-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
-
Diese Anmeldung beansprucht unter 35 U.S.C. §119(a) den Nutzen der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2012-0143349 , eingereicht am 11. Dezember 2012, deren gesamter Inhalt hier als Referenz eingearbeitet ist.
-
HINTERGRUND
-
Bereich der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen elektrischen Motor, in welchem ein Permanentmagnet in einen Rotor eingebettet ist, und, spezieller ausgedrückt, auf einen Innenpermanentmagnet-Synchronmotor, in welchem ein Merkmal einer Einkehlung vom V-Typ, welche in dem Rotor gebildet ist, so verbessert ist, dass die Drehmomentwelligkeit und das daraus resultierende Geräusch bei einer niedrigen Geschwindigkeit signifikant reduziert sind.
-
Beschreibung des Standes der Technik
-
In jüngster Zeit haben aufgrund der wachsenden Bedenken bezüglich der übermäßigen Nutzung von fossilen Brennstoffen elektrische Einrichtungen mit hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsfähigkeit viel Aufmerksamkeit erhalten. Innerhalb dieser wurden umweltfreundliche Fahrzeuge, wie z. B. elektrische Fahrzeuge, hybridelektrische Fahrzeuge und ähnliche entwickelt, um die Emission von Gas zu reduzieren. Für den Gebrauch in derartigen umweltfreundlichen Fahrzeugen wird typischerweise ein Innenpermanentmagnet-Synchronmotor benutzt, und beständige Aufmerksamkeit gilt der Verbesserung der Gesamtkosten und des Betriebes. Die Struktur eines derartigen Innenpermanentmagnet-Synchronmotors ist so, dass ein Permanentmagnet in einem Rotor eingebettet ist. Derartige Motoren erfordern ein hohes Drehmoment und eine niedrige Drehmomentwelligkeit, und sie werden mit systematischen, optimierten Designs bzw. Ausgestaltungen bereitgestellt.
-
Bei einem derartigen herkömmlichen Innentyp-Motor verursacht die Drehmomentwelligkeit, dass bei niedriger Geschwindigkeit hochfrequentes Rauschen erzeugt wird, welches die Qualität eines Produktes herabsetzt. Demnach besteht eine Notwendigkeit für eine Struktur bzw. einen Aufbau, bei dem bei regenerativem Bremsen bei niedriger Geschwindigkeit die Drehmomentwelligkeit verringert wird, um so das Rauschen zu reduzieren.
-
Als eine Lösung für dieses Problem ist ein Rotor für einen hybridangetriebenen Motor bereitgestellt worden. In diesem Motor ist innerhalb eines Stators ein ringförmiger Grundkörper angeordnet, welcher einen Kern besitzt, um welchen eine Leistung zuführende Spule gewickelt ist. Eine Permanentmagneteinheit ist in dem ringförmigen Grundteil eingebettet und besitzt ein Paar von getrennten linken und rechten Permanentmagneten, und eine sektionale Rille vom U-Typ ist in einem Teilbereich des ringförmigen Grundteils eingelassen, in welchen das Paar der Permanentmagneten nicht eingebettet ist. Jedoch reduziert diese Technik nicht das hochfrequente Geräusch, welches durch die Drehmomentwelligkeit bei niedriger Geschwindigkeit in dem Motor verursacht ist, und damit besteht noch eine Notwendigkeit, einen Motor bereitzustellen, welcher das Hochfrequenzgeräusch reduziert.
-
Die Beschreibung bezüglich des Standes der Technik wird nur für das Verständnis des Hintergrundes der Erfindung bereitgestellt und sollte deshalb von Fachleuten nicht als dem Stand der Technik zuzuordnend gedeutet werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Entsprechend wurde die vorliegende Erfindung durchgeführt, wobei die obigen Probleme beachtet wurden, welche beim Stand der Technik auftreten, und die vorliegende Erfindung soll eine Innenpermanentmagnet-Synchronmotor bereitstellen, in welchem eine Einbuchtung vom V-Typ in einem Rotor gebildet ist, um signifikant die Drehmomentwelligkeit und das daraus resultierende Geräusch bei niedrigen Geschwindigkeiten zu reduzieren.
-
Um die obige Aufgabe entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird ein Innenpermanentmagnet-Synchronmotor bereitgestellt, in welchem eine Einbuchtung vom V-Typ an einer äußeren Oberfläche eines Rotors bereitgestellt ist, zwischen benachbarten Permanentmagneten, welche in dem Rotor bereitgestellt sind. Spezieller ausgedrückt, der Winkel der Einbuchtung vom V-Typ kann von 103° bis 107° reichen.
-
In einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Einbuchtung in der äußeren Oberfläche des Rotors in Richtung einer Innenseite (in Richtung des Zentrums) davon gebildet sein, und die Tiefe der Einbuchtung kann 4,5~4,7% eines äußeren Durchmessers des Rotors sein. Außerdem können die Permanentmagnete sequenziell in einer Reihe bzw. einer Zeile in dem Rotor angeordnet sein.
-
Ferner können die Permanentmagnete so bereitgestellt werden, dass sie 8 Dipole von N- und S-Polen besitzen, so dass eine Gesamtanzahl der N- und S-Pole 16 ist. Die Einbuchtung kann ein rundes Ende an einer tiefsten Anordnung besitzen, und das runde Ende kann einen Krümmungsradius besitzen, welcher von 0,3 mm bis 1 mm reicht.
-
Als ein Ergebnis der Einbuchtung vom V-Typ wird der Gesamtbetrieb des Motors verbessert, wobei dadurch die Drehmomentwelligkeit und das daraus resultierende Geräusch bei niedriger Geschwindigkeit beträchtlich reduziert werden. Insbesondere können Geräusche im Anteil der 48. Harmonischen (d. h. dem Hauptanteil der Drehmomentwelligkeit des Motors) beträchtlich reduziert werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hergenommen werden, in welchen:
-
1 eine Ansicht ist, welche einen Innenpermanentmagnet-Synchronmotor entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
2 und 3 Graphen sind, welche einen Unterschied in der Drehmomentwelligkeit des Innenpermanentmagnet-Synchronmotors der Ausführungsform und eines Motors entsprechend dem Stand der Technik darstellen; und
-
4 und 5 Graphen sind, welche einen Unterschied in den Geräuschen des Innenpermanentmagnet-Synchronmotors der beispielhaften Ausführungsform und eines Motors entsprechend dem Stand der Technik darstellen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Es wird nun in größerem Detail auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Bezug genommen, wobei ein Beispiel davon in den beigefügten Zeichnungen dargestellt wird. Wo immer es möglich ist, werden in den Zeichnungen und der Beschreibung durchgehend die gleichen Bezugszeichen benutzt und sie beziehen sich auf die gleichen oder ähnlichen Teile.
-
Es ist davon auszugehen, dass der Term ”Fahrzeug” oder ”fahrzeugartig” oder irgendein anderer ähnlicher Term, wie er hier benutzt wird, Motorfahrzeuge im Allgemeinen, wie z. B. Limousinen, wobei Fahrzeuge für den Sportgebrauch (SUV), Omnibusse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und Ähnliches beinhaltet sind und Hybridfahrzeug, elektrische Fahrzeuge, Verbrennungs-, hybridelektrische Einsteck-Fahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff (z. B. Kraftstoffen, welche von anderen Ressourcen als Öl abgeleitet sind) umfasst.
-
Die hier benutzte Terminologie dient nur der Beschreibung spezieller Ausführungsformen, und es ist nicht beabsichtigt, dass sie die Erfindung begrenzt. Wie es hier benutzt wird, sollen die Formen ”ein, eine, eines” und ”der, die, das” ebenso die Pluralformen beinhalten, es sei denn, dies wird im Kontext klar in anderer Weise angezeigt. Es ist ferner davon auszugehen, dass die Terme ”weist auf” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Spezifikation benutzt werden, das Vorhandensein der aufgeführten Merkmale, Integer, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder anderen Merkmalen, Integer, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie es hier benutzt wird, beinhaltet der Term ”und/oder” jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Gegenstände.
-
1 ist eine Ansicht, welche einen Innenpermanentmagnet-Synchronmotor entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Innenpermanentmagnet-Synchronmotor wird bereitgestellt, wobei eine Ausbuchtung 200 vom V-Typ an einer äußeren Oberfläche eines Rotors 100 zwischen benachbarten Permanentmagneten 300 und 300', welche in dem Rotor bereitgestellt sind, bereitgestellt wird. Spezieller ausgedrückt, die Einbuchtung 200 vom V-Typ besitzt einen Winkel, welcher von ungefähr 103° bis 107° reichen kann. Die Einbuchtung 200 ist in der äußeren Oberfläche des Rotors 100 in Richtung der Innenseite desselben gebildet, und die Tiefe (H) der Einbuchtung kann ungefähr 4,5~4,7% eines äußeren Durchmessers des Rotors 100 betragen. Die Permanentmagnete in dem Rotor können sequenziell in einer Reihe in dem Rotor angeordnet sein, so dass sich entgegengesetzte Polaritäten abwechseln. Hier kann die Anordnung der Permanentmagneten in dem Rotor 100 in einer Vielzahl von Formen implementiert sein.
-
Die vorliegende Erfindung ist durch die äußere Oberfläche des Rotors 100 charakterisiert, speziell die Form der Einbuchtung, welche in der äußeren Oberfläche gebildet ist. Dies liegt daran, dass Charakteristika der Drehmomentwelligkeit und das daraus resultierende Geräusch entsprechend der Form der Einbuchtung breit gefächert sind. Im Einzelnen besteht der Rotor aus einer Vielzahl von Stahlplatten, welche in der dargestellten Querschnittsform gestapelt sind, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
-
Wie in der Figur gezeigt wird, ist der Innenpermanentmagnet-Synchronmotor so konfiguriert, dass die Permanentmagneten sequenziell in einer Reihe in dem Rotor angeordnet sind, wobei die benachbarten Permanentmagneten 300 und 300' mit einem bestimmten Abstand beabstandet sind, so dass sich die N- und S-Polaritäten der jeweiligen Magnete abwechseln, und so dass die Einbuchtung 200 vom V-Typ, welche in die äußere Oberfläche in Richtung der Innenseite (Zentrum) des Rotors zurückgesetzt ist, zwischen den Permanentmagneten zwischen den Polen davon gebildet ist.
-
Die Form der Einbuchtung 200 vom V-Typ kann durch den Winkel und die Tiefe der Einbuchtung definiert werden. Der Winkel (G) reicht vorzugsweise von ungefähr 103° bis 107°. Dies rührt daher, dass die Drehmomentwelligkeit größer und das resultierende Geräusch somit weiter erhöht werden, wenn der Winkel außerhalb des Bereiches ist. Speziell Hochfrequenzgeräusch, welches eine Person in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich hört, kann für die meisten Benutzer lästig sein, und das Hochfrequenzgeräusch kann beträchtlich reduziert werden, wenn der Winkel der Einbuchtung auf diesen Bereich begrenzt ist.
-
Auch die Tiefe (H) der Einbuchtung reicht von ungefähr 4,5% bis 4,6% bezüglich eines äußeren Durchmessers des Rotors. Wenn die Tiefe diesen Bereich überschreitet, nehmen die Drehmomentwelligkeit und das resultierende Geräusch bei einer niedrigen Geschwindigkeit zu. Speziell ist, da zusätzlich ein geprägter bzw. getriebener Abschnitt 120 in dem Rotor in der Nähe des tiefsten Endes der Einbuchtung gebildet ist, um die Stahlplatte für den Rotor präzise zu stapeln, die Einbuchtung außerhalb des Ortes gebildet, wo der geprägte Abschnitt gebildet ist.
-
Indessen ist in einer Ausführungsform die serielle Anordnung der Permanentmagneten 300 in dem Rotor 100 derart, dass 8 Dipole von N- und S-Polen bereitgestellt werden, so dass eine Gesamtzahl von N- und S-Polen 16 ist. Außerdem ist das tiefste Ende 220 der Einbuchtung 200 rund gebildet, und in einer Ausführungsform kann das runde Ende 220 der Einbuchtung 200 vorzugsweise einen Krümmungsradius besitzen, welcher von 0,3 mm bis 1 mm reicht. Wie oben beschrieben ist die Einbuchtung außerhalb des Platzes gebildet, an welchem der geprägte Abschnitt gebildet ist, da der geprägte Abschnitt zusätzlich in dem Rotor in der Nähe des tiefsten Endes der Einbuchtung gebildet ist, um die Stahlplatte für den Rotor präzise zu stapeln.
-
2 und 3 sind Graphen, welche einen Unterschied in den Drehmomentwelligkeiten des Innenpermanentmagnet-Synchronmotors der beispielhaften Ausführungsform und eines Motors entsprechend dem Stand der Technik zeigen. 2 zeigt den Motor des Standes der Technik, in welchem die Einbuchtung einen Winkel von 108° oder mehr besitzt, welcher größer ist als in der vorliegenden Erfindung, und eine Tiefe von 4,4% oder weniger des Außendurchmessers des Rotors, welche kleiner als in der vorliegenden Ausführungsform ist. 3 zeigt den Motor der vorliegenden Erfindung, in welchem die Einbuchtung einen Winkel von 105° und eine Tiefe von 4,6% des äußeren Durchmessers des Rotors besitzt. Außerdem ist das tiefste Ende der Einbuchtung rund, mit einem Krümmungsradius von 0,8 mm.
-
Verglichen mit dem Fall des Standes der Technik, welcher in 2 gezeigt wird, ist es offensichtlich, dass in dem Motor der vorliegenden Erfindung das maximale Drehmoment von ungefähr 211 NM auf 217 NM erhöht ist, und die Drehmomentwelligkeit ist von ungefähr 26,6 NM und 12,6% auf 16,5 NM und 7,6% reduziert.
-
4 und 5 sind Graphen, welche einen Unterschied in den Geräuschen des Innenpermanentmagnet-Synchronmotors der beispielhaften Ausführungsform und eines Motors entsprechend dem Stand der Technik darstellen. In 4 repräsentiert die Horizontalachse die Geschwindigkeit (km/h), und die Vertikalachse repräsentiert die Frequenz einer harmonischen Welle. Ein farbiger Abschnitt zeigt den Grad des Geräusches (L/dB). Die Motoren werden in einer derartigen Weise getestet, dass die jeweiligen Motoren in einem Hybridfahrzeug befestigt sind, und sie werden durch das Durchführen regenerativen Bremsens von 60 km/h getestet [Man beachte: Wir haben den ”farbigen Abschnitt” in der 4 angezeigt. Bitte prüfen Sie die 4.]
-
Wie aus den Graphen ersehen werden kann, wird das Geräusch bei der 48. harmonischen Welle beträchtlich reduziert. Wie in der Fachwelt in Bezug auf Geräusche allgemein bekannt ist, ist im Falle eines Dreiphasenmotors der grundlegende Anteil ein Faktor von 6 Mal der Anzahl der Dipole. Demnach wird in dem Fall der vorliegenden Ausführungsform, welche 8 Dipole besitzt, der grundsätzliche Anteil davon die 48. harmonische Welle, welche 6 Mal die 8 Dipole ist. Es kann erfasst werden, dass die vorliegende Ausführungsform ein Geräusch bei dem 48. harmonischen Anteil besitzt, welcher beträchtlich bezüglich dem des Standes der Technik reduziert ist.
-
5 ist ein detaillierter Graph, in welchem nur der 48. harmonische Anteil im Detail gezeigt wird, wobei die Horizontalachse die Geschwindigkeit repräsentiert und die Vertikalachse den Grad des Geräusches repräsentiert. Wie aus dem Graphen ersehen werden kann, kann erfasst werden, dass der Fall (B) der vorliegenden Erfindung beträchtlich reduziertes Geräusch bezüglich dem Fall (A) des Standes der Technik besitzt.
-
Die Motoren werden in einer derartigen Weise getestet, dass die jeweiligen Motoren in einem Hybridfahrzeug befestigt waren und durch das Durchführen des regenerativen Bremsens von 60 km/h getestet wurden. In dem Test war das Geräusch bei einer niedrigen Geschwindigkeit beträchtlich reduziert. Im Allgemeinen war im Falle eines Fahrzeugs bei einer hohen Geschwindigkeit das Hochfrequenzgeräusch reduziert und es wird aufgrund des Straßengeräusches eines Reifens, des Windgeräusches oder des Motorgeräusches nicht gehört, und das äußere Geräusch bei einer niedrigen Geschwindigkeit, speziell während des regenerativen Bremsens, ist sehr gering, und damit wurde das Hochfrequenzgeräusch stark reduziert.
-
Entsprechend einem Innenpermanentmagnet-Synchronmotor, welcher den Aufbau besitzt wie der, welcher oben beschrieben ist, verbessert die Einbuchtung vom V-Typ den Betrieb des Motors, wodurch die Drehmomentwelligkeit bei niedriger Geschwindigkeit und das resultierende Geräusch in beträchtlichem Maße reduziert werden. Speziell kann das Geräusch in dem 48. harmonischen Anteil, welches der Hauptanteil der Drehmomentwelligkeit des Motors ist, beträchtlich reduziert werden.
-
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für erläuternde Zwecke beschrieben worden ist, werden Fachleute würdigen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen veröffentlicht ist.
-
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
-
- KR 10-2012-0143349 [0001]
