsgrad ermöglicht.
• Beispielsweise sind sowohl der Rotor als auch der Stator vollständig oder teilweise aus einem weichmagnetischen Metallpulvermaterial hergestellt und sind durch Pressen des Materials ausgebildet. Es wird somit ein magnetischer Kreis in einer dreidimensionalen Form gebildet, um die Flußverluste zu reduzieren und um vergleichsweise die Herstellung von komplizierten Formen zu vereinfachen und dadurch die Herstellungskosten zu reduzieren.
• Als ein Beispiel können sowohl der Rotor als auch der Stator vollständig oder teilweise unter Verwendung eines Teiles hergestellt sein, welches durch wechselseitiges Kombinieren von weichmagnetischem Metallpulvermaterial und magnetischem Stahlblech gebildet ist. Es kann somit ein flach gewalztes magnetisches Stahlblech und - streifen für dünne und leicht brechbare Teile verwendet werden, wie beispielsweise für die Streifen eines Statorpoles, während das weichmagnetische Metallpulvermaterial für die anderen Teile verwendet werden kann, um dadurch einen guten Abgleich zwischen der Reduzierung eines Flußverlustes und der Sicherung der Festigkeit zu erreichen.
• Es ist zu bevorzugen, daß die Wicklung für die P-Phase einen Teil der Wicklung Lw der Dreiphasen-Wechselstromwicklung Lu, Lv und Lw verwendet, wobei die Wicklung Lu gegenüberliegend der Wicklung Lw angeordnet ist und wobei die Wicklung für die Q-Phase einen Teil der Wicklung Lw der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen Lu, Lv und Lw verwendet, wobei die Wicklung Lw gegenüber der Wicklung Lv angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Steuerung in solcher Weise, daß der Dreiphasen-Strom durch die P-Phasen-Wicklung und die Q-Phasen-Wicklung fließt, um dadurch die Konfiguration zu vereinfachen, die für die Steuerung erforderlich ist.
• Es ist auch zu bevorzugen, daß die Vielzahl der Statorpole, die in jedem Modul angeordnet sind, in n-Gruppen gruppiert sind und die Statorpole, die zu jeder Gruppe gehören, relativ entlang dem Umfang um einen Betrag gemäß einem ganzzahligen Vielfachen von 360/(m × n) elektrischen Graden verschoben sind, wobei n eine positive ganze Zahl ist und m eine Größenordnung einer Drehmoment-Rauigkeit bedeutet, die zu reduzieren ist. Zusätzlich können die N-Magnetpole und die S-Magnetpole, die in dem Rotor angeordnet sind, in n-Gruppen gruppiert sein, wobei jeder Magnetpol und die N-Magnetpole, die zu jeder Gruppe gehören, und die S-Magnetpole, die zu jeder Gruppe gehören, relativ entlang dem Umfang um einen Betrag gemäß einem ganzzahligen Vielfachen von 360/(m × n) elektrischen Graden verschoben sind, wobei n eine positive ganze Zahl ist und m eine Größenordnung der Drehmoment-Rauigkeit ist, die reduziert werden soll. Somit können Drehmoment-Rauigkeiten oder Unebenheiten, die eine gewünschte Größenordnung haben, die in einer Voraussicht groß sind, in sicherer Weise reduziert werden.
• In bevorzugter Weise besteht die Vielzahl an Modulen aus zwei in der Zahl, wobei jedes Modul einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase zugeordnet ist, die drei Phasen bilden,
  die Statorpole in jedem der zwei Module wechselseitig in Teilungen von im wesentlichen 120 elektrischen Graden verschoben sind,
  die Wicklung, die in einem der Module enthalten ist, eine U-Phasenwicklung und eine erste V-Phasenwicklung enthält, deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt sind,
  wobei die Wicklung in dem anderen der Module eine zweite V-Phasenwicklung und eine W-Phasenwicklung enthält, deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt verlaufen, und
  die erste und die zweite V-Phasenwicklung in Reihe geschaltet sind und deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt verlaufen.
• Indem man den Dreiphasen-Wechselstrommotor in dieser Weise aufbaut, kann ein Motor mit hohem Wirkungsgrad bei reduzierter Vibration und Störsignalentwicklung realisiert werden. Ferner kann solch ein Motor auch in einer Massenproduktion hergestellt werden und kann durch eine Einrichtung angetrieben werden, die aus einem kostengünstigen Dreiphasen-Motor-Inverter besteht, um dadurch die Kosten zu reduzieren.
• Bei dieser Konfiguration können von den Wicklungen, die in den U-, V- und W-Phasenwicklungen vorgesehen sind, die U-Phasenwicklung und die erste V-Phasenwicklung an der gleichen elektromagnetischen Stelle gewickelt sein und können in eine einzige Wicklung zusammengefaßt sein, und es können die zweite V-Phasenwicklung und die W-Phasenwicklung an der gleichen elektromagnetischen Stelle gewickelt sein oder zu einer einzigen Wicklung zusammengefaßt sein. Somit können die Wicklungen vereinfacht werden und es kann der Kupferverlust reduziert werden, so daß dadurch die Ausgangsleistung verbessert wird.
• Als ein anderes bevorzugtes Beispiel kann der Wechselstrommotor ferner eine Einrichtung zum Steuern des Stromes Ip enthalten, der durch die Wicklung für die P-Phase fließt, und für den Strom Iq, der durch die Wicklung für die Q-Phase fließt, so daß eine Beziehung gemäß $$\text{Ta}=\text{Wp}\times \text{Ep}\times \text{Ip}+\text{Wq}\times \text{EQ}\times \text{Iq}$$

  

  erfüllt wird, worin Ta ein Drehmomentbefehl ist, Ep = dϕp/dθ eine Änderungsrate in den Drehwinkeln des Flusses ϕp ist, der mit der Wicklung für die P-Phase verkettet ist, Eq = dϕq/dθ eine Änderungsrate in den Drehwinkeln des Flusses ϕq ist, der mit der Wicklung für die Q-Phase verkettet ist, Wp die Zahl an Windungen der Wicklung für die P-Phase bedeutet, und Wq die Zahl der Windungen derWicklung für die Q-Phase ist.
• Indem man den Strom steuert, der zu der Wicklung von jeder Phase geschickt wird, und zwar unter Verwendung dieser Steuervorrichtung, kann ein Wechselstrommotor realisiert werden, der das gewünschte Drehmoment erzeugt.
• Figurenliste
• In den Zeichnungen zeigen:
• 1 einen vertikalen Querschnitt eines Wechselstrommotors gemäß gemäß einem Teilaspekt der Offenbarung;
• 2 einen Erweiterungsplan eines Achtpol-Rotors entlang der Drehrichtung;
• 3 einen Erweiterungsplan der Statorpole entlang der Drehrichtung, die gegenüber einem Rotor angeordnet sind;
• 4 einen Erweiterungsplan einer P-Phasenwicklung und einer Q-Phasenwicklung entlang einer Drehrichtung;
• 5 eine Darstellung, welche die Positionen von Querschnitten eines Stators gemäß gemäß einem Teilaspekt der Offenbarungwiedergibt;
• 6 einen Querschnitt entlang einer Linie A-A von 5;
• 7 einen Querschnitt entlang einer Linie AG-AG von 5;
• 8 einen Querschnitt entlang einer Linie B-B von 5;
• 9 einen Querschnitt entlang einer Linie BG-BG von 5;
• 10 einen Querschnitt entlang einer Linie C-C von 5;
• 11 einen Querschnitt entlang einer Linie CG-CG von 5;
• 12 einen Querschnitt entlang einer Linie D-D von 5;
• 13 einen Querschnitt entlang einer Linie DG-DG von 5;
• 14 ein Modell einer Flußverkettung mit einer Wicklung eines herkömmlichen Wechselstrommotors;
• 15 ein Modell einer Flußverkettung mit einer Wicklung eines Wechselstrommotors gemäß gemäß einem Teilaspekt der Offenbarung;
• 16 ein Vektordiagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Spannung, einem Strom und einer Leistung eines Wechselstrommotors gemäß einem Teilaspekt der Offenbarung wiedergibt;
• 17 einen vertikalen Querschnitt eines abgewandelten Wechselstrommotors, wobei die Gestalten der Statorpole und der statorseitigen Neutral-Pole verbessert worden sind;
• 18 einen Querschnitt entlang einer Linie E-E von 17;
• 19 einen Querschnitt entlang einer Linie F-F von 17;
• 20 einen Querschnitt entlang einer Linie G-G von 17;
• 21 einen Querschnitt entlang einer Linie H-H von 17;
• 22 einen quer verlaufenden Querschnitt einer Motorstruktur zum Vermindern des Leckageflusses zwischen unterschiedlichen Statorpolen;
• 23 einen quer verlaufenden Querschnitt einer Motorstruktur zum Reduzieren des Leckageflusses zwischen unterschiedlichen Statorpolen;
• 24 einen quer verlaufenden Querschnitt einer Motorstruktur für die Reduzierung des Leckageflusses zwischen unterschiedlichen Statorpolen;
• 25 einen quer verlaufenden Querschnitt einer Motorstruktur zum Reduzieren des Leckageflusses zwischen unterschiedlichen Statorpolen;
• 26 eine vertikale Querschnittsansicht, die einen abgewandelten Wechselstrommotor veranschaulicht;
• 27 einen linearen Erweiterungsplan eines Innenumfangs eines Stators entlang der Drehrichtung;
• 28 einen Querschnitt entlang einer Linie J-J von 26
• 29 einen Querschnitt entlang einer Linie K-K von 26;
• 30 einen Querschnitt entlang einer Linie L-L von 26;
• 31 ein Modell der Flußleckage in Verbindung mit einer Wicklung eines abgewandelten Wechselstrommotors;
• 32 ein Vektordiagramm, welches ein Verfahren für eine scheinbare Umsetzung von Zweiphasen-Wechselströmen in Dreiphasen-Wechselströme veranschaulicht, und zwar durch Zustandebringen der Wicklungen eines Motors;
• 33 ein elektrischen Äquivalent-Diagramm, welches spezifische Wicklungen veranschaulicht, um Zweiphasen-Wechselströme in einer offensichtlichen Weise durchzuleiten;
• 34 ein spezifisches Beispiel einer Positionsverschiebung der Statorpole, die ausgeführt wird, um Drehmoment-Rauigkeiten zu reduzieren;
• 35 ein spezifisches Beispiel einer Positionsverschiebung eines Permanentmagneten, die zu dem Zweck ausgeführt wird, um Drehmoment-Rauigkeiten zu reduzieren;
• 36 einen vertikalen Querschnitt eines abgewandelten Wechselstrommotors, zu dem eine Wicklung hinzugefügt wurde, um eine magnetomotorische Kraft in einer axialen Richtung eines Rotors zu versetzen;
• 37 ein spezifisches Beispiel einer Steuervorrichtung für einen Wechselstrommotor;
• 38 einen vertikalen Querschnitt eines abgewandelten Wechselstrommotors, bei dem die Positionen der Neutral-Pole eines Stators geändert worden sind;
• 39 einen linearen Erweiterungsplan eines Flächenprofils eines Rotors in dem Wechselstrommotor, der in 38 gezeigt ist;
• 40 einen linearen Erweiterungsplan entlang der Drehrichtung von einer inneren Umfangsfläche des Stators, der in 38 gezeigt ist;
• 41 einen Dreiphasen-Wechselstrommotor, der aus einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase besteht, der eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Zweiphasen-Wechselstrommotors ist, der aus der P-Phase und der Q-Phase gebildet ist, wie dies in 26 gezeigt ist;
• 42 einen linearen Erweiterungsplan entlang der Drehrichtung von einer inneren Umfangsfläche des Stators, der in 41 gezeigt ist;
• 43 einen linearen Erweiterungsplan entlang der Drehrichtung von einer Wicklung des Rotors, der in 41 gezeigt ist;
• 44 ein Vektordiagramm, welches die Qualität des Wechselstrommotors wiedergibt, der in 41 gezeigt ist;
• 45 eine quer verlaufende Querschnittsansicht eines grundlegenden Rotors;
• 46 eine quer verlaufende Querschnittsansicht eines abgewandelten Rotors;
• 47 eine quer verlaufende Querschnittsansicht eines abgewandelten Rotors;
• 48 eine quer verlaufende Querschnittsansicht eines abgewandelten Rotors;
• 49 eine quer verlaufende Querschnittsansicht eines abgewandelten Rotors;
• 50 eine quer verlaufende Querschnittsansicht eines abgewandelten Rotors;
• 51 eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines herkömmlichen Zweiphasen-Schrittschaltmotors wiedergibt;
• 52 einen umfangsmäßigen Erweiterungsplan eines Permanentmagneten, der in einem Rotor des Zweiphasen-Schrittschaltmotors vorgesehen ist, welcher in 51 gezeigt ist; und
• 53 einen umfangsmäßigen Erweiterungsplan der Statorpole des Zweiphasen-Schrittschaltmotors, der in 51 gezeigt ist.
• Detaillierte Beschreibung von Teilaspekten der Offenbarung und der bevorzugten Ausführungsform
• Im Folgenden wird ein Wechselstrommotor gemäß Teilaspekten der Offenbarung und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
• 1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Wechselstrommotors gemäß gemäß einem Teilaspekt der Offenbarung. Ein Wechselstrommotor 1 gemäß gemäß dem Teilaspekt der Offenbarung, der in 1 gezeigt ist, besteht aus einem Zweiphasen-Motor mit zwei Modulen für eine P-Phase und eine Q-Phase (das Modul, welches jeder der Phasen entspricht, ist als „Aktuator“ bezeichnet). Der Zweiphasen-Motor umfasst einen Rotor 100, einen Stator 200 und ein Motorgehäuse 12. Der Rotor 100 umfaßt eine Rotorwelle 11, einen P-Phasen-Permanentmagneten 13, einen Q-Phasen-Permanentmagneten 14 und ein Rückführjoch 2.
• 2 zeigt einen Erweiterungsplan des Achtpol-Rotors 100 entlang der Drehrichtung. Die Winkel, die entlang der horizontalen Achse aufgetragen sind, geben mechanische Winkel an, bei denen 360 Grad eine Umdrehung bedeuten. Die N-Pole und die S-Pole des P-Phasen-Permanentmagneten, die auf der einen Seite Rotorpole bilden, sind abwechselnd entlang der Drehrichtung angeordnet, während die N-Pole und S-Pole des Q-Phasen-Permanentmagneten 14, welche andererseits Rotorpole bilden, abwechselnd entlang der Drehrichtung angeordnet sind. Die P-Phasen- und Q-Phasen-Permanentmagnete 13, 14 sind entlang der Rotorwelle 11 mit einem vorbestimmten Intervall dazwischen angeordnet. Die rotorseitigen Neutral-Pole 25, 26, 27, d.h. die Abschnitte des Rückfühtjoches 2, sind entlang der Rotorwelle 11 angeordnet und liegen benachbart zu den P-Phasen- und Q-Phasen-Permanentmagneten 13, 14.
• Der Stator 200 umfaßt eine P-Phasenwicklung 23, eine Q-Phasenwicklung 24, P-Phasen-Statorpole 16, 17, Q-Phasen-Statorpole 20, 21, statorseitige P-Phasen-Neutral-Pole 15, 18 und statorseitige Q-Phasen-Neutral-Pole 19, 22. 3 zeigt einen Erweiterungsplan entlang der Drehrichtung der individuellen Statorpole, die dem Rotor 100 gegenüberliegen. Die Grade, die entlang der horizontalen Achse aufgetragen sind, sind mechanische Winkel, bei denen 360 Grad eine Umdrehung bedeuten. Die P-Phasen-Statorpole 16 in der Vorwärtsrichtung sind gegenüber dem P-Phasen-Permanentmagneten 13 des Rotors 100 angeordnet. Ein statorseitiger P-Phasen-Neutralpol 18, der gegenüberliegend dem rotorseitigen Neutralpol 26 positioniert ist, dient dazu, den magnetischen Fluß F1 zu lenken, der durch die P-Phasen-Statorpole 16 verläuft, um die P-Phasenwicklung 23 zu verketten. Die P-Phasen-Statorpole 16 und der statorseitige P-Phasen-Neutral-Pol 18 sind miteinander über das Rückführjoch des Stators 200 verbunden, um dadurch die P-Phasenwicklung 23 zu umschließen. In ähnlicher Weise sind die P-Phasen-Statorpole 17 in der umgekehrten Richtung, die durch unterbrochene Linien gezeigt sind, gegenüber dem P-Phasen-Permanentmagneten 13 des Rotors 100 positioniert. Der statorseitige P-Phasen-Neutral-Pol 15, welcher dem rotorseitigen Neutral-Pol 25 gegenüberliegt, dient dazu, um den magnetischen Fluß F2 zu lenken, der durch die P-Phasen-Statorpole 17 verläuft, um eine Verkettung mit der P-Phasenwicklung 23 zu erzielen. Die P-Phasen-Statorpole 17 und der statorseitige P-Phasen-Neutral-Pol 15 sind miteinander über das Rückführjoch des Stators 200 verbunden, um so die P-Phasenwicklung 23 zu umschließen. Der Fluß F1 und der Fluß F2 sind so konfiguiert, daß sie Flußverkettungen in der gleichen Richtung für die P-Phasenwicklung 23 bilden.
• Die Q-Phasen-Statorpole 21 in der Vorwärtsrichtung sind gegenüber dem Q-Phasen-Permanentmagneten 14 des Rotors 100 positioniert. Ein statorseitiger P-Phasen-Neutral-Pol 19, welcher gegenüber dem rotorseitigen Neutral-Pol 26 positioniert ist, dient dazu, um den magnetischen Fluß F3 zu lenken, der durch die Q-Phasen-Statorpole 21 verläuft, um eine Verkettung mit der P-Phasenwicklung 24 zu erreichen. Die Q-Phasen-Statorpole 21 und der statorseitige Q-Phasen-Neutral-Pol 19 sind miteinander über das Rückführjoch des Stators 200 verbunden, um dadurch die P-Phasenwicklung 24 zu umschließen. In ähnlicher Weise sind die Q-Phasen-Statorpole 20 in der umgekehrten Richtung, die durch unterbrochene Linien gezeichnet sind, gegenüber dem Q-Phasen-Permanentmagneten 14 des Rotors 100 positioniert. Der statorseitige Q-Phasen-Neutral-Pol 22, welcher dem rotorseitigen Neutral-Pol 27 gegenüberliegt, dient dazu, um den magnetischen Fluß F4 zu lenken, der durch die Q-Phasen-Statorpole 20 hindurch verläuft, um eine Verkettung mit der Q-Phasenwicklung 24 zu erreichen. Die Q-Phasen-Statorpole 20 und der statorseitige Q-Phasen-Neutral-Pol 22 sind miteinander über das Rückführjoch des Stators 200 verbunden, um dadurch die Q-Phasenwicklung 24 zu umschließen. Der magnetische Fluß F3 und F4 ist so konfiguriert, um Flußverkettungen in der gleichen Richtung für die Q-Phasenwicklung 24 zu bilden.
• 4 zeigt einen Erweiterungsplan der P-Phasen- und Q-Phasenwicklungen 23 und 24 entlang der Drehrichtung. Die Grade, die entlang der horizontalen Achse aufgetragen sind, sind mechanische Winkel, bei denen 360 Grad eine Umdrehung bedeuten. Wie in 4 gezeigt ist, besitzen die P-Phasen- und Q-Phasenwicklungen 23 und 24 eine Schleifengestalt. Die unterbrochenen Linien in 4 zeigen die Gestalten der Permanentmagnete 13, 14 des Rotors 100 entsprechend den jeweiligen Drehwinkeln, und die Gestalten der rotorseitigen Neutral-Pole 25, 26, 27.
• Die Form des Stators 200 wird weiter unten in Einzelheiten beschrieben. 5 zeigt die Positionen von Querschnitten des Stators 200 gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarung. 6 ist ein Querschnitt entlang einer Linie A-A von 5, um die Querschnittsgestalten der P-Phasen-Statorpole 16, 17 zu zeigen. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie AG-AG von 5, um die Querschnittsgestalt des statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pols 18 zu zeigen. 8 ist ein Querschnitt entlang einer Linie B-B von 5, um die Querschnittsgestalten der P-Phasen-Statorpole 16, 17 zu zeigen. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie BG-BG von 5, um eine Querschnittsgestalt des statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pols 15 zu zeigen. 10 ist ein Querschnitt entlang einer Linie C-C von 5, um die Querschnittsgestalten der Q-Phasen-Statorpole 20, 21 wiederzugeben. 11 ist ein Querschnitt entlang einer Linie CG-CG von 5, um eine Querschnittsgestalt des statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pols 19 zu zeigen. 12 ist ein Querschnitt entlang einer Linie D-D in 5, um die Querschnittsgestalten der Q-Phasen-Statorpole 20, 21 zu veranschaulichen. 13 ist ein Querschnitt entlang einer Linie DG-DG von 5, um eine Querschnittsgestalt des statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pols 22 wiederzugegben.
• Die Statorpole sind mit statorseitigen Neutral-Polen gepaart, die magnetisch mit den Statorpolen über einen magnetischen Pfad verbunden sind, und zwar an der Außendurchmesserseite des Stators 200. Spezifischer gesagt bilden die P-Phasen-Statorpole 16 und der statorseitige P-Phasen-Neutral-Pol 18, die physikalisch miteinander verbunden sind, einen magnetischen Kreis über den magnetischen Pfad an der Außendurchmesserseite des Stators 200. In ähnlicher Weise bilden die P-Phasen-Statorpole 17 und der statorseitige P-Phasen-Neutral-Pol 15, die physikalisch miteinander verbunden sind, einen magnetischen Kreis über den magnetischen Pfad an der Außendurchmesserseite des Stators 200. Die Q-Phasen-Statorpole 21 und der statorseitige Q-Phasen-Neutral-Pol 19, die physikalisch miteinander verbunden sind, bilden einen magnetischen Kreis über den magnetischen Pfad an der Außendurchmesserseite des Stators 200. Die Q-Phasen-Statorpole 20 und der statorseitige Q-Phasen-Neutral-Pol 22, die physikalisch miteinander verbunden sind, bilden einen magnetischen Kreis über den magnetischen Pfad an der Außendurchmesserseite des Stators 200. Diese vier Paare von magnetischen Kreisen sind so angeordnet, daß die Statorpole 16, 17, 20, 21 magnetisch voneinander isoliert sind, und zwar in der Umfangsrichtung, und in einem Ausmaß, daß der Leckagefluß zwischen den Polen in der Drehrichtung kein Problem verursacht.
• Es sei darauf hingewiesen, daß der Wechselstrommotor gemäß einem Teilaspekt der Offenbarung aus einem Achtpol-Motor besteht, bei dem die Statorpole, jeweils vier von der gleichen Phase, in einem Umfang in einer Teilung von 360 elektrischen Graden angeordnet sind. Da diese Statorpole der gleichen Phase unveränderliche magnetische Wirkungen in dem Zustand aufweisen, in welchem sie magnetisch miteinander verbunden sind, können sie physikalisch aneinander gekoppelt werden, um dadurch die Festigkeit des Stators 200 zu erhöhen. Insbesondere können gemäß der Darstellung in den 7, 9, 11 und 13 die statorseitigen Neutral-Pole 15, 18, 19, 22 ringförmig mit einer Innendurchmesserseite verbunden sein, um die Gegenüberlagefläche auf der Seite des Spaltes zu vergrößern. Demzufolge kann der magnetische Widerstand zwischen den statorseitigen Neutral-Polen 15, 18, 19, 22 und den rotorseitigen Neutralpolen 25, 26, 27 reduziert werden, um dadurch gute elektromagnetische Effekte zu erhalten. Ferner können die statorseitigen Neutral-Pole 18, 19, die axial benachbart zueinander liegen, magnetisch miteinander verbunden sein, um dadurch die Konfiguration des Stators 200 zu vereinfachen, vorausgesetzt, daß der magnetische Widerstand zwischen den statorseitigen Neutral-Polen 18, 19 und dem rotorseitigen Neutral-Pol 26 ausreichend klein ist, und zwar vom Gesichtspunkt des Motorbetriebes aus gesehen.
• Im Folgenden wird der elektromagnetische Betrieb des Wechselstrommotors gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarungim Vergleich mit einem Wechselstrommotor einer herkömmlichen Konstruktion, die in 51 gezeigt ist, beschrieben. Es wird Bezug genommen auf die Magnetflußverkettung einer P-Phasenwicklung 128, indem einem Element des Wechselstrommotors Aufmerksamkeit geschenkt wird, das heißt lediglich den Statorpolen 124, 125 und einem Paar aus N-Pol und S-Pol eines Permanentmagneten 121 in dem Wechselstrommotor, der die in 51 gezeigte herkömmliche Konstruktion aufweist. Das Prinzip ist in typischer Weise durch eine Darstellung in 14 wiedergegeben. Die Permanentmagnete 56, 57 entsprechen einem Paar aus S-Pol und S-Pol, die in dem Permanentmagneten 121 enthalten sind, wie in 52 gezeigt ist. Ein Rückführjoch 55 entspricht dem Rückführjoch 123, welches in 51 gezeigt ist. Eine Wicklung 58 entspricht der P-Phasenwicklung 128, die in 51 gezeigt ist. Die Flußverkettung in einem Element des Wechselstrommotors, der in 51 gezeigt ist, führt zu einem Fluß, der durch das Bezugszeichen A in 14 gezeigt ist, d.h. zu einem Fluß, bei dem der Fluß, der von dem N-Pol-Permanentmagneten 56 initiiert wird, um die Wicklung 58 herum verläuft und dann zu dem S-Pol-Permanentmagneten 57 zurückkehrt.
• Es wird nun auf eine Magnetflußverkettung der P-Phasenwicklung 23 Bezug genommen, indem ein Element des Wechselstrommotors in Betracht gezogen wird, das heißt, lediglich die Statorpole 16, 17, eine Kombination der statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole 15, 18 und ein Paar aus N-Pol und S-Pol des Permanentmagneten 13 in dem Wechselstrommotor gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarung, der in 1 gezeigt ist. Das Prinzip kann in typischer Weise durch eine Darstellung nach 15 wiedergegeben werden. Die Permanentmagnete 56, 57 entsprechen einem Paar aus N-Pol und S-Pol, die in dem Permanentmagneten 13 enthalten sind, der in 2 gezeigt ist. Die rotorseitigen Neutral-Pole 25, 26, die in 15 gezeigt sind, sind die gleichen wie die rotorseitigen Neutral-Pole 25, 26, die in 2 gezeigt sind, das heißt, entsprechend einem Rückführjoch zu den Permanentmagneten 56, 57. Eine Wicklung 29 entspricht der P-Phasenwicklung 23, die in 1 gezeigt ist. Wie in 15 gezeigt ist, führt die Flußverkettung in dem einen Element des Wechselstrommotors gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarungzu einer Summe eines Flusses, der von dem N-Pol-Permanentmagneten 56 ausgeht, um die Wicklung 29 herum verläuft und danach zu dem N-Pol-Permanentmagneten 56 zurückkehrt, und zwar über den rotorseitigen Neutral-Pol 25 (Bezugszeichen B1) und einem Fluß, der von dem rotorseitigen Neutral-Pol 26 ausgeht, um die Wicklung 29 herum verläuft und dann zu dem S-Pol-Permanentmagneten 57 zurückkehrt (Bezugszeichen B2).
• Wenn man demzufolge die 14 und 15 vergleicht, erreicht, obwohl die Flächenbereiche der Magnete die gleichen sind, der Wechselstrommotor gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarung, der in 15 gezeigt ist, eine Flußverkettung, die nahezu zweimal so groß ist wie die herkömmliche Verkettung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der in 15 gezeigte Wechselstrommotor die Verwendung eines ziemlich dickeren Permanentmagneten erfordert als im herkömmlichen Fall, da der erstere das Zweifache der magnetomotorischen Kraft in dem Permanentmagneten benötigt. Da kürzlich viele dünne seltene Erde-Permanentmagnete mit hoher Qualität verwendet wurden, ergeben sich kaum Probleme, wie beispielsweise ein Übergrößenproblem bei dem Design der Motore, wenn solche Magnete etwas dicker ausgeführt werden.
• Eine zweimal so große Flußverkettung mit der Wicklung 29 führt zu einer zweimal so großen Spannung eines Wechselstrommotors. Es kann somit ein zweimal so großes Drehmoment mit der gleichen Menge eines Wechselstrommotor-Stromes erzeugt werden. Es kann daher ein Wechselstrommotor miniaturisiert werden, und zwar bei reduzierten Kosten. Kurz gesagt kann der Wechselstrommotor 1, der in 1 dargestellt ist, ein hohes Drehmoment realisieren, besitzt eine kleine Größe bei reduzierten Kosten, indem die statorseitigen Neutral-Pole 15, 18, 19, 22 und die rotorseitigen Neutral-Pole 25, 26, 27 hinzugefügt wurden.
• Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl die Gestalten der Statorpole 16, 17, 20, 21, die auf einer Luftspaltseite eine Fläche bilden gegenüberliegend dem Rotor 100, in 3 als rechteckförmig veranschaulicht sind, und zwar der Übersichtlichkeit halber, diese auch trapezförmig, in schiefwinkliger Form, ellipsenförmig, dreieckförmig oder ähnlich ausgebildet sein können. Bei einem Wechselstrommotor bestehen die hauptsächlichen technischen Merkmale aus einer Reduzierung des Verblockungs-Drehmoments und der Drehmoment-Welligkeiten. Obwohl die Rotorpole gemäß der Darstellung in 2 gestaltet sind und die Statorpole gemäß der Darstellung in 3 gestaltet sind und ein großes mittleres Drehmoment liefern, sind keine Gegenmaßnahmen hinsichtlich der Merkmale des Verblockungs-Drehmoments (cogging torque) und der Drehmoment-Welligkeit vorgesehen. Diese Merkmale können verbessert werden, indem man die Gestalt der Statoren in der oben beschriebenen Weise ändert.
• Im Folgenden wird eine Beziehung zwischen dem magnetischen Fluß, der Spannung, dem Strom, dem Drehmoment und der Leistung des Wechselstrommotors gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarungbeschrieben. 16 ist ein Vektordiagramm, welches die Beziehung zwischen der Spannung, dem Strom und der Leistung des Wechselstrommotors gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarungdarstellt. In 16 stellt die X-Achse die reale Achse dar und die Y-Achse stellt eine imaginäre Achse dar, wobei der Winkel in der Gegen-Uhrzeigerrichtung in Bezug auf die X-Achse (CCW-Richtung) einen Phasenwinkel anzeigt. Die Änderungsraten in den Drehwinkeln (im Folgenden als „Drehwinkel-Änderungsrate oder -raten“) des Flusses ϕp und ϕq, der durch die statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole 15, 18 und die statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pole 19, 22 hindurch verläuft und mit der P-Phasenwicklung 23 und der Q-Phasenwicklung 24 verkettet ist, sind auf Einheitsspannungen Ep, Eq bezogen, und somit können Gleichungen Ep=dϕp/dθ und Eq=dϕq/dθ aufgestellt werden, worin θ einen Drehwinkel des Rotors 100 in mechanischen Graden angibt. Die Positionen der Statorpole der individuellen Phasen relativ zu den Permanentmagneten 13 oder 14 sind verschoben, wie in 3 gezeigt ist, und zwar um 90 elektrische Grade zu einem Zeitpunkt. Demzufolge führen die Einheitsspannungen Ep, Eq, die pro einer Windung der Wicklungen 23, 24 der individuellen Phasen induziert werden, zu einer Zweiphasen-Wechselspannung, wie dies in dem Vektordiagramm von 16 gezeigt ist. Ferner kann, da Ep, Eq prinzipiell proportional zu der Zahl der Pole sind, ein großes Drehmoment erhalten werden, indem man eine größere Vielfach-Polarisierungsstruktur als die Achtpol-Struktur vorsieht, die in 1 gezeigt ist.
• Es sei angenommen, daß die Drehung auf eine konstakte Drehung gebracht ist, und zwar von dθ/dt=S1, die Zahl der Windungsmale der Wicklungen 23, 24 Wp bzw. Wq beträgt, wobei deren Werte gleich sind mit Wc, so lassen sich die induzierten Spannungen Vp, Vq wie folgt ausdrücken: $$\begin{array}{c}\text{Vp}=\text{Wp}\times \left(\text{d}\mathrm{\varphi }\text{p/dt}\right)\\ =\text{Wp}\times \text{d}\mathrm{\varphi }\text{p/d}\mathrm{\theta }\times \text{d}\mathrm{\theta }\text{/dt}\\ =\text{Wp}\times \text{Ep}\times \text{S1}\end{array}$$

  

  $$\text{Vq}=\text{Wq}\times \text{Eq}\times \text{S1}$$

  

  Um auf eine spezifische Beziehung zwischen der Wicklung und der Spannung einzugehen, so ist die Einheitsspannung Eq der P-Phase die Spannung, die pro Windung der P-Phasenwicklung 23 erzeugt wird, und die Einheitsspannung Eq der Q-Phase ist die Spannung, die pro einer Windung der Q-Phasenwicklung 24 erzeugt wird, wie in den 1 und 4 gezeigt ist.
• Wenn das Drehmoment des Wechselstrommotors 1 effizient erzeugt werden soll, sollten die Ströme Ip, Iq der jeweiligen Phasen in den gleichen Phasen fließen, und zwar wie die Spannungen Ep, Eq über den jeweiligen Phasenwicklungen anstehen, so daß der Leistungsfaktor zu „1“ werden sollte. Somit zeigt 16, einen Fall, bei dem beispielsweise die Ströme Ip, Iq in die gleichen Phasen fallen wie die Einheitsspannungen Ep bzw. Eq.
• Die Ausgangsleistungen Pp, Pq der jeweiligen Phasen und einer Ausgangsleistung Pa des Wechselstrommotors können wie folgt ausgedrückt werden: $$\text{Pp}=\text{Vp}\times \text{Ip}=\text{Wp}\times \text{Ep}\times \text{S1}\times \text{Ip}$$

  

  $$\text{Pq}=\text{VQ}\times \text{IQ}=\text{WQ}\times \text{EQ}\times \text{S1}\times \text{IQ}$$

  

  $$\text{Pa}=\text{Pp}+\text{Pq}=\text{Vp}\times \text{Ip}+\text{Vq}\times \text{Iq}$$

  

  Die Drehmomente Tp, Tq der jeweiligen Phasen und ein Drehmoment Ta des Wechselstrommotors können wie folgt ausgedrückt werden: $$\text{Tp}=\text{Pp/S1}\mathrm{=}\text{Wp}\times \text{Ep}\times \text{Ip}$$

  

  $$\text{Tq}=\text{PQ/S1}\mathrm{=}\text{Wq}\times \text{Eq}\times \text{Iq}$$

  

  $$\begin{array}{c}\text{Ta}=\text{Tp}+\text{Tq}=\text{Wq}\times \text{Ep}\times \text{Ip}\mathrm{+}\text{Wq}\times \text{Eq}\times \text{Iq}\\ =\text{Wc}\times \left(\text{Ep}\times \text{Ip}\mathrm{+}\text{Eq}\times \text{Iq}\right)\end{array}$$

  
• Es wird nun die Erläuterung auf die verschiedenen Beträge gerichtet unter der Annahme, daß gemäß einem spezifischen Beispiel die Zal der Pole des Wechselstrommotors gleich 8 ist und daß die Flußverteilung des Rotors 100 aus einer idealen Sinuswellen-Verteilung besteht, und es sei ferner angenommen, daß der P-Phasenfluß ϕp und der Q-Phasenfluß ϕq aus den zwei Phasenflüssen bestehen, die eine Phasendifferenz von 90 elektrischen Graden aufweisen, und daß ϕp=ϕo × sin(8/2 × θ) und ϕq=-ϕo × cos(8/2 × θ) ist. Dann können die Spannungen der Wicklungen wie folgt ausgedrückt werden: Ep=dϕp/dθ=4ϕo × cos(4θ), und Eq=dϕq/dθ=4ϕo × sin(4θ). Eine Berechnung unter Verwendung der Formeln (1) und (2) führt zu dem Folgenden: $$\text{Vp}=\text{Wp}\times \text{Ep}\times \text{S1}\mathrm{=}\text{Wp}\times \text{4}\mathrm{\varphi }\text{o}\times \text{cos}\left(4\mathrm{\theta }\right)\times \text{S1}$$

  

  $$\text{Vq}=\text{Wq}\times \text{4}\mathrm{\varphi }\text{o}\times \text{sin}\left(4\mathrm{\theta }\right)\times \text{S1},$$

  

  worin ϕo eine Amplitude des Flusses bedeutet. Somit resultieren Vp, Vq in zwei Phasen-Wechselspannungen mit einer Phasendifferenz von 90 elektrischen Graden.
• Vorausgesetzt, daß der Strom Ip=Io cos(4θ) ist, und der Strom Iq=Io sin(4θ) ist, führt die Berechnung der Leistungen unter Verwendung der Formeln (3) und (4) zu dem Folgenden: $$\begin{array}{c}\text{Pp}=\text{Vp}\times \text{Ip}\\ =\text{Wp}\times \text{4}\mathrm{\varphi }\text{o cos}\left(4\mathrm{\theta }\right)\times \text{S1}\times \text{Io cos}\left(4\mathrm{\theta }\right)\\ =4\text{Wp}\cdot \mathrm{\varphi }\text{o}\cdot \text{S1}\cdot \text{Io cos2}\left(\text{4}\mathrm{\theta }\right)\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}\text{Pq}=\text{Vq}\times \text{Iq}\\ =4\text{Wq}\cdot \mathrm{\varphi }\text{o}\cdot \text{S1}\cdot \text{Io sins2}\left(\mathrm{4\theta }\right)\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}\text{Pa}=\text{Pp}+\text{Pq}\\ =\text{Vp}\times \text{Ip}+\text{Vq}\times \text{Iq}\\ =\text{4Wp}\cdot \mathrm{\varphi }\text{o}\cdot \text{S1}\cdot \text{Io}\text{.}\end{array}$$

  

  Das Ausgangsdrehmoment Ta des Wechselstrommotors gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarung führt zu Ta=4Wp · ϕo · Io, wie gezeigt werden kann, und zwar abgeleitet von der Formel (8). Demzufolge führt das Ausgangsdrehmoment Ta zu einem konstanten Wert, und die Ausgangsleistung Pq führt zu einem konstanten Wert proportional zu der Drehgeschwindigkeit S1.
• Bei dem Wechselstrommotor gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarung, der in 1 gezeigt ist, wurde eine Beschreibung für einen Fall gegeben, bei dem die Phasendifferenz zwischen der P-Phase und der Q-Phase 90 elektrische Grade beträgt. Selbst wenn jedoch die Phasendifferenz nicht 90 Grad beträgt, kann das Drehmoment Ta mit kleinen Drehmoment-Welligkeiten sichergestellt werden, indem man in geeigneter Weise die Amplituden und die Phasen der Ströme Ip, Iq und die Zahl der Windungen Wp, Wq der Wicklungen 23, 24 der jeweiligen Phasen auswählt.
• Wie unter Hinweis auf die 14 und 15 beschrieben wurde, bestehen die Eigenschaften des Wechselstrommotors 1 gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarungdarin, daß dϕp/ dϕ in der Formel (1), die oben beschrieben ist, größer gemacht werden kann, und zwar verglichen mit dem Wechselstrommotor einer herkömmlichen Konstruktion, die in 51 gezeigt ist, da die Flußverkettung ϕp, ϕq der Wicklungen 23, 24 der individuellen Phasen größer gemacht werden kann. Demzufolge kann ein hohes Drehmoment, ein hoher Wirkungsgrad und eine reduzierte Größe bei der gleichen Strommenge erreicht werden.
• Verschiedene abgewandelte Teilaspekte der Offenbarung und eine Ausführungsform
• Es werden nun verschiedene abgewandelte Teilaspekt der Offenbarungdes Wechselstrommotors 1 gemäß dem oben erläuterten Teilaspekt der Offenbarung, sowie eine Ausführungsformbeschrieben, bei denen die Gestalten und Konstruktionen des Motors noch weiter entwickelt sind.
• Erster abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• 17 zeigt einen vertikalen Querschnitt eines abgewandelten Teilaspekts der Offenbarungdes Wechselstrommotors, bei dem die Gestalten der Statorpole und der statorseitigen Neutral-Pole verbessert sind. Bei dem Wechselstrommotor 1, der in 1 gezeigt ist, sind die Statorpole und die statorseitigen Neutral-Pole der jeweiligen Phasen so gelegen, daß die magnetischen Kreise, die sich von dem Außenumfang des Stators zu dem Luftspalt zwischen dem Stator 200 und dem Rotor 100 erstrecken, an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Rotorwelle 11 gebildet. werden. Daher ist die Länge des Motors entsprechend größer. Im Gegensatz dazu verlaufen bei dem modifizierten Wechselstrommotor, der in 17 gezeigt ist, die magnetischen Kreise von dem äußersten Durchmesser des Stators mit den P-Phasen-Statorpolen 37 und einem statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pol 38 zu dem Luftspalt und sind an der gleichen Position in der axialen Richtung des Rotors ausgebildet. Kurz gesagt sind die magnetischen Kreise an dem gleichen Umfang ausgebildet, so daß die Länge entlang der Rotorwelle 11 entsprechend kleiner ausfällt. In ähnlicher Weise sind die magnetischen Kreise, die sich von dem äußersten Durchmesser des Stators mit den Q-Phasen-Statorpolen 42 und dem statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pol 43 zu dem Luftspalt erstrecken, an der gleichen Position in der axialen Richtung des Rotors ausgebildet. Kurz gesagt sind die magnetischen Kreise auf dem gleichen Umfang gelegen, so daß die Länge entlang der Rotorwelle 11 entsprechend kürzer ausfallen kann. Wenn man ferner den abgewandelten Teilaspekt der Offenbarung mit der Struktur nach 1 für einen Vergleich heranzieht, nimmt der statorseitige Neutral-Pol 40 an dem zentralen Abschnitt des Motors eine Form an, bei der zwei statorseitige Neutral-Pole, das heißt die Pole 18, 19 magnetisch zusammengefaßt sind, und zwar in einen, und dieser an der gleichen Position wie diejenige der Statorpole 39, 41 in der axialen Richtung des Rotors gelegen ist. Somit kann die Länge entlang der Rotorwelle 11 umso weiter kleiner ausgeführt werden.
• Die Grundfunktionen und Operationen der individuellen Abschnitte des Wechselstrommotors, der in 17 gezeigt ist, sind die gleichen wie diejenigen, die in 1 gezeigt sind, ausgenommen, daß die magnetische Pfadstruktur des Stators geändert worden ist. 18 zeigt einen Querschnitt entlang einer Linie E-E von 17, in welchem die Querschnittsgestalten P-Phasen-Statorpole 37 in der Vorwärtsrichtung und die statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole 38 in der umgekehrten Richtung veranschaulicht sind. 19 zeigt einen Querschnitt entlang einer Linie F-F von 17, bei dem die Querschnittsgestalten der P-Phasen-Statorpole 39 in der Umkehrrichtung und der statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole 40 in der Vorwärtsrichtung veranschaulicht sind. 20 ist ein Querschnitt entlang einer Linie G-G von 17, in welchem die Querschnittsgestalten der Q-Phasen-Statoren 42 der Vorwärtsrichtung und die statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pole 43 in der Umkehrrichtung veranschaulicht sind. 21 zeigt einen Querschnitt entlang einer Linie H-H von 17, bei dem die Querschnittsgestalten der Q-Phasen-Statorpole 41 in der Umkehrrichtung und die statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pole 40 in der Vorwärtsrichtung veranschaulicht sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole 40 der Vorwärtsrichtung und die statorseitigen Q-Phasen-Neutralpole 40 der Vorwärtsrichtung als gemeinsam vorgesehen zulässig wiedergegeben sind, und zwar unter der Annahme, daß der magnetische Widerstand zwischen demselben und dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 ausreichend klein ist, so daß keinerlei Probleme beim Betrieb der magnetischen Kreise des Wechselstrommotors verursacht werden. Die statorseitigen Neutral-Pole 38, 40, 43, die jeweils in den 18 bis 21 gezeigt sind, sind ringförmig miteinander verbunden, und zwar auf der Seite des Innenumfangs, wie dies durch unterbrochene Linien gezeigt ist, um dadurch den Bereich zu vergrößern, welcher dem rotorseitigen Neutral-Pol gegenüberliegt, so daß der magnetische Widerstand reduziert werden kann.
• Zweiter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Es wurden Zweiphasen-Wechselstrommotore, von denen jeder aus einer P-Phase und einer Q-Phase besteht, unter Hinweis auf die 1 bis 21 beschrieben. Ein ähnliches Konzept kann auf einen N-Phasen-Wechselstrommotor (N ist größer als 2) angewendet werden, indem man eine Anzahl N von Modulen (Aktuatoren) für die jeweiligen Phasen vorsieht.
• Spezifischer ausgedrückt enthält die Konstruktion, die in 1 gezeigt ist, einen Zweiphasen-Wechselstrommotor und somit enthält der Motor zwei Aktuatoren, deren Phasendifferenz 90 Grad beträgt. In dieser Hinsicht kann durch Vorsehen einer Zahl von N der Aktuatoren in der axialen Richtung und durch ein relatives Versetzen der Phasen voneinander um 360/N elektrischen Graden ein N-Phasen-Wechselstrommotor konstruiert werden.
• Wie in 17 gezeigt ist, können in einem Fall einer zusammengesetzten Konstruktion, bei der ein Teil zusammengesetzt ausgebildet ist, die zusammengesetzten Komponenten seriell in der axialen Richtung angeordnet werden, während jedoch die Phasen um den elektrischen Winkel von 360/N versetzt werden, wodurch dann ein N-Phasen-Wechselstrommotor gebildet wird. In diesem Zusammenhang muß jedoch die Konstruktion so ausgeführt werden, daß keine Flußkomponenten für magnetische Pfade gebildet werden, die verschieden sind von denjenigen, die durch die Konfiguration erzeugt werden, welche in 17 gezeigt ist. Um demzufolge einen Fluß zwischen den zusammengesetzten Komponenten, wie sie oben beschrieben wurden, zu beseitigen, ist es erforderlich, eine magnetische Isolation vorzusehen, um entweder die magnetischen Pfade zwischen den zusammengesetzten Komponenten in einem Stator nicht zu verbinden oder um die magnetischen Pfade zwischen den zusammengesetzten Komponenten in einem Rotor zu verbinden.
• Dritter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Bei dem Wechselstrommotor, der oben unter Hinweis auf 1 beschrieben wurde, kann eine Grund-Drehmomentkonstante, d.h. ein Ausgangsdrehmoment, welches dadurch erhalten wird, indem man einen gewissen Strom durch die gleiche Wicklung hindurchfließen läßt, durch Vielfachpolarisation erhöht werden. Jedoch führt die Vielfachpolarisation zu einem Problem, daß der Abstand zwischen den einzelnen Statorpolen verkürzt wird, so daß dadurch ein Leckagefluß zwischen den einzelnen Statorpolen erhöht wird. Solch eine Erhöhung in dem Leckagefluß zwischen den Polen verursacht eine Reduzierung des Flusses, der bei der Erzeugung des Drehmoments effektiv ist, wodurch die Erzeugung des Drehmoments reduziert wird und auch die Leistungsfaktoren vermindert werden und somit letztendlich der Wirkungsgrad reduziert wird. Solch eine Erhöhung bewirkt auch übermäßige Drehmoment-Welligkeiten, Vibration oder Störsignale.
• Die 22 bis 25 zeigen querverlaufende Querschnittsansichten eines Wechselstrommotors zum Reduzieren des Leckageflusses zwischen den Statorpolen. Diese Figuren veranschaulichen eine Konstruktion, bei der die Anzahl der Pole auf 16 erhöht ist. Die 22 bis 25 zeigen jeweils die Konfigurationen entsprechend dem E-E-Linienquerschnitt, dem F-F-Linienquerschnitt, dem G-G-Linienquerschnitt und dem H-H-Linienquerschnitt von 17, obwohl die Anzahl der Pole und die Statorkonstruktion verschieden sind.
• In 22 ist ein 16-Pol-Permanentmagnet 30, welcher in der Querschnittsansicht nicht erscheint, durch eine unterbrochene Linie gezeigt. Die P-Phasen-Statorpole 37 in der Vorwärtsrichtung sind gegenüber dem Permanentmagneten 30 des Rotors angeordnet, wobei deren Spitzenabschnitte 44, die in dem Querschnitt nicht erscheinen, ebenfalls durch unterbrochene Linien dargestellt sind. Zwei Spitzenabschnitte 44 von jedem der Statorpole 37 sind magnetisch zusammengefaßt und sind mit dem magnetischen Kreis des Rückführjoches verbunden. Die statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole 38 in der Umkehrrichtung sind gegenüber einem rotorseitigen Neutral-Pol 36 angeordnet und sind ringförmig aneinander an den inneren Umfangsabschnitt des Stators gekoppelt.
• In 23 sind Spitzenabschnitte 50 von jedem der P-Phasen-Statorpole 39 in der Umkehrrichtung, die gegenüberliegend dem Permanentmagneten 30 des Rotors angeordnet sind, durch unterbrochene Linien gezeigt, da sie in der Querschnittsansicht nicht erscheinen. Zwei Spitzenabschnitte 50 von jedem der Statorpole 39 sind magnetisch zusammengefaßt und mit dem magnetischen Kreis des Rückführjoches verbunden. Die statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole 40 in der Vorwärtsrichtung, die gegenüber dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 gelegen sind, sind ringförmig an den inneren Umfangsabschnitt des Rotors gekoppelt.
• Um nun auf den Fluß einzugehen, der durch den Statorpol 37 hindurch verläuft, so verläuft solch ein Fluß, der von dem Permanentmagneten 30 ausgeht, durch die Polar-Spitzenabschnitte 44, den Statorpol 37, einen magnetischen Kreis 46 in der Nachbarschaft des äußeren Umfangs des Stators, den statorseitigen Neutral-Pol 40 und kehrt dann zu dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 zurück. Der magnetische Kreis 46 ist in der axialen Richtung des Rotors angebunden, der sich von dem Querschnittsabschnitt, der in 22 gezeigt ist, zu dem Querschnittsabschnitt erstreckt, der in 23 gezeigt ist. Um nun auf den Fluß einzugehen, der durch den statorseitigen Neutralpol 38 verläuft, so verläuft der von dem Permanentmagneten 30 ausgehende Fluß durch die Polar-Spitzenabschnitte 50, den Statorpol 39, einen magnetischen Kreis 45 in der Nachbarschaft des äußeren Umfangs des Stators, den statorseitigen Neutral-Pol 38 und kehrt dann zu dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 zurück. Der magnetische Kreis 45 ist in der axialen Richtung des Rotors angebunden, der sich von dem Querschnittsabschnitt, welcher in 22 gezeigt ist, zu dem Querschnittsabschnitt, der in 23 gezeigt ist, erstreckt.
• In 24 ist der 16-Pol-Permanentmagnet 30, der in der Querschnittsansicht nicht erscheint, durch eine unterbrochene Linie gezeigt. Die Q-Phasen-Statorpole 42 in der Vorwärtsrichtung sind gegenüber dem Permanentmagneten 30 des Rotors angeordnet, wobei deren Spitzenabschnitte 51, die nicht in der Querschnittsansicht erscheinen, ebenfalls durch unterbrochene Linien gezeigt sind. Zwei Spitzenabschnitte 52 der Statorpole 42 sind magnetisch zusammengefaßt und sind mit dem magnetischen Kreis des Rückführjoches verbunden. Die statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pole 43 in der Umkehrrichtung sind gegenüberliegend dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 angeordnet und sind ringförmig miteinander an dem inneren Umfangsabschnitt des Stators gekoppelt.
• In 25 sind die Spitzenabschnitte 52 der Q-Phasen-Statorpole 41 in der Umkehrrichtung, die gegenüberliegend dem Permanentmagneten 30 des Rotors angeordnet sind, durch unterbrochene Linien gezeigt, da sie in dem Querschnitt nicht erscheinen. Zwei Spitzenabschnitte 52 der Statorpole 41 sind magnetisch zusammengefaßt und sind mit dem magnetischen Kreis des Rückführjoches verbunden. Die statorseitigen Q-Phasen-Neutral-Pole 40 in der Vorwärtsrichtung, die dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 gegenüberliegen, sind ringförmig an dem inneren Umfangsabschnitt des Stators gekoppelt. Die statorseitigen Neutral-Pole 40 bilden die Integration der P-Phase und der statorseitigen P-Phasen-Neutral-Pole in der Vorwärtsrichtung.
• Um nun auf den Fluß einzugehen, der durch die Statorpole 42 verläuft, so verläuft der von dem Permanentmagneten 30 ausgehende Fluß durch die Polar-Spitzenabschnitte 51, den Statorpol 42, einen magnetischen Kreis 49 in der Nachbarschaft des äußeren Umfangs des Stators, den statorseitigen Neutral-Pol 40 und kehrt dann zu dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 zurück. Der magnetische Kreis 49 ist in der axialen Richtung des Rotors angebunden, erstreckt sich von dem Querschnittsabschnitt, der in 24 gezeigt ist, zu dem Querschnittsabschnitt, der in 25 gezeigt ist. Um auf den Fluß einzugehen, der durch den statorseitigen Neutral-Pol 43 verläuft, so verläuft der von dem Permanentmagneten 30 ausgehende Fluß durch die Polar-Spitzenabschnitte 52, den Statorpol 41, den magnetischen Kreis 48 in der Nachbarschaft des Außenumfangs des Stators, den statorseitigen Neutral-Pol 43 und kehrt dann zu dem rotorseitigen Neutral-Pol 36 zurück. Der magnetische Kreis 48 ist in der axialen Richtung des Rotors gebunden, erstreckt sich von dem Querschnittsabschnitt nach der Darstellung in 24 zu dem Querschnittsabschnitt gemäß der Darstellung in 25.
• Die in den 22 bis 25 veranschaulichte Konstruktion ist gekennzeichnet durch eine magnetische Aggregation zum Integrieren der zwei Polar-Spitzenabschnitte 44 in den gemeinsamen Statorpol 37 und den magnetischen Kreis 46. Solch eine magnetische Aggregation kann zu einer Reduzierung der Anzahl der magnetischen Kreise führen, und es wird daher der Abstand zwischen benachbarten magnetischen Kreisen umso größer, so daß eine Wirkung gemäß einer Reduzierung des Leckageflusses zwischen den Polen erzielt werden kann. Als ein Ergebnis wird der Leistungsfaktor verbessert und somit kann eine Wirkung gemäß einer Erhöhung des Drehmoments erreicht werden. Es können drei oder noch mehr der Polar-Spitzenabschnitte magnetisch in den Statorpolen zusammengefaßt werden.
• Die statorseitigen Neutral-Pole 38 sind ringförmig aneinander an den inneren Umfangsabschnitt des Stators gekoppelt, um dadurch den Gegenüberlage-Flächenbereich des Spaltes zwischen dem rotorseitigen Neutral-Pol und den statorseitigen Neutral-Polen zu vergrößern, so daß eine Wirkung gemäß einer Reduzierung des magnetischen Widerstandes an dem Spalt erhalten werden kann. In Verbindung mit dem magnetischen Kreis, der sich von dem Querschnittsabschnitt gemäß der Darstellung in 22 zu dem Querschnittsabschnitt gemäß der Darstellung in 23 erstreckt, können vielfache abgewandelte Teilaspekte der Offenbarungvorgenommen werden, wie beispielsweise die Verwendung von Räumen, die in der axialen Richtung des Rotors positioniert sind und von diesen Querschnittsabschnitten versetzt sind, oder auch die Verwendung eines Motorgehäuses 12 als ein Abschnitt des magnetischen Kreises. Obwohl ferner die Art der Aggretation in dem Statorpol verschieden ist von der Art der Aggregation in dem statorseitigen Neutral-Pol, können die zwei Arten auch untereinander gemischt werden.
• Vierter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• 26 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines abgewandelten Teilaspekts der Offenbarung, d.h. einen Zweiphasen- und Acht-Pol-Wechselstrommotor, der aus der P-Phase und der Q-Phase besteht. Ein Rotor 100A umfaßt einen P-Phasen-Permanentmagneten 65, einen Q-Phasen-Permanentmagneten 66 und ein Rückführjoch 2. Ein Abschnitt des Rückführjoches arbeitet als ein rotorseitiger Neutral-Pol 67. Das Flächenprofil des Rotors, welches in einer Umfangsrichtung linear erweitert ist, ist das gleiche wie das eine, welches in 2 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß die rotorseitigen Neutral-Pole 25 und 27 an den gegenüberliegenden Enden bei dem vorliegenden abgewandelten Teilaspekt der Offenbarungentfernt sind.
• Ein Stator 200A umfasst eine P-Phasenwicklung 73, eine Q-Phasenwicklung 74, P-Phasen-Statorpole 68, 69, Q-Phasen-Statorpole 70, 71 und einen statorseitigen Neutral-Pol 72. Sowohl die P-Phasenwicklung 73 als auch die Q-Phasenwicklung 74 haben eine Schleifengestalt, deren lineare Ausdehnung in der Umfangsrichtung zu einer Form führt, wie sie in 4 gezeigt ist.
• Die P-Phasen-Statorpole 68 in der Vorwärtsrichtung sind gegenüberliegend dem Permanentmagneten 65 angeordnet. Der statorseitige P-Phasen-Neutral-Pol 72 dient dazu, um einen Fluß F1, der den Statorpol 68 passiert, so zu lenken, daß dieser mit der P-Phasenwicklung 73 verkettet wird, und ist gegenüberliegend dem rotorseitigen Neutral-Pol 67 angeordnet.
• Die Q-Phasen-Statorpole 70 in der Vorwärtsrichtung sind gegenüberliegend dem Permanentmagneten 66 angeordnet. Der statorseitige Q-Phasen-Neutral-Pol 72 dient dazu, um den Fluß F3 zu lenken, der durch den Statorpol 70 verläuft, um eine Verkettung mit der Q-Phasenwicklung 74 zu erreichen, und ist gegenüberliegend dem rotorseitigen Neutral-Pol 67 angeordnet. Der statorseitige Neutral-Pol 72 dient sowohl als ein statorseitiger P-Phasen-Neutral-Pol als auch als statorseitiger Q-Phasen-Neutral-Pol. Die Gestalt eines Endabschnitts auf der Luftspaltseite des statorseitigen Neutral-Pols 72 kann beispielsweise größer ausgeführt werden, so daß der Bereich, welcher dem Rotor 100A gegenüberliegt, erhöht werden kann, um dadurch den magnetischen Widerstand zu reduzieren. Der Wechselstrommotor, der in 26 veranschaulicht ist, kann das Drehmoment aufgrund seiner vereinfachten Statorkonstruktion und aufgrund des resultierenden großen gegenüberliegenden Flächenbereiches der Statorpole in Bezug auf den Rotor erhöhen.
• 27 zeigt einen linearen Erweiterungsplan oder Fortsetzungsplan der Innenumfangsfläche des Stators 200A entlang der Drehrichtung. Die horizontale Achse gibt die Drehwinkel in Form eines mechanischen Winkels an, bei denen 360 Grad eine Umdrehung bedeuten. Die Positionen der Q-Phasen-Statorpole 70 relativ zu den P-Phasen-Statorpolen 68 sind um eine Phasendifferenz Pab versetzt, das sind 22,5 mechanische Winkelgrade, d.h. 90 elektrische Grade. Die Phasendifferenz zwischen den Statorpolen in der gleichen Phase besteht aus der Gesamtsumme von P1 und P2, das sind 90 mechanische Grade, d.h. 360 elektrische Grade.
• Die Statorpole 69, 71, die in 26 mit unterbrochenen Linien gezeigt sind, sind die Statorpole in der Umkehrrichtung zum Absorbieren eines Umkehrflusses der Q-Phasen-Statorpole 68 bzw. der Q-Phasen-Statorpole 70 und sind magnetisch mit dem statorseitigen Neutral-Pol 72 verbunden. Der Wechselstrommotor arbeitet, wenn die Umkehr-Statorpole 69, 71 weggelassen werden. Indem man somit die Statorpole 69, 71 beseitigt, kann die Statorkonstruktion vereinfacht werden, wobei jedoch die Zahl der Windungen der P-Phasenwicklung 73 und der Q-Phasenwicklung 74 unmittelbar erhöht wird, um dadurch die Gesamtkonstruktion zu vereinfachen.
• Indem man im Gegensatz dazu die Zahl der Statorpole 69, 71 erhöht, können unnötige Flußkomponenten an der Oberfläche des Rotors, die nicht durch die Statorpole 68, 70 verlaufen, absorbiert werden, um dadurch die Erzeugung des Drehmoments des Wechselstrommotors zu erhöhen, obwohl dies von der Rotorkonstruktion oder den magnetischen Eigenschaften des Rotors abhängig ist. Da die primäre Funktion dieser Statorpole 69, 71 darin besteht, den schädlichen Fluß zu absorbieren oder zu beseitigen, der aus den Statorpolen 68, 70 heraus leckt, müssen die Statorpole 69, 71 nicht notwendigerweise dicht bei der Oberfläche des Rotors angeordnet sein. Wenn die Länge des Luftspaltes entlang der Statorpole 69, 71 größer gemacht wird als diejenige entlang der Statorpole 68, 70, kann eine Verschlechterung der Motoreigenschaften kaum auftreten. Die Gestalt der Statorpole 69, 71 kann aus einer einfachen Gestalt bestehen, wie beispielsweise der Gestalt einer Stange. Indem man die Statorpole 69, 71 mit solcher vereinfachten Gestalt dicht an den Statorpolen 68, 70 placiert, kann der schädliche Fluß absorbiert werden oder beseitigt werden.
• Bei der Beziehung zwischen der Gestalt der Statorpole und der Motoreigenschaften bei dem Wechselstrommotor, der in den 26 und 27 gezeigt ist, sind die Anforderungen zur Verbesserung der Motoreigenschaften speziell wie folgt:
1. (I) Ein Fluß N2 erhält die Möglichkeit, von dem Permanentmagneten 65 zu den P-Phasen-Statorpolen 68 zu verlaufen, so daß er sich so stark wie möglich vergrößert, und ein Fluß N3, der von dem Permanentmagneten 66 zu den Q-Phasen-Statorpolen 70 verläuft, wird, soweit dies möglich ist, erhöht, um die Drehmomentkonstante von jeder der Wicklungen zu erhöhen; und
2. (II) es wird der Leckagefluß so weit wie möglich reduziert, d.h. der Leckagefluß, der direkt von den P-Phasen-Statorpolen 68 zu den statorseitigen Umkehrphasen-Neutral-Polen 69 verläuft oder zu dem statorseitigen Neutral-Pol 72, ohne dabei den Permanentmagneten 65 zu passieren, der nicht zum Erzeugen des Drehmoments beiträgt und in diesem Sinn schädlich ist, da er eine Verschlechterung des Leistungsfaktors bewirkt.
• Gemäß den Anforderungen (I) und (II), die oben beschrieben sind, sollte die Weite Pax des Statorpoles 68 in der Vorwärtsrichtung, wie in 27 gezeigt ist, etwas weiter sein, so daß so viel Fluß wie möglich dort hindurch verlaufen kann, und zwar von dem Permanentmagneten 65 der gleichen Phase in dem Rotor 100A aus. Auf der anderen Seite sollte der Abstand zwischen dem Vorwärts-Statorpol 68 und dem statorseitigen Rückwärts-Neutral-Pol 69 so groß wie möglich ausgeführt sein, so daß ein so geringer Leckagefluß wie nur möglich zwischen den Polen auftreten kann. Demzufolge kann ein großes Gesamt-Drehmoment erzeugt werden, wenn die Polar-Weite Pax des Vorwärts-Statorpoles 68 etwas kleiner ist als 180 elektrische Grade und wenn eine Polar-Weite Pay des statorseitigen Umkehr-Neutral-Poles 69 kleiner ist als die Weite Pax, und zwar um 0 - 40 %. Dieses Konzept gilt besonders, wenn die Zahl der Pole eines Wechselstrommotors erhöht wird und wenn die Dickenwerte der Permanentmagnete 65, 66 ausreichend groß sind, so daß der Fluß, der jeweilige Abschnitte passiert, im wesentlichen proportional zu dem Magnetbereich ist, welcher dem Permanentmagneten gegenüberliegt, um die Erzeugung einer großen magnetomotorischen Kraft zu ermöglichen.
• 28 zeigt einen Querschnitt entlang einer Linie J-J von 26. 29 ist ein Querschnitt einer Linie K-K von 26. 30 zeigt einen Querschnitt entlang einer Linie L-L von 26.
• Der magnetische Betrieb des Wechselstrommotors, der in 26 veranschaulicht ist, wird im Vergleich zu dem herkömmlichen Wechselstrommotor beschrieben, der in 51 veranschaulicht ist. Es wird auf einen Fluß Bezug genommen, welcher mit der P-Phasenwicklung 128 verkettet ist, und zwar als einem Element des Wechselstrommotors, indem die Betrachtung auf lediglich eine Kombination der Statorpole 124, 125 und einem Paar von N-Pol und S-Pol des Permanentmagneten 121 des Wechselstrommotors der herkömmlichen Konstruktion gerichtet wird. In diesem Fall kann der Fluß in typischer Weise gemäß der Darstellung in 14 wiedergegeben werden. In ähnlicher Weise veranschaulicht 31 typisch den Wechselstrommotor, der in 26 dargestellt ist. In 31 verwendet der Fluß C1, der mit der Wicklung 73 verkettet ist, lediglich einen Pol entsprechend dem N-Pol und dem S-Pol des Permanentmagneten 65, und es wird sichergestellt, daß ein verbleibender Fluß C2 keine Verkettung mit der Wicklung 73 erzielt, und zwar aufgrund des statorseitigen Neutralpoles 69.
• Es wird nun ein Vergleich zwischen den Größen des Flusses A, der in 14 gezeigt ist, und des Flusses C1 vorgenommen, der in 31 gezeigt ist. Hinsichtlich der Flußdichte ist der Fluß A vorteilhafter (größer), und zwar insofern, als die magnetische Energie von sowohl dem N-Pol als auch dem S-Pol effektiv ausgenutzt wird. Jedoch kann die Verwendung eines seltenen Erde-Magneten mit hoher Qualität, d.h. ein ausreichend dick bemessener Permanentmagnet ein Design ermöglichen, bei dem die Flußdichten des Flusses A und des Flusses C1 einen geringen Unterschied aufweisen. Hinsichtlich des Bereiches des Flusses gilt, je höher die Anzahl der Pole ist, die bei einem Wechselstrommotor verwendet werden, desto größer muß der Abstand sein, der zwischen den Statorpolen 124 und 125 erforderlich ist, um den Leckagefluß zwischen den Polen zu reduzieren. Als ein Ergebnis muß der magnetische Flächenbereich der Statorpole 124, 125, die in 51 gezeigt sind, klein sein. Auf der anderen Seite kann der magnetische Flächenbereich der Statorpole 68, die in 26 gezeigt sind, mit einer optimalen Gestalt größer ausgeführt werden, die an die Größe des Permanentmagneten 65 angepaßt ist, da die Gestalt der benachbarten statorseitigen Neutral-Pole 69 kleiner ausgeführt werden kann, um den Abstand zwischen den Polen zu vergrößern. Daher kann der Wechselstrommotor, der in 26 gezeigt ist, erlaubtermaßen eine größere Drehmomentkonstante aufweisen als der Wechselstrommotor der herkömmlichen Konstruktion, die in 51 gezeigt ist, um dadurch ein hohes Drehmoment, eine kleine Größe bei niedrigen Kosten bei einem Wechselstrommotor zu realisieren, obwohl dies von der Zahl der Pole in dem Wechselstrommotor abhängig sein kann.
• In 27 besitzen die Statorpole 68, 70 und 69, 71 auf der Luftspaltseite eine rechteckförmige Gestalt, um das Prinzip zu vereinfachen und in typischer Weise zu veranschaulichen. Die Gestalt der Statorpole kann jedoch vielfältig modifiziert werden, und zwar durch Schrägstellen oder indem diese elliptisch gestaltet werden oder indem man einige Ecken der Pole zum Zwecke der Reduzierung des Leckflusses zwischen benachbarten Polen entfernt oder zum Zwecke der Reduzierung der Drehmomentwelligkeit, wodurch ein gezahntes Drehmoment oder Drehmomentwelligkeiten reduziert werden können.
• Obwohl ein Zweiphasenmotor mit einer P-Phase und einer Q-Phase in Bezug auf den Wechselstrommotor beschrieben wurde, der in 26 gezeigt ist, kann auch ein N-Phasen-Wechselstrommotor (N ist größer als 2) mit einer Anzahl von N an Modulen (Aktuatoren) für die individuellen Phasen implementiert werden, indem man ein ähnliches Konzept anwendet.
• Fünfter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Es wird im Folgenden eine Strukturierungstechnik in Bezug auf die magnetischen Kreise von Wechselstrommotoren beschrieben, die veranschaulicht sind, wie beispielsweise in den 1, 17 und 26.
• Da bei diesen Wechselstrommotoren der Fluß, der von den Statorpolen in einer Phase zu den Statorpolen in der anderen Phase gelenkt wird, erzeugt wird, verläuft solch ein Fluß auch zu der Rotorwelle 11 hin. Als ein Ergebnis wird der Fluß in dreidimensionalen Richtungen gelenkt, d.h. in der axialen Richtung des Rotors, in der radialen Richtung und auch in der umfangsmäßigen Richtung. Im Falle einer gestaffelten Konstruktion von magnetischen Stahlblechen, die herkömmlich hauptsächlich verwendet wurden, wurden viele magnetische Kreise entworfen, so daß die Magnetpfade in zweidimensionalen Richtungen gelenkt wurden, wobei die Ausbildung des Flusses in der Stapelrichtung der magnetischen Stahlbleche so weit wie möglich vermieden werden kann, um einen Wirbelstrom zu reduzieren. Bei dem Wechselstrommotor dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarungkann ein magnetischer Kreis in dreidimensionalen Richtungen gebildet sein, ohne einen übermäßigen Wirbelstrom zu verursachen, indem nämlich alle Einrichtungen oder Abschnitte des Stators und des Rotors durch Preß-Formung eines weichmagnetischen Metallpulvermaterials strukturiert werden. Es kann somit ein dreidimensionaler magnetischer Kreis, der kaum einen Verlust verursacht, strukturiert werden. Das weichmagnetische Metallpulvermaterial wird dadurch erhalten, indem man einen Film mit großem elektrischen Widerstand auf der Oberfläche von ferromagnetischem Pulver ausbildet, gefolgt durch ein Aushärten des resultierenden Materials durch Preßformung unter Verwendung einer Metallform oder ähnlichem. Speziell kann durch Vorsehen einer nahezu endgültigen Gestalt durch Preßformung unter Verwendung einer Metallform ein endgültig gestalteter Stator-Magnetkreis und ein Rotor-Magnetkreis hergestellt werden, indem man ein mechanisches Schneiden oder Zerschneiden beseitigt oder reduziert. Es kann somit ein magnetischer Kreis mit einer dreidimensionalen Struktur unmittelbar gebildet werden, und es kann selbst eine komplexe Gestalt vergleichsweise unmittelbar realisiert werden. Demzufolge können auch die Herstellungskosten reduziert werden.
• Ein spezielles Beispiel einer unmittelbaren Ausbildung einer Statorstruktur besteht darin, den Stator 200 in der Richtung orthogonal zu der axialen Richtung der Rotorwelle 11 in der Nachbarschaft einer Öffnung eines Schlitzes aufzutrennen, welcher zwischen dem A-A-Linien-Querschnitt und dem B-B-Linien-Querschnitt gelegen ist, um anschließend eine Schleifenwicklung 23 einzuführen, die außerhalb des Motors gewickelt worden ist. Alternativ kann die Wicklung 23 direkt um ein getrenntes Teil eines Statorkernes gewickelt werden. Die getrennten Teile des Statorkernes können je mit einer Anpassungsebene ausgestattet sein, um unmittelbar einen präzisen Zusammenbauvorgang zu ermöglichen. Alternativ kann ein Loch, eine Ausnehmung, ein Vorsprung oder ähnliches an den Teilen des Statorkernes vorgesehen werden,um ein unmittelbares Anbringen von Teilen, wie beispielsweise eines Stiftes für den Zusammenbau, zu ermöglichen. Als ein nützliches Schema kann der Statorkern auch zwischen dem D-D-Linien-Querschnitt und dem C-C-Linien-Querschnitt zum Zwecke der Bequemlichkeit beim Einführen der Wicklung 24 aufgeteilt sein, und kann dann zusammengesetzt oder zusammengebaut werden. Die Position und die Gestalt einer Ebene zum Auftrennen jedes der Teile gemäß dem Stator und dem Rotor kann in geeigneter Weise festgelegt werden, und zwar unter Berücksichtigung der Einfachheit des Preßformvorganges, der Einfachheit des Zusammenbaus oder ähnlichem.
• Als ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kreises eines Stators können sowohl die Statorpole als auch das Stator-Rückführjoch dadurch hergestellt werden, indem ein Preßvorgang und ein Stanzvorgang einer Metallplatte vorgenommen wird, um eine Gestalt auszubilden, auf die ein Faltvorgang folgt.
• Sechster abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Ein anderes effektives Verfahren zum Verbessern beispielsweise eines Stators besteht darin, sowohl weichmagnetisches Metallpulvermaterial als auch magnetische Stahlbleche zu verwenden, wodurch die Eigenschaften von beiden Materialien in den magnetischen Eigenschaften und in der Festigkeit ausgenutzt werden. Ein magnetisches Teil, welches durch Formen eines weichmagnetischen Metallpulvermaterials erhalten wird, und zwar durch einen Preßvorgang unter hohem Druck, gefolgt von einem Erhitzen, ist gekennzeichnet durch eine Freiheit in der Richtungsmöglichkeit des Flusses. Jedoch ist die maximale Flußdichte von solch einem Teil niedrig, und zwar verglichen mit derjenigen, die durch magnetische Stahlbleche erhalten wird, so daß ein Problem verursacht werden kann, wie beispielsweise ein Problem hinsichtlich eines großen Eisenverlustes, speziell in einer Zone mit hoher magnetischer Flußdichte.
• Ein magnetisches Teil, welches unter Verwendung des weichmagnetischen Metallpulvermaterials hergestellt wurde, und ein magnetisches Teil, welches unter Verwendung von magnetischen Stahlblechen hergestellt wurde, können kombiniert werden. Jedoch können das weichmagnetische Metallpulvermaterial und die magnetischen Stahlbleche auch anders, und zwar gleichzeitig durch einen Preßvorgang unter hohem Druck zum Zweck der Integration ausgebildet werden. Das letztere Verfahren ist vom Gesichtspunkt einer effizienten Herstellung, Verbesserung in der Adhäsion von beiden Teilen, der Festigkeit der magnetischen Teile und der Präzision der Gestalten nach dem Preßvorgang der magnetischen Teile vorteilhafter. Speziell wenn eine Richtungs-Silizium-Stahlplatte als magnetische Stahlplatte in einer Richtung verwendet wird, in welcher ein Fluß in einem Wechselstrommotor wirkt, werden eine hohe magnetische Flußdichte und eine hohe Rate einer magnetischen Induktion erhalten. Somit können durch effiziente Ausnutzung der Eigenschaften von beiden Teilen Probleme kompensiert werden, die sich in jedem Teil ergeben bzw. in jedem Teil vorherrschend sind.
• Was die Festigkeit betrifft, kann ein magnetisches Teil, welches durch Preßformen des weichmagnetischen Metallpulvermaterials hergestellt wurde, ein Schwächeproblem verursachen. Es kann daher vorteilhaft sein, die magnetischen Stahlbleche für einen schmalen Abschnitt zu verwenden, beispielsweise an einem Spitzenabschnitt eines Statorpoles. Auf diese Weise können solche zusammengesetzten magnetischen Teile so angeordnet werden, daß sie bestmöglich verwendet werden können, abhängig von den Eigenschaften, die in jedem der Abschnitt erforderlich sind.
• Siebter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Eine Zweiphasen-Wechselstromwicklung besitzt eine vereinfachtere Struktur als eine Dreiphasen-Wechselstromwicklung aufgrund der geringeren Anzahl von Phasen. Jedoch besitzt ein Zweiphasen-Wechselstrommotor dagegen eine größere Anzahl von Transistoren bei dem Leistungsumsetzer in der Steuervorrichtung als ein Dreiphasen-Wechselstrommotor. Dies macht einen Zweiphasen-Wechselstrommotor nachteilig, und zwar in Bezug auf den Raum für die Steuervorrichtung und in Bezug auf die Kosten. Gewöhnlich liegt die Zahl an Transistoren in einem Dreiphasen-Wechselstrom-Umsetzer bei sechs. Auf der anderen Seite ist bei einem Zweiphasen-Wechselstrom-Umsetzer die Summe der Werte des Stromes, der durch die zwei Phasen fließt, nicht konstant Null, so daß die Konfiguration geringfügig kompliziert wird. Bei einem Zweiphasen-Wechselstrom-Umsetzer steuern beispielsweise vier Transistoren einen einzigen reziproken Strom, und somit werden Ströme der zwei Phasen durch Verwenden von acht Transistoren gesteuert. Wenn somit Dreiphasen-Ströme in Zweiphasen-Ströme übersetzt werden können, und zwar in offensichtlicher Weise durch Zustandebringen einer Motorwicklung, können die Kosten der Steuervorrichtung reduziert werden, so daß auch die Gesamtkosten gemindert werden, obwohl die Motorwicklung ein klein wenig kompliziert ausfallen kann.
• 32 zeigt ein Vektordiagramm, welches ein Verfahren für eine offensichtliche Umwandlung von Zweiphasen-Wechselströmen in Dreiphasen-Wechselströme veranschaulicht, indem die Wicklungen eines Motors verwendet werden. Wie durch Iu, Iv, Iw angezeigt ist, handelt es sich um Dreiphasen-Wechselströme, die durch jeweilige Dreiphasen-Wicklungen hindurch verlaufen, wobei die Zahl der Windungen in jeder der Phasen W3 beträgt. Eine P-Phasenwicklung der Zweiphasen-Wicklungen kann durch eine U-Phasenwicklung ersetzt werden, in welcher der U-Phasenstrom Iu hindurchfließt, und durch eine Umkehr-W-Phasenwicklung, deren Anzahl an Windungen gleich ist 0,366 × W3, in welcher der W-Phasenstrom Iw fließt. Eine Q-Phasenwicklung kann durch eine V-Phasenwicklung ersetzt werden, in welcher der V-Phasenstrom Iv fließt, und durch eine Umkehr-W-Phasenwicklung, deren Windungszahl gleich ist 0,366 × W3, in welcher der W-Phasenstrom Iw fließt. In diesem Fall beträgt die Phasendifferenz zwischen dem zusammengesetzten P-Phasenstrom Ip und dem Q-Phasenstrom Iq gleich 90 Grad.
• 33 ist ein elektrisches Äquivalent-Diagramm, welches spezifische Wicklungen veranschaulicht, um Zweiphasen-Wechselströme in einer offensichtlichen Weise zu leiten. Die Dreiphasenströme Iu, Iv, Iw verlaufen durch die jeweiligen Dreiphasenanschlüsse Tu, Tv, Tw der Dreiphasen-Wechselstromwicklungen. Unter diesen Wicklungen werden eine U-Phasenwicklung (Lu) und eine Umkehr-W-Phasenwicklung Mw1 (entsprechend einem Abschnitt einer W-Phasenwicklung Lw), deren Windungszahl gleich ist 0,366 × W3, als eine P-Phasenwicklung für einen Zweiphasenmotor verwendet. Ferner werden eine V-Phasenwicklung (Lv) und eine Umkehr-W-Phasenwicklung Mw2 (entsprechend einem Abschnitt einer W-Phasenwicklung Lw), deren Windungszahl 0,366 × W3 beträgt, als eine Q-Phasenwicklung verwendet. Indem man solch eine Spezifikation der Wicklungen einstellt, können Zweiphasenströme für einen Zweiphasenmotor aus Dreiphasenströmen zusammengesetzt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß irgendein Verfahren zum Erzeugen solcher Dreiphasen-Wechselstromwicklungen verwendet werden kann, wenn dies zu den gleichen Amplituden und der 90-Grad-Phasendifferenz führt, wie in 32 gezeigt ist. Es können daher vielfältige Abwandlungen des Verfahrens realisiert werden.
• Das Drehmoment eines Zweiphasenmotors kann durch die Formel (8), die oben angegeben ist, ausgedrückt werden. Das heißt, das Drehmoment, welches von jeder Phase erzeugt wird, kann als ein Produkt aus drei Werten ausgedrückt werden, d.h. der Zahl der Windungen W, der Drehwinkel-Änderungsrate E der Flußverkettung und dem Strom I. Wenn beispielsweise die Zahl der Windungen W kleiner ist als eine vorbestimmte Zahl, kann ein Abgleich durch den Strom I kompensiert werden oder durch die Drehwinkel-Änderungsrate E der Flußverkettung, um das vorbestimmte Drehmoment Ta zu erhalten. Wenn somit die Drehwinkel-Änderungsrate E der Flußverkettung und der Strom I, die durch ein Design des magnetischen Kreises festgelegt werden, und die Zahl an Windungen W einen Fehler verursachen, und zwar in Bezug auf ideale Werte des Zweiphasen-Wechselstrommotors, kann die Konstruktion in solcher Weise sichergestellt werden, daß eine Kompensation des Fehlers mit anderen Werten erreicht wird.
• Achter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Ein Verfahren zum Reduzieren von Drehmoment-Welligkeiten bei einem Wechselstrommotor wird nun weiter unten beschrieben. Dieses Verfahren zum Reduzieren der Drehmoment-Welligkeiten umfaßt im Falle der Reduzierung von Drehmoment-Welligkeiten in der Größenordnung RN1 (=m), das Gruppieren einer Vielzahl von Nx-Phasenpolen eines Stators in N1 (=n)-Gruppen und Verschieben der Positionen der Statorpole in der Drehrichtung von jeder Gruppe relativ zueinander, und zwar durch ein ganzzahliges Vielfaches eines elektrischen Winkels von 360/(RN1 × RN1) Graden. Die Positionen der Statorpole der anderen Phasen werden in der Drehrichtung in der gleichen Weise wie die Nx-Phasenstatorpole verschoben.
• 34 zeigt ein spezifisches Beispiel der Verschiebung der Statorpolpositionen zum Reduzieren der Drehmoment-Welligkeiten. In 34 ist eine Positionsstruktur zum Reduzieren der Drehmoment-Welligkeiten lediglich in Bezug auf die P-Phasen-Statorpole unter solchen, die in 3 gezeigt sind, veranschaulicht. Die Q-Phasen-Statorpole, welche die gleiche positionsmäßige Konstruktion aufweisen, sind zur Vermeidung einer komplizierten Darstellung nicht wiedergegeben. Die numerischen Angaben, die entlang der horizontalen Achse in 34 aufgetragen sind, zeigen elektrische Winkel eines Stators in der Umfangsrichtung an.
• Als Beispiel wird eine Statorkonfiguration, die ein Beseitigen von einer Drehmoment-Welligkeitskomponente der sechsten Ordnung ermöglicht, weiter unten beschrieben. Die vier Statorpole, die in 34 gezeigt sind, sind in zwei, d.h. eine Gruppe von A-1 und A-3, und eine Gruppe von A-2 und A-4 gruppiert. Wie sich anhand der Gleichung 360/(RN1 × RN1)=360/(6 × 2)=30 Grad ableiten läßt, können die Umfangspositionen der Statorpole A-2 und A-4 um 30 elektrische Grade in der Umfangsrichtung verschoben sein, wie in 34 gezeigt ist. Als Ergebnis werden die harmonischen Komponenten der sechsten Ordnung unter den Drehmoment-Komponenten, die von den zwei Gruppen der Statorpole erzeugt werden, gelöscht, und zwar in Bezug auf den gesamten Wechselstrommotor, da die Phasen voneinander um 180 Grad verschieden sind.
• Wenn die harmonische Komponente der fünften Ordnung der Drehmoment-Welligkeiten ebenfalls entfernt werden soll, und zwar aus dem oben beschriebenen Zustand, werden die Statorpole in zwei Gruppen, d.h. eine Gruppe A-1 und A-2 und in eine Gruppe von A-3 und A-4 gruppiert, um ein Beispiel zu nennen. Wie anhand der Gleichung 360/(RN1 × RNl)=360/(5 × 2)=36 Grad ergibt, können die Umfangspositionen der Statorpole A-3 und A-4 weiter um 36 elektrische Grade verschoben werden, und zwar in der Umfangsrichtung von den Positionen aus, die in 34 gezeigt sind. Die Verschiebungsrichtung in 34 kann entweder nach rechts oder nach links erfolgen. Da in diesem Fall einige der Pole bereits nach rechts verschoben worden sind, kann der zweite Verschiebevorgang in vorteilhafter Weise nach links vorgenommen werden, um die Reduzierung des Drehmoments zu minimieren. Als ein Ergebnis verbleibt in 34 A-1 an der Ursprungsposition, A-2 wird nach rechts um 30 Grad von der Ursprungsposition verschoben, A-3 wird um 36 Grad von der Ursprungsposition nach links verschoben und A-4 wird von der Ursprungsposition nach links um 6 Grad verschoben, wie sich dies aus der Gleichung 30-36=-6 ergibt. Es werden somit die fünften und und sechsten Drehmoment-Welligkeitskomponenten reduziert.
• Wenn die Drehmoment-Welligkeiten unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens reduziert werden, vereinfacht ein Motor mit einer großen Anzahl an Polen die Gruppierung. Wenn ferner eine Vielzahl von harmonischen Komponenten der Drehmoment-Welligkeiten reduziert werden, kann sich die Qualität der Wirkungen der Reduzierung unterscheiden, und zwar abhängig von der Gruppierung. Es kann daher eine effektivere Reduzierung erzielt werden, wenn verhindert wird, daß die Wirkungen einer Vielzahl von Malen der Verschiebung miteinander interferieren. Wenn beispielsweise die Statorpole in acht Gruppen gruppiert sind, d.h. in Gruppen G1 bis G8, um drei Arten von harmonischen Komponenten der Drehmoment-Welligkeiten zu reduzieren, so werden G5 bis G8 zuerst um einen vorbestimmten Winkel für die RN1-te Ordnung verschoben, um die harmonische Komponente der RN1-ten Ordnung zu beseitigen. In diesem Fall können G1 und G5 so betrachtet werden, daß sie sich gegenseitig aufheben, und zwar in Bezug auf die harmonische Komponente der RN1-ten Ordnung. In ähnlicher Weise können G2 und G6, G3 und G7 und G4 und G8 so betrachtet werden, daß sie sich gegenseitig auslöschen, und zwar für die harmonische Konponente der RN1-ten Ordnung. Wenn demzufolge G3 und G7 und G4 und G8 gleichzeitig in diesem Zustand verschoben werden, und zwar um einen vorbestimmten Winkel, der die harmonische Komponente einer RN2-ten-Ordnung auslöschen kann, können die Auslösch- oder Beseitigungseffekte für die harmonische Komponente der RN1-ten Ordnung nicht als reduziert betrachtet werden. Dies bedeutet, daß als ein Ergebnis die harmonischen Komponenten der RN1-ten und der RN2-ten Ordnung in den Drehmoment-Welligkeiten reduziert worden sind. Wenn zusätzlich die harmonische Komponente einer RN3-ten Ordnung beseitigt werden soll, können G2 und G6 und G4 und G8 um einen vorbestimmten Winkel für die RN3-te Ordnung in einer ähnlichen Weise verschoben werden, und zwar unter Berücksichtigung einer wechselseitigen Interferenz. In diesem Fall können die drei Arten von harmonischen Komponenten effektiv reduziert werden, und zwar durch die drei Arten der Verschiebung der Pole unter Gruppierung der Pole, die kaum miteinander interferieren.
• Das Verfahren der Verschiebung der Pole wurde anhand eines Beispiels in Einzelheiten beschrieben, bei dem die Phasendifferenzen von 180 elektrischen Graden für die harmonischen Komponenten vorgesehen wurden, so daß sie als Ergebnis der Additionen gelöscht werden bzw. sich aufheben. Alternativ können die Pole in drei Gruppen gruppiert werden, indem man eine relative Phasendifferenz bei 120 Grad für die harmonischen Komponenten einstellt, wodurch die harmonischen Komponenten ausgelöscht werden können, wenn die drei Gruppen zusammengesetzt werden. Somit kann dieses Verfahren auf eine Vielzahl von Gruppen angewendet werden.
• Neunter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Im Folgenden wird ein Verfahren zum Reduzieren der Drehmoment-Welligkeiten eines Wechselstrommotors durch eine Rotorkonstruktion beschrieben. Spezifischer ausgedrückt umfasst dieses Verfahren im Falle der Reduzierung der Drehmoment-Welligkeiten der RN1 (=m) Ordnung das Gruppieren einer Vielzahl von N-Polen und S-Polen eines Permanentmagneten eines Rotors in N1 (=n) Gruppen, und ein Verschieben in der Umfangsrichtung der Positionen der Rotorpole in der Drehrichtung von jeder Gruppe relativ zueinander, und zwar um ein ganzzahliges Vielfaches eines elektrischen Winkels von 360/(RN1 × RN1) Graden. 35 zeigt ein spezifisches Beispiel einer Verschiebung eines Permanentmagneten, die ausgeführt wird, um Drehmoment-Welligkeiten zu reduzieren.
• Im Falle eines Rotors mit Magneten, die an seiner Oberfläche gemäß der Darstellung in 35 angebracht sind, können ähnliche Effekte der Reduzierung der Drehmoment-Welligkeiten dadurch erreicht werden, indem man einen rigförmigen Magneten an dem Rotor anbringt und indem man den Magneten derart polarisiert, daß die gewünschten polaren Positionen des angebrachten Magneten basierend auf einem Polarisationsmuster polarisiert werden. Ferner kann eine effektivere Reduzierung der Drehmoment-Welligkeiten oder eine weitere Reduzierung der harmonischen Komponenten, d.h. der Komponenten der Drehmoment-Welligkeiten dadurch erzielt werden, indem man das Verfahren der Reduzierung der Drehmoment-Welligkeiten durch Verschieben der Statorpol-Positionen in der Umfangsrichtung mit dem Verfahren der Reduzierung der Drehmoment-Welligkeiten durch Verschieben der Rotorpol-Positionen in der Umfangsrichtung kombiniert.
• Zehnter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Ein Verfahren zum Reduzieren der magnetomotorischen Kraft, die in der Rotorwelle 11 erzeugt wird, wird nun im Folgenden beschrieben. Wie sich anhand des in 1 gezeigten Wechselstrommotors ergibt, bilden die Ströme, welche durch die P-Phasenwicklung 23 und durch die Q-Phasenwicklung 24 fließen, Zweiphasenströme. Die Gesamtheit der magnetomotorischen Kräfte, die aus diesen Strömen resultieren, erscheint an der Rotorwelle 11. Für viele Anwendungen verursachen solche magnetomotorischen Kräfte, die an dem Rotor 11 erscheinen, keinerlei Probleme. Wenn jedoch die magnetomotorischen Kräfte Probleme verursachen sollten, kann die Gesamtheit oder ein Abschnitt der Rotorwelle 11 aus nichtmagnetischen Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Alternativ kann eine getrennte Wicklung in der Nachbarschaft der Rotorwelle 11 vorhanden sein, um die magnetomotorischen Kräfte zu versetzen, die in der axialen Richtung der Rotorwelle erzeugt werden, die äquivalent zu den Gesamtströmen der Wicklungen 23 und 24 sind, die um den Stator 200 gewickelt sind.
• 36 zeigt einen vertikalen Schnitt einer abgewandelten Teilaspekts der Offenbarungeines Wechselstrommotors, bei dem eine getrennte Wicklung hinzugefügt worden ist, um die magnetomotorischen Kräfte in der Axialrichtung der Rotorwelle 11 zu versetzen. Wie in 36 gezeigt ist, ist eine Wicklung 90 hinzugefügt, um welche herum Drähte zum Durchlassen der Ströme, die durch die P-Phasenwicklung 23 und die Q-Phasenwicklung 24 des Wechselstrommotors fließen, der in 1 gezeigt ist, herumgewickelt sind, und zwar etwa in entgegengesetzten Richtungen und in der gleichen Anzahl von Malen, um die magnetomotorischen Kräfte in der axialen Richtung der Rotorwelle 11 aufzuheben. Dies beseitigt magnetische Beschädigungen, wie beispielsweise das Anhaften von Eisenpulver, welches durch die magnetomotorischen Kräfte induziert wird, die in der axialen Richtung der Rotorwelle 11 erzeugt werden. Es sei daraufhingewiesen, daß die Größe der Wicklung 90 vergleichsweise klein ist, da der Durchmesser der Rotorwelle 11 klein ist.
• Elfter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Die Steuervorrichtung des Wechselstrommotors des vorliegenden Teilaspekts der Offenbarungwird nun weiter unten beschrieben. Das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors, der in 1 gezeigt ist, wird durch die Formel (8), die oben angegeben ist, zum Ausdruck gebracht. Somit sollte die Steuervorrichtung des Wechselstrommotors des vorliegenden Teilaspekts der Offenbarungunmittelbar die Ströme der Wicklungen 23 und 24 der individuellen Phasen bestimmen, um die Formel (8) für einen gewünschten Drehmomentbefehl zu befriedigen.
• 37 zeigt ein spezifisches Beispiel der Steuervorrichtung des Wechselstrommotors. Wie dargestellt ist, umfaßt die Steuervorrichtung 300 einen Geschwindigkeitssteuerblock (VC) 102, einen Strominstruktionsblock (CUR) 104, einen Spannungssteuerblock (VOL) 106, einen Leistungsverstärkerblock (PWM INV) 108 und einen Detektor 114.
• Der Detektor 114 detektiert die Zahl der Umdrehungen des Wechselstrommotors 1 gemäß dem vorliegenden Teilaspekt der Offenbarung, der in 1 gezeigt ist, oder einer ähnlichen, basierend auf einem Ausgangssignal von einem Codierer (E) 113, der eine Drehposition des Wechselstrommotors 1 detektiert, so daß dadurch ein Drehzahl-Detektionssignal 101 ausgegeben wird. Eine Drehzahlabweichung, die aus der Subtraktion des Drehzahl-Detektionsssignals 101 von einem Drehzahlbefehl 90 resultiert, wird in dem Drehzahlsteuerblock 102 eingegeben. Der Drehzahl- oder Geschwindigkeitssteuerblock 102 erzeugt dann einen Drehmomentbefehl 103, indem er eine proportionale Plus-Integrationsregelung, beispielsweise basierend auf der Drehzahlabweichung bewirkt. Der Strominstruktionsblock 104 erzeugt Strombefehle 105 für die Wicklungen 23, 24 der einzelnen Phasen, basierend auf dem Drehmomentbefehl 103, verschiedenen Parametern des Wechselstrommotors 1 und einem Drehpositionssignal 116 des Wechselstrommotors 1, welches von dem Detektor 114 ausgegeben wird. Der Spannungssteuerblock oder Regelblock 106 berechnet einen momentanen Steuerungsfehler oder ähnliches, basierend auf dem Strombefehl 105, den Stromdetektionssignalen 117, 118 der Wicklungen 23 und 24 und einem Drehpositionssignal 115 des Wechselstrommotors 1, welches von dem Detektor 114 ausgegeben wird. Der Spannungssteuer- oder Regelblock 106 bewirkt dann eine Kommutierungssteuerung mit dem Drehpositionssignal 114 und erzeugt Spannungsbefehle 107 für die Wicklungen 23, 24. Der Leistungsverstärkungsblock 108 gibt die Spannungsbefehle 107 für die Wicklungen 23, 24 ein, um eine PWM (Pulsbreitenmodulation) durchzuführen, und ermöglicht es einem Umsetzer, der eine Zweiphasen-Transistorbrücke als Beispiel verwendet, Spannungen und Ströme Ip, Iq der Wicklungen 23, 24 an denWechselstrommotor 1 auszugeben.
• Ein Verfahren zum Steuern des Strominstruktionsblocks 104 wird nun weiter unten entsprechend der Formel (8) beschrieben. Die Drehwinkel-Änderungsraten des Flusses ϕp, ϕq, die an der P-Phase bzw. der Q-Phase des Stators 100 vorhanden sind, sind angezeigt durch Ep=dϕp/dθ, Eq=dϕq/dθ. Ferner sind die Zahlen der Windungen der Wicklungen der individuellen Phasen durch Wp, Wq angegeben, und die Ströme der Wicklungen der einzelnen Phasen sind mit Ip, Iq angegeben. Der Strominstruktionsblock 104 bewirkt eine Steuerung oder Regelung der Ströme Ip, Iq der jeweiligen Phasen im Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl Ta, so daß eine Formel entsprechend Ta=Tp + Tq=Wp × Ep × Ip + Wq × Eq × Iq befriedigt wird.
• Speziell der in 1 gezeigte Wechselstrommotor, dessen Drehposition durch θm angezeigt ist, ist gekennzeichnet durch den Ausdruck entsprechend den Formeln (1) bis (8). Die Einheitsspannungen Ep, Eq der jeweiligen Phasen haben Eigenschaften des idealen Zweiphasen-Wechselstrommotors, die durch die weiter unten angegebenen Formeln ausgedrückt werden. Die Koeffizienten der einzelnen Phasen werden mit einem gleichen Wert wie E1 angenommen, welches ein Koeffizient der Drehwinkel-Änderungsrate der Flußverkettung der individuellen Phasen ist. $$\text{Ep}=\text{E1}\times \text{sin}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\right)$$

  

  $$\text{Eq}=\text{E1}\times \text{sin}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\mathrm{+}\text{90°}\right)$$

  

  Die Ströme Ip, Iq der jeweiligen Phasen können durch die folgenden Formeln zum Ausdruck gebracht werden, wobei ein Stromphasenwinkel durch θi angezeigt wird, der eine Phasendifferenz zwischen der Polar-Richtung des Rotors 100 und dem zu steuernden oder zu regelnden Strom ist. $$\text{Ip}=\text{Ia}\times \text{sin}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\mathrm{+\theta }\text{i}\right)$$

  

  $$\text{Iq}=\text{Ia}\times \text{sin}\left(\mathrm{\theta }\text{m1}\mathrm{+}\text{90°}\mathrm{+\theta }\text{i}\right)$$

  

  Aus der Formel (8) kann das Drehmoment Ta durch die folgende Formel zum Ausdruck gebracht werden: $$\begin{array}{l}\text{Ta}=\text{Tp}+\text{Tq}=\text{We}\times \left(\text{Ep}\times \text{Ip}\mathrm{+}\text{Eq}\times \text{Iq}\right)\hfill \\ =\text{Wc}\times (\text{E1}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\right)\times \text{Ia}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\mathrm{+\theta }\text{i}\right)\hfill \\ \mathrm{+}\text{E1}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\mathrm{+}\text{120°}\right)\times \text{Ia}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\mathrm{+}\text{120°}\mathrm{+\theta }\text{i}\right)\hfill \\ \mathrm{+}\text{E1}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\mathrm{+}\text{240°}\right)\times \text{Ia}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{m}\mathrm{+}\text{240°}\mathrm{+\theta }\text{i}\right)\hfill \\ \text{Wc}\times \text{Ia}\times \text{E1}\times \text{cos}\mathrm{\theta }\text{i}\hfill \end{array}$$

  

  worin Wc die Zahl der Windungen der individuellen Phasen angibt. Da die Windungszahl Wc und der Koeffizient E1 bereits bekannte Werte der Motorparameter darstellen, kann die Stromamplitude Ia aus der folgenden Formel erhalten werden $$\text{Ia}=\text{Ta/}\left(\text{Wc}\times \text{E1}\times \text{cos}\mathrm{\theta }\text{i}\right)$$

  

  Wenn keine spezielle Feldschwächungssteuerung bewirkt wird, beträgt der normale Stromphasenwinkel θi = 0. Demzufolge wird bei dem zuvor erläuterten Fall die Funktion des Strominstruktionsblockes 104 erhalten, indem man einfach eine Berechnung unter Verwendung der Formel (13) durchführt.
• In solchen Fällen, bei denen die Zahl der Windungen der jeweiligen Phasen verschieden voneinander ist, und zwar für eine einfachere Ausführung, wie beispielsweise bei der Konstruktion des Wechselstrommotors, und bei denen die Einheitsspannung Ep, Eq der jeweiligen Phasen nicht aus abgeglichenen zwei Phasen gebildet werden und somit die Phasen oder Amplituden voneinander verschieden sind, kann die Stromamplitude Ia und kann die Stromphase θi dadurch bestimmt werden, indem man jeden Wert der Formel (8) zuordnet. In einem komplizierten Fall, wie beispielsweise einem Fall, bei dem die Einheitsspannungen Ep, Eq, Ew der jeweiligen Phasen nicht von abgeglichenen zwei Phasen vorhanden sind und harmonische vorhanden sind, und hauptsächlich in einem Fall, bei dem die Drehmoment-Welligkeitskomponenten enthalten sind, können die geeignete Stromamplitude Ia und die Stromphase θi erneut bestimmt werden, und zwar unter Verwendung der Formel (8) abhängig von der Drehposition θm des Wechselstrommotors, vorausgesetzt, daß exakte Charakteristika der Einheitsspannungen Ep, Eq erkannt werden können. In diesem Fall bedeutet die Durchführung der Bestimmung der Stromamplitude Ia und der Stromphase θi, um das Drehmoment Ta zu erhalten, daß die Steuerung zur Reduzierung der Drehmoment-Welligkeit ebenfalls vorgenommen wurde.
• Wenn, wie oben beschrieben ist, eine Form mit einer idealen magnetischen Kreisstruktur und Wicklungscharakteristika bei einem Wechselstrommotor nicht realisiert sind, und zwar aufgrund eines bequemeren Designs oder ähnlichem, kann der Antrieb/Steuerung des Wechselstrommotors mit geringeren Drehmoment-Welligkeiten realisiert werden, indem man die Stromsteuerung der einzelnen Wicklungen gemäß der gegebenen Formel bewirkt, die durch die Parameter des Wechselstrommotors gegeben wird. Speziell wenn der Wechselstrommotor 1 oder ähnliches als ein Schrittschaltmotor verwendet wird, kann ein gezahntes Drehmoment in dem Schrittschaltmotor reduziert werden.
• Es sei darauf hingewiesen, daß jeder der Blöcke der Steuervorrichtung 300 geändert werden kann. Beispielsweise kann der Codierer 113 und der Detektor 114 durch eine Einrichtung ersetzt werden, um ein Positions-Detektionssignal von der Spannung und dem Strom des Wechselstrommotors zu erhalten, und zwar mit Hilfe einer Positions-Detektierungstechnik, die aus einer sogenannten sensorlosen Positionsdetektion besteht. Was das Verfahren der Detektierung der Ströme der einzelnen Phasen betrifft und auch das Verfahren wie das Verstärken der Spannung und des Stromes des Wechselstrommotors, so können diese durch andere Verfahren ersetzt werden, d.h. andere als die in 37 gezeigten. Wenn Zweiphasenströme in einer Pseudoweise aus Dreiphasenströmen erzeugt werden, und zwar unter Verwendung des Verfahrens, wie es in 32 gezeigt ist, können Ströme berechnet werden, und zwar unter Umsetzung und Steuerung gemäß Verwendung eines Dreiphasen-Leistungsverstärkers. In Verbindung mit Vielphasen-Wechselstrommotoren oder Motoren mit mehr als zwei Phasen kann das gleiche Konzept angewendet werden, um eine geeignete Motorsteuerung zu bewirken.
• Zwölfter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Eine Konstruktion eines Wechselstrommotors, die in 26 gezeigt ist, wurde so ausgelegt, daß der statorseitige Neutral-Pol 72 nahezu an dem zentralen Abschnitt der Rotorwelle 11 angeordnet war. Ein abgewandelter Teilaspekt der Offenbarungdes Wechselstrommotors, die weiter unten beschrieben wird, besteht aus einer solchen, bei der die Position eines statorseitigen Neutral-Poles geändert ist.
• 38 ist ein vertikaler Querschnitt eines abgewandelten Wechselstrommotors, bei dem die Position eines statorseitigen Neutral-Poles abgeändert ist. Bei dem Wechselstrommotor, der in 38 gezeigt ist, sind die statorseitigen Neutral-Pole 152, 155 an sich gegenüberliegenden Enden des Stators in Bezug auf die Axialrichtung der Rotorwelle 11 angeordnet. Ein Permanentmagnet 159 wird dazu verwendet, um sowohl die P-Phase als auch die Q-Phase anzutreiben. Der Fluß des Permanentmagneten 159 wird zu einem anderen Abschnitt gelenkt, der durch das Rückführjoch 2 eines Rotors 100B verläuft. Die Neutral-Pole 25, 27 des Rotors 100B sind jeweils so angeordnet, daß sie dem statorseitigen Neutral-Pol 152 der P-Phase und dem statorseitigen Neutral Pol 155 der Q-Phase gegenüberliegen. Es wird ein Fluß zwischen dem rotorseitigen Neutral-Pol 25 und dem Stator-Neutral-Pol 152 gebildet und in ähnlicher Weise zwischen dem rotorseitigen Neutral-Pol 27 und dem Stator-Neutral-Pol 155.
• 39 ist ein linearer Erweiterungsplan, und zwar entlang der Drehrichtung von dem Oberflächenprofil des Rotors des Wechselstrommotors, der in 38 gezeigt ist. Die numerischen Angaben, die entlang der horizontalen Achse aufgetragen sind, zeigen Drehwinkel in Form von mechanischen Winkeln an, bei denen 360 Grad eine Umdrehung bedeuten. Wie in 39 gezeigt ist, besitzt der Rotor 100B eine Achtpol-Struktur, und es sind auf der Oberfläche desselben N-Pole und S-Pole des Permanentmagneten 159 abwechselnd vorgesehen. Wie dargestellt ist, sind die Neutralpole 25, 27 des Rotors 100B an gegenüberliegenden Enden des Rotors 100B in Bezug auf die Axialrichtung angeordnet.
• 40 zeigt einen linearen Erweiterungsplan der inneren Umfangsfläche eines Stators 200B entlang der Drehrichtung. Die numerischen Angaben, die entlang der horizontalen Achse aufgetragen sind, zeigen Drehwinkel in Form von mechanischen Graden an, bei denen 360 Grad eine Umdrehung bedeuten. Eine Phasendifferenz Pab eines Q-Phasen-Statorpols 154 relativ zur einem P-Phasen-Statorpol 151 liegt bei 22,5 mechanischen Graden, was 90 elektrischen Graden entspricht. Die Phasendifferenz zwischen den Statorpolen in der gleichen Phase ist die Summe aus P1 und P2, was 90 mechanische Grade sind, d.h. 360 elektrische Grade.
• In 38 sind Umkehr-Statorpole 153, 156 mit unterbrochenen Linien gezeigt und dienen dazu, einen Rückwärtsfluß oder Umkehrfluß der P-Phasen- und Q-Phasen-Statorpole 151, 154 zu absorbieren und sind jeweils magnetisch mit den statorseitigen Neutralpolen 152, 155 verbunden. Der Wechselstrommotor funktioniert, wenn diese Umkehr-Statorpole 153, 156 weggelassen sind. Somit kann die Statorstruktur vereinfacht werden, indem man die Umkehr-Statorpole 153, 156 wegläßt, und es kann dadurch wiederum das Ausmaß der Wicklung der P-Phasenwicklung 73 und der Q-Phasenwicklung 74 erhöht werden, und es wird die Struktur vereinfacht.
• Im Gegensatz dazu können nicht erforderliche Flußkomponenten an der Oberfläche des Rotors, welche die Statorpole 151, 154 nicht passieren, durch Hinzufügen der Statorpole 153, 156 absorbiert werden, wodurch die Erzeugung des Drehmoments des Wechselstrommotors erhöht wird, obwohl dies von der Rotorstruktur und den magnetischen Eigenschaften des Rotors abhängig ist.
• Der P-Phasen-Statorpol 151 und der Q-Phasen-Statorpol 154 müssen so angeordnet werden, daß sie magnetisch voneinander isoliert sind, da, je kleiner die magnetische Interferenz ist, desto einfacher die Erzeugung des Drehmoments wird, was einer einfachen Theorie entspricht. In bevorzugterer Weise kann das Motorgehäuse 12 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sein, so daß der Leckagefluß zwischen beiden Statorkernen reduziert werden kann. Alternativ kann das Gehäuse aus dünnen Platten hergestellt sein oder es kann ein Gegenstand mit großem magnetischen Widerstand zwi- schen dem Stator 200B und dem Motorgehäuse 12 angeordnet werden. Der in 38 veranschaulichte Wechselstrommotor ist nachteilig im Vergleich mit dem Wechselstrommotor, der in 26 gezeigt ist, und zwar dahingehend, daß die magnetische Isolation zwischen dem P-Phasen-Stator und dem P-Phasen-Stator nicht unmittelbar realisiert werden kann.
• Dreizehnter Teilaspekt der Offenbarung - erfindungsgemäße Ausführungsform
• 41 veranschaulicht einen Dreiphasen-Wechselstrommotor, der aus einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase besteht, der gegenüber dem Zweiphasen-Wechselstrommotor modifiziert wurde, welcher aus der P-Phase und der Q-Phase besteht, wie in 26 veranschaulicht ist. Ein Rotor 100C umfaßt Permanentmagnete 136, 138 und einen rotorseitigen Neutralpol 137. Das Oberflächenprofil des Rotors, welches linear in der Drehrichtung erweitert ist, ist ähnlich dem einen, welches in 2 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß die rotorseitigen Neutralpole 25, 27 entfernt worden sind.
• Ein Stator 200C umfaßt Vorwärts-U-Phasen-Statorpole 130, W-Phasen-Statorpole 133, einen statorseitigen Neutral-Pol 131, Kommutierungspole 132, 134 und Wicklungen 139, 140, 141, 142. Es gibt keinen V-Phasen-Statorpol basierend auf dem Konzept der Dreiphasen-Wechselstrom-Theorie, von welchem eine Gleichung V=-U-W abgeleitet werden kann. Spezifischer ausgedrückt dient dieses Konzept dazu, die U-Phasen-Statorpole 130 und die W-Phasen-Statorpole 133 durch die Wirkungen der V-Phasen-Statorpole zu substituieren, basierend auf der Dreiphasen-Wechselstrom-Theorie. Der statorseitige Neutral-Pol 131 lenkt den Fluß an einem Rückführjoch 135 des Stators 200C zu einem Rückführjoch des Rotors 100C. Die Kommutierungspole 132 sind andererseits an Positionen umgekehrt zu den U-Phasen-Statorpolen 130 angeordnet, um den Fluß zu dem statorseitigen Neutral-Pol 131 zu lenken. Die Kommutierungspole 134 sind andererseits an Positionen umgekehrt zu den W-Phasen-Statorpolen 133 angeordnet, um den Fluß zu den statorseitigen Neutral-Polen 131 zu lenken.
• 42 ist ein linearer Erweiterungsplan entlang der Drehrichtung der inneren Umfangsfläche des Stators 200C, der in 41 veranschaulicht ist. Die numerischen Angaben, die auf der horizontalen Achse aufgetragen sind, geben Drehwinkel in Form von mechanischen Winkeln an, bei denen 360 Grad eine Umdrehung bedeuten. Eine Phasendifferenz Puw der W-Phasen-Statorpole 133 relativ zu den U-Phasen-Statorpolen 130 beträgt 30 mechanische Grade, was 120 elektrischen Graden entspricht.
• 43 ist ein linearer Erweiterungsplan entlang der Drehrichtung der Wicklungen 139 bis 142 des Rotors 100C, der in 41 gezeigt ist. Jede der Wicklungen 139 bis 142, die in dem Rotor 100C enthalten sind, besitzt eine im wesentlichen schleifenförmige Gestalt. Die Wicklungen 139, 140 entsprechen der U-Phase, in welcher die Wicklung 139 so gewickelt ist, daß ein Umkehr-Phasenstrom dort hindurchfließt. Auch die Wicklungen 141, 142 entsprechen der W-Phase, bei der die Wicklung 141 so gewickelt ist, daßein Umkehr-Phasenstrom dort hindurch verläuft.
• 44 zeigt ein Vektordiagramm, welches einen Betrieb des Wechselstrommotors angibt, der in 41 veranschaulicht ist. In 44 ist mit Iu ein U-Phasenstrom angegeben, mit Iv ist ein V-Phasenstrom angegeben und mit Iw ein W-Phasenstrom bezeichnet. 44 veranschaulicht ein Beispiel, bei welchem die Phasen der Einheitsspannungen Eu, Ev, Ew identisch mit den Phasen der Ströme Iu, Iv, Iw sind, und zwar für die jeweiligen Phasen. Kurz gesagt sind in 44 die Vektoren für Eu, Ev, Ew auch die Vektoren für Iu, Iv, Iw. Es sei darauf hingewiesen, daß Eu, Ev, Ew als Einheitsspannungen bezeichnet werden und somit ähnlich der Beziehung, welche durch die Formeln (1) und (2) ausgedrückt wird, und zwar als ein Beispiel von zwei Phasen, werden die Drehwinkeländerungsraten der Flussverkettungen Φu, Φv, Φw der jeweiligen Phasen ausgedrückt durch dΦu/dθ, dΦv/dθ, dΦw/dθ. In ähnlicher Weise können durch Umsetzen der Formeln (1) bis (9), die bei dem Zweiphasen-Beispiel in Dreiphasen-Versionen involviert sind, die Spannung, der Strom, das Drehmoment und die Leistung für die drei Phasen erhalten werden. Die induzierten Spannungen Vu, Vv, Vw der jeweiligen Phasen werden wie folgt ausgedrückt, vorausgesetzt, daß die Drehung zu einer konstanten Drehung gemacht wird, ausgedrückt durch dθ/dt=S1, daß die Zahl der Windungen der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Wicklungen Wu bzw. Wv bzw. Ww gegeben sind und daß der Fluß in der Vorwärtsrichtung verläuft, welcher die jeweiligen schleifenförmigen Wicklungen nach oben verkettet, und zwar gesehen vom Zeichungsblatt aus. $$\begin{array}{l}\text{Vu}=\text{Wu}\times \left(\text{d}\left(-\mathrm{\varphi }\text{u}\right)\text{/dt}\right)=-\text{Wu}\times \text{d}\mathrm{\varphi }\text{u/d}\mathrm{\theta }\text{/dt}\\ =-\text{Wu}\times \text{Eu}\times \text{S1}\end{array}$$

  

  Da an die oben angegebenen Ausdrücke für Vu negative Vorzeichen angehängt sind, kann durch Hindurchschicken eines negativen Stromes als Iu oder durch Verwenden einer Umkehrwicklung in Verbindung mit der U-Phasenwicklung die folgende Formel erhalten werden: $$\text{Vu}=\text{Wu}\times \text{Eu}\times \text{S1}$$

  

  Die U-Phasenwicklung 140 und die W-Phasenwicklung 141 entsprechen der V-Phasenwicklung. Die U-Phasenwicklung 140 ist in der Vorwärtsrichtung gewickelt, und die W-Phasenwicklung 141 ist in der Umkehrrichtung gewickelt. Diese zwei Wicklungen 140, 141 sind in Reihe zu schalten. Die in der U-Phasenwicklung 140 induzierte Spannung befindet sich auf dem gleichen Pegel wie die Spannung der U-Phasenwicklung 139, und in ähnlicher Weise liegt die Spannung, welche in der W-Phasenwicklung 141 induziert wird, auf dem gleichen Pegel wie die Spannung der W-Phasenwicklung 142. Da jedoch die Umkehrwicklung vorhanden ist, kann die V-Phasenspannung Vv durch die folgende Formel ausgedrückt werden: $$\text{Vv}=-\text{Vu}-\text{Vw}$$

  

  Die Flußverkettung der V-Phasenwicklung basiert spezifisch auf dem Fluß, der von dem Rückführjoch 135 zu dem Rotor 100C über den Neutralpol 131 verläuft. Obwohl der V-Phasenfluß Φv und der V-Phasenstrom Iv nicht direkt elektromagnetische Effekte liefern, werden solche Effekte durch den U-Phasenfluß und den W-Phasenfluß erreicht. Dies basiert jedoch auf der Annahme, daß der magnetische Widerstand zwischen dem statorseitigen Neutral-Pol 131 und dem rotorseitigen Neutral-Pol 137 ausreichend kleiner ist als der gesamte magnetische Widerstand des Wechselstrommotors in einem Ausmaß, daß die Funktionen nicht behindert werden. Die Formel (16) ist in einer Weise ausgebildet, welche eine Beziehung gemäß Vu + Vv + Vw = 0 befriedigt, und zwar von einem Gesichtspunkt der verallgemeinerten Dreiphasen-Wechselstrom-Theorie.
• Die Spannung Vw der W-Phasenwicklung kann wie folgt ausgedrückt werden: $$\text{Wv}=\text{Ww}\times \text{Ew}\times \text{S1}$$

  

  Die Leistungen Pu, Pv, Pw der jeweiligen Phasen und eine Ausgangsleistung Pa des Wechselstrommotors lassen sich durch die folgenden Formeln ausdrücken: $$\text{Pu}=\text{Vu}\times \text{Iu}=\text{Wu}\times \text{Eu}\times \text{S1}\times \text{Iu}$$

  

  $$\text{Pv}=\text{Vv}\times \text{Iv}=\text{Wv}\times \text{Ev}\times \text{S1}\times \text{Iv}$$

  

  $$\text{Pw}=\text{Vw}\times \text{Iw}=\text{Ww}\times \text{Ew}\times \text{S1}\times \text{Iw}$$

  

  $$\text{Pa}=\text{Pu}\times \text{Pv}\mathrm{+}\text{Pw}\mathrm{=}\text{Vu}\times \text{Iu}\mathrm{+}\text{Vv}\times \text{Iv}\mathrm{+}\text{Vw}\times \text{Iw}$$

  

  Die Drehmomente Tu, Tv, Tw der jeweiligen Phasen und ein Ausgangsdrehmoment Ta des Wechselstrommotors können durch die folgenden Formeln wiedergegeben werden: $$\text{Tu}=\text{Pu/S1}=\text{Wu}\times \text{Eu}\times \text{Iu}$$

  

  $$\text{Tv}=\text{Pv/S1}=\text{Wv}\times \text{Ev}\times \text{Iv}$$

  

  $$\text{Tw}=\text{Pw/S1}=\text{Ww}\times \text{Ew}\times \text{Iw}$$

  

  $$\begin{array}{c}\text{Ta}=\text{Tu}+\text{Tv}+\text{Tw}\\ =\text{Wu}\times \text{Eu}\times \text{Iu}+\text{Wv}\times \text{Ev}\times \text{Iv}+\text{Ww}\times \text{Ew}\times \text{Iw}\end{array}$$

  
• Die gleiche Erscheinung kann auch von einem unterschiedlichen Gesichtspunkt aus zum Ausdruck gebracht werden. Das heißt, da die Ströme, die durch die Wicklungen 139, 140 fließen, die Ströme sind, die elektromagnetisch durchfließen, und zwar in im wesentlichen dem gleichen Raum, und da die Ströme äquivalent sind der Summe von -Iu und Iv, kann die Summe so betrachtet werden, wie dies durch Im in 44 angezeigt ist. Da dieser Strom Im als eine Spannung -Eu bewirkt, beträgt dessen Drehmoment gleich Tm. In ähnlicher Weise bilden die Ströme der Wicklungen 141, 142 die Summe aus -Iv und Iw, was als ein Strom In betrachtet werden kann. Da dieser Strom In eine Spannung -Ew hervorbringt, ist dessen Drehmoment gleich Tn. In dieser Hinsicht kann ein Winkel Kmn, der zwischen Tm und Tn gebildet wird, gleich 90 elektrische Grade betragen. Es kann somit ersehen werden, daß das Drehmoment Ta des gesamten Wechselstrommotors als eine Summe aus den Drehmomenten Tm und Tn ausgedrückt werden kann, welche die gleichen Amplituden haben und die orthogonal zueinander verlaufen, und daß eine konstante Drehmomentausgabe möglich ist ungeachtet der Drehposition. Obwohl konsequenterweise der in 41 veranschaulichte Wechselstrommotor aus einem Motor besteht, der mit Dreiphasen-Wechselströmen arbeitet, kann dieser auch als ein Motor mit Eigenschaften betrachtet werden, der in seinem Betrieb einem Zweiphasenmotor entspricht. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das in 44 gezeigte Vektordiagramm ein vereinfachtes Diagramm ist, in welchem solche Spannungsfaktoren, wie sie beschrieben wurden, nicht berücksichtigt sind, und zwar in Verbindung mit der Spannungsreduzierung aufgrund des Widerstandes der Wicklungen, oder was einer Leckage der Induktivität zugeschrieben werden kann.
• Der in 44 gezeigte Strom Im kann so betrachtet werden, daß er aus Strömen besteht, die durch die Wicklungen 139 und 140 hindurch verlaufen. Wenn daher diese zwei Wicklungen 139, 140 in eine einzige Wicklung zusammengefaßt werden, so daß der Strom Im dort hindurch verlaufen kann, kann vollständig der gleiche Wert des Betriebes erzielt werden. In ähnlicher Weise können die Wicklungen 141, 142 in eine Wicklung zusammengefaßt werden, um den Strom In dort hindurchzuleiten. Dadurch werden nicht nur die Wicklungen vereinfacht, sondern es wird auch der Kupferverlust theoretisch um 25% reduziert, wodurch die Ausgangsleistung verbessert wird. Da das Drehmoment durch die Formel (25) ausgedrückt werden kann, lassen sich durch Auswählen des Flusses, der Stromgröße und der Phase, die von denjenigen verschieden sind, die oben beschrieben wurden, zum Zwecke der Modifizierung der oben beschriebenen Konfiguration, ähnliche Effekte erreichen.
• Die vorangegangene Beschreibung betraf die Rotorpole und Statorpole mit einer rechteckförmigen Gestalt zur Erläuterung des Prinzips, wobei jedoch vielfältige Abwandlungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann die Gestalt in solcher Weise modifiziert werden, daß sie eine schiefe oder schräge Form annimmt und eine Ellipsenform annimmt, um die Drehmoment-Welligkeiten zu reduzieren.
• Vierzehnter abgewandelter Teilaspekt der Offenbarung
• Bei jedem der oben beschriebenen Wechselstrommotoren wurde ein Rotor vom Flächenmagnettyp verwendet, wobei jedoch vielfältige Typen eines Rotors verwendet werden können. Die 45 bis 50 zeigen querverlaufende Querschnittsdarstellungen von verschiedenen Rotoren. Ein Rotor 100, der in 45 gezeigt ist, besitzt eine Struktur entsprechend der Grundkonfigurationsform, die in 1 gezeigt ist. Der Rotor 100 besitzt acht Permanentmagnete 13 (oder Permanentmagnete 14 oder ähnliches), und zwar auf seiner Oberfläche entlang der Umfangsrichtung, die so angeordnet sind, daß ein N-Pol und ein S-Pol abwechselnd erscheinen.
• Ein in 46 gezeigter Rotor 100D besitzt eine Struktur, bei der polarisierte Permanentmagnete 90 radial angeordnet sind (d.h. in der Durchmesserrichtung angeordnet), und zwar entlang der Umfangsrichtung, wobei jeder der ferromagnetischen Polteile 91 zwischen benachbarten Permanentmagneten 90 zwischengefügt sind. Die Polteile 91 haben eine Wirkung, gemäß welcher sie den Fluß der Permanentmagnete 90 sammeln, wodurch die Flußdichte an der Oberfläche des Rotors 100D erhöht wird. Der Fluß kann auch radial zu der Rotorwelle 11 innerhalb von jedem der Polteile 91 übergehen. Aus diesem Grund kann der Fluß effektiv von dem Rotor 100D zu den Statorpolen gelenkt werden, und zwar selbst dann, wenn die Oberflächenprofile der Statorpole, die dem Spalt gegenüberliegen, uneben sind, wodurch man eine Wirkung entsprechend einer Erhöhung des Motordrehmoments erhält. Indem man die Polteile 92 und die Rotorwelle 11 aus nichtmagnetischen Materialien herstellt, kann die innere Struktur des Rotors 100D den Fluß, der durch die Permanentmagnete 90 erzeugt wird, dem Stator zuführen. Indem man ferner den Polteilen 92 ermöglicht, abwechselnd in der Umfangsrichtung als Permanentmagnete zu dienen, die so, wie in der Figur dargestellt ist, gerichtet sind, kann ein Leckagefluß zu den benachbarten Rotorpolen reduziert werden. Indem man zusätzlich den acht Polteilen 92 die Möglichkeit gibt, als Permanentmagnete in der Umfangsrichtung zu dienen, wobei sie gemäß der Darstellung in der Figur polarisiert sind, kann eine größere Flußdichte an der Rotoroberfläche erzielt werden.
• Ein in 47 gezeigter Rotor 100E besitzt eine IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor = Innerer Permanentmagnet-Synchronmotor)-Struktur, bei der die Permanentmagnete 93 in einer internen oder inneren Art angeordnet sind. Es sind Räume 94 in der Umfangsrichtung an sich gegenüberliegenden Enden von jedem der Permanentmagnete 93 ausgebildet, so daß sie entlang dem Außenumfang verlaufen. Alternativ kann in diese Räume auch ein nichtmagnetisches Material gefüllt werden. Der Rotor 100E ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein Drehmoment, welches durch die Permanentmagneten 93 erzeugt wird, als auch ein Reluktanz-Drehmoment, welches durch ein ferromagnetisches Material an den Abschnitten verschieden von den Permantmagneten erzeugt wird, erhalten wird. Gleichzeitig kann die Größe des Feldflusses gesteuert werden, indem man die Drehposition des Rotors und die Stromphase des Stators steuert. Es kann somit eine sogenannte Feldschwächungs-Steuerung ausgeführt werden, um eine Stromphase in einer solchen Weise zu steuern, daß die Größe des Feldmagneten bei einer hohen Drehzahl kleiner gestaltet wird, wodurch man konstante Leistungseigenschaften erhält. Zusätzlich kann ein größeres Drehmoment dadurch erzielt werden, indem man den Permanentmagneten in die Räume 94 einfüllt, um dadurch die Flußdichte der Rotoroberfläche noch größer auszubilden.
• Der in 48 gezeigte Rotor 100F besitzt eine Struktur, bei der Permanentmagnete 95 in dem Rotor in einer internen oder inneren Art angeordnet sind. Gepaarte zwei Permanentmagnete 95, die in der gleichen Umfangsrichtung polarisiert sind, sind jeweils an sich gegenüberliegenden Enden von jedem der Rotorpole 85 angeordnet. Es sind acht Paare (insgesamt sechzehn) solcher Permanentmagnete 95 entlang der Umfangsrichtung mit einem gleichmäßigen Intervall (Abstand) dazwischen angeordnet. Die benachbarten Paare der Permanentmagnete 95 sind zueinander umgekehrt polarisiert. In den Rotorpolen 85 wird der Feldfluß dadurch erregt, indem eine Magnetisierung durch den Strom des Stators erfolgt, so daß ein Drehmoment im Zusammenhang oder in Beziehung zu der magnetomotorischen Kraft des Stators erzeugt werden kann. In Verbindung mit der Erzeugung des Drehmoments kann gemäß der früheren Beschreibung das Drehmoment so betrachtet werden, daß es in solcher Weise erzeugt wird, daß der Feldfluß an den Rotorpolen 85 durch eine d-Achsen-Stromkomponente erzeugt wird, und daß das Drehmoment durch eine q-Achsen-Stromkomponente erzeugt wird. In diesem Fall wird mit einkalkuliert, daß die Permanentmagnete 95 so arbeiten, daß der Feldfluß an den Rotorpolen 85, der durch den d-Achsenstrom erzeugt wird, nicht zu der Richtung der q-Achse gelenkt wird bzw. daran gehindert wird. Als ein Ergebnis wird der Feldfluß, der an den Rotorpolen 85 vorhanden ist, weniger durch den q-Achsenstrom beaufschlagt. Demzufolge erhöht der d-Achsenstrom die Qualität der Steuerung des Rotor-Magnetflusses. Dank dieser Konstruktion und dank der Reduzierung der Spannung, die in einer Wicklung induziert wird, indem der Feldmagnet bei einer hohen Drehzahl reduziert wird, kann eine sogenannte konstante Leistungssteuerung effektiv realisiert werden.
• Der in 49 gezeigte Rotor 100G besitzt eine vorspringende Polstruktur und kann als ein Reluktanzmotor betrieben werden. Bei einem herkömmlich geschalteten Reluktanzmotor bzw. Motorstruktur ist eine Saugkraft in einer radialen Richtung ungleichmäßig in der Umfangsrichtung vorhanden und variiert in signifikanter Weise. In vielen Fällen verursacht dies eine Verformung des Stators in der radialen Richtung, was zu einer Vibration oder Störgeräuschen führt. Im Falle eines Wechselstrommotors, welcher den Rotor 100G gemäß 49 verwendet, wird eine Saugkraft in der radialen Richtung mit einem guten Abgleich, und zwar nahezu über den gesamten Umfang hinweg erzeugt. Ferner ermöglicht die ringförmige Gestalt des Stators eine hohe Steifigkeit für eine einheitliche Belastung vom gesamten Umfang her. Als ein Ergebnis kann der Rotor 100G eine kleine Vibration und Störgeräusche verursachen. Zusätzlich kann der Rotor 100G dadurch erhalten werden, indem man lediglich ein magnetisches Material in eine vorbestimmte Gestalt bringt und man dadurch eine ziemlich stabile und einfache Struktur erhält, so daß diese einer Zentrifugalkraft bei hoher Drehzahl standhalten kann. Darüber hinaus können auch Drehmoment-Welligkeiten reduziert werden, indem man die Gestalten der Rotorpole und der Statorpole entsprechend ausbildet. Daher besitzt der Rotor 100G prizipiell kein gezahntes Drehmoment. Ferner verwendet der Rotor 100G keinen Permanentmagneten, der kostspielig ist und Herstellungskosten erfordert, wie beim Zusammenbauen, so daß dieser mit niedrigen Kosten produziert werden kann.
• Ein in 50 gezeigter Rotor 100H besitzt eine sogenannte Flußbarriere-Struktur und kann als ein Reluktanzmotor arbeiten. Der Rotor 100H umfaßt Flußbarrieren 98, die aus Räumen von nichtmagnetischen Materialien gebildet werden. Diese Flußbarrieren 98 sind zwischen den Rotorpolen 86 benachbart in der Umfangsrichtung angeordnet und sind im wesentlichen koaxial von der Oberfläche des Rotors 100H angeordnet. Es sind magnetische Pfade 99 in schmalen Zonen zwischen benachbarten Flussbarrieren 98 ausgebildet. Der Rotor 100H besitzt ausgezeichnete Eigenschaften, die ähnlich denjenigen des Rotors 100G sind.
• Es sind vielfältige Abwandlungen in der Form eines Rotorpoles möglich, wie beispielsweise eine Bogenform, so daß das Profil der Rotorpole einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als derjenige des Außenumfanges des Rotors, oder eine Form aufweist, die Ausnehmungen an Grenzbereichen zwischen den Rotorpolen vorsieht. Die Zwecke und Wirkungen des offenbarten Wechselstrommotors sind die gleichen wie diejenigen der gewöhnlichen Wechselstrommotoren, d.h. eine Reduzierung der Drehmoment-Welligkeiten, Reduzierung der Vibration und der Störgeräusche, und Umwandlung der Spannungswellenformen in Sinuswellen.
• Es wurden viele Beispiele beschrieben, bei denen Permanentmagnete verwendet sind, es kann jedoch ein ähnlicher Wechselstrommotor auch realisiert werden, indem man einen Rotor mit Elektromagneten verwendet oder einen Rotor mit einer sogenannten Klauenpolstruktur, bei welcher die Feldwicklungen oder die Permanentmagnete axial auf der Statorseite angeordnet sind.
• Obwohl beispielsweise der Stator an der Außendurchmesserseite angeordnet ist und der Rotor an der Innendurchmesserseite der oben beschriebenen Ausführungsform angeordnet ist, kann auch eine sogenannte Außenrotor-Motorstruktur konfiguriert werden, indem man die Innen- und Außendurchmesser umkehrt. Ferner können zwei Motore sowohl an der Innen- als auch der Außendurchmesserseite angeordnet sein. In diesem Fall wird ein Vorteil erzielt, daß ein Abschnitt der Motorteile, z.B. die magnetischen Pfade, Permanentmagnete, Konstruktionsteile zum Aufrechterhalten der Festigkeit, oder eine Abdeckung integriert werden können. Alternativ kann der Wechselstrommotor der oben beschriebenen Teilaspekte der Offenbarung modifiziert werden, um eine Konfiguration zu erlangen, bei der eine Vielzahl an Statoren und Rotoren in der axialen Richtung des Rotors angeordnet sind. Alternativ können die Profile des Stators und des Rotors derart ausgebildet sein, daß der Luftspalt zwischen diesen eine konische Gestalt besitzt oder auch eine Vielstufen-Zylindergestalt besitzt oder eine Kombination daraus besitzt. Zusätzlich wurde der Strom eines Motors, welcher hier beschrieben wurde, als eine Sinuswelle beschrieben, jedoch kann der Strom auch aus einer rechteckförmigen Welle bestehen oder kann intermittierend gesteuert sein. Ferner kann auch ein variabler Strom sequentiell durch die jeweiligen Wicklungen hindurchgeschickt werden, um einen Betrieb als sogenannter Schrittschaltmotor zu realisieren.
• Bei den oben beschriebenen Teilaspekten der Offenbarungtraf die Beschreibung einen Fall eines Motors mit acht Polen. Jedoch ist die Zahl der Pole eine Designmaßnahme, und daher kann die Zahl frei gewählt werden. In Verbindung mit der Zahl der Phasen wurde eine Zweiphasen- und Dreiphasen-Konstruktion erläutert, wobei jedoch die Zahl der Phasen größer sein kann als drei, um dann eine Vielstufen-Konfiguration zu schaffen.

Claims (4)

1. Wechselstrommotor mit einem Rotor, der aufweist: eine Rotorwelle, auf der ein Rückschlusskörper befestigt ist; Permanentmagnete, die in Umfangsrichtung abwechselnd Nord- und Südpole zu einem Luftspalt hin ausbilden und auf dem Rückschlusskörper angeordnet sind; Rückschlusselemente aus Weicheisen, die axial benachbart zu den Permanentmagneten am Rückschlusskörper angeordnet sind und die sowohl Pole zum Luftspalt hin ausbilden als auch den Fluss der Permanentmagnete führen; einen Stator, der eine Mehrzahl von Modulen beinhaltet, die in axialer Richtung dem Rotor gegenüberliegend angeordnet sind; Statorpole, die den Nord- und Südpolen des Rotors gegenüberliegen; eine zwischen die Statorpole gewickelte Wicklung mit zur Rotorwelle konzentrischen schleifenförmigen Windungen; und weitere Statorpole, die den Rückschlusspolen des Rotors gegenüberliegen und außerdem ein Rückflussteil aufweisen, das in Verbindung mit den Statorpolen steht; dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Rotor als auch der Stator vollständig oder teilweise aus einem weichmagnetischen Metallpulvermaterial hergestellt sind, welches durch Verpressen des Materials gebildet wird, wobei die Vielzahl der Module gleich zwei ist, und wobei jedes der zwei Module auch einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase zugeordnet ist, die drei Phasen bilden, wobei jedes Modul erste und zweite Statorpole aufweist und die ersten und zweiten Statorpole in jedem der zwei Module gemäß Teilungen von im wesentlichen 120 elektrischen Winkelgraden gegeneinander verschoben sind, die Wicklung, die in einem der Module enthalten ist, eine U-Phasenwicklung enthält, und eine erste V-Phasenwicklung, deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt verlaufen, die Wicklung, die in dem anderen der Module enthalten ist, eine zweite V-Phasenwicklung und eine W-Phasenwicklung enthält, deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, und die erste und die zweite V-Phasenwicklung in Reihe geschaltet sind und deren Windungsrichtungen einander entgegengesetzt sind.
2. Wechselstrommotor nach Anspruch 1, bei dem von den Wicklungen, welche die U-, V- und W-Phasenwicklungen bilden, die U-Phasenwicklung und die erste V-Phasenwicklung, die in dem einen Modul zu wickeln sind, zusammengefaßt sind, und zwar in eine einzige Wicklung, und wobei die zweite V-Phasenwicklung und die W-Phasenwicklung, die in dem anderen Modul zu wickeln sind, zu einer einzigen Wicklung zusammengefaßt sind.
3. Wechselstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vielzahl der Statorpole in jedem Modul magnetisch zusammengefaßt sind, so daß sie mit einem der statorseitigen weiteren Statorpole verkettet sind.
4. Wechselstrommotor nach Anspruch 1, bei dem sowohl der Rotor als auch der Stator vollständig oder teilweise unter Verwendung eines Teiles ausgebildet sind, welches durch wechselseitige Kombination eines weichmagnetischen Metallpulvermaterials und von magnetischem Stahlblech gebildet ist.

Images