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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine, die einen Motorkern aufweist, der durch Laminieren bzw. Schichten einer Vielzahl von Stahlplatten gebildet ist.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
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Elektrofahrzeuge und hybridelektrische Fahrzeuge sind häufig mit einem Elektromotor/Generator als Antriebsquelle ausgestattet. Bei dem Elektromotor/Generator handelt es sich in vielen Fällen um eine rotierende elektrische Maschine, die einen Motorkern aufweist, der durch Schichten einer Vielzahl von Stahlflächenkörpern gebildet ist.
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Der Elektromotor/Generator wird durch einen Antriebsstrom von einer in einem Kraftfahrzeug installierten Hochspannungsbatterie, wie zum Beispiel einem Lithiumionen-Akkumulator, motorisch angetrieben. Ferner wird der Elektromotor/Generator regenerativ angetrieben, wenn das Fahrzeug bremst usw., so dass eine Hochspannungsbatterie geladen wird.
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Der Elektromotor/Generator beinhaltet einen Stator und einen Rotor als Motorkern. Der Stator ist an einem Gehäuse, wie zum Beispiel einem Motorgehäuse, angebracht, und der Rotor ist in Radialrichtung des Stators innenseitig von diesem über einen vorbestimmten Spalt hinweg frei drehbar vorgesehen.
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Der Stator und der Rotor sind häufig durch Laminieren bzw. Schichten einer Vielzahl von Stahlplatten gebildet, und auf diese Weise können der Stator und der Rotor kostengünstig hergestellt werden, während gleichzeitig die Entstehung von Wirbelströmen unterdrückt ist.
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Eine Technik, wie sie in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung
JP-A-60-022 447 (
2) beschrieben ist, kann als ein Beispiel für einen solchen Komponententyp genannt werden, der einen durch Schichten einer Vielzahl von Stahlplatten gebildeten Motorkern aufweist.
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Die Technik gemäß der
JP-A-60-022 447 betrifft einen Stator (einen Eisenkern eines elektrischen Geräts), der durch Schichten einer Vielzahl von Stahlplatten gebildet ist. Bei dem in der
JP-A-60-022 447 beschriebenen Stator wird dann, wenn ein Rotor rotationsmäßig angetrieben wird, jede der den Stator bildenden Stahlplatten mit einer Rotationskraft (Drehmoment) beaufschlagt, und somit kann es bei jeder der Stahlplatten zu einer Verschiebung, Verformung usw. kommen, während sich der Rotor dreht.
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Beispielsweise veranschaulichen die 10a und 10b Analysediagramme zur Erläuterung einer Verformung eines Stators. Wie in den Zeichnungen durch schraffiert dargestellte Pfeile veranschaulicht ist, ist festgestellt worden, dass es bei Rotationsbewegung des Rotors (nicht gezeigt) zu einer Verformung eines Stators ST in Längsrichtung und in Querrichtung kommt.
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Zum Lösen des vorstehend geschilderten Problems steht daher z. B. eine in der
JP-A-2010-057 221 (
1) beschriebene Technik zur Verfügung, indem bei einem Stator mit einer geschichteten Konstruktion Festigkeit sichergestellt wird. Bei der in der
JP-A-2010-057 221 beschriebenen Technik werden abwechselnd Platten aus elektromagnetischem Stahl und kaltgewalztem Stahl, die unterschiedliche Oberflächenrauheiten aufweisen, aufeinander geschichtet. Dabei wird die Festigkeit des Stators (des geschichteten Eisenkerns) erhöht, so dass es bei der Rotationsbewegung des Motors zu keiner Verschiebung, Verformung usw. der Stahlplatten kommt.
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Vibration (Vibration im Motorbetrieb), die z. B. beim rotationsmäßigen Antreiben des Rotors erzeugt wird, lässt sich als eine der Ursachen von solchen Problemen, wie etwa einer Verschiebung der Stahlplatten, nennen. Somit können durch Minimieren von Vibrationen im Motorbetrieb solche Probleme, wie z. B. ein Verschieben der Stahlplatten, unterdrückt werden.
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Daher steht eine Technik, wie sie z. B. in der
JP-A-2000-224 786 (
3 und
5), beschrieben ist, als Technik zum Reduzieren von Vibrationen beim Motorbetrieb zur Verfügung. Bei der in der
JP-A-2000-224 786 beschriebenen Technik ist ein durch Schichten einer Vielzahl von Stahlplatten gebildeter Rotor (ein geschichteter Kern) vorgesehen, und Vibrationen beim Motorbetrieb werden durch Modifizieren der den Rotor bildenden Stahlplatten vermindert.
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Bei einem Motorkern, wie er in der
JP-A-2010-057 221 beschrieben ist, sind jedoch Platten aus elektromagnetischem Stahl und kaltgewalzte Stahlplatten, die unterschiedliche Oberflächenrauheiten aufweisen, aufeinander geschichtet, und aus diesem Grund sind individuelle Fertigungsstraßen für die Herstellung der jeweiligen Stahlplatten erforderlich. Aufgrund dieser Tatsache sowie weiterer Probleme bestehen Grenzen hinsichtlich des Ausmaßes, in dem die Kosten für rotierende elektrische Maschinen reduziert werden können.
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Ferner muss bei einem Motorkern, wie er in der
JP-A-2000-224 786 beschrieben ist, bei Modifizierung der Spezifikationen der rotierenden elektrischen Maschine, indem z. B. Siliziumstahlplatten durch Stahlplatten aus einem anderen Material ersetzt werden oder die rotierende elektrische Maschine größer ausgebildet wird, das Resonanzverhalten usw. der Stahlplatten auf der Basis der modifizierten Spezifikationen neu überprüft werden, so dass es zu einer möglichen Reduzierung bei der Ausbeute kommt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe einer rotierenden elektrischen Maschine, mit der eine weitere Kostenreduzierung bei einer rotierenden elektrischen Maschine verwirklicht werden kann, die wenig Vibrationen zeigt und bei der Modifikationen der Spezifikationen der rotierenden elektrischen Maschine in einfacher Weise berücksichtigt werden können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine angegeben, die einen durch Laminieren bzw. Schichten einer Vielzahl von Stahlplatten gebildeten Motorkern aufweist. Der Motorkern ist durch Schichten von mindestens zwei Arten von Stahlplatten gebildet, die aus einem identischen magnetischen Material hergestellt sind und eine identische Flächenform aufweisen, jedoch voneinander verschiedene Dickenabmessungen besitzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei Definition der Stahlplatten mit voneinander verschiedenen Dickenabmessungen als Stahlplatte a bis Stahlplatte n die Stahlplatten in einer regelmäßigen Anordnung, wie z. B. a, b bis n, a, b bis n, a, b bis n, geschichtet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden bei Definition der Stahlplatten mit voneinander verschiedenen Dickenabmessungen als Stahlplatte a bis Stahlplatte n die Stahlplatten in einer unregelmäßigen Anordnung, wie z. B. b, c, a, a, b, a, c, b, b, c bis n geschichtet.
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Bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Motorkern durch Schichten von mindestens zwei Arten von Stahlplatten gebildet, die aus einem identischen magnetischen Material hergestellt sind und eine identische Flächenform aufweisen, jedoch unterschiedliche Dickenabmessungen besitzen.
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Im Gegensatz zu einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen Motorkern aufweist, der durch Schichten von Stahlplatten mit identischer Dicke gebildet ist, mit denen eine einzige Resonanzfrequenz erzeugt wird (so dass ein Spitzenwert hoch ist), werden somit mindestens zwei Resonanzfrequenzen erzeugt, und daher kann der Spitzenwert unter den jeweiligen Resonanzfrequenzen angesiedelt bzw. verteilt werden (so dass der Spitzenwert bzw. Peak niedrig ist).
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Infolgedessen können Vibrationen, die beim rotationsmäßigen Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine auftreten, vermindert werden, so dass Betriebsgeräusche reduziert werden können und Probleme, wie eine Verformung des Motorkerns, unterdrückt werden können.
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Es werden lediglich die Dickenabmessungen der jeweiligen Stahlplatten differenziert, so dass es auf diese Weise möglich ist, Modifikationen bei den Spezifikationen der rotierenden elektrischen Maschine in einfacher Weise zu berücksichtigen, und zwar unabhängig von dem Material, der Größe usw. der Stahlplatten.
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Darüber hinaus können die jeweiligen Stahlplatten unter Verwendung einer identischen Fertigungsstraße in einfacher Weise hergestellt werden, so dass eine Verbesserung hinsichtlich der Ausbeute sowie eine weitere Reduzierung der Herstellungskosten der rotierenden elektrischen Maschine erzielt werden können.
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Bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung können die jeweiligen Stahlplatten, die unterschiedliche Dickenabmessungen aufweisen, bei Vorgabe derselben als Stahlplatte a bis Stahlplatte n entweder in einer regelmäßigen Anordnung geschichtet werden, wie z. B. a, b bis n, a, b bis n, a, b bis n, oder aber in einer unregelmäßigen Anordnung geschichtet werden, wie z. B. b, c, a, a, b, a, c, b, b, c bis n, um das Auftreten von Vibrationen zu vermindern, wenn die rotierende elektrische Maschine rotationsmäßig angetrieben wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Konzeptes eines Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug;
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2 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Konstruktion eines Elektromotors/Generators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 eine Perspektivansicht zur Erläuterung des Konzeptes eines Motorkerns, der den Elektromotor/Generator gemäß 2 bildet;
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4 eine Perspektivansicht zur Erläuterung von Stahlplatten eines in 3 dargestellten Stators in einer Explosionsdarstellung;
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5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Entstehung einer Resonanzfrequenz bei dem Stator gemäß 3;
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6 eine Perspektivansicht zur Erläuterung von Stahlplatten eines Stators, der in einem Elektromotor/Generator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, in einer Explosionsdarstellung;
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7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Entstehung der Resonanzfrequenz bei dem Stator gemäß 6;
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8a und 8b Perspektivansichten zur Erläuterung von Stahlplatten von Rotoren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und einem vierten Ausführungsbeispiel, die in Explosionsdarstellungen gezeigt sind;
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9 eine Draufsicht zur Erläuterung einer Stahlplatte eines Stators, der in einem Elektromotor/Generator gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel vorgesehen ist; und
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10a und 10b Analysediagramme zur Erläuterung der Verformung eines Stators.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Konzeptes eines Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug. 2 zeigt eine Schnittdarstellung, in der ein Elektromotor/Generator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail gezeigt ist. 3 zeigt eine Perspektivansicht zur Erläuterung des Konzeptes eines Motorkerns, der den Elektromotor/Generator der 2 bildet. 4 zeigt eine Perspektivansicht zur Erläuterung von Stahlplatten eines in 3 dargestellten Stators in einer Explosionsdarstellung. 5 zeigt eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Entstehung einer Resonanzfrequenz bei dem Stator der 3.
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Eine in 1 dargestellte Hybridantriebsvorrichtung 10 ist vorn in einem nicht dargestellten Hybridfahrzeug (einem Kraftfahrzeug) installiert und besitzt einen Motor (einen Verbrennungsmotor) 20 und einen Antriebsmechanismus 30, um eine Antriebswelle 40 rotationsmäßig anzutreiben.
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Der Antriebsmechanismus 30 ist zwischen dem Motor 20 und der Antriebswelle 40 angeordnet, so dass er Kraft übertragen kann, und besitzt einen Drehmomentwandler 31, einen Kupplungsmechanismus 32, ein Getriebe 33 und einen Elektromotor/Generator (eine rotierende elektrische Maschine) 50.
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Der Drehmomentwandler 31 ist zwischen dem Motor 20 und dem Kupplungsmechanismus 32 angeordnet, um die Kraft des Motors 20 unter Verwendung von nicht dargestelltem Öl mit vergleichsweise niedriger Viskosität als Betriebsmedium, das in den Drehmomentwandler 31 eingebracht ist, zu dem Kupplungsmechanismus 32 zu übertragen.
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Der Kupplungsmechanismus 32 ist zwischen dem Drehmomentwandler 31 und dem Getriebe 33 angeordnet, um einen Kraftübertragungsweg zwischen dem Drehmomentwandler 31 und dem Getriebe 33 während einer normalen Rotation oder einer Rotation in umgekehrter Richtung zu bilden bzw. zu aktivieren.
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Genauer gesagt, es wird dann, wenn eine Schaltposition auf Vorwärtsfahrt (D) eingestellt ist, der Kraftübertragungsweg durch normale Rotation gebildet, während bei Einstellung der Schaltposition auf Rückwärts (R) der Kraftübertragungswegs durch Rotation in umgekehrter Richtung gebildet wird. Der Kupplungsmechanismus 32 sieht auch eine Trennung des Kraftübertragungsweges zwischen dem Drehmomentwandler 31 und dem Getriebe 33 vor: durch Einstellen der Schaltposition auf Neutral (N) wird der Kraftübertragungsweg deaktiviert.
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Das Getriebe 33 ist zwischen dem Kupplungsmechanismus 32 und dem Elektromotor/Generator 50 angeordnet, um die Drehzahl (die Kraft) des Motors 20 zu schalten, die ihm über den Drehmomentwandler 31 und den Kupplungsmechanismus 32 zugeführt wird. Bei dem Getriebe 33 handelt es sich z. B. um ein stufenlos verstellbares Getriebe, das eine nicht dargestellte Primär-Riemenscheibe und eine nicht dargestellte Sekundär-Riemenscheibe aufweist.
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Die Primär-Riemenscheibe dient als Eingangsseite, während die Sekundär-Riemenscheibe als Ausgangsseite dient. Der Kupplungsmechanismus 32 und der Elektromotor/Generator 50 sind auf der Seite der Primär-Riemenscheibe angeordnet, während die Antriebswelle 40 auf der Seite der Sekundär-Riemenscheibe angeordnet ist. Infolgedessen wird eine Rotationsgeschwindigkeit der Sekundär-Riemenscheibe kontinuierlich eingestellt, und dadurch wird wiederum eine Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 40 kontinuierlich eingestellt.
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Hierbei hat der Elektromotor/Generator 50 die Funktion eines Antriebsmotors und Kraftgenerators. Wenn das Hybridfahrzeug beispielsweise aus einem stationären Zustand beschleunigt wird, dann wird der Elektromotor/Generator 50 motorisch derart angetrieben, dass ein hohes Antriebsmoment erzeugt wird, das eine flüssige Beschleunigung ermöglicht. Wenn das Hybridfahrzeug dagegen mit hoher Geschwindigkeit fährt, wird ein Antriebszustand mit günstiger Kraftstoffnutzungseffizienz unter Verwendung der Kraft des Motors 20 allein hergestellt.
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Wenn das Hybridfahrzeug ferner bis in einen stationären Zustand abgebremst wird, so wird der Elektromotor/Generator 50 regenerativ angetrieben, so dass eine Verlangsamung erzielt wird, während kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die umgewandelte elektrische Energie wird zurückgewonnen, indem sie in eine nicht dargestellte, an Bord des Fahrzeugs vorgesehene Batterie geladen wird.
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Wie in 2 gezeigt, ist der Elektromotor/Generator 50 in einem Gehäuse 11 angeordnet, das eine äußere Hülle der Hybridantriebsvorrichtung 10 bildet. Das Gehäuse 11 ist durch Gießen eines geschmolzenen Aluminiummaterials oder dergleichen in einer vorbestimmten Formgebung gebildet und zeigt eine höhere Wärmeabstrahlungseigenschaft.
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2 zeigt einen Teil (den Teil des Elektromotors/Generators 50) der Hybridantriebsvorrichtung 10, in dem der Motor 20 (siehe 1) an einer Vorderseite von dem Elektromotor/Generator 50 angeordnet ist und die Antriebswelle 40 (siehe 1) an einer Unterseite von dem Elektromotor/Generator 50 angeordnet ist.
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Die Hybridantriebsvorrichtung 10 ist an einem nicht dargestellten Halter, der an dem Fahrzeugaufbau des Hybridfahrzeugs vorgesehen ist, über eine nicht dargestellte Befestigungshülse aus verstärktem Gummimaterial oder dergleichen angebracht.
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Der Elektromotor/Generator 50 weist einen Stator 60, der als stationäres Element dient, und einen Rotor 70 auf, der als rotierendes Element dient. Wie in 3 gezeigt, sind der Stator 60 und der Rotor 70 jeweils durch Laminieren bzw. Schichten von Stahlplatten gebildet, wobei sie zusammen einen Motorkern gemäß der vorliegenden Erfindung bilden.
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Wie in 3 und 4 gezeigt, besitzt der Stator 60 eine Vielzahl von ersten Stahlplatten 61 und eine Vielzahl von zweiten Stahlplatten 62. Die Stahlplatten 61 und 62 sind jeweils mit einer im wesentlichen kreisförmigen Plattenform aus einem identischen magnetischen Material gebildet, wobei es sich z. B. um Silizium-Stahlplatten oder dergleichen handelt.
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Ferner sind die Stahlplatten 61 und 62 auch mit einer identischen Flächenform ausgebildet, wenn man den durch Schichten der Stahlplatten 61 und 62 gebildeten Stator 60 aus der Axialrichtung betrachtet. Die Dicke der ersten Stahlplatten 61 ist mit ta vorgegeben, und die Dicke der zweiten Stahlplatten 62 ist mit tb vorgegeben, wobei letztere dicker ist als die Dicke ta der ersten Stahlplatte 61, so dass eine Relation ta < tb besteht.
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Somit unterscheiden sich die Stahlplatten 61 und 62 lediglich in der Dicke, wobei diese jeweils abwechselnd in einer regelmäßigen Anordnung einzeln nacheinander geschichtet werden, wie zum Beispiel Stahlplatte 61, Stahlplatte 62, Stahlplatte 61, Stahlplatte 62, Stahlplatte 61, ....
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Da sich die Stahlplatten 61 und 62 lediglich in der Dicke unterscheiden, können sie z. B. unter Verwendung einer identischen Pressmaschine oder dergleichen geformt werden, so dass eine Verbesserung bei der Herstellungseffizienz der Stahlplatten 61 und 62 möglich ist. Darüber hinaus sind die Stahlplatten 61 und 62 fest haftend miteinander verbunden, und zwar unter Verwendung eines nicht dargestellten Haftmittels, das durch ein isolierendes Material gebildet ist.
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Die Stahlplatten 61 und 62 besitzen jeweils einen ringförmigen Hauptkörperbereich 61a und 62a sowie eine Vielzahl von Zahnbereichen 61b und 62b, die einstückig mit dem ringförmigen Hauptkörperbereich 61a und 62a derart vorgesehen sind, dass sie in Radialrichtung zur Innenseite hin vorstehen. Wie in 2 dargestellt, ist der durch die Stahlplatten 61 und 62 gebildete Stator 60 (der Elektromotor/Generator 50) im Inneren des Gehäuses 11 durch Einschrauben eines Fixierbolzens FB in das Gehäuse 11 festgelegt.
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Eine Wicklung 63 (siehe 2), die aus hochleitfähigem Kupferdraht oder dergleichen gebildet wird, ist um die Zahnbereiche 61b und 62b der Stahlplatten 61 und 62 in Form einer konzentrierten Wicklung oder einer verteilten Wicklung herumgewickelt. Die Wicklung 63 ist an den beiden in Axialrichtung des Stators 60 gelegenen Seiten zurückgebogen, und jeweilige zurückgebogene Bereiche TP der Wicklung 63 sind unter Verwendung eines als Isoliermaterial dienenden Kunststoffmaterials oder dergleichen eingeformt. Infolgedessen kommt es zu keinen Kurzschlüssen zwischen benachbarten Wicklungen 63, die um die jeweiligen Zahnbereiche 61b und 62b gewickelt sind.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist der Rotor 70 ähnlich dem Stator 60 durch Schichten einer Vielzahl von ringförmigen Stahlplatten 71 gebildet, die aus einem magnetischen Material beispielsweise als Silizium-Stahlplatten ausgebildet sind und die in Radialrichtung innenseitig von dem Stator 60 über einen vorbestimmten Spalt hinweg frei drehbar angeordnet sind. Die ringförmigen Stahlplatten 71 sind ebenfalls unter Verwendung eines nicht dargestellten Haftmittels, das durch ein isolierendes Material gebildet ist, haftend miteinander verbunden.
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Eine Drehwelle 72 ist in einen zentralen Teil der jeweiligen ringförmigen Stahlplatten 71 fest eingesetzt, und eine Vielzahl von stabförmigen Permanentmagneten MG ist an der Peripherie der Drehwelle 72 innenseitig von den ringförmigen Stahlplatten 71 derart vorgesehen, dass sie sich in Axialrichtung der Drehwelle 72 erstrecken.
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Wenn der Wicklung 63 ein Antriebsstrom zugeführt wird (d. h. wenn die Wicklung 63 aktiviert ist), wird somit eine elektromagnetische Kraft erzeugt, und in Abhängigkeit von dieser elektromagnetischen Kraft dreht sich der Rotor 70 relativ zu dem Stator 60.
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Eine Schichtkonstruktion der den Rotor 70 bildenden ringförmigen Stahlplatten 71 unterscheidet sich von der Schichtkonstruktion der den Stator 60 bildenden Stahlplatten 61 und 62 darin, dass die ringförmigen Stahlplatten 71 aus einem identischen magnetischen Material gebildet sind und mit einer identischen Flächenform sowie einer identischen Dicke vorgesehen sind. Infolgedessen kann eine Verbesserung dahingehend erzielt werden, dass sich der Rotor 70 in einfacher Weise zusammenbauen lässt.
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Im folgenden wird eine Arbeitsweise des Elektromotors/Generators 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der vorstehend geschilderten Ausbildung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Wenn ein Antriebsstrom durch die Wicklung 63 fließt, wird in der Wicklung 63 eine elektromagnetische Kraft erzeugt. Infolgedessen wird der Elektromotor/Generator 50 rotationsmäßig derart angetrieben, dass sich der Rotor 70 relativ zu dem Stator 60 dreht. Dabei wird in dem Stator 60 eine Anziehungskraft erzeugt, die den Rotor 70 in Rotationsrichtung zieht, so dass der Rotor 70 zum Ausführen einer Rotationsbewegung veranlasst wird.
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Wie in 10 durch schraffiert dargestellte Pfeile veranschaulicht ist, bewirkt diese Anziehungskraft eine Verformung des Stators 60 in der vertikalen Richtung, der horizontalen Richtung usw. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jedoch die den Stator 60 bildenden Stahlplatten 61 und 62 mit unterschiedlichen Dickenabmessungen ausgebildet und unter Verwendung eines Haftmittels fest aneinander angebracht. Auf diese Weise kann die Steifigkeit des Stators 60 im Vergleich zu einem Stator erhöht werden, der nur durch Laminieren bzw. Schichten der dünneren ersten Stahlplatten 61 gebildet ist.
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Nach dem Analysieren von Vibrationen (Vibrationen im Betrieb des Motors), die entstehen, wenn der Elektromotor/Generator 50 rotationsmäßig angetrieben wird, wurden ferner Resultate erzielt, wie sie in 5 in einer graphischen Darstellung veranschaulicht sind (graphische Darstellung der Frequenz [Hz] gegenüber der Beschleunigung [m/s2]). Bei dem Elektromotor/Generator 50 (der vorliegenden Erfindung) sind abwechselnd die ersten Stahlplatten 61, die die Dicke ta besitzen, und die zweiten Stahlplatten 62, die die Dicke tb besitzen, aufeinander geschichtet.
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Aus diesem Grund ist ein Spitzenwert (Peak 1) einer Resonanzfrequenz niedriger als ein Spitzenwert (fa) der Resonanzfrequenz, der bei einem Vergleichsbeispiel A A (t = ta) auftritt, bei dem ein Stator verwendet wird, der durch Schichten nur der ersten Stahlplatten 61 gebildet ist, sowie niedriger als ein Spitzenwert (fb) der Resonanzfrequenz, der bei einem Vergleichsbeispiel B (t = tb) auftritt, bei dem ein Stator verwendet wird, der durch Schichten nur der zweiten Stahlplatten 62 gebildet ist.
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Der Grund hierfür liegt darin, dass beim abwechselnden Schichten der Stahlplatten 61 und 62 zwei Resonanzfrequenzen in Abhängigkeit von den zwei Arten der Stahlplatten 61 und 62 erzeugt werden und hierdurch der Spitzenwert zwischen den jeweiligen Resonanzfrequenzen angesiedelt bzw. verteilt wird.
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Auf diese Weise können bei dem Elektromotor/Generator 50 Vibrationen (Vibrationen bei Motorbetrieb), die beim rotationsmäßigen Antreiben des Elektromotors/Generators 50 auftreten, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen A und B unterdrückt werden, bei denen ein Stator verwendet wird, der durch Schichten nur einer einzigen Stahlplattenart gebildet ist.
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Wie vorstehend ausführlich beschrieben, ist bei dem Elektromotor/Generator 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Stator 60 durch Schichten der ersten Stahlplatten 61 und der zweiten Stahlplatten 62 gebildet, die aus einem identischen magnetischen Material hergestellt sind und eine identische Flächenform, jedoch unterschiedliche Dickenabmessungen aufweisen.
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Im Gegensatz zu einem Elektromotor/Generator (dem Vergleichsbeispiel A und dem Vergleichsbeispiel B), die einen durch Schichten von Stahlplatten mit identischer Dicke gebildeten Stator aufweisen, bei dem eine einzige Resonanzfrequenz erzeugt wird (so dass der Spitzenwert hoch ist), werden gemäß der Erfindung zwei Resonanzfrequenzen erzeugt, und auf diese Weise kann der Spitzenwert zwischen den jeweiligen Resonanzfrequenzen angesiedelt bzw. verteilt werden (so dass der Spitzenwert niedrig ist).
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Infolgedessen können Vibrationen vermindert werden, die beim rotationsmäßigen Antreiben des Elektromotors/Generators 50 erzeugt werden, und somit lassen sich Betriebsgeräusche reduzieren und solche Probleme, wie eine Verformung des Stators 60, unterdrücken.
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Unterschiede werden lediglich bei den Dickendimensionen der jeweiligen Stahlplatten gemacht, so dass somit Modifikationen bei den Spezifikationen des Elektromotors/Generators in einfacher Weise berücksichtigt werden können, und zwar unabhängig von dem Material, der Größe usw. der Stahlplatten.
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Außerdem können die Stahlplatten 61 und 62 unter Verwendung einer identischen Fertigungsstraße in einfacher Weise hergestellt werden, so dass eine Verbesserung bei der Ausbeute sowie eine weitere Reduzierung der Herstellungskosten des Elektromotors/Generators 50 ermöglicht sind.
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Weiterhin sind die ersten Stahlplatten 61 und die zweiten Stahlplatten 62 aus einem identischen magnetischen Material mit einer identischen Flächenform gebildet, und aus diesem Grund kann ein Analysevorgang (eine Analyseverarbeitung) hinsichtlich Vibrationen, die beim rotationsmäßigen Antreiben des Elektromotors/Generators auftreten, in einfacher Weise ausgeführt werden. Infolgedessen kann eine Verbesserung bei der Ausbildungseffizienz des Elektromotors/Generators erzielt werden.
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Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass nur die von dem ersten Ausführungsbeispiel verschiedenen Teile näher beschrieben werden.
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6 zeigt eine Perspektivansicht zur Erläuterung von Stahlplatten eines Stators, der in einem Elektromotor/Generator gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, in einer Explosionsdarstellung, und 7 zeigt eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Entstehung der Resonanzfrequenz bei dem Stator der 6.
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Ein Elektromotor/Generator (eine rotierende elektrische Maschine) 80 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels lediglich in der Schichtungskonstruktion der den Stator bildenden Stahlplatten.
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Wie in 6 gezeigt, weist ein den Elektromotor/Generator 80 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bildender Stator 81 eine Vielzahl von ersten Stahlplatten 82, eine Vielzahl von zweiten Stahlplatten 83 und eine Vielzahl von dritten Stahlplatten 84 auf. Die Stahlplatten 82 bis 84 sind jeweils mit einer im wesentlichen kreisförmigen Plattenform aus einem identischen magnetischen Material gebildet, wobei es sich z. B. um Silizium-Stahlplatten oder dergleichen handelt.
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Ferner sind die Stahlplatten 82 bis 84 mit einer identischen Flächenform ausgebildet, wenn der durch Schichten der Stahlplatten 82 bis 84 gebildete Stator 81 aus der Axialrichtung betrachtet wird. Die Dicke der ersten Stahlplatte 82 ist mit tc vorgegeben, die Dicke der zweiten Stahlplatte 83 ist mit td vorgegeben, und die Dicke der dritten Stahlplatte 84 ist mit te vorgegeben. Das Größenverhältnis derselben ist somit mit tc < td < te vorgegeben.
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Die Stahlplatten 82 bis 84 unterscheiden sich somit lediglich in der Dicke und sind in beliebiger Weise einzelnen nacheinander in einer unregelmäßigen Anordnung geschichtet, wie dies in 6 gezeigt ist, wie z. B. Stahlplatte 82, Stahlplatte 83, Stahlplatte 84, Stahlplatte 83, Stahlplatte 84, Stahlplatte 82, Stahlplatte 82, Stahlplatte 84, Stahlplatte 83, ....
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Stahlplatten 82 bis 84 ähnlich den Stahlplatten des ersten Ausführungsbeispiels jeweils einen ringförmigen Hauptkörperbereich 82a bis 84a sowie eine Vielzahl von Zahnbereichen 82b bis 84b aufweisen.
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Nach der Analyse der von dem Stator 81 erzeugten Vibrationen (Vibrationen im Motorbetrieb) wurden die in 7 in einer graphischen Darstellung gezeigten Resultate erzielt (Frequenz [Hz] gegenüber Beschleunigung [m/s2]). Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die ersten Stahlplatten 82 mit der Dicke tc, die zweiten Stahlplatten 83 mit der Dicke td und die dritten Stahlplatten 84 mit der Dicke te in beliebiger Weise aufeinander geschichtet.
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Aus diesem Grund ist ein Spitzenwert (Peak 2) der Resonanzfrequenz niedriger als ein Spitzenwert (fc) der Resonanzfrequenz, die sich bei einem Vergleichsbeispiel C (t = tc) mit einem Stator zeigt, der durch Schichten nur der ersten Stahlplatten 82 gebildet ist, niedriger als ein Spitzenwert (fd) der Resonanzfrequenz eines Vergleichsbeispiels D (t = td) mit einem Stator, der durch Schichten nur der zweiten Stahlplatten 83 gebildet ist, sowie niedriger als ein Spitzenwert (fe) der Resonanzfrequenz eines Vergleichsbeispiels E (t = te) mit einem Stator, der durch Schichten nur der dritten Stahlplatten 84 gebildet ist.
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Hierbei ist eine Reduzierungsbreite des Spitzenwerts (Peak 2) größer als bei dem in dem ersten Ausführungsbeispiel erzielten Spitzenwert (Peak 1). Der Grund dafür besteht darin, dass die Anzahl der Stahlplattenarten mit unterschiedlichen bzw. voneinander verschiedenen Dicken vergrößert ist, so dass drei Arten von Stahlplatten 82 bis 84 vorhanden sind.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Stahlplatten 82 bis 84 vorzugsweise in gleichen Anzahlen vorgesehen sind. Dabei kann der Spitzenwert unter den jeweiligen Resonanzfrequenzen im wesentlichen gleichmäßig verteilt werden, so dass der Spitzenwert (Peak 2) effektiv reduziert werden kann.
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Die Anzahl der geschichteten Arten von Stahlplatten ist jedoch nicht auf drei beschränkt, und es können auch zwei, vier oder mehr Arten von Stahlplatten in beliebiger Weise aufeinander geschichtet werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei unregelmäßiger (zufallsmäßiger) Schichtung von zwei Arten von Stahlplatten eine Stahlplatte (1) sowie eine Stahlplatte (2) in einer unregelmäßigen Anordnung geschichtet werden wie z. B. Stahlplatte (1), Stahlplatte (2), Stahlplatte (2), Stahlplatte (1), Stahlplatte (2), Stahlplatte (2), Stahlplatte (2), Stahlplatte (1), Stahlplatte (2), Stahlplatte (1).
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Wie vorstehend ausführlich beschrieben, werden mit dem Elektromotor/Generator 80 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnliche Wirkungen und Effekte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt. Ferner sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Stahlplatten 82 bis 84 beliebig geschichtet (unregelmäßig geschichtet), und daher müssen die Stahlplatten 82 bis 84 während der Montage nicht methodisch angeordnet werden. Der Vorgang zum Schichten der Stahlplatten 82 bis 84 lässt sich somit vereinfachen.
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Im folgenden werden ein drittes und ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass nur von dem ersten Ausführungsbeispiel verschiedene Teile erläutert werden.
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Die 8a und 8b zeigen Perspektivansichten zur Erläuterung von Stahlplatten von Rotoren gemäß dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung.
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Wie in 8a gezeigt, unterscheidet sich ein Elektromotor/Generator (eine rotierende elektrische Maschine) 90 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel von dem des ersten Ausführungsbeispiels lediglich in der Schichtungskonstruktion der den Rotor bildenden Stahlplatten.
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Ein Rotor 91, der einen Elektromotor/Generator 90 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bildet, besitzt erste ringförmige Stahlplatten 92 mit einer Dicke tf und zweite ringförmige Stahlplatten 93 mit einer Dicke tg (wobei zwischen diesen eine Relation von tf < tg vorhanden ist). Die ringförmigen Stahlplatten 92 und 93 sind jeweils abwechselnd in einer regelmäßigen Anordnung aufeinander geschichtet, wie z. B. ringförmige Stahlplatte 92, ringförmige Stahlplatte 93, ringförmige Stahlplatte 92, ringförmige Stahlplatte 93, ringförmige Stahlplatte 92, ....
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Mit dem Elektromotor/Generator 90 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung lassen sich ähnliche Wirkungen und Effekte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielen. Darüber hinaus ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel auch der Rotor 91 durch Schichten der ersten ringförmigen Stahlplatten 92 und der zweiten ringförmigen Stahlplatten 93 gebildet, die unterschiedliche Dickenabmessungen aufweisen, und somit können beim rotationsmäßigen Antreiben des Elektromotors/Generators 90 auftretende Vibrationen noch weiter vermindert werden.
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Wie in 8b gezeigt, weist ein Rotor 101, der einen Elektromotor/Generator (eine rotierende elektrische Maschine) 100 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bildet, eine Vielzahl von ersten ringförmigen Stahlplatten 102 (Dicke th), eine Vielzahl von zweiten ringförmigen Stahlplatten 103 (Dicke ti), eine Vielzahl von dritten ringförmigen Stahlplatten 104 (Dicke tj) und eine Vielzahl von vierten ringförmigen Stahlplatten 105 (Dicke tk) auf. Die Relation zwischen den Dickenabmessungen der ringförmigen Stahlplatten 102 bis 105 ist mit th < ti < tj < tk vorgegeben.
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Wie in der Zeichnung gezeigt, sind die ringförmigen Stahlplatten 102 bis 105 in beliebiger Weise jeweils einzeln in einer unregelmäßigen Anordnung geschichtet, wie z. B. ringförmige Stahlplatte 102, ringförmige Stahlplatte 103, ringförmige Stahlplatte 104, ringförmige Stahlplatte 105, ringförmige Stahlplatte 103, ringförmige Stahlplatte 105, ringförmige Stahlplatte 104, ringförmige Stahlplatte 102, ringförmige Stahlplatte 102, ....
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Mit dem Elektromotor/Generator 100 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, das die vorstehend beschriebene Ausbildung aufweist, lassen sich ähnliche Wirkungen und Effekte wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel erzielen.
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Darüber hinaus sind bei dem vierten Ausführungsbeispiel die jeweiligen ringförmigen Stahlplatten 102 bis 105 beliebig (unregelmäßig) geschichtet, und daher müssen die ringförmigen Stahlplatten 102 bis 105 während der Montage nicht methodisch angeordnet werden. Der Vorgang zum Zusammenbauen des Rotors 101 lässt sich somit im Vergleich zu dem dritten Ausführungsbeispiel vereinfachen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die Stahlplatten, die die Statoren der Elektromotoren/Generatoren 90 und 100 gemäß dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel bilden, in beliebiger Weise geschichtet werden können (siehe 6 des zweiten Ausführungsbeispiels). In diesem Fall kann zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Effekten eine Verbesserung dahingehend erzielt werden, dass der Stator noch einfacher zusammengebaut werden kann.
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Im folgenden wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass nur von dem ersten Ausführungsbeispiel verschiedene Teile erläutert werden.
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9 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung einer Stahlplatte eines Stators, der in einem Elektromotor/Generator gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
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Wie in 9 gezeigt, ist ein Stator 111 eines Elektromotors/Generators (einer rotierenden elektrischen Maschine) 110 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet, indem geteilte Stahlplatten 112 (von denen in der Zeichnung nur eine gezeigt ist) in Umfangsrichtung desselben angeordnet sind.
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Unter Verwendung von vier gleichen geteilten Stahlplatten 112 lässt sich der Stator 111 mit einer Ringform bilden, und zwar ähnlich der Ringform der Stahlplatten 61 und 62 (siehe 4) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die geteilte Stahlplatte 112 weist ebenfalls einen Hauptkörperbereich 112a und eine Vielzahl von Zahnbereichen 112b auf.
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Mit dem Elektromotor/Generator 110 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel mit der vorstehend beschriebenen Ausbildung lassen sich ähnliche Wirkungen und Effekte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzielen. Ferner können bei dem fünften Ausführungsbeispiel geteilte Stahlplatten mit unterschiedlichen Dickenabmessungen verwendet werden, und diese geteilten Stahlplatten können abwechselnd in Umfangsrichtung derselben angeordnet werden. In diesem Fall können beim rotationsmäßigen Antreiben des Elektromotors/Generators auftretende Vibrationen noch weiter unterdrückt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und im Rahmen der Erfindung können selbstverständlich verschiedene Modifikationen vorgenommen werden.
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Zum Beispiel werden bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Stahlplatten jeweils in einander abwechselnder Weise (regelmäßig) oder in beliebiger Weise (unregelmäßig) geschichtet, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist.
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Alternativ hierzu können z. B. Sätze aus fünf Stahlplatten bereitgestellt werden, so dass die Sätze der Stahlplatten (Stahlplattensätze) jeweils Satz für Satz entweder in einander abwechselnder Weise oder in beliebiger Weise geschichtet werden können.
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Ferner sind bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen Fälle beschrieben worden, bei denen die vorliegende Erfindung bei einem Hybridfahrzeug zum Einsatz kommt, die den (Verbrennungs-)Motor 20 und den Elektromotor/Generator 50, 80, 90, 100 und 110 aufweist, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann z. B. auch bei einem Elektrofahrzeug oder dergleichen zum Einsatz kommen, das nur einen Elektromotor/Generator als Antriebsquelle aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hybridantriebsvorrichtung
- 11
- Gehäuse
- 20
- (Verbrennungs-)Motor
- 30
- Antriebsmechanismus
- 31
- Drehmomentwandler
- 32
- Kupplungsmechanismus
- 33
- Getriebe
- 40
- Antriebswelle
- 50
- Elektromotor/Generator
- 60
- Stator
- 61
- erste Stahlplatten
- 61a
- ringförmiger Hauptkörper
- 61b
- Zahnbereiche
- 62
- zweite Stahlplatten
- 62a
- ringförmiger Hauptkörper
- 62b
- Zahnbereiche
- 63
- Wicklung
- 70
- Rotor
- 71
- ringförmige Stahlplatten
- 72
- Drehwelle
- 80
- Elektromotor/Generator
- 81
- Stator
- 82
- erste Stahlplatten
- 83
- zweite Stahlplatten
- 84
- dritte Stahlplatten
- 90
- Elektromotor/Generator
- 91
- Rotor
- 92
- erste ringförmige Stahlplatten
- 93
- zweite ringförmige Stahlplatten
- 100
- Elektromotor/Generator
- 101
- Rotor
- 102
- erste ringförmige Stahlplatten
- 103
- zweite ringförmige Stahlplatten
- 104
- dritte ringförmige Stahlplatten
- 105
- vierte ringförmige Stahlplatten
- 110
- Elektromotor/Generator
- 111
- Stator
- 112
- Stahlplatten
- 112a
- Hauptkörperbereich
- 112b
- Zahnbereiche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 60-022447 A [0006, 0007, 0007]
- JP 2010-057221 A [0009, 0009, 0012]
- JP 2000-224786 A [0011, 0011, 0013]
