DE102012220613A1

DE102012220613A1 - Drehende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102012220613A1
Application number: DE102012220613A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Aoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: CN103117604A; US20130119810A1; DE102012220613B4; JP2013106496A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine drehende elektrische Maschine bereit, die fähig ist, einen qualitativ hochwertigen und leistungsfähigen Maschinenbetrieb mit verringerten Schwingungen und verringertem Geräusch bereitzustellen, indem die Drehmomentwelligkeit verringert wird. Die drehende elektrische Maschine umfasst einen Stator mit mehreren Zähnen, die zu einem Rotor gerichtet sind, und mehreren Nuten, die Räume zum Wickeln von Spulen um die Zähne bieten. Der Rotor weist ein Paar von Dauermagneten auf, die darin eingebettet sind und in einer ”V”-förmigen Gestaltung angeordnet sind. Sechs Nuten jedes Satzes der mehreren Nuten sind zu einem Magnetpol, der durch die Dauermagnete jedes Paars und die benachbarten Flussbarrieren gebildet ist, gerichtet. Die mehreren Zähne umfassen lange Zähne und kurze Zähne. Der Abstand xL zwischen jedem der langen Zähne und dem Rotor und der Abstand xS zwischen jedem der kurzen Zähne und dem Rotor erfüllen die Bedingung 0,1 ≤ (xS – xL)/xL ≤ 0,3.

Description

Verwandte Anmeldung
Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität der am 16. November 2011 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-250879 , deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme nnung aufgenommen wird, in Anspruch.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine und genauer eine elektrische Maschine mit Dauermagneten, die fähig ist, als Elektromotor zu wirken, der einen qualitativ hochwertigen Antrieb bereitstellt.
Allgemeiner Stand der Technik
Drehende elektrische Maschinen müssen bei verschiedenen Arten von Einrichtungen, in denen sie verwendet werden, unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel ist es nötig, dass eine elektrische Maschine als drehzahlvariabler Motor über einen weiten Bereich hinweg wie auch als Motor mit einem hohen Drehmoment für einen Betrieb mit einer geringen Umdrehungsgeschwindigkeit wirkt, wenn sie als Fahrmotor in einem Hybridelektrofahrzeug (HEV) mit einem Verbrennungsmotor oder einem Elektrofahrzeug (EV) als Antriebsquelle verwendet wird.
Es wurde vorgeschlagen, dass eine elektrische Maschine mit derartigen Eigenschaften aufgebaut wird, indem ein Aufbau mit eingebetteten Dauermagneten (IPM) eingesetzt wird, bei dem mehrere Paare von Dauermagneten auf eine solche Weise in einen Rotor eingebettet sind, dass die Magnete jedes Paares in einer ”V”-förmigen Gestaltung, die sich zu dem Rotorumfang hin öffnet, angeordnet sind, da es vorteilhaft ist, einen Aufbau zu verwenden, der das Reluktanzdrehmoment wirksam zusammen mit dem magnetischen Drehmoment nutzen kann (siehe z. B. das Patentliteraturbeispiel 1).
Bei einer drehenden elektrischen Maschine mit einem derartigen IPM-Aufbau sind mehrere Paare von Dauermagneten auf eine solche Weise in einen Rotor eingebettet, dass die Dauermagnete jedes Paares in einer ”V”-förmigen Gestaltung angeordnet sind, um q-Achsen-Kraftlinienwege zu bewahren, um das Reluktanzdrehmoment wirksam zu nutzen. Dies erhöht das Verhältnis des Reluktanzdrehmoments zu dem magnetischen Drehmoment und auch das Ausgeprägtheitsverhältnis (Ld/Lq), ein Verhältnis zwischen der Induktivität in der d-Achse und der Induktivität in der q-Achse, was dazu führt, dass die räumlichen Oberschwingungen höherer Ordnung vermehrt dazu neigen, die Flusswellenform zu überlappen. Die d-Achse ist mit einer Richtung des durch Magnetpole erzeugten Flusses ausgerichtet und wirkt als Mittelachse zwischen jedem Paar von Dauermagneten, die in der ”V”-Form angeordnet sind, während die q-Achse elektrisch und magnetisch in einem Winkel von 90 in elektrischen Graden von der d-Achse angeordnet ist und als Mittelachse zwischen den benachbarten Magnetpolen (d. h., den benachbarten Paaren von Dauermagneten) wirkt.
Dies verursacht in einer derartigen drehenden elektrischen Maschine eine hohe Drehmomentwelligkeit, d. h., den Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Drehmoment während einer Umdrehung. Die hohe Drehmomentwelligkeit verursacht einen Anstieg der Schwingungen der Maschine und des elektromagnetischen Geräuschs. Es ist insbesondere erwünscht, dass das elektromagnetische Geräusch so weit als möglich verringert wird, da es (einem) Insassen in einem Fahrzeug mit der elektrischen Maschine als elektrischem Antrieb aufgrund einer verhältnismäßig hohen Frequenz des elektromagnetischen Geräuschs im Vergleich zu dem Geräusch, das bei einem Antrieb eines Verbrennungsmotors erzeugt wird, ein unangenehmes Geräusch vermittelt.
Andererseits wird ein höchst leistungsfähiger Antrieb durch die drehende elektrische Maschine verlangt, um eine gewünschte Antriebskraftleistungsfähigkeit bei einem geringeren Stromverbrauch zu erzeugen, doch kommt es zu einem Schwingungsverlust, wodurch eine Verringerung der Leistungsfähigkeit verursacht wird.
Um nicht nur Beschränkungen hinsichtlich des Laderaums, sondern auch jüngsten Wünschen nach einer Verbesserung der Energieumwandlungsleistungsfähigkeit (Verbrauch) in Hybrid- und Elektrofahrzeugen nachzukommen, besteht ein zunehmender Wunsch nach einer leichtgewichtigen Ausführung und einer Miniaturisierung bei drehenden elektrischen Maschinen, die fähig sind, eine Ausgangsleistung mit einer hohen Energiedichte bereitzustellen. Eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit ist wirksam, um ein Ruckeln und abnorme Schwingungen zu steuern und ein sanftes Beschleunigungsleistungsverhalten bereitzustellen, da zum Beispiel eine Notwendigkeit besteht, über einen gewöhnlich verwendeten Bereich zum Fahren eines Fahrzeugs auf der Straße einen höchst leistungsfähigen Antrieb bereitzustellen.
Es ist sehr schwierig, eine Miniaturisierung als Einzeleinheiten mit einer verbesserten Leistungsfähigkeit, einem verringerten elektromagnetischen Geräusch und einer geringen Drehmomentwelligkeit zu kombinieren, da in drehenden elektrischen Maschinen (Motoren) eine Neigung zur Zunahme des elektromagnetischen Geräuschs und eine Neigung zur Abnahme der Leistungsfähigkeit besteht, die durch das Auftreten einer Drehmomentwelligkeit je nach der Erhöhung der Ausgangsleistungsdichte pro Volumeneinheit verursacht werden, doch nimmt die Nachfrage nach einer leichtgewichtigen Ausführung und einer Miniaturisierung zu.
Um ein geringes elektromagnetisches Geräusch und eine geringe Drehmomentwelligkeit zu verwirklichen, wird vorgeschlagen, einen Rotor in der Achsenrichtung zu teilen, um einem der benachbarten Paare von Dauermagneten zu gestatten, eine winkelig verdrehte Positionsbeziehung mit dem anderen anzunehmen, oder einen schrägen Winkel zu verleihen (siehe z. B. das Patentliteraturbeispiel 2).
Die oben erwähnte Maßnahme der Verleihung eines schrägen Winkels in einer drehenden elektrischen Maschine verursacht nicht nur einen Anstieg der Montagekosten und dadurch einen Anstieg der Herstellungskosten, sondern auch einen Unterschied an Grenzflächen der benachbarten Paare von Dauermagneten und eine Verschlechterung der Rate der Magnetisierung an den Grenzflächen, was verursacht, dass die Dauermagnete ihre Magnetflussdichte verringern. Als Ergebnis fällt das Antriebsdrehmoment, das durch die drehende elektrische Maschine erzeugt werden soll.
Dies ist der Grund dafür, warum verschiedene andere Ideen als die Maßnahme zum Vorsehen eines schrägen Winkels vorgeschlagen werden, um ein geringes elektromagnetisches Geräusch und eine geringe Drehmomentwelligkeit zu verwirklichen. Sie umfassen einen Ansatz zur Abwandlung eines Luftspalts zwischen einem Rotor und einem Stator, der den Rotor umgibt, auf eine solche Weise, dass ein Luftspaltabstand an einer Position, an der jede p-Achse den Luftspalt schneidet, zum Beispiel durch Abwandeln der Form des Rotorumfangs auf eine solche Weise, dass der Rotorumfang an jedem Magnetpol eine gewölbte Form wie eine ”Blütenblatt”form aufweist, größer als Luftspaltabstände an den anderen Positionen ist (siehe zum Beispiel die Patentliteraturbeispiele 1, 3 und 4).
In drehenden elektrischen Maschinen, die in den Patentliteraturbeispielen 1, 2 und 4 beschrieben sind, nimmt eine Induktivität an jeder p-Achse, die als Magnetachse eines der Magnetpole, die durch Dauermagnete an einem Rotor erzeugt sind, dient, zu, da ein Luftspalt breit ist, was nicht nur einen Abfall des Ausgeprägtheitsverhältnisses und einen Abfall des Drehmoments, sondern auch eine Abnahme der Maschinenleistungsfähigkeit verursacht.
Dokumente des Stands der Technik
Patentliteraturbeispiele

Patentliteraturbeispiel 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-99418 (P2008-99418A)
Patentliteraturbeispiel 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-304546 (P2006-304546A)
Patentliteraturbeispiel 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-197292 (P2000-197292A)
Patentliteraturbeispiel 4: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-312591 (P2007-312591A)

Kurzdarstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine drehende elektrische Maschine bereitzustellen, die fähig ist, einen qualitativ hochwertigen und leistungsfähigen Maschinenbetrieb mit verringerten Schwingungen und verringertem Geräusch bereitzustellen, indem jeglicher Abfall des Drehmomentabtriebs verhindert wird und die Drehmomentwelligkeit verringert wird.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine drehende elektrische Maschine bereitgestellt, die einen Rotor mit einer Rotorwelle, die auf einer Rotorachse angeordnet ist, und einen Stator, der den Rotor drehbar aufnimmt, umfasst,
wobei der Stator mehrere Zähne, die sich zu einer äußeren Umfangsfläche des Rotors erstrecken und an inneren Umfangsflächen, welche zu der Umfangsfläche des Rotors gerichtet sind, enden, und mehrere Nuten jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen, die Räume für das Wickeln von Spulen um die Zähne für die Einspeisung von elektrischer Antriebsenergie bieten, umfasst,
wobei der Rotor mehrere darin eingebettete Dauermagnete umfasst, um eine Magnetkraft auf jene Oberflächenabschnitte der Zähne wirken zu lassen, die den Dauermagneten gegenüberliegen,
wobei der Rotor in dem Stator durch ein Reluktanzdrehmoment, das von dem Magnetfluss stammt, der durch die Zähne, die hintere Seitenfläche der Zähne und den Rotor verläuft, wenn ein Strom durch die Spulen verläuft, und ein magnetisches Drehmoment in der Form einer Anziehung und einer Abstoßung, das von einer Interferenz mit den Dauermagneten stammt, drehend angetrieben wird,
wobei der magnetische Widerstand zwischen einer inneren Umfangsfläche pro Zahn der mehreren Zähne und der äußeren Umfangsfläche des Rotors dann, wenn ein Satz von Dauermagneten der mehreren Dauermagnete mit einem Satz von Nuten der mehreren Nuten übereinstimmt und einen Magnetpol bildet, auf eine solche Weise abgeändert wird, dass die Drehmomentschwankung pro Zahn der mehreren Zähne bei der relativen Bewegung des einen Magnetpols zu dem Satz der Nuten reguliert wird.
Zusätzlich zu den Angaben durch den ersten Gesichtspunkt umfassen die mehreren Zähne nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung derart Zähne mit zwei Arten von Längen, dass jeder zweite Zahn der mehreren Zähne von einer der beiden Arten ist, und ein benachbarter Zahn von der anderen der beiden Arten ist.
Zusätzlich zu den Angaben durch den zweiten Gesichtspunkt ist der eine Magnetpol in dem Rotor nach einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung durch derartiges Einbetten des einen Satzes von Dauermagneten gebildet, dass die Dauermagnete eines Paares in einer ”V”-förmigen Gestaltung angeordnet sind, die sich zu der äußeren Umfangsfläche des Rotors hin öffnet, die Anzahl der Nuten des einen Satzes des Stators sechs beträgt, und die mehreren Zähne lange erste Zähne und kurze zweite Zähne umfassen wobei jeder der ersten langen Zähne und jeder der zweiten kurzen Zähne die folgende Bedingung erfüllt: 0,1 ≤ d/D1 ≤ 0,3 wobei D1 der Luftspaltabstand zwischen einer inneren Umfangsfläche eines jeden der ersten langen Zähne und der äußeren Umfangsfläche des Rotors ist, D2 der Luftspaltabstand zwischen einer inneren Umfangsfläche eines jeden der zweiten kurzen Zähne und der äußeren Umfangsfläche des Rotors ist, und d der Unterschied zwischen den Abständen D2 und D1 (D2 – D1) ist.
Nach dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die Drehmomentschwankung bei der relativen Bewegung eines Magnetpols zu dem Stator, die verursacht wird, indem der Magnetfluss, der während der Erregung der Spulen an dem Stator erzeugt wird, von den Statorzähnen zu dem Rotor verläuft, reguliert, indem der magnetische Widerstand pro Zahn, der zu dem einen Magnetpol gerichtet ist, abgeändert wird. Dies macht es leicht, die Drehmomentschwankung, die durch die Weitergabe des Magnetflusses pro Zahn zu dem Rotor erzeugt wird, zu regulieren. Beispielsweise kann die Drehmomentwelligkeit durch allmähliches Ändern des Drehmoments verringert werden. Als Ergebnis wird ein qualitativ hochwertiger und leistungsfähiger Maschinenbetrieb mit verringerten Schwingungen und verringertem Geräusch und gleichzeitig mit verringerten Verlusten bereitgestellt.
Nach dem vorhergehenden zweiten Gesichtspunkt sind Statorzähne mit zwei Arten von Längen so angeordnet, dass jeder zweite Zahn kürzer als ein benachbarter Zahn ist. Als Ergebnis wird ein qualitativ hochwertiger Maschinenbetrieb mit verringerten Schwingungen und verringertem Geräusch bereitgestellt und wird gleichzeitig ein höchst leistungsfähiger Maschinenbetrieb mit verringerten Verlusten bereitgestellt, da die Drehmomentwelligkeit und dergleichen wirksam verringert oder abgemildert sind.
Nach dem vorhergehenden dritten Gesichtspunkt erfüllt dann, wenn ein Magnetpol der Dauermagnete eines jeden Paars einem Satz von sechs Nuten entspricht, jeder der ersten langen Statorzähne und jeder der zweiten kurzen Statorzähne die Bedingung 0,1 ≤ d/D1 ≤ 0,3, wobei D1 der Abstand von jedem der ersten Statorzähne zu dem Rotor ist, D2 der Abstand von jedem der zweiten Statorzähne zu dem Rotor ist, und d der Unterschied zwischen den Abständen D2 und D1 ist (D2 – D1). Dies führt ebenfalls zur Bereitstellung eines qualitativ hochwertigen Maschinenbetriebs mit verringerten Schwingungen und verringertem Geräusch und gleichzeitig zu einem höchst leistungsfähigen Maschinenbetrieb mit verringerten Verlusten, da die Drehmomentwelligkeit und dergleichen wirksam verringert oder abgemildert sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht, die eine Ausführung einer drehenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein Überblick über ihren Gesamtaufbau gezeigt ist.
2 ist eine Draufsicht, die Magnetfluss-Fließmuster zeigt, die durch einen Stator der Maschine erzeugt werden, wenn ein Rotor der Maschine keine Magnetpole aufweist.
3 ist eine graphische Darstellung einer Magnetflusswellenform, die eine Lösung zur Erfüllung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4 ist eine graphische Darstellung einer Drehmomentwellenform, die die Lösung zur Erfüllung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine Draufsicht, die die baulichen Anforderungen der Ausführungsform zeigt.
6 ist eine bruchstückhafte vergrößerte Draufsicht eines Modells für die baulichen Anforderungen der Ausführungsform.
7 ist eine graphische Darstellung, die verwendet wird, um die baulichen Anforderungen zu bestimmen.
8 ist eine graphische Darstellung, die verwendet wird, um die Wirkungen der baulichen Anforderungen zu bestätigen.
9 ist eine von 8 verschiedene graphische Darstellung, die verwendet wird, um die Wirkungen der baulichen Anforderungen zu bestätigen.
10 ist eine von 8 und 9 verschiedene graphische Darstellung, die verwendet wird, um die Wirkungen der baulichen Anforderungen zu bestätigen.
Beschreibung einer Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird nachstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konkret erklärt. 1 bis 10 zeigen eine Ausführungsform einer drehenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 weist eine drehende elektrische Maschine (ein Motor) 10 ein gutes Leistungsverhalten zur Verwendung als Antriebsquelle auf eine einem Verbrennungsmotor ähnliche Weise oder als Radnabenantriebseinheit in, zum Beispiel, einem Hybridelektrofahrzeug oder einem Elektrofahrzeug auf, und sie umfasst einen Stator 11, der in einer zylinderförmigen Gestaltung ausgeführt ist, und einen Rotor 12, der durch eine Rotorwelle 13 auf eine solche Weise drehbar in dem Stator 11 aufgenommen ist, dass sich der Rotor 12 auf einer Rotorachse befindet, die mit einer Achse für den Stator 11 übereinstimmt.
Bei einem Luftspalt G zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 12 umfasst der Stator 11 Nuten 18, die sich durch einen inneren kreisförmigen Rand zu der Rotorachse hin erstrecken, wobei durch die Nuten 18 mehrere Zähne 15 definiert werden. Die Statorzähne 15 erstecken sich in radialen Richtungen zu der Rotorachse hin, wobei ihre Enden mit dem Luftspalt G dazwischen zu einer äußeren kreisförmigen Umfangsfläche 12a des Rotors 12 gerichtet sind. Die Statorzähne 15 sind so umwickelt, dass eine dreiphasige verteilte Wicklung (nicht gezeigt) bereitgestellt wird, um Spulenwicklungen zu bilden, die dazu gestaltet sind, Fließmuster zu induzieren, um ein dem Rotor 12 vermitteltes Rotordrehmoment zu erzeugen.
Der Rotor 12 ist ein Rotor mit eingebetteten Dauermagneten (IPM), worin mehrere Sätze (bei diesem Beispiel Paare) von Dauermagneten 16 auf eine solche Weise eingebettet sind, dass die Magnete jedes Satzes ein Paar von Dauermagneten 16 umfassen, das in einer ”V”-förmigen Gestaltung angeordnet ist, welche sich zu seiner äußeren kreisförmigen Umfangsfläche 12a hin öffnet. Der Rotor 12 ist mit mehreren Paaren von Bohrungen 17 ausgeführt, die in einer ”V”-förmigen Gestaltung angeordnet sind, welche sich zu der äußeren kreisförmigen Umfangsfläche 12a hin öffnet, und sich in der Achsenrichtung durch den Rotor 12 erstrecken. Die Bohrungen 17 jedes Paars umfassen ein Paar von Bohrungsabschnitten 17a, worin die Dauermagnete 16 jedes Paars, die tafelförmige Magnete sind, untergebracht sind und unbeweglich gehalten werden, wobei ihre Eckenabschnitte 16a jeweils in die beiden benachbarten abgewinkelten Innenwände, die den entsprechenden Bohrungsabschnitt 17a definieren, eingesetzt sind und in einer Fläche-an-Fläche liegenden Beziehung gehalten werden. Jede der Bohrungen 17 umfasst zwei Raumabschnitte 17b, die sich an den entgegengesetzten Seiten der entsprechenden tafelförmigen Magnete 16 befinden und in einer Breitenrichtung des Magnets 16 beabstandet sind, um als Flussbarriere zur Beschränkung eines Kriechflusses (nachstehend als ”Flussbarrieren” bezeichnet) zu wirken. Die Bohrungen 17 jedes Paares sind mit einer zentralen Brücke 20 versehen, die die Dauermagnete 16 des zugehörigen Paares verbindet, um die Dauermagnete 16 gegen die Zentrifugalkraft bei Hochgeschwindigkeitsumdrehungen des Rotors 12 in einer passenden Position zu behalten.
Bei dieser drehenden elektrischen Maschine 10 sind die Statorzähne 15 winkelig voneinander entfernt, um derart Räume, als die Nuten 18, zur Aufnahme von Spulenwicklungen bereitzustellen, dass sechs Statorzähne 15 mit dem entsprechenden der acht Sätze von Dauermagneten 16 zusammenwirken, mit anderen Worten, sechs (6) Nuten 18 zu einem der acht Sätze von Dauermagneten 16 gerichtet sind. Aus diesem Grund ist die drehende elektrische Maschine so gestaltet, dass sie als 8-Pol-48-Nut-Dreiphasen-IPM-Motor wirkt, der acht (8) Magnetpole (vier Paare von Magnetpolen) für acht (8) Sätze von Dauermagneten 16, worin die N-Pole und die S-Pole der Dauermagnete 16 jedes Satzes in Bezug auf jene des benachbarten Satzes um 180 Grad in mechanischen Graden gedreht sind, und achtundvierzig (48) Nuten 18, die Spulenwicklungen aufnehmen, welche durch eine einphasige verteilte Wicklung unter Verwendung von sechs (6) Nuten 18, die fünf (5) Statorzähne 15 definieren, gebildet sind, umfasst. Die veranschaulichte Beschriftung N und S wird in dieser Erklärung zur Bequemlichkeit verwendet, befindet sich aber nicht auf den Oberflächen der Bestandteile.
Dieser Aufbau verursacht, dass die drehende elektrische Maschine 10 den Rotor 12 und die Rotorwelle 13 antreibt, wenn die Spulenwicklungen in den Nuten 18 so erregt werden, dass Magnetfluss-Fließmuster von den Statorzähnen 15 von der äußeren kreisförmigen Umfangsfläche 12a einwärts in den Rotor 12 verlaufen, da durch das magnetische Drehmoment, das von der Anziehung und der Abstoßung durch die Wechselwirkung der Magnetfluss-Fließmuster mit den Fluss-Fließmustern für die Magnetpole der Dauermagnete 16 jedes Satzes stammt, und zusätzlich durch das Reluktanzdrehmoment, das dazu neigt, die Magnetflusswege für die Magnetfluss-Fließmuster von dem Stator 12 auf ein Mindestmaß zu verringern, ein Rotordrehmoment erzeugt wird.
Wie in 2 weist die drehende elektrische Maschine 10 die in den Nuten 18 untergebrachten und durch die verteilte Wicklung gebildeten Spulenwicklungen auf, um für jeden von mehreren Sätzen von Statorzähnen 15, die einem der Magnetpole für die mehreren Paare von Dauermagneten 16 entsprechen, ein Fluss-Fließmuster, das verteilte Kraftlinienwege beinhaltet, von dem Stator 11 in den Rotor 12 bereitzustellen. Die V-förmigen Bohrungen 17 jedes Paars für die Dauermagnete 16 erstrecken sich entlang der Kraftlinienwege oder, mit anderen Worten, auf eine solche Weise, dass die Bildung dieser Kraftlinienwege nicht gestört wird. Es wird bemerkt, dass in einem Herstellungsprozess des Stators 11 und des Rotors 12 Schichtungen aus Magnetstahl wie etwa Siliziumstahl oder dergleichen in einer gestapelten axialen Beziehung in einer passenden Dicke für ein gewünschtes Abtriebsdrehmoment angeordnet werden und durch Befestigungsschrauben unter Verwendung von Gewindelöchern 19 befestigt werden.
Wenn nun die drehende elektrische Maschine 10, die den IPM-Aufbau einsetzt, bei dem die Dauermagnete 16 in den Rotor 12 eingebettet sind, betrachtet wird, kann die Schwankung des Magnetflusses in einem Zahn der Statorzähne 15 des Stators durch eine in 3 gezeigte Rechteckwellenform angenähert werden. Eine Überlagerung dieser grundlegenden Magnetflusswelle und räumlicher Oberschwingungen einer niedrigen Ordnung, der fünften (5.) und der siebenten (7.) Harmonischen, sind ein Faktor, der nicht nur die Schwingungen und das Geräusch, die die Fahrzeuginsassen empfinden, sondern auch Eisenverluste und eine Abnahme der Maschinenbetriebsleistungsfähigkeit, die von einem durch eine hohe Drehmomentwelligkeit (d. h., den Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Drehmoment während einer Umdrehung) erzeugten Verlust als Wärmeenergie stammt, beeinflusst. Das Unterdrücken der räumlichen Oberschwingungen verringert die Eisenverluste, so dass die Maschinenbetriebsleistungsfähigkeit in Bezug auf den Eingang an elektrischer Energie verbessert wird, da der Hystereseverlust das Produkt aus der Frequenz und der Magnetflussdichte ist, und ein Wirbelstromverlust das Produkt aus dem Quadrat der Frequenz und der Magnetflussdichte ist. Im Hinblick auf 4, bei der die senkrechte Achse den Magnetfluss darstellt und die waagerechte Achse die Zeit darstellt, nähert sich die veranschaulichte Rechteckwellenform der Schwankung des Magnetflusses in einem Zahn der Statorzähne 15 über einen Zyklus T (4L1 + 2L2) in elektrischen Graden, in dem für eine Dauer L1 kein Magnetfluss durch den Zahn verläuft und für eine Dauer L2 der ersten Hälfte des Zyklus T ein Magnetfluss mit einer Amplitude vorwärts durch den Zahn verläuft und für die Dauer L2 der zweiten Hälfte des Zyklus T rückwärts durch den Zahn verläuft, an.
Das elektromagnetische Geräusch von dem Motor (der drehenden elektrischen Maschine) wird durch eine Schwingung des Stators erzeugt, die durch eine auf den Stator wirkende elektromagnetische Kraft verursacht wird. Als elektromagnetische Kraft, die auf den Stator wirkt, gibt es die radiale elektromagnetische Kraft, die von der magnetischen Kopplung zwischen dem Rotor und dem Stator stammt, und die winkelige elektromagnetische Kraft, die von dem Drehmoment stammt. Wenn die radiale elektromagnetische Kraft, die auf jeden der Statorzähne 15 wirkt, bei einem den Motor annähernden linearen Magnetkreis betrachtet wird, können die radiale elektromagnetische Kraft fr und die magnetische Energie W in den folgenden Formeln (1) und (2) als W = 1 / 2ø²Rg = 1 / 2(B·S)²· x / μS = 1 / 2μB²·x·S (1) fr = ∂W / ∂x = 1 / 2μB²S ∂ / ∂x(x) = 1 / 2μB²S (2) ausgedrückt werden, wobei ø der Magnetfluss ist, W die magnetische Energie ist, fr die radiale elektromagnetische Kraft ist, Rg der magnetische Widerstand ist, B die Magnetflussdichte ist, S ein Bereich ist, durch den der Magnetfluss verläuft, x der Luftspalt(G)abstand ist, und ε die Durchlässigkeit auf dem Kraftlinienweg ist.
Wenn räumliche Oberschwingungen in Betracht gezogen werden, kann die Flussdichte wie in der folgenden Formel (3) gezeigt ausgedrückt werden, und demzufolge ist die Überlagerung der grundlegenden und der räumlichen Oberschwingungen ein Faktor, der die radiale elektromagnetische Kraft fr erhöht, da die radiale elektromagnetische Kraft fr das Quadrat der Flussdichte B enthält. Eine sorgfältige Prüfung und Untersuchung durch den Erfinder hat bewiesen, dass ein Verringern der räumlichen Oberschwingungen die Drehmomentwelligkeit verringert, was zur Verwirklichung nicht nur einer Verringerung des elektromagnetischen Geräuschs des Motors, sondern auch einer verbesserten Maschinenbetriebsleistungsfähigkeit führt.
Die sorgfältige Prüfung und Untersuchung durch den Erfinder hat auch bewiesen, dass sich die Drehmomentwelligkeit in einem IPM-Dreiphasenmotor aus der 6f-ten (wobei f = 1, 2, 3, ...: eine natürliche Zahl ist) harmonischen Komponente bei θ in elektrischen Graden ergibt, was sich aus dem Kombinieren, in Bezug auf eine Phase für einen Magnetpol, von räumlichen Oberschwingungen mit zeitlichen Oberschwingungen, die in der Eingangsphasenstromversorgung enthalten sind, ergibt.
Genauer können der Dreiphasenausgang P(t) und das Drehmoment τ(t) durch die Ausdrücke in den folgenden Formeln (4) und (5) gegeben sein. P(t) = E_u(t)I_u(t) + E_v(t)I_v(t) + E_w(t)I_w(t) = ω_m·τ(t) (4) τ(t) = [E_u(t)I_u(t) + E_v(t)I_v(t) + E_w(t)I_w(t)]/ω_m (5) wobei ω_m die Winkelgeschwindigkeit ist; E_u(t), E_v(t) und E_w(t) die U-Phasen-, die V-Phasen- bzw. die W-Phasen-induzierte Spannung ist; und I_u(t), I_v(t) und I_w(t) der U-Phasen-, V-Phasen- bzw. W-Phasenstrom ist.
Das Dreiphasen-Drehmoment ist die Summe aus dem U-Phasen-, dem V-Phasen- und dem W-Phasen-Drehmoment. Unter der Annahme, dass m die Ordnung der harmonischen Komponente in dem Strom und n die Ordnung der harmonischen Komponente in der Spannung ist, kann die U-Phasen-induzierte Spannung E_u(t) wie in der folgenden Formel (6) geschrieben werden, und der U-Phasen-Strom I_u(t) wie in der folgenden Formel (7) geschrieben werden, und das U-Phasen-Drehmoment τ_u(t) durch den in der folgenden Formel (8) gezeigten Ausdruck gegeben sein.
Es ist wohlbekannt, dass die Phasenspannung E(t) und der Phasenstrom I(t) symmetrische Wellen sind, weshalb n und m nur ungerade Zahlen sind. Es ist ferner bekannt, dass die V-phasen-induzierte Spannung E_v(t) und der Strom I_v(t) für das V-Phasen-Drehmoment und die W-Phasen-induzierte Spannung E_w(t) und der Strom I_w(t) für das W-Phasen-Drehmoment um +2π/3 Radianten bzw. –2π/3 Radianten von der U-phasen-induzierten Spannung E_u(t) bzw. dem Strom I_u(t) für das U-Phasen-Drehmoment verschoben sind. Es ist ersichtlich, dass in dem Ausdruck des Drei-Phasen-Drehmoments nur Glieder mit dem Koeffizienten 6 zurückbleiben und alle anderen Glieder einander aufheben. Daraus folgt, dass das Drei-Phasen-Drehmoment τ(t) wie in der folgenden Formel (9) geschrieben werden kann.
wobei 6f = n ± m (f ist eine natürliche Zahl) ist, s = nα_n + mβ_m ist, und t = nα_n – mβ ist.
Aus der obigen Formel wurde klar, dass dann, wenn die Ordnung n der räumlichen Oberschwingungen, die in dem Fluss (der induzierten Spannung) enthalten sind, und die Ordnung m der zeitlichen Oberschwingungen, die in dem Phasenversorgungsstrom enthalten sind, kombiniert werden, damit sie die Zahl 6f ergeben, in dem Drei-Phasen-Wechselstrommotor Drehmomentwelligkeiten der 6f-ten Ordnung erzeugt werden, weil – da eine induzierte Spannung als die Zeitableitung eines Magnetflusses bekannt ist – die in der Induktionsspannung für jede Phase enthaltenen Oberschwingungen von der gleichen Ordnung wie die Oberschwingungen sind, die in einer Phase eines Magnetpolflusses der gleichen Phase enthalten sind.
Nun werden bei einer Überlagerung der Grundschwingung und der räumlichen Oberschwingungen der Ordnung n = 5, 7, 11, 13 beim Sinusapproximationsverfahren mit, zum Beispiel, nur einer zeitlichen Oberschwingung der Ordnung m = 1, die im Phasenstrom enthalten ist, in dem Drei-Phasen-Motor Drehmomentwelligkeiten erzeugt, da Drehmomentwelligkeiten erzeugt werden, wenn die Ordnung m der räumlichen Oberschwingung in der Magnetflusswellenform einer Phase für einen Magnetpol und der Ordnung m der zeitlichen Oberschwingung im Phasenstrom der gleichen Phase kombiniert werden, um die Bedingung, dass n ± m = 6f (f ist eine natürliche Zahl) zu erfüllen.
Bei der drehenden elektrischen Maschine 10 in der Form eines Dreiphasen-IPM-Motors, in dem zwölf (12) Nuten 18 zu einem der Magnetpole gerichtet sind, ist der magnetische Widerstand während eines Zyklus in elektrischen Graden an zwölf Stellen hoch, da die Permeanz von Luft in der Öffnung eines jeden der Nuten 18 (einem Spalt zwischen Kanten von zwei benachbarten Statorzähnen 15, um die Aufnahme einer Spule zu gestatten), um ein Fließen des Magnetflusses zuzulassen, gering ist. Der magnetische Widerstand an jedem der Nuten 18 an diesen zwölf Stellen verursacht eine Überlagerung der 11. und der 13. Ordnung der räumlichen Oberschwingungen (n = 11, 13) auf der Magnetflusswellenform. Diese räumlichen Oberschwingungen der 11. und der 13. Ordnung (n = 11, 13), die sogenannten ”Nutoberschwingungen”, können durch das Staffeln des Timings des magnetischen Widerstands in jeder der Nuten 18 durch Drehen der Dauermagnete 16 in Bezug auf die Rotorachse mit einem schrägen Winkel, der abhängig von einer axialen Position der Magnete 16 bestimmt wird, leicht verringert werden. Zur Vermeidung, dass den Dauermagneten 16 in dem Rotor 12 ein schräger Winkel verliehen wird, können die Nutoberschwingungen auf verschiedene andere Weisen verringert werden, einschließlich, zum Beispiel, des Anordnens eines Stifts aus elektrischem Stahl in der Öffnung jeder Nut, nachdem Spulen in die Nuten 18 eingebracht wurden, oder des Verengens der Breite der Nutffnung zur Verringerung des magnetischen Widerstands, um die Nutoberschwingungen zu verringern, oder des Einbringens von Antiphasen-Oberschwingungen in die Motorsteuerung, um die Nutoberschwingungen zu verringern. Auf diese Weise können die räumlichen Oberschwingungen der 11. und der 13. Ordnung leicht verringert werden.
Der Dreiphasen-IPM-Aufbau gestattet, dass eine Magnetflusswellenform durch einen Statorzahn verläuft, um eine wie in 3 gezeigte Rechteckwellenform anzunähern, und somit eine leichte Überlagerung der 5. und 7. räumlichen Oberschwingungen (der räumlichen Oberschwingungen, die jeweils die Ordnung n aufweisen, die, wenn sie mit der Ordnung m einer zeitlichen Oberschwingung kombiniert wird, 6f, als 6f = n ± m ausgedruckt, ergibt, wobei f eine natürliche Zahl ist und f in diesem Beispiel 1 ist), was es schwierig macht, diese räumlichen Oberschwingungen (Raumharmonische) zu verringern.
Nachdem die sich aus einer Simulation ergebende veranschaulichte Drehmomentwellenform pro ein Zyklus in elektrischen Graden betrachtet wurde, wird unter nun erfolgender Bezugnahme auf 4 festgestellt, dass der oben erwähnte Dreiphasen-IPM-Motor ein pulsierendes Drehmoment erzeugt, das das maximale Drehmoment A und das minimale Drehmoment B sechs Mal wiederholt. Nach Auswertung der Magnetflussdichteverteilung bei jedem Ereignis des maximalen Drehmoments A und des minimalen Drehmoments B wird festgestellt, dass sich der Magnetfluss pro Statorzahn 15 bei einem der Ereignisse des minimalen Drehmoments B im Pegel oder in der Dichte von dem zu einer anderen Zeit unterscheidet und die zu diesem Unterschied proportionale Überlagerung von räumlichen Oberschwingungen eine Zunahme der Drehmomentwelligkeiten verursacht.
Im Hinblick auf die Magnetflussdichteverteilung zu jeder der Zeiten B1 bis B6 der Ereignisse des minimalen Drehmoments B ist die Magnetflussdichte durch einen Statorzahn 15 während der Hälfte eines Zyklus größer oder höher als durch einen benachbarten Zahn, so dass der gleiche jeweils zweite Zahn pro jede Hälfte eines Zyklus einer solchen erhöhten Magnetflussdichte ausgesetzt ist, wie leicht aus 5 ersichtlich ist, die nur einen Zyklus in elektrischen Graden veranschaulicht. Daraus folgt, dass die zu dem Unterschied in der Magnetflussdichte zwischen jedem zweiten Zahn und einem benachbarten Zahn proportionale Überlagerung von räumlichen Oberschwingungen zu einer Zunahme der Drehmomentwelligkeiten führt. Hier entspricht ein Zyklus in elektrischen Graden (360°) dem Doppelten eines Magnetöffnungswinkels θ1 für einen Magnetpolöffnungswinkel der Dauermagnete 16 jedes Paars einschließlich der Flussbarrieren 17b. Bei der drehenden elektrischen Maschine 10 in der Form eines 8-Pol-48-Nut-Motors entspricht ein Zyklus des Rotors 12, d. h., eine Umdrehung um 360 in mechanischen Graden, vier Zyklen in elektrischen Graden, da ein Satz von sechs Nuten zu einem Magnetpol gerichtet ist und zwei der acht (8) Magnetpole einen Zyklus bilden.
Aus der vorhergehenden Beschreibung folgt, dass, um diesem jeden zweiten Zahn, der zu den Zeiten des minimalen Drehmoments B der erhöhten Magnetflussdichte ausgesetzt ist, zu entsprechen, die Länge jedes zweiten Zahns verkürzt wird, um einen Abstand x zwischen seiner inneren Umfangsfläche 15a und der äußeren Umfangsfläche 12a des Rotors 12 zu regulieren. Zum Beispiel wird die durch einen solchen jeden zweiten Zahn verlaufende Magnetflussdichte durch einen erhöhten magnetischen Widerstand verringert, der durch eine Erhöhung d des Abstands über den Luftspalt G, um die der Abstand xS (D2) über den Luftspalt G zwischen der äußeren Umfangsfläche 12a des Rotors und einem verkürzten Zahn (der als zweiter Zahn bezeichnet wird) 15S länger als der Abstand xL (D1) über den Luftspalt G zwischen der äußeren Umfangsfläche 12a des Rotors und einem verhältnismäßig langen Zahn (der als erster Zahn bezeichnet wird) 15L gemacht wird, verursacht wird. Mit anderen Worten umfassen die Statorzähne 15 Zähne mit zwei Arten von Längen, so dass jeder zweite Zahn kürzer als ein benachbarter Zahn ist.
Im Hinblick auf die Bestimmung der Länge eines jeden der kurzen Statorzähne 15S wird ein Verhältnis eines Unterschieds zwischen der Länge eines jeden der kurzen Statorzähne 15S und der Länge eines jeden der langen Statorzähne 15L, das als Zahnlängenschrumpfverhältnis bezeichnet wird (oder ein Verhältnis eines Unterschieds zwischen einem Luftspaltabstand xS von jedem der kurzen Statorzähne 15S zu der äußeren Umfangsfläche 12a des Rotors und einem Luftspaltabstand xL von jedem der langen Statorzähne 15L zu dem Luftspaltabstand xL, das als Luftspalterweiterungsverhältnis δ bezeichnet wird), durch eine elektromagnetische Feldanalyse unter Verwendung einer Finite-Elemente-Methode bestimmt, bei der die optimalen Bedingungen unter Verwendung des Luftspalterweiterungsverhältnisses δ (d/xL) als Parameter gefunden werden, wobei d der Unterschied zwischen dem Luftspaltabstand xS und dem Luftspaltabstand xL (d = xS – xL) ist.
Bei der elektromagnetischen Feldanalyse unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode wurde ein elektrischer IPM-Motor, der einen Stator mit Zähnen von ungleichmäßiger Länge umfasste, in Bezug auf einen herkömmlichen elektrischen IPM-Motor, der einen Stator mit Zähnen von gleichmäßiger Länge umfasste, bewertet, wobei sich nach der Erlangung eines als Drehmomentverhältnis bezeichneten Verhältnisses zwischen dem Drehmoment, das durch die Zähne von ungleichmäßiger Länge erzeugt wurde, und jenem, das durch die Zähne von gleichmäßiger Länge erzeugt wurde, eines als das Verhältnis der Harmonischen der 6. Ordnung bezeichneten Verhältnisses zwischen der Drehmomentkomponente der Harmonischen der 6. Ordnung, die durch die Zähne von ungleichmäßiger Länge erzeugt wurde, und jener, die durch die Zähne von gleichmäßiger Länge erzeugt wurde, und eines als das Verhältnis der Harmonischen der 12. Ordnung bezeichneten Verhältnisses zwischen der Drehmomentkomponente der Harmonischen der 12. Ordnung, die durch die Zähne von ungleichmäßiger Länge erzeugt wurde, und jener, die durch die Zähne von gleichmäßiger Länge erzeugt wurde, wie in der graphischen Darstellung von 7 gezeigte Ergebnisse ergaben. Wie aus der graphischen Darstellung von 7 leicht ersichtlich ist, sind alle erlangten Daten in Bezug auf das Luftspalterweiterungsverhältnis δ auf Basis von gegebenen Daten, wenn das Luftspalterweiterungsverhältnis δ null beträgt (δ = 0), dargestellt. Wenn das Verhältnis δ geringer als 10% ist, wird keine Wirkung in Bezug auf eine Verringerung bei der Harmonischen der 6. und der 12. Ordnung festgestellt; die Wirkung auf eine Verringerung bei der Harmonischen der 6. Ordnung verschwindet, wenn das Verhältnis δ gleich oder größer als 40% ist, und das erzeugte Drehmoment selbst fällt zusätzlich zu einem Anstieg bei der Harmonischen der 12. Ordnung, wenn das Verhältnis δ 30% übersteigt.
Es besteht eine Verringerung bei der 6. Harmonischen ohne jeglichen beträchtlichen Abfall des erzeugten Drehmoments, wenn das Luftspalterweiterungsverhältnis δ in einen wie durch die folgende Bedingung 1 angegebenen Bereich fällt; die 6. Harmonische kann weiter verringert werden, wenn das Luftspalterweiterungsverhältnis δ in einen wie durch die folgende Bedingung 2 angegebenen Bereich fällt; und die 6. Harmonische kann noch weiter verringert werden, wenn das Luftspalterweiterungsverhältnis δ in einen wie durch die folgenden Bedingungen angegebenen Bereich fällt: Bedingung 1: 10% ≤ δ(d/D) ≤ 30% Bedingung 2: 20% ≤ δ(d/D) ≤ 30% Bedingung 3: 25% ≤ δ(d/D) ≤ 30%.
Wie 8 deutlich zeigt, kann die 6. harmonische Komponente des Drehmoments, die aufgrund eines Gehalts an einer 5. räumlichen Oberschwingung und eines Gehalts an einer 7. räumlichen Oberschwingung, welche jeweils die 6. harmonische Komponente des Drehmoments in Überlagerung auf der induzierten Spannung verursachen, schwerer als die 12. harmonische Komponente des Drehmoments zu verringern ist, verringert werden, wenn die Länge eines jeden der kurzen Statorzähne 15S des Stators 11 in der drehenden elektrischen Maschine 10 so angepasst wird, dass das Luftspalterweiterungsverhältnis δ zum Beispiel in den wie durch die oben erwähnte Bedingung 3 angegebenen Bereich fällt.
Wie 9 deutlich zeigt, stellt die drehende elektrische Maschine 10 einen stabilisierten Drehmomentausgang bereit, der so angepasst ist, dass er sich allmählich verändert, da die Drehmomentwelligkeit, die im Fall der Verwendung von Statorzähnen 15 von gleichmäßiger Länge auftritt und dem Fahrer ein unbehagliches Gefühl vermittelt, ohne jeglichen schlechten Einfluss auf das Maximum und das Minimum des Drehmoments verringert wird.
Wie in 10 gezeigte Fourierreihenentwicklungen der Drehmomentwellenform deutlich zeigen, wird bei der Verringerung der 12. harmonischen Komponente des Drehmoments kein Unterschied beobachtet, doch kann die 6. harmonische Komponente des Drehmoments, die schwerer als die 12. harmonische Komponente des Drehmoments zu verringern ist, deutlicher verringert werden, wenn die Statorzähne in der drehenden elektrischen Maschine 10 nicht von gleichmäßiger Länge sind, als wenn sie von gleichmäßiger Länge sind.
Die Verringerung insbesondere der 6. harmonischen Komponente des Drehmoments in Überlagerung der grundlegenden Drehmomentwellenform ist schwierig, wenn die Statorzähne 15 des Stators 11 in der drehenden elektrischen Maschine 10 von gleichmäßiger Länge sind. Doch lediglich durch Ausführen jedes zweiten Statorzahns als kurzer Zahn 15S, wobei die Bedingung 10% ≤ δ(d/D) ≤ 30%, vorzugsweise die Bedingung 20% ≤ δ(d/D) ≤ 30% und insbesondere die Bedingung 25% ≤ δ(d/D) ≤ 30% erfüllt wird, wird eine wirksame Verringerung der Drehmomentwelligkeit bewerkstelligt.
Nach der vorliegenden Ausführungsform ist jeder zweite Zahn der Statorzähne 15 des Stators 11 ein kurzer Zahn 15S, der einen Luftspaltabstand xS definiert, welcher um ein Ausmaß in einem Bereich, der durch das Erweiterungsverhältnis δ (d/xL) = 10% bis 30% beschränkt ist, länger als ein durch einen benachbarten langen Zahn 15L definierter Luftspaltabstand xL ist. Dies verursacht eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit durch Verringern der 6. harmonischen Komponente des Drehmoments in Überlagerung auf der grundlegenden Drehmomentwellenform. Entsprechend stellt dies eine drehende elektrische Maschine bereit, die fähig ist, durch das Verringern der Drehmomentwelligkeit einen qualitativ hochwertigen und leistungsfähigen Maschinenbetrieb mit verringerten Schwingungen und verringertem Geräusch bereitzustellen.
Bei der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wird der Aufbau, bei dem mehrere Paare von Dauermagneten 16 auf eine solche Weise in einen Rotor 12 eingebettet sind, dass die Magnete eines jeden Paares in einer ”V”-förmigen Gestaltung angeordnet sind, als Beispiel erklärt. Diese vorliegende Ausführungsform ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern kann zum Beispiel auf eine Anordnung angewendet werden, bei der Dauermagnete auf eine solche Weise in einen Rotor 12 eingebettet sind, dass sie zu der Umfangsfläche 12a gerichtet sind, wobei die gleichen Wirkungen bereitgestellt werden.
Im Verlauf der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform, bei der eine drehende elektrische Maschine 10 in der Form eines 8-Pol-48-Nut-Motors als Beispiel herangezogen wurde, ist beschrieben, dass ein Zyklus eines jeden Paars von Magnetpolen 360 elektrischen Graden gleichwertig ist, doch beschränkt dies die vorliegende Erfindung nicht. Die vorliegende Erfindung kann durch Einsetzen von nur θ1 in elektrischen Graden im Bereich des wirksamen Magnetpolöffnungswinkels θ1 Anwendung in Motoren finden, die für jeden Magnetpol sechs (6) Nuten aufweisen, wie etwa in einem 6-Pol-36-Nut-, einem 4-Pol-24-Nut- oder einem 10-Pol-60-Nut-Motor.
Es ist nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Erfindung auf die veranschaulichte und beschriebene Ausführungsform zu beschränken. Es sollte sich verstehen, dass alle Abwandlungen, die (eine) gleichwertige Wirkung(en), auf die die vorliegende Erfindung abzielt, vollbringen, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Es sollte sich verstehen, dass hinsichtlich der Funktion und der Anordnung von Elementen verschiedenste Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem in den beiliegenden
Ansprüchen und ihren rechtlichen Entsprechungen dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gewerbliches Anwendungsgebiet
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, sollte sich verstehen, dass diese lediglich ein Beispiel ist und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken soll. Es sollte sich auch verstehen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen existiert, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: drehende elektrische Maschine
11: Stator
12: Rotor
12a: äußere Umfangsfläche
13: Rotorwelle
15: Statorzähne
15a: innere Umfangsfläche
15L: langer Statorzahn
15S: kurzer Statorzahn
16: Dauermagnet
16a: Eckenabschnitt
17: Bohrungen, die in einer ”V”-Form angeordnet sind
17b: Flussbarriere
18: Spalt
20: Nut
G: Luftspalt
xL, xS: Luftspaltabstände

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-250879 [0001]

Claims

Drehende elektrische Maschine, umfassend einen Rotor mit einer Rotorwelle, die auf einer Rotorachse angeordnet ist, und einen Stator, der den Rotor drehbar aufnimmt, wobei der Stator mehrere Zähne, die sich zu einer äußeren Umfangsfläche des Rotors erstrecken und an inneren Umfangsflächen, welche zu der Umfangsfläche des Rotors gerichtet sind, enden, und mehrere Nuten jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen, die Räume für das Wickeln von Spulen um die Zähne für die Einspeisung von elektrischer Antriebsenergie bieten, umfasst, wobei der Rotor mehrere darin eingebettete Dauermagnete umfasst, um eine Magnetkraft auf jene Oberflächenabschnitte der Zähne wirken zu lassen, die den Dauermagneten gegenüberliegen, wobei der Rotor in dem Stator durch ein Reluktanzdrehmoment, das von dem Magnetfluss stammt, der durch die Zähne, die hintere Seitenfläche der Zähne und den Rotor verläuft, wenn ein Strom durch die Spulen verläuft, und ein magnetisches Drehmoment in der Form einer Anziehung und einer Abstoßung, das von einer Interferenz mit den Dauermagneten stammt, drehend angetrieben wird, wobei der magnetische Widerstand zwischen einer inneren Umfangsfläche pro Zahn der mehreren Zähne und der äußeren Umfangsfläche des Rotors dann, wenn ein Satz von Dauermagneten der mehreren Dauermagnete mit einem Satz von Nuten der mehreren Nuten übereinstimmt und einen Magnetpol bildet, auf eine solche Weise abgeändert wird, dass die Drehmomentschwankung pro Zahn der mehreren Zähne bei der relativen Bewegung des einen Magnetpols zu dem Satz der Nuten reguliert wird.
Drehende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die mehreren Zähne derart Zähne mit zwei Arten von Längen umfassen, dass jeder zweite Zahn der mehreren Zähne von einer der beiden Arten ist, und ein benachbarter Zahn von der anderen der beiden Arten ist.
Drehende elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei der eine Magnetpol in dem Rotor durch derartiges Einbetten des einen Satzes von Dauermagneten gebildet ist, dass die Dauermagnete eines Paares in einer ”V”-förmigen Gestaltung angeordnet sind, die sich zu der äußeren Umfangsfläche des Rotors hin öffnet, die Anzahl der Nuten des einen Satzes des Stators sechs beträgt, und die mehreren Zähne lange erste Zähne und kurze zweite Zähne umfassen, wobei jeder der ersten langen Zähne und jeder der zweiten kurzen Zähne die folgende Bedingung erfüllt: 0,1 ≤ d/D1 ≤ 0,3 wobei D1 der Luftspaltabstand zwischen einer inneren Umfangsfläche eines jeden der ersten langen Zähne und der äußeren Umfangsfläche des Rotors ist, D2 der Luftspaltabstand zwischen einer inneren Umfangsfläche eines jeden der zweiten kurzen Zähne und der äußeren Umfangsfläche des Rotors ist, und d der Unterschied zwischen den Abständen D2 und D1 (D2 – D1) ist.