-
Diese
Anmeldung betrifft sowie beansprucht die Priorität der am 28. April 2005 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-132251, deren Inhalt hierdurch
durch Bezug aufgenommen wird.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
folgende Erfindung betrifft einen Wechselstrommotor, welcher für den Einbau
in einem Automobil, einem Lastkraftwagen, und dergleichen geeignet
ist.
-
In
dem Stand der Technik sind Typen von synchronen Wechselstrommotoren,
insbesondere Typen von bürstenlosen
Wechselstrommotoren bekannt, welche Statorwicklungen aufweisen,
die als dicht gepackte Schichten von Leitern ausgebildet sind, die
wie z.B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP-H6-261513
beschrieben (siehe Seite 3, und 1 bis 3 dieser) um die Statorpole
gewickelt sind.
-
Eine
solche in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. H6-261513
offenbarte Konfiguration eines herkömmlichen bürstenlosen Motors findet gegenwärtig sowohl
bei Industrie- als auch Haushaltsanwendungen eine breite Verwendung.
Ein solcher bürstenloser
Motor weist jedoch aufgrund der Erfordernis des Ausbildens von Wicklungen
um jeden der jeweiligen Statorpole herum einen komplexen Aufbau
auf, wobei jede der Wicklungen im inneren eines Statorschlitzes
angeordnet ist. Die Her stellungsproduktivität ist daher gering. Es ist
ferner schwierig, einen solchen Typ eines bürstenlosen Motors in einer
kompakten Größe zu produzieren
oder diesen zu geringen Kosten herzustellen.
-
Um
das obige herkömmliche
Problem zu lösen,
hat der Erfinder entsprechend der vorliegenden Erfindung eine verbesserte
Technik (ein Synchron-Wechselstrommotor, welcher als Schleifenspulen
ausgebildete Statorwicklungen aufweist sowie eine Steuervorrichtung
für den
Wechselstrommotor), wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP 2005-160285 offenbart ist, erfunden. Diese verbesserte Technik
zeigt einen Synchron-Wechselstrommotor und insbesondere einen bürstenlosen Motor,
welcher eine einfache Konfiguration aufweist und leicht herzustellen
ist, welcher in einer kompakten Größe angefertigt werden kann,
mit hoher Effizienz betrieben werden kann und geringe Herstellungskosten
aufweist. Die Technik sieht ferner eine Steuervorrichtung für einen
solchen Wechselstrommotor vor. Dieser Synchron-Wechselstrommotor weist
einen Rotor, einen Stator und eine Vielzahl von Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen
auf. Der Rotor weist eine Vielzahl von umlaufend ausgebildeten Magnetpolen
auf, wobei N Pole und S Pole wechselweise aufeinanderfolgend angeordnet
sind. Der Stator weist eine Vielzahl von Statorpolen auf, welche
um seinen Innenumfang herum ausgebildet sind, die als N Statorpolgruppen
(wobei N eine vielfache Ganzzahl ist) angeordnet sind, wobei jedes
benachbarte Paar von N Statorpolgruppen sich um einen identischen
Abstand (amount) gegenseitig in der Umfangsposition und der Axialposition
unterscheiden. Die Vielzahl der Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen
sind umlaufend auf dem Stator ausgebildet, wobei jede Schleifenkonfigurationsstatorwicklung
unmittelbar benachbart zu einer der N Statorpolgruppen (in Bezug
auf die Rotorachsenrichtung) ausgebildet ist.
-
Die
Verwendung solcher Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen ist durch
die Tatsache möglich, dass
bei einer herkömmlichen
Form von Statorwicklung, bei welcher jede Wicklung mehrmals aufeinanderfolgend
um jeden der Vielzahl von Statorpolen gewickelt ist, die Statorwicklungsabschnitte,
welche an Zwischenpositionen zwischen benachbarten Polen angeordnet
sind, Magnetkräfte
produzieren, die sich gegenseitig aufheben, da durch diese Abschnitte
der Statorwicklungen jeweilige Ströme gleicher Höhe und entgegengesetzter
Richtung fließen.
Dies ist daher zu einem Zustand äquivalent,
in welchem kein Strom durch diese Abschnitte der Statorwicklungen fließt, so dass
diese weggelassen werden können. Die
Verwendung von Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen entsprechend
der verbesserten Technik weist den Vorteil auf, dass die zum Ausbilden
der Statorwicklungen erforderliche Kupfermenge wesentlich verringert
werden kann und zusätzlich
ein erhöhtes
Ausgangsdrehmoment und eine erhöhte
Effizienz des Motors erreicht werden kann. Die Herstellungskosten
können
des weiteren z.B. aufgrund der vereinfachten Herstellung gesenkt
werden, da es nicht notwendig ist, die Statorwicklungen um die Statorpole
zu wickeln und das Gewicht des Motors gesenkt werden kann. Aufgrund
der Tatsache, dass die vorhergehend erwähnten Wicklungsabschnitte,
welche zwischen jedem Paar von benachbarten Statorpolen in einem
Synchron-Wechselstrommotor entsprechend dem Stand der Technik angeordnet
sind, weggelassen werden, ist es des weiteren möglich, die Anzahl von Statorpolen
eines Synchron-Wechselstrommotors entsprechend der verbesserten
Technik im Vergleich zu einem Typ eines solchen Motors entsprechend
dem Stand der Technik zu erhöhen.
-
Aufgrund
der Tatsache, dass die Positionen der Statorpole in einer ausgeglichenen
Weise entlang sowohl der Rotorachsenrichtung, als auch um dem Innenumfang
des Stators herum verteilt werden können im Gegensatz zu einer
geringen Anzahl von Statorpolen, welche entlang einem einzelnen
Umfangsweg angeordnet sind, werden überdies weitere Vorteile erzielt.
Die magnetischen Anziehungskräfte, welche
durch die Rotorpole auf den Stator wirken, werden insbesondere in
einer verteilten Weise angewendet, wodurch die Neigung des Stators,
durch diese Kräfte
verformt zu werden, verringert wird. Die aus einer solchen Verformung
resultierende Vibration sowie der Lärm können daher verringert werden.
-
Der
Erfinder hat seine Aufmerksamkeit darauf gerichtet, dass das Ausgangsdrehmoment
des Wechselstrommotors zunimmt und seine Drehmomentwelligkeit entsprechend
einer Form der Statorpole verringert wird, sowie der Wechselstrommotor, dessen
Statorpole eine verbesserte Form aufweisen, aufgrund des Beseitigens
der Statorspulen enden eine kompaktere Größe aufweist, und es möglich ist, einen
hohen Freiheitsgrad der Form aufzuweisen und dadurch das Verzahnungsmoment
und die Drehmomentwelligkeit aufgrund des Aufweisens des dreidimensionalen
magnetischen Wegs zu verringern.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung erfolgte angesichts des oben beschriebenen
Bedarfs, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
neuen und verbesserten Wechselstrommotor vorzusehen, welcher eine
einfache Konfiguration aufweist, sowie leicht herzustellen ist,
welcher kompakt hergestellt werden kann, in der Lage ist mit einer
hohen Effizienz betrieben zu werden, und geringe Herstellungskosten
aufweist.
-
Um
die obigen Ziele zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung einen
Wechselstrommotor vor, welcher einen Rotor, einen Stator und eine
Vielzahl von Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen aufweist. Der
Rotor weist eine Vielzahl von Magnetpolen auf, wobei wechselweise
N-(Nord)-Pole und S-(Süd)-Pole
umlaufend in gleichen Abständen
angeordnet sind. Der Stator weist N Statorpolgruppen auf. Das Bezugszeichen
N bezeichnet eine vielfache Ganzzahl. Jede Statorpolgruppe ist umlaufend
auf dem Stator ausgebildet. Jede Statorpolgruppe weist eine Vielzahl
von Statorpolen auf, wobei jedes benachbarte Paar von N Statorpolgruppen
sich gegenseitig um einen identischen Abstand in der Umfangsposition
unterscheiden. Die Vielzahl von Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen
sind umlaufend auf dem Stator ausgebildet, wobei jede Schleifenkonfigurationsstatorwicklung
unmittelbar benachbart zu einer entsprechenden der N Statorpolgruppen
in Bezug auf eine Axialrichtung des Rotors angeordnet ist. Eine
gegenüberliegende
Fläche
des Statorpols, welche zu dem Magnetpol des Rotors gerichtet ist,
ist in dem Wechselstrommotor mit einer Fläche ausgebildet, welche eine
Verteilung zum Glätten
einer Änderungsrate
der Rotation eines magnetischen Flusses, welcher durch die Statorpole
fließt,
aufweist.
-
Die
Wicklungen der Schleifenkonfiguration sind in dem Wechselstrommotor
der vorliegenden Erfindung auf einer Oberfläche vertikal zu der Axialrichtung
des Rotors angeordnet bzw. plaziert und ein von der Oberfläche der
Statorpole einer Phase zu der Oberfläche der Statorpole einer anderen
Phase verlaufender magnetischer Weg ist in einem dreidimensionalen
Raum durch den Außenumfang
des Stators ausgebildet. Diese Konfiguration kann einen Wechselstrommotor
ohne jegliches in Axialrichtung vorstehendes Teil der Wicklungen
vorsehen, nämlich
jegliches in Axialrichtung vorstehende Teil der Wicklungen beseitigen
und die Reluktanz bzw. den magnetischen Widerstand, welcher dem
vorstehenden Teil entspricht, verringern. Es ist dadurch möglich, den Wechselstrommotor
in einer kompakten Größe herzustellen.
-
Basierend
auf der Annahme, dass der magnetische Fluss in einem dreidimensionalen
Raum in dem Wechselstrommotor, welcher die obige Konfiguration aufweist,
fließt,
ist es möglich,
die Oberflächenform
der Statorpole in dem Stator frei zu entwerfen. Es ist ferner möglich, das
Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern, da
die Fläche
der Statorpole, welche zu dem Rotor gerichtet sind, eine Verteilung
zum Glätten
der Änderungsrate bzw.
dem Änderungsverhältnis der
Rotation des durch die Statorpole verlaufenden elektrischen Felds aufweist.
-
Entsprechend
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Wechselstrommotor
einen Rotor, einen Stator und eine Vielzahl von Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen
auf. Der Rotor weist eine Vielzahl von Magnetpolen auf, wobei wechselweise
N-(Nord)-Pole und S-(Süd)-Pole
umlaufend in gleichen Abständen
angeordnet sind. Der Stator weist N Statorpolgruppen auf. Das Bezugszeichen
N bezeichnet eine vielfache Ganzzahl. Jede Statorpolgruppe ist umlaufend
auf dem Stator ausgebildet. Jede Statorpolgruppe weist eine Vielzahl
von Statorpolen auf, wobei jedes der benachbarten Paare von N Statorpolgruppen
sich gegenseitig in deren Umfangsposition durch einen identischen
Betrag bzw. Abstand unterscheiden und wobei ein Teil jedes Statorpols
sich gegenseitig in dessen Axialposition um einen identischen Abstand
unterscheidet. Die Vielzahl von Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen
ist umlaufend auf dem Stator ausgebildet, wobei jede der Schleifenkonfigurationsstatorwicklungen
un mittelbar benachbart zu einer entsprechenden N der Statorpolgruppen
in Bezug auf eine Axialrichtung des Rotors angeordnet ist. In dem
Wechselstrommotor ist eine Axiallänge einer gegenüberliegenden
Fläche des
Rotors, welche zu einer gegenüberliegenden Fläche des
Stators durch einen Luftspalt gerichtet ist, länger als die des Stators.
-
Es
ist dadurch möglich,
den zwischen benachbarten Statorpolen erzeugten magnetischen Streufluss
zu verringern, sowie das Phänomen
der kreisförmigen
Art des magnetischen Flusses in einem dreidimensionalen Raum durch
Ausbilden des Rotors, dessen Länge
in Axialrichtung länger
als die des Stators ist, zu verringern. Dies kann den Betrag des
magnetischen Flusses lediglich durch die Oberfläche des Statorpols bestimmen.
Die Änderungsrate des
magnetischen Flusses an der oberen Seite und der unteren Seite des
Statorpols kann, wie die Änderungsrate
des magnetischen Flusses in dem anderen Teil des Statorpols in Betracht
gezogen werden. Es ist dadurch möglich,
einen Wechselstrommotor zu entwerfen, welcher ein verringertes Verzahnungsmoment
und eine verringerte Drehmomentwelligkeit bei einer einfachen Konfiguration
aufweist.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Im
folgenden wird eine bevorzugte, nicht begrenzende Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
-
1 eine
Querschnittsansicht eines bürstenlosen
Dreiphasenmotors entlang einer Ebene, welche durch die Rotorachse
ensprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verläuft;
-
2 eine
gestreckte Umfangsansicht der äußeren Peripherie
des Rotors des bürstenlosen Dreiphasenmotors
der 1;
-
3 eine
gestreckte Umfangsansicht der inneren Peripherie des Stators des
bürstenlosen
Motors der 1, und stellt insbesondere die
Positionsbeziehungen zwischen Statorpolen des Stators dar;
-
4 eine
gestreckte Umfangsansicht, welche Statorwicklungen des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1 zeigt;
-
5 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
6 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
7 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
8 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
9 eine
Schnittansicht, welche einen magnetischen Weg, der die Oberflächen der
Statorpole und der äußeren Peripherie
des Rotors des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1 verbindet, zeigt;
-
10 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
11 eine
Schnittansicht, welche den magnetischen Weg, der die Oberflächen der
Statorpole und die äußere Peripherie
des Rotors des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1 verbindet, zeigt;
-
12 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
13 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
14 eine
gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie
des Sators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors der 1;
-
15 eine
Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels des bürstenlosen
Dreiphasenmotors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
16 eine
Querschnittsanischt eines weiteren Beispiels des bürstenlosen
Dreiphasenmotors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
17A und 17B gestreckte
Umfangsansichten der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors;
-
17C eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren
Optimalbeispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen
Dreiphasenmotors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
18 eine
Explosionsansicht eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors vor
seiner Montage entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
19 eine
Schnittansicht des in 18 gezeigten bürstenlosen
Dreiphasenmotors nach seiner Montage;
-
20 eine
Explosionsansicht eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors vor
seiner Montage entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
21 eine
Schnittansicht des in 20 gezeigten bürstenlosen
Dreiphasenmotors nach seiner Montage; und
-
22 eine
Draufsicht einer Passfläche
des Stators eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors
entsprechend der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nachstehend
werden verschiedene Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben. In der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen
sind gleiche oder äquivalente
Komponententeile in den mehreren Diagrammen mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
-
Ausführungsformen
-
Im
Folgenden erfolgt eine Beschreibung entsprechend der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Diagramme eines bürstenlosen Motors, welcher auf
einen Wechselstrommotor angewendet wird.
-
1 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Motorwelle einer Ausführungsform
eines bürstenlosen
Motors, welcher mit Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Es
handelt sich hierbei um einen achtpoligen Dreiphasenmotor, welcher
eine auf Lagern 3 montierte Rotorwelle 11, einen
Rotor 10, welcher Permanentmagnete 12 aufweist,
sowie einen Stator 14 aufweist, wobei diese in einem Gehäuse 21 eingeschlossen
sind.
-
Der
Rotor 10 weist die Permanentmagneten 12 auf, welche
um sein Peripherie herum angeordnet sind, wobei die N-(Nord)-Pole
und S-(Süd)-Pole
wie in der gestreckten Umfangsansicht von 2 um die äußere Peripherie
des Rotors 10 herum gezeigt, aufeinander folgend wechselweise
angeordnet sind. Der 360 Grad Umfang (mechanischer Winkel) des Rotors 10 ist äquivalent
zu einem elektrischen Winkel von 1440 Grad.
-
Der
Stator 14 ist mit vier U-Phasenstatorpolen 19,
vier V-Phasenstatorpolen 20, und vier W-Phasenstatorpolen 21 versehen,
von welchen jeder radial nach innen in Richtung der Peripherie des
Rotors 10 hervorsteht. 3 ist eine
gestreckte Umfangsansicht des Stators 14, welche die Positionsbeziehungen
zwischen den Statorpolen 19, 20 und 21 und
der Stator 14 darstellt.
-
Wie
in 3 gezeigt sind die U-Phasenstatorpole 19 in
regulären
Abständen
um einen gemeinsamen Umfangsweg herum angeordnet. Die V-Phasenstatorpole 20 sind
gleichfalls benachbart zu den U-Phasenstatorpolen 19 um
einen gemeinsamen Umfangsweg herum angeordnet, und die W-Phasenstatorpole 21 sind
ebenfalls benachbart zu den V-Phasenstatorpolen 20, um
einen gemeinsamen Umfangsweg herum angeordnet. Im folgenden wird der
Satz der vier U-Phasenstatorpole 19 als die Statorpolgruppe 19 bezeichnet,
der Satz der vier V-Phasenstatorpole 20 als die Stator polgruppe 20 bezeichnet
und der Satz der vier W-Phasenstatorpole 21 als die Statorpolgruppe 21 bezeichnet.
Von diesen wird die Statorpolgruppe 19 und die Statorpolgruppe 21, welche
(in Bezug auf die Richtung der Rotorwelle 11) an äußeren Endpositionen
angeordnet sind, als die Randpositionsstatorpolgruppen bezeichnet,
während die
Statopolgruppe 20 als die Mittenstatorpolgruppe bezeichnet
wird.
-
Wie
in 3 gezeigt sind die U, V, W-Statorpolgruppen 19, 20 und 21 jeweils
gegenseitig um einen spezifischen Abstand in der Umfangsrichtung und
ebenfalls entlang der Rotorachsenrichtung versetzt angeordnet. In
einem konkreten Beispiel entspricht die Umfangsverschiebung einem
(mechanischen) Winkel von 30 Grad, was einem elektrischen Winkel
(d. h. einer Phasendifferenz) von 120 Grad entspricht, da der Umfangsstatorpolabstand
(innerhalb jeder Statorpolgruppe) einer Phasenänderung von 360 Grad entspricht.
-
Der
Abstand der Permanentmagneten 12 (d. h. die Winkelverschiebung
zwischen zwei benachbarten N-Polen oder zwischen zwei benachbarten S-Polen)
entspricht einem elektrischen Winkel von 360 Grad. Wie zuvorgehend
erwähnt
ist gleichfalls der Abstand der Statorpole innerhalb der Statorpolgruppe
zu einem elektrischen Winkel von 360 Grad äquivalent.
-
Eine
U-Phasenstatorwicklung 15 und eine V-Phasenstatorwicklung 16 wird
aufeinander folgend (entlang der Rotorachsenrichtung) zwischen der
Statorpolgruppe 19 und der Statorpolgruppe 20 des
Stators 14 angeordnet, d. h. die U-Phasenstatorwicklung 15 und
die V-Phasenstatorwicklung 16 sind jeweils benachbart zu
der Statorpolgruppe 19 und der Statorpolgruppe 20 angeordnet,
während
eine V-Phasenstatorwicklung 17 und eine W-Phasenstatorwicklung 18 gleichfalls
aufeinander folgend angeordnet ist, wobei die V-Phasenstatorwicklung 17 nahe
benachbart an die Statorpolgruppe 20 und die W-Phasenstatorwicklung 18 nahe
benachbart an die Statorpolgruppe 21 angeordnet ist. 4 zeigt
diese Konfiguration, nämlich
eine gestreckte Umfangsansicht, um die Weise darzustellen, in welcher
diese Wicklungen auf dem Stator 14 angeordnet sind. Jede
der U-Phasenstatorwicklung 15, der V-Phasenstator wicklung 16,
der V-Phasenstatorwicklung 17 und der W-Phasenstatorwicklung 18 ist
in einer Schleifenkonfiguration ausgebildet und erstreckt sich um
360 Grad um einen Innenumfang des Stators 14 herum.
-
Dreiphasenwechselströme, welche
um 120 Grad Phasen verschoben sind und im Folgenden als Iu, Iv und
Iw bezeichnet sind, fließen
jeweils in der U-Phasenstatorwicklung 15, der V-Phasenstatorwicklung 16,
der V-Phasenstatorwicklung 17 und der W-Phasenstatorwicklung 18.
-
Eine
Richtung des Stromflusses in einer Phasenwicklung (zu einem bestimmten
Zeitpunkt) im Uhrzeigersinn (entlang der Richtung der Motorwelle betrachtet)
wird arbiträr
als die positive Richtung des Stromflusses bezeichnet, sowie der
Stromfluss gegen den Uhrzeigersinn wird als die negative Richtung bezeichnet.
Es wird angenommen, dass ein negativer Strom (-Iu) in der U-Phasenstatorwicklung 15 fließt. In diesem
Fall fließt
ein positiver Strom (+Iv) in der V-Phasenstatorwicklung 16,
während
ein negativer Strom (-Iv) in der V-Phasenstatorwicklung 17 fließt, und
ein positiver Strom (+Iw) in der W-Phasenstatorwicklung 18 fließt. Das
Bezugszeichen 90 bezeichnet in 1 einen
Positionssensor.
-
Die
Form jedes Phasenstatorpols ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. JP 2005-160285 ausführlich
beschrieben, weswegen von einer Erklärung dieser hier aus Gründen der
Kürze abgesehen
wird. Da der durch den Stator 14 verlaufende magnetische
Fluss entlang Richtungen in einem dreidimensionalem Raum in dem
bürstenlosen
Wechselstrommotor fließt,
der die obige Konfiguration aufweist, ist es möglich die Form der Oberfläche des
Stators frei zu entwerfen.
-
Wenn
die Oberfläche
jedes Statorpols in dem Stator 14 zu dem elektrischen Winkel
des Rotors 12 in einer Sinuswellenform ausgebildet ist,
wird die Änderungsrate
des magnetischen Flusses in dem Stator 14 zu dem Rotationswinkel
des Rotors 12 eine Sinuswellenform. Diese Konfiguration
weist ein Merkmal zum Verringern des Verzahnungsmoments (cogging
torque) und der Drehmomentwelligkeit (torque ripple) auf.
-
Um
dieses Merkmal zu realisieren, ist es vorzuziehen, dass die Oberflächenform
jedes Statorpols z.B. eine Sinuswellenform oder eine geeignete Sinuswellenform
mit einer Breite von 180 Grad des elektrischen Winkels, wie in den 5 und 6 gezeigt,
aufweist. D. h. es ist akzeptabel, dass eine Seite der Oberflächenform
jeder der Statorpole, der U-Phasenstatorpol 191, der V-Phasenstatorpol 201, und
der W-Phasenstatorpol 211 in dem Stator 14 zu dem
Rotor 12 in einer Linienform ausgebildet ist und seine
andere Seite in einer Kreisform (siehe 5) ausgebildet
ist, oder dass beide Seiten der Oberflächenform jeder der Statorpole,
des U-Phasenstatorpols 192 des V-Phasenstatorpols 202 und
des W-Phasenstatorpols 212 im Stator 14 zu dem
Rotor 12 in einer Kreisform (siehe 6) ausgebildet
ist.
-
Obgleich
die 5 und 6 ferner zeigen, dass jede Phase
in der Achsenrichtung des Rotors 12 und des Stators 14 verschoben
ist, ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht durch die
Position in der Verschiebungsrichtung begrenzt.
-
5 und 6 zeigen
Idealfälle,
in welchen die Oberfläche
jeder der Statorpole eine gleichmäßige Sinuswellenform aufweist.
Es ist schwierig, die Oberfläche
jedes Statorpols in solch einer komplizierten gleichmäßigen Sinuswellenform
auszubilden. Es ist ferner notwendig, um das Auftreten von Störungen zwischen
benachbarten Magnetpolen zu verhindern, die Magnetpole in unterschiedlichen
Positionen auszubilden, nämlich
von einander in Axialrichtung des Rotors 12 verschoben.
Dies schafft in dem Stator 14 einen Totraum und es ist
dadurch unmöglich
den durch den Statorpol in den Stator 14 erzeugten magnetischen
Fluss effektiv zu nutzen.
-
Um
diesen Nachteil zu vermeiden ist die obere Seite und die untere
Seite jeder der Statorpole 193, 203 und 213 in
einer Linie und mit einer gleichen Breite (siehe 7)
ausgebildet, und die Rotationsposition jeder Wicklung der oberen
Seite und der unteren Seite des Statorpols ist zueinander um z.B.
60 Grad verschoben. Dies sieht eine einfache Montage an den Statorpol
einer Parallelogrammform, wie in 7 gezeigt,
vor. Der rotationsverschobene Winkel von 60 Grad zwischen der oberen
Linie und der unteren Linie jedes Statorpols kann den maximalen
magnetischen Fluss und die kleinste Oberschwingungskomponente in
der Änderungsrate
des magnetischen Flusses vorsehen und kann das Verzahnungsmoment
und die Drehmomentwelligkeit verringern. Ein anderer rotationsverschobener
Winkel kann das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit ebenfalls
verringern. 7 zeigt deutlich, dass sich die
benachbarten Statorpole 193 und 203, die benachbarten
Statorpole 203 und 213, ... in dem Bereich von
60 Grad überlappen.
-
Der
in einer solchen in 7 gezeigten Parallelogrammform
ausgebildete Statorpol, welcher die obigen Bedingungen erfüllt, kann
eine der zwischen benachbarten Statorpolen 194, 204 und 214 bewirkte Interferenz
bzw. Störung
vermeiden, selbst falls sich jede Phase wie in 8 gezeigt
in Axialrichtung bis zur äußersten
Grenze erstreckt. Diese Konfiguration kann den Effekt der Verwendung
des maximalen magnetischen Flusses vorsehen.
-
Die
Statorpole in jeder Phase des Stators, welche eine gleiche Fläche aufweisen,
können
ferner das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit aufgrund
des Flächenausgleichs
bzw. der Flächenbalance
zwischen diesen Phasen verringern.
-
Wenn
die Oberfläche
des Statorpols dagegen die in 8 gezeigte
Form aufweist, da die magnetischen Wege 194A, 204A und 214A (siehe 9),
welche die Oberflächen
der Statorpole 194, 204 und 214 mit der äußeren Peripherie
des Stators 14 verbinden, durch die in einer Schleifenkonfiguration
ausgebildeten Statorwicklungen begrenzt sind, und diese magnetischen
Wege in Anbetracht der in 9 gezeigten
Schnittfläche
des magnetischen Wegs 194A, 204A und 214A,
welcher mit der Oberfläche
des Statorpols verbunden ist, flächenmäßig begrenzt
sind, tritt oftmals eine magnetische Sättigung auf.
-
Es
ist möglich
diesen Nachteil durch die in 10 gezeigte
Konfiguration der Kombination der Statorpole 195 und 215 eines
Parallelogramms und dem Statorpol 205 eines Trapezes zu
vermeiden.
-
Die
Statorpole 195 und 215 weisen eine Trapezform
auf und der Statorpol 205 weist, wie in 10 gezeigt
eine Parallelogrammform auf, während
die in 8 gezeigte Fläche
der Magnetpole beibehalten wird. Der Statorpol 195 wird
umgekehrt zu dem Statorpol 215 angeordnet, wobei die obere Seite
des Trapezes des Statorpole 195 mit der Bodenseite des
Trapezes des Statorpols 215 getauscht wird. Es ist dadurch
möglich
eine vergrößerte Schntifläche jeder
der magnetischen Wege 195A, 205A und 215A aufzuweisen,
während
die Gesamtfläche der
Statorpole 195, 205 und 215 beibehalten
wird, welche der Fläche
der in 8 gezeigten Statorpole gleicht. In dem in 10 gezeigten
Fall ist es notwendig, die Fläche
des magnetischen Weges 205A des Statorpols 205 in
der Axialrichtung zu erhöhen, um
die Balance des magnetischen Flusses, welcher durch die vergrößerten Flächen der
magnetischen Wege 205A und 215A in den in 11 gezeigten Statorpolen 195 verläuft, beizubehalten,
da die Parallelogrammform des Statorpols 205 nicht verändert wird
bzw. unverändert
ist, nämlich
der in 8 gezeigten Form des Statorpols 204 gleicht.
-
Obwohl
das Merkmal der Statorpole lediglich anhand bzw. mit der Oberfläche des
Statorpols und der der Schnittfläche
der Wicklungen erklärt
wird, weisen die tatsächlichen
magnetischen Wege eine komplexe dreidimensionale Form auf. Die magnetischen
Wege können
deshalb einfach unter Verwendung der magnetischen Wege 195A und 215A des
in 11 gezeigten Trapezes ausgebildet werden.
-
Wie
oben beschrieben sind die Statorpole 191, 192, 201, 202, 211 und 212,
welche eine ähnliche
wie in den 5 und 6 gezeigte
Sinuswellenform aufweisen, in Betrachtung des Verzahnungsmoments
und der Drehmomentwelligkeit besser als die Statorpole, welche die
in 8 und 10 gezeigte Form aufweisen.
Die Statorpole, welche die in den 8 und 10 gezeigte
Form aufweisen, sind jedoch bei der Montage und der Effizienz des magnetischen
Flusses besser als die Statorpole 191, 192, 201, 202, 211 und 212,
welche eine ähnlich
wie die in den 5 und 6 gezeigte
Sinuswellenform aufweisen. Die vorhergehende wie in den 8 und 10 gezeigte
Form kann im Ver gleich zu der letztern wie in den 5 und 6 gezeigten
Form leicht ausgebildet werden.
-
Es
ist des weiteren besser, die Randteile jedes Statorpols, welche
die in den 8 und 10 gezeigten
Form aufweisen, mit einer Abschrägung oder
mit einem Radius zu entlasten, um sich einer Sinuswellenform anzunähern. In
Betrachtung des Unterschieds gegenüber der Sinuswellenform werden zumindest
die Ecken 194B, 195B, 204B, 205B, 214B und 215B der
Parallelogramm- oder Trapezform mit einer Abschrägung oder einem Radius entlastet,
da die beiden Ecken, welche von den vier Ecken der Parallelogramm-
oder Trapezform näher
an dem Mittelpunkt des Statorpols angeordnet sind, eine unterschiedliche
Konfiguration als die in den 12 und 13 gezeigte
Sinuswellenform aufweisen. Diese Konfiguration kann das Verzahnungsmoment
und die Drehmomentwelligkeit verringern.
-
In
Betrachtung der Formen der in den 8 und 10 gezeigten
Statorpolen, wird die Oberfläche
des Statorpols in Längsrichtung
extrem länger als
in Lateralrichtung, wenn diese lange Abmessungen in Axialrichtung
aufweist, oder wenn die Anzahl der Statorpole hoch ist.
-
Diese
Form bewirkt einen Nachteil der Verminderung der Festigkeit des
Stators und in dem die magnetischen Wege, welche die Oberfläche des
Statorpols mit der Wicklung verbinden, kompliziert werden. Um diesen
Nachteil zu verringern bzw. zu vermeiden, ist es vorzuziehen, einen
Teil der Statorpole 195, 205 und 215 abzutrennen.
Die Länge
des Statorpols in Längsrichtung
wird jedoch nicht verringert, sondern der Teil jedes Statorpols
in einer Phase, welche abzutrennen ist gleicht magnetisch dem in
einer anderen Phase. Wie in 14 gezeigt
werden z.B. zwei Teile abgetrennt, d. h. eines ist das Eckteil 205C nahe
dem Mittelpunkt des Statorpols 205 in einem ungefähren Parallelogramm
und das andere sind die Teile 195C und 215C, deren
jeweilige Breite in Rotationsrichtung der Statorpole 195 und 215,
die ein ungefähres
Trapez aufweisen, kürzer
ist. Wenn die Teile in diesen Phasen um eine gleiche Fläche gekürzt werden
bzw. diese abgetrennt wird, wird erreicht, dass die Länge des
Statorpols jeden Axialrichtung verringert wird, während die Änderungsrate
des magnetischen Flusses in jeder Phase beibehalten wird. Diese
Konfiguration ermöglicht
sowohl eine einfache Montage als auch eine hohe Leistungsfähigkeit.
-
Es
ist möglich,
einen gleichen oder äquivalenten
magnetischen Streufluss zwischen den benachbarten Statorpolen aufzuweisen,
wenn die Länge
der Fläche,
welche die minimale Länge
des Luftspalts zwischen den benachbarten Statorpolen aufweist, in
einer gleichen Länge
in sämtlichen
der Statorpolpaare, z.B. zwischen den benachbarten Statorpolen 195 und 205,
und zwischen den benachbarten Statorpolen 205 und 215 ausgebildet
ist. Diese Konfiguration kann ebenfalls das Verzahnungsmoment und
die Drehmomentwelligkeit verringern. Es ist ferner möglich, die
Größe bzw.
den Betrag des magnetischen Streuflusses zu verringern und das Drehmoment
des bürstenlosen
Wechselstrommotors zu erhöhen,
indem die Länge
dieser Fläche
und die gegenüberliegende
Fläche
zwischen den benachbarten Statorpolen soweit wie möglich verringert
wird.
-
Die
verschiedenen entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung oben beschriebenen Modifikationen werden nachstehend für die Bedingung
erklärt,
dass die Größe des magnetischen
Flusses der Statorpole durch die Oberfläche jeder der Statorpole bestimmt
wird. Da jedoch in einem dreidimensionalen Raum zwischen benachbarten
Statorpolen in einem tatsächlichen
bürstenlosen Wechselstrommotor
ein magnetischer Streufluss vorhanden ist, kann die Größe des magnetischen
Flusses nicht nur durch die Oberfläche der Statorpole bestimmt
werden.
-
Die
vorliegende Erfindung sieht eine verbesserte Weise vor, den Einfluss
der Umgehung des magnetischen Flusses in einem dreidimensionalen Raum
zwischen benachbarten Statorpolen in einem bürstenlosen Wechselstrommotor
zu verringern oder zu beseitigen, vor. Um den obigen Einfluss zu
verringern oder zu beseitigen, zeigt 15 die
Weise des Ausbildens des bürstenlosen
Wechselstrommotors, in welchem die Länge des Rotors 10A in
seiner Axialrichtung um L1 (oberes Ende) und L2 (unteres Ende) länger als
die des Stators 14 ist. Obwohl es akzeptabel ist, die Beziehung
der Länge
L1 > L2 oder L1 < L2 aufzuweisen,
ist der Optimalfall die Bedingung L1 = L2. Der bürs tenlose Wechselstrommotor entsprechend
der vorliegenden Erfindung weist Statorpole auf, deren Position
sich pro Phase in Axialrichtung des Stators unterscheidet. In diesem
Fall besteht eine Möglichkeit
des Bewirkens einer ungleichmäßigen Änderungsrate
des magnetischen Flusses in jeder Phase durch das Vorhandensein
einer Umgehung des magnetischen Flusses in einem dreidimensionalen
Raum. Um dies zu beseitigen, ist es möglich, die Änderung des magnetischen Flusses
an dem oberen Ende und dem unteren Ende wie bei den anderen Teilen
der Statorpole 19, 20 und 21 zu erhalten,
wenn die Länge
des Rotors 10A in Axialrichtung länger als die des Stators 14 ausgebildet
ist.
-
Es
ist dadurch möglich,
einen Wechselstrommotor zu entwerfen, welcher Statorpole einer einfachen
Konfiguration aufweist, die wiederum ein geringes Verzahnungsmoment
und eine verringerte Drehmomentwelligkeit aufweisen.
-
Es
ist ferner akzeptabel, den in 16 gezeigten
bürstenlosen
Wechselstrommotor derart auszubilden, so dass die gegenüberliegenden
Flächen des
Rotors 10 in Axialrichtung des Rotors 10 länger als
die gegenüberliegenden
Flächen 195D und 215D des
Stators 14 sind. D. h. die gegenüberliegenden Flächen des
Stators 14 weisen wie in 16 gezeigt die
Stufenteile 195D und 215D, sowie den verbleibenden
Teil auf. Es ist ebenso akzeptabel, dass die gesamte Länge des
Stators 14 in Axialrichtung länger oder gleich der des Rotors 10 ist
und das verbleibende Teil, abgesehen von den Stufenteilen 195D und 215D kürzer als
der Rotor ist. Es ist möglich,
einen Totraum zu verringern und die Fläche für die Wicklungen zu vergrößern, und
dadurch das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors verglichen
mit der Konfiguration, in welcher der Rotor wie in 15 gezeigt
in Axialrichtung länger
als der Stator ist, zu erhöhen.
Es ist ferner möglich,
annähernd
keinen magnetischen Streufluss zwischen dem Rotor 10 und
der längeren
Fläche
des Stators 14 zu dem Rotor 10 zu erhalten, wenn
die Länge
der gegenüberliegenden Flächen zweifach
oder mehr einer Luftspaltbreite ausgebildet ist.
-
Im
folgenden erfolgt eine Beschreibung der Weise des Verringerns des
Einflusses des magnetischen Streuflusses, welcher zwischen zwei
benachbarten Statorpolen verursacht wird.
-
Im
Falle des kleinen Motors oder einer großen Anzahl von Statorpolen,
besteht die Möglichkeit, dass
kein großer
Luftspalt zwischen benachbarten Statorpolen vorhanden ist. Es ist
z.B. vorzuziehen, die Breite jedes Statorpols soweit wie möglich zu
erhöhen
und den Luftspalt zwischen benachbarten Statorpolen in einem in 17A gezeigtem Idealfall in Anbetracht des Gleichzeitigkeitsfaktors
des Magnets und der Magnetsättigung
so klein wie möglich
zu halten. Wenn der Innendurchmesser des Stators jedoch extrem klein
ist und die Anzahl der Statorpole hoch ist, weist die in 17A gezeigte Konfiguration zwischen benachbarten
Statorpolen einen sehr kleinen Luftspalt auf und der magnetische
Streufluss ist erhöht.
Der Betrag des magnetischen Streuflusses ist demzufolge insbesondere
bei einem Startvorgang des Wechselstrommotors erhöht. Dies
führt zu
dem Phänomen,
dass das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors nicht erhöht ist,
selbst falls ein hoher Strom fließt.
-
Der
in 17B gezeigter Fall kann den obigen Nachteil nicht
lösen,
da die Breite jedes Statorpols verringert werden muss, wenn bei
der gleichen Anzahl von Statorpolen der Luftspalt zwischen benachbarten
Statorpolen erhöht
ist. In dem in 17B gezeigten Fall ist ebenfalls
das Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors verringert.
-
Um
den obigen Nachteil zu vermeiden oder zu lösen, ist es vorzuziehen, die
Anzahl von Statorpolen zu verringern. Wie z.B. in 17B gezeigt wird durch eine halbe Anzahl von Statorpolen
die Breite eines Luftspalts zwischen benachbarten Statorpolen ausreichend
erhöht,
ohne die Breite jedes Statorpols zu verringern. Es ist zusätzlich notwendig,
dass in jedem Statorpol erzeugte Ausgangsdrehmoment zu verdoppeln,
wenn die Anzahl von Statorpolen halbiert wird. Es ist jedoch unmöglich, das
Ausgangsdrehmoment zu verdoppeln oder zu vervielfachen, wenn jeder
Statorpol einen geringen Innendruchmesser aufweist und der Stator
eine hohe Anzahl von Statorpolen aufweist.
-
Wie
oben beschrieben ist es möglich,
das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit durch Verschieben
der Position jedes Statorpols in Rotationsrichtung zu verringern,
wenn die benachbarten Statorpole einen ausreichenden Luftspalt aufweisen.
-
Es
ist insbesondere möglich,
das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern,
während
die Verringerung des Ausgangsdrehmoments unterdrückt wird, wenn die Position des
Statorpols um 30 Grad verschoben wird.
-
Bei
einer konkreten Herstellung des Wechselstrommotors ist ein Faktor,
welcher das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit verursacht,
die Reluktanz oder der magnetische Widerstand, welcher in getrennten
Teilen des Wechselstrommotors erzeugt wird. Es gibt verschiedene
Weisen, die Konfiguration des Stators des Wechselstrommotors entsprechend
der vorliegenden Erfindung zu realisieren. 18 zeigt
ein typisches Beispiel der Konfiguration, in welcher der Statorpol
jeder Phase in Axialrichtung in eine Mehrzahl von Teilen getrennt
wird und die getrennten Teile des Statorpols durch Wicklungen montiert
bzw. gefertigt werden.
-
Wenn
der Statorkern die in 18 gezeigte Konfiguration aufweist,
werden die gegenüberliegenden
Flächen 19E, 20E und 21E (auf
der Außenumfangsoberfläche des
in 18 gezeigten Stators) die Reluktanz- oder die
magnetischen Widerstandselemente. Die gegenüberliegenden Flächen der
unterteilten Teile des Stators werden durch die gegenüberliegenden
Flächen 19e, 20e und 21e (auf
der äußeren Umfangsoberfläche des
in 18 gezeigten Stators), wie in 19 gezeigt,
aneinander angepaßt. Die
Reluktanz des gesamten dreidimensionalen Flusswegs ist in diesem
Falle erhöht
und das Ausgangsdrehmoment wird dadurch gesenkt. Da die unterteilten
Teile eine unterschiedliche Anzahl von Wicklungen aufweisen, welche
durch diese in dem bürstenlosen
Wechselstrommotor der Ausführungsform
verlaufen, tritt das Ungleichgewicht des magnetischen Flusses auf,
selbst falls jeder unterteilte Statorkern eine gleiche Reluktanz
als der magnetische Widerstand aufweist. Das Ungleichgewicht erzeugt das
Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit. Da es extrem schwierig
ist, jedes unterteilte Teil mit einer gleichen Reluktanz zu fertigen
oder die Reluktanz auf einen Optimalwert zu setzen, so dass das
Ungleichgewicht der Änderung
des magnetischen Flusses in jeder Phase beseitigt werden kann, ist
es die optimale Weise die Reluktanz jedes unterteilten Teils auf
einen so gering wie möglichen
Wert zu verringern, um das Un gleichgewicht der Änderung des magnetischen Flusses
in jedem unterteilten Teil zu beseitigen.
-
Eine
mögliche
Weise ist es, jede Fläche
der gegenüberliegenden
Flächen 19E, 20E und 21E der unterteilten
Teile 19, 20 und 21 des Statorkerns so weit
wie möglich
zu vergrößern, ohne
die Gesamtgröße des Wechselstrommotors
zu vergrößern.
-
20 zeigt
ein Beispiel zum Realisieren der obigen möglichen Weise. Wie in 20 gezeigt, weisen
die unterteilten Teile 19 und 21 des Statorkerns
die Stufenteile 19F und 21F auf, die jeweils an seiner äußeren Peripherie
ausgebildet sind. Das unterteilte Statorteil 20 weist ferner
die Stufenteile 20F auf, welche an beiden Enden seiner äußeren Peripherie
ausgebildet sind. Die Stufenteile 20F des unterteilten
Statorkerns 20 werden mit den entsprechenden Stufenteilen 19F und 21F der
unterteilten Statorkerne 19 und 21, wie in 21 gezeigt,
zusammengepreßt.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Form der Stufenteile 19F, 20F und 21F,
wie in 20 gezeigt, begrenzt, und es
ist akzeptabel, Stufenteile auszubilden, welche eine andere Form
aufweisen, solange die Fläche
jeder gegenüberliegenden
Fläche
nicht erhöht
wird, während
die Gesamtgröße des Wechselstrommotors
beibehalten wird.
-
Wie
in 22 gezeigt, ist es ferner möglich, die Fläche der
gegenüberliegenden
Fläche
des Statorkerns durch Verwenden der Konfiguration zu vergrößern, in
welcher lediglich die gegenüberliegende Fläche 14B des
Statorkerns 14 in einer Rechtecksform ausgebildet wird.
Die gegenüberliegende
Fläche 14B ist
flächenmäßig größer als
die äußere Peripherie 14A des
zylinderförmigen
Teils des Statorkerns 14. Da ein herkömmmlicher Wechselstrommotor
magnetische Flusswege aufweist, welche auf der Oberfläche vertikal
zu der Axialrichtung des Rotors erzeugt werden, bewirkt die oben
beschriebene mögliche
Weise den Ungleichgewichtszustand des magnetischen Flusses zwischen
den Statorpolen. Da der magnetische Fluss jedoch an den gegenüberliegenden
Flächen
in dem bürstenlosen
Wechselstrommotor, welcher die obige Konfiguration entsprechend der
vorliegenden Erfindung aufweist, in Axialrichtung fließt, kann
kein Ungleichgewicht auftreten.
-
MERKMALE UND
EFFEKTE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
Wie
oben beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung einen Wechselstrommotor
vor, welcher einen Rotor, einen Stator und eine Vielzahl von Schleifen-konfigurationsstatorwicklungen
aufweist. Der Rotor weist eine Mehrzahl von magnetischen Polen auf, wobei
N-(Nord)-Pole und S-(Süd)-Pole
in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind. Der Stator
weist N Statorpolgruppen auf, wobei N eine vielfache Ganzzahl ist.
Jede Statorpolgruppe ist umlaufend auf dem Stator ausgebildet, und
jede Statorpolgruppe weist eine Mehrzahl von Statorpolen auf, wobei
sich jedes benachbarte Paar von N Statorpolgruppen gegenseitig um
einen identischen Abstand in der Umfangsposition unterscheidet.
Die Vielzahl der Schleifen-Konfigurationsstatorwicklungen ist umlaufend
auf dem Stator ausgebildet, wobei jede der Schleifen-Konfigurationsstatorwicklungen
unmittelbar benachbart zu einer der entsprechenden N Statorpolgruppen
in Bezug zu einer Axialrichtung des Rotors ausgebildet ist. In dem
Wechselstromrotor ist eine gegenüberliegende
Fläche
des Statorpols, welche zu den magnetischen Polen des Rotors gerichtet ist,
mit einer Fläche
ausgebildet, welche eine Verteilung zum Glätten einer Änderungsrate der Rotation eines
durch die Statorpole fließenden
magnetischen Fluss aufweist.
-
Die
Wicklungen der Schleifen-Konfiguration sind in dem Wechselstrommotor
der vorliegenden Erfindung auf einer Oberfläche vertikal zu der Axialrichtung
des Rotors angeordnet oder plaziert, und ein magnetischer Weg, welcher
von der Oberfläche
der Statorpole einer Phase zu der Oberfläche der Statorpole einer anderen
Phase verläuft,
ist in einem dreidimensionalen Raum durch den Außenumfang des Stators ausgebildet.
Diese Konfiguration kann einen Wechselstrommotor vorsehen, ohne
dass die Wicklungen ein in Axialrichtung vorstehendes Teil aufweisen,
bei welchem jedes in Axialrichtung vorstehendes Teil der Wicklung
beseitigt wird und die Reluktanz oder der magnetische Widerstand,
der dem vorstehenden Teil entspricht, verringert wird. Es ist dadurch
möglich,
einen Wechselstrommotor einer kompakten Größe herzustellen.
-
Basierend
auf der Annahme, dass der magnetische Fluss in dem Wechselstrommotor,
welcher die obige Konfiguration aufweist, in einem dreidimensionalen
Raum fließt,
ist es möglich,
die Oberflächenform
der Statorpole frei zu entwerfen. Da die Fläche der Statorpole, welche
zu dem Rotor gerichtet ist, ferner eine Verteilung zum Glätten des Änderungsverhältnisses
der Rotation des durch die Statorpole verlaufenden magnetischen
Flusses aufweist, ist es möglich,
das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern.
-
Ferner
weist, entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung,
jeder Statorpol eine annähernd
parallelogrammförmige
Konfiguration auf, in welcher die obere Seite und die untere Seite
des Statorpols gleich lang sind und diese in ihrer Rotationsrichtung
verschoben sind. Der Statorpol, welcher die Konfiguration aufweist,
kann leicht hergestellt werden. Das 60°-Verschieben in Rotationsrichtung
sieht den maximalen magnetischen Fluss, sowie die kleinste Oberwellenkomponente
in der Änderungsrate
des magnetischen Flusses vor. Eine weitere Gradverschiebung in Rotationsrichtung
weist den Effekt auf, das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit
zu verringern.
-
Es
ist weiterhin ferner entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden
Erfindung möglich, eine
große
Schnittfläche
des magnetischen Weges aufzuweisen, welcher durch die Oberfläche des
Statorpols und den Außenumfang
des Stators verläuft, während die
Gesamtfläche
der Statorpole durch die Konfiguration des Kombinierens der Statorpole
der annähernden
Parallelogrammform und der annähernden
Trapezform beibehalten wird. In der Konfiguration ist es nicht nötig, die
Fläche
des magnetischen Weges in dem Statorpol der annähernden Parallelogrammform
in Axialrichtung zu vergrößern, um das
Gleichgewicht der Statorpole beider Formen beizubehalten, da die
Fläche
der Statorpole der annähernden
Parallelogrammform nicht geändert
wird.
-
Es
ist des weiteren entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden
Erfindung notwendig, Rand- bzw. Flankenteile jedes Statorpols mit
einer Abschrägung
oder mit einem Radius zu entlasten, um sich einer Sinuswellenform
des Statorpols anzunä hern.
Es ist insbesondere möglich,
das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit durch Abrunden
von zumindest zwei Ecken des Statorpols zu verringern, da diese
beiden Ecken nahe dem Mittelpunkt des Statorpols eine von der Sinuswellenform unterschiedliche
Konfiguration aufweisen.
-
Es
ist ferner entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
möglich,
durch Abtrennen eines Teils des Statorpols den Fall zu verhindern,
in welchem die Oberfläche
des Statorpols eine extrem längliche
Form wird, wenn der Statorpol in Axialrichtung eine lange Seite
aufweist und die Anzahl der Pole hoch ist. Diese Konfiguration und
Weise kann den Nachteil einer Schwierigkeit, die Festigkeit der
Oberfläche
des Statorpols beizubehalten und eine Schwierigkeit des Ausbildens
des magnetischen Wegs von der Oberfläche des Statorpols zu einer Wicklungssektion
lösen.
-
Es
ist ferner entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
möglich,
die Länge
des Statorpols in Axialrichtung zu verringern, während die Änderungsrate des magnetischen
Flusses in jeder Phase beibehalten wird, wenn die Statorpole jeder
Phase um eine gleiche Fläche
verkleinert bzw. diese abgetrennt werden.
-
Es
ist ferner, entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung möglich,
den Betrag des magnetischen Streuflusses zwischen benachbarten Statorpolen
in der Phase durch Festsetzen der Länge der Fläche, welche den minimalen Luftspalt
zwischen benachbarten Statorpolen aufweist, anzugleichen. Auf diese
Weise kann das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit, welche
durch das Ungleichgewicht des magnetischen Streuflusses in den drei
Phasen verursacht wird, verringert werden. Es ist vorzuziehen, die
Länge des
Luftspalts und die Fläche
der gegenüberliegenden
Flächen
zwischen den benachbaten Statorpolen so klein wie möglich auszubilden,
um den magnetischen Streufluss zu verringern und das Ausgangsdrehmoment
des Wechselstrommotors zu erhöhen.
-
Es
ist ferner entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
vorzuziehen, die Oberfläche
jedes Statorpols mit einer gleichen Fläche auszubilden.
-
Es
ist ferner, entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung möglich,
den zwischen benachbarten Statorpolen erzeugten magnetischen Streufluss
sowie das Phänomen
der kreisförmigen
Art des magnetischen Flusses in einem dreidimensionalen Raum zu
verringern, indem ein Rotor ausgebildet wird, dessen Länge in Axialrichtung
länger
als die des Stators ist. Dies kann den Betrag des magnetischen Flusses
lediglich durch die Oberfläche der
Statorpole bestimmen. Die Änderungsrate
des magnetischen Flusses an der oberen Seite und der unteren Seite
des Statorpols kann wie die Änderungsrate
des magnetischen Flusses in dem anderen Teil des Statorpols in Betracht
gezogen werden. Es ist dadurch möglich,
einen Wechselstrommotor zu entwerfen, welcher ein geringes Verzahnungsmoment
sowie eine geringe Drehmomentwelligkeit im Rahmen einer einfachen
Konfiguration aufweist.
-
Das
Konzept der vorliegenden Erfindung ist ferner auf einen Wechselstrommotor
anwendbar, welcher einen Rotor aufweist, dessen gegenüberliegende
Seite, die zu dem Stator gerichtet ist, eine größere Länge als die des Stators aufweist.
-
Entsprechend
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es des weiteren
möglich, den
zwischen dem Rotor und einem Teil des Stators, der eine größere Länge als
der Rotor aufweist, erzeugten magnetischen Streufluss zu beseitigen,
indem das längere
Teil mit einer mehr als doppelten Breite eines Luftspalts zwischen
dem Stator und dem Rotor ausgebildet wird.
-
Das
Konzept der vorliegenden Erfindung ist ferner auf einen Wechselstrommotor
anwendbar, welcher eine verringerte Anzahl von Starterpolen aufweist.
Im Rahmen des Stands der Technik ist es schwierig, einen großen Luftspalt
zwischen benachbarten Statorpolen aufzuweisen, wenn ein Wechselstrommotor
eine kleine Größe oder
eine hohe Anzahl von Polen aufweist. Um den herkömmlichen Nachteil zu lösen, ist
es notwendig, einen großen
Luftspalt zwischen benachbarten Statorplen aufzuweisen. Wenn jedoch
zwischen benachbarten Statorpolen ein großer Luftspalt ausgebildet wird,
ohne die Anzahl der Pole zu verringern, ist es notwendig, die Breite
jedes Statorpols zu ver ringern. Dies verringert das Ausgangsdrehmoment
des Wechselstrommotors. Wenn entsprechend dem Wechselstrommotor der
vorliegenden Erfindung dagegen die Anzahl von Polen halbiert wird,
ist es möglich,
zwischen benachbarten Statorpolen einen Luftspalt ausreichender Breite
aufzuweisen und es ist dadurch nicht notwendig, die Breite des Luftspalts
zu verringern. Wenn die Anzahl der Pole halbiert wird, ist es erforderlich,
das pro Statorpol erzeugte Ausgangsdrehmoment zu verdoppeln. Es
ist jedoch möglich,
das Ausgangsdrehmoment mehr als zu verdoppeln, wenn der Stator einen
geringen Innenradius und eine geringe Anzahl von Polen aufweist.
Es ist z.B. möglich,
den gleichen Effekt aufzuweisen, wenn die zueinander benachbarten
Statorpole in einem Abstand eines elektrischen Winkels von 240° ausgebildet
sind.
-
Es
ist somit möglich
das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit durch Verschieben
der Position des Statorpols in Rotationsrichtung zu verringern,
falls der Luftspalt zwischen benachbarten Statorpolen auf eine angemessene
Breite festgesetzt wird. Durch eine Verschiebung dieser um 30° ist es möglich, das
Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern, ohne
das Ausgansdrehmoment zu verringern.
-
Es
ist entsprechend der vorliegenden Erfindung ferner möglich, die
Fläche
der gegenüberliegenden
Flächen
der unterteilten Statorkerne, welche aneinander angepasst werden
sollen, so groß wie möglich auszubilden.
-
Bei
der konkreten Herstellung des Wechselstrommotors ist die Reluktanz
oder der magnetische Widerstand, welcher in den unterteilten Teilen
des Wechselstrommotors erzeugt wird, ein Faktor, der das Verzahnungsmoment
und die Drehmomentwelligkeit verursacht. Wenn der Statorkern des
Wechselstrommotors eine solche Konfiguration bestehend aus der Vielzahl
unterteilter Statorkerne aufweist, werden die gegenüberliegenden
Flächen
die Reluktanz- oder Magnetwiderstandselemente. Die Reluktanz des
gesamten dreidimensionalen Wegs des magnetischen Flusses ist in
diesem Fall erhöht
und das Ausgangsdrehmoment wird dadurch gesenkt.
-
Da
die unterteilten Teile ferner eine unterschiedliche Anzahl von Wicklungen
aufweisen, welche durch diese in dem bürstenlosen Wechselstrommotor
der vorliegenden Erfindung verlaufen, tritt das Ungleichgewicht
des magnetischen Flusses dadurch auf, selbst falls jeder unterteilte
Statorkern eine gleiche Reluktanz aufweist.
-
Das
Ungleichgewicht erzeugt ein Verzahnungsmoment und eine Drehmomentwelligkeit, selbst
falls jedes unterteilte Teil eine gleiche Reluktanz oder einen gleichen
magnetischen Widerstand aufweist. Da es extrem schwierig ist, jedes
unterteilte Teil mit einer gleichen Reluktanz herzustellen, oder die
Reluktanz auf einen Optialwert festzusetzen, so dass das Ungleichgewicht
der Änderung
des magnetischen Flusses in jeder Phase beseitigt werden kann, ist
die optimale Weise die Reluktanz jedes unterteilten Teils auf einen
so gering wie möglichen Wert
zu verringern, um das Ungleichgewicht der Änderung des magnetischen Flusses
in jedem unterteilten Teil zu beseitigen. Eine mögliche Weise ist es, jede Fläche der
gegenüberliegenden
Flächen
der unterteilten Teile des Statorkerns so stark wie möglich zu
vergrößern, ohne
die Gesamtgröße des Wechselstrommotors
zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die Ausführungsform,
welche die unterteilten Teile, wie in den Diagrammen gezeigt aufweist,
begrenzt. Es ist akzeptabel, unterteilte Statorkerne auszubilden,
welche verschiedentlich geformte gegenüberliegende Flächen aufweisen,
deren Fläche
so groß wie
möglich
festgesetzt ist, während die
gesamte Seite des Wechselstrommotors beibehalten wird.
-
Es
ist überdies
entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung möglich, die
Gesamtfläche
der gegenüberliegenden
Flächen
zu erhöhen,
indem die gegenüberliegenden
Flächen
des Statorkerns flächenmäßig größer als
die äußere Peripherie
des zylinderförmigen
Teils des Statorkerns ausgebildet werden. Da in einem gewöhnlichen Wechselstrommotor
die magnetischen Flusswege auf der Oberfläche vertikal zu der Axialrichtung
des Rotors erzeugt werden, bewirkt die oben beschriebene Weise den
Ungleichgewichtszustand des magnetischen Flusses zwischen den Statorpolen.
Da der magnetische Fluss an den gegenüberliegenden Seiten des bürstenlosen
Wechselstrommotors, welcher die obige Konfiguration entsprechend
der vorliegenden Erfindung aufweist, jedoch in Axialrichtung fließt, kann
keinerlei Ungleichgewicht auftreten.
-
Während die
spezifischen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben worden sind, ist es dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene
Modifikationen und Alternativen dieser Ausführungen in Anbetracht der Gesamtlehre
der Offenbarung entwickelt werden könnten. Die bestimmten, offenbarten
Anordnungen sind dementsprechend darstellender Natur und begrenzen nicht
den Umfang der vorliegenden Erfindung, welche durch die nachfolgenden
Ansprüche
und sämtliche Äquivalente
dieser dargelegt ist.