DE102012021041A1

DE102012021041A1 - Rotor und Motor

Info

Publication number: DE102012021041A1
Application number: DE102012021041A
Authority: DE
Inventors: Seiya Yokoyama; Yoji Yamada
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-05-02
Also published as: CN103095015B; CN103095015A; US20130113329A1; US8981612B2

Abstract

Ein Rotor ist mit einem ersten Rotationselement (4), das mehrere erste Klauenpole (9) in einer Umfangsrichtung aufweist, und einem zweiten Rotationselement (5), das mehrere zweite Klauenpole (12) in der Umfangsrichtung aufweist, versehen. Durch das Einpassen jedes zweiten Klauenpols (12) in einen ausgeschnittenen Abschnitt (10) zwischen ersten Klauenpolen (9) und durch das Einpassen jedes ersten Klauenpols (9) in einen ausgeschnittenen Abschnitt (13) zwischen zweiten Klauenpolen (12) sind das erste Rotationselement (4) und das zweite Rotationselement (5) miteinander zusammengebaut. Zumindest eines von dem ersten Rotationselement (4) und dem zweiten Rotationselement (5) ist aus einem Magneten ausgebildet. Auf der Grundlage eines durch den Magneten erzeugten Magnetfeldes weisen die ersten Klauenpole (9) und die zweiten Klauenpole (12) sich in der Umfangsrichtung abwechselnde Nordpole und Südpole auf.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft einen Lundell-Rotor und einen Motor eines Magnetfeldsystems.
Als ein Typ von herkömmlichen Motoren ist ein Motor, der einen Lundell-Rotor 81 eines Magnetfeldsystems aufweist, das heißt, eine sich drehende elektrische Maschine, bekannt. Siehe zum Beispiel die Japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 5-43749 . Der Rotor 81 dieses Typs von Motor ist mit Rotor-Eisenkernen 82 und 83 versehen, die aus Eisen hergestellt sind und mehrere Klauenpole 82a und 83a in einer Umfangsrichtung und einen zwischen den Rotor-Eisenkernen 82 und 83 angeordneten Scheibenmagneten aufweisen. Da jeder der Klauenpole 82a und 83a durch die Verwendung eines Magnetfeldes des Scheibenmagneten 84 abwechselnd unterschiedliche Magnetpole in der Umfangsrichtung erzeugt, funktioniert der Rotor 81 als ein Lundell-Rotor des Magnetfeldsystems.
Da die Klauenpole 82a und 83a aus Eisen ausgebildet sind, ist eine Richtung, die von einem Magnetfluss in diesem Typ von Motor genommen werden kann, frei und nicht auf eine spezifische Richtung beschränkt. Daher ist es schwierig, eine Leistung eines Motors durch das Regeln des Magnetflusses sicherzustellen, das heißt, den Leckfluss faktisch nur durch eine strukturelle Maßnahme der Klauenpole 82a und 83a niedrigzuhalten. Daher kann zum Beispiel eine Maßnahme zum Niedrighalten des Leckflusses durch das Bereitstellen eines Magneten zum Ausrichten eines Magnetflusses zwischen den Klauenpolen 82a und 83a erwogen werden.
KURZDARSTELLUNG
Jedoch weist die Japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 5-43749 , da sie einen zusätzlichen Magneten zum Ausrichten eines Magnetflusses benötigt, ein Problem auf, das eine Zunahme bei der Zahl von Bauteilen, eine Zunahme bei der Zahl von Bauteil-Zusammenbauvorgängen und dergleichen einschließt. Da dieses Problem zu einer Kostensteigerung des Motors führt, hat es bei einem Motor, der diese Art von Lundell-Rotor eines Magnetfeldsystems aufweist, Entwicklungsbedarf an einer Technologie gegeben, die eine Motorleistung durch das Erzeugen eines starken Magnetflusses in Klauenpolen mit einer einfachen Struktur sicherstellen kann.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe dieser Offenbarung, einen Rotor und einen Motor bereitzustellen, die eine hohe Leistung durch das Erzeugen eines starken Magnetflusses in Klauenpolen mit einer kleinen Anzahl von Bauteilen sicherstellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält ein Rotor ein erstes Rotationselement, das mehrere erste Klauenpole in einer Umfangsrichtung aufweist, und ein zweites Rotationselement, das mehrere zweite Klauenpole in der Umfangsrichtung aufweist. Das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement sind miteinander derart in Eingriff gebracht, dass jeder zweite Klauenpol in einen ausgeschnittenen Abschnitt zwischen ersten Klauenpolen eingepasst ist und jeder erste Klauenpol in einen ausgeschnittenen Abschnitt zwischen zweiten Klauenpolen eingepasst ist. Zumindest eines von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement ist aus einem Magneten ausgebildet. Die ersten Klauenpole und die zweiten Klauenpole weisen auf der Grundlage eines durch den Magneten erzeugten Magnetfeldes Nordpole und Südpole auf. Die Nord- und die Südpole wechseln sich in der Umfangsrichtung ab.
Gemäß diesem Aspekt kann der Rotor 3, da es nur notwendig ist, zumindest eines von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement als einen Magneten auszubilden, aus einer kleineren Anzahl von Bauteilen ausgebildet sein.
Zumindest eines von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement ist aus einem Magneten ausgebildet. Zumindest eines von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement ist ein Element, das einen Magnetpol aufweist, und zumindest einer der Klauenpole des ersten Rotationselements und des zweiten Rotationselements hat eine Richtwirkung für einen Magnetfluss. Daher werden Nordpol/Südpol, ohne einen zusätzlichen Magneten zum Ausrichten eines Magnetflusses vorzubereiten, durch einen starken Magnetfluss an jedem Klauenpol erzeugt. Demzufolge wird der starke Magnetfluss an einem Klauenpol mit einer kleinen Anzahl von Bauteilen erzeugt, und es wird eine hohe Leistung des Rotors sichergestellt.
Gemäß einem Aspekt ist sowohl das erste Rotationselement als auch das zweite Rotationselement aus einem Magneten ausgebildet, und die Nordpole und Südpole beruhen auf den durch die Magneten erzeugten Magnetfeldern.
Gemäß diesem Aspekt sind das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement jeweils aus Magneten ausgebildet. Sowohl das erste Rotationselement als auch das zweite Rotationselement ist ein Element, das einen Magnetpol aufweist, und jeder der Klauenpole des ersten Rotationselements und des zweiten Rotationselements hat eine Richtwirkung für den Magnetfluss. Daher sind die Magnetpole, ohne einen zusätzlichen Magneten zum Ausrichten des Magnetflusses vorzusehen, durch einen starken Magnetfluss an jedem Klauenpol erzeugt. Demzufolge wird der starke Magnetfluss an einem Klauenpol mit einer kleinen Anzahl von Bauteilen erzeugt, und es wird eine hohe Leistung des Rotors sichergestellt.
Gemäß einem Aspekt ist das eine von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet, das andere ist aus einem Magneten ausgebildet. Das weichmagnetische Material weist einen Magnetpol durch das Magnetfeld des Magneten auf.
Gemäß diesem Aspekt ist ein weichmagnetisches Material, das eines von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement ist, durch die Magnetkraft des anderen Magneten magnetisiert, wodurch sowohl das erste Rotationselement als auch das zweite Rotationselement als ein Nordpol oder ein Südpol fungiert. Daher kann, ohne den Magneten zum Ausrichten eines Magnetflusses zu verwenden, ein für das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement erforderlicher Magnetfluss ausgebildet sein. Daher kann die Anzahl von Bauteilen eines Lundell-Rotors kleingehalten sein. Da eines von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet ist, ist es nicht mehr notwendig, die beiden aus einem Magneten auszubilden, und die Bauteilkosten werden wirksam verringert.
Gemäß einem Aspekt weisen das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement Formen auf, die sich voneinander unterscheiden. Das heißt, die Größe des Magneten kann in Übereinstimmung mit der Stärke eines zu verwendenden Magneten verändert sein, und infolgedessen sind das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement derart ausgebildet, dass sie sich voneinander unterscheiden. Daher kann die Form des ersten Rotationselements oder des zweiten Rotationselements optimal gestaltet sein.
Gemäß einem Aspekt weisen das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement Formen auf, die einander gleich sind. Gemäß diesem Aspekt ist, da das Gleichgewicht (das Massengleichgewicht) des Rotors verbessert ist, die Funktionalität wirksam sichergestellt.
Gemäß einem Aspekt ist der Magnet ein anisotroper Magnet, der in einer spezifischen Richtung magnetisiert ist. Gemäß diesem Aspekt ist, da zumindest eines von dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement aus anisotropem Magneten ausgebildet ist, die Wirkung des Erzeugens eines starken Magnetflusses, der in einer spezifischen Richtung gerichtet ist, an jedem Klauenpol verbessert. Daher wird das Drehmoment des Rotors wirksam sichergestellt.
Gemäß einem Aspekt ist der Rotor dafür konfiguriert, an einer Welle befestigt zu sein. Der Rotor weist ferner ein plattenförmiges weichmagnetisches Material auf, das an der Welle angebracht und befestigt ist und zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement angeordnet ist. Das weichmagnetische Material ist als ein Positionierungselement konfiguriert, das die Positionen des ersten Rotationselements und des zweiten Rotationselements bestimmt. Gemäß diesem Aspekt ist das weichmagnetische Material zum Beispiel durch Presspassbefestigung oder dergleichen fest an der Welle angebaut. Da das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement, die aus Magnet hergestellt sind, durch eine Magnetkraft von diesem weichmagnetischen Material angezogen werden, werden die Positionen des ersten Rotationselements und des zweiten Rotationselements in Bezug auf die Welle festgelegt. Daher ist eine gleichwinklige Anordnung, das heißt, eine gleichmäßige Anordnung des Klauenpols in einer Umfangsrichtung sichergestellt, und eine Wirkung des Sicherstellens einer gewünschten Leistung des Rotors wird verbessert.
Gemäß einem Aspekt ist das weichmagnetische Material Weicheisen, metallisches Glas, Permendur oder amorph. Gemäß diesem Aspekt ist, da das weichmagnetische Material aus einem Material mit einer hohen Steifigkeit ausgebildet sein kann, das weichmagnetische Material fester an der Welle zu befestigen. Daher kann sich weder das erste Rotationselement noch das zweite Rotationselement, die durch die Magnetkraft an dem weichmagnetischen Material befestigt sind, leicht in Bezug auf die Welle verschieben.
Gemäß einem Aspekt ist das weichmagnetische Material zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement nicht bereitgestellt. Das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement sind unmittelbar an der Welle befestigt. Gemäß diesem Aspekt ist, da die Anzahl von Bauteilen durch die Nichtverwendung des weichmagnetischen Materials verringert ist, die Größe des Rotors verringert.
Gemäß einem Aspekt ist der Magnet ein gesinterter Magnet oder ein Verbundmagnet. Gemäß diesem Aspekt können das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement entweder durch Pressformen oder Spritzgießen gefertigt sein. Daher ist das Fertigungsverfahren nicht auf eines begrenzt.
Gemäß einem Aspekt ist der Magnet ein Ferritmagnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet, ein Samarium-Eisennitrid-Magnet, ein Neodym-Magnet oder ein Alnico-Magnet. Gemäß diesem Aspekt können das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement ebenfalls mit diesen Mehrzweckmaterialien gefertigt sein.
Gemäß einem Aspekt weist der Rotor eine Tandemstruktur auf, bei der mehrere Rotoreinheiten, die jeweils aus Sätzen aus dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement gebildet sind, in einer axialen Richtung derart laminiert sind, dass die Pole der gleichen Polarität einander berühren. Gemäß diesem Aspekt wird, da die Fläche des Nordpols und die Fläche des Südpols, die durch jeden Klauenpol an einer Außenumfangsfläche des Rotors gebildet sind, vergrößert sein kann, das Drehmoment wirksam verbessert.
Gemäß einem Aspekt sind die ersten Rotationselemente und die zweiten Rotationselemente der Rotoreinheiten derart ausgebildet, dass ein Element, das in der Axialrichtung außen angeordnet ist, und ein Element, das in der Axialrichtung innen angeordnet ist, die gleiche magnetische Polarität aufweisen. Gemäß diesem Aspekt wird, da ein Durchgang für den Magnetfluss an einem Punkt, an dem die zwei Rotoreinheiten einander berühren, breit ausgebildet werden kann, das Drehmoment wirksam verbessert.
Gemäß einem Aspekt sind unter den ersten Rotationselementen und den zweiten Rotationselementen in den Rotoreinheiten zwei Elemente, welche die gleiche Polarität haben und einander innerhalb in der Axialrichtung berühren, eingegliedert. Gemäß diesem Aspekt weist bei mehreren der Rotoreinheiten, da die zwei Elemente mit der gleichen Polarität integriert sind, ein Element, von dem ursprünglich angenommen wird, dass es zwei Bauteile hat, nur einen Bauteil auf. Daher kann die Anzahl von für den Rotor erforderlichen Bauteilen kleingehalten sein.
Gemäß einem Aspekt ist ein Motor bereitgestellt, der den oben beschriebenen Rotor und einen Stator, der den Rotor drehbar trägt, enthält.
Andere Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, die die Prinzipien der Offenbarung beispielhaft veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der vorliegenden Offenbarung, die als neuartig betrachtet werden, sind detailliert in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt. Die Offenbarung ist, zusammen mit den Aufgaben und Vorteilen derselben, am besten zu verstehen durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Es zeigen:
1 ein Konfigurationsdiagramm eines Motors einer ersten Ausführungsform,
2 eine Perspektivansicht, die das Erscheinungsbild des Rotors in 1 darstellt,
3 eine auseinandergezogene Perspektivansicht, welche die Bauteilkonfiguration des Rotors in 2 darstellt,
4 eine veranschaulichende Perspektivansicht, die ein in dem ersten Rotationselement in 3 erzeugtes Magnetfeld zeigt,
5 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die ein in dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement in 2 erzeugtes Magnetfeld zeigt,
6 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die ein in einem Rotor in einer zweiten Ausführungsform erzeugtes Magnetfeld zeigt,
7 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die ein in einem Rotor in einer dritten Ausführungsform erzeugtes Magnetfeld zeigt,
8 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die ein in einem Rotor in einer Modifikation erzeugtes Magnetfeld zeigt,
9 eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die eine Konfiguration des Rotors in einer Modifikation darstellt,
10 eine auseinandergezogene Perspektivansicht, welche die Konfiguration des Rotors in einer Modifikation darstellt,
11 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die ein in einem Rotor in einer Modifikation erzeugtes Magnetfeld zeigt,
12 ein Konfigurationsdiagramm eines Motors in einer vierten Ausführungsform,
13 eine Perspektivansicht, die das Erscheinungsbild des Rotors in 12 darstellt,
14 eine auseinandergezogene Perspektivansicht, welche die Bauteilkonfiguration des Rotors in 13 darstellt,
15 eine Perspektivansicht, die das in dem zweiten Rotationselement, das aus dem in 14 dargestellten Magneten hergestellt ist, erzeugte Magnetfeld darstellt,
16 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die das in dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement in 13 erzeugte Magnetfeld darstellt,
17 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die das in dem Rotor in einer Modifikation erzeugte Magnetfeld darstellt,
18 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die das in einem Rotor einer fünften Ausführungsform erzeugte Magnetfeld darstellt,
19 eine auseinandergezogene Perspektivansicht, welche die Bauteilkonfiguration des Rotors in 18 darstellt,
20 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die das in einem Rotor in einer sechsten Ausführungsform erzeugte Magnetfeld darstellt,
21 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die das in dem Rotor in einer Modifikation erzeugte Magnetfeld darstellt,
22 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die das in dem Rotor in einer Modifikation erzeugte Magnetfeld darstellt,
23 eine veranschaulichende Querschnittsansicht, die das in dem Rotor in einer Modifikation erzeugte Magnetfeld darstellt, und
24 eine auseinandergezogene Perspektivansicht, welche die Bauteilkonfiguration eines Rotors einer allgemeinen Technologie darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
1 bis 5 stellen einen Rotor und einen Motor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
Wie in 1 dargestellt, weist ein Motor 1 einen Stator 2 als einen unbeweglichen Abschnitt des Motors 1 auf. Innerhalb des Stators 2 ist ein Rotor 3 als ein sich drehender Abschnitt des Motors 1 drehbar in Bezug auf den Stator 2 vorgesehen. Wenn ein elektrischer Strom durch eine Spüle fließt, die um einen Eisenkern des Stators 2 gewickelt ist, dreht sich der Rotor 3 in Bezug auf den Stator 2, durch ein Magnetfeld, das an einem Magnetfeldsystem, das heißt, einem permanenten Magnetfeldsystem zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3, erzeugt ist.
Wie in 2 und 3 dargestellt, ist ein Lundell-Rotor 3 eines Magnetfeldsystems wie bei diesem Beispiel mit einem Paar von Rotationselementen 4 und 5, die zum Beispiel aus einem Dauermagneten hergestellt sind, und einem plattenförmigen weichmagnetischen Material 6, das zwischen dem Paar dieser Rotationselemente 4 und 5 in Sandwichbauweise eingeschoben ist, versehen. Der Motor 1 weist bei diesem Beispiel eine einlagige Struktur auf, die aus den zwei Rotationselementen 4 und 5 gebildet ist. Im Fall dieses Beispiels wird das in 2 und 3 in einem oberen Teil angeordnete Rotationselement als das erste Rotationselement 4 bezeichnet, während das in einem unteren Teil angeordnete Rotationselement als das zweite Rotationselement 5 bezeichnet wird. An der Mitte des Rotors 3 ist eine nichtmagnetische Welle 7, die eine Drehwelle des Rotors 3 ist, angebracht.
An einer Umfangskante eines im Wesentlichen scheibenförmigen ersten Rotationskörpers 8, der in dem ersten Rotationselement 4 bereitgestellt ist, stehen mehrere erste Klauenpole 9, die in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind, in Radialrichtung auswärts vor. Zudem weisen die ersten Klauenpole 9 des ersten Rotationselements 4 eine Form auf, die sich in einer Motoraxialrichtung erstreckt, das heißt, eine Form, die in einer Axialrichtung oder zum Beispiel in 2 und 3 nach unten vorsteht. Ein Spalt zwischen benachbarten ersten Klauenpolen 9 ist ein ausgeschnittener Abschnitt 10. Das zweite Rotationselement 5 weist im Wesentlichen die gleiche Form wie das erste Rotationselement 4 auf und weist einen zweiten Rotationskörper 11, mehrere zweite Klauenpole 12 und mehrere ausgeschnittene Abschnitte 13 auf, ähnlich dem ersten Rotationselement 4. Das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 sind so zusammengebaut, dass sie einander in Vertikalrichtung gegenüberliegen, so dass jeder Klauenpol 9 (12) des einen von dem ersten und dem zweiten Rotationselement 4, 5 in einen ausgeschnittenen Abschnitt 13 (10) des anderen passt und die gegenüberliegenden Magnetpole einander berühren. Infolgedessen sind die ersten Klauenpole 9 des ersten Rotationselements 4 und die zweiten Klauenpole 12 des zweiten Rotationselements 5 abwechselnd in der Rotor-Umfangsrichtung angeordnet. An der Mitte jedes der Rotationselemente 4 und 5 sind jeweils Durchgangslöcher 14 bzw. 15 vorgesehen, durch die die Welle 7 verläuft.
Die Klauenpole 9 und 12 sind derart ausgebildet, dass jeder bei Betrachtung aus einer Rotor-Radialrichtung eine rechteckige Form aufweist. Die Klauenpole 9 und 12 können derart ausgebildet sein, dass jeder zum Beispiel eine regelmäßige quadratische Form oder eine trapezartige Form aufweist. Es ist ein Spalt zwischen dem Rotationskörper 8 des ersten Rotationselements 4 und dem zweiten Klauenpol 12 und ein Spalt zwischen dem Rotationskörper 11 des zweiten Rotationselements 5 und dem ersten Klauenpol 9 ausgebildet, sodass ein senkrechter Schnitt in der Radialrichtung eine rechteckige Form aufweist. Zudem ist ein Spalt zwischen benachbarten Klauenpolen 9 und 12 getrennt, um bei Betrachtung aus der Rotor-Radialrichtung einen rechteckigen Raum zu bilden.
Das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 der ersten Ausführungsform sind aus einem anisotropen Magneten, das heißt, einem polaren anisotropen Magneten, gebildet. Der anisotrope Magnet ist ein in einer spezifischen Richtung magnetisierter Magnet und weist eine starke Magnetkraft in der spezifischen Richtung auf. Als der anisotrope Magnet sind zum Beispiel ein gesinterter Magnet, ein Verbundmagnet (Kunststoff-Magnet, Gummimagnet und dergleichen) und dergleichen benutzt. Andere Beispiele, wie ein Ferritmagnet, ein Samarium-Eisennitrid-(Sm-Fe-N-)Magnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet, ein Neodym-Magnet, ein Alnico-Magnet und dergleichen, können als der anisotrope Magnet benutzt sein.
Das weichmagnetische Material 6 weist eine Scheibenform auf und ist zum Beispiel aus einem beliebigen von Weicheisen, metallischem Glas, Permendur oder amorph gebildet. An der Mitte des weichmagnetischen Materials 6 ist ein Durchgangsloch 16 vorgesehen, durch das die Welle 7 eingefügt ist, und die Welle 7 ist an dem weichmagnetischen Material 6 aufgepresst und befestigt. Das heißt, das weichmagnetische Material 6 ist durch Presspassbefestigung fest an der Welle 7 befestigt. Da die Rotationselemente 4 und 5 durch eine Magnetkraft von dem weichmagnetischen Material 6 als einem Positionierungselement angezogen werden, sind die Rotationselemente 4 und 5 an der Welle 7 befestigt, wobei ihre Positionen festgelegt sind. Infolgedessen sind die Rotationselemente 4 und 5 in Bezug auf die Welle 7 positioniert.
Wie in 4 und 5 dargestellt, ist das erste Rotationselement 4 so magnetisiert, dass ein magnetisches Moment in einer Richtung des ersten Klauenpols 9 von einer Innenfläche 17 des ersten Rotationskörpers 8 gerichtet ist, die zu dem zweiten Rotationselement 5 gerichtet ist. Daher ist in dem ersten Rotationselement 4 eine Außenumfangsfläche jedes ersten Klauenpols 9 ein Nordpol. Das heißt, das erste Rotationselement 4 weist einen Außenumfangsnordpol auf. Die Innenfläche 17 des ersten Rotationskörpers 8, das heißt, eine senkrechte Fläche in der Axialrichtung, ist ein Südpol. Das heißt, das erste Rotationselement 4 weist einen axial senkrechten Südpol auf. Wie in 5 dargestellt, ist das zweite Rotationselement 5 so magnetisiert, dass das magnetische Moment in einer Richtung einer Innenfläche 18 des zweiten Rotationskörpers 11 gerichtet ist, die zu dem ersten Rotationselement 4 von dem zweiten Klauenpol 12 gerichtet ist. Daher ist in dem zweiten Rotationselement 5 eine Außenumfangsfläche jedes zweiten Klauenpols 12 ein Südpol. Das heißt, das zweite Rotationselement 5 weist einen Außenumfangssüdpol auf. Eine Innenfläche 18 des zweiten Rotationskörpers 11, das heißt, eine axiale senkrechte Fläche, ist ein Nordpol. Das heißt, das zweite Rotationselement 5 weist einen axial senkrechten Nordpol auf.
Daher passt, wenn das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 zusammengebaut sind, jeder Klauennordpol 9 des ersten Rotationselements 4 in einen ausgeschnittenen Abschnitt 13 des zweiten Rotationselements 5, und jeder Klauensüdpol 12 des zweiten Rotationselements 5 passt in einen ausgeschnittenen Abschnitt 10 des ersten Rotationselements 4. Daher sind, in der Umfangsrichtung des Rotors 3, die Nordpole und Südpole abwechselnd angeordnet, und der Rotor 3 funktioniert als der Lundell-Rotor eines Magnetfeldsystems.
Es wird nun unter Verwendung von 4 und 5 die Funktionsweise des Motors 1 bei diesem Beispiel beschrieben.
Wie in 4 und 5 dargestellt, sind das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 nicht aus Eisen, sondern aus einem Dauermagneten ausgebildet. Das erste Rotationselement 4 ist so magnetisiert, dass es einen Außenumfangs-N-Pol hat, während das zweite Rotationselement 5 so magnetisiert ist, dass es einen Außenumfangs-S-Pol hat. Daher ist ein Magnetflussweg, von dem Außenumfangssüdpol des zweiten Rotationselements 5 zu dem axial senkrechten Nordpol hin und weiter durch das weichmagnetischen Material 6 hindurchgehend und von dem axial senkrechten Südpol des ersten Rotationselements 4 bis zu dem Außenumfangsnordpol verlaufend ausgebildet. Infolgedessen ist, wenn dem Stator 2 die Elektrizität zugeführt wird, der Rotor 3 in Bezug auf den Stator 2 drehbar hergestellt.
Wie oben beschrieben, hat bei der ersten Ausführungsform, da das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 jeweils aus einem Magneten, das heißt, einem anisotropen Magneten, ausgebildet sind, sowohl das erste Rotationselement 4 als auch das zweite Rotationselement 5 seine eigenen Magnetpole. Daher hat jeder der Klauenpole 9 und 12 jedes der Rotationselemente 4 und 5 seine eigene Richtwirkung für den Magnetfluss, und die Stärke des in den Klauenpolen 9 und 12 zu erzeugenden Magnetflusses ist sichergestellt. Daher können, selbst ohne einen zusätzlichen Magneten zum Ausrichten eines Magnetflusses, der Nordpol und der Südpol mit einem starken Magnetfluss in jedem der Klauenpole 9 und 12 erzeugt sein. Infolgedessen ist der starke Magnetfluss in den Klauenpolen 9 und 12 mit einer kleineren Anzahl von Bauteilen erzeugt, und es wird eine hohe Leistung des Rotors 3, das heißt, des Motors 1, sichergestellt.
Es kann davon ausgegangen werden, dass das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 direkt an der Welle 7 befestigt sind, ohne zum Beispiel das weichmagnetische Material 6 zu verwenden. Falls das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 jedoch durch einen gesinterten Magneten oder einen Verbundmagneten gebildet und direkt an der Welle 7 befestigt sind, könnte der gesinterte Magnet oder der Verbundmagnet gespalten oder gelockert werden. Das heißt, die Verbindung zwischen den Rotationselementen 4 und 5 und der Welle 7 kann nicht leicht sichergestellt werden. Falls die Montage des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 an der Welle 7 locker ist, könnten sich das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Welle 7 verschieben, und die gleichwinklige Anordnung, das heißt, die gleichmäßige Anordnung, des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 in der Rotor-Umfangsrichtung könnte verlorengehen. Falls die gleichwinklige Anordnung verlorengeht, wird von dem Rotor 3 ein ungleichförmiger Magnetfluss erzeugt, was eine Schwierigkeit, eine gewünschte Leistung zu erreichen, verursacht.
Dementsprechend ist in der ersten Ausführungsform das weichmagnetische Material 6 zwischen dem ersten Rotationselement 4 und dem zweiten Rotationselement 5 vorgesehen, und das weichmagnetische Material 6 ist durch Presspassbefestigung und dergleichen fest an der Welle 7 angebaut und befestigt. Dann sind, durch das feste Anziehen des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 zu dem weichmagnetischen Material 6 mit einer Magnetkraft des Magneten, die Positionen des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 in Bezug auf die Welle 7 festgelegt. Da es für das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 schwierig ist, sich in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Welle 7 zu bewegen, ist die gleichwinklige Anordnung, das heißt, die gleichmäßige Anordnung, des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 in der Umfangsrichtung sichergestellt. Infolgedessen ist eine gewünschte Leistung für den Rotor 3 wirksam sichergestellt.
Die Konfiguration der ersten Ausführungsform erzielt die unten beschriebenen Vorteile.

(1) Das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 sind aus einem Magneten, das heißt, einem anisotropen Magneten, ausgebildet. Daher kann jeder der Klauenpole 9 und 12 des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 eine Richtwirkung für den Magnetfluss haben, und daher ist ein zusätzlicher Magnet zum Ausrichten eines Magnetflusses nicht notwendig. Daher ist in den Klauenpolen 9 und 12 mit einer kleineren Anzahl von Bauteilen ein starker Magnetfluss erzeugt, und eine hohe Leistung des Motor 1, der den Rotor 3 aufweist, ist sichergestellt. Die Struktur der ersten Ausführungsform ist ebenfalls vorteilhaft in einer mehrpoligen Struktur des Rotors 3.
(2) Da das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 aus einem anisotropen Magneten ausgebildet sind, ist ein starker Magnetfluss, der in einer spezifischen Richtung, das heißt, von dem Nordpol zu dem Südpol innerhalb jedes der Klauenpole 9 und 12, gerichtet ist, wirksam erzeugt. Daher ist das Drehmoment des Rotors 3, das heißt, des Motors 1, wirksam sichergestellt.
(3) Das weichmagnetische Material 6, das durch Presspassbefestigung und dergleichen fest an der Welle 7 befestigt ist, ist zwischen dem ersten Rotationselement 4 und dem zweiten Rotationselement 5 vorgesehen. Durch das Anziehen des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5, die aus einem Magneten hergestellt sind, zu diesem weichmagnetischen Werkstoff 6 durch eine Magnetkraft werden die Positionen des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Welle 7 festgelegt. Daher ist die gleichwinklige Anordnung, das heißt, die gleichmäßige Anordnung, der Klauenpole 9 und 12 in der Rotor-Umfangsrichtung sichergestellt, und die gewünschte Leistung des Rotors 3, das heißt, des Motors 1, ist wirksam sichergestellt.
(4) Falls das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 aus einem gesinterten Magneten oder einem Verbundmagneten hergestellt sind, können das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 zum Beispiel entweder durch Pressformen oder Spritzgießen gefertigt sein. Daher ist das Fertigungsverfahren des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 nicht auf eines begrenzt.
(5) Das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 können außerdem aus einem Ferritmagneten, einem Samarium-Kobalt-Magneten, einem Samarium-Eisennitrid-Magneten, einem Neodym-Magneten oder einem Alnico-Magneten ausgebildet sein. Daher können das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 ebenfalls mit diesen Mehrzweckmaterialien gefertigt sein.
(6) Da das weichmagnetische Material 6 aus einem Material mit einer hohen Steifigkeit, wie beispielweise Weicheisen, metallischem Glas, Permendur oder amorphem und dergleichen, ausgebildet ist, ist das weichmagnetische Material 6 fester an der Welle 7 zu befestigen. Daher verschieben sich das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5, die durch eine Magnetkraft zu dem weichmagnetischen Werkstoff angezogen sind, nicht leicht in der Rotor-Umfangsrichtung in Bezug auf die Welle 7.
(7) Die Außenumfangsflächen des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 weisen den einen Magnetpol von dem Nordpol und dem Südpol auf, und die axial senkrechte Fläche des ersten Rotationskörpers 8 und des zweiten Rotationskörpers 11 weist den anderen Magnetpol auf. Daher kann das magnetische Material zum Erzeugen eines Magnetflusses in dem ersten Rotationselement 4 und dem zweiten Rotationselement 5 zum Mittelteil in der Rotor-Radialrichtung des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 hin angeordnet sein. Demzufolge nehmen die Teilchen des magnetischen Materials zu, und ein Ausmaß des Magnetflusses ist gesteigert.

(Zweite Ausführungsform)
6 stellt eine zweite Ausführungsform dar. Die zweite Ausführungsform ist eine Konfiguration, bei welcher das in der ersten Ausführungsform beschriebene weichmagnetische Material 6 weggelassen ist und die anderen grundlegenden Konfigurationen die gleichen sind wie diejenigen der ersten Ausführungsform. Daher sind die gleichen Abschnitte wie in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung wird ausgelassen, während nur die Unterschiede detailliert beschrieben werden.
Wie in 6 dargestellt, ist bei dem Rotor 3 in der zweiten Ausführungsform das weichmagnetische Material 6 weggelassen, und der Rotor 3 weist eine Struktur auf, bei der das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 direkt miteinander in Berührung gebracht sind. In diesem Fall sind das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 zum Beispiel durch Kleben oder dergleichen an der Welle 7 angebracht und befestigt. Falls das weichmagnetische Material 6 von dem Rotor 3 weggelassen ist, ist die Anzahl von Bauteilen in dem Rotor 3 um diesen Abschnitt verringert. Daher sind mit der Konfiguration der zweiten Ausführungsform die Bauteilkosten und die Größe des Rotors 3 wirksam verringert.
Gemäß der Konfiguration der zweiten Ausführungsform wird zusätzlich zu (1) bis (7), die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, der unten beschriebene Vorteil erzielt.

(8) Da die Anzahl der Bauteile durch das Weglassen des weichmagnetischen Materials 6 verringert ist, ist die Größe des Rotors 3 wirksam verringert.

(Dritte Ausführungsform)
7 bis 11 stellen eine dritte Ausführungsform dar. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsform in dem Punkt, dass der Rotor 3 eine Tandemstruktur, das heißt, eine geschichtete Struktur, aufweist; die anderen grundlegenden Konfigurationen sind jedoch die gleichen wie diejenigen in der ersten und der zweiten Ausführungsform. Daher sind nur die Unterschiede der dritten Ausführungsform detailliert beschrieben.
Wie in 7 dargestellt, ist der Rotor 3 der Tandemstruktur aus mehreren (in diesem Fall zwei) Rotoreinheiten 31 gebildet. Die Rotoreinheit 31 in der dritten Ausführungsform ist dieselbe wie der in der ersten Ausführungsform beschriebene Rotor 3. Im Fall der Tandemstruktur sind diese Rotoreinheiten 31 vertikal einander gegenüberliegend in der Axialrichtung des Rotors 3 angeordnet und so befestigt, dass die Nordpole (oder die Südpole) einander berühren. In 7 berühren die ersten Rotationselement 4 einander.
In dem Fall der dritten Ausführungsform sind, da die Rotoreinheiten 31 vorgesehen sind, die Nordpole und die Südpole, die größere Flächen auf der Außenumfangsfläche des Rotors 3 haben, ausgebildet. Daher kann das Drehmoment des Rotors 3 hoch festgesetzt sein, und der Motor 1 mit einer hohen Leistung ist bereitgestellt.
In dem Fall der Tandemstruktur kann, wie in 8 dargestellt, das dritte weichmagnetische Material 6 zwischen den zwei Rotoreinheiten 31 angeordnet sein. Das dritte weichmagnetische Material 6 kann, wie in 9 illustriert, eine Scheibenplattenform aufweisen oder, wie in 10 dargestellt, mehrere Zähne 32 aufweisen. 8 stellt das dritte weichmagnetische Material 6 zwischen den Rotoreinheiten 31 in 10 dar. Falls das dritte weichmagnetische Material 6 eine Form aufweist, welche die Zähne 32 aufweist, sind diese Zähne 32 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung in Übereinstimmung mit den ersten Klauenpolen 9 ausgebildet, die Magnetpole eines der Magnetpole jeder Rotoreinheit 31 sind.
Wie in 11 dargestellt, kann der Rotor 3 in der dritten Ausführungsform mehrere Rotoreinheiten 33 verwenden, die jeweils nicht das in der zweiten Ausführungsform beschriebene weichmagnetische Material 6 darin aufweisen. In diesem Fall sind durch das Vorsehen des weichmagnetischen Materials 6 zwischen den zwei Rotoreinheiten 33, die jeweils nicht das weichmagnetische Material 6 aufweisen, die Positionen der Rotoreinheiten 33 und 33 zuverlässig in Bezug auf die Welle 7 festgelegt.
Mit der Konfiguration der dritten Ausführungsform werden zusätzlich zu (1) bis (8), die in der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben sind, die unten beschriebenen Vorteile erzielt.

(9) Da die Fläche der Nordpole und die Fläche der Südpole auf der Außenumfangsfläche des Rotors größer hergestellt sind, wird das Drehmoment wirksam verbessert. Eine Menge durch den Rotor 3 hindurchgehenden Magnetflusses nimmt zu, was ebenfalls zu einer Verbesserung des Drehmoments beiträgt.

Die Ausführungsform ist nicht auf die oben beschriebenen Konfigurationen begrenzt, sondern kann zu den folgenden Formen verändert werden.
In der dritten Ausführungsform ist die Anzahl der Rotoreinheiten 31 und 33 nicht auf 2 begrenzt, sondern kann drei oder mehr betragen.
Bei der Tandemstruktur in 7 können die zwei ersten Rotationselemente 4 mit der gleichen Polarität und in Berührung miteinander integriert ausgebildet sein. Alternativ können dadurch, dass die zweiten Rotationselemente 5 miteinander in Berührung gebracht sind, die zwei zweiten Rotationselemente 5 integriert sein.
In der ersten bis dritten Ausführungsform können das weichmagnetische Material 6 und die Welle 7 ein einziges Element sein, das einstückig ausgebildet ist.
In der ersten bis dritten Ausführungsform ist die Anzahl der Klauenpole 9 und 12 nicht auf die in den Ausführungsformen beschriebene Anzahl begrenzt, sondern kann zu einer anderen Anzahl verändert werden.
In der ersten bis dritten Ausführungsform kann die Richtung des in dem ersten Rotationselement 4 oder dem zweiten Rotationselement 5 gebildeten magnetischen Moments gegebenenfalls verändert werden.
In der ersten bis dritten Ausführungsform können die Materialien der Rotationselemente 4 und 5 und des weichmagnetischen Materials 6 gegebenenfalls zu anderen als den in den Ausführungsformen beschriebenen Materialien verändert werden.
In der ersten bis dritten Ausführungsform sind die Formen der Rotationselemente 4 und 5 und des weichmagnetischen Werkstoffs 6 nicht auf die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschriebenen Formen begrenzt, sondern können gegebenenfalls zu anderen Formen verändert werden.
(Vierte Ausführungsform)
12 bis 17 stellen einen Rotor und einen Motor gemäß einer vierten Ausführungsform dar.
Wie in 12 dargestellt, ist in einem Motor 1 ein Stator 2, der ein unbeweglicher Abschnitt des Motors 1 ist, vorgesehen. Innerhalb des Stators 2 ist ein Rotor 3 als ein sich drehender Abschnitt des Motors 1 drehbar in Bezug auf den Stator 2 vorgesehen. Wenn ein elektrischer Strom durch eine um einen Eisenkern des Stators 2 gewickelte Spule fließt, dreht sich der Rotor 3 in Bezug auf den Stator 2, durch ein Magnetfeld, das an einem Magnetfeldsystem, das heißt, einem permanenten Magnetfeldsystem zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3, erzeugt ist.
Wie in 13 und 14 dargestellt, ist ein Lundell-Rotor 3 eines Magnetfeldsystems wie bei diesem Beispiel mit einem Paar von Rotationselementen 4 und 5 versehen, und sie sind integral zusammengebaut. Der Motor 1 weist in der vierten Ausführungsform eine einlagige Struktur auf, die aus den zwei Rotationselementen 4 und 5 gebildet ist. In der vierten Ausführungsform ist das in 13 in einem oberen Teil angeordnete Rotationselement als das erste Rotationselement 4 bezeichnet, während das in einem unteren Teil angeordnete Rotationselement als das zweite Rotationselement 5 bezeichnet ist. An der Wellenmitte des Rotors 3 ist eine nichtmagnetische Welle 7, die eine Drehwelle des Rotors 3 ist, befestigt.
Das zweite Rotationselement 5 ist aus einem anisotropen Magneten, das heißt, einem polaren anisotropen Magneten, gebildet. Der anisotrope Magnet ist ein in einer spezifischen Richtung magnetisierter Magnet und weist eine starke Magnetkraft in der spezifischen Richtung auf. Als der anisotrope Magnet sind zum Beispiel ein gesinterter Magnet, ein Verbundmagnet (Kunststoff-Magnet, Gummimagnet und dergleichen) und dergleichen benutzt. Es können zum Beispiel andere als diese Magneten, ein Ferritmagnet, ein Samarium-Eisennitrid-(Sm-Fe-N-)Magnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet, ein Neodym-Magnet, ein Alnico-Magnet und dergleichen, benutzt sein. In 16 bis 23 ist der Magnet durch ein schwarzes Punktmuster schraffiert.
Wie in 15 und 16 dargestellt, ist das zweite Rotationselement 5 aus einem Magneten hergestellt, der so magnetisiert ist, dass ein magnetisches Moment in einer Richtung des zweiten Klauenpols 12 von einer Innenfläche 18 des zweiten Rotationskörpers 11 gerichtet ist, die zu dem ersten Rotationselement 4 gerichtet ist. Daher ist in dem zweiten Rotationselement 5 eine Außenumfangsfläche jedes zweiten Klauenpols 12 der Nordpol, das heißt, der Außenumfangsnordpol, während die Innenfläche 18 des zweiten Rotationskörpers 11, das heißt, eine axiale senkrechte Fläche, der Südpol, das heißt, der axial senkrechte Südpol, ist.
Das erste Rotationselement 4 ist durch ein weichmagnetisches Material gebildet. Das verwendete weichmagnetische Material ist zum Beispiel Eisen. In einem Zustand, in dem das erste Rotationselement 4 der vierten Ausführungsform mit dem zweiten Rotationselement 5 zusammengebaut ist, ist ein Magnetpol durch die Magnetkraft des zweiten Rotationselements 5 gebildet. Daher ist das erste Rotationselement 4 so magnetisiert, dass das magnetische Moment in einer Richtung der Innenfläche 17 des ersten Rotationskörpers 8 von dem ersten Klauenpol 9 gerichtet ist. Daher ist bewirkt, dass die Außenumfangsfläche jedes Klauenpols 9 des ersten Rotationselements 4 der Südpol, das heißt, der Außenumfangssüdpol, ist, während bewirkt ist, dass die Innenfläche 17 des ersten Rotationskörpers 8, das heißt, die axial senkrechte Fläche, der Nordpol, das heißt, der axial senkrechte Nordpol, ist.
Das erste Rotationselement 4 ist aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet und ist durch Presspassbefestigung oder dergleichen fest an der Welle 7 angebaut und befestigt. Das zweite Rotationselement 5 ist an dem ersten Rotationselement 4 und der Welle 7 dadurch angebaut, dass es durch die Magnetkraft von dem ersten Rotationselement 4 angezogen wird. Daher ist die gleichwinklige Anordnung, das heißt, die gleichmäßige Anordnung in der Umfangsrichtung, des ersten Rotationselements 4 in Bezug auf die Welle 7 durch die Presspassbefestigung sichergestellt, und die gleichwinklige Anordnung, das heißt, die gleichmäßige Anordnung in der Umfangsrichtung, des zweiten Rotationselements 5 in Bezug auf die Welle 7 ist dadurch sichergestellt, dass es durch die Magnetkraft angezogen wird.
Wie in 16 dargestellt, sind das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 derart ausgebildet, dass sie Formen aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. In dem Fall der vierten Ausführungsform sind das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 so ausgebildet, dass sie Stärken der Rotationskörper 8 und 11 aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Die Stärke des ersten Rotationskörpers 8 ist W1, die Stärke des zweiten Rotationskörpers 11 ist W2, und W2 < W1. Wie in der vierten Ausführungsform ist, um das zweite Rotationselement 5 dünner auszubilden als das erste Rotationselement 4, das zweite Rotationselement 5 zum Beispiel aus einem Material mit einer starken Magnetkraft ausgebildet, so dass die Stärke W2 dünn hergestellt sein kann. Wie oben beschrieben, sind infolgedessen die Formen des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 unterschiedlich voneinander.
Das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 sind so angeordnet, dass jeder Nordpol-Erstklauenpol 9 des ersten Rotationselements 4 in einen ausgeschnittenen Abschnitt 13 des zweiten Rotationselements 5 passt, während jeder Südpol-Zweitklauenpol 12 des zweiten Rotationselements 5 in einen ausgeschnittenen Abschnitt 10 des ersten Rotationselements 4 passt. In der Umfangsrichtung des Rotors 3 sind die Nordpole und Südpole abwechselnd angeordnet, und der Rotor 3 funktioniert als der Lundell-Rotor eines Magnetfeldsystems.
Es wird nun durch Verwendung von 14 bis 16 die Funktionsweise des Motors 1 der vierten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 14 bis 16 dargestellt, ist durch das Ausbilden des ersten Rotationselements 4 nicht aus einem Magneten, sondern aus einem weichmagnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, und durch das Ausbilden des zweiten Rotationselements 5 aus einem Magneten, das heißt, einem anisotropen Magneten, und durch das Verwenden der Magnetkraft des aus einem Magneten hergestellten zweiten Rotationselements 5 ein für das erste Rotationselement 4 erforderliches Magnetfeld erzeugt. In der vierten Ausführungsform wird, wenn das zweite Rotationselement 5 aus einem Außenumfangs-Nordpolmagneten geformt wird, das aus einem weichmagnetischen Werkstoff hergestellte erste Rotationselement 4 durch die Magnetkraft des zweiten Rotationselements 5 zu dem Außenumfangs-Südpol magnetisiert.
Daher ist, wie in 16 dargestellt, in dem ersten Rotationselement 4 durch die Magnetkraft des aus einem Magneten hergestellten zweiten Rotationselements 5 des Außenumfangs-Nordpolmagneten ein magnetisches Moment in der illustrierten Richtung des Pfeils A1 gebildet. In dem zweiten Rotationselement 5 wird durch dessen eigene Magnetkraft ein magnetisches Moment in der dargestellten Richtung des Pfeils A2 gebildet. Daher ist der erste Klauenpol 9 des ersten Rotationselements 4 der Südpol, während der zweite Klauenpol 12 des zweiten Rotationselements 5 der Nordpol ist, und dadurch übernehmen die in der Umfangsrichtung des Rotors 3 angeordneten Klauenpole 9 und 12 abwechselnd den Nordpol und den Südpol, und der Rotor 3 weist eine sich daraus ergebende Polstruktur auf. Infolgedessen wird, wenn Elektrizität durch den Stator 2 fließt, der Rotor 3 in Bezug auf den Stator 2 zum Drehen gebracht.
Wie oben beschrieben, ist in der vierten Ausführungsform durch das Ausbilden des ersten Rotationselements 4 aus dem weichmagnetischen Material, um die Menge des Magneten zu verringern, und durch das Magnetisieren des ersten Rotationselements 4 durch die Verwendung der Magnetkraft des aus einem Magneten hergestellten zweiten Rotationselements 5 ein als ein Teil des Rotors 3 erforderliches magnetisches Moment in dem ersten Rotationselement 4 erzeugt. Daher kann, ohne einen zusätzlichen Magneten zum Ausrichten eines Magnetflusses zu verwenden, ein erforderlicher Magnetfluss in jedem der Klauenpole 9 und 12 erzeugt sein. Daher kann der Lundell-Rotor 3 aus einer kleineren Anzahl von Bauteilen ausgebildet sein. Zudem nimmt, da es nur notwendig ist, dass eines von dem ersten Rotationselement 4 und dem zweiten Rotationselement 5 aus einem Magneten hergestellt ist, die Anzahl von erforderlichen Magnetbauteilen ab, und die Bauteilkosten sind wirksam verringert.
In dem Fall der vierten Ausführungsform sind durch das feste Anbauen des ersten Rotationselements 4 aus einem weichmagnetischen Werkstoff an die nicht-magnetische Welle 7 durch Presspassbefestigung und dergleichen und durch das Anziehen des zweiten Rotationselement 5 zu dem ersten Rotationselement 4 durch dessen eigene Magnetkraft das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 an der Welle 7 befestigt, wobei ihre Positionen festgelegt sind. Daher ist, da es für das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 schwierig ist, sich in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Welle 7 zu bewegen, die gleichwinklige Anordnung, das heißt, die gleichmäßige Anordnung, des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 in der Umfangsrichtung sichergestellt. Im Ergebnis ist eine gewünschte Leistung für den Rotor 3 wirksam sichergestellt.
Die Stärke W1 des ersten Rotationselements 4 und die Stärke W2 des zweiten Rotationselements 5 müssen sich nicht notwendigerweise voneinander unterscheiden. Wie in 17 dargestellt, können das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 so ausgebildet sein, dass die Stärken W1 und W2 einander gleich sind. In diesem Fall ist, da ein Massengleichgewicht in der Axialrichtung des Rotors 3 verbessert wird, die Funktionalität des Rotors 3 wirksam sichergestellt.
Gemäß der Konfiguration der vierten Ausführungsform werden die unten beschriebenen Vorteile erzielt.

(11) Durch das Magnetisieren des aus einem weichmagnetischen Material hergestellten ersten Rotationselements 4 durch die Magnetkraft des aus einem Magneten hergestellten zweiten Rotationselements 5 ist das magnetische Moment in dem ersten Rotationselement 4 erzeugt. Daher fungieren die Innenfläche 17 des ersten Rotationselements 4 und die Innenfläche 18 des zweiten Rotationselements als ein Nordpol bzw. ein Südpol. Dementsprechend ist ohne die Verwendung eines zusätzlichen Magneten zum Ausrichten eines Magnetflusses ein für das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 erforderliches Magnetfeld gebildet. Daher ist die Anzahl der Bauteile des Lundell-Rotors 3 kleingehalten. Da das erste Rotationselement 4 aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet ist, ist es nicht mehr notwendig, sowohl das erste Rotationselement 4 als auch das zweite Rotationselement 5 aus einem Magneten auszubilden, und die Bauteilkosten sind wirksam verringert.
(12) Die Größe des zweiten Rotationselements 5, das ein Magnet ist, kann entsprechend der Art des in Verwendung befindlichen Magneten, das heißt, der Stärke des Magnetfeldes, verändert werden, und infolgedessen sind das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 derart ausgebildet, dass sie unterschiedliche Formen, das heißt, die unterschiedlichen Stärken W, aufweisen. Daher können das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 so hergestellt sein, dass sie erforderliche optimale Formen aufweisen.
(13) Wie in 17 dargestellt, ist, falls das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 so ausgebildet sind, dass sie die gleichen Formen aufweisen, das Massengleichgewicht des Rotors 3 verbessert, und die Funktionalität wird wirksam sichergestellt.
(14) Da das zweite Rotationselement 5 aus einem anisotropen Magneten ausgebildet ist, ist ein starker Magnetfluss, der in einer spezifischen Richtung, zum Beispiel zum Nordpol hin, gerichtet ist, in jedem der zweiten Klauenpole 12 wirksam erzeugt. Da das erste Rotationselement 4 durch das zweite Rotationselement 5, das die starke Magnetkraft hat, magnetisiert ist, kann der starke Magnetfluss, der in einer spezifischen Richtung, zum Beispiel zum Südpol hin, gerichtet ist, ebenfalls in dem ersten Rotationselement 4 erzeugt werden. Daher ist das Drehmoment des Rotors 3, das heißt, des Motors 1, wirksam sichergestellt.
(15) Falls das zweite Rotationselement 5 aus einem gesinterten Magneten oder einem Verbundmagneten hergestellt ist, kann das zweite Rotationselement 5 zum Beispiel entweder durch Pressformen oder Spritzgießen gefertigt sein. Daher ist das Fertigungsverfahren nicht auf eines begrenzt.
(16) Das zweite Rotationselement 5 kann außerdem aus einem Ferritmagneten, einem Samarium-Kobalt-Magneten, einem Samarium-Eisennitrid-Magneten, einem Neodym-Magneten oder einem Alnico-Magneten ausgebildet sein. Daher kann das zweite Rotationselement 5 ebenfalls mit einem von diesen Mehrzweckwerkstoffen gefertigt sein.
(17) Das erste Rotationselement 4 ist aus einem weichmagnetischen Material mit einer hohen Steifigkeit, wie beispielweise Weicheisen, metallischem Glas, Permendur, amorphem und dergleichen, ausgebildet. Dementsprechend kann das erste Rotationselement 4 fest an der Welle 7 befestigt sein. Daher verschiebt sich das zweite Rotationselement 5, die durch eine Magnetkraft zu dem ersten Rotationselement 4 angezogen wird, nicht leicht in der Rotor-Umfangsrichtung in Bezug auf die Welle 7.
(18) Die Außenumfangsfläche des zweiten Rotationselements 5 weist den einen Magnetpol auf, während die axial senkrechte Fläche des zweiten Rotationskörpers 11 den anderen Magnetpol aufweist. Daher nehmen, da das magnetische Material zum Erzeugen eines Magnetflusses in dem zweiten Rotationselement 5 zum Mittelabschnitt in der Rotor-Radialrichtung des zweiten Rotationselements 5 hin angeordnet sein kann, die Teilchen des magnetischen Werkstoffs des zweiten Rotationselements 5 zu, und ein Ausmaß des Magnetflusses wird gesteigert.

(Fünfte Ausführungsform)
Es wird nun unter Bezugnahme auf 18 und 19 eine fünfte Ausführungsform beschrieben. Die fünfte Ausführungsform ist eine Konfiguration, bei welcher die in der vierten Ausführungsform beschriebene Rotorstruktur verändert ist, während die anderen grundlegenden Konfigurationen die gleichen sind wie diejenigen in der vierten Ausführungsform. Daher sind gleiche Abschnitte wie in der vierten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine ausführliche Beschreibung wird weggelassen, während nur die Unterschiede detailliert beschrieben werden.
Wie in 18 und 19 dargestellt, ist zwischen einem Paar von Rotationselementen 4 und 5 ein im Wesentlichen plattenförmiges weichmagnetisches Material 6 vorgesehen, um die Rotationselemente 4, 5 zu befestigen. Das weichmagnetische Material 6 weist eine Ringform auf und ist aus einem beliebigen von Weicheisen, metallischem Glas, Permendur und amorph ausgebildet. In dem weichmagnetischen Material 6 ist ein mittiges Durchgangsloch 16 vorgesehen, durch das eine Welle 7 eingefügt ist, und das weichmagnetische Material 6 ist an der Welle 7 aufgepresst und befestigt.
Das erste Rotationselement 4 der fünften Ausführungsform kann an dem weichmagnetischen Material 6 nicht durch Presspassbefestigung an der Welle 7, sondern zum Beispiel durch einen Klebstoff oder dergleichen angebracht und befestigt sein. Das zweite Rotationselement ist mit seiner festgelegten Position dadurch fixiert, dass es durch die Magnetkraft von dem weichmagnetischen Material 6 angezogen wird. Daher können bei der fünften Ausführungsform, da das erste Rotationselement 4 an dem weichmagnetischen Material 6, das eine große Oberfläche aufweist, befestigt sein kann, das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 fest zusammengebaut sein.
Mit der Konfiguration der fünften Ausführungsform werden zusätzlich zu (11) bis (18), die in der vierten Ausführungsform beschrieben sind, die unten beschriebenen Vorteile erzielt.

(19) Das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 sind durch die Verwendung des weichmagnetischen Materials 6 an der Welle 7 befestigt. Daher wird, da die Befestigungsfläche des ersten Rotationselements 4 oder des zweiten Rotationselements 5 groß gewählt werden kann, die Befestigungsstärke des ersten Rotationselements 4 und des zweiten Rotationselements 5 an dem weichmagnetischen Material 6 wirksam sichergestellt, und eine Positionsverschiebung in Bezug auf die Welle 7 ist wirksam verhindert.

(Sechste Ausführungsform)
Es wird nun unter Bezugnahme auf 20 bis 23 eine sechste Ausführungsform beschrieben. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten und der fünften Ausführungsform in dem Punkt, dass der Rotor 3 eine Tandemstruktur, das heißt, eine geschichtete Struktur, aufweist, während die anderen grundlegenden Konfigurationen die gleichen sind wie diejenigen in der vierten und fünften Ausführungsform. Daher werden bei der fünften Ausführungsform wieder nur die Unterschiede detailliert beschrieben.
Wie in 20 dargestellt, ist der Rotor 3, der eine Tandemstruktur aufweist, aus mehreren (in diesem Fall zwei) Rotoreinheiten 31 gebildet. Die Rotoreinheit 31 in der sechsten Ausführungsform ist das gleiche wie der in der vierten Ausführungsform beschriebene Rotor 3. Im Fall der Tandemstruktur sind diese Rotoreinheiten 31 vertikal einander gegenüberliegend in der Axialrichtung des Rotors 3 angeordnet und so befestigt, dass die Nordpole oder die Südpole einander berühren.
Da die sechste Ausführungsform mehrere der Rotoreinheiten 31 aufweist, sind die Nordpole und die Südpole, die jeder eine große Fläche aufweisen, auf der Außenumfangsfläche des Rotors 3 ausgebildet. Daher kann das Drehmoment des Rotors 3 höher festgesetzt sein, und der Motor 1 kann mit einer hohen Leistung verwendet werden. Im Fall dieser Struktur können, wie in 21 dargestellt, der Magnet und das weichmagnetische Material in Bezug auf die Anordnung in 20 getauscht werden.
Im Fall der Tandemstruktur können, wie in 22 illustriert, die zweiten Rotationselemente 5 in Berührung mit den gleichen Elementen integral ausgebildet sein. Das heißt, in 22 sind die zweiten Rotationselemente 5, die beide Magneten sind, integral ausgebildet. In diesem Fall kann bei dem Rotor 3, der die Tandemstruktur aufweist, die Anzahl der Bauteile kleingehalten sein. Wie in 23 dargestellt, können der Magnet und das weichmagnetische Material in Bezug auf die Anordnung in 22 getauscht werden. Das heißt, in 23 sind die zweiten Rotationselemente 5 als die weichmagnetischen Materialien integral ausgebildet. Die ersten Rotationselemente 4 können integral ausgebildet sein.
Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform werden zusätzlich zu (11) bis (18) der vierten Ausführungsform die unten beschriebenen Vorteile erzielt.

(20) Bei der Tandemstruktur der Rotoreinheiten 31 ist, da die Fläche der Nordpole und die Fläche der Südpole an der Außenumfangsfläche des Rotors 3 größer hergestellt sein kann, das Drehmoment wirksam verbessert. Eine Menge des durch den Rotor 3 hindurchgehenden Magnetflusses nimmt zu, und dies trägt ebenfalls zu einer Verbesserung des Drehmoments bei.
(21) Wie in 20 und 21 dargestellt, sind die zwei Rotoreinheiten 31 mit einer solchen Richtung an der Welle angebracht und befestigt, dass das erste Rotationselement 4 des Außenumfangssüdpols oder das zweite Rotationselement 5 des Außenumfangsnordpols in der Axialrichtung außen angeordnet ist und das zweite Rotationselement 5 des Außenumfangsnordpols oder das erste Rotationselement 4 des Außenumfangssüdpols in der Axialrichtung innen angeordnet ist. Daher ist, da ein breiter Durchgang für den Magnetfluss an einem Punkt, an dem die zwei Rotoreinheiten 31 einander berühren, ausgebildet sein kann, der Vorteil des Verbessern des Drehmoments größer.
(22) Wie in 22 und 23 dargestellt, können in den zwei Rotoreinheiten 31, falls die Elemente mit der gleichen Polarität in Berührung miteinander innerhalb der Axialrichtung unter dem ersten Rotationselement 4 und dem zweiten Rotationselement 5 integriert sind, Elemente, bei denen ursprünglich davon ausgegangen wird, dass sie zwei Bauteile sind, ein Bauteil sein. Daher kann die Anzahl der für den Rotor 3 erforderlichen Bauteile kleingehalten werden.

In der sechsten Ausführungsform ist die Anzahl der Rotoreinheiten 31 nicht auf zwei begrenzt, sondern kann drei oder mehr betragen.
In der sechsten Ausführungsform kann im Fall der Tandemstruktur das Paar von Rotoreinheiten 31 in einer Richtung gestapelt sein, in der unterschiedliche Magnetpole einander berühren.
In der vierten bis sechsten Ausführungsform ist das Verfahren zur Befestigung des weichmagnetischen Materials, das heißt, des ersten Rotationselements 4, an der Welle 7 nicht auf eine Presspassbefestigung begrenzt, und es können andere Anbringungsverfahren eingesetzt sein.
In der vierten bis sechsten Ausführungsform kann die Welle 7 integral mit dem ersten Rotationselement 4 als der weichmagnetische Werkstoff ausgebildet sein, oder falls das zweite Rotationselement 5 ein weichmagnetisches Material ist, integral mit dem zweiten Rotationselement 5 ausgebildet sein.
In der vierten bis sechsten Ausführungsform ist die Anzahl der Klauenpole 9 und 12 nicht auf die in der Ausführungsform beschriebenen Anzahlen begrenzt und kann zu anderen Anzahlen verändert werden. Im Einzelnen ist die Anzahl der Polpaare des Rotors vorzugsweise eine ungerade Anzahl von drei oder mehr, weil das erste Rotationselement 4 und das zweite Rotationselement 5 schwierig zu verformen sind und der Rotor 3 stabil hergestellt wird.
In der vierten bis sechsten Ausführungsform kann die Richtung der in dem ersten Rotationselement 4 und dem zweiten Rotationselement 5 gebildeten magnetischen Momente gegebenenfalls verändert werden.
In der vierten bis sechsten Ausführungsform können die Formen und die Werkstoffe der Rotationselemente 4 und 5 und des weichmagnetischen Materials 6 gegebenenfalls zu anderen als den in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschriebenen verändert werden.
In der vierten bis sechsten Ausführungsform kann das erste Rotationselement 4 aus einem Magneten ausgebildet sein, und das zweite Rotationselement 5 kann aus einem weichmagnetischen Material geformt sein.
In der vierten bis sechsten Ausführungsform ist das weichmagnetische Material, das ein Material des Rotationselements ist, nicht auf Eisen begrenzt und kann zu anderen Arten von Materialien verändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5-43749 [0002, 0004]

Claims

Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass er Folgendes umfasst: ein erstes Rotationselement (4), das mehrere erste Klauenpole (9) in einer Umfangsrichtung aufweist, und ein zweites Rotationselement (5), das mehrere zweite Klauenpole (12) in der Umfangsrichtung aufweist, wobei das erste Rotationselement (4) und das zweite Rotationselement (5) miteinander derart in Eingriff gebracht sind, dass jeder zweite Klauenpol (12) in einen ausgeschnittenen Abschnitt (10) zwischen ersten Klauenpolen (9) eingepasst ist und jeder erste Klauenpol (9) in einen ausgeschnittenen Abschnitt (13) zwischen zweiten Klauenpolen (12) eingepasst ist, zumindest eines von dem ersten Rotationselement (4) und dem zweiten Rotationselement (5) aus einem Magneten ausgebildet ist und die ersten Klauenpole (9) und die zweiten Klauenpole (12) auf der Grundlage eines durch den Magneten erzeugten Magnetfeldes Nordpole und Südpole aufweisen, wobei die Nord- und die Südpole sich in der Umfangsrichtung abwechseln.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Rotationselement (4) als auch das zweite Rotationselement (5) aus einem Magneten ausgebildet ist, und die Nordpole und Südpole auf den durch die Magneten erzeugten Magnetfeldern beruhen.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine von dem ersten Rotationselement (4) und dem zweiten Rotationselement (5) aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet ist, das andere aus einem Magneten ausgebildet ist und das weichmagnetische Material (6) einen Magnetpol durch das Magnetfeld des Magneten aufweist.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotationselement (4) und das zweite Rotationselement (5) Formen aufweisen, die sich voneinander unterscheiden.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rotationselement (4) und das zweite Rotationselement (5) Formen aufweisen, die einander gleich sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein anisotroper Magnet ist, der in einer spezifischen Richtung magnetisiert ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor dazu konfiguriert ist, an einer Welle (7) befestigt zu sein, der Rotor ferner ein plattenförmigen weichmagnetisches Material (6) aufweist, der an der Welle (7) befestigt und fixiert ist und zwischen dem ersten Rotationselement (4) und dem zweiten Rotationselement (5) angeordnet ist, und das weichmagnetische Material (6) als ein Positionierungselement konfiguriert ist, das die Positionen des ersten Rotationselements (4) und des zweiten Rotationselements (5) bestimmt.
Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das weichmagnetische Material (6) Weicheisen, metallisches Glas, Permendur oder amorph ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weichmagnetische Material (6) zwischen dem ersten Rotationselement (4) und dem zweiten Rotationselement (5) nicht vorgesehen ist und das erste Rotationselement (4) und das zweite Rotationselement (5) direkt an der Welle (7) befestigt sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein gesinterter Magnet oder ein Verbundmagnet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Ferritmagnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet, ein Samarium-Eisennitrid-Magnet, ein Neodym-Magnet oder ein Alnico-Magnet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor eine Tandemstruktur aufweist, bei der mehrere Rotoreinheiten (31, 33), die jeweils aus Sätzen aus dem ersten Rotationselement (4) und dem zweiten Rotationselement (5) gebildet sind, in einer axialen Richtung derart laminiert sind, dass die Pole der gleichen Polarität einander berühren.
Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Rotationselemente (4) und die zweiten Rotationselemente (5) der Rotoreinheiten (31) derart ausgebildet sind, dass ein Element, das in der Axialrichtung außerhalb angeordnet ist, und ein Element, das in der Axialrichtung innerhalb angeordnet ist, die gleiche magnetische Polarität aufweisen.
Rotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass unter den ersten Rotationselementen (4) und den zweiten Rotationselementen (5) in den Rotoreinheiten (31) zwei Elemente, welche die gleiche Polarität aufweisen und einander innerhalb in der Axialrichtung berühren, integriert sind.
Motor, dadurch gekennzeichnet, dass er Folgendes umfasst: einen Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und einen Stator (2), der den Rotor (3) drehbar trägt.