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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die folgende Erfindung betrifft einen Wechselstrommotor, welcher für den Einbau in einem Automobil, einem Lastkraftwagen, und dergleichen geeignet ist.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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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 A beschrieben (siehe Seite 3, und
1 bis
3 dieser) um die Statorpole gewickelt sind.
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Eine solche in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. H6-261513 A 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 Ausbilden von Wicklungen um jeden der jeweiligen Statorpole herum einen komplexen Aufbau auf, wobei jede der Wicklungen im inneren eines Statorschlitzes angeordnet ist. Die Herstellungsproduktivität 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.
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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 A 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.
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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 fliehen. 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.
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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.
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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 Statorspulenenden 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.
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Patent Abstracts of Japan
JP 2004015998 A offenbart einen Wechselstrommotor, welcher einen Magnetpole aufweisenden Rotor und einen Stator aufweist, welcher aus mehreren Statorgruppen besteht. Jede der Statorgruppe weist zur benachbarten Statorgruppe einen identischen Abstand in Umfangsrichtung des Stators auf. Darüber hinaus sind auf dem Stator umlaufend Schleifenstatorwicklungen ausgebildet, die unmittelbar zu den entsprechenden Statorgruppen in Bezug auf die Axialrichtung des Rotors angeordnet sind. Dabei ist eine parallelogrammähnliche Fläche der Statorpole, die den Magnetpolen des Rotors gegenüberliegt, in dem Wechselstrommotor ausgebildett, so dass die Effizienz des durch den Stator fließenden magnetischen Flusses verbessert wird.
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Die
DE 43 17 817 C1 zeigt eine Drehstromlichtmaschine für Fahrräder, mit einem Stator, welcher aus drei gleich aufgebauten Induktionsspulen mit Polfingerkäfigen aus Weicheisen besteht. Die Polfinger der Spulensysteme sind trapezähnlich ausgebildet und gegeneinander in Drehrichtung um ein Drittel Polfingerabstand versetzt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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 Große herzustellen.
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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.
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Es ist 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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im folgenden wird eine bevorzugte, nicht begrenzende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
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1 eine Querschnittsansicht eines bürstenlosen Dreiphasenmotors entlang einer Ebene, welche durch die Rotorachse ensprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft;
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2 eine gestreckte Umfangsansicht der äußeren Peripherie des Rotors des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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3 eine gestreckte Umfangsansicht der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Motors der 1, und stellt insbesondere die Positionsbeziehungen zwischen Statorpolen des Stators dar;
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4 eine gestreckte Umfangsansicht, welche Statorwicklungen des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1 zeigt;
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5 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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6 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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7 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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8 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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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;
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10 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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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;
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12 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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13 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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14 eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Beispiels der inneren Peripherie des Sators des bürstenlosen Dreiphasenmotors der 1;
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15 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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16 eine Querschnittsanischt eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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17A und 17B gestreckte Umfangsansichten der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors;
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17C eine gestreckte Umfangsansicht eines weiteren Optimalbeispiels der inneren Peripherie des Stators des bürstenlosen Dreiphasenmotors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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18 eine Explosionsansicht eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors vor seiner Montage entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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19 eine Schnittansicht des in 18 gezeigten bürstenlosen Dreiphasenmotors nach seiner Montage;
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20 eine Explosionsansicht eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors vor seiner Montage entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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21 eine Schnittansicht des in 20 gezeigten bürstenlosen Dreiphasenmotors nach seiner Montage; und
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22 eine Draufsicht einer Passfläche des Stators eines weiteren Beispiels des bürstenlosen Dreiphasenmotors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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Ausführungsformen
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Im Folgenden erfolgt eine Beschreibung entsprechend der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Diagramme eines bürstenlosen Motors, welcher auf einen Wechselstrommotor angewendet wird.
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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 22 eingeschlossen sind.
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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.
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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.
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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 Statorpolgruppe 20 bezeichnet und der Satz der vier W-Phasenstatorpole 21 als die Stator- polgruppe 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.
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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.
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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.
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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-Phasenstatorwicklung 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.
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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.
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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.
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Die Form jedes Phasenstatorpols ist in der
japanischen Patentoffenlegungsschritt 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.
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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.
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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.
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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.
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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 Statur 14 einen Totraum und es ist dadurch unmöglich den durch den Statorpol in den Statur 14 erzeugten magnetischen Fluss effektiv zu nutzen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Schntitfläche 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 Flache 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.
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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.
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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 Vergleich zu der letztern wie in den 5 und 6 gezeigten Form leicht ausgebildet werden.
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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.
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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.
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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 ungefahren Parallelogramm und das andere sind die Teile 195C und 215C, deren jeweilige Breite in Rotationsrichtung der Statorpole 195 und 215, die ein ungefähres Trapez auf weisen, 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.
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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.
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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.
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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 bürstenlose 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.
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Es ist dadurch möglich, einen Wechselstrommotor zu entwerfen, welcher Statorpole einer einfachen Konfiguration aufweist, die wiederum ein geringes Verzahnungsmoment und eine verringerte Drehmomentwelligkeit aufweisen.
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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 Stufenteile 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.
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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.
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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.
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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 Innendurchmesser aufweist und der Stator eine hohe Anzahl von Statorpolen aufweist.
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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.
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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.
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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.
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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 Ungleichgewicht der Änderung des magnetischen Flusses in jedem unterteilten Teil zu beseitigen.
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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.
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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 Flache jeder gegenüberliegenden Fläche nicht erhöht wird, während die Gesamtgröße des Wechselstrommotors beibehalten wird.
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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.
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MERKMALE UND EFFEKTE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Kombinieren 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.
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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 anzunähern. 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.
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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.
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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.
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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.
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Es ist ferner entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, die Oberfläche jedes Statorpols mit einer gleichen Fläche auszubilden.
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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.
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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.
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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.
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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 Statorpolen 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 verringern. 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.
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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 34° ist es möglich, das Verzahnungsmoment und die Drehmomentwelligkeit zu verringern, ohne das Ausgansdrehmoment zu verringern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Periphere 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.
