DE102013223671B4 - ELECTRIC LATHE WITH INSIDE PERMANENT MAGNETS - Google Patents

ELECTRIC LATHE WITH INSIDE PERMANENT MAGNETS Download PDF

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Abstract

Elektrische Drehmaschine mit innenliegenden Dauermagneten (IPM), die einen Wert der Schlitze pro Phase pro Pol von 2 aufweist, umfassend:einen Stator (11), der eingerichtet ist, Statorwicklungen in Schlitzen zwischen Statorzähnen aufzunehmen;einen Rotor (12), der in Bezug auf den Stator (11) um eine Rotorachse drehbar ist und einen Außenumfang (12a) aufweist;mehrere Paare von Dauermagneten (16) in dem Rotor (12), wobei die Dauermagnete (16) jedes Paars in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, die sich zu dem Außenumfang (12a) hin öffnet, und einen Magnetpol bilden; undÖffnungen (17c) mit einer geringen Permeabilität, wobei jede davon den in einem vorherbestimmten Bereich befindlichen Abschnitt eines der Dauermagnete (16) ersetzt, der so gerichtete Magnetflusslinien erzeugen würde, dass von dem Stator (11) ausgehende Magnetflusslinien in der Nähe einer Längsachse eines der Magnetpole ausgelöscht würden, wenn sich der Dauermagnet (16) in dem vorherbestimmten Bereich befinden würde,wobei an der Öffnung (17c) ein Haltevorsprung für den Dauermagneten (16) vorgesehen ist, der einen um eine Ecke des Dauermagnets (16) herum laufenden und sich an den Dauermagneten (16) anschmiegenden Abschnitt und einen daran anschließenden geraden Endabschnitt umfasst,wobei der Haltevorsprung im Wesentlichen senkrecht von einer Berandung der Öffnung (17c) in die Öffnung (17c) hinein ragt,wobei der Rotor (12) in dem Außenumfang (12a) für die Dauermagnete (16) jedes Paars eine mittlere Regulierungsnut (21) und ein Paar von seitlichen Regulierungsnuten (22) aufweist,wobei die mittlere Regulierungsnut (21) und die seitlichen Regulierungsnuten (22) parallel zu der Rotorachse liegen,wobei sich die mittlere Regulierungsnut (21) auf der Längsachse befindet,wobei sich die seitlichen Regulierungsnuten (22) an den äußeren Endseiten der Dauermagnete (16) befinden,wobei der Rotor (12) Flussbarrieren aufweist, die sich von den äußeren Endseiten der Dauermagnete (16) zu dem Außenumfang (12a) des Rotors (12) hin erstrecken,wobei der Rotor (12) zwischen den äußeren endseitigen Innenflächen (17b1) der Flussbarrieren und dem Außenumfang (12a) des Rotors (12) Seitenbrücken (30) aufweist,wobei jede der Seitenbrücken (30) eine Seite in der Nähe der Längsachse und die andere Seite in der Nähe der benachbarten Querachse zwischen den benachbarten beiden Magnetpolen verbindet,wobei die äußere endseitige Innenfläche (17b1) einer jeden der Flussbarrieren an der Rückseite des Außenumfangs (12a) des Rotors (12) eine Endecke und eine andere Endecke aufweist,wobei die äußere endseitige Innenfläche (17b1) einer jeden der Flussbarrieren einen Zwischenpunkt zwischen der einen und der anderen Endecke aufweist, wobei sich ein Innenflächenabschnitt (17b1d) auf Seiten der Längsachse zwischen der einen Endecke und dem Zwischenpunkt erstreckt, und sich ein Querachsenseitiger Innenflächenabschnitt (17b1q) zwischen dem Zwischenpunkt und der anderen Endecke erstreckt,wobei ein Einschlusswinkel θ8 zwischen einer Bezugslinie, die sich von der Rotorachse zu dem Zwischenpunkt erstreckt, und der Längsachse eine als64,7 Grad ≦ θ8 (elektrischer Winkel) ≦ 74,2 Gradausgedrückte Beziehung erfüllt, wobei der Innenflächenabschnitt (17b1d) auf Seiten der Längsachse parallel zu der äußeren Umfangsfläche (12a) des Rotors (12) liegt,wobei ein Einschlusswinkel θ9 zwischen dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt (17b1q) und einer Verlängerung des Innenflächenabschnitts auf Seiten der Längsachse zu der Längsachse hin eine als0 Grad < θ9 (mechanischer Winkel) ≦ 37,5 Gradausgedrückte Beziehung erfüllt.A rotary electric machine with internal permanent magnets (IPM) having a slots per phase per pole value of 2, comprising: a stator (11) adapted to receive stator windings in slots between stator teeth; a rotor (12) rotating in relation is rotatable on the stator (11) about a rotor axis and has an outer circumference (12a); several pairs of permanent magnets (16) in the rotor (12), the permanent magnets (16) of each pair being arranged in a "V" -shaped configuration which opens to the outer periphery (12a) and forms a magnetic pole; and orifices (17c) of low permeability, each of which replaces the predetermined area portion of one of the permanent magnets (16) which would generate magnetic flux lines directed such that magnetic flux lines emanating from the stator (11) near a longitudinal axis of one of the Magnetic poles would be extinguished if the permanent magnet (16) were located in the predetermined area, with a retaining projection for the permanent magnet (16) being provided at the opening (17c), one of which runs around a corner of the permanent magnet (16) and turns on the permanent magnet (16) clinging section and an adjoining straight end section, wherein the holding projection protrudes substantially perpendicularly from an edge of the opening (17c) into the opening (17c), the rotor (12) in the outer circumference (12a ) has a central regulating groove (21) and a pair of lateral regulating grooves (22) for the permanent magnets (16) of each pair, d The central regulating groove (21) and the lateral regulating grooves (22) are parallel to the rotor axis, the central regulating groove (21) being on the longitudinal axis, the lateral regulating grooves (22) being on the outer end faces of the permanent magnets (16) , wherein the rotor (12) has flux barriers which extend from the outer end sides of the permanent magnets (16) to the outer periphery (12a) of the rotor (12), the rotor (12) between the outer end inner surfaces (17b1) of the Flux barriers and the outer circumference (12a) of the rotor (12) has side bridges (30), each of the side bridges (30) connecting one side near the longitudinal axis and the other side near the adjacent transverse axis between the adjacent two magnetic poles, wherein the outer end inner surface (17b1) of each of the flux barriers on the rear side of the outer circumference (12a) of the rotor (12) has one end corner and another end corner, the outer end side ige inner surface (17b1) of each of the flow barriers has an intermediate point between the one and the other end corner, an inner surface portion (17b1d) extending on the side of the longitudinal axis between the one end corner and the intermediate point, and a transverse axis-side inner surface portion (17b1q) extending between the Intermediate point and the other end corner, an included angle θ8 between a reference line extending from the rotor axis to the intermediate point and the longitudinal axis satisfies a relationship expressed as 64.7 degrees ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 degrees, the inner surface portion (17b1d) on the side of the longitudinal axis parallel to the outer circumferential surface (12a) of the rotor (12), with an included angle θ9 between the transverse axis-side inner surface section (17b1q) and an extension of the inner surface section on the side of the longitudinal axis towards the longitudinal axis as 0 degrees < θ9 (mechanical angle) ≦ 37.5 degrees Expressed rel unfulfilled.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 29. November 2012 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-261569 , deren gesamte Inhalte hiermit durch Nennung für alle Zwecke aufgenommen werden.This application claims priority from those filed on November 29, 2012 Japanese patent application No. 2012-261569 , the entire contents of which are hereby incorporated by name for all purposes.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Drehmaschine mit innenliegenden Dauermagneten (IPM) und genauer eine elektrische IPM-Drehmaschine mit einem hocheffizienten Betrieb in einem Antriebsmodus.The present invention relates to an internal lathe permanent magnet (IPM), and more particularly, to an electric IPM lathe with highly efficient operation in a drive mode.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Elektrische Drehmaschinen müssen verschiedene Ausgangsleistungseigenschaften erfüllen, um verschiedene Anforderungen durch Vorrichtungen, an denen sie angebracht sind, zu erfüllen. Wenn eine elektrische Drehmaschine zum Beispiel in einem Hybridelektrofahrzeug (HEV: Hybrid Electric Vehicle, Hybridfahrzeug) als Kraftquelle, die mit einem Verbrennungsmotor zusammenwirkt, oder in einem Elektrofahrzeug (EV: Electric Vehicle, Elektrofahrzeug) als einzige Kraftquelle die Funktion eines Traktionsmotors erfüllen soll, muss der Traktionsmotor in einem Antriebsmodus bei einer veränderlichen Geschwindigkeit über einen weiten Geschwindigkeitsbereich arbeiten und bei geringen Geschwindigkeiten ein ausreichend hohes Drehmoment bereitstellen.Electric lathes must meet different output characteristics to meet different requirements through devices to which they are attached. For example, if an electric lathe is to function as a traction motor in a hybrid electric vehicle (HEV: Hybrid Electric Vehicle, hybrid vehicle) as a power source that interacts with an internal combustion engine or in an electric vehicle (EV: Electric Vehicle, electric vehicle) the traction motor operates in a drive mode at a variable speed over a wide speed range and provides a sufficiently high torque at low speeds.

Bei den Fahrzeugen der obigen Art verlangt eine Verbesserung im Hinblick auf die Kraftstoffersparnis eine Verbesserung bei der Effizienz der Energieumwandlung eines jeden der Bestandteile einschließlich einer elektrischen Drehmaschine, und im Fall einer fahrzeugeigenen elektrischen Drehmaschine insbesondere eine Verbesserung der Effizienz in einem häufig verwendeten Bereich. Zudem muss die fahrzeugeigene elektrische Drehmaschine von dem Gesichtspunkt von Beschränkungen hinsichtlich des Platzes für ihre Montage und von dem Gesichtspunkt der Miniaturisierung her einen kompakteren Aufbau mit einer hohen Energiedichte aufweisen.In the vehicles of the above type, an improvement in fuel economy requires an improvement in the energy conversion efficiency of each of the components including an electric lathe, and in the case of an in-vehicle electric lathe, in particular, an improvement in efficiency in a frequently used area. In addition, the on-vehicle electric lathe must have a more compact structure with a high energy density from the viewpoint of restrictions on the space for its assembly and from the viewpoint of miniaturization.

Übrigens arbeitet eine elektrische Drehmaschine in HEVs oder EVs in einem normalen Antriebsmodus im Allgemeinen bei geringen Geschwindigkeiten unter geringen Belastungsbedingungen. Aus diesem Grund besteht die Neigung, für eine hohe Effizienz starke Dauermagnete zu verwenden, da das magnetische Moment mehr zu der Erzeugung von Drehmoment für die fahrzeugeigene elektrische Drehmaschine beiträgt, als das Reluktanzmoment, das mit der Amplitude der Ströme durch die Statorwicklungen veränderlich ist.Incidentally, an electric lathe in HEVs or EVs in a normal drive mode generally works at low speeds under low load conditions. For this reason, strong permanent magnets tend to be used for high efficiency, since the magnetic moment contributes more to the generation of torque for the in-vehicle electric lathe than the reluctance moment, which varies with the amplitude of the currents through the stator windings.

Diese Tendenz zeigt sich in der zunehmenden Verwendung von Synchronmotoren vom Dauermagnettyp, die einen Neodym-Magnet mit einer hohen Remanenz umfassen, der in einen Magnetkern eingebettet ist, und als IPM-Synchronmotoren (Synchronmotoren mit innenliegenden Dauermagneten) bezeichnet werden. Bei einer solchen elektrischen IPM-Drehmaschine wird vorgeschlagen, mehrere Paare von Dauermagneten auf eine solche Weise in einen Rotor einzubetten, dass die Dauermagnete jedes Paars in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, die sich zu einem Außenumfang des Rotors hin öffnet, damit ein Magnetkreis erzeugt wird, der fähig ist, aktiv sowohl das Reluktanzmoment als auch das magnetische Moment zu benutzen (siehe zum Beispiel das Patentliteraturbeispiel 1). Ferner wird bei elektrischen IPM-Drehmaschinen vorgeschlagen, Flussbarrieren bereitzustellen, die von beiden äußeren Enden der Dauermagnete jedes Paars zu einem Außenumfang eines Rotors vorspringen. Ferner wird vorgeschlagen, derartige Flussbarrieren in dem Außenumfang des Rotors zu öffnen (siehe das Patentliteraturbeispiel 2). Ferner wird vorgeschlagen, einen Raum einer jeden derartigen Flussbarriere zu dem Außenumfang des Rotors hin zu erweitern (siehe das Patentliteraturbeispiel 3) .This tendency is evidenced by the increasing use of permanent magnet type synchronous motors, which include a high remanence neodymium magnet embedded in a magnetic core and are referred to as IPM synchronous motors (synchronous motors with internal permanent magnets). In such an electric IPM lathe, it is proposed to embed several pairs of permanent magnets in a rotor in such a way that the permanent magnets of each pair are arranged in a “V” -shaped configuration that opens towards an outer circumference of the rotor a magnetic circuit is generated that is capable of actively using both the reluctance moment and the magnetic moment (see, for example, Patent Literature Example 1). It is also proposed in IPM electric lathes to provide flux barriers that protrude from both outer ends of the permanent magnets of each pair to an outer periphery of a rotor. It is also proposed to open such flow barriers in the outer circumference of the rotor (see patent literature example 2). It is also proposed to expand a space of each such flow barrier toward the outer periphery of the rotor (see Patent Literature Example 3).

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

  • Patentliteraturbeispiel 1: JP 2006 - 254 629 A Patent Literature Example 1: JP 2006 - 254 629 A.
  • Patentliteraturbeispiel 2: JP 2011- 4 480 A Patent literature example 2: JP 2011- 4,480 A
  • Patentliteraturbeispiel 3: JP 2012- 29 524 A Patent Literature Example 3: JP 2012-29,524 A

Der Typus des permanent hilfserregten IPM-Rotors, der Permanentmagnetfelder und auch Reluktanzmomente nutzt, ist der Fachwelt bekannt. Vgl. dazu die allgemein zusammenfassende Schrift Meixner et al., Elektrische Kraftfahrzeugantriebstechnik, Erfinderaktivitäten 2011, Deutsches Patent und Markenamt, Oktober 2012, ISSN 2193-8180, S. 51-52, die die Feldverteilungen bei solchen Rotoren anhand der DE 696 29 419 T2 diskutiert.
Die 8 der US 2012 / 0 200 193 A1 zeigt einen eher konventionellen V-Magnet Rotor mit kleineren Fluss-Sperren an der Spitze des V.
Die JP 2012 - 34 432 A oder die US 2012 / 0 139 378 A1 oder die US 2011 / 0 241 468 A1 zeigt einen IPM-Rotor mit V-Magneten mit vergrößerten Fluss-Sperren, zum Einsparen von Magnetmaterial.
Aus der Schrift Müller et al., Berechnung elektrischer Maschinen, 6. Auflage, WILEY VCH Verlag, 2008, S. 4, 5, 21 ist zu entnehmen, wie die Lochzahl eines Stators definiert wird.
Aus der Schrift Breimer et al., Fachkunde Elektrotechnik, Verlag Willing & Co., 7. Auflage, 1965, S. 202 sind gängige Werte für die Nutzahl und die Polzahl von Statoren zu entnehmen, z. B. 48 und 2.
Es ist der Fachwelt bekannt, dass Permanentmagnete nicht weiter aufmagnetisiert werden können, also differentiell sich wie Luft verhalten und nicht wie Eisen, was auch aus den Feldbildern hervorgeht, siehe dazu auch die Schrift Beckert, Berechnung magnetischer Kreise mit Permanentmagneten, Skriptum für Nichtelektrotechniker, TU Bergakademie Freiberg, Januar 2008, S. 4, relative Permeabilität von NdFeB und SmCo Magneten.
Es ist bekannt, dass störende Harmonische durch Kerben oder Vertiefungen im Rotor, die an bestimmten Stellen und mit bestimmten Abmessungen unterzubringen sind, kompensiert werden können. Die Schrift Studer et al., Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines, IEEE, Industry Applications Conference, Conference Record of the Thirty-Second IAS Annual Meeting, 1997 zeigt explizit die Berechnung des Effektes von Kerben am Rotorumfang bei den Magneten und auch die Effekte bei Modifikation dieser Kerben.
Solches wird auch in der JP 2004 - 328 956 A , JP 2002 - 165 394 A oder US 2005 / 0 121 990 A1 gezeigt.
Die letztere zeigt insbesondere auch Kerben am Rand und in der Polmitte von Magnetpolen (vgl. 2A und 2B), sowie auch eine besonders große, „rund“ geformte Kerbe in der Polmitte (vgl. 13).
Einige Fachveröffentlichungen zeigen die effizienten und schnell durchführbaren Finite-Elemente Berechnungen als lang etablierte Methoden, wie die Schrift Miller, Small motor drives expand their technology horizons, Power Engineering Journal, Sep. 1987, S. 283-289, oder die Schrift Miller et al., Finite Elements applied to synchronous and switched reluctance motors, IEE Seminar Current trends in the use of finite elements (FE) in electromechanical analysis and design, IEE Savoy Place, 2000, oder die Schrift Reece, Electrical machines and electromagnetics - computer aids to design, Power Engineering Journal, Nov. 1988, S. 315-321.
Dies schlägt sich auch in der Lehre nieder, z. B. in der Studienordnung der Fachhochschule Dortmund, 1999, S. 7, Wahlpflichtkatalog EU2, NBE Numerische Berechnung elektrischer Maschinen, FEM Finite- Elemente-Theorie und -Anwendung, oder in der Schrift Aschendorf, Erst berechnen, dann bauen, Zeitschrift Konstruktionspraxis, Nr. 6., 7. Jahrgang, Juni 1996, S. 16 -19, oder in der Schrift Aschendorf, Amperehaltiger Röntgenblick, Zeitschrift KEM, 2001, S. 56 ff.
The type of the permanently excited IPM rotor, which uses permanent magnetic fields and reluctance moments, is known to experts. See also the general summary of Meixner et al., Electrical Motor Vehicle Drive Technology, Inventor Activities 2011, German Patent and Trademark Office, October 2012, ISSN 2193-8180, pp. 51-52, which describes the field distributions in such rotors using the DE 696 29 419 T2 discussed.
The 8th of the US 2012/0 200 193 A1 shows a more conventional V-magnet rotor with smaller flux barriers at the top of the V .
The JP 2012 - 34 432 A or the US 2012/0 139 378 A1 or the US 2011/0 241 468 A1 shows an IPM rotor with V-magnets with enlarged flux barriers, to save magnetic material.
From the document Müller et al., Calculation of electrical machines, 6th edition, WILEY VCH Verlag, 2008, pp. 4, 5, 21, it can be seen how the number of holes in a stator is defined.
From Breimer et al., Fachkunde Elektrotechnik, Verlag Willing & Co., 7th edition, 1965, p. 202, common values for the number of uses and the number of poles of stators can be found, for. B. 48 and 2.
It is known to the professional world that permanent magnets cannot be magnetized further, i.e. behave differentially like air and not like iron, which is also evident from the field pictures, see also the Beckert document, calculation of magnetic circles with permanent magnets, script for non-electrical engineers, TU Bergakademie Freiberg, January 2008, p. 4, relative permeability of NdFeB and SmCo magnets.
It is known that disruptive harmonics can be compensated for by notches or depressions in the rotor which have to be accommodated at specific locations and with specific dimensions. Studer et al., Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines, IEEE, Industry Applications Conference, Conference Record of the Thirty-Second IAS Annual Meeting, 1997 explicitly shows the calculation of the effect of notches on the rotor circumference of the magnets and also that Effects of modifying these notches.
Such is also in the JP 2004 - 328 956 A. , JP 2002 - 165 394 A. or US 2005/0 121 990 A1 shown.
The latter also shows notches on the edge and in the center of the pole of magnetic poles (cf. 2A and 2 B) , as well as a particularly large, "round" shaped notch in the center of the pole (cf. 13 ).
Some specialist publications show the efficient and quickly executable finite element calculations as long-established methods, such as Miller, Small motor drives expand their technology horizons, Power Engineering Journal, Sep. 1987, pp. 283-289, or Miller et al., Finite Elements applied to synchronous and switched reluctance motors, IEE Seminar Current trends in the use of finite elements (FE) in electromechanical analysis and design, IEE Savoy Place, 2000 , or Reece, Electrical machines and electromagnetics - computer aids to design, Power Engineering Journal, Nov. 1988, pp. 315-321.
This is also reflected in the teaching, e.g. B. in the study regulations of the University of Applied Sciences Dortmund, 1999, p. 7, compulsory catalog EU2, NBE numerical calculation of electrical machines, FEM finite element theory and application, or in the font Aschendorf, calculate first, then build, journal Konstruktionsprraxis, no 6th, 7th year, June 1996, pp. 16-19, or in Aschendorf, Amperehaltiger Röntgenblick, magazine KEM, 2001, pp. 56 ff.

Übrigens gelangen in den neuesten elektrischen Drehmaschinen vermehrt Dauermagnete, die Seltenerdelemente wie Nd, Dy und Tb enthalten, in Verwendung, um den Magnetismus und die Wärmebeständigkeit zu erhöhen, doch verursachen steigende Preise, die durch ihre Seltenheit und die Instabilität ihres Vertriebs verursacht werden, einen zunehmenden Bedarf an einer Verbesserung der Effizienz bei einer Verringerung der Verwendungsmenge dieser Seltenerdelemente.Incidentally, in the latest electric lathes, permanent magnets containing rare earth elements such as Nd, Dy and Tb are increasingly used to increase magnetism and heat resistance, but rising prices caused by their rarity and the instability of their distribution cause one increasing need to improve efficiency while reducing the use amount of these rare earth elements.

Doch da eine elektrische Drehmaschine in HEVs und EVs in einem normalen Antriebsmodus bei geringen Geschwindigkeiten unter geringen Belastungsbedingungen arbeitet, besteht die Neigung, selbst in IPM-Motoren wie dem in dem Patentliteraturbeispiel 1 beschriebenen die Verwendungsmenge von Dauermagneten mit hohem Magnetismus zu erhöhen, um das magnetische Moment, das im Antriebsmodus zum Betrieb bei geringen Geschwindigkeiten unter geringen Belastungsbedingungen beiträgt, zu erhöhen. Dieser Ansatz entfernt sich von der Erfüllung der Aufgabe einer Verringerung der Verwendungsmenge von Seltenerdelementen.However, since an electric lathe in HEVs and EVs operates in a normal drive mode at low speeds under low load conditions, even in IPM motors such as that described in Patent Literature Example 1, there is a tendency to increase the use amount of high magnetism permanent magnets to increase the magnetic Increase torque that contributes to low speed operation under low load conditions in drive mode. This approach moves away from fulfilling the task of reducing the use amount of rare earth elements.

Da sich, ferner, im Hinblick auf eine in den Patentliteraturbeispielen 2 und 3 beschriebene elektrische IPM-Drehmaschine Flussbarrieren an beiden äußeren Endseiten der Dauermagnete jedes Paars unnötig zu dem Außenumfang eines Rotors hin erweitern, nimmt die magnetische Reluktanz zwischen einer jeden der Flussbarrieren und dem Außenumfang zu, was verursacht, dass das Rastmoment zunimmt, wodurch die qualitativ hochwertige Drehung in einem Antriebsmodus beeinträchtigt wird.Furthermore, since with regard to an electric IPM lathe described in Patent Literature Examples 2 and 3, since flux barriers on both outer end sides of the permanent magnets of each pair expand unnecessarily toward the outer periphery of a rotor, the magnetic reluctance between each of the flux barriers and the outer periphery increases to, causing the cogging torque to increase, thereby affecting the high quality rotation in a drive mode.

KURZDARSTELLUNG SUMMARY

Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine billige elektrische Drehmaschine mit hoher Energiedichte bereitzustellen, die in einem Antriebsmodus einen hochleistungsfähigen und qualitativ hochwertigen Betrieb vornimmt, während die Verwendungsmenge der Dauermagnete verringert ist.Therefore, it is an object of the present invention to provide a low-cost, high-energy-density electric lathe that performs high-performance and high-quality operation in a drive mode while reducing the use amount of the permanent magnets.

Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine elektrische Drehmaschine mit innenliegenden Dauermagneten (IPM), die einen Wert der Schlitze pro Phase pro Pol von 2 aufweist, bereitgestellt, die Folgendes umfasst:

  • einen Stator, der dazu eingerichtet ist, Statorwicklungen in Schlitzen zwischen Statorzähnen aufzunehmen;
  • einen Rotor, der in Bezug auf den Stator um eine Rotorachse drehbar ist und einen Außenumfang aufweist;
  • mehrere Paare von Dauermagneten in dem Rotor, wobei die Dauermagnete jedes Paars in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, die sich zu dem Außenumfang hin öffnet, und einen Magnetpol bilden; und
  • Öffnungen mit einer geringen Permeabilität, wobei jede davon den in einem vorherbestimmten Bereich befindlichen Abschnitt eines der Dauermagnete ersetzt, der so gerichtete Magnetflusslinien erzeugen würde, dass von dem Stator ausgehende Magnetflusslinien in der Nähe einer Längsachse (direkten Achse) eines der Magnetpole ausgelöscht würden, wenn sich der Dauermagnet in dem vorherbestimmten Bereich befinden würde,
  • wobei an der Öffnung ein Haltevorsprung für den Dauermagneten vorgesehen ist, der einen um eine Ecke des Dauermagnets herum laufenden und sich an den Dauermagneten anschmiegenden Abschnitt und einen daran anschließenden geraden Endabschnitt umfasst,
  • wobei der Haltevorsprung im Wesentlichen senkrecht von einer Berandung der Öffnung in die Öffnung hinein ragt,
  • wobei der Rotor in dem Außenumfang für die Dauermagnete jedes Paars eine mittlere Regulierungsnut und ein Paar von seitlichen Regulierungsnuten aufweist,
  • wobei die mittlere Regulierungsnut und die seitlichen Regulierungsnuten parallel zu der Rotorachse liegen,
  • wobei sich die mittlere Regulierungsnut auf der Längsachse befindet,
  • wobei sich die seitlichen Regulierungsnuten an den äußeren Endseiten der Dauermagnete befinden,
  • wobei der Rotor Flussbarrieren aufweist, die sich von den äußeren Endseiten der Dauermagnete zu dem Außenumfang des Rotors hin erstrecken,
  • wobei der Rotor Seitenbrücken zwischen den äußeren endseitigen Innenflächen der Flussbarrieren und dem Außenumfang des Rotors aufweist,
  • wobei jede der Seitenbrücken eine Seite in der Nähe der Längsachse und die andere Seite in der Nähe der benachbarten Querachse (Quadraturachse) zwischen den benachbarten beiden Magnetpolen verbindet,
  • wobei die äußere endseitige Innenfläche einer jeden der Flussbarrieren an der Rückseite des Außenumfangs des Rotors eine Endecke und eine andere Endecke aufweist,
  • wobei die äußere endseitige Innenfläche einer jeden der Flussbarrieren einen Zwischenpunkt zwischen der einen und der anderen Endecke aufweist, wobei sich ein Innenflächenabschnitt auf Seiten der Längsachse zwischen der einen Endecke und dem Zwischenpunkt erstreckt, und sich ein Querachsenseitiger Innenflächenabschnitt zwischen dem Zwischenpunkt und der anderen Endecke erstreckt,
  • wobei ein Einschlusswinkel θ8 zwischen einer Bezugslinie, die sich von der Rotorachse zu dem Zwischenpunkt erstreckt, und der Längsachse eine als
  • 64,7 Grad ≦ θ8 (elektrischer Winkel) ≦ 74,2 Grad
  • ausgedrückte Beziehung erfüllt, wobei der Innenflächenabschnitt auf Seiten der Längsachse parallel zu der äußeren Umfangsfläche des Rotors liegt,
  • wobei ein Einschlusswinkel θ9 zwischen dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt und einer Verlängerung des Innenflächenabschnitts auf Seiten der Längsachse zu der Längsachse hin eine als
  • 0 Grad < θ9 (mechanischer Winkel) ≦ 37,5 Grad
  • ausgedrückte Beziehung erfüllt.
According to a first aspect of the invention, there is provided an internal permanent magnet rotating machine (IPM) having a value of slots per phase per pole of 2, comprising:
  • a stator configured to receive stator windings in slots between stator teeth;
  • a rotor that is rotatable about a rotor axis with respect to the stator and has an outer periphery;
  • a plurality of pairs of permanent magnets in the rotor, the permanent magnets of each pair being arranged in a “V” shape that opens to the outer periphery and forming a magnetic pole; and
  • Openings with a low permeability, each of which replaces the portion of one of the permanent magnets located in a predetermined area, which would generate directed magnetic flux lines such that magnetic flux lines from the stator in the vicinity of a longitudinal axis (direct axis) of one of the magnetic poles would be extinguished if the permanent magnet would be in the predetermined range,
  • wherein a holding projection for the permanent magnet is provided at the opening, which comprises a section running around a corner of the permanent magnet and adhering to the permanent magnet and a straight end section adjoining it,
  • wherein the holding projection projects substantially perpendicularly from a boundary of the opening into the opening,
  • the rotor in the outer circumference for the permanent magnets of each pair having a central regulating groove and a pair of lateral regulating grooves,
  • the central regulation groove and the lateral regulation grooves are parallel to the rotor axis,
  • with the central regulation groove on the longitudinal axis,
  • the lateral regulation grooves are on the outer end sides of the permanent magnets,
  • the rotor having flux barriers extending from the outer end sides of the permanent magnets to the outer periphery of the rotor,
  • the rotor having side bridges between the outer end inner surfaces of the flow barriers and the outer circumference of the rotor,
  • each of the side bridges connecting one side near the longitudinal axis and the other side near the adjacent transverse axis (quadrature axis) between the adjacent two magnetic poles,
  • wherein the outer end inner surface of each of the flow barriers has an end corner and another end corner on the back of the outer periphery of the rotor,
  • wherein the outer end inner surface of each of the flow barriers has an intermediate point between the one and the other end corner, an inner surface portion extends on the longitudinal axis side between the one end corner and the intermediate point, and a transverse axis inner surface portion extends between the intermediate point and the other end corner ,
  • being an included angle θ8 between a reference line extending from the rotor axis to the intermediate point and the longitudinal axis as
  • 64.7 degrees ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 degrees
  • expressed relationship, wherein the inner surface portion on the longitudinal axis side is parallel to the outer peripheral surface of the rotor,
  • being an included angle θ9 between the transverse axis-side inner surface section and an extension of the inner surface section on the side of the longitudinal axis towards the longitudinal axis
  • 0 degrees < θ9 (mechanical angle) ≦ 37.5 degrees
  • expressed relationship fulfilled.

Nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung erfüllt der Einschlusswinkel θ8 zusätzlich zu den Angaben, die bei dem oben genannten ersten Gesichtspunkt beschrieben sind, eine als
64,9 Grad ≦ θ8 (elektrischer Winkel) ≦ 74,2 Grad
ausgedrückte Beziehung.
According to a second aspect of the invention, the angle of inclusion is satisfied θ8 in addition to the information described in the first aspect above, a as
64.9 degrees ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 degrees
expressed relationship.

Da nach dem oben genannten ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Öffnung mit einer geringen Permeabilität den in einem vorherbestimmten Bereich befindlichen Abschnitt eines der Dauermagnete ersetzt, der so gerichtete Magnetflusslinien erzeugen würde, dass von dem Stator ausgehenden Magnetflusslinien in der Nähe einer Längsachse eines Magnetpols entgegengewirkt würde (sie ausgelöscht würden), wirken Magnetflusslinien der Magnete in der Nähe einer Längsachse nicht gegen Magnetflusslinien der Statorwicklungen (löschen sie diese nicht aus) und wird der Durchgang der Magnetflusslinien durch den vorherbestimmten Bereich beschränkt. Daher wird sowohl das magnetische Moment als auch das Reluktanzmoment wirksam verwendet, indem Magnetflusslinien der Magnete, die in der Nähe der Längsachse Magnetflusslinien des Stators unnütz machen würden, beseitigt werden, und wird die Verwendungsmenge der Dauermagnete verringert, während ein Drehmoment erhalten wird, das gleich oder größer als vor dem Ersatz des Abschnitts eines jeden der Dauermagnete durch eine Öffnung ist.According to the first aspect of the present invention mentioned above, since an opening with a low permeability replaces the portion of one of the permanent magnets located in a predetermined area, which would generate directed magnetic flux lines such that magnetic flux lines emanating from the stator would be counteracted in the vicinity of a longitudinal axis of a magnetic pole (they would be extinguished), magnetic flux lines of the magnets in the vicinity of a longitudinal axis do not act against magnetic flux lines of the stator windings (do not extinguish them) and the passage of the magnetic flux lines through the predetermined area is restricted. Therefore, both the magnetic moment and the reluctance moment are effectively used by eliminating magnetic flux lines of the magnets that would render the stator magnetic flux lines near the longitudinal axis unnecessary, and the amount of use of the permanent magnets is reduced while obtaining a torque that is the same or larger than before replacing the portion of each of the permanent magnets with an opening.

Darüber hinaus verbessert der Ersatz des Abschnitts eines jeden der Dauermagnete durch die Öffnung die Ausgangsleistung bei hohen Geschwindigkeiten, da eine Verringerung der Magnetflusslinien der Magnete eine Verringerung der induzierten Spannungskonstanten verursacht. Zusätzlich verursacht eine Gewichtsersparnis eine Verringerung der Trägheit.In addition, replacing the portion of each of the permanent magnets with the opening improves the output power at high speeds because a reduction in the magnetic flux lines of the magnets causes a reduction in the induced voltage constants. In addition, saving weight causes a reduction in inertia.

Eine Verringerung der Magnetflusslinien der Magnete verursacht eine Verringerung der eine magnetische Verzerrung (Magentostriktion) verursachenden Raumharmonischen aufgrund einer Verringerung von Feldschwächebereichen (einer Verringerung in dem Ausmaß der Feldabschwächung). Dies beschränkt die Erzeugung von Wärme, indem die Erzeugung von Wirbelströmen beeinflusst wird, und beschränkt die Entmagnetisierung, die durch eine Temperaturveränderung der Dauermagnete verursacht wird, was zu geringeren Kosten führt, da der Grad der Wärmebeständigkeit gesenkt werden kann.A decrease in the magnetic flux lines of the magnets causes a decrease in the spatial harmonics causing magnetic distortion (magentostriction) due to a decrease in areas of weakness (a decrease in the amount of field weakening). This restricts the generation of heat by influencing the generation of eddy currents and restrains the demagnetization caused by a temperature change of the permanent magnets, which leads to a lower cost because the degree of heat resistance can be reduced.

Da zusätzlich zu der Verringerung des Magnetflusses in der Nähe der Längsachse dank der oben erwähnten Öffnung außerdem die mittleren Regulierungsnuten eine Zunahme der Reluktanz zwischen dem Rotor und den Statorzähnen in der Nähe der Längsachse regulieren können, kann eine Zunahme des verkettenden Magnetflusses der Statorwicklungen beschränkt werden. Daher ist es möglich, einen Abfall der Antriebseffizienz, der durch eine Zunahme der Drehmomentwelligkeit und des Eisenverlusts verursacht wird, zu verhindern.In addition to reducing the magnetic flux near the longitudinal axis thanks to the opening mentioned above, since the central regulating grooves can regulate an increase in reluctance between the rotor and the stator teeth near the longitudinal axis, an increase in the interlinking magnetic flux of the stator windings can be restricted. Therefore, it is possible to prevent a drop in drive efficiency caused by an increase in torque ripple and iron loss.

Zusätzlich können die seitlichen Regulierungsnuten Harmonische, die die verkettete Magnetflusswellenform überlagern, beschränken, indem sie die magnetische Reluktanz in der Nähe der beiden äußeren Enden der Dauermagnete jedes in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Paars erhöhen. Daher ist es möglich, nicht nur das Rastmoment zu beschränken, sondern auch einen Abfall der Antriebseffizienz, der durch eine Zunahme der Drehmomentwelligkeit und des Eisenverlusts verursacht wird, zu verhindern.In addition, the side regulation grooves can restrict harmonics that overlap the chained magnetic flux waveform by increasing the magnetic reluctance near the two outer ends of the permanent magnets of each pair arranged in a “V” shape. Therefore, it is possible to not only limit the cogging torque, but also prevent a drop in drive efficiency caused by an increase in torque ripple and iron loss.

Zusätzlich beträgt ein Wert der Schlitze pro Phase pro Pol 2 und ist jede der Flussbarrieren, die mit einem Außenumfang des Rotors zusammenwirken, um Seitenbrücken zu bilden, so gestaltet, dass ein Einschlusswinkel θ8 (elektrischer Winkel), der sich zwischen der Längsachse und einer Bezugslinie befindet, welche sich von der Rotorachse zu einem Zwischenpunkt an einer äußeren endseitigen Innenfläche der Flussbarriere zwischen einem Innenflächenabschnitt auf Seiten der Längsachse und einem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt erstreckt, in einem Bereich von 64,7 Grad bis 74,2 Grad (elektrische Grad) liegt, damit der Innenflächenabschnitt auf Seiten der Längsachse als Mindest-Brückenabschnitt wirkt, und ein Einschlusswinkel θ9 (mechanischer Winkel), der sich zwischen einer Verlängerung des Innenflächenabschnitts auf Seiten der Längsachse und dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt befindet, in einem Bereich von 0 Grad bis 37 Grad (mechanische Grad) liegt. Dies verursacht eine Verringerung des Rastmoments, während die Verringerung des Drehmoments minimal gehalten wird.In addition, a value of the slots per phase per pole is 2, and each of the flow barriers that cooperate with an outer periphery of the rotor to form side bridges is designed to have an inclusion angle θ8 (electrical angle), which is between the longitudinal axis and a reference line that extends from the rotor axis to an intermediate point on an outer end inner surface of the flow barrier between an inner surface portion on the longitudinal axis side and a transverse axis inner surface portion, in a range of 64.7 Degrees to 74.2 degrees (electrical degrees) so that the inner surface portion on the longitudinal axis side acts as a minimum bridge portion, and an inclusion angle θ9 (mechanical angle), which is between an extension of the inner surface portion on the longitudinal axis side and the transverse axis side inner surface portion, is in a range of 0 degrees to 37 degrees (mechanical degrees). This causes a reduction in the cogging torque, while the reduction in the torque is kept to a minimum.

Folglich wird eine billige elektrische Drehmaschine verwirklicht, die in einem Antriebsmodus einen qualitativ hochwertigen Betrieb mit einer hohen Energiedichte bereitstellt. As a result, an inexpensive rotary electric machine is realized which provides high quality operation with a high energy density in a drive mode.

Da der Einschlusswinkel θ8, der sich zwischen der Längsachse und der von der Rotorachse zu dem Zwischenpunkt verlaufenden Bezugslinie befindet, nach dem oben genannten zweiten Gesichtspunkt auf einen Bereich von 64,9 Grad bis 74,2 Grad (elektrische Grad) eingeengt wird, wird zusammen mit dem Rastmoment die Drehmomentwelligkeit weiter verringert, was eine Verringerung der elektromagnetischen Schwingungen der Kerne des Stators, die sich aus der Drehmomentwelligkeit ergeben, und zusammen mit den elektromagnetischen Schwingungen eine Verringerung des elektromagnetischen Rauschens verursacht.Because the angle of inclusion θ8 , which is located between the longitudinal axis and the reference line extending from the rotor axis to the intermediate point, is narrowed to a range from 64.9 degrees to 74.2 degrees (electrical degrees) according to the above-mentioned second aspect, together with the cogging torque Torque ripple is further reduced, which causes a decrease in the electromagnetic vibrations of the stator cores resulting from the torque ripple and, together with the electromagnetic vibrations, a reduction in electromagnetic noise.

Ferner werden, zusätzlich zu den obigen Umständen nach den oben beschriebenen Gesichtspunkten, das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit durch das Einrichten des Einschlusswinkels θ8 (elektrischer Winkel), der sich zwischen der Längsachse und der von der Rotorachse zu dem Zwischenpunkt verlaufenden Bezugslinie befindet, auf einen Bereich von 66 Grad bis 68 Grad oder von 70 Grad bis 72 Grad, und das Einrichten des Einschlusswinkels θ9 (mechanischer Winkel), der sich zwischen der Verlängerung des Innenflächenabschnitts auf Seiten der Längsachse und dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt befindet, auf einen Bereich von 10 Grad bis 27 Grad noch wirksamer verringert, während die Verringerung des Drehmoments gering gehalten wird.Furthermore, in addition to the above circumstances from the above-described point of view, the cogging torque and the torque ripple become by setting the inclusion angle θ8 (electrical angle), which is between the longitudinal axis and the reference line extending from the rotor axis to the intermediate point, in a range from 66 degrees to 68 degrees or from 70 degrees to 72 degrees, and setting the inclusion angle θ9 (Mechanical angle) which is between the extension of the inner surface portion on the longitudinal axis side and the transverse axis side inner surface portion is more effectively reduced to a range of 10 degrees to 27 degrees while keeping the torque reduction small.

Zusätzlich ist die Öffnung beträchtlich weiter in einer radial einwärts gerichteten Richtung zu der Rotorachse hin erweitert, als sich lediglich die Magnetöffnung für den Dauermagnet erstreckt, wodurch die Erzeugung einer Sättigung an der äußeren umfänglichen Seite eines Magnetpols vermieden wird, indem eine Umleitung hergestellt wird, die verursacht, dass sich Magnetflusslinien, welche von dem Stator entlang einer der beiden Querachsen für den Magnetpol in den Rotor eingedrungen sind, zu der anderen Querachse hin erstrecken. Dadurch wird das von dem magnetischen Statorfluss stammende Reluktanzmoment wirksam benutzt, wodurch eine Erhöhung des gesamten durchschnittlichen Drehmoments verursacht wird.In addition, the opening is widened considerably further in a radially inward direction towards the rotor axis than only the magnet opening for the permanent magnet extends, thereby avoiding the generation of saturation on the outer circumferential side of a magnetic pole by making a bypass that causes lines of magnetic flux which have entered the rotor from the stator along one of the two transverse axes for the magnetic pole to extend to the other transverse axis. Thereby, the reluctance torque originating from the magnetic stator flux is effectively used, causing an increase in the total average torque.

Durch das Ausdehnen eines zusätzlichen Raums, der sich zu der Längsachse zu dem Außenumfang des Rotors hin erstreckt, kann diese Öffnung eine passende Regulierung der Richtung jenes Teils des magnetischen Rotorflusses, der zwar kein Auslöschen von Magnetflusslinien der Statorwicklungen mit sich bringt, aber nicht wirksam mit den Magnetflusslinien der Statorwicklungen zusammenwirken kann, auf Seiten der Längsachse des Magnetpols vornehmen. Daher erhöht dies das gesamte Drehmoment weiter, da die synthetischen Magnetflusslinien, die durch die kombinierte Wirkung des magnetischen Statorflusses und des magnetischen Rotorflusses ausgebildet werden, dazu gebracht werden, über einen Flussfließweg zu verlaufen, der zu einer wirksamen Erzeugung von Drehmoment beiträgt.By expanding an additional space that extends toward the longitudinal axis toward the outer periphery of the rotor, this opening can properly regulate the direction of that portion of the magnetic flux that does not result in the extinction of magnetic flux lines of the stator windings, but does not do so effectively the magnetic flux lines of the stator windings can interact on the side of the longitudinal axis of the magnetic pole. Therefore, this further increases the total torque because the synthetic lines of magnetic flux formed by the combined action of the magnetic stator flux and the magnetic rotor flux are made to flow along a flux flow path that contributes to the efficient generation of torque.

Im Hinblick auf die Flussbarrieren, die sich von beiden äußeren Enden der Dauermagnete jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, zu dem Außenumfang des Rotors hin erstrecken, können durch das Einrichten eines Einschlusswinkels θ6 (elektrischer Winkel) zwischen den beiden äußeren Enden der Dauermagnete des Paars auf einen Bereich von 144 Grad bis 154,3 Grad die 5. und die 7. Raumharmonische beschränkt werden. Zusätzlich kann durch das Einrichten eines Einschlusswinkels θ2 (mechanischer Winkel) zwischen der Längsachse und einer Außenfläche des Dauermagnets auf Seiten des Außenumfangs auf einen Bereich von 27,5 Grad bis 72,5 Grad oder auf einen Bereich von 37,5 Grad bis 82,5 Grad oder auf einen Bereich von 37,5 Grad bis 72,5 Grad das Drehmoment unter einer Höchstbelastungsbedingung und unter geringen Belastungsbedingungen hoch gestaltet werden und werden die Drehmomentwelligkeit und die 6. und die 12. harmonische Drehmomentkomponente beschränkt, wodurch elektromagnetische Schwingungen und das elektromagnetische Rauschen verringert werden.With regard to the flux barriers that extend from both outer ends of the permanent magnets of each pair that forms a magnetic pole to the outer periphery of the rotor, an inclusion angle can be established θ6 (electrical angle) between the two outer ends of the permanent magnets of the pair are limited to a range of 144 degrees to 154.3 degrees, the 5th and 7th harmonics. In addition, by setting up an inclusion angle θ2 (mechanical angle) between the longitudinal axis and an outer surface of the permanent magnet on the side of the outer circumference to a range from 27.5 degrees to 72.5 degrees or to a range from 37.5 degrees to 82.5 degrees or to a range of 37, 5 degrees to 72.5 degrees, the torque is made high under a maximum load condition and under a low load condition, and the torque ripple and the 6th and the 12th harmonic torque components are restricted, thereby reducing electromagnetic vibrations and the electromagnetic noise.

FigurenlisteFigure list

  • 1 ist eine Draufsicht auf einen Rotor und einen Stator einer elektrischen IPM-Drehmaschine, die Merkmale der Erfindung verkörpert. 1 Fig. 4 is a top view of a rotor and stator of an IPM electric lathe embodying features of the invention.
  • 2 ist eine diagrammatische Ansicht eines Rotors, der Merkmale der Erfindung verkörpert, wobei der Stator mit elektrischem Strom bestromte Wicklungen aufweist, aber wobei die Dauermagnete nicht enthalten sind und die Magnetflusslinien (ψr ) nur durch die nicht dargestellten bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungsbedingungen. 2nd Fig. 3 is a diagrammatic view of a rotor embodying features of the invention, the stator having windings energized with electric current, but not including the permanent magnets and the lines of magnetic flux ( ψ r ) are only generated by the energized stator windings, not shown, during operation in a drive mode under low load conditions.
  • 3 ist eine 2 ähnliche Ansicht, wobei der Stator keinen Strom aufweist und die Magnetflusslinien (ψm ) von den Nordpolen (N) zu den Südpolen (S) nur durch die Dauermagnete, die in Magnetöffnungen in dem Rotor aufgenommen sind, erzeugt werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungsbedingungen. 3rd is a 2nd similar view, the stator has no current and the magnetic flux lines ( ψ m ) from the North Poles (N) to the South Poles (S) only through the permanent magnets that are in magnet openings accommodated in the rotor are generated during operation in a drive mode under low load conditions.
  • 4 ist eine Darstellung, die Drehmomenteigenschaften in Bezug auf verschiedene Grade von Stromphasen für einen IPM-Motor vom V-Typ zeigt, der einen herkömmlichen Rotor umfasst, welcher mit einer Öffnung ausgeführt ist, die nicht groß ist und sich auf Seiten der Längsachse jedes der Dauermagnete befindet; 4th Fig. 4 is a graph showing torque characteristics with respect to various degrees of current phases for a V-type IPM motor that includes a conventional rotor that is formed with an opening that is not large and located on the longitudinal axis side of each of the permanent magnets located;
  • 5A ist eine diagrammatische Ansicht des herkömmlichen Rotors, wobei der Stator keinen Strom aufweist und die Magnetflusslinien (ψm ) nur durch die Dauermagnete, die in Magnetöffnungen in dem Rotor aufgenommen sind, erzeugt werden. 5A Figure 3 is a diagrammatic view of the conventional rotor with the stator de-energized and the lines of magnetic flux ( ψ m ) are only generated by the permanent magnets that are accommodated in magnet openings in the rotor.
  • 5B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs in der Nachbarschaft einer jeden der Längsachsen des in 5A gezeigten Rotors, die ein Vektorfeld (Vm ) angibt, das nur durch die Magnetflusslinien, die durch die Dauermagnete erzeugt werden, ausgebildet wird. 5B 10 is an enlarged view of an area in the vicinity of each of the longitudinal axes of FIG 5A shown rotor, which has a vector field ( V m ) indicates that it is only formed by the magnetic flux lines generated by the permanent magnets.
  • 6A ist eine 5A ähnliche Ansicht, wobei der Stator mit elektrischem Strom bestromte Statorwicklungen aufweist, aber wobei die Dauermagnete nicht enthalten sind und die Magnetflusslinien (ψr ) nur durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter Höchstbelastung. 6A is a 5A Similar view, wherein the stator has stator windings energized with electric current, but the permanent magnets are not included and the magnetic flux lines ( ψ r ) are only generated by the energized stator windings during operation in a drive mode under maximum load.
  • 6B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs in der Nähe einer jeden der Längsachsen des in 6A gezeigten Rotors, die ein Vektorfeld (Vr ) angibt, das nur durch die Magnetflusslinien, die durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, ausgebildet wird. 6B FIG. 12 is an enlarged view of an area near each of the longitudinal axes of FIG 6A shown rotor, which has a vector field ( V r ) indicates that is formed only by the lines of magnetic flux generated by the energized stator windings.
  • 7 ist ein Diagramm eines Modells, das eine Beziehung der Vektorverteilung durch die Dauermagnete jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, in Bezug auf die Vektorverteilung durch die bestromten Statorwicklungen in einem Bereich an der äußeren Umfangsseite des Magnetpols des in 5A gezeigten herkömmlichen Rotors während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter Höchstbelastung zeigt. 7 FIG. 12 is a diagram of a model showing a relationship of the vector distribution through the permanent magnets of each pair that forms a magnetic pole with respect to the vector distribution through the energized stator windings in a region on the outer peripheral side of the magnetic pole of FIG 5A Conventional rotor shown during operation in a drive mode under maximum load.
  • 8 ist eine Darstellung, die die Übereinstimmung des Drehmoments mit der Phase des Eingangsstroms in Bezug auf den IPM-Motor vom V-Typ, der den in 5A gezeigten Rotor umfasst, zeigt. 8th FIG. 12 is a graph showing the correspondence of the torque with the phase of the input current with respect to the V-type IPM motor that is shown in FIG 5A rotor shown, shows.
  • 9 ist eine den 5A und 6A ähnliche Ansicht, wobei die Magnetflusslinien (ψr ) nur durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringer Belastung. 9 is one 5A and 6A similar view, where the magnetic flux lines ( ψ r ) are only generated by the energized stator windings during operation in a drive mode under low load.
  • 10 ist eine den 5A, 6A und 9 ähnliche Ansicht, die aber zusätzlich zu den synthetischen Magnetflusslinien (ψs ) welche durch die kombinierte Wirkung von Magnetflusslinien (ψm ), die durch die Dauermagnete erzeugt werden, und Magnetflusslinien (ψr ), die durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, ausgebildet werden, Flussfließwege enthält, die durch die Flussfließverteilung der synthetischen Magnetflusslinien (ψs ) definiert sind, in einem Antriebsmodus unter geringer Belastung. 10th is one 5A , 6A and 9 Similar view, but in addition to the synthetic magnetic flux lines ( ψ p ) which by the combined effect of magnetic flux lines ( ψ m ) generated by the permanent magnets and magnetic flux lines ( ψ r ) that are generated by the energized stator windings, contains flux flow paths that are generated by the flux flow distribution of the synthetic magnetic flux lines ( ψ p ) are defined in a drive mode under low load.
  • 11 ist ein Diagramm, das die Veränderung des Ausgangsdrehmoments und die Rate der Verringerung der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn jeder der eingebetteten Dauermagnete in einem Rotor, der Merkmale der Erfindung verkörpert, verkürzt ist. 11 FIG. 12 is a graph showing the change in output torque and the rate of torque ripple reduction when each of the embedded permanent magnets is shortened in a rotor embodying features of the invention.
  • 12 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Raumharmonischen der 5. Ordnung zeigt, wenn jeder der eingebetteten Dauermagnete in dem Rotor, der die Merkmale der Erfindung verkörpert, verkürzt ist. 12th FIG. 5 is a diagram showing the change in the 5th order spatial harmonic when each of the embedded permanent magnets in the rotor embodying the features of the invention is shortened.
  • 13 ist ein Diagramm, das einen Vergleich von Prozentsätzen von Drehmomenten, die erzeugt werden, wenn der in den 5A, 6A und 9 gezeigte herkömmliche Rotor während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungen verwendet wird, mit Prozentsätzen von Drehmomenten, wenn der Rotor, der die Merkmale der Erfindung verkörpert, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungen verwendet wird, zeigt. 13 is a graph comparing percentages of torques generated when in the 5A , 6A and 9 The conventional rotor shown is used during low load drive mode operation with percentages of torque when the rotor embodying the features of the invention is used during low load drive mode operation.
  • 14 ist ein 13 ähnliches Diagramm, das aber einen Vergleich von Prozentsätzen von Drehmomenten, die erzeugt werden, wenn der in den 5A, 6A und 9 gezeigte herkömmliche Rotor während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung verwendet wird, mit Prozentsätzen von Drehmomenten, wenn der Rotor, der die Merkmale der Erfindung verkörpert, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung verwendet wird, zeigt. 14 is a 13 Similar diagram, but a comparison of percentages of torques that are generated when in the 5A , 6A and 9 The conventional rotor shown is used during operation in a drive mode under a maximum load, with percentages of torques when the rotor embodying the features of the invention is used during operation in a drive mode under a maximum load.
  • 15 ist eine 2 ähnliche Ansicht, wobei der Stator mit elektrischem Strom bestromte Statorwicklungen aufweist, aber wobei die Dauermagnete nicht enthalten sind und die Magnetflusslinien (ψr ) nur durch die nicht dargestellten bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung. 15 is a 2nd Similar view, wherein the stator has stator windings energized with electric current, but the permanent magnets are not included and the magnetic flux lines ( ψ r ) are only generated by the energized stator windings, not shown, during operation in a drive mode under a maximum load.
  • 16 ist eine den 2 und 15 ähnliche Ansicht, die aber synthetische Magnetflusslinien (ψs ) enthält, welche durch die kombinierte Wirkung von Magnetflusslinien, die durch die Dauermagnete erzeugt werden, und Magnetflusslinien, die durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, ausgebildet werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungen. 16 is one 2nd and 15 similar view, but with synthetic magnetic flux lines ( ψ p ), which are formed by the combined action of lines of magnetic flux generated by the permanent magnets and lines of magnetic flux generated by the energized stator windings, during operation in a drive mode under low loads.
  • 17 ist eine den 2, 15 und 16 ähnliche Ansicht, die aber synthetische Magnetflusslinien (ψs ) enthält, welche durch die kombinierte Wirkung von Magnetflusslinien, die durch die Dauermagnete erzeugt werden, und Magnetflusslinien, die durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, ausgebildet werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung. 17th is one 2nd , 15 and 16 similar view, but with synthetic magnetic flux lines ( ψ p ) which are formed by the combined action of lines of magnetic flux generated by the permanent magnets and lines of magnetic flux generated by the energized stator windings during operation in a drive mode under a maximum load.
  • 18 ist eine diagrammatische Ansicht eines Vergleichsaufbaus eines Rotors zum Vergleich mit dem Aufbau der in 17 gezeigten Ausführungsform, die synthetische Magnetflusslinien (ψs ) enthält, welche durch die kombinierte Wirkung von Magnetflusslinien, die durch die Dauermagnete erzeugt werden, und Magnetflusslinien, die durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, ausgebildet werden, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung. 18th FIG. 12 is a diagrammatic view of a comparative structure of a rotor for comparison with the structure of FIG 17th shown embodiment, the synthetic magnetic flux lines ( ψ p ) which are formed by the combined action of lines of magnetic flux generated by the permanent magnets and lines of magnetic flux generated by the energized stator windings during operation in a drive mode under a maximum load.
  • 19 ist eine Darstellung des augenblicklichen Drehmoments in dem durchschnittlichen Drehmoment in Bezug auf den elektrischen Winkel, das durch den Aufbau A der in 17 gezeigten Ausführungsform erzeugt wird, und jenes des in 18 gezeigten Vergleichsaufbaus B. 19th is a plot of the instantaneous torque in the average torque with respect to the electrical angle created by the construction A of the one in FIG 17th shown embodiment is generated, and that of the in 18th shown comparison structure B.
  • 20 ist ein Diagramm, das den Prozentsatz jeder Harmonischen, welche die in 19 gezeigte Wellenform des augenblicklichen Drehmoments überlagert, für jeden aus dem in 17 gezeigten Aufbau A der vorliegenden Ausführungsform und dem in 18 gezeigten Vergleichsaufbau B zeigt. 20 is a graph showing the percentage of each harmonic that the in 19th shown instantaneous torque waveform overlaid for everyone from the in 17th Structure A of the present embodiment shown in FIG 18th shown comparison structure B shows.
  • 21 ist ein Diagramm, das den Prozentsatz jedes Gehalts der mit einem Zahn verketteten Flusswellenform für jeden aus dem in 17 gezeigten Aufbau A der vorliegenden Ausführungsform und dem in 18 gezeigten Vergleichsaufbau B zeigt. 21 is a graph showing the percentage of each content of the tooth wave flux waveform for each of the in 17th Structure A of the present embodiment shown in FIG 18th shown comparison structure B shows.
  • 22 ist eine Darstellung des Drehmoments in Bezug auf R2/R1 als Parameter, wobei R2 der radiale Abstand jener Endwand einer jeden der Flussbarrieren 17c, die sich in der Nähe der Rotorachse befindet, von der Rotorachse ist, und R1 der Außenradius des Rotors ist. 22 FIG. 4 is a plot of torque with respect to FIG R2 / R1 as a parameter, where R2 the radial distance of that end wall of each of the river barriers 17c which is near the rotor axis, is from the rotor axis, and R1 is the outer radius of the rotor.
  • 23 ist eine Darstellung des Drehmoments in Bezug auf R3/R2 als Parameter, wobei R3 der Innenradius des Rotors ist, und R2 der radiale Abstand jener Endwand einer jeden der Flussbarrieren 17c, die sich in der Nähe der Rotorachse befindet, von der Rotorachse ist. 23 FIG. 4 is a plot of torque with respect to FIG R3 / R2 as a parameter, where R3 is the inside radius of the rotor, and R2 the radial distance of that end wall of each of the river barriers 17c which is near the rotor axis is from the rotor axis.
  • 24 ist eine diagrammatische Ansicht eines Teils eines Rotors, der Gesichtspunkte der Erfindung ausführt, in der Nähe der Ecken von Dauermagneten jedes Paars, die sich nahe an einer Längsachse befinden, die ein Modell umfasst, das eine Beziehung der Vektorverteilung durch die Dauermagnete in Bezug auf die Vektorverteilung durch bestromte Wicklungen während des Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung angibt, wobei der Rotor mit einer großen Öffnung ausgeführt ist, die einen zusätzlichen Raum in einer Magnetöffnung umfasst, der aufgrund einer Verkürzung der Länge des zugehörigen der Dauermagnete entlang der Magnetöffnung ausgebildet ist, wobei sich die große Öffnung nicht über den Umfang des Dauermagnets hinaus zu dem Außenumfang des Rotors hin erstreckt. 24th FIG. 12 is a diagrammatic view of a portion of a rotor embodying aspects of the invention near the corners of permanent magnets of each pair that are close to a longitudinal axis that includes a model that shows a relationship of vector distribution by permanent magnets with respect to FIG Vector distribution through energized windings during operation in a drive mode under a maximum load, wherein the rotor is designed with a large opening, which comprises an additional space in a magnet opening, which is formed due to a shortening of the length of the associated of the permanent magnets along the magnet opening, the large opening does not extend beyond the circumference of the permanent magnet towards the outer circumference of the rotor.
  • 25 ist eine 18 ähnliche Ansicht, die aber einen Rotor umfasst, der Gesichtspunkte der Erfindung ausführt, wobei der Rotor mit einer großen Öffnung ausgeführt ist, die einen zusätzlichen Raum in einer Magnetöffnung umfasst, der aufgrund einer Verkürzung der Länge des zugehörigen Dauermagnets entlang der Magnetöffnung ausgebildet ist, wobei sich die große Öffnung von dem zusätzlichen Raum über den Umfang des Dauermagnets hinaus zu dem Außenumfang des Rotors hin erstreckt. 25th is a 18th similar view but including a rotor embodying aspects of the invention, the rotor being configured with a large opening that includes an additional space in a magnet opening formed due to a shortening of the length of the associated permanent magnet along the magnet opening, wherein the large opening extends from the additional space beyond the circumference of the permanent magnet to the outer circumference of the rotor.
  • 26 ist ein Diagramm, das vergrößert ist und Parameter umfasst, die verwendet werden, um Formabmessungen jenes Abschnitts der Öffnung zu bestimmen, der sich von dem zusätzlichen Raum über den Umfang des zugehörigen Dauermagnets hinaus zu dem Außenumfang des Rotors hin erstreckt. 26 FIG. 12 is a diagram that is enlarged and includes parameters that are used to determine shape dimensions of that portion of the opening that extends from the additional space beyond the perimeter of the associated permanent magnet to the outer perimeter of the rotor.
  • 27 ist ein Diagramm von Beispielen für Gestaltungsmodelle, wenn ein in 26 gezeigter Parameter DLd verändert wird. 27 is a diagram of examples of design models when one in 26 shown parameter DL d is changed.
  • 28 ist eine Darstellung, die die Veränderung des Drehmoments und die Veränderung der harmonischen Drehmomentkomponenten zeigt, wenn ein Verhältnis von DLd zu einem Außenradius R1 des Rotors als Parameter verändert wird. 28 is a graph showing the change in torque and the change in harmonic torque components when a ratio of DL d to an outer radius R1 of the rotor is changed as a parameter.
  • 29 ist eine Darstellung, die die Veränderung der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn das Verhältnis von DLd zu dem Außenradius R1 verändert wird. 29 is a graph showing the change in torque ripple when the ratio of DL d to the outer radius R1 is changed.
  • 30 ist eine Darstellung, die die Veränderung des Drehmoments und die Veränderung der harmonischen Drehmomentkomponenten zeigt, wenn ein Verhältnis θ1/θ2 als Parameter verändert wird. 30th FIG. 12 is a graph showing the change in torque and the change in harmonic torque components when a ratio θ1 / θ2 is changed as a parameter.
  • 31 ist eine Darstellung, die die Veränderung der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn das Verhältnis θ1/θ2 verändert wird. 31 Fig. 12 is a graph showing the change in torque ripple when the ratio θ1 / θ2 is changed.
  • 32 ist eine Darstellung des augenblicklichen Drehmoments in dem durchschnittlichen Drehmoment in Bezug auf den elektrischen Winkel, um den Fall der Verlängerung der Flussbarrieren in der Form von Öffnungen mit dem Fall, in dem die Flussbarrieren nicht verlängert sind, zu vergleichen. 32 FIG. 4 is a plot of instantaneous torque in average torque versus electrical angle to compare the case of elongation of the flow barriers in the form of openings to the case where the flow barriers are not elongated.
  • 33 ist eine Darstellung, die den Prozentsatz jeder harmonischen Drehmomentkomponente, welche die in 32 gezeigte Wellenform des augenblicklichen Drehmoments überlagert, zeigt. 33 is a graph showing the percentage of each harmonic torque component that the in 32 superimposed waveform of the instantaneous torque, shows.
  • 34A ist eine 5A ähnliche Ansicht, die nur durch Dauermagnete erzeugte Magnetflusslinien (ψm ) enthält, wobei der herkömmliche Rotor mit einer nicht großen Öffnung ausgeführt ist, die sich bei jedem Dauermagnet auf Seiten der Längsachse befindet, aber nicht mit mittleren Nuten ausgeführt ist. 34A is a 5A Similar view, the magnetic flux lines generated only by permanent magnets ( ψ m ) contains, wherein the conventional rotor is designed with a not large opening, which is located on the long axis side of each permanent magnet, but is not designed with central grooves.
  • 34B ist ein Vektorfeld für die synthetischen Magnetflusslinien, die durch die kombinierte Wirkung der durch die Dauermagnete erzeugten Magnetflusslinien und der durch die bestromten Statorwicklungen erzeugten Magnetflusslinien ausgebildet werden, in der Nähe einer Längsachse, wenn der IPM-Motor vom V-Typ, der den herkömmlichen Rotor umfasst, welcher mit der nicht großen Öffnung ausgeführt ist, die sich bei jedem Dauermagnet auf Seiten der Längsachse befindet, in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung arbeitet, wobei der herkömmliche Rotor nicht mit mittleren Nuten ausgeführt ist. 34B is a vector field for the synthetic magnetic flux lines, which are formed by the combined action of the magnetic flux lines generated by the permanent magnets and the magnetic flux lines generated by the energized stator windings, in the vicinity of a longitudinal axis when the V-type IPM motor, which is the conventional rotor which is designed with the small opening, which is located on the longitudinal axis side of each permanent magnet, operates in a drive mode under a maximum load, wherein the conventional rotor is not designed with central grooves.
  • 35A ist eine diagrammatische Ansicht, die Magnetflusslinien angibt, welche nur durch die Dauermagnete eines IPM-Motors vom V-Typ erzeugt werden, der einen weniger bevorzugten Rotor umfasst, welcher mit einer großen Öffnung ausgeführt ist, die sich bei jedem Dauermagnet auf Seiten der Längsachse befindet, wobei der weniger bevorzugte Rotor nicht mit mittleren Nuten ausgeführt ist. 35A Fig. 10 is a diagrammatic view indicating lines of magnetic flux generated only by the permanent magnets of a V-type IPM motor that includes a less preferred rotor that is designed with a large opening located on the longitudinal axis side of each permanent magnet , the less preferred rotor is not designed with middle grooves.
  • 35B ist ein Vektorfeld für die synthetischen Magnetflusslinien, die durch die kombinierte Wirkung der durch die Dauermagnete erzeugten Magnetflusslinien und der durch die bestromten Statorwicklungen erzeugten Magnetflusslinien ausgebildet werden, in der Nähe einer Längsachse, wenn der IPM-Motor vom V-Typ, der den weniger bevorzugten Rotor umfasst, welcher mit der großen Öffnung ausgeführt ist, die sich bei jedem Dauermagnet auf Seiten der Längsachse befindet, in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung arbeitet, wobei der weniger bevorzugte Rotor nicht mit mittleren Nuten ausgeführt ist. 35B is a vector field for the synthetic magnetic flux lines formed by the combined action of the magnetic flux lines generated by the permanent magnets and the magnetic flux lines generated by the energized stator windings, near a longitudinal axis when the V-type IPM motor, the less preferred Rotor, which is designed with the large opening, which is located on the longitudinal axis side of each permanent magnet, operates in a drive mode under a maximum load, the less preferred rotor is not designed with central grooves.
  • 36 ist eine Darstellung der Magnetflusswellenform des mit einem Zahn verketteten Flusses in Bezug auf den elektrischen Winkel, um den in 34A gezeigten herkömmlichen Rotor, der mit der nicht großen Öffnung ausgeführt ist, die sich bei jedem Dauermagnet auf Seiten der Längsachse befindet, wobei der herkömmliche Rotor mit keinerlei mittleren Nuten ausgeführt ist, mit dem in 35A gezeigten weniger bevorzugten Rotor, der mit der großen Öffnung ausgeführt ist, die sich bei jedem Dauermagnet auf Seiten der Längsachse befindet, wobei der weniger bevorzugte Rotor nicht mit mittleren Nuten ausgeführt ist, zu vergleichen. 36 FIG. 4 is a graph of the magnetic flux waveform of the tooth-chained flux with respect to the electrical angle through which FIG 34A shown conventional rotor, which is designed with the not large opening, which is located with each permanent magnet on the side of the longitudinal axis, wherein the conventional rotor is designed with no central grooves, with the in 35A shown less preferred rotor, which is designed with the large opening, which is located with each permanent magnet on the side of the longitudinal axis, the less preferred rotor is not designed with central grooves.
  • 37 ist ein Diagramm, das den Prozentsatz des Gehalts an jeder der Raumharmonischen, die in einer mit einem Statorzahn verketteten Magnetflusswellenform enthalten sind, nach einer Fourier-Transformation der in 36 gezeigten Flusswellenformen zeigt. 37 FIG. 12 is a graph showing the percentage of the content of each of the harmonics contained in a magnetic flux waveform chained to a stator tooth after a Fourier transform of the one in FIG 36 flow waveforms shown.
  • 38 ist ein Vektorfeld für die synthetischen Magnetflusslinien, die durch die kombinierte Wirkung der durch die Dauermagnete erzeugten Magnetflusslinien und der durch die bestromten Statorwicklungen erzeugten Magnetflusslinien ausgebildet werden, in der Nähe einer Längsachse, wenn ein IPM-Motor vom V-Typ, der einen Rotor umfasst, welcher Gesichtspunkte der Erfindung verkörpert, in einem Antriebsmodus unter Höchstbelastung arbeitet, wobei der Rotor zusätzlich zu einer großen Öffnung, die sich bei jedem Dauermagnet auf Seiten der Längsachse befindet, mit mittleren Nuten ausgeführt ist. 38 is a vector field for the synthetic magnetic flux lines formed by the combined action of the magnetic flux lines generated by the permanent magnets and the magnetic flux lines generated by the energized stator windings, near a longitudinal axis when a V-type IPM motor that includes a rotor , which embodies aspects of the invention, operates in a drive mode under maximum load, the rotor being designed with central grooves in addition to a large opening which is located on the longitudinal axis side of each permanent magnet.
  • 39 ist eine Darstellung des Drehmoments in Bezug auf den elektrischen Winkel, um die vorliegende Ausführungsform mit dem in 35A gezeigten Aufbau zu vergleichen, wobei der weniger bevorzugte Rotor nicht mit mittleren Nuten ausgeführt ist. 39 10 is a plot of torque versus electrical angle to match the present embodiment with that in FIG 35A to compare the structure shown, the less preferred rotor not being designed with central grooves.
  • 40 ist ein Diagramm, das den Grad einer jeden harmonischen Drehmomentkomponente zeigt, die der Drehmomentwellenform, welche nach einer Fourier-Transformation der in 39 gezeigten Wellenformen gegeben ist, überlagert ist. 40 FIG. 12 is a diagram showing the degree of each harmonic torque component, that of the torque waveform obtained after a Fourier transform of the one in FIG 39 is shown, is superimposed.
  • 41 ist eine vergrößere bruchstückhafte Ansicht eines Magnetpols des Rotors, die Parameter zeigt, welche verwendet werden, um die Formabmessungen einer jeden der mittleren Nuten zu bestimmen. 41 Fig. 4 is an enlarged fragmentary view of a magnetic pole of the rotor showing parameters used to determine the shape dimensions of each of the central grooves.
  • 42 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn das in 41 gezeigte, für die Formabmessungen der mittleren Nut verwendete Verhältnis von R4 zu dem Außenradius R1 als Parameter verändert wird. 42 is a graph showing the change in torque ripple when in 41 shown ratio used for the shape dimensions of the middle groove R4 to the outer radius R1 is changed as a parameter.
  • 43 ist ein Diagramm, das Phasenspannungswellenformen und eine Leiterspannungswellenform zeigt, wenn ein äußerer Bogenwinkel θa als Parameter verwendet wird. 43 Fig. 14 is a diagram showing phase voltage waveforms and a conductor voltage waveform when an outer arc angle θ a is used as a parameter.
  • 44 ist eine Darstellung des Drehmoments in Bezug auf den elektrischen Winkel, um die vorliegende Ausführungsform mit dem in 35A gezeigten Aufbau zu vergleichen, wobei der weniger bevorzugte Rotor nicht mit mittleren Nuten ausgeführt ist, wobei die Drehmomentwellenformen während des Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungen gezeigt sind. 44 10 is a plot of torque versus electrical angle to match the present embodiment with that in FIG 35A The structure shown is compared, the less preferred rotor not having central grooves, the torque waveforms being shown during operation in a drive mode under low loads.
  • 45 ist ein Diagramm, das den Grad einer jeden harmonischen Drehmomentkomponente zeigt, die die Drehmomentwellenform, welche nach einer Fourier-Transformation der in 44 gezeigten Wellenformen gegeben ist, überlagert. 45 FIG. 12 is a diagram showing the degree of each harmonic torque component, the torque waveform obtained after a Fourier transform of the one in FIG 44 given waveforms is superimposed.
  • 46 ist ein Diagramm eines Aufbaus, der ohne jegliche seitliche Nuten ausgeführt ist, wobei eine Positionsbeziehung eines Magnetpols zu Statorzähnen gezeigt ist. 46 Fig. 10 is a diagram of a structure made without any side grooves, showing a positional relationship of a magnetic pole to stator teeth.
  • 47 ist eine Darstellung einer Spaltmagnetflusswellenform, die erzeugt wird, wenn der in 46 gezeigte Aufbau, der ohne jegliche seitliche Nuten ausgeführt ist, unter einer Nichtbelastungsbedingung arbeitet. 47 FIG. 14 is an illustration of a split magnetic flux waveform generated when the in FIG 46 shown construction, which is carried out without any lateral grooves, operates under a no-load condition.
  • 48 ist eine Darstellung einer Spaltmagnetflusswellenform, die erzeugt wird, wenn der in 46 gezeigte Aufbau, der ohne jegliche seitliche Nuten ausgeführt ist, unter einer Höchstbelastungsbedingung arbeitet. 48 FIG. 14 is an illustration of a split magnetic flux waveform generated when the in FIG 46 shown construction, which is carried out without any lateral grooves, operates under a maximum load condition.
  • 49 ist eine vergrößere bruchstückhafte Ansicht eines Magnetpols des Rotors, die Parameter zeigt, welche verwendet werden, um die Formabmessungen einer jeden der seitlichen Nuten, welche in dem Außenumfang des Rotors gebildet werden sollen, zu bestimmen. 49 Fig. 4 is an enlarged fragmentary view of a magnetic pole of the rotor showing parameters used to determine the shape dimensions of each of the side grooves to be formed in the outer periphery of the rotor.
  • 50 ist ein Diagramm, das die Veränderungen des durchschnittlichen Drehmoments, der harmonischen Drehmomentkomponenten und der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn das Verhältnis θ5 (innerer Einschlusswinkel bzw. innerer eingeschlossener Winkel von der Längsachse)/θ4 (äußerer Einschlusswinkel bzw. äußerer eingeschlossener Winkel von der Längsachse) bei den Formabmessungen für jede der in 49 gezeigten seitlichen Nuten als Parameter während eines Betriebs unter einer Höchstbelastungsbedingung verändert wird. 50 is a graph showing the changes in the average torque, harmonic torque components and torque ripple when the ratio θ5 (inside inclusion angle or inside included angle from the longitudinal axis) / θ4 (outside inclusion angle or outside included angle from the longitudinal axis) at the mold dimensions for each of the in 49 shown lateral grooves is changed as a parameter during operation under a maximum load condition.
  • 51 ist ein Diagramm, das die Veränderungen des durchschnittlichen Drehmoments, der harmonischen Drehmomentkomponenten und der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn das Verhältnis θ5 (innerer Einschlusswinkel von der Längsachse)/θ4 (äußerer Einschlusswinkel von der Längsachse) bei den Formabmessungen für jede der in 49 gezeigten seitlichen Nuten als Parameter während eines Betriebs unter geringen Belastungsbedingungen verändert wird. 51 FIG. 10 is a graph showing changes in the average torque, harmonic torque components and torque ripple when the ratio θ5 (inside inclusion angle from the longitudinal axis) / θ4 (outside inclusion angle from the longitudinal axis) in the mold dimensions for each of the in 49 shown lateral grooves is changed as a parameter during operation under low load conditions.
  • 52 ist ein Diagramm, das die Veränderungen des durchschnittlichen Drehmoments und der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn das Verhältnis RG (Nutentiefe)/AG (Luftspaltbreite) bei den Formabmessungen für jede der in 49 gezeigten seitlichen Nuten als Parameter während eines Betriebs unter einer Höchstbelastungsbedingung verändert wird. 52 is a graph showing the changes in the average torque and the torque ripple when the ratio RG (groove depth) / AG (air gap width) in the mold dimensions for each of the in 49 shown lateral grooves is changed as a parameter during operation under a maximum load condition.
  • 53 ist ein Diagramm, das Spaltmagnetflusswellenformen, wovon eine durch den Aufbau mit seitlichen Nuten erzeugt wird und die andere durch den Aufbau ohne seitliche Nuten erzeugt wird, während eines Betriebs unter einer Nichtbelastungsbedingung zeigt, um die Amplituden der überlagernden Harmonischen zu vergleichen. 53 FIG. 12 is a graph showing split magnetic flux waveforms, one generated by the side-groove structure and the other by the side-groove structure, during operation under a no-load condition to compare the amplitudes of the superimposed harmonics.
  • 54 ist ein Diagramm, das Drehmomentwellenformen, wovon eine durch den Aufbau mit seitlichen Nuten erzeugt wird und die andere durch den Aufbau ohne seitliche Nuten erzeugt wird, während eines Betriebs unter einer Höchstbelastungsbedingung zeigt, um die Amplituden der Drehmomentwelligkeiten zu vergleichen. 54 FIG. 12 is a graph showing torque waveforms, one generated by the side-groove structure and the other by the structure without side grooves, during operation under a maximum load condition to compare the amplitude of the torque ripples.
  • 55 ist ein Diagramm, das Drehmomentwellenformen, wovon eine durch den Aufbau mit seitlichen Nuten erzeugt wird und die andere durch den Aufbau ohne seitliche Nuten erzeugt wird, während eines Betriebs unter geringen Belastungsbedingungen zeigt, um die Amplituden der Drehmomentwelligkeiten zu vergleichen. 55 FIG. 12 is a graph showing torque waveforms, one generated by the side-groove structure and the other by the side-groove structure, during low load operation to compare the amplitude of the torque ripple.
  • 56 ist ein Diagramm, das Rastmomentwellenformen, wovon eine durch den Aufbau mit seitlichen Nuten erzeugt wird und die andere durch den Aufbau ohne seitliche Nuten erzeugt wird, während eines Betriebs unter einer Nichtbelastungsbedingung zeigt, um eine Verringerung des Rastmoments zu überprüfen. 56 FIG. 12 is a diagram showing cogging torque waveforms, one generated by the side-groove structure and the other by the structure without side grooves, during operation under a no-load condition to check a reduction in cogging torque.
  • 57 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht eines Magnetpols des Rotors, die einen Polöffnungswinkel θ6 und einen Magnetöffnungswinkel θ2 zeigt. 57 Fig. 3 is an enlarged fragmentary view of a magnetic pole of the rotor showing a pole opening angle θ6 and a magnet opening angle θ2 shows.
  • 58 ist ein Diagramm einer approximativen Wellenform des mit einem Zahn verketteten Spaltmagnetflusses. 58 Figure 12 is a diagram of an approximate waveform of the split magnetic flux chained to a tooth.
  • 59 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der approximativen Wellenform des mit einem Zahn verketteten Spaltmagnetflusses, dem Polöffnungswinkel und dem Magnetöffnungswinkel veranschaulicht. 59 FIG. 12 is a graph illustrating a relationship between the approximate waveform of split magnetic flux chained with a tooth, the pole opening angle and the magnet opening angle.
  • 60 ist ein Diagramm, das eine tatsächliche Wellenform des mit einem Zahn verketteten Spaltmagnetflusses in Überlappung mit seiner idealen Wellenform zeigt. 60 FIG. 12 is a diagram showing an actual waveform of the split magnetic flux chained with a tooth in overlap with its ideal waveform.
  • 61 ist ein Diagramm, das die Veränderungen des durchschnittlichen Drehmoments, der harmonischen Drehmomentkomponenten und der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn der Magnetöffnungswinkel θ2 als Parameter während des Betriebs unter einer Höchstbelastungsbedingung verändert wird. 61 is a graph showing changes in average torque, harmonic torque components and torque ripple when the magnet opening angle θ2 is changed as a parameter during operation under a maximum load condition.
  • 62 ist ein Diagramm, das die Veränderungen des durchschnittlichen Drehmoments, der harmonischen Drehmomentkomponenten und der Drehmomentwelligkeit zeigt, wenn der Magnetöffnungswinkel θ2 als Parameter während des Betriebs unter geringen Belastungsbedingungen verändert wird. 62 is a graph showing changes in average torque, harmonic torque components and torque ripple when the magnet opening angle θ2 is changed as a parameter during operation under low load conditions.
  • 63 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht eines Magnetpols des Rotors, die die Form einer jeden der Seitenbrücken zeigt. 63 Fig. 3 is an enlarged fragmentary view of a magnetic pole of the rotor, showing the shape of each of the side bridges.
  • 64 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs in der Nähe einer Seitenbrücke, die ein Vektorfeld (Vm ) angibt, das nur während eines Betriebs in einem Antriebsmodus ohne Belastungsbedingung durch die Magnetflusslinien, die durch die Dauermagnete erzeugt werden, ausgebildet wird. 64 Fig. 3 is an enlarged view of an area near a side bridge that has a vector field ( V m ) indicates that the magnetic flux lines generated by the permanent magnets only form during operation in a drive mode without a loading condition.
  • 65A ist eine Darstellung der Wellenform der Magnetflussdichte, die in einem Luftspalt zwischen einem Rotor und einem Stator erzeugt wird, während eines Betriebs in einem Antriebsmodus ohne Belastungsbedingung. 65A FIG. 14 is an illustration of the magnetic flux density waveform generated in an air gap between a rotor and a stator during operation in a drive mode with no load condition.
  • 65B ist eine bruchstückhafte vergrößerte Ansicht von 65A, die eine Darstellung eines Anstiegsbereichs der in 65A gezeigten Wellenform der Magnetflussdichte angibt. 65B is a fragmentary enlarged view of 65A which is a representation of an increase range of the in 65A indicates the waveform of the magnetic flux density shown.
  • 66 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs in der Nähe einer Seitenbrücke, die ein Vektorfeld (Vr ) angibt, das nur während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastungsbedingung durch die Magnetflusslinien, die durch die Statorwicklungen erzeugt werden, ausgebildet wird. 66 Fig. 3 is an enlarged view of an area near a side bridge that has a vector field ( V r ) indicates that it is only formed during operation in a drive mode under a maximum load condition by the lines of magnetic flux generated by the stator windings.
  • 67 ist ein Umrissdiagramm der Ergebnisse der Analyse der mechanischen Stärke, das Stellen angibt, an denen die induzierte Von-Mises-Spannung während des Betriebs des IPM-Motors vom V-Typ in einem Antriebsmodus bei hohen Geschwindigkeiten groß wird. 67 FIG. 12 is an outline diagram of the results of the mechanical strength analysis indicating locations where the induced Von Mises voltage becomes large during operation of the V-type IPM motor in a drive mode at high speeds.
  • 68 ist eine Darstellung des Rastmoments, das sich verändert, wenn ein Biegepunkt an einer äußeren endseitigen Innenfläche einer jeden der außenseitigen Flussbarrieren an verändert wird. 68 FIG. 4 is an illustration of the cogging torque that changes when a bending point on an outer end inner surface of each of the outer flow barriers is changed.
  • 69 ist eine Darstellung des Drehmoments und der Drehmomentwelligkeit, die sich verändern, wenn der Biegepunkt an der äußeren endseitigen Innenfläche der außenseitigen Flussbarriere verändert wird. 69 FIG. 4 is a representation of the torque and torque ripple that change when the bend point on the outer end inside surface of the outside flow barrier is changed.
  • 70 ist eine Darstellung des Drehmoments und der Drehmomentwelligkeit, die sich verändern, wenn das Ausmaß der Biegung in der äußeren endseitigen Innenfläche der außenseitigen Flussbarriere verändert wird. 70 FIG. 4 is an illustration of the torque and torque ripple that change when the amount of bending in the outer end inner surface of the outer flow barrier is changed.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird eine (werden) Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 bis 70 zeigen eine Ausführungsform einer elektrischen IPM-Drehmaschine nach der vorliegenden Erfindung. In der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dreht sich ein Rotor nur zu Erläuterungszwecken in eine solche Richtung, dass er sich zum Beispiel in Bezug auf einen Stator in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn (CCW: counterclockwise, gegen den Uhrzeigersinn) dreht.An embodiment (s) of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to 70 show an embodiment of an electrical IPM lathe according to the present invention. In the following description of the preferred embodiment, a rotor rotates in a direction for illustrative purposes only, for example, that it rotates counterclockwise (CCW: counterclockwise) with respect to a stator.

In 1 umfasst eine elektrische Drehmaschine oder ein Motor 10 einen Stator 11, der in der Form einer im Allgemeinen zylinderförmigen Gestaltung ausgeführt ist, und einen Rotor 12, der von diesem Stator 11 umgeben ist, auf einer Drehachse oder einer Rotorachse drehbar ist, und fest mit einer Antriebswelle 13, die koaxial mit der Drehachse angeordnet ist, gekoppelt ist. Die elektrische Drehmaschine 10 erbringt eine Leistung, die an Spezifikationen angepasst ist, welche für eine Kraftquelle eines Hybridfahrzeugs (HEV) oder eines Elektrofahrzeugs (EV) erforderlich sind, so wie ein Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug als Kraftquelle benötigt ist, oder an Spezifikationen angepasst ist, die für eine eingebaute Kraftquelle in jedem der Antriebsräder eines Fahrzeugs erforderlich sind.In 1 includes an electric lathe or a motor 10th a stator 11 , which is in the form of a generally cylindrical configuration, and a rotor 12th by this stator 11 is surrounded, is rotatable on an axis of rotation or a rotor axis, and fixed to a drive shaft 13 , which is arranged coaxially with the axis of rotation, is coupled. The electric lathe 10th provides a performance that is adapted to specifications that are required for a power source of a hybrid vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV), such as an internal combustion engine is required for a vehicle as a power source, or is adapted to specifications that are required for a built-in one Power source in each of the drive wheels of a vehicle are required.

Der Stator 11 ist mit mehreren Statorzähnen 15 ausgeführt, die sich auf eine solche Weise in radialen Richtungen von der Rotorachse erstrecken, dass ein Innenumfang 15a des Stators 11 und ein Außenumfang 12a des Rotors 12 einander über einen dazwischen befindlichen Zwischenraum G gegenüberliegen. Der Stator 11 ist mit dreiphasigen Wicklungen umwickelt, die jeweils für jede Phase eine verteilte Wicklung darstellen (nicht dargestellt), um Statorwicklungen zu bilden, die fähig sind, einen Magnetfluss zu erzeugen, der mit dem Rotor 12 in Wechselwirkung tritt, um ein Rotordrehmoment zu erzeugen. The stator 11 is with several stator teeth 15 executed which extend in radial directions from the rotor axis in such a way that an inner circumference 15a of the stator 11 and an outer circumference 12a of the rotor 12th face each other through an intermediate space G between them. The stator 11 is wrapped with three-phase windings, each of which is a distributed winding for each phase (not shown) to form stator windings that are capable of generating a magnetic flux that communicates with the rotor 12th interacts to produce a rotor torque.

Der Rotor 12 ist als Rotor eines IPM-Motors (Motors mit innenliegenden Dauermagneten) ausgeführt; und darin sind mehrere Sätze von Dauermagneten 12 eingebettet, wobei jeder Satz pro Pol ein Paar von Dauermagneten 16 aufweist, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, welche sich zu dem Außenumfang 12a hin öffnet. Für die Dauermagnete jedes Paars ist der Rotor 12 mit einem Satz von Öffnungen 17 ausgeführt, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, welche sich zu dem Außenumfang 12a hin öffnet, um die Dauermagnete 16, die jeweils über ihre Länge hinweg das gleiche rechteckige Querschnittprofil aufweisen und sich in der Achsenrichtung entlang der Rotorachse erstrecken, fest aufzunehmen, indem gestattet wird, dass ihre Ecken 16a in den Satz von Öffnungen 17 eingesetzt werden.The rotor 12th is designed as a rotor of an IPM motor (motor with internal permanent magnets); and there are several sets of permanent magnets in it 12th embedded, with each set a pair of permanent magnets per pole 16 has, which are arranged in a "V" -shaped configuration, which extends to the outer circumference 12a opens. The rotor is for the permanent magnets of each pair 12th with a set of openings 17th executed, which are arranged in a "V" -shaped design, which extends to the outer circumference 12a opens to the permanent magnets 16 , each having the same rectangular cross-sectional profile along its length and extending in the axial direction along the rotor axis, by allowing their corners 16a in the set of openings 17th be used.

Die Öffnungen 17 jedes Satzes, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, umfassen Magnetöffnungen 17a, die so gestaltet sind, dass sie die Dauermagnete 16 des entsprechenden Paars aufnehmen und einschließen, und Öffnungen 17b und 17c, die über jeden der Dauermagnete 16 hinweg angeordnet sind und voneinander in der Richtung seiner Breite getrennt sind und als Flussbarrieren dienen, um zu verhindern, dass sich der Magnetfluss um den Dauermagnet 16 dreht (nachstehend als „Flussbarrieren“ 17b und 17c) bezeichnet. Jeder Satz von Öffnungen 17, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, weist eine Mittelbrücke 20 auf, die sich zwischen den Öffnungen 17c, welche sich zwischen den Dauermagneten 16 jedes Paars befinden, in einer radialen Richtung von der Rotorachse erstreckt, um die Innen- und die Außenkante, welche die Öffnung definieren, zu verbinden, um die Dauermagnete gegen die Zentrifugalkraft, die erzeugt wird, wenn sich der Rotor 12 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, in Position zu halten. Seitenbrücken 30, die die gleiche Funktion wie die Mittelbrücke 20 aufweisen, werden später beschrieben.The openings 17th Each set arranged in a "V" shape includes magnetic openings 17a that are designed to be the permanent magnets 16 of the corresponding pair and include and openings 17b and 17c that over each of the permanent magnets 16 are arranged and separated from each other in the direction of its width and serve as flow barriers to prevent the magnetic flux from being around the permanent magnet 16 turns (hereinafter referred to as "river barriers" 17b and 17c ) designated. Every set of openings 17th , which are arranged in a "V" -shaped design, has a central bridge 20 on that between the openings 17c which are between the permanent magnets 16 each pair are located in a radial direction from the rotor axis to connect the inner and outer edges defining the opening to the permanent magnets against the centrifugal force generated when the rotor is turned 12th spins at a high speed to hold in place. Side bridges 30th that have the same function as the middle bridge 20 will be described later.

Bei dieser elektrischen Drehmaschine 10 bilden Öffnungen, die sich jeweils zwischen zwei benachbarten Statorzähnen 15 des Stators 11 befinden, Schlitze 18, in die Statorwicklungen eingesetzt sind, um Spulengruppen um die Statorzähne 15 zu bilden. Andererseits ist jeder der acht Sätze von Dauermagneten 16 an dem Rotor 12 zu den entsprechenden sechs der Statorzähne 15 des Stators 11 gerichtet. Kurz gesagt ist diese elektrische Drehmaschine 10 so gestaltet, dass jeder Pol, der durch ein Paar von Dauermagneten 16 an dem Rotor 12 gebildet ist, zu den benachbarten sechs Schlitzen 18 des Stators 11 gerichtet ist. Das bedeutet, dass die elektrische Drehmaschine 10 als dreiphasiger IPM-Motor ausgeführt ist, bei dem die beiden zueinander gerichteten Seiten eines Paars von Magneten in jedem zweiten Magnetpol die Nordpole aufweisen, während die beiden zueinander gerichteten Seiten eines Paars von Magneten in dem benachbarten Magnetpol die Südpole aufweisen, und ein 48-Schlitz-Stator in verteilten Wicklungen umwickelt ist, um Spulen zu bilden, wobei jede unter jeder Phase einen Spulenabstand in elektrischen Grad von fünf Statorzähnen aufweist, wodurch 8 Magnetpole (4 Paare von Magnetpolen) gebildet werden. Mit anderen Worten ist die elektrische Drehmaschine 10 als Aufbau vom IPM-Typ ausgeführt, in dem (Wert q der Schlitze pro Pol und Phase) = {(Schlitzanzahl)/(Polanzahl)}/(Anzahl der Phasen) = 2 ist.With this electric lathe 10th form openings, each between two adjacent stator teeth 15 of the stator 11 are slots 18th , in which stator windings are inserted, around coil groups around the stator teeth 15 to build. On the other hand, each of the eight sets of permanent magnets 16 on the rotor 12th to the corresponding six of the stator teeth 15 of the stator 11 directed. In short, this is an electric lathe 10th designed so that each pole is held by a pair of permanent magnets 16 on the rotor 12th is formed to the adjacent six slots 18th of the stator 11 is directed. That means the electric lathe 10th is designed as a three-phase IPM motor, in which the two facing sides of a pair of magnets in every second magnetic pole have the north poles, while the two facing sides of a pair of magnets in the neighboring magnetic pole have the south poles, and a 48-slot -Stator is wrapped in distributed windings to form coils, each under each phase having an electrical degree coil spacing of five stator teeth, which results in 8 magnetic poles ( 4th Pairs of magnetic poles) are formed. In other words, the electric lathe 10th designed as an IPM-type structure in which (value q of the slots per pole and phase) = {(number of slots) / (number of poles)} / (number of phases) = 2.

Dies ermöglicht, dass der Rotor 12 in einem Antriebsmodus arbeitet, indem die Statorwicklungen, die in den Schlitzen 18 des Stators 11 aufgenommen sind, bestromt werden, um Magnetflusslinien zu erzeugen, die sich von den Statorzähnen 15 radial einwärts gerichtet in den gegenüberliegenden Rotor 12 erstrecken. In diesem Fall wird bei der elektrischen Drehmaschine 10 (Stator 11 und Rotor 12) ein Reluktanzmoment, das danach trachtet, den Flussfließweg zu verkürzen, mit einem magnetischen Moment, das von den Anziehungs- und Abstoßungskräften zwischen den Dauermagneten 16 stammt, kombiniert, um ein zusammengesetztes Drehmoment zu erzeugen. Daher wird elektrische Energie, die durch einen Strom erzeugt wird, der in die Statorwicklungen eingespeist wird, von einer Antriebswelle, die in Bezug auf den Stator 11 mit dem Rotor 12 drehbar ist, als mechanische Energie entnommen.This allows the rotor 12th works in a drive mode by the stator windings that are in the slots 18th of the stator 11 are energized to create lines of magnetic flux that extend from the stator teeth 15 directed radially inward into the opposite rotor 12th extend. In this case, the electric lathe 10th (Stator 11 and rotor 12th ) a reluctance moment that seeks to shorten the flux flow path, with a magnetic moment derived from the attraction and repulsion forces between the permanent magnets 16 comes, combined to produce a composite torque. Therefore, electrical energy generated by a current that is fed into the stator windings is from a drive shaft that is related to the stator 11 with the rotor 12th is rotatable, taken as mechanical energy.

Jeder aus dem Stator 11 und dem Rotor 12 umfasst mehrere Schichten, die in einer gestapelten Beziehung angeordnet sind. Jede der Schichten ist aus einem elektrischen Stahl wie etwa Siliziumstahl gebildet. Die Schichten werden durch Befestigungsmittel 19 zu einer passenden axialen Dicke für ein gewünschtes Ausgangsdrehmoment gestapelt.Everyone from the stator 11 and the rotor 12th includes multiple layers arranged in a stacked relationship. Each of the layers is formed from an electrical steel such as silicon steel. The layers are made using fasteners 19th stacked to an appropriate axial thickness for a desired output torque.

Die elektrische Drehmaschine 10 weist für jede Phase eine Spulengruppe auf, die in Schlitzen 18 in einer verteilten Wicklung aufgenommen ist, so dass wie in 2 veranschaulicht für jeden Satz von Statorzähnen 15, die zu einem Paar von Dauermagneten 16, welche einen Magnetpol bilden, gerichtet sind, ein durch die bestromten Statorwicklungen erzeugter Flussfließweg einen Flussfließweg (von Magnetflusslinien ψr , die nur durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden) definiert, der zwischen den Schlitzen 18 durch den Stator 11 radial einwärts verläuft, nachdem er sich in der Nähe des Außenumfangs des Stators 11, d.h., hinter dem Satz von Statorzähnen 15 in einer Umfangsrichtung bewegt hat, um in den Rotor 15 einzudringen und durch diesen zu verlaufen. Die Dauermagnete 16 jedes Paars sind in den Magnetöffnungen 17a eines Satzes von in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17, die entlang des Flussfließwegs der Magnetflusslinien ψr , welche nur durch die bestromten Statorwicklungen erzeugt werden, gebildet sind, mit anderen Worten so gebildet sind, dass sie den Aufbau dieser Magnetflusslinien ψr nicht verhindern, aufgenommen.The electric lathe 10th has a coil group for each phase, which is in slots 18th is accommodated in a distributed winding, so that as in 2nd illustrated for each set of Stator teeth 15 that lead to a pair of permanent magnets 16 , which form a magnetic pole, are directed, a flux flow path generated by the energized stator windings a flux flow path (of magnetic flux lines ψ r , which are generated only by the energized stator windings) defined between the slots 18th through the stator 11 extends radially inward after it is close to the outer circumference of the stator 11 , ie, behind the set of stator teeth 15 has moved in a circumferential direction to in the rotor 15 to penetrate and run through it. The permanent magnets 16 each pair are in the magnet openings 17a a set of openings arranged in a "V" shape 17th that run along the flux flow path of the magnetic flux lines ψ r which are generated only by the energized stator windings are formed, in other words are formed so that they build the lines of magnetic flux ψ r not prevent being added.

Die durch die Dauermagnete 16 erzeugten Flussfließwege (der Magnetflusslinien ψm , die nur durch die Dauermagnete erzeugt werden), die durch eine wie in 3 veranschaulichte Flussfließverteilung definiert sind, erstrecken sich nur senkrecht von den Nordpolen (N-Polen) an den einen Seiten der Dauermagnete 16 jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, und dringen senkrecht in die Südpole (S-Pole) an entgegengesetzten Seiten der Dauermagnete 16 ein. Im Besonderen verläuft jeder der Flussfließwege nach dem Eindringen in den Stator 11 von den entsprechenden Statorzähnen 15 in der Nähe des Außenumfangs des Stators 11 in einer Umfangsrichtung.The through permanent magnets 16 generated flux flow paths (the magnetic flux lines ψ m , which are only produced by the permanent magnets), which are produced by a like in 3rd illustrated flow flow distribution are defined, extend only perpendicularly from the north poles (N-poles) on one side of the permanent magnets 16 each pair that forms a magnetic pole and penetrate perpendicularly into the south poles (S poles) on opposite sides of the permanent magnets 16 a. In particular, each of the river flow paths runs after entering the stator 11 from the corresponding stator teeth 15 near the outer circumference of the stator 11 in a circumferential direction.

Bei dem IPM-Aufbau, bei dem die Dauermagnete 16 jedes Paars in den Rotor 12 eingebettet sind und in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, wird eine Richtung der Flusslinien, die durch jeden der Magnetpole gebildet wird, d.h., eine Mittelachse zwischen den Dauermagneten 16 jedes Paars, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, als eine Längsachse (d-Achse) bezeichnet, und wird eine Mittelachse, die in Bezug auf die Längsachse elektrische und magnetische Orthogonalität zeigt, zwischen benachbarten Dauermagneten 16 zwischen benachbarten Magnetpolen als Querachse (q-Achse) bezeichnet. In dem Rotor 12 erstrecken sich radial innere Öffnungen 17c, die sich auf Seiten der Längsachse jedes Satzes von Öffnungen 17, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, befinden, radial einwärts zu der Rotorachse, und sind sie dazu gestaltet, die Funktion von Flussbarrieren 12c auszuführen. Passende Formabmessungen der Flussbarrieren 17c jedes Satzes von Öffnungen 17, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, werden später beschrieben werden.In the IPM structure, in which the permanent magnets 16 each pair in the rotor 12th are embedded and arranged in a "V" shape, a direction of the flux lines formed by each of the magnetic poles becomes, that is, a central axis between the permanent magnets 16 each pair arranged in a "V" shape is referred to as a longitudinal axis (d-axis) and becomes a central axis, which shows electrical and magnetic orthogonality with respect to the longitudinal axis, between adjacent permanent magnets 16 between adjacent magnetic poles referred to as the transverse axis (q axis). In the rotor 12th extend radially inner openings 17c located on the side of the longitudinal axis of each set of openings 17th , which are arranged in a "V" shape, are located radially inward of the rotor axis, and are designed to function as flow barriers 12c to execute. Suitable shape dimensions of the river barriers 17c each set of openings 17th arranged in a "V" shape will be described later.

Bei dieser elektrischen Drehmaschine 10 ermöglicht dies, dass sich durch die Statorwicklungen erzeugte Flusslinien ψr , die in radial einwärts gerichteten Richtungen von den Statorzähnen 15 in den Rotor 12 eingedrungen sind, nahe an dem Innenumfang (der Rotorachse) auf eine solche Weise weiter einwärts bewegen, dass sie nicht in den radial auswärts befindlichen Bereich der Öffnungen 17 jedes Satzes, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, eindringen, bevor sie zu den Statorzähnen 15 zurückkehren, wie in 2 veranschaulicht ist. Mit einem Wort ist die elektrische Drehmaschine 10 als IPM-Motor vom V-Typ ausgeführt, der einen Rotor 12 umfasst, welcher in der Nähe der Längsachsen mit Öffnungen ausgeführt ist.With this electric lathe 10th this enables flux lines generated by the stator windings ψ r that are in radially inward directions from the stator teeth 15 in the rotor 12th have penetrated close to the inner circumference (the rotor axis) further in such a way that they do not enter the radially outward area of the openings 17th each set, which are arranged in a "V" shape, penetrate before going to the stator teeth 15 return as in 2nd is illustrated. In a word is the electric lathe 10th designed as a V-type IPM motor with a rotor 12th comprises, which is designed in the vicinity of the longitudinal axes with openings.

Ferner umfasst die elektrische Drehmaschine 10 zur Verhinderung einer schweren Überlagerung der Flusslinien ψr , die durch die Statorwicklungen erzeugt werden und von Statorzähnen 15, die den Längsachsen entsprechen, in radial einwärts gerichteten Richtungen in den Rotor 12 eindringen, durch die 5. und die 7. Raumharmonische mittlere Nuten (mittlere Regulierungsnuten) 21, die in dem Außenumfang des Rotors 12 gebildet sind und sich jeweils parallel zu dem Innenumfang 15a eines der entsprechenden Statorzähne 15 (in einer Richtung entlang der Rotorachse) erstrecken. Passende Formabmessungen für jede der mittleren Nuten 21 werden später beschrieben.The electric lathe also includes 10th to prevent heavy overlapping of the river lines ψ r generated by the stator windings and stator teeth 15 , which correspond to the longitudinal axes, in radially inward directions in the rotor 12th penetrate through the 5th and 7th spatial harmonic middle grooves (middle regulation grooves) 21 that in the outer circumference of the rotor 12th are formed and each parallel to the inner circumference 15a one of the corresponding stator teeth 15 (in a direction along the rotor axis). Suitable mold dimensions for each of the middle grooves 21 will be described later.

Ferner umfasst die elektrische Drehmaschine 10 pro Magnetpol ein Paar von seitlichen Nuten (seitlichen Regulierungsnuten) 22, die an Stellen in der Nähe der radial äußeren Enden der Dauermagnete jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, in dem Außenumfang 12a des Rotors gebildet sind, um das Pulsieren des Motordrehmoments über den gesamten Betriebsbereich in einem Antriebsmodus abzuschwächen, indem das Rastmoment unter Nichtbelastung und die Drehmomentwelligkeit unter geringen Belastungsbedingungen und einer Höchstbelastung verringert werden, während eine Verringerung des Drehmoments minimiert wird. Passende Formabmessungen für jede der seitlichen Nuten 22 werden später beschrieben.The electric lathe also includes 10th one pair of lateral grooves (magnetic adjustment grooves) per magnetic pole 22 that are in the vicinity of the radially outer ends of the permanent magnets of each pair forming a magnetic pole in the outer circumference 12a of the rotor are formed to mitigate the pulsation of the engine torque over the entire operating range in a drive mode by reducing the cogging torque under no load and the torque ripple under low load conditions and a maximum load while minimizing a reduction in torque. Suitable shape dimensions for each of the side grooves 22 will be described later.

Bei der elektrischen Drehmaschine 10 mit dem IPM-Aufbau, bei dem Dauermagnete 16 in einer „V“-förmigen Gestaltung in den Rotor 12 eingebettet sind, ist das Drehmoment T durch die folgende Gleichung (1) als T = P p { ψ m i q + ( L d L q ) i q  i q }

Figure DE102013223671B4_0001
ausgedrückt, wobei

  • Pp die Anzahl der Polpaare ist, ψm die Flusslinien von Magneten sind, die mit dem Stator (Statorzähnen 15) verkettet sind,
  • id der Strom der Längsachse ist, iq der Strom der Querachse ist,
  • Ld die Induktivität der Längsachse ist, und Lq die Induktivität der Querachse ist.
With the electric lathe 10th with the IPM structure, with permanent magnets 16 in a "V" shape in the rotor 12th are embedded, the torque T is given by the following equation (1) T = P p { ψ m i q + ( L d - L q ) i q i q }
Figure DE102013223671B4_0001
expressed where
  • P p is the number of pole pairs, ψ m are the flux lines of magnets that are connected to the stator (stator teeth 15 ) are chained,
  • i d is the current of the longitudinal axis, i q the current of the transverse axis is
  • L d is the inductance of the longitudinal axis, and L q is the inductance of the transverse axis.

Wie in 4 gezeigt wird durch einen Betrieb mit der Stromphase, bei der die Summe des magnetischen Moments Tm und des Reluktanzmoments Tr den Höchstwert erreicht, ein hocheffizienter Betrieb mit einem hohen Drehmoment der elektrischen Drehmaschine 10 bereitgestellt.As in 4th is shown by an operation with the current phase, in which the sum of the magnetic moment T m and the reluctance moment T r reached the maximum value, a highly efficient operation with a high torque of the electric lathe 10th provided.

Unter Bezugnahme auf 5A bis 6B sind im Fall eines Vergleichsrotors 12A nach der verwandten Technologie die Flussbarrieren 17c (siehe 1 bis 3) in der Form von Öffnungen, die sich auf Seiten der Längsachse befinden, durch Flussbarrieren 17d ersetzt. Die Flussbarrieren 17d sind hinsichtlich der Formabmessungen im Allgemeinen mit Flussbarrieren 17b, die sich an den radial äußeren Seiten der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 jedes Satzes befinden, identisch. Im Hinblick auf den Vergleichsrotor 12A sind die Flussfließwege durch die Dauermagnete 16 durch eine in 5A veranschaulichte Flussfließverteilung definiert. Die Magnetflusslinien ψm , die durch die Magnete erzeugt werden, definieren Vektoren Vm , die wie durch ein Vektorfeld in 5B angegebene Richtungen aufweisen. Zusätzlich sind Magnetflusslinien ψr , die durch bestromte Statorwicklungen, welche in Schlitzen 18 aufgenommen sind, erzeugt werden, durch eine in 6A veranschaulichte Flussfließverteilung angegeben und definieren sie Vektoren Vr , die wie durch ein Vektorfeld in 6B angegebene Richtungen aufweisen.With reference to 5A to 6B are in the case of a comparison rotor 12A according to the related technology, the river barriers 17c (please refer 1 to 3rd ) in the form of openings located on the longitudinal axis side through flow barriers 17d replaced. The river barriers 17d are generally with flow barriers in terms of shape dimensions 17b which are located on the radially outer sides of the openings arranged in a “V” shape 17th of each sentence are identical. With regard to the comparison rotor 12A are the flux flow paths through the permanent magnets 16 through an in 5A illustrated flow flow distribution defined. The magnetic flux lines ψ m Vectors created by the magnets define vectors V m that are represented by a vector field in 5B have specified directions. In addition there are lines of magnetic flux ψ r by energized stator windings, which are in slots 18th are generated, generated by an in 6A illustrated flow flow distribution and they define vectors V r that are represented by a vector field in 6B have specified directions.

Die elektrische Drehmaschine, die den Rotor 12A von der oben genannten Art umfasst, wird durch Vorrücken eines Stromphasenwinkels (Phasenwinkel des Stroms) betrieben, um im Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung mit einer hohen Effizienz ein hohes Drehmoment zu erzeugen. Unter dieser Bedingung wird der Rotor 12A nach der verwandten Technologie in einem Zustand betrieben, in dem Magnetflusslinien ψm der Magnete und Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen in einem kleinen Bereich A1 (siehe 6B), der sich von dem Satz der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 radial auswärts und in der Nähe der Längsachse befindet, entgegengesetzte Felder erzeugen, so dass das Reluktanzmoment Tr das magnetische Moment Tm auslöscht (ausgleicht), wie durch die veranschaulichten Vektorfelder in 5B und 6B gezeigt ist. Kurz gesagt ist dieser kleine Bereich A1 wie in 7 gezeigt ein Wechselwirkungsbereich, in dem Magnetflusslinien ψm der Magnete und Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen mit einem induzierten Winkel, der gleich oder größer als 90 Grad ist, gegeneinander wirken, so dass die Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen verschwendet bzw. geschwächt werden, da sie jenen Magnetflusslinien ψm der Magnete entgegenwirken (sie auslöschen), die von Bereichen B in der Nähe der Längsachse der Dauermagnete 16 jedes Paars ausgehen, welche an den kleinen Bereich A angrenzen, der sich radial auswärts von dem Satz der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 befindet.The electric lathe that the rotor 12A of the above type is operated by advancing a current phase angle (phase angle of the current) to generate a high torque with a high efficiency in the drive mode under a maximum load. Under this condition, the rotor 12A operated according to the related technology in a state in which magnetic flux lines ψ m of the magnets and lines of magnetic flux ψ r of the stator windings in a small area A1 (please refer 6B) that differs from the set of openings arranged in a “V” shape 17th located radially outward and near the longitudinal axis, generate opposite fields, so that the reluctance moment T r the magnetic moment T m wipes out, as illustrated by the vector fields illustrated in 5B and 6B is shown. In short, this is a small area A1 as in 7 shown an interaction area in the magnetic flux lines ψ m of the magnets and lines of magnetic flux ψr of the stator windings interact with each other at an induced angle that is equal to or greater than 90 degrees, so that the magnetic flux lines ψ r of the stator windings are wasted or weakened because they are those lines of magnetic flux ψ m counteract the magnets (extinguish them) from areas B near the longitudinal axis of the permanent magnets 16 of each pair, which are adjacent to the small area A that extends radially outward from the set of openings arranged in a “V” shape 17th located.

Aus diesem Grund lässt sich sagen, dass es aufgrund des Umstands, dass es den Bereichen B der Dauermagnete 16, die sich in der Nähe der Längsachse befinden, nicht gelingt, irgendeinen aktiven Beitrag zur Erzeugung von Drehmoment T zu leisten, möglich ist, die Verwendungsmenge der Dauermagnete 16 an sich zu verringern, indem das Volumen der Bereiche B, in der Nähe der Längsachse, der Dauermagnete 16 reduziert wird, während ein Verhältnis der Schenkeligkeit (Saliency-Ratio) in dem magnetischen Kreis so hoch wie das frühere Verhältnis der Schenkeligkeit gehalten wird.For this reason, it can be said that due to the fact that it is the area B of the permanent magnet 16 , which are in the vicinity of the longitudinal axis, fail to make any active contribution to the generation of torque T, the amount of use of the permanent magnets is possible 16 to decrease in itself by the volume of the areas B, near the longitudinal axis, of the permanent magnets 16 is reduced while maintaining a saliency ratio in the magnetic circuit as high as the previous leg ratio.

Nun wird das durch die vorher genannte Gleichung (1) ausgedrückte Drehmoment T bei einer Verringerung der Verwendungsmenge der Dauermagnete 16 so hoch wie das frühere Drehmoment, das vor der Verringerung der Verwendungsmenge der Dauermagnete 16 erzeugt worden war, gehalten, indem das Reluktanzmoment Tr erhöht wird. Dieses Reluktanzmoment Tr wird erhöht, indem ein Unterschied zwischen der Induktivität Ld der Längsachse und der Induktivität Lq der Querachse erhöht wird, das heißt, indem ein Verhältnis der Schenkeligkeit erhöht wird.Now, the torque T expressed by the aforementioned equation (1) becomes smaller with a decrease in the use amount of the permanent magnets 16 as high as the previous torque that occurred prior to reducing the amount of permanent magnets used 16 had been generated by the reluctance moment T r is increased. This reluctance moment T r is increased by a difference between the inductance L d the longitudinal axis and the inductance L q the transverse axis is increased, that is, by increasing a ratio of thigh.

Daher wird das Drehmoment T nach der vorliegenden Ausführungsform des Rotors 12 so hoch wie das frühere Drehmoment gehalten, indem jeder der Bereiche B, in der Nähe der Längsachse, der Dauermagnete 16 durch eine Öffnung mit einer geringen magnetischen Permeabilität (als „beschränkter Bereich“ bezeichnet) ersetzt wird, um ein Verhältnis der Schenkeligkeit zu erhöhen, während die Verwendungsmenge der Dauermagnete 16 verringert wird. Von einem anderen Blickwinkel her betrachtet wird das Reluktanzmoment Tr erhöht, indem jener Anteil der Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen, der durch die Wirkung gegen die Magnetflusslinien ψm durch die Dauermagnete, die von den in der Nähe der Längsachse befindlichen Bereichen B ausgehen, verschwenderisch verwendet wurde, wirksam verwendet wird, so dass das Drehmoment T trotz der Verringerung der Verwendungsmenge der Dauermagnete 16 unverändert bleibt.Therefore, the torque T according to the present embodiment of the rotor 12th as high as the previous torque held by each of the areas B, near the longitudinal axis, of the permanent magnets 16 is replaced with an opening with a low magnetic permeability (referred to as a "restricted area") to increase a ratio of the limb while the amount of use of the permanent magnets 16 is reduced. The reluctance moment is viewed from a different angle T r increased by that portion of the magnetic flux lines ψ r of the stator windings by acting against the magnetic flux lines ψ m by the permanent magnets that are located near the longitudinal axis Extend areas B, has been used wastefully, is effectively used, so the torque T despite the reduction in the amount of use of the permanent magnets 16 remains unchanged.

Das Drehmoment T kann auch durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden. Das Verhältnis des magnetischen Moments Tm wird unter geringen Belastungsbedingungen, unter denen die Amplitude des Stroms Ia verringert wird, hoch. Wie in 8 gezeigt nähert sich der Stromphasenwinkel β, bei dem das Drehmoment den Höchstwert beträgt, um so mehr Null, je geringer die Amplitude des Stroms Ia ist. Die veranschaulichten Wellenformen i, ii, iii, iv und v in 8 sind charakteristische Kurven, die jeweils die Beziehung zwischen dem Drehmoment und dem Stromphasenwinkel bei einer von verschiedenen Amplituden des Stroms Ia(i), Ia(ii), Ia(iii), Ia(iv) und Ia(v) zeigen, wobei die Amplituden der Ströme die Beziehung der folgenden Ungleichheitsgleichung aufweisen: i < ii < iii < iv < v. Daher ist es trotz des Umstands, dass das Verhältnis des (die Abhängigkeit von dem) magnetischen Moments Tm während des Betriebs unter geringen Belastungsbedingungen naturgemäß hoch ist, erwünscht, einen Magnetkreis herzustellen, der die wirksame Verwendung dieses magnetischen Moments Tm maximiert. T = P p { ψ m  I a  cos β + 1 2 ( L d L q ) I a 2  sin2 β }

Figure DE102013223671B4_0002
wobei β der Stromphasenwinkel ist, und Ia die Amplitude des Phasenstroms ist.The torque T can also be expressed by the following equation (2). The ratio of the magnetic moment T m is under low load conditions, under which the amplitude of the current I a is decreased, high. As in 8th shown the current phase angle β approaches, at which the torque is the maximum value, the more zero, the lower the amplitude of the current I a is. The illustrated waveforms i, ii, iii, iv and v in 8th are characteristic curves each showing the relationship between the torque and the current phase angle at one of different amplitudes of the current I a (i) , I a (ii) , I a (iii) , I a (iv) and I a (v) show, where the amplitudes of the currents have the relationship of the following inequality equation: i <ii <iii <iv <v. Therefore, despite the fact that the ratio of (the dependence on) the magnetic moment T m is naturally high during operation under low load conditions, it is desirable to create a magnetic circuit that uses this magnetic moment effectively T m maximized. T = P p { ψ m I. a cos β + 1 2nd ( L d - L q ) I. a 2nd sin2 β }
Figure DE102013223671B4_0002
where β is the current phase angle, and I a is the amplitude of the phase current.

Wie in 9 gezeigt nimmt die Anzahl der Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen bei dem Rotor 12A nach der verwandten Technologie an jeder der Querachsen zwischen den benachbarten beiden Magnetpolen (zwischen den Dauermagneten 16 der benachbarten beiden unterschiedlichen Magnetpole) zu, da der Stromphasenwinkel β aufgrund des Betriebs unter geringen Belastungsbedingungen mit einer geringen Amplitude des Stroms nahe an Null liegt. Daher ist es ideal, wenn ein Magnetkreis über in 10 gezeigte Flussfließwege MP1 und MP2 als Strecken der aufeinander gefügten Flusslinien ψs , die durch die kombinierte Wirkung der Magnetflusslinien der Magnete ψm und der oben genannten Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen ausgebildet werden, verläuft. Dies wird eine aktive Verwendung des Reluktanzmoments Tr ermöglichen, da die aufeinander gefügten Flusslinien ψs die Induktivität Lq der Querachse entlang jeder Querachse durch Verteilen des Querachsen-Flussfließwegs (Magnetflusslinien durch die Querachse), der sich entlang der Querachse erstreckt (ohne irgendeine Sättigung zu induzieren), erhöhen.As in 9 shown takes the number of lines of magnetic flux ψ r the stator windings at the rotor 12A according to the related technology on each of the transverse axes between the adjacent two magnetic poles (between the permanent magnets 16 of the adjacent two different magnetic poles), since the current phase angle β is close to zero due to the operation under low load conditions with a small amplitude of the current. It is therefore ideal if a magnetic circuit is in 10th shown river flow paths MP1 and MP2 as stretches of the merged river lines ψ p by the combined effect of the magnetic flux lines of the magnets ψ m and the magnetic flux lines mentioned above ψ r the stator windings are formed. This will be an active use of the reluctance moment T r allow, because the merged river lines ψ p the inductance L q the transverse axis along each transverse axis by distributing the transverse axis flux flow path (magnetic flux lines through the transverse axis) that extends along the transverse axis (without inducing any saturation).

Der Flussfließweg MP1 wendet sich nach dem Eindringen in den Rotor 12A in dem interpolaren Abschnitt zwischen den benachbarten beiden Magnetpolen über den Luftspalt G von einem der Statorzähne 15 in einer verkettenden Beziehung in eine Richtung zu dem benachbarten eines Paars von Dauermagneten 16, die in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors einen vorangehenden der beiden Magnetpole bilden (in 10 gesehen zur linken Seite), und verläuft von dessen Seite in der Nähe des Innenumfangs des Rotors 12A durch ihn hindurch. Der Flussfließweg MP1 quert dann den äußeren Umfangsbereich A2 des Magnetpols und kehrt über den Luftspalt G erneut zu einem anderen der Statorzähne 15 zurück.The river flow path MP1 turns after entering the rotor 12A in the interpolar section between the adjacent two magnetic poles via the air gap G from one of the stator teeth 15 in a chaining relationship in one direction to the neighboring one of a pair of permanent magnets 16 which form a preceding one of the two magnetic poles with respect to the direction of rotation of the rotor (in 10th seen to the left), and runs from its side near the inner circumference of the rotor 12A through it. The river flow path MP1 then crosses the outer peripheral region A2 of the magnetic pole and returns via the air gap G to another one of the stator teeth 15 back.

Der Flussfließweg MP2 wendet sich, nachdem er auf die gleiche Weise wie der Flussfließweg MP1 in dem interpolaren Abschnitt in den Rotor 12A eingedrungen ist, in einer Umfangsrichtung zu dem entfernten der Dauermagnete 16, die in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors den vorangehenden der beiden Magnetpole bilden, und verläuft von dessen Seite in der Nähe des Innenumfangs des Rotors 12A durch ihn hindurch. Der Flussfließweg MP2 quert dann den äußeren Umfangsbereich A2 des Magnetpols und kehrt über den Luftspalt G erneut zu einem anderen der Statorzähne 15 zurück.The river flow path MP2 after turning in the same way as the river flow path MP1 in the interpolar section in the rotor 12A has penetrated in a circumferential direction to the removed one of the permanent magnets 16 which form the preceding one of the two magnetic poles with respect to the direction of rotation of the rotor, and extends from the side thereof in the vicinity of the inner circumference of the rotor 12A through it. The river flow path MP2 then crosses the outer peripheral region A2 of the magnetic pole and returns via the air gap G to another one of the stator teeth 15 back.

Wenn Dauermagnete 16 jedes Paars einwärts gerichtet zu der Rotorachse hin gerückt sind, indem Abschnitte, die von ihren entferntesten beiden Enden (den radial äußeren Enden des Pols) einwärts liegen, entfernt wurden, wird es diesen Flussfließwegen MP1 und MP2 nicht gelingen, den gesamten äußeren Umfangsbereich A2 jedes Pols wirksam zu verwenden, da sich vergrößerte Flussbarrieren, die an die entferntesten beiden Enden der Dauermagnete des Paars angrenzen, in der Nachbarschaft der Mitte des Pols konzentrieren und es für die Flussfließwege schwierig machen, sich insbesondere durch die rechte Hälfte des äußeren Umfangsbereichs A2 zu erstrecken.If permanent magnets 16 of each pair are moved inward toward the rotor axis by removing portions that are inward from their distal two ends (the radially outer ends of the pole), it becomes this flow flow path MP1 and MP2 not succeed the entire outer peripheral area A2 to use each pole effectively because enlarged flux barriers, adjacent to the most distant ends of the pair's permanent magnets, concentrate in the vicinity of the center of the pole and make it difficult for the flux flow paths, particularly through the right half of the outer peripheral region A2 to extend.

Wenn die Dauermagnete 16 andererseits nach außen gerückt sind, indem Abschnitte, die von ihren am nächsten befindlichen Enden (den radial inneren Enden des Magnetpols) in der Nähe der Mittelachse der Dauermagnete einwärts liegen, entfernt wurden, treten in der Nähe der Mittelachse der Dauermagnete große Flussbarrieren auf, was verursacht, dass die Flussfließwege gestreut werden, so dass sie durch beide Seitenabschnitte des Magnetpols verlaufen, weshalb die Magnetflusslinien gleichmäßig durch den äußeren Umfangsbereich A2 des Magnetpols verlaufen, indem sie wirksam den gesamten äußeren Umfangsbereich A2 einschließlich seiner rechten Hälfte verwenden. Bei diesem Aufbau verbindet ein Flussfließweg MP3 die benachbarten Magnetpole von dem Nordpol (N-Pol) eines Dauermagnets 16 des nachfolgenden der benachbarten beiden Magnetpole zu dem Südpol (S-Pol) des benachbarten Dauermagnets 16 des vorangehenden der benachbarten beiden Magnetpole in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors, nachdem er durch den Dauermagnet 16 des nachfolgenden Magnetpols - von dessen Außenseite in der Nähe des Außenumfangs des Rotors zu seiner Innenseite in der Nähe des Innenumfangs des Rotors - verlaufen ist. Auf eine Weise, die dem Flussfließweg MP1 ähnlich ist, erstreckt sich der Flussfließweg MP3 durch den äußeren Umfangsbereich A2 des vorangehenden Magnetpols in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors, was verursacht, dass die Wirkung der Dezentralisierung der Magnetflusslinien hoch wird.If the permanent magnets 16 on the other hand, by removing portions inward from their closest ends (the radially inner ends of the magnetic pole) near the central axis of the permanent magnets, large flux barriers occur near the central axis of the permanent magnets, which causes the river flow paths to be scattered so that they pass through both Side portions of the magnetic pole extend, which is why the lines of magnetic flux flow evenly through the outer peripheral region A2 of the magnetic pole extend by effectively covering the entire outer peripheral area A2 use including his right half. With this structure, a river flow path connects MP3 the neighboring magnetic poles from the north pole (N pole) of a permanent magnet 16 the subsequent of the adjacent two magnetic poles to the south pole (S pole) of the adjacent permanent magnet 16 the previous one of the adjacent two magnetic poles with respect to the direction of rotation of the rotor after passing through the permanent magnet 16 of the subsequent magnetic pole - from the outside near the outer circumference of the rotor to the inside near the inner circumference of the rotor. In a way that the river flow path MP1 is similar, the river flow path extends MP3 through the outer peripheral area A2 of the foregoing magnetic pole with respect to the direction of rotation of the rotor, causing the effect of decentralization of the magnetic flux lines to become high.

Aus diesem Grund ist es günstig, wenn ein Rotor 12 für den Aufbau zur Einbettung der Dauermagnete 16 jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, eine Gestaltung einsetzt, bei der die Dauermagnete 16 des Paars nach außen zu ihren entferntesten beiden Enden (den radial äußersten Enden des Magnetpols) gerückt sind, während die „V“-förmige Gestaltung der Dauermagnete 16 beibehalten wird, um die Verteilung der Magnetflusslinien ψr , die das Reluktanzmoment Tr erzeugen, nicht zu beeinträchtigen. Ferner ist es günstig, eine Gestaltung einzusetzen, bei der zwischen den Dauermagneten 16 des Paars (den radial inneren Enden des Magnetpols) Flussbarrieren 17c gebildet sind, um den Kurzschlusspfad der Magnetflusslinien zu beschränken. Zusätzlich ist es günstig, eine Gestaltung einzusetzen, bei der sich an jeder der Längsachsen eine mittlere Nut 21 in der äußeren Umfangsfläche des Rotors 12 befindet, um die Erzeugung einer Sättigung der Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen, die von den Statorzähnen 15 des Stators 11 kommen, zu beschränken oder, mit anderen Worten, die Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen zu streuen. Durch das Einsetzen dieser Gestaltungen kann der Rotor 12 das Reluktanzmoment Tr aktiv benutzen, indem die Querachsen-Flussfließwege (Magnetflusslinien) gestreut werden, um die Induktivität Lq der Querachse zu erhöhen.Because of this, it is convenient if a rotor 12th for the structure for embedding the permanent magnets 16 each pair that forms a magnetic pole uses a design in which the permanent magnets 16 of the pair are moved outward to their most distant two ends (the radially outermost ends of the magnetic pole), while the "V" shape of the permanent magnets 16 is maintained to the distribution of the magnetic flux lines ψ r which is the reluctance moment T r generate, not to interfere. It is also favorable to use a design in which between the permanent magnets 16 of the pair (the radially inner ends of the magnetic pole) flow barriers 17c are formed to limit the short circuit path of the magnetic flux lines. In addition, it is advantageous to use a design in which there is a central groove on each of the longitudinal axes 21 in the outer peripheral surface of the rotor 12th located to generate saturation of the magnetic flux lines ψ r of the stator windings by the stator teeth 15 of the stator 11 come to restrict or, in other words, the lines of magnetic flux ψ r of stator windings. By using these designs, the rotor 12th the reluctance moment T r Use actively by scattering the cross-axis flux paths (magnetic flux lines) around the inductance L q to increase the transverse axis.

Der optimale Wert für eine in den beiliegenden Zeichnungen längsgerichtete Länge Wpm (Breite) eines jeden der Dauermagnete 16 wird nach einem Vergleich mit dem Fall, bei dem die längsgerichtete Länge Wpm nicht verlängert ist, als Standard bestimmt. The optimal value for a length in the attached drawings W pm (Width) of each of the permanent magnets 16 is compared to the case where the longitudinal length W pm is not extended, determined as standard.

Im Besonderen wird sie bestimmt, indem ein Verhältnis δ, das durch Berechnen der folgenden Gleichung (3) gegeben ist, verändert wird, wobei eine Polanzahl P fest ist, ein Außenradius R1, der sich von der Achse des Rotors 12 zu dessen Außenumfang erstreckt, fest ist, und die Länge Wpm eines jeden Dauermagnets 16 eines Paars, der an einem äußeren Endabschnitt eines Magnetpols angeordnet ist, variabel gestaltet wird, das heißt, die Position eines jeden der inneren Enden der Dauermagnete 16 des Paars verändert wird. Als bestimmende Faktoren des Verhältnisses sind die Veränderung des Werts pro Einheit des Drehmoments T unter der Bedingung der Höchstbelastung in Bezug auf das Verhältnis δ und die Veränderung der Rate der Verringerung der Schwankung dieses Drehmoments T, d.h., der Drehmomentwelligkeit, in Bezug auf das Verhältnis δ nach einer Magnetfeldanalyse gegeben und wie in der Darstellung von 11 gezeigt graphisch dargestellt. In dem „pro-Einheit“-System bedeutet zum Beispiel 1,0 [pro Einheit], dass die Größe einer Basiseinheit entspricht. δ= ( P × W pm ) / R 1

Figure DE102013223671B4_0003
In particular, it is determined by a relationship δ , which is given by calculating the following equation (3), being a number of poles P is fixed, an outer radius R1 that is from the axis of the rotor 12th extends to the outer periphery, is fixed, and the length W pm of every permanent magnet 16 of a pair disposed on an outer end portion of a magnetic pole is made variable, that is, the position of each of the inner ends of the permanent magnets 16 of the pair is changed. The determining factors of the ratio are the change in the value per unit of the torque T under the condition of the maximum load in relation to the ratio δ and the change in the rate of decrease in the fluctuation of this torque T, ie, the torque ripple, with respect to the ratio δ given after a magnetic field analysis and as in the representation of 11 shown graphically. For example, in the "per unit" system, 1.0 [per unit] means that the size corresponds to a base unit. δ = ( P × W pm ) / R 1
Figure DE102013223671B4_0003

In 11 stellt das Verhältnis δ von 1,84 (δ = 1,84) den Fall dar, bei dem jeder der Dauermagnete 16 eine Formabmessung aufweist, bei der eine Länge Wpm des Dauermagnets 16 nicht verkürzt ist (d.h., eine Verringerung der Menge des Dauermagnetmaterials 0 % beträgt). Es ist ersichtlich, dass dann, wenn die Formabmessung das Verhältnis von δ = 1,38 erfüllt (d.h., wenn die Verringerung der Menge des Dauermagnetmaterials 24,7 % beträgt), das erzeugte Drehmoment T dem Drehmoment entspricht, das durch den Rotor 12A der verwandten Technologie mit Dauermagneten 16, deren Länge Wpm nicht verkürzt ist, erzeugt wird (d.h., das Drehmoment T beträgt 1,0 [pro Einheit]) . Mit den Dauermagneten 16 wird dann, wenn das Verhältnis δ 1,38 beträgt (δ = 1,38), im Betrieb selbst bei langsamen Geschwindigkeiten unter geringen Belastungsbedingungen, die gewöhnlich verwendet werden, das gleiche Drehmoment erzeugt.In 11 represents the relationship δ of 1.84 (δ = 1.84) represents the case where each of the permanent magnets 16 has a shape dimension with a length W pm of the permanent magnet 16 is not shortened (ie, a reduction in the amount of the permanent magnet material is 0%). It can be seen that when the mold dimension meets the ratio of δ = 1.38 (ie when the reduction in the amount of permanent magnet material is 24.7%), the torque T generated corresponds to the torque generated by the rotor 12A related technology with permanent magnets 16 whose length W pm is not shortened, is generated (ie, the torque T is 1.0 [per unit]). With the permanent magnets 16 then when the ratio δ 1.38 (δ = 1.38) produces the same torque in operation even at slow speeds under low load conditions that are commonly used.

In 11 wird der Rotor 12A der verwandten Technologie zum Vergleich benutzt. Bei diesem Vergleichsrotor 12A definiert jeder Satz von in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 an seinen radial äußeren und inneren Enden äußere und innere Flussbarrieren 17b und 17d von der gleichen Größe. Im Gegensatz dazu teilt und trennt der Rotor 12 nach der vorliegenden Ausführungsform die Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen dank der Bereitstellung der Flussbarrieren 17c und einer mittleren Nut 21 pro Magnetpol wirksam in zwei. Dies verursacht, dass der Rotor wirksam ein Reluktanzmoment Tr erzeugt und die Drehmomentwelligkeit beschränkt wird, während das Drehmoment T bei dem Verhältnis δ = 1,84, bei dem die Länge Wpm eines jeden der Dauermagnete 16 nicht verkürzt ist, d.h., die Dauermagnete 16 hinsichtlich der Länge Wpm jenen des Rotors 12A gleich sind, verbessert wird. Mit anderen Worten zeigt 11 Veränderungen des Drehmoments und jene der Drehmomentwelligkeit bei unterschiedlichen Werten für das Verhältnis δ, wenn die Länge Wpm eines jeden der Dauermagnete 16 im Aufbau des Rotors 16 nach der vorliegenden Ausführungsform verkürzt wird. Es wird angenommen, dass über den Bereich des Verhältnisses δ von 1,84 bis in die Nähe von 1,38 keine merkliche Veränderung im Drehmoment T auftritt, d.h., das Drehmoment T im Wesentlichen 1,0 [pro Einheit] bleibt, wenn die Länge Wpm eines jeden der Dauermagnete 16 in dem Aufbau des Rotors 12A der verwandten Technologie verkürzt wird.In 11 becomes the rotor 12A the related technology used for comparison. With this comparison rotor 12A defines each set of openings arranged in a "V" shape 17th at its radially outer and inner ends, outer and inner flow barriers 17b and 17d of the same size. In contrast, the rotor divides and separates 12th the magnetic flux lines according to the present embodiment ψ r of the stator windings thanks to the provision of the flux barriers 17c and a medium groove 21 Per Magnetic pole effective in two. This causes the rotor to effectively apply a reluctance torque T r generated and the torque ripple is limited, while the torque T at the ratio δ = 1.84, at which the length W pm each of the permanent magnets 16 is not shortened, that is, the permanent magnets 16 in terms of length W pm that of the rotor 12A are the same, is improved. In other words, shows 11 Changes in torque and torque ripple with different ratio values δ if the length W pm each of the permanent magnets 16 in the construction of the rotor 16 is shortened according to the present embodiment. It is believed that over the range of the ratio δ from 1.84 to near 1.38 no noticeable change in torque T occurs, ie, torque T remains essentially 1.0 [per unit] when the length W pm each of the permanent magnets 16 in the construction of the rotor 12A related technology is shortened.

In elektrischen Drehmaschinen kommt es mit der Drehung eines Rotors aufgrund einer magnetischen Verzerrung, die von einer Feldschwächung bei Erzeugung einer induzierten Spannung (d.h., einer umgekehrten Spannung), deren Amplitude je nach der Verwendungsmenge der eingebetteten Dauermagnete variabel ist, stammt, zu einer Überlagerung von Raumharmonischen. Die Raumharmonischen verursachen eine Zunahme des Eisenverlusts, da die 5., 7., 11. und 13. Raumharmonische die Erzeugung einer Drehmomentwelligkeit verursachen. Die Erzeugung der 5. Raumharmonischen ist wie in 12 gezeigt graphisch pro Einheit in Bezug auf das Verhältnis δ dargestellt. Aus 12 kann erkannt werden, dass die Erzeugung der 5. Raumharmonischen um so mehr verringert wird, je geringer das Verhältnis δ ab 1,75 wird (δ = 1,75). In diesem Fall ist die Verwendungsmenge der Dauermagnete um 4,7 % oder mehr verringert und ist die Erzeugung von Wärme verringert, da dank einer Verbesserung der Effizienz, die sich aus einer Verringerung des Eisenverlusts infolge der Verringerung der durch eine magnetische Verzerrung verursachten Raumharmonischen ergibt, Wirbelströme in den Dauermagneten 16 beschränkt werden.In electric lathes, the rotation of a rotor occurs due to a magnetic distortion resulting from a field weakening when an induced voltage (i.e., a reverse voltage) is generated, the amplitude of which is variable depending on the amount of use of the embedded permanent magnets Spatial harmonics. The harmonics cause an increase in iron loss since the 5th, 7th, 11th and 13th harmonics cause the generation of torque ripple. The generation of the 5th spatial harmonic is as in 12th shown graphically per unit in relation to the ratio δ shown. Out 12th it can be seen that the lower the ratio, the more the generation of the 5th spatial harmonic is reduced δ from 1.75 it becomes (δ = 1.75). In this case, the use amount of the permanent magnets is reduced by 4.7% or more, and the generation of heat is reduced because, thanks to an improvement in efficiency resulting from a reduction in iron loss due to a reduction in the harmonics caused by magnetic distortion, Eddy currents in the permanent magnets 16 be limited.

Daraus folgt, dass es bei dem Rotor 12 nach der vorliegenden Ausführungsform zur Verringerung der Menge des Dauermagnetmaterials, das zur Herstellung der Dauermagnete 16 verwendet wird, während der Ausgang des Drehmoments so hoch wie bei dem Rotor 12A der verwandten Technologie gehalten wird, günstig ist, dass das Verhältnis δ durch Verkürzen der Länge Wpm eines jeden der Dauermagnete auf etwa 1,38 eingerichtet wird, d.h., dass δ ≒ 1,38 beträgt (Verringerung der Menge des Dauermagnetmaterials um 24,7 %). Dies verringert auch die Drehmomentwelligkeit. Kurzum können die Formabmessungen eines jeden der Dauermagnete 16 so gewählt werden, dass sie für eine gewünschte Eigenschaft des Ausgangs des Drehmoments T und der Drehmomentwelligkeit passend sind, so dass das Verhältnis δ in einen Bereich von δ = 1,38 (eine Verringerung der Menge des Dauermagnetmaterials von 24,7 %) bis δ = 1,75 (eine Verringerung der Menge des Dauermagnetmaterials von 4,7 %) fällt.It follows that the rotor 12th according to the present embodiment to reduce the amount of the permanent magnet material used to manufacture the permanent magnets 16 is used while the output of the torque is as high as that of the rotor 12A the related technology is held, that ratio is favorable δ by shortening the length W pm of each of the permanent magnets is set to about 1.38, that is, δ ≒ 1.38 (reduction in the amount of the permanent magnet material by 24.7%). This also reduces the torque ripple. In short, the shape dimensions of each of the permanent magnets 16 be chosen so that they are suitable for a desired property of the output of the torque T and the torque ripple, so that the ratio δ falls in a range from δ = 1.38 (a reduction in the amount of permanent magnet material of 24.7%) to δ = 1.75 (a reduction in the amount of permanent magnet material of 4.7%).

Eine magnetische Analyse von zwei unterschiedlichen IPM-Motoren, die fähig sind, das gleiche Drehmoment zu erzeugen, wobei die Länge Wpm der Dauermagnete 16 jedes Paars, das in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet ist, in einem Motor derart verkürzt ist, um in der Nähe jeder Längsachse (d-Achse) Öffnungen zu belassen, dass Formabmessungen bereitgestellt werden, bei denen das Verhältnis δ = 1,38 beträgt, während die Dauermagnete 16 jedes Paars, das in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet ist, in dem anderen Motor nicht verkürzt sind, zeigt, dass wie in 13 und 14 gezeigt die elektrische Drehmaschine 10 im Wesentlichen das gleiche Drehmoment T erzeugt, wenn das Verhältnis des Reluktanzmoments Tr zu dem magnetischen Moment Tm verändert wird. Der IPM-Motor vom V-förmigen Typ mit Öffnungen in der Nähe jeder Längsachse ist so gestaltet, dass Flussbarrieren 17c große Öffnungen, die sich in der Nähe jeder Längsachse befinden, belegen, während der IPM-Motor vom bloßen V-förmigen Typ so gestaltet ist, dass Flussbarrieren 17d kleine Öffnungen, die sich in der Nähe jeder Längsachse befinden, belegen.A magnetic analysis of two different IPM motors capable of producing the same torque, the length W pm the permanent magnet 16 each pair arranged in a "V" shape is shortened in a motor to leave openings near each longitudinal axis (d-axis) to provide mold dimensions where the ratio δ = 1, 38 while the permanent magnets 16 each pair arranged in a "V" shape in which other motor are not shortened shows that as in 13 and 14 shown the electric lathe 10th generates essentially the same torque T when the ratio of the reluctance torque T r to the magnetic moment T m is changed. The V-shaped IPM motor with openings near each longitudinal axis is designed to provide flow barriers 17c large openings located near each longitudinal axis occupy, while the bare V-shaped IPM motor is designed to provide flow barriers 17d occupy small openings located near each longitudinal axis.

13 zeigt das Verhältnis zwischen dem Moment Tm und dem Moment Tr während des Betriebs im Bereich mit geringer Belastung, während 14 das Verhältnis zwischen dem Moment Tm und dem Moment Tr während des Betriebs im Höchstbelastungsbereich zeigt. Wie 13 und 14 zeigen, nimmt das Verhältnis des Reluktanzmoments Tr im Fall des IPM-Motors von dem V-förmigen Typ mit großen Öffnungen in der Nähe jeder Längsachse in beiden Belastungsbereichen mit einer Verringerung in dem Verhältnis des magnetischen Moments Tm , die durch eine Verkürzung der Länge jedes Dauermagnets 16 verursacht wird, zu. In einem kleinen Bereich A1, der sich wie in 6B und 7 gezeigt in der Nähe des Außenumfangs jedes Pols befindet, werden durch das Bilden der Flussbarrieren 17c, die große Öffnungen belegen, anstelle von Dauermagneten 16 in der Nähe der Längsachse und auch das Bilden einer mittleren Nut 21 die Magnetflusslinien ψm der Magnete, die den Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen entgegenwirken, verringert. Dies führt zu einer Zunahme der Induktivität Lq der Querachse (q-Achse), die verursacht, dass ein Unterschied zwischen der Induktivität Lq der Querachse (q-Achse) und der Induktivität Ld der Längsachse (oder das Verhältnis der Schenkeligkeit) größer als jener (oder das Verhältnis der Schenkeligkeit) des IPM-Motors von dem V-förmigen Typ mit nicht verkürzten Dauermagneten wird, was ermöglicht, dass die elektrische Drehmaschine 10 durch wirksames Nutzen des Reluktanzmoments Tm ein gleichwertiges Drehmoment erzeugt. 13 shows the relationship between the moment T m and the moment T r during operation in the low load area, while 14 the relationship between the moment T m and the moment T r shows during operation in the maximum load range. How 13 and 14 show, takes the ratio of the reluctance moment T r in the case of the V-shaped type IPM motor with large openings near each longitudinal axis in both load ranges with a decrease in the ratio of the magnetic moment T m by shortening the length of each permanent magnet 16 is caused to. In a small area A1 who is like in 6B and 7 shown near the outer periphery of each pole are formed by forming the river barriers 17c that occupy large openings instead of permanent magnets 16 near the longitudinal axis and also forming a middle groove 21 the magnetic flux lines ψ m of the magnets that line the magnetic flux ψ r counteracting the stator windings, reduced. This leads to an increase in inductance L q the transverse axis (q axis), which causes a difference between the inductance L q the transverse axis (q axis) and the inductance L d the longitudinal axis (or the leg ratio) greater than that (or the leg ratio) of the IPM motor from the V-shaped Type with non-shortened permanent magnets is what enables the electric lathe 10th through effective use of the reluctance moment T m generates an equivalent torque.

Wie durch die Flussfließverteilung in 15 gezeigt gestattet dieser Aufbau, dass die elektrische Drehmaschine 10 einige der Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen, die in dem kleinen Bereich A1 konzentriert sind, der sich radial auswärts von den Dauermagneten jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, befindet, wirksam von dem Flussfließweg Mr1, der durch den radial auswärts befindlichen kleinen Bereich A1 verläuft, in den Flussfließweg Mr2 streut (abtrennt), welcher um die in der Nähe der Längsachse befindliche radial einwärts befindliche Seite der Öffnungen 17c eines Satzes von Öffnungen 17, die in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, verläuft. Als Ergebnis verringert die magnetische Drehmaschine 10 die magnetische Wechselwirkung zwischen Magnetflusslinien ψm der Magnete und Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen (d-Achse, q-Achse), um eine lokale magnetische Sättigung an der vorangehenden Seite in Bezug auf die Drehrichtung des radial auswärts befindlichen kleinen Bereichs A1 des Magnetpols zu vermeiden, wodurch sie wirkungsvoll zur Erzeugung von Drehmoment T beitragen können.As by the river flow distribution in 15 shown this construction allows the electric lathe 10th some of the magnetic flux lines ψ r of the stator windings that are in the small area A1 concentrated radially outward from the permanent magnets of each pair forming a magnetic pole, effectively from the flux flow path M r 1 through the small area located radially outward A1 extends into the flow flow path M r 2 which separates around the radially inward side of the openings located near the longitudinal axis 17c of a set of openings 17th , which are arranged in a "V" shape, runs. As a result, the magnetic lathe is reduced 10th the magnetic interaction between magnetic flux lines ψ m of the magnets and magnetic flux lines ψ r of the stator windings (d-axis, q-axis), around a local magnetic saturation on the preceding side with respect to the direction of rotation of the radially outward small area A1 to avoid the magnetic pole, which can effectively contribute to the generation of torque T.

Daher verläuft wie durch die Flussfließverteilung in 16 veranschaulicht der Großteil der synthetischen Magnetflusslinien ψs , die durch die kombinierte Wirkung der Magnetflusslinien ψm der Magnete und der Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen ausgebildet werden, durch Flussfließwege MPO, die sich durch die Dauermagnete 16 jedes Paars erstrecken, wenn die elektrische Drehmaschine 10 in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungen arbeitet, während sich die synthetischen Magnetflusslinien ψs wie durch die Flussfließverteilung von 17 veranschaulicht in einen Flussfließweg MP1 und einen Flussfließweg MP2 teilen, wenn sie im Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung arbeitet. Als Ergebnis verwirklicht die elektrische Drehmaschine 10 die Vermeidung einer lokalen magnetischen Sättigung zusammen mit einer Verringerung der magnetischen Wechselwirkung, um wirksam den gleichen oder einen höheren Grad an Drehmoment T zu erzeugen, als der IPM-Motor von V-förmigen Typ mit nicht verkürzten Dauermagneten, während eine Verringerung der Menge des Dauermagnetmaterials der Dauermagnete 16 erreicht wird. Während des Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungsbedingungen machen die Magnetflusslinien ψm der Magnete verglichen mit den Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen in den synthetischen Magnetflusslinien ψs einen hohen Prozentsatz aus.Therefore, it runs through the river flow distribution in 16 illustrates the majority of synthetic magnetic flux lines ψ p by the combined effect of the magnetic flux lines ψ m of the magnets and the magnetic flux lines ψ r of the stator windings are formed by flux flow paths MPO, which are defined by the permanent magnets 16 each pair extend when the electric lathe 10th works in a drive mode under low loads while the synthetic magnetic flux lines ψ p as by the river flow distribution of 17th illustrated in a river flow path MP1 and a river flow path MP2 share when operating in drive mode under maximum load. As a result, the electric lathe realized 10th the avoidance of local magnetic saturation along with a reduction in magnetic interaction to effectively produce the same or a higher degree of torque T than the V-shaped type IPM motor with non-shortened permanent magnets, while reducing the amount of permanent magnet material the permanent magnet 16 is achieved. The magnetic flux lines make during operation in a drive mode under low load conditions ψ m of the magnets compared to the lines of magnetic flux ψ r of the stator windings in the synthetic magnetic flux lines ψ p a high percentage.

Wenn die Dauermagnete 16 zum Beispiel derartige Formabmessungen aufweisen, dass das Verhältnis δ = 1,44 beträgt und die Menge des Dauermagnetmaterials um 23 % verringert ist und durch Flussbarrieren 17c mit einer geringen magnetischen Permeabilität ersetzt ist (Verringerung der Magnetflusslinien ψm der Magnete), macht es eine Verringerung der Gegen-EMK-Konstanten von etwa 13,4 %, die von einer Verringerung der Trägheit begleitet wird, für die elektrische Drehmaschine 10 möglich, dass ihre Ausgangsleistung bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten zunimmt. Daneben verringert eine Reduktion der Raumharmonischen, die eine magnetische Verzerrung verursachen, die Wärme und den Eisenverlust in den Dauermagneten 16 infolge von Wirbelströmen, und beschränkt sie das elektromagnetische Rauschen.If the permanent magnets 16 for example have such shape dimensions that the ratio δ = 1.44 and the amount of permanent magnet material is reduced by 23% and due to flux barriers 17c is replaced with a low magnetic permeability (reduction of the magnetic flux lines ψ m of the magnets), it makes a reduction in the back emf constant of about 13.4%, which is accompanied by a reduction in inertia, for the electric lathe 10th possible that their output power increases at high rotational speeds. In addition, a reduction in the harmonics that cause magnetic distortion reduces the heat and iron loss in the permanent magnets 16 due to eddy currents, and it limits electromagnetic noise.

Mit anderen Worten ist es, wie leicht aus den veranschaulichten Flussfließlinien in 18 ersichtlich ist, dann, wenn sich zum Beispiel jede der Flussbarrieren 17e nicht in einer radial einwärts gerichteten Richtung zu der Achse des Rotors 12 erstreckt, schwierig, den synthetischen Magnetfluss ψs in einem ausreichenden Maß in zwei Ströme zu teilen, wodurch eine lokale magnetische Sättigung, die dem an der äußeren Umfangsseite jedes Rotorpols gelegenen kleinen Bereich A1 in Bezug auf die Richtung der Drehung des Rotors 12 (in 18 gesehen die linke Seite) vorangeht, nicht vermieden werden kann.In other words, how easy it is from the illustrated river flow lines in 18th is evident when, for example, each of the river barriers 17e not in a radially inward direction to the axis of the rotor 12th extends, difficult, the synthetic magnetic flux ψ p to a sufficient extent to divide into two currents, creating local magnetic saturation, which is the small area located on the outer peripheral side of each rotor pole A1 with respect to the direction of rotation of the rotor 12th (in 18th seen the left side), cannot be avoided.

Wenn der in 17 gezeigte, mit den Flussbarrieren 17c versehene Aufbau A nach der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung der Menge des Ausgangsdrehmoments und seiner Schwankungen (Drehmomentwelligkeit) mit dem in 18 gezeigten Vergleichsaufbau B, der mit den Flussbarrieren 17e versehen ist, verglichen wird, ist aus 19, die die Ausgangsdrehmomenteigenschaften im Höchstbelastungszustand zeigt, ersichtlich, dass der Aufbau A dem Aufbau B insofern überlegen ist, als das Ausgangsdrehmoment um etwa 6 % zunimmt, und die Drehmomentwelligkeit fällt, wodurch im Antriebsmodus ein qualitativ hochwertiger Betrieb bereitgestellt wird. In 19 sind nach einer Berechnung des durchschnittlichen Drehmoments unter Verwendung des in 18 gezeigten Aufbaus B als Basiseinheitsgröße das augenblickliche Ausgangsdrehmoment des in 17 gezeigten Aufbaus A und jenes des in 18 gezeigten Aufbaus B in Bezug auf den Drehwinkel (den elektrischen Winkel) in Größen, die „pro Einheit“ ausgedrückt sind, dargestellt.If the in 17th shown, with the river barriers 17c provided structure A according to the present embodiment using the amount of the output torque and its fluctuations (torque ripple) with that in FIG 18th shown comparison structure B, with the flow barriers 17e is compared, is off 19th which shows the output torque characteristics in the maximum load condition, it can be seen that the structure A is superior to the structure B in that the output torque increases by about 6% and the torque ripple falls, thereby providing high quality operation in the drive mode. In 19th are based on a calculation of the average torque using the in 18th Structure B shown as the base unit size, the instantaneous output torque of the in 17th Construction A shown and that of in 18th shown structure B in relation to the angle of rotation (the electrical angle) in quantities which are expressed “per unit”.

Um die harmonischen Drehmomentkomponenten, die das Ausgangsdrehmoment des Aufbaus A überlagern, mit jenen auf dem Ausgangsdrehmoment des Aufbaus B zu vergleichen, werden die in 19 gezeigten Wellenformen durch eine Fourier-Reihenentwicklung verarbeitet, wodurch sich wie in 20 gezeigte Resultate ergeben, die zeigen, dass insbesondere die 12. und die 24. harmonische Drehmomentkomponente, die das Ausgangsdrehmoment überlagern, beim Aufbau A beträchtlich geringer als beim Aufbau B sind. Bei dem Aufbau A nach der vorliegenden Ausführungsform unterdrückt dies das Auftreten eines Ruckelns bei der Beschleunigung beim Hinauffahren einer Schräge, und verringert es den Grad des elektromagnetischen Rauschens beträchtlich, indem insbesondere die 12. harmonische Drehmomentkomponente beträchtlich verringert wird. In 20 sind die Prozentsätze (%) der harmonischen Drehmomentkomponenten, die in Ausgangsdrehmomenten der Aufbauten A und B enthalten sind, veranschaulicht.In order to compare the harmonic torque components superimposed on the output torque of the structure A with those on the output torque of the structure B, the in 19th processed waveforms by a Fourier series expansion, which changes as in 20 shown Results show that especially the 12th . and the 24th . Harmonic torque components that superimpose the output torque are considerably lower in structure A than in structure B. With the structure A according to the present embodiment, this suppresses the occurrence of jerky acceleration when accelerating up a slope, and considerably reduces the level of electromagnetic noise, particularly by the 12th . harmonic torque component is significantly reduced. In 20 the percentages (%) of the harmonic torque components contained in the output torques of structures A and B are illustrated.

Um den Gehalt der 11. und der 13. Raumharmonischen bei dem Aufbau A mit jenem bei dem Aufbau B zu vergleichen, wird die Wellenform des Magnetflusses in Verkettung mit einem der Statorzähne 15 über den Spalt G durch eine Fourier-Reihenentwicklung verarbeitet, wodurch sich wie in 21 gezeigte Resultate ergeben, die zeigen, dass der Gehalt der 11. und der 13. Raumharmonischen bei Aufbau A beträchtlich geringer ist, als bei Aufbau B. In 21 ist der Gehalt der Raumharmonischen nach Normalisieren einer Grundwellenformkomponente des mit einem Zahn verketteten Magnetflusses bei dem Aufbau A als Basiseinheit und jener bei dem Aufbau B als Basiseinheit „pro Einheit“ ausgedrückt.To the content of the 11 . and the 13 . Comparing spatial harmonics in structure A with that in structure B, the waveform of the magnetic flux is linked to one of the stator teeth 15 processed through the gap G by a Fourier series expansion, whereby as in 21 Results shown show that the content of the 11 . and the 13 . Spatial harmonics in structure A is considerably lower than in structure B. In 21 is the content of the spatial harmonics after normalizing a basic waveform component of the magnetic flux chained to a tooth in structure A as the base unit and that in structure B as the base unit “per unit”.

Übrigens ist ersichtlich, dass bei der elektrischen Drehmaschine 10 die Drehmomentwelligkeit, die im Fall von drei Phasen durch Raumharmonische, welche eine Flusswellenform pro Phase pro Magnetpol überlagern, und Zeitharmonische, die in Phasenströmen enthalten sind, in elektrischen Grad bei der Komponente der 6f-ten Ordnung (wobei f eine natürliche Zahl von 1, 2, 3, ... ist) erzeugt wird.Incidentally, it can be seen that in the electric lathe 10th the torque ripple, in the case of three phases, by spatial harmonics, which superimpose one flux waveform per phase per magnetic pole, and time harmonics, which are contained in phase currents, in electrical degrees for the component of the 6th order (where f is a natural number of 1, 2, 3, ... is) is generated.

Wenn nachstehend der Grund für die Erzeugung der Drehmomentwelligkeit beschrieben wird, können die dreiphasige Ausgangsleistung (der elektrische Strom) P(t) und das Drehmoment τt durch die Formeln (4) und (5) als P ( t ) = E u ( t ) I u ( t ) + E v ( t ) I v ( t ) + E w ( t ) I w ( t )

Figure DE102013223671B4_0004
τ ( t ) = P ( t ) / ω m = [ E u ( t ) I u ( t ) + E v ( t ) I v ( t ) + E w I w ( t ) ]
Figure DE102013223671B4_0005
ausgedrückt werden,
wobei ωm die Winkelgeschwindigkeit ist, Eu(t), Ev(t) und Ew(t) die induzierten elektromotorischen Kräfte der Phase U, der Phase V bzw. der Phase W sind, und Iu(t), Iv(t) und Iw(t) der Strom der Phase U, der Phase V bzw. der Phase W ist.If the reason for the generation of the torque ripple is described below, the three-phase output power (the electric current) P (t) and the torque τ t by the formulas (4) and (5) as P ( t ) = E u ( t ) I. u ( t ) + E v ( t ) I. v ( t ) + E w ( t ) I. w ( t )
Figure DE102013223671B4_0004
τ ( t ) = P ( t ) / ω m = [ E u ( t ) I. u ( t ) + E v ( t ) I. v ( t ) + E w I. w ( t ) ]
Figure DE102013223671B4_0005
be expressed
in which ω m the angular velocity is E u (t) , E v (t) and E w (t) the induced electromotive forces of the phase U , the phase V or the phase W are and I u (t) , I v (t) and I w (t) the current of the phase U , the phase V or the phase W is.

Das dreiphasige Drehmoment ist die Summe des Drehmoments der Phase U, des Drehmoments der Phase V und des Drehmoments der Phase W; und wenn der Strom Iu(t) der Phase U durch die Formel (6) ausgedrückt wird, in der „m“ die Ordnung der in dem Strom enthaltenen harmonischen Komponente ist, und „n“ die Ordnung der in der Spannung enthaltenen harmonischen Komponente ist, kann das Drehmoment τu(t) der Phase U durch die folgende Formel (7) ausgedrückt werden: I u ( t ) = m = 1 m I m sin m ( θ + β m )

Figure DE102013223671B4_0006
τ u ( t ) = 1 ω m [ n = 1 n m = 1 m E m I m { 1 2 ( cos ( ( n + m ) θ+ n α n + m β m ) cos ( ( n m ) θ+ n α n m β m ) } ]
Figure DE102013223671B4_0007
The three-phase torque is the sum of the torque of the phase U , the torque of the phase V and the torque of the phase W ; and if the stream I u (t) the phase U Expressed by formula (6), in which "m" is the order of the harmonic component contained in the current and "n" is the order of the harmonic component contained in the voltage, the torque τ u (t) of the phase U can be expressed by the following formula (7): I. u ( t ) = m = 1 m I. m sin m ( θ + β m )
Figure DE102013223671B4_0006
τ u ( t ) = 1 ω m [ n = 1 n m = 1 m E m I. m { - 1 2nd ( cos ( ( n + m ) θ + n α n + m β m ) - cos ( ( n - m ) θ + n α n - m β m ) } ]
Figure DE102013223671B4_0007

Sowohl der Phasenstrom I(t) als auch die Phasenspannung E(t) sind symmetrische Wellen, weshalb nötig ist, dass m und n ungerade sind. Im Hinblick auf die anderen Drehmomente als jenes der Phase U - das Drehmoment der Phase V und das Drehmoment der Phase W - betragen die Phasenverschiebung des Drehmoments der Phase V von der induzierten Spannung Eu(t) der Phase U und dem Strom Iu(t) der Phase U und die Phasenverschiebung des Drehmoments der Phase W von ihnen +2π/3 (rad.) bzw. -2π/3 (rad.). Das sich ergebende Drehmoment ist durch Streichen der Glieder mit Ausnahme von Gliedern mit einem Koeffizienten von „6“ gegeben und kann durch die folgende Formel (8) ausgedrückt werden. τ ( t ) = 1 ω m [ n = 1 n m = 1 m E m I m { 1 2 3  cos ( 6 f θ+ s ) 3 cos ( 6 f θ+ t ) } } ]

Figure DE102013223671B4_0008
wobei 6f = n ± m (f ist eine natürliche Zahl) ist, s = nαn + mβm ist, und t = nαn - mβm ist.Both the phase current I (t) and the phase voltage E (t) are symmetrical waves, which is why it is necessary for m and n to be odd. In terms of the torques other than that of the phase U - the torque of the phase V and the torque of the phase W - The phase shift of the torque of the phase V from the induced voltage E u (t) the phase U and the stream I u (t) the phase U and the phase shift of the torque of the phase W of them + 2π / 3 (rad.) or -2π / 3 (rad.). The resulting torque is given by deleting the links except links with a coefficient of "6" and can be expressed by the following formula (8). τ ( t ) = 1 ω m [ n = 1 n m = 1 m E m I. m { - 1 2nd 3rd cos ( 6 f θ + s ) - 3rd cos ( 6 f θ + t ) } } ]
Figure DE102013223671B4_0008
where 6f = n ± m (f is a natural number), s = nα n + mβ m , and t = nα n - mβ m .

Da eine Induktionsspannung eine Zeitableitung eines Magnetflusses ist, treten zusätzlich harmonische Komponenten der gleichen Ordnung wie die in einer Induktionsspannung in jeder Phase enthaltenen auch in einem Magnetfluss pro Pol pro Phase auf. Daraus folgt, dass in einem Drehstrommotor die 6f-te Drehmomentharmonische als Drehmomentwelligkeit erscheint, wenn n, d.h., die Zahl der Ordnung der Raumharmonischen, die im Magnetfluss (der Induktionsspannung) enthalten ist, und m, d.h., die Zahl der Ordnung der Zeitharmonischen, die in dem Phasenstrom enthalten ist, so kombiniert sind, dass sie 6f ergeben.Since an induction voltage is a time derivative of a magnetic flux, additional harmonic components of the same order as those contained in an induction voltage in each phase also occur in a magnetic flux per pole per phase. It follows that in a three-phase motor the 6th torque harmonic appears as torque ripple if n, ie the number of the order of the harmonics contained in the magnetic flux (the induction voltage) and m, ie the number of the order of the time harmonics, contained in the phase current are combined to give 6f.

Da bei dieser elektrischen Drehmaschine 10 eine Drehmomentwelligkeit auftritt, wenn die Gleichung 6f = n ± m erfüllt wird, wenn ein Magnetfluss pro Pol pro Phase die n-te Raumharmonische enthält und ein Phasenstrom die m-te Zeitharmonische enthält, entsteht zum Beispiel als Reaktion auf eine Kombination aus, zum Beispiel, der überlagernden 11. und 13. Raumharmonischen (n = 11, 13) und der Grundwelle (m = 1) eines Phasenstroms das 12. harmonische Drehmoment.Because with this electric lathe 10th Torque ripple occurs when the equation 6f = n ± m is satisfied, when a magnetic flux per pole per phase contains the nth harmonic and a phase current contains the mth harmonic, for example, arises in response to a combination of, for example , the overlapping 11th and 13th spatial harmonics (n = 11, 13) and the fundamental wave (m = 1) of a phase current the 12th harmonic torque.

Bei dieser elektrischen Drehmaschine 10 ist die Position einer Endwand an der Seite in der Nähe der Rotorachse, die jede der Flussbarrieren 17c der in dem Rotor 12 gebildeten Öffnungen 17 jedes in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Satzes in einer radial einwärts gerichteten Richtung vergrößert, so bestimmt, dass ihre vergrößerte Größe zu der Rotorachse hin optimiert wird, während die Formabmessungen eines jeden der Dauermagnete 16 auf eine solche Weise bewahrt werden, dass die Bedingung, bei der das Verhältnis δ 1,44 beträgt (δ = 1,44), erfüllt wird.With this electric lathe 10th is the position of an end wall on the side near the rotor axis that each of the flow barriers 17c the one in the rotor 12th openings formed 17th each set arranged in a "V" shape is enlarged in a radially inward direction, so determined that its enlarged size is optimized toward the rotor axis while the shape dimensions of each of the permanent magnets 16 be preserved in such a way that the condition under which the relationship δ 1.44 is ( δ = 1.44).

Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird der Aufbau dieses Rotors 12 durch Bewerten der in den 22 und 23 gezeigten Drehmomenteigenschaften unter Veränderung eines radialen Abstands R2 jener Endwand der Flussbarrieren 17c, die sich in der Nähe der Rotorachse befindet, von der Rotorachse in den Verhältnissen R2/R1 und R3/R2, die als Parameter benutzt werden, wobei R1 der Außenradius zu einem Außenumfang des Rotors ist, und R3 der Innenradius zu seinem Innenumfang ist, erlangt. Da sich die Permeabilität (die Leichtigkeit, mit der ein Magnetfluss erzeugt wird) gestapelter elektrischer Stahlplatten abhängig von der Von-Mises-Spannung, die sich aus der durch die Presspassung zu ihrer Verbindung mit der Antriebswelle verursachten Druckspannung, mit der die elektrischen Stahlplatten zusammengepresst werden, ergibt, verschlechtert, werden die Formabmessungen des Rotors bei den Drehmomenteigenschaften unter Berücksichtigung der Von-Mises-Spannung bestimmt. In den 22 und 23 sind Größen des Drehmoments, das im Zustand der Höchstbelastung erzeugt wird, als „pro-Einheit“-Größen ausgedrückt, die sich auf die anhand des in 18 gezeigten Vergleichsaufbaubeispiels B definierte Basis beziehen.Referring again to 1 is the construction of this rotor 12th by evaluating those in the 22 and 23 Torque properties shown changing a radial distance R2 that end wall of the river barriers 17c , which is near the rotor axis, from the rotor axis in the ratios R2 / R1 and R3 / R2 used as parameters, where R1 the outer radius is to an outer circumference of the rotor, and R3 is the inner radius to its inner circumference. Because the permeability (the ease with which a magnetic flux is generated) of stacked electrical steel plates depends on the Von Mises stress, which results from the compressive stress caused by the press fit to connect them to the drive shaft, with which the electrical steel plates are pressed together , results, deteriorates, the shape dimensions of the rotor are determined in terms of the torque properties, taking into account the von Mises stress. In the 22 and 23 are quantities of the torque that is generated in the state of the maximum load, expressed as “per unit” quantities, which refer to the in the 18th Relate to the defined basis shown in the example of a comparative construction.

Aus 22 ist ersichtlich, dass ein Drehmoment, das dem durch den Aufbau B erzeugten Drehmoment gleich oder größer als dieses ist, erzeugt wird, wenn das Verhältnis R2/R1 in einen Bereich A von 0,56 bis 0,84 fällt. Vorzugsweise wird der radiale Abstand R2 der Endwand der Flussbarriere 17c von der Rotorachse aus einem Bereich B von 0,565 in der Nähe eines Wendepunkts bis 0,75 in der Nähe eines anderen Wendepunkts gewählt. Insbesondere wird er aus einem Bereich C von 0,59 bis zu etwa 0,63, in dem ein Anstieg des Drehmoments von etwa 5 % erwartet wird, gewählt. Out 22 it can be seen that a torque equal to or greater than the torque generated by structure B is generated when the ratio R2 / R1 falls in a range A of 0.56 to 0.84. The radial distance is preferred R2 the end wall of the river barrier 17c selected from the rotor axis from a range B of 0.565 near one turning point to 0.75 near another turning point. In particular, it is selected from a range C from 0.59 to approximately 0.63, in which an increase in torque of approximately 5% is expected.

Als nächstes ist aus 23 ersichtlich, dass ein Drehmoment, das dem durch den Aufbau B erzeugten Drehmoment gleich oder größer als dieses ist, erzeugt wird, wenn das Verhältnis R3/R2 in einen Bereich von 0,54 bis 0,82 fällt. Vorzugsweise wird der radiale Abstand R2 der Endwand der Flussbarriere 17c von der Rotorachse aus einem Bereich B von 0,60 in der Nähe eines Wendepunkts bis 0,81 in der Nähe eines anderen Wendepunkts gewählt. Insbesondere wird er aus einem Bereich C von 0,72 bis 0,77, in dem ein Anstieg des Drehmoments von etwa 5 % erwartet wird, gewählt.Next is out 23 it can be seen that a torque that is equal to or greater than the torque generated by structure B is generated when the ratio R3 / R2 falls in a range from 0.54 to 0.82. The radial distance is preferred R2 the end wall of the river barrier 17c selected from the rotor axis from a range B of 0.60 near one turning point to 0.81 near another turning point. In particular, it is selected from a range C of 0.72 to 0.77, in which an increase in torque of about 5% is expected.

Dies ermöglicht, dass die Größe der Flussbarrieren 17c auf eine solche Weise bestimmt wird, dass eine ausreichende Breite für den in 17 gezeigten Flussfließweg MP2 sichergestellt wird, ohne dass in dem Flussfließweg MP2 irgendeine magnetische Sättigung hervorgerufen wird.This enables the size of the flow barriers 17c is determined in such a way that a sufficient width for the in 17th river flow path shown MP2 is ensured without being in the river flow path MP2 any magnetic saturation is caused.

Unter Bezugnahme auf einen in 24 gezeigten Rotor 12B befinden sich wie oben erwähnt selbst dann, wenn die Länge in einer Längsrichtung (Breite) Wpm eines jeden der Dauermagnete 16 optimal gestaltet ist, in der Nähe der Ecken 16a der Dauermagnete 16 jedes Paars dicht an der Längsachse von dem Elektromagnetfluss ψr erlangte Vektoren Vr , die von dem Magnetfluss ψm erlangten Vektoren Vm entgegenwirken. In Besonderen bleibt in der Nähe der Ecken 16a der Dauermagnete 16 dicht an der Längsachse ein Zustand einer Beziehung von entgegengesetzten Magnetfeldern bestehen, in dem sich die von den Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen, die über einen Flussfließweg verlaufen, der sich in Bezug auf die Rotorachse ganz zum Innersten des radial außerhalb jedes Magnetpols befindlichen kleinen Bereichs A1 erstreckt, erlangten Vektoren Vr Vektoren Vm von Magnetflusslinien ψm der Magnete in der umgekehrten Richtung mit einem induzierten Winkel von gleich oder größer als 90 Grad entgegenstellen (ihnen entgegenwirken) und sie ausgleichen (aufheben). Aus diesem Grund werden bei dem Aufbau dieses Rotors 12B die Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen, die nahe an den in der Nähe der Längsachse befindlichen Ecken 16a vorbeilaufen, verschwendet bzw. geschwächt, da sie gegen Magnetflusslinien ψm der Magnete wirken (sie auslöschen).Referring to an in 24th shown rotor 12B are, as mentioned above, even if the length is in a longitudinal direction (width) W pm each of the permanent magnets 16 is optimally designed, near the corners 16a the permanent magnet 16 each pair close to the long axis of that Electromagnetic flux ψ r acquired vectors V r by the magnetic flux ψ m acquired vectors V m counteract. In particular, stay close to the corners 16a the permanent magnet 16 close to the longitudinal axis there is a state of a relationship of opposing magnetic fields, in which the magnetic flux lines differ ψ r the stator windings, which run through a flux flow path that is at the innermost of the small area radially outside of each magnetic pole with respect to the rotor axis A1 stretches, obtained vectors V r Vectors V m of magnetic flux lines ψ m counter the magnets in the opposite direction with an induced angle equal to or greater than 90 degrees (counteract them) and compensate (cancel) them. For this reason, when building this rotor 12B the magnetic flux lines ψ r the stator windings, which are close to the corners located near the longitudinal axis 16a walk past, wasted or weakened as they go against lines of magnetic flux ψ m the magnets work (wipe them out).

Daraus folgt, dass in der elektrischen Drehmaschine 10 (dem Rotor 12), die (der) in 25 gezeigt ist, in der Nähe der Längsachse gelegene Flussbarrieren 17c in Öffnungen gebildet sind, welche sich ebenfalls auswärts gerichtet zu dem Außenumfang 12a des Rotors 12 hin erstrecken. Dies wird einen Aufbau bereitstellen, der Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen und Magnetflusslinien ψm der Magnete wirksam verwendet, indem dem Flussfließweg, über den sich die Magnetflusslinien ψm der Magnete in der Nähe der Ecken 16a nahe an der Längsachse fortbewegen, gestattet wird, auf eine solche Weise zu verlaufen, dass Vektoren Vr , die von Magnetflusslinien ψr der Statorwicklungen erlangt wurden, in der Nähe der Ecken 16a mit einem induzierten Winkel von gleich oder weniger als 90 Grad mit Vektoren Vm , die von Magnetflusslinien ψm der Magnete erlangt wurden, in Wechselwirkung treten.It follows that in the electric lathe 10th (the rotor 12th ) who (in) 25th is shown, river barriers located near the longitudinal axis 17c are formed in openings which are also directed outward to the outer periphery 12a of the rotor 12th extend there. This will provide a structure, the lines of magnetic flux ψ r of the stator windings and magnetic flux lines ψ m The magnet is used effectively by the flux flow path over which the magnetic flux lines pass ψ m the magnet near the corners 16a moving close to the longitudinal axis is allowed to proceed in such a way that vectors V r by magnetic flux lines ψ r the stator windings were obtained near the corners 16a with an induced angle equal to or less than 90 degrees with vectors V m by magnetic flux lines ψ m the magnets have been obtained, interact.

Genauer werden bei dieser elektrischen Drehmaschine 10 die Formabmessungen 1 und 2 jenes Abschnitts einer jeden der Öffnungen, die die Flussbarrieren 17c der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 jedes Satzes bilden, der sich auswärts gerichtet zu dem Außenumfang 12a des Rotors hin erstreckt, so bestimmt, dass der Abschnitt optimiert wird, während die Formabmessungen eines jeden der Dauermagnete 16 so festgelegt sind, dass die Beziehung des Verhältnisses δ = 1,44 bewahrt wird.Be more precise with this electric lathe 10th the mold dimensions 1 and 2nd that portion of each of the openings that the flow barriers 17c the openings arranged in a “V” shape 17th form each set that faces outward to the outer perimeter 12a of the rotor extends so as to optimize the section while the shape dimensions of each of the permanent magnets 16 are set so that the relationship of the ratio δ = 1.44 is preserved.

Wie in 26 gezeigt wird zuerst ein Trennabstand DLd von einem Punkt Y, an dem die Längsachse und eine Ausdehnungsebene einer außenumfangsseitigen Endfläche (einer ebenen Form) 17cu der Flussbarriere 17c einander schneiden, zu einem Punkt X, an dem die Längsachse und der Außenumfang 12a des Rotors 12 einander schneiden, als Formabmessung 1 für die Flussbarrieren 17c des Rotors 1 gewählt. Der optimale Bereich für diesen Trennabstand DLd wird nach dem Bewerten des durchschnittlichen Drehmoments, der harmonischen Drehmomentkomponenten und der Drehmomentwelligkeit, die erlangt werden, wenn ein Verhältnis des Abstands DLd zu dem Außenradius R1, DLd/R1, als Parameter verwendet wird, bestimmt. Mit anderen Worten wird der Abstand (Trennabstand) DLd von dem Außenumfang 12a zu einem auf Seiten der Längsachse befindlichen Ende der außenumfangsseitigen Endfläche (einer ebenen Form) 17cu als Formabmessung 1 für die Flussbarriere 17c so bestimmt, dass optimale Eigenschaften erlangt werden, die eine Sättigung des Magnetflusses, der den Flussfließweg MP1 definiert, welcher den äußeren Umfangsbereich A2 jedes Magnetpols quert, verhindern werden.As in 26 a separation distance is shown first DLd from a point Y at which the longitudinal axis and an extension plane of an outer peripheral end face (a flat shape) 17cu of the flow barrier 17c intersect each other, to a point X at which the longitudinal axis and the outer circumference 12a of the rotor 12th intersect each other as a shape dimension 1 for the river barriers 17c of the rotor 1 chosen. The optimal range for this separation distance DL d is done after evaluating the average torque, the harmonic torque components and the torque ripple that are obtained when a ratio of the distance DLd to the outer radius R1 , DLd / R1 , is used as a parameter. In other words, the distance (separation distance) DLd from the outer circumference 12a to an end of the outer peripheral end surface (a flat shape) 17cu on the longitudinal axis side as a shape dimension 1 for the river barrier 17c so determined that optimal properties are obtained, the saturation of the magnetic flux, the flux flow path MP1 which defines the outer peripheral area A2 each magnetic pole crosses, be prevented.

Wie in 27 gezeigt sind die außenumfangsseitigen Endflächen 17cu der Flussbarrieren 17c in einer radial auswärts gerichteten Richtung so zu dem Außenumfang 12a ausgedehnt, als ob sie von dem Außenumfang 12a des Rotors 12 über einen Bereich von der mit DLd/R1 = 0,194 bezeichneten dargestellten Anfangsposition, an der sich jede von ihnen die gleiche Ebene mit der zugehörigen der Ausdehnungsebenen der Wandflächen (der Außenflächen der Dauermagnete 16) 17au, die an der Außenumfangsseite der Magnetöffnungen 17a der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 eines jeden Satzes gelegen ist, teilt, zu der mit DLd/R1 = 0,086 bezeichneten dargestellten Endposition gezogen wären. Es ist ersichtlich, dass sich dann, wenn dies der Fall ist, die Drehmomenteigenschaften wie in 28 und 29 gezeigt ändern. 28 zeigt das durchschnittliche Drehmoment während des Betriebs in einem Antriebsmodus unter der Höchstbelastungsbedingung pro Einheit unter Verwendung des Falls von DLd/R1 = 0,194 als Basiseinheit. Zusätzlich zeigt 28 als harmonische Drehmomentkomponenten die überlagernde 6. und 12. Komponente (elektrischer Winkel) in Prozent und die Veränderungsrate des Drehmoments als Drehmomentwelligkeit.As in 27 the outer peripheral end faces 17cu of the flow barriers are shown 17c in a radially outward direction so to the outer periphery 12a stretched as if from the outer circumference 12a of the rotor 12th over an area of with DLd / R1 = 0.194 designated starting position, at which each of them is the same plane with the corresponding one of the expansion planes of the wall surfaces (the outer surfaces of the permanent magnets 16 ) 17au, that on the outer peripheral side of the magnet openings 17a the openings arranged in a “V” shape 17th of each sentence is located, communicates with the DLd / R1 = 0.086 designated end position would be drawn. It can be seen that, if this is the case, the torque properties as in FIG 28 and 29 shown change. 28 shows the average torque during operation in a drive mode under the maximum load condition per unit using the case of DLd / R1 = 0.194 as the base unit. Additionally shows 28 as harmonic torque components, the overlapping 6th and 12th components (electrical angle) in percent and the rate of change of the torque as torque ripple.

Im Hinblick auf die Formabmessung 1 für die Flussbarrieren 17c des Rotors 12 kann aus 28 ersehen werden, dass das Ausmaß des erzeugten Drehmoments dann, wenn DLd/R1 in einen Bereich A von 0,098 bis 0,194 fällt, gleich oder größer als jenes wird, das durch den Aufbau erzeugt wird, bei dem die an der Außenumfangsseite der Magnetöffnungen 17a der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 jedes Satzes gelegenen Wandflächen 17au lediglich verlängert sind. Im Hinblick auf diese Formabmessung 1 wird ferner die 12. harmonische Drehmomentkomponente verringert, wenn DLd/R1 in einen Bereich B von etwa 0,11 bis etwa 0,194 fällt, und wird insbesondere das maximale Drehmoment erzeugt, wenn DLd/R1 in einen Bereich C von etwa 0,12 bis etwa 0,14 fällt. Wie aus 29 ersichtlich ist, erreicht die Drehmomentwelligkeit ein Minimum, wenn DLd/R für diese Formabmessung 1 zur Bereitstellung einer Bestpunktgestaltung BP1 0,139 beträgt.In terms of shape dimensions 1 for the river barriers 17c of the rotor 12th can out 28 can be seen that the amount of torque generated when DLd / R1 falls in a range A of 0.098 to 0.194, becomes equal to or larger than that generated by the structure in which that on the outer peripheral side of the magnet openings 17a the openings arranged in a “V” shape 17th each set of wall surfaces 17au are only extended. With regard to this shape dimension 1 the 12th harmonic torque component is further reduced if DLd / R1 falls in a range B from about 0.11 to about 0.194, and in particular the maximum torque is generated when DLd / R1 in ranges from about 0.12 to about 0.14. How out 29 it can be seen that the torque ripple reaches a minimum if DLd / R for this shape dimension 1 to provide the best point design BP1 Is 0.139.

Zusätzlich ist wie in 26 gezeigt ein Neigungswinkel α der außenumfangsseitigen Endfläche 17cu der Flussbarriere 17c zu der zugehörigen der Wandflächen 17au, die an der Außenumfangsseite der Magnetöffnungen 17a der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 jedes Satzes gelegen sind, als die Formabmessung 2 für die Flussbarrieren 17c des Rotors 12 gewählt.In addition, as in 26 shown an inclination angle α of the outer peripheral end surface 17cu of the flow barrier 17c to the corresponding one of the wall surfaces 17au, which is on the outer peripheral side of the magnet openings 17a the openings arranged in a “V” shape 17th each set are located as the shape dimension 2nd for the river barriers 17c of the rotor 12th chosen.

Unter Verwendung von DLd/R1 = 0,139 als Basis bestimmt dieser Neigungswinkel α ein Verhältnis θ1/θ2, wobei θ1 der durch die Längsachse und die außenumfangsseitige Endfläche 17cu der Flussbarriere 17c gebildete Einschlusswinkel ist, und θ2 der durch die Längsachse und die zugehörige der Wandflächen 17au, die an der Außenumfangsseite der Magnetöffnungen 17a der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Öffnungen 17 jedes Satzes gelegen sind, gebildete Einschlusswinkel ist. Der optimale Bereich für dieses Verhältnis θ1/θ2 wird nach dem Bewerten des durchschnittlichen Drehmoments, der harmonischen Drehmomentkomponenten und der Drehmomentwelligkeit, die erlangt werden, wenn es als Parameter verwendet wird, bestimmt, wie in 30 und 31 gezeigt ist. Mit anderen Worten wird der Neigungswinkel α als die Formabmessung 2 für die Flussbarrieren 17c so bestimmt, dass optimale Eigenschaften erlangt werden, die einen solchen Flussfließweg erzeugen werden, dass verhindert wird, dass der elektromagnetische Fluss ψr den Magnetfluss ψm in der Nähe jener Ecke 16a eines jeden der Dauermagnete, die sich dicht an der Längsachse des an der Umfangsseite jedes Rotorpols des Rotors 12 gelegenen kleinen Bereichs A1 befindet, unterdrückt. 30 zeigt das durchschnittliche Drehmoment während des Betriebs in einem Antriebsmodus unter der Höchstbelastungsbedingung pro Einheit unter Verwendung des Falls von θ1/θ2 = 1,7 als Basiseinheit. Zusätzlich zeigt 30 als harmonische Drehmomentkomponenten die überlagernde 6. und 12. Komponente in Prozent und zeigt 31 die Veränderungsrate des Drehmoments als Drehmomentwelligkeit. Da der Winkel θ2 häufig als Magnetöffnungswinkel bezeichnet wird, wird der Winkel θ1 als Flussbarrierenöffnungswinkel bezeichnet.Under the use of DLd / R1 = 0.139 as a basis, this angle of inclination α determines a ratio θ1 / θ2, where θ1 through the longitudinal axis and the outer peripheral end surface 17cu of the flow barrier 17c inclusion angle formed, and θ2 that by the longitudinal axis and the associated one of the wall surfaces 17au, that on the outer peripheral side of the magnet openings 17a the openings arranged in a “V” shape 17th each set is located, is formed inclusion angle. The optimal range for this ratio θ1 / θ2 is determined after evaluating the average torque, the harmonic torque components and the torque ripple obtained when used as a parameter, as in 30th and 31 is shown. In other words, the angle of inclination α becomes the shape dimension 2nd for the river barriers 17c so determined that optimal properties will be obtained which will produce such a flow flow path that the electromagnetic flow is prevented ψ r the magnetic flux ψ m near that corner 16a of each of the permanent magnets, which are close to the longitudinal axis of the on the circumferential side of each rotor pole of the rotor 12th located small area A1 is suppressed. 30th Figure 12 shows the average torque during operation in a drive mode under the maximum load condition per unit using the case of 1 / θ2 = 1.7 as the base unit. Additionally shows 30th the overlapping 6th and 12th components as percentages and shows as harmonic torque components 31 the rate of change of torque as torque ripple. Because the angle θ2 Often referred to as the magnet opening angle, the angle θ1 referred to as the flux barrier opening angle.

Im Hinblick auf die Formabmessung 2 für die Flussbarrieren 17c des Rotors 12 ist aus 30 ersichtlich, dass das Ausmaß des erzeugten Drehmoments groß wird und die 12. harmonische Drehmomentkomponente verringert wird, wenn θ1/θ2 in einen Bereich D von etwa 1,2 bis etwa 1,7 fällt. Im Hinblick auf die Formabmessung 2 ist ferner aus 31 ersichtlich, dass das Drehmoment ein Maximum erreicht und die Drehmomentwelligkeit ein Minimum erreicht, wenn θ1/θ2 zur Bereitstellung einer Bestpunktgestaltung BP2 vorzugsweise 1,52 beträgt.In terms of shape dimensions 2nd for the river barriers 17c of the rotor 12th is over 30th it can be seen that the amount of torque generated becomes large and the 12th harmonic torque component is reduced when θ1 / θ2 falls in a range D from about 1.2 to about 1.7. In terms of shape dimensions 2nd is also out 31 it can be seen that the torque reaches a maximum and the torque ripple reaches a minimum if θ1 / θ2 is preferably 1.52 in order to provide a best point configuration BP2.

Wenn nun beide Formabmessungen 1 und 2 für jede der Flussbarrieren 17c berücksichtigt werden, ist unter der Bedingung, dass das Verhältnis DLd/R1 in den Bereich A von 0,098 bis 0,194 fällt, der Winkel θ1 unter dieser Bedingung durch seine Division durch den Winkel θ2, der den Winkel θ1 verschiebt, gegeben, und werden geeignete Drehmomenteigenschaften bereitgestellt, wenn das Verhältnis θ1/θ2 aus einem Bereich von 1,0 bis 2,13 gewählt wird. Zusätzlich werden unter der Bedingung, dass das Verhältnis DLd/R1 in den Bereich B von 0,11 bis 0,194 fällt, noch geeignetere Drehmomenteigenschaften bereitgestellt, wenn das Verhältnis θ1/θ2 aus einem Bereich von 1,0 bis 2,02 gewählt wird.If both mold dimensions 1 and 2nd for each of the river barriers 17c is taken into account on the condition that the ratio DLd / R1 falls in the range A from 0.098 to 0.194, the angle θ1 under this condition by dividing it by the angle θ2 that the angle θ1 shifts, given, and suitable torque characteristics are provided when the ratio θ1 / θ2 is selected from a range of 1.0 to 2.13. Additionally, on condition that the ratio DLd / R1 falls in the range B from 0.11 to 0.194, more suitable torque properties are provided when the ratio θ1 / θ2 is selected from a range from 1.0 to 2.02.

Ferner wird unter der Bedingung, dass - nach der Berücksichtigung der beiden Formabmessungen 1 und 2 für jede der Flussbarrieren 17c - eine Optimierung mit DLd = 0,139 und θ1/θ2 = 1,5 vorgenommen wird, wie in 32 gezeigt verglichen mit dem in 24 veranschaulichten Vergleichsaufbaubeispiel das durchschnittliche Drehmoment um etwa 1,8 % erhöht und die Drehmomentwelligkeit unterdrückt. Wie in 33 gezeigt verringern diese Formabmessungen 1 und 2 die 12. und die 24. harmonische Drehmomentkomponente verglichen mit dem in 24 veranschaulichten Vergleichsaufbaubeispiel beträchtlich. Dies unterdrückt das Auftreten eines Ruckelns bei der Beschleunigung beim Hinauffahren einer Schräge und verringert den Grad des elektromagnetischen Rauschens beträchtlich, indem insbesondere die 12. harmonische Drehmomentkomponente beträchtlich verringert wird.Furthermore, under the condition that - after taking into account the two mold dimensions 1 and 2nd for each of the river barriers 17c - an optimization with DLd = 0.139 and θ1 / θ2 = 1.5 is carried out, as in 32 shown compared to that in 24th Illustrated comparative example increases the average torque by about 1.8% and suppresses the torque ripple. As in 33 shown reduce these mold dimensions 1 and 2nd the 12th . and the 24th harmonic torque component compared to that in 24th illustrated comparative construction example considerably. This suppresses the occurrence of a jerky acceleration when driving up a slope and considerably reduces the degree of electromagnetic noise, particularly by significantly reducing the 12th harmonic torque component.

Da unter nun folgender Bezugnahme auf den in 34A gezeigten Rotor 12A die Dauermagnete 16 jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, selbst in der Nähe einer Längsachse zwischen ihnen vorhanden sind, werden durch die Dauermagnete 16 in dem radial auswärts befindlichen Bereich A2 des Magnetpols viele Magnetflusslinien ψm erzeugt. Andererseits kann sich im Hinblick auf einen in 35A gezeigten Rotor 12C, der nicht mit einer mittleren Nut 21 pro Magnetpol ausgeführt ist, da er in der Nähe einer Längsachse zwischen den Dauermagneten jedes Paars mit Flussbarrieren 17c ausgeführt ist, die jeweils die Form einer Öffnung aufweisen, die Eigenschaft des geraden Verlaufs der durch die Dauermagnete 16 erzeugten Magnetflusslinien ψm verschlechtern. Mit anderen Worten ist die Flussdichte der Magnetflusslinien ψm in der Nähe der Längsachse gering. Da der magnetische Widerstand in der Nähe der Längsachse gering ist, wird daher die Induktivität für einen Flussfließweg ψq, der die Längsachse kreuzt, hoch. Als Folge führt in dem Rotor 12C eine Überlagerung des mit dem Außenumfang 12a verkettenden Magnetflusses durch Harmonische, die durch das Auftreten eines Dichteunterschieds des Magnetflusses verursacht werden, infolge einer vermehrten Drehmomentwelligkeit und eines vermehrten Eisenverlusts eine Abnahme der Effizienz herbei.Now with the following reference to the in 34A shown rotor 12A the permanent magnets 16 Each pair that forms a magnetic pole, even in the vicinity of a longitudinal axis between them, are created by the permanent magnets 16 in the radially outward area A2 of the magnetic pole has many lines of magnetic flux ψ m generated. On the other hand, with regard to an in 35A shown rotor 12C who is not with a medium groove 21 per magnetic pole because it is close to a longitudinal axis between the permanent magnets of each pair with flux barriers 17c is executed, each having the shape of an opening, the property of the straight course of the permanent magnets 16 generated Lines of magnetic flux ψ m worsen. In other words, the flux density is the magnetic flux lines ψ m low in the vicinity of the longitudinal axis. Since the magnetic resistance in the vicinity of the longitudinal axis is low, the inductance for a flux flow path ψ q crossing the longitudinal axis is therefore high. As a result, leads in the rotor 12C a superimposition of the outer circumference 12a concatenating magnetic flux due to harmonics caused by the occurrence of a difference in density of the magnetic flux due to an increased torque ripple and an increased iron loss cause a decrease in efficiency.

Unter Bezugnahme auf ein in 34B gezeigtes Flussvektorfeld, das während des Betriebs unter Höchstbelastung ausgebildet wird, ist die Dichte des verkettenden Magnetflusses von dem gegenüberliegenden Statorzahn 15D, der dem Flussfließweg der Magnetflusslinien ψr der Magnete entspricht, in der Nähe der Längsachse des Rotors 12A nicht hoch. Andererseits wird unter Bezugnahme auf das in 35B gezeigte Flussvektorfeld, das während des Betriebs unter Höchstbelastung ausgebildet wird, die Dichte des verkettenden Magnetflusses in der Nähe der Längsachse des Rotors 12C höher als jene des Magnetflusses, der in dem Statorzahn 15D verbleibt, was einen vermehrten Zustrom des Magnetflusses verursacht.Referring to an in 34B The flux vector field shown, which is formed during operation under maximum load, is the density of the interlinking magnetic flux from the opposite stator tooth 15D which is the flux flow path of the magnetic flux lines ψ r corresponds to the magnet, near the longitudinal axis of the rotor 12A not high. On the other hand, with reference to the in 35B shown flux vector field, which is formed during operation under maximum load, the density of the interlinking magnetic flux in the vicinity of the longitudinal axis of the rotor 12C higher than that of the magnetic flux in the stator tooth 15D remains, which causes an increased inflow of magnetic flux.

Dies ist aus den Darstellungen in 36, die sich aus einem Vergleich des Rotors 12C (Flussbarrieren 17c, keine mittlere Nut 21) mit dem Rotor 12A (Flussbarrieren 17d, keine mittlere Nut 21) hinsichtlich der Wellenform des verkettenden Magnetflusses von einem Statorzahn, d.h., Magnetflusslinien, die den Luftspalt G von einem Statorzahn 15D her überqueren, ersichtlich, wobei der Rotor 12C insofern weniger bevorzugt als der Rotor 12A ist, als die Magnetflusslinien den Luftspalt G an einem Punkt „P“, an dem sie durch die Nachbarschaft der Längsachse beeinflusst werden, leichter überqueren können, was eine erhöhte Neigung zu einer Überlagerung durch Harmonische verursacht. Wie auch aus den in 37 gezeigten Ergebnissen nach einer Verarbeitung der in 36 gezeigten Wellenformen durch eine Fourier-Reihenentwicklung ersichtlich ist, enthält die durch den Rotor 12C erzeugte Magnetflusswellenform beträchtlich mehr an 5. und 7. Raumharmonischer, als dies bei der Magnetflusswellenform, die durch den Rotor 12A erzeugt wird, der Fall ist.This is from the representations in 36 resulting from a comparison of the rotor 12C (River barriers 17c , no middle groove 21 ) with the rotor 12A (River barriers 17d , no middle groove 21 ) with regard to the waveform of the interlinking magnetic flux from a stator tooth, that is, magnetic flux lines that cover the air gap G from a stator tooth 15D cross here, visible, the rotor 12C so less preferred than the rotor 12A is when the magnetic flux lines can cross the air gap G more easily at a point “P” where they are influenced by the vicinity of the longitudinal axis, which causes an increased tendency to overlap by harmonics. As from the in 37 results shown after processing the in 36 shown waveforms by Fourier series expansion, contains those by the rotor 12C generated magnetic flux waveform considerably more harmonic in 5th and 7th than in the magnetic flux waveform generated by the rotor 12A is generated, is the case.

Daher ist der Rotor 12 bei der elektrischen Drehmaschine 12 an seinem Außenumfang 12a mit mittleren Nuten 21 ausgeführt, die sich jeweils auf einer der Längsachsen befinden, um den magnetischen Widerstand an dem gemeinsam mit dem Innenumfang des Statorzahns 15 gebildeten Luftspalt G zu regulieren. Wie durch ein in 38 gezeigtes Flussvektorfeld, das während des Betriebs unter Höchstbelastung ausgebildet wird, angegeben beschränkt der mit solchen mittleren Nuten 21 ausgeführte Rotor 12 eine Zunahme des Zustroms des Magnetflusses von Statorzähnen 15, die dem Rotor nacheinander gegenüber zu liegen kommen, in der Nähe der Längsachse. Hence the rotor 12th on the electric lathe 12th on its outer circumference 12a with medium grooves 21 executed, which are each on one of the longitudinal axes to the magnetic resistance on the common with the inner circumference of the stator tooth 15 to regulate the air gap G formed. How through an in 38 The flow vector field shown, which is formed during operation under maximum load, is limited to that with such middle grooves 21 executed rotor 12th an increase in the inflow of magnetic flux from stator teeth 15 , which come to lie opposite the rotor one after the other, near the longitudinal axis.

Wie aus den Darstellungen in 39, die sich aus einem Vergleich der durch diesen Rotor 12 (mit mittleren Nuten 21) erzeugten Drehmomentwellenform mit jener durch den Rotor 12C (ohne mittlere Nuten 21) unter Verwendung des Rotors 12C als Basiseinheit - 1,0 (pro Einheit) - ergeben, ersichtlich ist, verringert der Rotor 12 mit mittleren Nuten 21 die Amplitude der Drehmomentwellenform stärker, um die Drehmomentwelligkeit zu beschränken, als es bei dem Rotor 12C der Fall ist. Wie aus den in 40 gezeigten Ergebnissen nach einer Verarbeitung der in 39 gezeigten Wellenformen durch eine Fourier-Reihenentwicklung ersichtlich ist, sind die 6., 12., 18. und 24. harmonische Drehmomentkomponente der durch den Rotor 12 mit mittleren Nuten 21 erzeugten Wellenform beträchtlich verringert. In 39 ist die Drehmomentwellenform des augenblicklichen Drehmoments unter Verwendung des durchschnittlichen Drehmoments, das durch den Rotor 12C erzeugt wird, als Basiseinheit - 1,0 (Basiseinheit) - veranschaulicht.As from the representations in 39 resulting from a comparison of those made by this rotor 12th (with medium grooves 21 ) generated torque waveform with that by the rotor 12C (without middle grooves 21 ) using the rotor 12C as the base unit - 1.0 (per unit) - can be seen, the rotor is reduced 12th with medium grooves 21 the amplitude of the torque waveform more so as to limit the torque ripple than is the case with the rotor 12C the case is. As from the in 40 results shown after processing the in 39 shown waveforms by Fourier series expansion, the 6th, 12th, 18th and 24th harmonic torque components are those by the rotor 12th with medium grooves 21 generated waveform significantly reduced. In 39 is the torque waveform of the instantaneous torque using the average torque generated by the rotor 12C is generated as a base unit - 1.0 (base unit).

Somit werden in der elektrischen Drehmaschine 10 die passenden Formabmessungen einer jeden der mittleren Nuten 21 auf Basis von Drehmomenteigenschaften wie der oben genannten Drehmomentwelligkeit bestimmt.Thus, in the electric lathe 10th the appropriate shape dimensions of each of the middle grooves 21 determined on the basis of torque properties such as the torque ripple mentioned above.

Im Hinblick auf die mittlere Nut 21 werden die passenden Formabmessungen nach dem Bewerten der in 42 gezeigten Drehmomentwelligkeit durch Verändern eines in 41 gezeigten radialen Abstands R4 eines Nutenbodens 21a der mittleren Nut 21 von der Rotorachse in dem Verhältnis R4/R1, das als Parameter verwendet wird, wobei R1 der Außenradius zu dem Außenumfang des Rotors 12 ist, bestimmt. With regard to the middle groove 21 the appropriate mold dimensions after evaluating the in 42 torque ripple shown by changing one in 41 shown radial distance R4 of a groove bottom 21a the middle groove 21 from the rotor axis in the ratio R4 / R1 , which is used as a parameter, where R1 the outer radius to the outer circumference of the rotor 12th is determined.

Zuerst wird im Hinblick auf die Tiefe der mittleren Nut 21 unter Verwendung der Formabmessung für den Rotor ohne mittlere Nuten 21 als Standard (R4/R1 = 1,0) die Tiefe mit der folgenden Formabmessung ausgeführt,
0,98 ≦ R4/R1 < 1,0,
um eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit, die während eines Betriebs mit Höchstbelastung erzeugt wird, zu ermöglichen.
First, in terms of the depth of the middle groove 21 using the shape dimension for the rotor without middle grooves 21 as standard (R4 / R1 = 1.0) the depth is made with the following shape dimensions,
0.98 ≦ R4 / R1 <1.0,
to allow a reduction in the torque ripple generated during maximum load operation.

Dann ist im Hinblick auf die mittlere Nut 21 des Rotors 12 für ihre Formabmessungen eine Bestimmung ihrer relativen Beziehung zu den Statorzähnen 15 des Stators 11 erforderlich, wobei eine Definition durch einen äußeren Bogenwinkel θa für die mittlere Nut 21 um die Achse des Rotors 12 und einen inneren Bogenwinkel θb für den Nutenboden 21a möglich ist. Then in terms of the middle groove 21 of the rotor 12th for their shape dimensions a determination of their relative relationship to the stator teeth 15 of the stator 11 required, being defined by an outer arc angle θa for the middle groove 21 around the axis of the rotor 12th and an inner arc angle θb for the groove bottom 21a is possible.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf den Rotor 12 werden die Phasenspannungen und die Leiterspannung wie durch ihre Darstellungen in 43 angegeben an Punkten, die durch Spitzen F und Apexabschnitte V angegeben sind, beeinflusst, wenn der Außenwinkel θa für die mittlere Nut 21 als Parameter verändert wird.With continued reference to the rotor 12th the phase voltages and the line voltage are as shown in 43 indicated at points by points F and apex sections V are affected when the outside angle θa for the middle groove 21 is changed as a parameter.

Im Besonderen verändert sich eine Periode zwischen G1 und G3 der Spannungswellenform der Phase U von der Positionsbeziehung zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 12 her je nach der Breite des äußeren Bogenwinkels θa für die mittlere Nut 21. Die Spannungswellenform der Phase U wird zu einer Wellenform, in der die Periode zwischen G1 und G3 verengt wird, um zu einem Apex zugespitzt zu werden, wenn der äußere Bogenwinkel θa verengt wird, und die Wellenform der Leiterspannung wird zu einer Wellenform, die sich einer Dreieckwellenform annähert, während sich die Spitzen F dem Apexabschnitt W nähern. Andererseits wird die Spannungswellenform der Phase U zu einer Wellenform, in der ein Abschnitt in der Periode zwischen G1 und G3 abgeflacht ist, wenn der äußere Bogenwinkel θa erweitert wird, und wird die Wellenform der Leiterspannung zu einer Wellenform, die sich einer Trapezwellenform annähert, während die Spitzen F den Apexabschnitt W verlassen, was zu der Neigung zu einer Überlagerung durch die 5. und die 7. Raumharmonische führt.In particular, a period changes between G1 and G3 the voltage waveform of the phase U on the positional relationship between the stator 11 and the rotor 12th forth depending on the width of the outer arc angle θa for the middle groove 21 . The voltage waveform of the phase U becomes a waveform in which the period between G1 and G3 is narrowed to become an apex when the outer arc angle θa is narrowed, and the waveform of the line voltage becomes a waveform that approximates a triangular waveform as the peaks F approach the apex portion W approach. On the other hand, the voltage waveform of the phase U to a waveform in which a section in the period between G1 and G3 is flattened when the outer arc angle θa is expanded, and the waveform of the line voltage becomes a waveform approximating a trapezoidal waveform while the peaks F the apex portion W leave, which leads to the tendency to be superimposed by the 5th and 7th spatial harmonics.

Im Hinblick auf die mittlere Nut 21 erfordert der Spalt G zwischen dem Rotor 12 und den Statorzähnen 15 wie oben erwähnt einen hohen magnetischen Widerstand (oder eine geringe Permeabilität), doch da die Neigung zu einer Überlagerung durch die 5. und die 7. Raumharmonische erhöht wird, wenn er zu sehr erweitert wird, muss der äußere Bogenwinkel θa eine minimale erforderliche Formabmessung aufweisen.With regard to the middle groove 21 requires the gap G between the rotor 12th and the stator teeth 15 as mentioned above, a high magnetic resistance (or a low permeability), but since the tendency to overlap is increased by the 5th and 7th harmonics, if it is expanded too much, the outer arc angle must θa have a minimum required shape dimension.

Unter Bezugnahme auf 41 soll SO die an dessen zu dem Rotor 12 gerichteten offenen Ende gemessene Breite eines jeden der Schlitze darstellen, soll TB die Stirnbreite des Innenumfangs eines jeden der Statorzähne 15 darstellen, soll TW die Endabschnittsbereite des Statorzahns 15 darstellen, die an dessen Restabschnitt einwärts von dem Innenumfang des Statorzahns 15 gemessen ist, und soll AG die Spaltbreite über den Spalt G zwischen dem Rotor 12 und den Statorzähnen 15 sein. Dann werden der Rotor 12 und der Stator 15 so gestaltet, dass sie wie folgende Beziehungen erfüllen.With reference to 41 should SO the other to the rotor 12th directed open end should represent the measured width of each of the slots TB the face width of the inner circumference of each of the stator teeth 15 to represent TW the end portion ready of the stator tooth 15 represent that at the remaining portion inward from the inner circumference of the stator tooth 15 is measured, and should AG the gap width across the gap G between the rotor 12th and the stator teeth 15 be. Then the rotor 12th and the stator 15 designed to fulfill relationships as follows.

Zuerst müssen die mittleren Nuten 21, die jeweils eine Breite aufweisen, die der Stirnbreite TB eines der Statorzähne 15 gleich oder größer als diese ist, die Anforderung eines erhöhten magnetischen Widerstands über den Spalt G erfüllen. Daraus folgt, dass die untere Grenze für den äußeren Bogenwinkel θa als
2×tan-1{(TB/2)/(R1+AG)} ≦ θa
ausgedrückt ist, da die Form, die durch die Stirnbreite TB und die Rotorachse eingeschlossen ist, einem gleichschenkeligen Dreieck (2 × einem rechtwinkeligen Dreieck) gleicht.
First the middle grooves 21 , each of which has a width that is the width of the forehead TB one of the stator teeth 15 is equal to or greater than this, meet the requirement of increased magnetic resistance across the gap G. It follows that the lower limit for the outer arc angle θa as
2 × tan -1 {(TB / 2) / (R1 + AG)} ≦ θa
is expressed as the shape that is given by the forehead width TB and the rotor axis is enclosed, resembles an isosceles triangle (2 × a right triangle).

Zusätzlich ist es im Hinblick auf ein automatisches Einsetzen der Statorwicklungen und die erforderliche Energiedichte nötig, dass die Öffnungsbreite SO jedes Schlitzes 18 größer als die Spaltbreite AG der Luftspaltbreite G ist, d.h., SO > AG. Gemäß dieser Beziehung ist der magnetische Widerstand an dem Spalt G geringer als jener an dem Öffnungsraum des Schlitzes 18, was eine Verringerung der Dichte der mit dem Rotor 12 wechselwirkenden Magnetflusslinien von einem spitzen Eckenabschnitt K (siehe 38) eines jeden der Statorzähne 15 erforderlich macht. Daher ist es nötig, dass sich jede der mittleren Nuten 21 auf einem Bogen befindet, der in Bogengrad einem Bogen zwischen den benachbarten beiden inneren Umfangsabschnitten 15a an jedem zweiten Statorzahn 15 gleich oder größer als dieser ist. Daraus folgt, dass die obere Grenze des äußeren Bogenwinkels θa gleichermaßen als
θa ≦ 2×tan-1[{SO+(TB/2)}(R1+AG)}].
ausgedrückt ist.
In addition, with regard to the automatic insertion of the stator windings and the required energy density, it is necessary that the opening width SO every slot 18th is larger than the gap width AG of the air gap width G, ie SO> AG. According to this relationship, the magnetic resistance at the gap G is lower than that at the opening space of the slot 18th what a reduction in density with the rotor 12th interacting magnetic flux lines from an acute corner section K (see 38 ) of each of the stator teeth 15 makes necessary. Therefore, it is necessary that each of the middle grooves 21 located on an arc that is in arc degree an arc between the adjacent two inner peripheral sections 15a on every second stator tooth 15 is equal to or greater than this. It follows that the upper limit of the outer arc angle θa equally as
θa ≦ 2 × tan -1 [{SO + (TB / 2)} (R1 + AG)}].
is expressed.

Als nächstes definiert der innere Bogenwinkel θb für den Boden der mittleren Nut 21 einen Bogen zwischen den benachbarten beiden inneren Umfangsabschnitten 15a an jedem zweiten Statorzahn 15 als seine Obergrenze, weshalb die Obergrenze ähnlich wie bei dem äußeren Bogenwinkel θa als θb ≦ 2×tan-1[{SO+(TB/2)}/(R1+AG)}] ausgedrückt ist.Next defines the inner arc angle θb for the bottom of the middle groove 21 an arc between the adjacent two inner peripheral sections 15a on every second stator tooth 15 as its upper limit, which is why the upper limit is similar to the outer arc angle θa is expressed as θb ≦ 2 × tan -1 [{SO + (TB / 2)} / (R1 + AG)}].

Da der Bogen für die Untergrenze des äußeren Bogenwinkels θa andererseits die Stirnbreite TB des Statorzahns 15 ist, um die Reluktanz an dem Spalt G so zu regulieren, dass sie zunimmt, kann die mittlere Nut 21 auf den Nutenboden 21a verzichten, weshalb die untere Grenze des inneren Bogenwinkels θb als 0° ≦ θb ausgedrückt werden kann.Because the arc for the lower limit of the outer arc angle θa on the other hand, the width of the forehead TB of the stator tooth 15 is to regulate the reluctance at the gap G so that it increases, the middle groove 21 on the bottom of the groove 21a waive, which is why the lower limit of the inner arc angle θb can be expressed as 0 ° ≦ θb.

Zusätzlich sollen die Stirnbreite TB und die Endabschnittsbreite TW des Statorzahns 15 TW ≦ TB erfüllen, da die oben genannten Bedingungen nicht erfüllt würden, wenn der Endabschnitt eines jeden der Statorzähne 15 zugespitzt wäre. In addition, the forehead width TB and the tail section width TW of the stator tooth 15 TW ≦ TB because the above conditions would not be met if the end portion of each of the stator teeth 15 would be pointed.

Ähnlich verringert der Rotor 12 mit mittleren Nuten 21 während des Betriebs im Antriebsmodus unter geringen Belastungsbedingungen wie aus den Darstellungen in 44, die sich aus einem Vergleich der durch diesen Rotor 12 erzeugten Drehmomentwellenform mit jener durch den Rotor 12C ohne mittlere Nuten 21 unter Verwendung des Rotors 12C als Basiseinheit - 1,0 (pro Einheit) - ergeben, ersichtlich die Amplitude der Drehmomentwellenform stärker, wodurch die Drehmomentwelligkeit beschränkt wird, als es bei dem Rotor 12C der Fall ist. Wie aus den in 45 gezeigten Ergebnissen nach einer Verarbeitung der in 44 gezeigten Wellenformen durch eine Fourier-Reihenentwicklung ersichtlich ist, ist die 6. harmonische Drehmomentkomponente der Drehmomentwellenform, die durch den Rotor 12 mit mittleren Nuten 21 erzeugt wird, beträchtlich verringert.The rotor reduces similarly 12th with medium grooves 21 during operation in drive mode under low load conditions as shown in 44 resulting from a comparison of those made by this rotor 12th generated torque waveform with that generated by the rotor 12C without middle grooves 21 using the rotor 12C as the base unit - 1.0 (per unit) - the amplitude of the torque waveform can be seen more strongly, thereby limiting the torque ripple than is the case with the rotor 12C the case is. As from the in 45 results shown after processing the in 44 waveforms shown by Fourier series expansion is the 6th harmonic torque component of the torque waveform generated by the rotor 12th with medium grooves 21 generated is significantly reduced.

Zusätzlich ist im Vorhergehenden hauptsächlich der Einfluss der mittleren Nuten 21 auf die Drehmomenteigenschaften beschrieben, doch sind die mittleren Nuten 21 als Markierungen bei der Herstellung wie etwa dem Zusammenbau nützlich. Zum Beispiel ist es beim Verdrehen, um die Dauermagnete 16 in verschiedene Positionsbeziehungen entlang der Achsenrichtung zu drehen, möglich, das Vorhandensein des Verdrehens aus der durch die mittleren Nuten 21 erzeugten Geradheit zu bestätigen.In addition, the influence of the middle grooves is mainly in the foregoing 21 described on the torque properties, but are the middle grooves 21 useful as marks in manufacture such as assembly. For example, when twisting it around the permanent magnet 16 to rotate in different positional relationships along the axis direction, possible the presence of twisting from the through the central grooves 21 to confirm straightness generated.

Unter Bezugnahme auf einen in 46 gezeigten weniger bevorzugten Rotor 12D ohne seitliche Nuten 22 ist aus 47 ersichtlich, dass die Magnetflussdichte an dem Spalt G während des Betriebs unter Nichtbelastung eine Wellenform annimmt, die sich einer von der Grundwelle abgewichenen Trapezwelle annähert. An diesem Spalt G verursacht die Überlagerung der Spaltmagnetflusswellenform, die gemäß den Statorzähnen 15 an dem Stator 11, den Dauermagneten 16 eines in einer „V“-förmigen Gestaltung an dem Rotor 12D befindlichen Paars und den Flussbarrieren 17b und 17c der in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordneten Magnetöffnungen bestimmt ist, durch Raumharmonische eine vermehrte Drehmomentwelligkeit und einen vermehrten Eisenverlust. Referring to an in 46 less preferred rotor shown 12D without side grooves 22 is over 47 it can be seen that the magnetic flux density at the gap G assumes a waveform during operation under no load which approximates a trapezoidal wave deviating from the fundamental wave. At this gap G, the superposition of the split magnetic flux waveform causes that according to the stator teeth 15 on the stator 11 , the permanent magnet 16 one in a “V” shape on the rotor 12D pairs and the river barriers 17b and 17c which is arranged in a "V" -shaped design is determined by spatial harmonics an increased torque ripple and an increased iron loss.

In der Spaltmagnetwellenform entsprechen die Statorzähne 15a bis 15g für einen Magnetpol des Rotors 12D jeweils Teilen A bis C der Wellenform, wobei jeder Teil einen elektrischen Winkel von 30 Grad aufweist, da eine Längsachse bei 90 Grad im elektrischen Winkel dargestellt ist, eine Querachse bei 0 Grad im elektrischen Winkel dargestellt ist, und die andere Querachse bei 180 Grad im elektrischen Winkel dargestellt ist. Diese Spaltmagnetflusswellenform ist in der Nähe des Teils A, der Flussbarrieren 17c (Öffnungen) auf Seiten der Längsachse entspricht, vertieft. Aus einem Vergleich mit der Grundwellenform ist ersichtlich, dass die Magnetflussdichte einerseits während eines Bereichs von C bis B und andererseits während eines Bereichs von E bis F zu hoch ist. Daraus folgt, dass die Überlagerung durch die Harmonischen an dem zweiten und dritten Statorzahn 15b und 15c von der Längsachse in einer Vorwärtsrichtung der Drehung des Rotors 12D und an dem zweiten und dritten Statorzahn 15e und 15f von der Längsachse in einer zu der Vorwärtsrichtung entgegengesetzten Rückwärtsrichtung beträchtlich ist.The stator teeth correspond in the split magnetic waveform 15a to 15g for a magnetic pole of the rotor 12D parts A to C of the waveform, each part having an electrical angle of 30 degrees, since a longitudinal axis is shown at 90 degrees in electrical angle, a transverse axis is shown at 0 degrees in electrical angle, and the other transverse axis at 180 degrees in electrical angle is shown. This split magnetic flux waveform is near part A, the flux barriers 17c (Openings) on the longitudinal axis side, deepened. A comparison with the basic waveform shows that the magnetic flux density is too high on the one hand during a range from C to B and on the other hand during a range from E to F. It follows that the harmonics overlap on the second and third stator teeth 15b and 15c from the longitudinal axis in a forward direction of rotation of the rotor 12D and on the second and third stator teeth 15e and 15f from the longitudinal axis in a reverse reverse direction to the forward direction.

Aus diesem Grund ist es bei dem Rotor 12D von Vorteil, an zwei Stellen an dem Außenumfang 12a, die innerhalb eines Bereichs von ± 30 bis 60 Grad von der Längsachse abweichen, ein Paar von seitlichen Nuten 22 zu bilden, wobei eine zwischen den Statorzähnen 15b und 15c zu dem Stator 15 gerichtet ist, und die andere zwischen den Statorzähnen 15e und 15f zu dem Stator gerichtet ist, um die verkettende Magnetflussdichte zu verringern.This is why it is with the rotor 12D advantageous in two places on the outer circumference 12a that deviate from the longitudinal axis within a range of ± 30 to 60 degrees, a pair of side grooves 22 form, one between the stator teeth 15b and 15c to the stator 15 is directed, and the other between the stator teeth 15e and 15f is directed to the stator to reduce the concatenating magnetic flux density.

Übrigens umfasst eine Weise, um einer Drehmomentwelligkeitskomponente mit einer bestimmten Ordnung eines IPM-Motors entgegenzuwirken (sie zu verringern), das Verdrehen axial angeordneter Abschnitte eines Rotors, eines Abschnitts in Bezug auf den angrenzenden Abschnitt, oder, mit anderen Worten, das Ausführen von Verdrehungsstufen. Im Fall eines dreiphasigen Motors, beispielsweise, kann einer Drehmomentwelligkeitskomponente der 12. Ordnung entgegengewirkt werden (kann diese verringert werden), indem ein Rotor pro Stufe einem elektrischen Winkel von 15 Grad ausgesetzt wird.Incidentally, one way to counteract (decrease) a torque ripple component with a particular order of an IPM motor includes twisting axially disposed portions of a rotor, a portion with respect to the adjacent portion, or, in other words, performing twist stages . In the case of a three-phase motor, for example, a 12th order torque ripple component can be counteracted (reduced) by exposing one rotor to an electrical angle of 15 degrees per step.

Im Besonderen ist die mit dem Magnetfluss verkettete 12. Harmonische als eine Funktion ausgedrückt. Sie kann als
F (θ) = sin12θ
angesetzt werden.
In particular, the 12th harmonic chained to the magnetic flux is expressed as a function. You can as
F (θ) = sin12θ
be scheduled.

Dann wird die um 15 Grad im elektrischen Winkel verschobene Wellenform als
F(θ + 15°) = sin12(θ + 15°) = -sin12θ
ausgedrückt.
Then the waveform shifted by 15 degrees in electrical angle is called
F (θ + 15 °) = sin12 (θ + 15 °) = -sin12θ
expressed.

Theoretisch wird der 12. Harmonischen entgegengewirkt und wird sie dadurch durch die 11. und die 13. Raumharmonische ausgelöscht. Dies führt zu einer Verringerung der 12. Drehmomentwelligkeit.Theoretically, the 12th harmonic is counteracted and is thereby canceled out by the 11th and 13th spatial harmonics. This leads to a reduction in the 12th torque ripple.

Wenn die Spaltmagnetflusswellenform, mit der Harmonische verkettet sind, nicht nur während eines Betriebs unter Nichtbelastung, sondern auch unter einer Belastungsbedingung untersucht wird, werden wie in 48 gezeigte Wellenformen hervorgerufen. 48 zeigt zwei Wellenformen, wobei eine im Fall ohne seitliche Nuten 22 und ohne Verdrehungsstufen erzeugt wird, und die andere im Fall ohne seitliche Nuten 22 und unter Bereitstellung von Verdrehungsstufen erzeugt wird.When the split magnetic flux waveform with which harmonics are chained is examined not only during an operation under no load but also under a load condition, as in 48 shown waveforms. 48 shows two waveforms, one in the case without side grooves 22 and is produced without twist levels, and the other in the case without side grooves 22 and is generated with provision of torsion levels.

Aus diesen Spaltmagnetflusswellenformen kann festgestellt werden, dass die Bereitstellung von Verdrehungsstufen die überlagernden Raumharmonischen beschränkt, doch ist aus einem Vergleich mit der Grundwellenform ersichtlich, dass die Verdrehungsmagnetflussdichte sowohl während eines Betriebs unter Belastungsbedingungen als auch ohne Belastung während eines Bereichs von B bis C und während eines Bereichs von E bis F zu hoch ist.From these split magnetic flux waveforms, it can be seen that the provision of twist levels restricts the overlying harmonics, but it can be seen from a comparison with the fundamental waveform that the twist magnetic flux density occurs both during operation under load conditions and during no load during a range from B to C and during one Range from E to F is too high.

Somit werden bei der elektrischen Drehmaschine 10 passende Formabmessungen für jedes von mehreren Paaren von seitlichen Nuten 22 auf Basis der Drehmomenteigenschaften für das Drehmoment und die Drehmomentwelligkeit bestimmt.Thus, with the electric lathe 10th suitable mold dimensions for each of several pairs of side grooves 22 determined on the basis of the torque properties for the torque and the torque ripple.

Soweit die seitlichen Nuten 22 jedes Paars betroffen sind, bestimmen wie in 49 gezeigt (siehe auch 26) induzierte Winkel θ2, θ3, θ4, θ5, wo jede der seitlichen Nuten 22 zu bilden ist,
wobei es sich bei θ2 um den induzierten Winkel zwischen der Längsachse und einer Bezugsebene, die sich von einer Wandfläche eines der Dauermagnete 16 jedes Paars in der Nähe des Außenumfangs 12a (= einer Wandfläche 17au einer Magnetöffnung 17 für den Dauermagnet 16 in der Nähe des Außenumfangs 12a, siehe 26) erstreckt, den sogenannten „Magnetöffnungswinkel, durch den ein Magnet von der Längsachse getrennt ist“, handelt;
bei θ3 um den Einschlusswinkel zwischen der Längsachse und einer radialen Bezugslinie, die sich von der Rotorachse zu einem Bezugspunkt an einer Ecke 16b des Dauermagnets 16, die dem Außenumfang 12a des Rotors 12 am nächsten liegt, erstreckt, den sogenannten „Magnetkantenbogenwinkel, um den die Magnetkante von der Längsachse um die Rotorachse gedreht ist“ handelt;
bei θ4 um den äußeren Einschlusswinkel zwischen der Längsachse und einer radialen Bezugslinie, die sich von der Rotorachse zu einem Bezugspunkt an dem von der Längsachse am weitesten entfernten Rand 22o einer seitlichen Nut erstreckt, handelt;
bei θ5 um den inneren Einschlusswinkel zwischen der Längsachse und einer radialen Bezugslinie, die sich von der Rotorachse zu einem Bezugspunkt an dem Rand 22i der seitlichen Nut 22, der von der Längsachse am wenigsten weit entfernt ist, erstreckt, handelt.
So much for the side grooves 22 each pair are affected, determine as in 49 shown (see also 26 ) induced angles θ2 , θ3 , θ4 , θ5 where each of the side grooves 22 is to be formed
where it is θ2 around the induced angle between the longitudinal axis and a reference plane, which extends from a wall surface of one of the permanent magnets 16 each pair near the outer circumference 12a (= a wall surface 17au of a magnetic opening 17th for the permanent magnet 16 near the outer circumference 12a , please refer 26 ) extends, the so-called "magnet opening angle, through which a magnet is separated from the longitudinal axis";
at θ3 around the included angle between the longitudinal axis and a radial reference line that extends from the rotor axis to a reference point at a corner 16b of the permanent magnet 16 that the outer circumference 12a of the rotor 12th closest, extends, is the so-called "magnetic edge arc angle by which the magnetic edge is rotated from the longitudinal axis about the rotor axis";
at θ4 around the outer included angle between the longitudinal axis and a radial reference line that extends from the rotor axis to a reference point on the edge furthest away from the longitudinal axis 22o a lateral groove extends acts;
at θ5 around the internal included angle between the longitudinal axis and a radial reference line that extends from the rotor axis to a reference point at the edge 22i the side groove 22 which is the least distant from the longitudinal axis.

Wenn sich jede der seitlichen Nuten 22 eines Paars über den Magnetkantenbogenwinkel θ3 oder den Magnetöffnungswinkel θ2 hinaus weit von der Längsachse entfernt befindet, werden die seitlichen Nuten einem Bereich von C bis D bzw. einem Bereich von F bis G in der Spaltmagnetflusswellenform, die in 47 gezeigt ist, entsprechen und daher außerhalb von Stellen fallen, an denen eine Verringerung des Magnetflusses nötig ist. Was den Rotor 12 betrifft, benötigt ein Steg 12c, der sich zwischen dem Außenumfang 12a und der Flussbarriere 17b befindet und die Innenseite und die Außenseite eines Pols verbindet, aufgrund des Umstands, dass er einer Konzentration der Von-Mises-Spannung ausgesetzt ist, die von der Zentrifugalkraft während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung der Dauermagnete 16 stammt, eine bestimmte Dicke, damit sein Brechen vermieden wird. Daher muss die Stelle der Bildung einer jeden der seitlichen Nuten 22 durch die Ungleichheit
θ5 (innerer Einschlusswinkel) < θ4 (äußerer Einschlusswinkel) ≦ θ3 (Magnetkantenbogenwinkel)
bestimmt werden.
If each of the side grooves 22 of a pair over the magnetic edge arc angle θ3 or the magnet opening angle θ2 is located far from the longitudinal axis, the side grooves have a range from C to D and a range from F to G in the split magnetic flux waveform shown in FIG 47 shown, and therefore fall outside of places where a reduction in magnetic flux is necessary. As for the rotor 12th concerns, requires a web 12c that is between the outer circumference 12a and the river barrier 17b and connects the inside and outside of a pole due to the fact that it is exposed to a concentration of Von Mises stress caused by centrifugal force during a high-speed rotation of the permanent magnets 16 comes from a certain thickness so that its breaking is avoided. Therefore, the place of formation of each of the side grooves must be 22 through inequality
θ5 (inner inclusion angle) < θ4 (outer angle of inclusion) ≦ θ3 (Magnetic edge arc angle)
be determined.

Die Formabmessungen einer jeden der seitlichen Nuten 22 eines Paars werden auf Basis der in 50 und 51 gezeigten Drehmomenteigenschaften des durchschnittlichen Drehmoments, der harmonischen Drehmomentkomponenten und der Drehmomentwelligkeit, die erhalten werden, wenn ein Verhältnis θ5 (innerer Einschlusswinkel)/θ4 (äußerer Einschlusswinkel) als Parameter verwendet wird, bestimmt.The shape dimensions of each of the side grooves 22 of a pair are based on the in 50 and 51 torque characteristics shown of the average torque, the harmonic torque components and the torque ripple, which are obtained when a ratio θ5 (inner included angle) / θ4 (outer included angle) is used as a parameter.

Erstens kann die Drehmomentwelligkeit wirksam verringert werden, während ein bestimmter Grad an durchschnittlichem Drehmoment bewahrt wird, wenn nach Betrachtung der in 50 gezeigten Drehmomenteigenschaften während eines Betriebs unter einer Höchstbelastung, wobei der Rotor 12D (θ5/θ4 = 1,0), der ohne jegliche seitlichen Nuten 22 ausgeführt ist, als Basiseinheit (1,0 [pro Einheit]) verwendet wird, jede seitliche Nut 22 Formabmessungen aufweist, die eine Beziehung von
0,945 ≦ θ5/θ4 ≦ 0,98
erfüllen. Insbesondere kann die Drehmomentwelligkeit bei einem Mindestmaß gehalten werden, wenn die seitlichen Nuten 22 die Beziehung von θ5/θ4 ≦ 0,97 erfüllen.
First, the torque ripple can be effectively reduced while maintaining a certain level of average torque when viewed in FIG 50 Torque characteristics shown during operation under a maximum load, the rotor 12D (θ5 / θ4 = 1.0), the one without any lateral grooves 22 is used as the base unit (1.0 [per unit]), each side groove 22 Has mold dimensions that have a relationship of
0.945 ≦ θ5 / θ4 ≦ 0.98
fulfill. In particular, the torque ripple can be kept to a minimum if the lateral grooves 22 satisfy the relationship of θ5 / θ4 ≦ 0.97.

Zusätzlich kann das Drehmoment wirksam verringert werden, während ein bestimmter Grad an durchschnittlichem Drehmoment bewahrt wird, wenn jede seitliche Nut 22 unter Betrachtung der in 51 gezeigten Drehmomenteigenschaften während eines Betriebs unter hohen Belastungen Formabmessungen aufweist, die eine Beziehung von
θ5/θ4 ≦ 0,98
erfüllen.
In addition, the torque can be effectively reduced while maintaining a certain level of average torque if each side groove 22 considering the in 51 Torque characteristics shown during operation under high loads has mold dimensions that have a relationship of
θ5 / θ4 ≦ 0.98
fulfill.

Die Formabmessungen jeder der seitlichen Nuten 22 eines Paars werden auf Basis der in 52 gezeigten Drehmomenteigenschaften des durchschnittlichen Drehmoments und der Drehmomentwelligkeit, die erhalten werden, wenn ein Verhältnis RG (Nutentiefe)/AG (Luftspaltbreite) (siehe 49) als Parameter verwendet wird, bestimmt.The shape dimensions of each of the side grooves 22 of a pair are based on the in 52 shown torque properties of the average torque and the torque ripple, which are obtained when a ratio RG (groove depth) / AG (air gap width) (see 49 ) is used as a parameter.

Erstens kann die Drehmomentwelligkeit wirksam verringert werden, während ein bestimmter Grad an durchschnittlichem Drehmoment bewahrt wird, wenn nach Betrachtung der in 52 gezeigten Drehmomenteigenschaften während eines Betriebs unter einer Höchstbelastung, wobei der Rotor 12D (RG/AG = 0,0), der ohne jegliche seitlichen Nuten 22 ausgeführt ist, als Basiseinheit (1,0 [pro Einheit]) verwendet wird, jede seitliche Nut 22 Formabmessungen aufweist, die eine Beziehung von
0,0 ≦ RG/AG ≦ 0,73
erfüllen. Insbesondere kann die Drehmomentwelligkeit bei einem Mindestmaß gehalten werden, wenn die seitlichen Nuten 22 die Beziehung von 0,30 ≦ RG/AG ≦ 0,45 erfüllen.
First, the torque ripple can be effectively reduced while maintaining a certain level of average torque when viewed in FIG 52 Torque characteristics shown during operation under a maximum load, the rotor 12D (RG / AG = 0.0) without any lateral grooves 22 is used as the base unit (1.0 [per unit]), each side groove 22 Has mold dimensions that have a relationship of
0.0 ≦ RG / AG ≦ 0.73
fulfill. In particular, the torque ripple can be kept to a minimum if the lateral grooves 22 fulfill the relationship of 0.30 ≦ RG / AG ≦ 0.45.

Dies ermöglicht der elektrischen Drehmaschine 10, die Magnetflussdichte in einer durch die Darstellung der Spaltmagnetflusswellenform in 53 angegebenen Trapezwelle in einem Bereich von B bis C und in einem Bereich von E bis F zu verringern, wenn die seitlichen Nuten 22 an passenden Stellen in dem Außenumfang 12a des Rotors 12 gebildet sind.This enables the electric lathe 10th , the magnetic flux density in a by the representation of the split magnetic flux waveform in 53 specified trapezoidal wave in a range from B to C and in a range from E to F decrease when the side grooves 22 at suitable places in the outer circumference 12a of the rotor 12th are formed.

Zusätzlich kann die elektrische Drehmaschine 10 die Drehmomentwelligkeit nicht nur während eines Betriebs unter einer Höchstbelastung, sondern auch während eines Betriebs unter einer geringen Belastung verringern, wenn die seitlichen Nuten 22 an den passenden Stellen in dem Außenumfang 12a des Rotors 12 gebildet sind, wie leicht aus der in 54 gezeigten Drehmomentwellenform während eines Betriebs unter einer Höchstbelastung und der in 55 gezeigten Drehmomentwellenform während eines Betriebs unter einer geringen Belastung ersichtlich ist.In addition, the electric lathe 10th reduce the torque ripple not only during operation under a maximum load, but also during operation under a low load if the side grooves 22 at the appropriate places in the outer circumference 12a of the rotor 12th are formed as easily from the in 54 torque waveform shown during operation under a maximum load and in 55 Torque waveform shown is visible during operation under a low load.

Ferner kann die elektrische Drehmaschine 10 das Rastmoment um mehr als 50 % verringern, wenn die seitlichen Nuten 22 an passenden Stellen in dem Außenumfang 12a des Rotors 12 gebildet sind, wie durch eine in 56 gezeigte Darstellung der Rastmomentwellenform gezeigt ist.Furthermore, the electric lathe 10th Reduce the cogging torque by more than 50% if the side grooves 22 at suitable places in the outer circumference 12a of the rotor 12th are formed as in a 56 shown representation of the cogging torque waveform is shown.

Unter nun erfolgender Bezugnahme auf die elektrische Drehmaschine 10 kann bei dem IPM-Aufbau, bei dem die Dauermagnete 16 jedes Paars so in den Rotor 12 eingebettet sind, dass eine in 57 gezeigte Positionsbeziehung erfüllt wird, eine Veränderung im Magnetfluss, der mit einem Zahn der Statorzähne 15 des Stators 11 verkettet ist, wie in 58 gezeigt durch eine Rechteckwelle approximiert werden. Wenn Raumharmonische einer niedrigen Ordnung wie etwa die 5. und die 7. Harmonische diesen Magnetfluss überlagern, verursachen sie einen Eisenverlust und eine Drehmomentwelligkeit, d.h., verursachen sie, dass der Unterschied zwischen dem größten und dem geringsten Drehmoment während einer Umdrehung zunimmt, was nicht nur zu einem Grund für einen Abfall der Effizienz infolge einer Zerstreuung als Wärmeenergie, sondern auch zu einem Faktor für das Auftreten von Schwingungen und Rauschen führt. Der Eisenverlust ist in einen Hystereseverlust und einen Wirbelstromverlust trennbar. Da der Hystereseverlust als das Produkt der Frequenz und der Flussdichte ausgedrückt werden kann, und der Wirbelstromverlust als das Produkt des Quadrats der Frequenz und des Quadrats der Flussdichte ausgedrückt werden kann, kann das Beschränken der Raumharmonischen den Leistungsverlust verringern und die Effizienz der Energieumwandlung in Bezug auf die eingebrachte elektrische Energie verbessern. Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 58, wobei die senkrechte Achse den durch den Rotor verursachten und als „magnetischen Rotorfluss“ bezeichneten Magnetfluss darstellt, und die waagerechte Achse die Zeit darstellt, ist die Rechteckwelle, die die Magnetflusswelle approximiert, für einen Zyklus T (4L1 + 2L2) in elektrischen Grad veranschaulicht, wobei während jeder der Dauern L1 kein verkettender Magnetfluss zwischen dem Rotor 12 und einem Statorzahn 15 besteht, aber während einer Dauer L1 in dem ersten Halbzyklus ein positiver verkettender Magnetfluss gebildet ist, und während einer anderen Dauer L2 in dem zweiten Halbzyklus ein negativer verkettender Magnetfluss gebildet ist.Referring now to the rotary electric machine 10th can with the IPM structure, in which the permanent magnets 16 each pair so in the rotor 12th are embedded that one in 57 shown positional relationship is met, a change in magnetic flux with a tooth of the stator teeth 15 of the stator 11 is chained as in 58 shown can be approximated by a square wave. When low-order harmonics such as the 5th and 7th harmonics overlap this magnetic flux, they cause iron loss and torque ripple, that is, they cause the difference between the largest and the lowest torque to increase during one revolution, which is not only becomes a reason for a decrease in efficiency due to dispersion as thermal energy, but also a factor for the occurrence of vibrations and noise. The iron loss can be separated into a hysteresis loss and an eddy current loss. Since the hysteresis loss can be expressed as the product of frequency and flux density, and the eddy current loss can be expressed as the product of the square of the frequency and the square of the flux density, restricting the spatial harmonics can reduce the power loss and the efficiency of energy conversion with respect improve the electrical energy introduced. Referring now to 58 , where the vertical axis represents the magnetic flux caused by the rotor and called "magnetic rotor flux", and the horizontal axis represents time, the square wave approximating the magnetic flux wave is illustrated in electrical degrees for a cycle T (4L1 + 2L2) , being during each of the durations L1 no interlinking magnetic flux between the rotor 12th and a stator tooth 15 persists, but for a duration L1 a positive interlinking magnetic flux is formed in the first half cycle and for a different duration L2 a negative interlinking magnetic flux is formed in the second half cycle.

Das elektromagnetische Rauschen in einem Motor (d.h., einer elektrischen Drehmaschine) wird durch Schwingungen seines Stators, wenn elektromagnetische Kräfte auf den Stator wirken, erzeugt. Als die elektromagnetischen Kräfte, die auf den Stator wirken, gibt es eine radiale elektromagnetische Kraft, die durch die magnetische Kopplung zwischen dem Rotor und dem Stator verursacht wird, und eine umfänglich gerichtete elektromagnetische Kraft, die durch das Drehmoment verursacht wird. Im Hinblick auf die radiale elektromagnetische Kraft können die magnetische Energie W und die radiale elektromagnetische Kraft dann, wenn die Betrachtung so erfolgt, dass der Motor durch einen linearen magnetischen Kreis pro einem der Statorzähne approximiert wird, durch die folgenden Gleichungen (9) und (10) ausgedrückt werden: W = 1 2 ϕ 2 R g = 1 2 ( B S ) 2 x μ S = 1 2 μ B 2 x S

Figure DE102013223671B4_0009
f r = W x = 1 2 μ B 2 S x ( x ) = 1 2 μ B 2 S
Figure DE102013223671B4_0010
wobei φ der Magnetfluss ist, W die magnetische Energie ist, fr die radiale elektromagnetische Kraft ist, Rg die Reluktanz ist, B die Magnetflussdichte ist, S der Bereich ist, durch den der verkettende Fluss verläuft, x der Abstand des Luftspalts G ist, und µ die Permeabilität des Flussfließwegs ist.The electromagnetic noise in a motor (ie, a rotating electrical machine) is generated by vibrations of its stator when electromagnetic forces act on the stator. As the electromagnetic forces acting on the stator, there is a radial electromagnetic force caused by the magnetic coupling between the rotor and the stator, and a circumferential electromagnetic force caused by the torque. In terms of radial electromagnetic force, the magnetic energy W and the radial electromagnetic force, when viewed so that the motor is approximated by a linear magnetic circuit per one of the stator teeth, is expressed by the following equations (9) and (10): W = 1 2nd ϕ 2nd R G = 1 2nd ( B S ) 2nd x μ S = 1 2nd μ B 2nd x S
Figure DE102013223671B4_0009
for r = W x = 1 2nd μ B 2nd S x ( x ) = 1 2nd μ B 2nd S
Figure DE102013223671B4_0010
where φ is the magnetic flux, W is magnetic energy for which radial electromagnetic force is R g the reluctance is B the magnetic flux density is S the area through which the chain flow passes is x the distance of the air gap G and µ is the permeability of the river flow path.

Wenn die Raumharmonischen berücksichtigt werden und die Magnetflussdichte B durch die folgende Gleichung (11) ausgedrückt wird, stellt die Überlagerung durch Raumharmonische einen Faktor für einen Anstieg der radialen elektromagnetischen Kraft fr dar, da das Quadrat der Magnetflussdichte B2 enthalten ist. Mit anderen Worten verursacht eine Verringerung der Raumharmonischen nicht nur eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit, sondern zusammen mit einer Verringerung des elektromagnetischen Rauschens des Motors auch eine verbesserte Effizienz der Energieumwandlung. B = t = 1 t B t  sin t  ( θ + δ t )

Figure DE102013223671B4_0011
If the room harmonics are taken into account and the magnetic flux density B is expressed by the following equation (11), the spatial harmonic superposition is a factor for an increase in the radial electromagnetic force fr since the square of the magnetic flux density B 2 is included. In other words, a reduction in the harmonics causes not only a reduction in the torque ripple, but together with a reduction in the electromagnetic noise of the motor also causes an improved energy conversion efficiency. B = t = 1 t B t sin t ( θ + δ t )
Figure DE102013223671B4_0011

Da bei einer elektrischen Drehmaschine 10, die einen dreiphasigen IPM-Motor mit einer derartigen verteilten Wicklung darstellt, dass eine Wicklungsgestaltung bereitgestellt wird, die einem Wert der Schlitze pro Phase pro Pol von 2 (Anzahl der Schlitze/Phase/Pol = 2) entspricht, eine Anzahl von zwölf Schlitzen 18 den Magnetpolen jedes Paars entsprechen wird, gibt es für einen Zyklus in elektrischen Grad zwölf Stellen, an denen der zugehörige eine Schlitz 18 einer hohen Reluktanz ausgesetzt ist, was verursacht, dass die Magnetflusswellenform durch die n-ten Raumharmonischen der 11. und der 13. Ordnung überlagert wird. Die n-ten Harmonischen der 11. und der 13. Ordnung, die als „Schlitzharmonische“ bezeichnet werden, können leicht verringert werden, indem in der Achsenrichtung angeordnete Magnetabschnitte um die Rotorachse gedreht werden, ein Abschnitt in Bezug auf einen benachbarten Abschnitt um einen Verdrehungswinkel, der von der in der Achsenrichtung platzierten Position abhängt.As with an electric lathe 10th which represents a three-phase IPM motor with such a distributed winding that a winding design is provided which corresponds to a value of slots per phase per pole of 2 (number of slots / phase / pole = 2), a number of twelve slots 18th will correspond to the magnetic poles of each pair, there are twelve places for one cycle in electrical degrees where the associated one slot 18th is exposed to a high reluctance, which causes the magnetic flux waveform to be overlaid by the nth 11th and 13th order harmonics. The nth 11th and 13th order harmonics, referred to as "slot harmonics", can be easily reduced by rotating magnet sections arranged in the axis direction about the rotor axis, a section with respect to an adjacent section by an angle of twist , which depends on the position placed in the axis direction.

Doch da die Magnetflusswellenform des verkettenden magnetischen Rotorflusses mit einem Statorzahn 15 wie in 58 gezeigt ungefähr eine Rechteckwelle ist, kommt es strukturell leicht zu einer Überlagerung der n-ten (d.h., der 6f-ten Ordnung = der 6. Harmonischen) Raumharmonischen der 5. und der 7.Ordnung, die somit schwer zu verringern sind.But since the magnetic flux waveform of the interlinking magnetic rotor flux with a stator tooth 15 as in 58 is approximately a square wave, it is structurally easy for the nth (ie, the 6th order = the 6th harmonic) spatial harmonics of the 5th and 7th order to be superimposed, which are therefore difficult to reduce.

Daher besteht bei einem derartigen Aufbau die Notwendigkeit, die 5. und die 7. Raumharmonische zu verringern, um die Drehmomentwelligkeit zu verringern.Therefore, with such a structure, there is a need to reduce the 5th and 7th harmonics in order to reduce the torque ripple.

Wenn die Magnetflusswellenform, die von dem dreiphasigen IPM-Aufbau zu einem Statorzahn 15 hin ausgeht, durch eine Rechteckwelle approximiert wird, kann die Fourier-Transformations-Gleichung f(t) durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt werden, während diese veranschaulichte Magnetflusswellenform F(t) in 58 durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt werden kann. Wenn diese Magnetflusswellenform F(t) als Näherungsgleichung umgeschrieben wird, damit sie die Raumharmonischen bis zu der 7. Ordnung enthält, kann sie durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt werden, die bei einer Entwicklung unter Verwendung der trigonometrischen Formeln für die Produktsumme und das Summenprodukt zu der folgenden Gleichung (15) umgewandelt werden kann. Aus dieser Gleichung (15) ist ersichtlich, dass für eine Verringerung der 5. und der 7. Harmonischen die folgenden Bedingungen erfüllt sein müssen:

  • Bedingung 1: cos5 ω L1 = 0
    Figure DE102013223671B4_0012
  • Bedingung 2: cos7 ω L1 = 0
    Figure DE102013223671B4_0013
    f ( t ) = 4 π k = 1 sin { ( 2 k 1 ) ω t } 2 k 1
    Figure DE102013223671B4_0014
    F ( t ) = 1 2 [ f ( t L 1 ) + f ( t + L 1 ) ] = 1 2 [ 4 π k = 1 sin { ( 2 k 1 ) ω ( t L 1 ) } 2 k 1 + 4 π k = 1 sin { ( 2 k 1 ) ω ( t + L 1 ) } 2 k 1 ]
    Figure DE102013223671B4_0015
    F ( t ) = 1 2 [ 4 π { sin  ω ( t L 1 ) + 1 3 sin3 ω ( t L 1 ) + 1 5 sin 5 ω ( t L 1 ) + 1 7 sin7 ω ( t L 1 ) } + 4 π { sin  ω ( t + L1 ) + 1 3 sin 3 ω ( t + L 1 ) + 1 5 sin5 ω ( t + L 1 ) + 1 7 sin 7  ω ( t + L 1 ) } ]
    Figure DE102013223671B4_0016
    F ( t ) = 4 π [ sin  ω  t cos  ω  L1 + 1 3 sin 3 ω  t cos  ω  L1                                      + 1 5  sin 5  ω  t cos 5  ω  L 1 + 1 7 sin 7  ω  t cos 7  ω  L 1 ]
    Figure DE102013223671B4_0017
If the magnetic flux waveform is from the three-phase IPM structure to a stator tooth 15 is approximated by a square wave, the Fourier transform equation f (t) can be expressed by the following equation (12) while this illustrated magnetic flux waveform F (t) in 58 can be expressed by the following equation (13). If this magnetic flux waveform F (t) is rewritten as an approximation equation so that it contains the spatial harmonics up to the 7th order, it can be expressed by the following equation (14), which is used for a development under Using the trigonometric formulas for the product sum and the sum product can be converted to the following equation (15). From this equation (15) it can be seen that the following conditions must be met in order to reduce the 5th and 7th harmonics:
  • Condition 1: cos5 ω L1 = 0
    Figure DE102013223671B4_0012
  • Condition 2: cos7 ω L1 = 0
    Figure DE102013223671B4_0013
    f ( t ) = 4th π k = 1 sin { ( 2nd k - 1 ) ω t } 2nd k - 1
    Figure DE102013223671B4_0014
    F ( t ) = 1 2nd [ f ( t - L 1 ) + f ( t + L 1 ) ] = 1 2nd [ 4th π k = 1 sin { ( 2nd k - 1 ) ω ( t - L 1 ) } 2nd k - 1 + 4th π k = 1 sin { ( 2nd k - 1 ) ω ( t + L 1 ) } 2nd k - 1 ]
    Figure DE102013223671B4_0015
    F ( t ) = 1 2nd [ 4th π { sin ω ( t - L 1 ) + 1 3rd sin3 ω ( t - L 1 ) + 1 5 sin 5 ω ( t - L 1 ) + 1 7 sin7 ω ( t - L 1 ) } + 4th π { sin ω ( t + L1 ) + 1 3rd sin 3 ω ( t + L 1 ) + 1 5 sin5 ω ( t + L 1 ) + 1 7 sin 7 ω ( t + L 1 ) } ]
    Figure DE102013223671B4_0016
    F ( t ) = 4th π [ sin ω t cos ω L1 + 1 3rd sin 3 ω t cos ω L1 + 1 5 sin 5 ω t cos 5 ω L 1 + 1 7 sin 7 ω t cos 7 ω L 1 ]
    Figure DE102013223671B4_0017

Da übrigens unter Bezugnahme auf die in 58 gezeigte Magnetflusswellenform die folgende Gleichung (16) gilt, ergibt das Einsetzen dieser Gleichung in eine aus der Bedingung 1 erlangte Umformung, d.h., 5ω·L1 = ±π/2, die folgende Gleichung (17). Wenn diese Gleichung unter Benutzung des Umstands, dass L1 und L2 > 0 sind, angeordnet wird, ist ersichtlich, dass die 5. Raumharmonische auf null verringert werden kann, wenn die folgende Bedingung 1A erfüllt ist.By the way, with reference to the in 58 shown magnetic flux waveform, the following equation (16) holds, inserting this equation into a transformation obtained from condition 1, that is, 5ω · L1 = ± π / 2, gives the following equation (17). If this equation is arranged using the fact that L1 and L2> 0, it can be seen that the 5th harmonic can be reduced to zero if the following condition 1A is met.

Winkelfrequenz (Winkelgeschwindigkeit)Angular frequency (angular velocity)

ω=2π/ T = 2 π/ ( 4 L 1 + 2 L 2 )

Figure DE102013223671B4_0018
ω = 2π / T = 2nd π / ( 4th L 1 + 2nd L 2nd )
Figure DE102013223671B4_0018

  • Bedingung 1: 5 ω L1 = 5 2 π L1 ( 4 L1 + 2 L 2 ) = ± π/2
    Figure DE102013223671B4_0019
    Condition 1: 5 ω L1 = 5 2nd π L1 ( 4th L1 + 2nd L 2nd ) = ± π / 2
    Figure DE102013223671B4_0019
  • Bedingung 1A: L1 = L 2 / 8
    Figure DE102013223671B4_0020
    Condition 1A: L1 = L 2nd / 8th
    Figure DE102013223671B4_0020

Da, gleichermaßen, die aus der Bedingung 2 erlangte Umformung durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt ist, ist bei einer Anordnung dieser Gleichung unter Benutzung des Umstands, dass L1 und L2 > 0 sind, ersichtlich, dass die 7. Raumharmonische auf null verringert werden kann, wenn die folgende Bedingung 2A erfüllt ist.

  • Bedingung 2: L1 = 7 2 π L1 ( 4 L1 + 2 L 2 ) = ± π/2
    Figure DE102013223671B4_0021
  • Bedingung 2A: L1 = L 2 / 12
    Figure DE102013223671B4_0022
Similarly, since the transformation obtained from Condition 2 is expressed by the following equation (18), when this equation is arranged using the fact that L1 and L2> 0, it can be seen that the 7th harmonic is reduced to zero can be satisfied if the following condition 2A is met.
  • Condition 2: L1 = 7 2nd π L1 ( 4th L1 + 2nd L 2nd ) = ± π / 2
    Figure DE102013223671B4_0021
  • Condition 2A: L1 = L 2nd / 12th
    Figure DE102013223671B4_0022

Zusätzlich gilt bei einer elektrischen Drehmaschine 10 mit einer Wicklungsgestaltung, die Schlitzen pro Phase pro Pol von 2 (SSP = 2) entspricht, die Beziehung, dass 45 in mechanischen Grad = ein Halbzyklus T/2 in elektrischen Grad sind. Unter Verwendung des Außenradius R1 des Rotors 12 und seiner Umfangsgeschwindigkeit V wird eine Anordnung vorgenommen, damit sich die folgenden Gleichungen (19) und (20) ergeben. V ( m/sec ) = 2 π R1 ( 45 ° 360 ° ) ( T/2 ) = 2 π R1 ( 45 ° / 360 ° ) / { ( 4 L 1 + 2L2 ) / 2 } = R1 ( m ) ω ( rad/sec )

Figure DE102013223671B4_0023
2 L 1 + L 2 = π / 4 ω
Figure DE102013223671B4_0024
The following also applies to an electric lathe 10th with a winding design corresponding to slots per phase per pole of 2 (SSP = 2), the relationship that 45 in mechanical degrees = one half cycle T / 2 in electrical degrees. Using the outside radius R1 of the rotor 12th and its peripheral speed V an arrangement is made to give the following equations (19) and (20). V ( m / sec ) = 2nd π R1 ( 45 ° - 360 ° ) ( T / 2 ) = 2nd π R1 ( 45 ° / 360 ° ) / { ( 4th L 1 + 2L2 ) / 2nd } = R1 ( m ) ω ( rad / sec )
Figure DE102013223671B4_0023
2nd L 1 + L 2nd = π / 4th ω
Figure DE102013223671B4_0024

Durch Einsetzen der Bedingungen 1A und 2A in die oben genannte Gleichung werden die folgenden Bedingungen erlangt:

  • 5. Raumharmonische = 0 ⇒ (L2, L1) = (π/5ω,π/40ω)
  • 7. Raumharmonische = 0 ⇒ (L2,L1)= (3π/14ω,π/56ω)
By inserting conditions 1A and 2A into the above equation, the following conditions are obtained:
  • 5th space harmonic = 0 ⇒ (L2, L1) = (π / 5ω, π / 40ω)
  • 7.Space harmonic = 0 ⇒ (L2, L1) = (3π / 14ω, π / 56ω)

Im Hinblick auf die elektrische Drehmaschine 10 beschränkt das Verwenden einer Gestaltung, die den folgenden Bezugsausdruck (21) erfüllt, die Drehmomentwelligkeit, indem die Neigung zu einer Verringerung der Raumharmonischen der 5. und der 7. Ordnung geboten wird. π/5ω L2 3 π/ 14 ω

Figure DE102013223671B4_0025
With regard to the electric lathe 10th restricts the use of a design that meets the following reference expression ( 21 ) meets the torque ripple by offering the tendency to decrease the 5th and 7th order harmonics. π / 5ω L2 3rd π / 14 ω
Figure DE102013223671B4_0025

Der Ausdruck „L2“ entspricht einem Bereich in der in 58 gezeigten Magnetflusswellenform, in dem in dem Rotor 12 ein Flussfließweg gebildet ist, der den Statorzähnen 15 gegenüberliegt, und kann zur Bestimmung eines Öffnungswinkels θ6 für einen Bereich um die Rotorachse von dem einen zu dem anderen äußeren Ende der Flussbarrieren 17b an beiden Seiten der Dauermagnete 16 eines Paars, der als Magnetpolöffnungswinkel θ6 bezeichnet wird, herangezogen werden.The expression "L2" corresponds to an area in the 58 magnetic flux waveform shown in the in the rotor 12th a river flow path is formed that connects the stator teeth 15 lies opposite, and can be used to determine an opening angle θ6 for an area around the rotor axis from one to the other outer end of the flow barriers 17b on both sides of the permanent magnets 16 of a pair called the magnetic pole opening angle θ6 is referred to.

Unter Bezugnahme auf die in 58 gezeigte Magnetflusswellenform kann dieser Winkel aufgrund des Umstands, dass er unter Verwendung eines Bezugsausdrucks von θ = ωt als θ6 = ωL2 umgeschrieben werden kann, wie folgt verschiedenartig ausgedrückt werden. Da bei der elektrischen Drehmaschine 10 in der Form eines Motors mit 8 Polen und 48 Schlitzen (wobei 6 Schlitze einem Magnetpol entsprechen) mit einer Verdrahtungsgestaltung, die einem Wert der Schlitze pro Phase pro Pol von 2 (SSP = 2) entspricht, 2 Pole unter den 8 Polen einen Zyklus vervollständigen, entspricht eine Drehung des Rotors 12 über 360 Grad im mechanischen Winkel 4 Zyklen in elektrischen Grad und gelten die folgenden Bezugsausdrücke.
π/5 (rad)≦ θ6 (im mechanischen Winkel) ≦ 3π/14 (rad)
36 (Grad) ≦ θ6 (im mechanischen Winkel)≦ 270/7 (Grad)
θ6 (im mechanischen Winkel) = (8 Pole/2 Pole) ·θ6 (im mechanischen Winkel)
144 (Grad) ≦ θ6 (im elektrischen Winkel) ≦ 154,3 (Grad)
With reference to the in 58 Magnetic flux waveform shown, this angle may be due to the fact that it is using a reference expression of θ = ωt θ6 = ωL2 can be rewritten in various ways as follows. As with the electric lathe 10th in the form of a motor with 8 poles and 48 slots (where 6 slots correspond to a magnetic pole) with a wiring configuration corresponding to a value of the slots per phase per pole of 2 (SSP = 2), 2 poles among the 8 poles complete a cycle , corresponds to a rotation of the rotor 12th over 360 degrees in mechanical angle 4 cycles in electrical degrees and apply the following reference terms.
π / 5 (rad) ≦ θ6 (in mechanical angle) ≦ 3π / 14 (rad)
36 (degrees) ≦ θ6 (in mechanical angle) ≦ 270/7 (degrees)
θ6 (in mechanical angle) = (8 poles / 2 poles) θ6 (in mechanical angle)
144 (degrees) ≦ θ6 (in electrical angle) ≦ 154.3 (degrees)

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass die Dauermagnete 16 und die zugehörigen Flussbarrieren 17b bei der elektrischen Drehmaschine 10 wie in 59 gezeigt auf eine solche Weise in dem Rotor 12 angeordnet sind, dass ihre Anordnung dem folgenden Magnetpolöffnungswinkel θ6 für einen Pol entspricht. In 59 ist ein Winkel θ7 ein Einschlusswinkel zwischen zwei Querachsen für einen Magnetpol.
36° ≦ θ6 (im mechanischen Winkel) ≦ 38,6°
144° ≦ θ6 (im elektrischen Winkel) ≦ 154,3°
From the above it can be seen that the permanent magnets 16 and the associated river barriers 17b on the electric lathe 10th as in 59 shown in such a way in the rotor 12th are arranged so that their arrangement follows the following magnetic pole opening angle θ6 for a pole. In 59 is an angle θ7 an inclusion angle between two transverse axes for a magnetic pole.
36 ° ≦ θ6 (in mechanical angle) ≦ 38.6 °
144 ° ≦ θ6 (in electrical angle) ≦ 154.3 °

Übrigens entspricht der Magnetpolöffnungswinkel θ6 für einen Pol in dem Rotor 12 in der approximierenden Wellenform zu der in 58 gezeigten Magnetflusswellenform der Dauer L2, während der der Magnetfluss mit einem Statorzahn 15 verkettet ist. Wie in 59 gezeigt enthält die Magnetflusswellenform die Verkettungsdauer L2, die zwischen den beiden benachbarten Querachsen zentriert ist und ein Timing in Übereinstimmung mit einer Längsachse aufweist. Zusätzlich entspricht der Winkel θ6 in 57 dem induzierten Winkel zwischen den benachbarten beiden Querachsen und ist er ein mechanischer Winkel von 45 Grad, der einem elektrischen Winkel θ für einen Halbzyklus in der Magnetflusswellenform entspricht. Incidentally, the magnetic pole opening angle corresponds θ6 for a pole in the rotor 12th in the approximating waveform to that in 58 shown magnetic flux waveform of duration L2 , during which the magnetic flux with a stator tooth 15 is chained. As in 59 shown, the magnetic flux waveform contains the chaining duration L2 that is centered between the two adjacent transverse axes and has a timing in accordance with a longitudinal axis. The angle also corresponds θ6 in 57 the induced angle between the adjacent two transverse axes and is a mechanical angle of 45 degrees, which corresponds to an electrical angle θ for a half cycle in the magnetic flux waveform.

Daher kann die elektrische Drehmaschine 10 in einem Antriebsmodus eine qualitativ hochwertige Drehung der Antriebswelle 13 mit verringerter Drehmomentwelligkeit, verringerten Schwingungen und verringertem Rauschen durchführen, wenn der Magnetpolöffnungswinkel θ6 auf einen Winkelbereich, d.h., 144° ≦ θ6 (im elektrischen Winkel) ^ 154,3° festgelegt wird, der Raumharmonische n der Phasenspannung beschränkt, die jene Ordnung annehmen, welche die bestimmte Ordnung 6f (6f = n ± m), d.h. n = 5, 7, erfüllt, wenn die Zeitharmonische m des Phasenstroms eine Grundwellenform mit der Ordnung m = 1 annimmt. Zusätzlich kann sie gleichzeitig eine hochleistungsfähige Drehung mit verringertem Verlust durchführen, da aufgrund der verringerten Drehmomentwelligkeit nicht nur der Wärmeverlust, sondern auch der Eisenverlust einschließlich des Hystereseverlusts und des Wirbelstromverlusts verringert wird.Therefore, the electric lathe 10th a high quality rotation of the drive shaft in a drive mode 13 with reduced torque ripple, reduced vibration and reduced noise when the magnetic pole opening angle θ6 is limited to an angular range, ie, 144 ° θ θ6 (in the electrical angle) ^ 154.3 °, the spatial harmonic n of the phase voltage, which assume the order that the particular order 6f (6f = n ± m), ie n = 5, 7, is satisfied if the time harmonic m of the phase current assumes a basic waveform with the order m = 1. In addition, it can simultaneously perform a high-performance rotation with reduced loss because not only heat loss but also iron loss including hysteresis loss and eddy current loss are reduced due to the reduced torque ripple.

Wie in 60 gezeigt tritt an jedem aus einem Paar einer ansteigenden Flanke und einer abfallenden Flanke einer Rechteckwellenform, die den Magnetfluss approximiert, ein Streufluss auf, der eine geringe Abweichung von den theoretischen Werten (der Wellenform) verursacht. Diese geringen Abweichungen können durch eine Magnetfeldanalyse innerhalb des Bereichs von 144° ≦ θ6 (im elektrischen Winkel) ≦ 154,3° reguliert werden.As in 60 shown, stray flux occurs at each of a pair of a rising edge and a falling edge of a rectangular waveform approximating the magnetic flux, causing a slight deviation from the theoretical values (the waveform). These small deviations can be regulated by a magnetic field analysis within the range of 144 ° ≦ θ6 (in the electrical angle) ≦ 154.3 °.

Aufgrund des Umstands, dass es während des Betriebs der elektrischen Drehmaschine 10 in einem Antriebsmodus unter Höchstbelastung in der Nähe einer Querachse, d.h., einem Querachsen-Flussfließweg, wo der magnetische Rotorfluss ψm weniger Einfluss als auf Seiten der Längsachse aufweist, zu einem Einfließen des magnetischen Statorflusses ψr kommt und die magnetische Dichte dazu neigt, hoch zu werden, wird die magnetische Permeabilität gering und fällt das Drehmoment ab, wenn der Querachsen-Flussfließweg beinahe magnetisch gesättigt ist. Daher wird für den Magnetpolöffnungswinkel θ6 ein Wert genommen, der nahe an 144 Grad (im elektrischen Winkel) liegt, da der kleinere (engere) Winkel für eine Erhöhung des Drehmoments (der Flussdurchgangseffizienz) günstig ist, indem der Querachsen-Flussfließweg nach Möglichkeit sichergestellt wird. Als Ergebnis einer Magnetfeldanalyse der Wechselbeziehung zwischen der Stirnbreite TB des Statorzahns 15 des Stators 11, der Öffnungsbreite SO des Schlitzes 18 und der Luftspaltbreite AG zwischen dem Rotor 12 und dem Statorzahn 15 wurde für den Magnetpolöffnungswinkel θ6 ein Wert von 146,8 Grad (im elektrischen Winkel) als optimaler Wert zur Verringerung der 5. und der 7. Raumharmonischen und des Rastmoments bestimmt.Due to the fact that it is during the operation of the electric lathe 10th in a drive mode under maximum load near a transverse axis, that is, a transverse axis flux flow path, where the magnetic rotor flux ψ m has less influence than on the side of the longitudinal axis, for an influx of the magnetic stator flux ψ r comes and the magnetic density tends to become high, the magnetic permeability becomes low and the torque drops when the cross-axis flux flow path is almost magnetically saturated. Therefore, for the magnetic pole opening angle θ6 taken a value that is close to 144 degrees (in the electrical angle) because the smaller (narrower) angle is favorable for an increase in the torque (the flow passage efficiency) by ensuring the cross-axis flow flow path, if possible. As a result of a magnetic field analysis of the correlation between the face width TB of the stator tooth 15 of the stator 11 , the opening width SO of the slot 18th and the air gap width AG between the rotor 12th and the stator tooth 15 was for the magnetic pole opening angle θ6 a value of 146.8 degrees (in electrical angle) is determined as the optimal value for reducing the 5th and 7th harmonics and the cogging torque.

Zusätzlich wird bei der elektrischen Drehmaschine 10 der Magnetöffnungswinkel θ2 aus den in 61 und 62 gezeigten Drehmomenteigenschaften des Drehmoments, der 6. und der 12. harmonischen Drehmomentkomponente und der Drehmomentwelligkeit unter Verwendung des Magnetöffnungswinkels θ2 als Parameter bestimmt. In den 61 und 62 sind die Drehmomenteigenschaften unter Verwendung von θ2 = 90 Grad (im elektrischen Winkel) als Basiseinheit - 1,0 (per Einheit) - veranschaulicht.In addition, the electric lathe 10th the magnet opening angle θ2 from the in 61 and 62 torque characteristics of the torque, the 6th and the 12th harmonic torque components and the torque ripple shown using the magnet opening angle θ2 determined as a parameter. In the 61 and 62 are the torque properties using θ2 = 90 degrees (in electrical angle) as the base unit - 1.0 (per unit) - illustrated.

Wie in 61 gezeigt fällt der Magnetöffnungswinkel θ2 aufgrund des Umstands, dass während eines Betriebs im Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung das Drehmoment deutlich abfällt, wenn der Magnetöffnungswinkel θ2 (im mechanischen Winkel) geringer als 27,5 Grad ist, während die Drehmomentwelligkeit und die harmonischen Drehmomentkomponenten hoch werden, wenn der Magnetöffnungswinkel θ2 72,5 Grad übersteigt, vorzugsweise in einen Bereich E von 27,5 Grad bis 72,5 Grad, und fällt er im Hinblick auf das Drehmoment noch besser in einen Bereich F von 37,5 Grad bis 67,5 Grad.As in 61 shown the magnet opening angle falls θ2 due to the fact that during operation in drive mode under a maximum load, the torque drops significantly when the magnet opening angle θ2 (in the mechanical angle) is less than 27.5 degrees, while the torque ripple and harmonic torque components become high when the magnet opening angle θ2 72.5 degrees, preferably in a range E of 27.5 degrees to 72.5 degrees, and more preferably falls in a range F of 37.5 degrees to 67.5 degrees in terms of torque.

Zusätzlich fällt der Magnetöffnungswinkel θ2 wie in 62 gezeigt aufgrund des Umstands, dass während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter geringen Belastungen das Drehmoment rasch abfällt, wenn der Magnetöffnungswinkel θ2 (im mechanischen Winkel) geringer als 37,5 Grad ist, während die Drehmomentwelligkeit und die harmonischen Drehmomentkomponenten hoch werden, wenn der Magnetöffnungswinkel θ2 82,5 Grad übersteigt, vorzugsweise in einen Bereich G von 37,5 Grad bis 82,5 Grad, und fällt er im Hinblick auf das Drehmoment noch besser in einen Bereich H von 42,5 Grad bis 67,5 Grad.In addition, the magnet opening angle drops θ2 as in 62 shown due to the fact that during operation in a drive mode under low loads, the torque drops rapidly when the magnet opening angle θ2 (in the mechanical angle) is less than 37.5 degrees, while the torque ripple and harmonic torque components become high when the magnet opening angle θ2 Exceeds 82.5 degrees, preferably in one area G from 37.5 degrees to 82.5 degrees, and it falls even better in a range H of 42.5 degrees to 67.5 degrees in terms of torque.

Aus dem oben genannten Betrieb unter einer Höchstbelastung und jenem unter geringen Belastungen fällt der Magnetöffnungswinkel θ2 (im mechanischen Winkel) vorzugsweise in einen Bereich von 37,5 Grad bis 72,5 Grad, und fällt er im Hinblick auf das Drehmoment noch besser in einen Bereich von 42,5 Grad bis 67,5 Grad. Darüber hinaus sind 52,5 Grad für den Magnetöffnungswinkel θ2 geeignet, um das Drehmoment zu maximieren, während die Drehmomentwelligkeit und die harmonischen Drehmomentkomponenten beschränkt werden.The magnet opening angle falls from the above-mentioned operation under a maximum load and that under low loads θ2 (in mechanical angle) preferably in a range from 37.5 degrees to 72.5 degrees, and falls even more in the range of 42.5 degrees to 67.5 degrees in terms of torque. In addition, 52.5 degrees are for the magnet opening angle θ2 Suitable to maximize torque while limiting torque ripple and harmonic torque components.

Da die elektrische Drehmaschine 10 unter Bezugnahme auf 63 den IPM-Aufbau benutzt, bei dem die Dauermagnete 16 jedes Paars in den Rotor 12 eingebettet sind und in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, sind zusätzlich zu der vorher beschriebenen Mittelbrücke 20 Seitenbrücken 30 so an den äußeren Endseiten der Flussbarrieren 17b bereitgestellt, dass sie zusammenwirken können, um eine verbindende Stütze zu bilden, die die Form eines Magnetpols, der ein Paar von Dauermagneten 16 umfasst, gegen die Von-Mises-Spannung, die von einer Zentrifugalkraft während einer Drehung mit hohen Geschwindigkeit stammt, bewahrt. Die Mittelbrücke 20 erstreckt sich auf einer Längsachse in einer radialen Richtung von der Rotorachse des Rotors 12, um Teile des Magnetpols zu verbinden und sie zu halten. Jede der Seitenbrücken 30 ist zwischen dem Außenumfang 12a des Rotors 12 und einer äußeren endseitigen Innenfläche 17b1 einer der Flussbarrieren 17b gebildet und verbindet zwei Abschnitte an der äußeren Umfangsseite (der Seite des Außenumfangs 12a) eines der Dauermagnete 16 eines Paars, das in dem Rotor 12 einen Magnetpol bildet, wobei sich einer der Abschnitte an einer Seite in der Nähe einer Längsachse für den Pol befindet und sich der andere der beiden Abschnitte an der Seite einer Querachse zwischen dem Pol und dem benachbarten Magnetpol befindet.Because the electric lathe 10th with reference to 63 uses the IPM structure in which the permanent magnets 16 each pair in the rotor 12th are embedded and arranged in a "V" shape, in addition to the previously described central bridge 20 Side bridges 30th so on the outer end sides of the river barriers 17b provided that they can cooperate to form a connecting support which is in the form of a magnetic pole which is a pair of permanent magnets 16 against the von Mises tension, which comes from a centrifugal force during a rotation at high speed. The middle bridge 20 extends on a longitudinal axis in a radial direction from the rotor axis of the rotor 12th to connect and hold parts of the magnetic pole. Each of the side bridges 30th is between the outer circumference 12a of the rotor 12th and an outer end inner surface 17b1 one of the river barriers 17b is formed and connects two sections on the outer peripheral side (the outer peripheral side 12a) one of the permanent magnets 16 of a pair in the rotor 12th forms a magnetic pole with one of the sections on one side near a longitudinal axis for the pole and the other of the two sections on the side of a transverse axis between the pole and the adjacent magnetic pole.

Da jede Seitenbrücke 30 unter Bezugnahme auf das in 64 gezeigte Vektorfeld des Magnetflusses während des Betriebs unter keiner Belastung zwischen dem Abschnitt auf Seiten der Längsachse und dem Abschnitt auf Seiten der Querachse angeordnet ist, wirkt sie auch als Schleichmagnetpfad für die durch die Dauermagnete 16 erzeugten Magnetflusslinien ψm (in 64 durch die Vektoren Vm angegeben), obwohl es ideal ist, den Umlauf der Magnetflusslinien so weit als möglich zu verhindern. Die Seitenbrücke 30 wirkt auch während des Wechselns des Bereichs, in dem die Magnetflusslinien ψm , die durch die Dauermagnete 16 erzeugt werden, über den Luftspalt G mit einem der Statorzähne 15 verkettet sind, in Verbindung mit der Drehung des Rotors 12 zwischen der Seite der Längsachse und der Seite der Querachse als Magnetpfad. Diese Seitenbrücke 30 kann die magnetische Reluktanz je nach der Form der äußeren endseitigen Innenfläche 17b1 der Flussbarriere 17b, die sich hinter dem Außenumfang 12a befindet, regulieren und kann dadurch die Magnetflussdichte der durch die Dauermagnete erzeugten Magnetflusslinien ψm , die infolge der Verkettung gemäß der Drehung des Rotors 12 hindurch verlaufen, regulieren.Because every side bridge 30th with reference to the in 64 The vector field of the magnetic flux shown during operation under no load is arranged between the section on the longitudinal axis side and the section on the transverse axis side, it also acts as a creeping magnetic path for those through the permanent magnets 16 generated magnetic flux lines ψ m (in 64 through the vectors V m ), although it is ideal to prevent magnetic flux lines from circulating as much as possible. The side bridge 30th also acts while changing the area where the magnetic flux lines ψ m by the permanent magnets 16 generated over the air gap G with one of the stator teeth 15 are chained in connection with the rotation of the rotor 12th between the side of the longitudinal axis and the side of the transverse axis as a magnetic path. This side bridge 30th can the magnetic reluctance depending on the shape of the outer end inner surface 17b1 the river barrier 17b that are behind the outer circumference 12a located, and can thereby regulate the magnetic flux density of the magnetic flux lines generated by the permanent magnets ψ m resulting from the chaining according to the rotation of the rotor 12th run through, regulate.

Im Hinblick auf den durch die Dauermagnete erzeugten Magnetfluss ψm verändert sich die Magnetflussdichte an dem Luftspalt G zwischen dem Stator 11 (den Statorzähnen 15) und dem Rotor 12 wie in 65A gezeigt in einer Wellenform, die sich einer Rechteckwellenform annähert, wobei die Veränderung der Magnetflussdichte dieses Magnetflusses ψm das Auftreten eines Rastmoments verursacht. Ideal kann dann, wenn die Magnetflussdichte des durch die Magnete erzeugten Magnetflusses ψm so gestaltet wird, dass sie sich in einer Wellenform verändert, die sich einer sinusförmigen Wellenform annähert, ein glatter Betrieb in einem Antriebsmodus bereitgestellt werden, doch ist dies schwer zu verwirklichen. Daher ist das Verringern der Zeitrate der Veränderung des Magnetflusses (dψ/dt) wirksam, um das Rastmoment zu verringern. Im Besonderen ist es wie in 65B gezeigt wirksam, die Zeitveränderung in einer Anstiegszone und in einer hinteren oder Konvergenzzone des Magnetflusses (durch die Magnetflussdichtewellenform veranschaulicht) langsam zu gestalten. Daher wird eine Optimierung der Form der äußeren endseitigen Innenfläche 17b1 der Flussbarriere 17b, die die Seitenbrücke 30 bildet, ins Auge gefasst.With regard to the magnetic flux generated by the permanent magnets ψ m the magnetic flux density at the air gap changes G between the stator 11 (the stator teeth 15 ) and the rotor 12th as in 65A shown in a waveform that approximates a rectangular waveform, the change in the magnetic flux density of this magnetic flux ψ m causes the occurrence of a cogging torque. It can be ideal if the magnetic flux density of the magnetic flux generated by the magnets ψ m is designed to change in a waveform that approximates a sinusoidal waveform, to provide smooth operation in a drive mode, but this is difficult to achieve. Therefore, reducing the time rate of change in magnetic flux (dψ / dt) is effective to reduce the cogging torque. In particular, it's like in 65B effectively shown to slow the time change in a rising zone and in a rear or converging zone of the magnetic flux (illustrated by the magnetic flux density waveform). Therefore, an optimization of the shape of the outer end inner surface 17b1 the river barrier 17b that the side bridge 30th forms, envisaged.

Zusätzlich wirkt die Seitenbrücke 30 wie in dem Magnetflussvektorfeld während des Betriebs unter einer Höchstbelastung von 66 gezeigt auch während des Wechselns des Bereichs, in dem die durch die Statorwicklungen erzeugten Magnetflusslinien ψr (in 66 durch die Vektoren Vr angegeben) über den Luftspalt G mit einem der Statorzähne 15 verkettet sind, in Verbindung mit der Drehung des Rotors 12 zwischen der Seite der Längsachse und der Seite der Querachse als Magnetpfad. Da sich die Magnetflussdichte im Hinblick auf den durch die Statorwicklungen erzeugten Magnetfluss ψr ähnlich wie bei den Magnetflusslinien ψm in einer Wellenform verändert, die sich einer Rechteckwellenform annähert, kommt es leicht zu einer Überlagerung durch Raumharmonische der (6f+1)-ten Ordnung wie etwa der 5., 7., 11. oder 13. Ordnung, wodurch das Auftreten einer Drehmomentwelligkeit verursacht wird. Daher ist es im Hinblick auf die Seitenbrücke 30 zur Verringerung der Drehmomentwelligkeit effektiv, die Form der äußeren endseitigen Innenfläche 17b1 der Flussbarriere 17b auf eine solche Weise zu optimieren, dass die Zeitveränderung des Magnetflusses ψr (dψ/dt) in einer Anstiegszone und in einer hinteren oder Konvergenzzone des Magnetflusses langsam gestaltet wird.The side bridge also works 30th as in the magnetic flux vector field during operation under a maximum load of 66 also shown while changing the area in which the magnetic flux lines generated by the stator windings ψ r (in 66 through the vectors V r specified) over the air gap G with one of the stator teeth 15 are chained in connection with the rotation of the rotor 12th between the side of the longitudinal axis and the side of the transverse axis as a magnetic path. Because the magnetic flux density changes with regard to the magnetic flux generated by the stator windings ψ r similar to the magnetic flux lines ψ m changed in a waveform that approximates a rectangular waveform, it is easily superimposed by spatial harmonics of the (6f + 1) -th order such as the 5th, 7th, 11th or 13th order, causing torque ripple to occur becomes. Therefore, it is in terms of the side bridge 30th To reduce torque ripple effectively, the shape of the outer end inner surface 17b1 the river barrier 17b optimize in such a way that the time change of the magnetic flux ψ r (dψ / dt) is slowly designed in a rising zone and in a rear or convergence zone of the magnetic flux.

Entsprechend wird im Hinblick auf diese elektrische Drehmaschine 10 die magnetische Reluktanz an dem Luftspalt G durch Regulieren der Dicke (in den Figuren betrachtet der Breite) einer jeden der Seitenbrücken 30 durch langsames Verändern der Form der Innenfläche 17b1 des äußeren Endes der zugehörigen der Flussbarrieren 17b in Bezug auf den Außenumfang 12a des Rotors 12 reguliert. Correspondingly, with regard to this electric lathe 10th the magnetic reluctance at the air gap G by regulating the thickness (viewed in the figures, the width) of each of the side bridges 30th by slowly changing the shape of the inner surface 17b1 the outer end of the associated one of the river barriers 17b in terms of the outer circumference 12a of the rotor 12th regulated.

Da die Seitenbrücken 30 unter Bezugnahme auf 67 in Bereichsabschnitten, die sich an den Außenseiten (der Seite des Außenumfangs 12a) der Dauermagnete 16 jedes Paars in dem Rotor 12 befinden, zusammen mit den Mittelbrücken 20 verbindende Stützen bereitstellen, konvergiert die Von-Mises-Spannung während des Betriebs bei hohen Geschwindigkeiten an Bereichsabschnitten MS1 in dem Außenumfang 12a des Rotors 12, wobei sich jeder Bereichsabschnitt auf Seiten der Längsachse einer der Flussbarrieren 17b für die Dauermagnete 16 eines Paars befindet, und auch an Bereichsabschnitten MS2 an den Innenwänden des äußeren Endes der Flussbarrieren 17b, wobei sich jeder Bereichsabschnitt an der Seite der Querachse einer der Flussbarrieren 17b für die Dauermagnete 16 des Paars befindet. Im Hinblick auf die Seite der Mittelbrücke 20 konvergiert die Von-Mises-Spannung an einem Bereichsabschnitt MS3 in dem Rotor 12 an der Außenumfangsseite der Mittelbrücke 20.Because the side bridges 30th with reference to 67 in section sections located on the outer sides (the side of the outer circumference 12a) the permanent magnet 16 every pair in the rotor 12th together with the middle bridges 20 provide connecting supports, the Von Mises stress converges during operation at high speeds at section sections MS1 in the outer circumference 12a of the rotor 12th , wherein each section on the longitudinal axis side of one of the flow barriers 17b for permanent magnets 16 of a pair, and also on sections of the area MS2 on the inner walls of the outer end of the river barriers 17b , each section of the region being on the side of the transverse axis of one of the flow barriers 17b for permanent magnets 16 of the couple. With regard to the side of the middle bridge 20 the Von Mises voltage converges at a portion MS3 in the rotor 12th on the outer circumference side of the central bridge 20 .

Daher sind die äußeren endseitigen Innenflächen 17b1 der Flussbarrieren 17b unter Rückkehr zu 63 im Hinblick auf die Seitenbrücken 30 an Zwischenpunkten 17b1m zwischen beiden Endecken 17b1c gebogen, um die Dicke (in 63 gesehen die Breite) jenes Abschnitts einer jeden der Seitenbrücken 17b, der sich an der Seite der Querachse befindet, zu erhöhen, um eine sogenannte „Hohlkehlengestaltung“ zu bilden.Therefore, the outer end inner surfaces 17b1 the river barriers 17b under return to 63 in terms of the side bridges 30th at intermediate points 17b1m between both corners 17b1c bent to the thickness (in 63 the width) of that portion of each of the side bridges 17b , which is located on the side of the transverse axis, to form a so-called “fillet design”.

Dies ermöglicht die Regulierung einer jeden der Seitenbrücken 30 auf eine solche Weise, dass verursacht wird, dass sich der magnetische Rotorfluss ψm und der magnetische Statorfluss ψr an dem Luftspalt G sanft verändern, indem der an der Seite der Querachse befindliche Bereichsabschnitt MS2 zu einer Gestaltung ausgeführt wird, die zur Verringerung der Von-Mises-Spannung vorteilhaft ist, und indem eine Regulierung vorgenommen wird, um die magnetische Reluktanz an dem Luftspalt G sanft zu verringern.This enables the regulation of each of the side bridges 30th in such a way that it causes the magnetic rotor flux ψ m and the magnetic stator flux ψ r at the air gap G gently change the area section located on the side of the transverse axis MS2 to a design that is beneficial for reducing Von Mises stress and by regulating the magnetic reluctance at the air gap G decrease gently.

Im Besonderen umfasst die äußere endseitige Innenfläche 17b1 einer jeden der Flussbarrieren 17b für die Seitenbrücken 30 in dem Rotor 12 an beiden Seiten des Zwischenpunkts 17b1m einen Innenflächenabschnitt 17b1d an der Seite der Längsachse und einen Innenflächenabschnitt 17b1q an der Seite der Querachse. Diese äußere endseitige Innenfläche 17b1 wird durch die Eigenschaften des Drehmoments, des Rastmoments und der Drehmomentwelligkeit bestimmt, die erhalten werden, wenn die Einschlusswinkel θ8 und θ9 als Parameter verändert werden, wobei sich der Einschlusswinkel θ8 zwischen einer radialen Bezugslinie, die sich von der Rotorachse zu dem Zwischenpunkt 17b1m erstreckt, und der Längsachse befindet, und sich der Einschlusswinkel θ9 zwischen einer Verlängerungsebene des Innenabschnitts 17b1d auf Seiten der Längsachse, die sich in eine Richtung zu der benachbarten Querachse erstreckt, und dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt 17b1q befindet. Die Eigenschaften sind durch das „pro-Einheit-System“ unter Verwendung eines Aufbaus, in dem der vorher genannte Magnetpolöffnungswinkel θ6 optimiert ist und der Einschlusswinkel θ8 74,2 Grad im elektrischen Winkel beträgt (der Einschlusswinkel θ9 beträgt 0, d.h., es besteht keine Biegung) als Basiseinheit veranschaulicht. Zusätzlich ist die äußere endseitige Innenfläche 17b1 einer jeden der Flussbarrieren 17b an beiden Endecken 17b1c und an dem Zwischenpunkt 17b1m gebogen oder, sozusagen „abgeschrägt“, so dass der Innenflächenabschnitt 17b1d an der Seite der Längsachse und der Innenflächenabschnitt 17b1q an der Seite der Querachse sanft und fortlaufend miteinander und mit den restlichen Flächenabschnitten an beiden Endseiten verbunden sind.In particular, the outer end inner surface comprises 17b1 each of the river barriers 17b for the side bridges 30th in the rotor 12th on both sides of the intermediate point 17b1m an inner surface portion 17b1d on the side of the longitudinal axis and an inner surface portion 17b1q on the side of the transverse axis. This outer end inner surface 17b1 is determined by the properties of the torque, the cogging torque and the torque ripple, which are obtained when the inclusion angle θ8 and θ9 can be changed as parameters, the inclusion angle θ8 between a radial reference line that extends from the rotor axis to the intermediate point 17b1m extends, and the longitudinal axis, and the inclusion angle θ9 between an extension level of the inner section 17b1d on the side of the longitudinal axis extending in a direction to the adjacent transverse axis and the transverse axis side inner surface portion 17b1q located. The properties are through the "per-unit system" using a construction in which the aforementioned magnetic pole opening angle θ6 is optimized and the inclusion angle θ8 The electrical angle is 74.2 degrees (the inclusion angle θ9 is 0, that is, there is no bend) as the base unit. In addition, the outer end inner surface 17b1 each of the river barriers 17b at both ends 17b1c and at the intermediate point 17b1m bent or, so to speak, "beveled" so that the inner surface section 17b1d on the side of the longitudinal axis and the inner surface portion 17b1q on the side of the transverse axis are gently and continuously connected to each other and to the remaining surface sections on both end sides.

Erstens ist aus 68 ersichtlich, dass während eines Betriebs in einem Antriebsmodus ohne Belastung das Rastmoment verringert wird, wenn, im Hinblick auf die äußere endseitige Innenfläche 17b1 der Flussbarriere 17b für die Seitenbrücke 30, der Einschlusswinkel θ8 (elektrischer Winkel) für den Zwischenpunkt 17b1m in einen Bereich I fällt, in dem er gleich oder größer als 64,7 Grad aber geringer als 74,2 Grad ist. Es ist auch ersichtlich, dass das Rastmoment noch wirksamer verringert wird, wenn dieser Einschlusswinkel θ8 in einen Bereich J von 66 Grad bis 72 Grad fällt.First is out 68 it can be seen that during operation in a drive mode without load, the cogging torque is reduced if, with regard to the outer end-side inner surface 17b1 the river barrier 17b for the side bridge 30th , the inclusion angle θ8 (electrical angle) for the intermediate point 17b1m falls in an area I in which it is equal to or greater than 64.7 degrees but less than 74.2 degrees. It can also be seen that the cogging torque is reduced even more effectively if this included angle θ8 falls in a range J from 66 degrees to 72 degrees.

Zusätzlich ist aus 69 ersichtlich, dass während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung die Drehmomentwelligkeit verringert wird, während die Verringerung des Drehmoments bei einem Mindestwert gehalten wird, wenn, im Hinblick auf die äußere endseitige Innenfläche 17b1 der Flussbarriere 17b für die Seitenbrücke 30, der Einschlusswinkel θ8 (elektrischer Winkel) für den Zwischenpunkt 17b1m in einen Bereich K fällt, in dem er gleich oder größer als 64,9 Grad aber geringer als 74,2 Grad ist. Es ist auch ersichtlich, dass die Drehmomentwelligkeit noch wirksamer verringert wird, wenn dieser Einschlusswinkel θ8 vorzugsweise in einen Bereich L von 66 Grad bis 68 Grad fällt. Es ist ersichtlich, dass die Drehmomentwelligkeit wirksam verringert wird, während die Verringerung des Drehmoments noch geringer gehalten wird, wenn dieser Einschlusswinkel θ8 noch besser in einem Bereich M von 70 Grad bis 72 Grad nahe an 72 Grad liegt.In addition, is off 69 It can be seen that during operation in a drive mode under a maximum load, the torque ripple is reduced, while the torque reduction is kept at a minimum value, with respect to the outer end inner surface 17b1 the river barrier 17b for the side bridge 30th , the inclusion angle θ8 (electrical angle) for the intermediate point 17b1m falls in a range K in which it is equal to or greater than 64.9 degrees but less than 74.2 degrees. It can also be seen that the torque ripple is reduced more effectively if this included angle θ8 preferably falls in a range L from 66 degrees to 68 degrees. It can be seen that the Torque ripple is effectively reduced while the torque reduction is kept even smaller when this included angle θ8 is even better in a range M from 70 degrees to 72 degrees close to 72 degrees.

Aus 70 ist ersichtlich, dass während eines Betriebs in einem Antriebsmodus unter einer Höchstbelastung die Drehmomentwelligkeit noch wirksamer verringert wird, während eine Verringerung des Drehmoments bei einem Mindestwert gehalten wird, wenn, im Hinblick auf die äußere endseitige Innenfläche 17b1 der Flussbarriere 17b für die Seitenbrücke 30, der Einschlusswinkel θ9 (mechanischer Winkel) zwischen der Verlängerungsebene des Innenflächenabschnitts 17b1d an der Seite der Längsachse und dem Innenflächenabschnitt 17b1q an der Seite der Querachse, d.h., der als Biegewinkel bezeichnete Winkel θ9 (mechanischer Winkel), um den der Innenflächenabschnitt 17b1q an der Seite der Querachse in Bezug auf den Innenflächenabschnitt 17b1d an der Seite der Längsachse gebogen ist, in einen Bereich N fällt, in dem er größer als 0 Grad aber geringer als oder gleich 37 Grad ist. Es ist ersichtlich, dass die Drehmomentwelligkeit wirksam verringert wird, während die Verringerung des Drehmoments gering gehalten wird, wenn dieser Einschlusswinkel θ9 in einem Bereich P von 10 Grad bis 27 Grad in der Nähe von 10 Grad liegt.Out 70 it can be seen that during operation in a drive mode under a maximum load, the torque ripple is more effectively reduced, while a reduction in torque is kept at a minimum value when considering the outer end inner surface 17b1 the river barrier 17b for the side bridge 30th , the inclusion angle θ9 (mechanical angle) between the extension plane of the inner surface section 17b1d on the side of the longitudinal axis and the inner surface portion 17b1q on the side of the transverse axis, that is, the angle referred to as the bending angle θ9 (mechanical angle) by which the inner surface portion 17b1q on the side of the transverse axis with respect to the inner surface portion 17b1d is bent on the side of the longitudinal axis, falls into an area N in which it is greater than 0 degrees but less than or equal to 37 degrees. It can be seen that the torque ripple is effectively reduced while the torque reduction is kept small when this included angle θ9 in one area P from 10 degrees to 27 degrees is close to 10 degrees.

Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung nach dem Beseitigen jenes Abschnitts eines jeden der Dauermagnete 16 jedes Paars, das einen Magnetpol bildet, der sich in einem Bereich B befindet, welcher an der Seite in der Nähe einer Längsachse zwischen den Dauermagneten 16 gelegen ist, und dem Ersetzen des beseitigten Abschnitts durch eine beträchtliche Flussbarriere 17c der Magnetfluss ψm durch die Dauermagnete 16, der in solche Richtungen abgegeben wird, dass er gegen den Magnetfluss ψr der Statorwicklungen wirkt, beseitigt, wodurch verhindert wird, dass sie einander entgegenwirken (auslöschen), und wird auch der Verlauf des Magnetflusses ψr durch den Bereich B eingeschränkt.Thus, according to the present invention, after removing that portion of each of the permanent magnets 16 each pair that forms a magnetic pole that is in an area B located on the side near a longitudinal axis between the permanent magnets 16 and replacing the removed section with a substantial flow barrier 17c the magnetic flux ψ m through the permanent magnets 16 which is emitted in such directions that it is against the magnetic flux ψ r the stator windings acts, eliminated, preventing them from counteracting (extinguishing) each other, and also the course of the magnetic flux ψ r through the area B limited.

Dies stellt bedeutende Größen an magnetischem Moment Tm und Reluktanzmoment Tr bereit, während eine wesentliche Verringerung der Verwendungsmenge der Dauermagnete bereitgestellt wird, da die Magnetflüsse ψr und ψm eines jeden der Dauermagnete des Paars auf Seiten der Längsachse genutzt werden, während die Verwendungsmenge der Dauermagnete verringert wird. Zusätzlich erhöht dies dank einer Verringerung der induzierten Spannungskonstanten die Ausgangsleistung bei hohen Geschwindigkeiten, und wird durch eine Senkung des Grads der Wärmebeständigkeit, die sich aus einer Beschränkung der durch Temperaturveränderungen verursachten Entmagnetisierung infolge einer Beschränkung der von Wirbelströmen stammenden Wärmeerzeugung durch die Dauermagnete 16 ergibt, auch zu einer Kostenverringerung beigetragen.This represents significant amounts of magnetic moment T m and reluctance moment T r ready while providing a substantial reduction in the amount of use of the permanent magnets because of the magnetic fluxes ψ r and ψ m of each of the permanent magnets of the pair can be used on the longitudinal axis side, while the amount of use of the permanent magnets is reduced. In addition, thanks to a reduction in the induced voltage constants, this increases the output power at high speeds, and a decrease in the degree of heat resistance resulting from a limitation of the demagnetization caused by temperature changes due to a limitation of the heat generation from eddy currents by the permanent magnets 16 results, also contributed to a reduction in costs.

Darüber hinaus kann ein hohes Drehmoment T wirksam erzeugt werden, wenn der Trennungsabstand R2 zu dem achsenzentrumsseitigen Ende der Flussbarriere 17c so festgelegt wird, dass die Beziehungen (die Größe und die Form) zu dem Außenradius R1 und dem Innenradius R2 des Rotors 0,56 ^ R2/R1 ≦ 0,84 und 0,54 ≦ R3/R2 ≦ 0,82 betragen.In addition, a high torque T can be generated effectively when the separation distance R2 to the axis center end of the river barrier 17c is set so that the relationships (size and shape) to the outer radius R1 and the inner radius R2 of the rotor 0.56 ^ R2 / R1 ≦ 0.84 and 0.54 ≦ R3 / R2 ≦ 0.82.

Darüber hinaus bieten die Flussbarrieren 17c eine leistungsfähige Erzeugung eines großen Drehmoments, wenn der Trennungsabstand DLd von einer jeden der Flussbarrieren 17c zu dem Außenumfang des Rotors 12 in Bezug auf den Außenradius R1 des Rotors eine Beziehung von 0,98 ≦ DLd/R1 < 0,194 erfüllt. Die Flussbarrieren 17c bieten eine leistungsfähige Erzeugung eines größeren Drehmoments, wenn vorzugsweise die beiden Beziehungen 0,12 ≦ DLd/R1 ≦ 0,14 und 1,2 ≦ (Flussbarrierenöffnungswinkel θ1)/(Magnetöffnungswinkel θ2) ≦ 1,7 erfüllt sind oder noch besser die Beziehungen DLd/R1 = 0,139 und θ1/θ2 = 1,52 erfüllt sind.In addition, the river barriers offer 17c an efficient generation of a large torque when the separation distance DLd from each of the river barriers 17c to the outer periphery of the rotor 12th in relation to the outer radius R1 of the rotor has a relationship of 0.98 ≦ DLd / R1 <0.194 fulfilled. The river barriers 17c offer powerful generation of greater torque if preferably the two relationships are 0.12 ≦ DLd / R1 ≦ 0.14 and 1.2 ≦ (flow barrier opening angle θ1 ) / (Magnetic opening angle θ2 ) ≦ 1.7 are met or even better the relationships DLd / R1 = 0.139 and θ1 / θ2 = 1.52 are satisfied.

Zusätzlich kann durch die Bereitstellung der in dem Rotor 12 gebildeten mittleren Nuten 21 die Drehmomentwelligkeit wirksam verringert werden, indem harmonische Drehmomentkomponenten unterdrückt werden, wenn das Verhältnis des radialen Abstands R4 zu dem Nutenboden 21a in Bezug auf den Außenradius R1 des Rotors 12 so ausgeführt wird, dass es in den Bereich von 0,98 ≦ R4/R1 < 1,0 fällt. Darüber hinaus kann jede der mittleren Nuten 21 die Drehmomentwelligkeit weiter verringern, indem mehr harmonische Drehmomentkomponenten unterdrückt werden, wenn ihre Formabmessungen so ausgeführt werden, dass sie Folgendes erfüllen:

  • 2×tan-1{(TB/2)/(R1+AG)}≦θa≦2×tan-1[{SO+(TB/2)}/(R1+AG)}], 0°≦θb≦2×tan-1[{SO+(TB/2)}/(R1+AG)}], und TW ≦ TB.
In addition, by providing the in the rotor 12th formed middle grooves 21 the torque ripple can be effectively reduced by suppressing harmonic torque components when the ratio of the radial distance R4 to the groove bottom 21a in relation to the outer radius R1 of the rotor 12th is designed to fall in the range of 0.98 ≦ R4 / R1 <1.0. In addition, each of the middle grooves 21 Reduce torque ripple further by suppressing more harmonic torque components if their shape dimensions are designed to:
  • 2 × tan -1 {(TB / 2) / (R1 + AG)} ≦ θ a ≦ 2 × tan -1 [{SO + (TB / 2)} / (R1 + AG)}], 0 ° ≦ θ b ≦ 2 × tan -1 [{SO + (TB / 2)} / (R1 + AG)}], and TW ≦ TB.

Zusätzlich können Raumharmonische, die die Spaltmagnetflusswellenform überlagern, beschränkt werden, wenn jede seitliche Nut 22 an dem Rotor 12 Formabmessungen aufweist, die eine Beziehung von 0,945 ≦ θ5/θ4 ≦ 0,98 und eine Beziehung von 0,0 ≦ RG/AG ≦ 0,73 erfüllen, was es möglich macht, einen Abfall der Betriebseffizienz, der durch Zunahmen des Rastmoments, der Drehmomentwelligkeit und des Eisenverlusts verursacht wird, zu verhindern.In addition, spatial harmonics that overlay the split magnetic flux waveform can be constrained if each side groove 22 on the rotor 12th Has mold dimensions satisfying a relationship of 0.945 ≦ θ5 / θ4 ≦ 0.98 and a relationship of 0.0 ≦ RG / AG ≦ 0.73, which makes it possible to decrease the operational efficiency by increasing the cogging torque that To prevent torque ripple and iron loss caused.

Überdies kann das Drehmoment unter einer Höchstbelastungsbedingung und unter geringen Belastungsbedingungen hoch gestaltet werden und können die Drehmomentwelligkeit und die 6. und die 12. Raumharmonische (harmonische Drehmomentkomponente) beschränkt werden, wodurch elektromagnetische Schwingungen und elektromagnetisches Rauschen beschränkt werden, wenn im Hinblick auf den Aufbau der Dauermagnete 16 jedes Paars, die in einer „V“-förmigen Gestaltung in den Rotor eingebettet sind, 144° ≦ Magnetpolöffnungswinkel θ6 (elektrischer Winkel) ≦ 154,3° und 27,5° ~ 37,5° ≦ Magnetöffnungswinkel θ2 (im mechanischen Winkel) ≦ 72,5° ~ 82,5° oder noch besser 37,5° ≦ Magnetöffnungswinkel θ2 (mechanischer Winkel) ≦72,5° erfüllt wird.Furthermore, the torque can be made high under a maximum load condition and under a low load condition, and the torque ripple and the 6th and 12th harmonics (harmonic torque component) can be restricted, thereby restricting electromagnetic vibration and electromagnetic noise when considering the structure of the Permanent magnets 16 each pair, which are embedded in a “V” shape in the rotor, 144 ° ≦ magnetic pole opening angle θ6 (electrical angle) ≦ 154.3 ° and 27.5 ° ~ 37.5 ° ≦ magnetic opening angle θ2 (in mechanical angle) ≦ 72.5 ° ~ 82.5 ° or even better 37.5 ° ≦ magnetic opening angle θ2 (mechanical angle) ≦ 72.5 ° is met.

Ferner können das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit verringert werden, während die Verringerung des Drehmoments gering gehalten wird, wenn zusätzlich zu dem oben genannten Aufbau der Einschlusswinkel θ8 zwischen dem Zwischenpunkt 17b1m der Seitenbrücke 30 zwischen dem Innenflächenabschnitt 17b1d auf Seiten der Längsachse und dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt 17b1q auf einen Bereich von 64,9 Grad bis 74,2 Grad (elektrischer Winkel) eingerichtet wird und der Einschlusswinkel θ9 zwischen der Verlängerungsebene des Innenflächenabschnitts 17b1d auf Seiten der Längsachse und dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt 17b1q auf einen Bereich von 0 Grad bis 37 Grad (mechanischer Winkel) eingerichtet wird. Daher werden die elektromagnetischen Schwingungen der Kerne des Stators, die sich aus der Drehmomentwelligkeit ergeben, verringert und wird in Übereinstimmung mit den elektromagnetischen Schwingungen auch das elektromagnetische Rauschen verringert. Falls auf eine Verringerung des Rastmoments abgezielt wird, können die Bedingungen so gelockert werden, dass der Einschlusswinkel θ8 größer als 64,7 Grad ist.Furthermore, the cogging torque and the torque ripple can be reduced while the torque reduction is kept small if, in addition to the above construction, the included angle θ8 between the intermediate point 17b1m the side bridge 30th between the inner surface portion 17b1d on the longitudinal axis side and the transverse axis side inner surface portion 17b1q is set to a range from 64.9 degrees to 74.2 degrees (electrical angle) and the included angle θ9 between the extension plane of the inner surface section 17b1d on the longitudinal axis side and the transverse axis side inner surface portion 17b1q is set to a range from 0 degrees to 37 degrees (mechanical angle). Therefore, the electromagnetic vibrations of the stator cores resulting from the torque ripple are reduced, and the electromagnetic noise is also reduced in accordance with the electromagnetic vibrations. If the aim is to reduce the cogging torque, the conditions can be relaxed so that the inclusion angle θ8 is greater than 64.7 degrees.

Zusätzlich werden das Rastmoment und die Drehmomentwelligkeit noch wirksamer verringert, während die Verringerung des Drehmoments gering gehalten wird, wenn der Einschlusswinkel θ8 auf einen Bereich von 66 Grad bis 68 Grad oder auf einen Bereich von 70 Grad bis 72 Grad eingerichtet wird und der Einschlusswinkel θ9 auf einen Bereich von 10 Grad bis 27 Grad eingerichtet wird.In addition, the cogging torque and torque ripple are reduced more effectively, while the torque reduction is kept small when the included angle θ8 is set to a range of 66 degrees to 68 degrees or to a range of 70 degrees to 72 degrees and the inclusion angle θ9 is set in a range of 10 degrees to 27 degrees.

Als Ergebnis wird der Rotor 12 in dem Stator 11 bei geringen Kosten so hergestellt, dass ein qualitativ hochwertiger Betrieb mit einer hohen Energiedichte bereitgestellt wird.As a result, the rotor 12th in the stator 11 Manufactured at low cost to provide high quality operation with a high energy density.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde eine elektrische Drehmaschine 10 mit der Form eines Motors mit 8 Polen und 48 Schlitzen als Beispiel herangezogen, doch wird bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist, sondern vorzugsweise auf jeden beliebigen Aufbau angewendet werden kann, der einen Wert q der Schlitze pro Pol pro Phase von 2 aufweist (q = 2). Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung ohne jegliche Abänderungen auf Motoraufbauten mit 6 Polen und 36 Schlitzen oder 4 Polen und 24 Schlitzen oder 10 Polen und 60 Schlitzen angewendet werden.In the present embodiment, an electric lathe 10th with the form of an 8-pole, 48-slot motor as an example, but it is noted that the present invention is not limited to this embodiment, but can preferably be applied to any structure that has a q slot value per pole per phase of 2 (q = 2). For example, the present invention can be applied to any engine assembly with 6 poles and 36 slots or 4 poles and 24 slots or 10 poles and 60 slots without modification.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene und veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsformen, die Wirkungen erbringen, welche jenen, auf die die vorliegende Erfindung abzielt, gleichwertig sind. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf Kombinationen von Merkmalen der Gegenstände, die durch die einzelnen Ansprüche definiert sind, beschränkt, sondern wird sie durch alle beliebigen gewünschten Kombinationen von bestimmten aus allen offenbarten Merkmalen definiert.The present invention is not limited to the exemplary embodiment described and illustrated, but encompasses all embodiments that produce effects equivalent to those to which the present invention is directed. Furthermore, the present invention is not limited to combinations of features of the objects defined by the individual claims, but is defined by any desired combinations of certain of all the features disclosed.

Claims (2)

Elektrische Drehmaschine mit innenliegenden Dauermagneten (IPM), die einen Wert der Schlitze pro Phase pro Pol von 2 aufweist, umfassend: einen Stator (11), der eingerichtet ist, Statorwicklungen in Schlitzen zwischen Statorzähnen aufzunehmen; einen Rotor (12), der in Bezug auf den Stator (11) um eine Rotorachse drehbar ist und einen Außenumfang (12a) aufweist; mehrere Paare von Dauermagneten (16) in dem Rotor (12), wobei die Dauermagnete (16) jedes Paars in einer „V“-förmigen Gestaltung angeordnet sind, die sich zu dem Außenumfang (12a) hin öffnet, und einen Magnetpol bilden; und Öffnungen (17c) mit einer geringen Permeabilität, wobei jede davon den in einem vorherbestimmten Bereich befindlichen Abschnitt eines der Dauermagnete (16) ersetzt, der so gerichtete Magnetflusslinien erzeugen würde, dass von dem Stator (11) ausgehende Magnetflusslinien in der Nähe einer Längsachse eines der Magnetpole ausgelöscht würden, wenn sich der Dauermagnet (16) in dem vorherbestimmten Bereich befinden würde, wobei an der Öffnung (17c) ein Haltevorsprung für den Dauermagneten (16) vorgesehen ist, der einen um eine Ecke des Dauermagnets (16) herum laufenden und sich an den Dauermagneten (16) anschmiegenden Abschnitt und einen daran anschließenden geraden Endabschnitt umfasst, wobei der Haltevorsprung im Wesentlichen senkrecht von einer Berandung der Öffnung (17c) in die Öffnung (17c) hinein ragt, wobei der Rotor (12) in dem Außenumfang (12a) für die Dauermagnete (16) jedes Paars eine mittlere Regulierungsnut (21) und ein Paar von seitlichen Regulierungsnuten (22) aufweist, wobei die mittlere Regulierungsnut (21) und die seitlichen Regulierungsnuten (22) parallel zu der Rotorachse liegen, wobei sich die mittlere Regulierungsnut (21) auf der Längsachse befindet, wobei sich die seitlichen Regulierungsnuten (22) an den äußeren Endseiten der Dauermagnete (16) befinden, wobei der Rotor (12) Flussbarrieren aufweist, die sich von den äußeren Endseiten der Dauermagnete (16) zu dem Außenumfang (12a) des Rotors (12) hin erstrecken, wobei der Rotor (12) zwischen den äußeren endseitigen Innenflächen (17b1) der Flussbarrieren und dem Außenumfang (12a) des Rotors (12) Seitenbrücken (30) aufweist, wobei jede der Seitenbrücken (30) eine Seite in der Nähe der Längsachse und die andere Seite in der Nähe der benachbarten Querachse zwischen den benachbarten beiden Magnetpolen verbindet, wobei die äußere endseitige Innenfläche (17b1) einer jeden der Flussbarrieren an der Rückseite des Außenumfangs (12a) des Rotors (12) eine Endecke und eine andere Endecke aufweist, wobei die äußere endseitige Innenfläche (17b1) einer jeden der Flussbarrieren einen Zwischenpunkt zwischen der einen und der anderen Endecke aufweist, wobei sich ein Innenflächenabschnitt (17b1d) auf Seiten der Längsachse zwischen der einen Endecke und dem Zwischenpunkt erstreckt, und sich ein Querachsenseitiger Innenflächenabschnitt (17b1q) zwischen dem Zwischenpunkt und der anderen Endecke erstreckt, wobei ein Einschlusswinkel θ8 zwischen einer Bezugslinie, die sich von der Rotorachse zu dem Zwischenpunkt erstreckt, und der Längsachse eine als 64,7 Grad ≦ θ8 (elektrischer Winkel) ≦ 74,2 Grad ausgedrückte Beziehung erfüllt, wobei der Innenflächenabschnitt (17b1d) auf Seiten der Längsachse parallel zu der äußeren Umfangsfläche (12a) des Rotors (12) liegt, wobei ein Einschlusswinkel θ9 zwischen dem Querachsenseitigen Innenflächenabschnitt (17b1q) und einer Verlängerung des Innenflächenabschnitts auf Seiten der Längsachse zu der Längsachse hin eine als 0 Grad < θ9 (mechanischer Winkel) ≦ 37,5 Grad ausgedrückte Beziehung erfüllt.An internal permanent magnet rotating machine (IPM) having a slot per phase per pole value of 2, comprising: a stator (11) configured to receive stator windings in slots between stator teeth; a rotor (12) rotatable about a rotor axis with respect to the stator (11) and having an outer periphery (12a); a plurality of pairs of permanent magnets (16) in the rotor (12), the permanent magnets (16) of each pair being arranged in a "V" shape that opens toward the outer periphery (12a) and forming a magnetic pole; and low permeability orifices (17c), each of which replaces the predetermined area portion of one of the permanent magnets (16) that would generate directed magnetic flux lines such that magnetic flux lines from the stator (11) are proximate to a longitudinal axis of a the magnetic poles would be extinguished if the permanent magnet (16) were in the predetermined range, wherein at the opening (17c) there is a holding projection for the permanent magnet (16), which comprises a section that runs around a corner of the permanent magnet (16) and clings to the permanent magnet (16) and an adjoining straight end section, the Retaining projection extends substantially perpendicularly from a boundary of the opening (17c) into the opening (17c), the rotor (12) in the outer circumference (12a) for the permanent magnets (16) of each pair having a central regulating groove (21) and a pair of side regulation grooves (22), the middle regulation groove (21) and the side regulation grooves (22) being parallel to the rotor axis, the middle regulation groove (21) being on the longitudinal axis, the side regulation grooves (22) being on the outer end sides of the permanent magnets (16), the rotor (12) having flux barriers extending from the outer end sides of the permanent magnets (16) to the outer circumference (12a) d es rotor (12), wherein the rotor (12) between the outer end inner surfaces (17b1) of the flow barriers and the outer periphery (12a) of the rotor (12) has side bridges (30), each of the side bridges (30) having one side in the vicinity of the longitudinal axis and the other side in the vicinity of the adjacent transverse axis between the adjacent two magnetic poles, the outer end inner surface (17b1) of each of the flux barriers at the rear of the outer circumference (12a) of the rotor (12) having an end corner and has another end corner, the outer end inner surface (17b1) of each of the flow barriers having an intermediate point between the one and the other end corner, an inner surface portion (17b1d) extending on the longitudinal axis side between the one end corner and the intermediate point, and a cross axis side inner surface portion (17b1q) extends between the intermediate point and the other end corner, with an included angle θ8 between a reference line extending from the rotor axis to the intermediate point and the longitudinal axis satisfies a relationship expressed as 64.7 degrees ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 degrees, the inner surface portion (17b1d) on the longitudinal axis side being parallel to the outer circumferential surface (12a) of the rotor (12), wherein an inclusion angle θ9 between the transverse axis-side inner surface section (17b1q) and an extension of the inner surface section on the longitudinal axis side toward the longitudinal axis is as 0 degrees <θ9 (mechanical angle) ≦ 37, 5 degree relationship fulfilled. Elektrische IPM-Drehmaschine nach Anspruch 1, wobei der Einschlusswinkel θ8 eine als 64,9 Grad ≦ θ8 (elektrischer Winkel) ≦ 74,2 Grad ausgedrückte Beziehung erfüllt.Electric IPM lathe after Claim 1 where the inclusion angle θ8 satisfies a relationship expressed as 64.9 degrees ≦ θ8 (electrical angle) ≦ 74.2 degrees.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10186918B2 (en) 2014-06-27 2019-01-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Motor and its rotor
JP6641520B2 (en) * 2017-02-16 2020-02-05 三菱電機株式会社 Rotary electric machine control device, rotary electric machine, and control method for rotary electric machine
US10749391B2 (en) * 2017-03-06 2020-08-18 Ford Global Technologies, Llc Electric machine rotor
JP7442954B2 (en) * 2017-10-02 2024-03-05 株式会社日立インダストリアルプロダクツ Permanent magnet synchronous machine and electric motor vehicle equipped with the same
CN112567597B (en) * 2018-08-16 2023-12-05 三菱电机株式会社 Rotary electric machine
DE102020113938A1 (en) 2020-05-25 2021-09-02 Audi Aktiengesellschaft Laminated core for a permanently excited synchronous machine with enlarged magnetic pockets to increase a torque through reluctance as well as synchronous machine and motor vehicle
CN112653274B (en) * 2020-12-25 2021-09-24 上海电气集团股份有限公司 Rotor punching sheet and permanent magnet motor rotor
CN113036965A (en) * 2020-12-31 2021-06-25 上海大学 Method for reducing magnetic steel eddy current loss of full neodymium iron boron permanent magnet motor at high speed and motor structure
WO2023132011A1 (en) 2022-01-05 2023-07-13 株式会社 東芝 Rotor

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002165394A (en) 2000-09-13 2002-06-07 Sanyo Denki Co Ltd Synchronous motor with built-in permanent magnet
DE69629419T2 (en) 1995-05-31 2004-04-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Motor with built-in permanent magnets
JP2004328956A (en) 2003-04-28 2004-11-18 Toyota Motor Corp Motor
US20050121990A1 (en) 2003-12-08 2005-06-09 Nissan Motor Co., Ltd. Rotor for rotary electric machine
JP2006254629A (en) 2005-03-11 2006-09-21 Toyota Motor Corp Rotor of rotating electric machine, rotating electric machine, and vehicle driving apparatus
JP2011004480A (en) 2009-06-17 2011-01-06 Meidensha Corp Permanent magnet embedded rotary electric machine
US20110241468A1 (en) 2010-03-30 2011-10-06 Aisin Aw Co., Ltd. Rotary electric machine
JP2012029524A (en) 2010-07-27 2012-02-09 Fuji Electric Co Ltd Permanent-magnet rotating machine
JP2012034432A (en) 2010-07-28 2012-02-16 Toyota Motor Corp Rotary electric machine
US20120139378A1 (en) 2009-12-22 2012-06-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor and method of manufacturing rotor
US20120200193A1 (en) 2011-02-03 2012-08-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor for rotary electric machine

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3874348B2 (en) * 2002-05-02 2007-01-31 ダイキン工業株式会社 Brushless DC motor, brushless DC motor driving device, and compressor
JP3638944B1 (en) * 2004-02-04 2005-04-13 山洋電気株式会社 Method for determining pole arc ratio of rotary motor with built-in permanent magnet and rotary motor with built-in permanent magnet
JP2007097387A (en) * 2005-08-31 2007-04-12 Toshiba Corp Rotary electric machine
CN101283499A (en) * 2005-08-31 2008-10-08 株式会社东芝 Rotary electric machine
JP2008220053A (en) * 2007-03-05 2008-09-18 Toyota Motor Corp Motor
JP5159153B2 (en) * 2007-04-25 2013-03-06 東芝産業機器製造株式会社 Rotating electric machine rotor and rotating electric machine
JP4900069B2 (en) * 2007-06-13 2012-03-21 トヨタ自動車株式会社 Rotating electric machine
JP4492681B2 (en) * 2007-11-16 2010-06-30 株式会社デンソー Synchronous machine
JP2009219331A (en) * 2008-03-13 2009-09-24 Hitachi Ltd Permanent magnet type generator and hybrid vehicle using the same
JP5278003B2 (en) * 2009-01-30 2013-09-04 トヨタ自動車株式会社 Electric motor
JP5260563B2 (en) * 2010-01-07 2013-08-14 株式会社日立製作所 Permanent magnet generator or motor
JP5708181B2 (en) * 2010-05-12 2015-04-30 株式会社デンソー Rotating electrical machine rotor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69629419T2 (en) 1995-05-31 2004-04-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Motor with built-in permanent magnets
JP2002165394A (en) 2000-09-13 2002-06-07 Sanyo Denki Co Ltd Synchronous motor with built-in permanent magnet
JP2004328956A (en) 2003-04-28 2004-11-18 Toyota Motor Corp Motor
US20050121990A1 (en) 2003-12-08 2005-06-09 Nissan Motor Co., Ltd. Rotor for rotary electric machine
JP2006254629A (en) 2005-03-11 2006-09-21 Toyota Motor Corp Rotor of rotating electric machine, rotating electric machine, and vehicle driving apparatus
JP2011004480A (en) 2009-06-17 2011-01-06 Meidensha Corp Permanent magnet embedded rotary electric machine
US20120139378A1 (en) 2009-12-22 2012-06-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor and method of manufacturing rotor
US20110241468A1 (en) 2010-03-30 2011-10-06 Aisin Aw Co., Ltd. Rotary electric machine
JP2012029524A (en) 2010-07-27 2012-02-09 Fuji Electric Co Ltd Permanent-magnet rotating machine
JP2012034432A (en) 2010-07-28 2012-02-16 Toyota Motor Corp Rotary electric machine
US20120200193A1 (en) 2011-02-03 2012-08-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor for rotary electric machine

Non-Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ASCHENDORF, Amperehaltiger Röntgenblick, Zeitschrift KEM, 2001, S. 56 ff *
ASCHENDORF, Erst berechnen, dann bauen, Zeitschrift Konstruktionspraxis, Nr. 6., 7. Jahrgang, Juni 1996, S. 16 -19 *
BECKERT, Berechnung magnetischer Kreise mit Permanentmagneten, Skriptum für Nichtelektrotechniker, TU Bergakademie Freiberg, Januar 2008, S. 4 *
BREIMER et al., Fachkunde Elektrotechnik, Verlag Willing & Co., 7. Auflage, 1965, S. 202 *
MEIXNER et al., Elektrische Kraftfahrzeugantriebstechnik, Erfinderaktivitäten 2011, Deutsches Patent und Markenamt, Oktober 2012, ISSN 2193-8180, S. 51-52, *
MILLER et al., Finite Elements applied to synchronous and switched reluctance motors, IEE Seminar Current trends in the use of finite elements (FE) in electromechanical analysis and design, IEE Savoy Place, 2000 *
MILLER, Small motor drives expand their technology horizons, Power Engineering Journal, Sep. 1987, S. 283-289 *
MÜLLER et al., Berechnung elektrischer Maschinen, 6. Auflage, WILEY VCH Verlag, 2008, S. 4, 5, 21 *
REECE, Electrical machines and electromagnetics – computer aids to design, Power Engineering Journal, Nov. 1988, S. 315-321 *
STUDER et al., Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines, IEEE, Industry Applications Conference, Conference Record of the Thirty-Second IAS Annual Meeting, 1997 *
Studienordnung der Fachhochschule Dortmund, 1999, S. 7, Wahlpflichtkatalog EU2, NBE Numerische Berechnung elektrischer Maschinen, FEM Finite-Elemente-Theorie und -Anwendung *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013223671A1 (en) 2014-06-05
CN103855826A (en) 2014-06-11
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JP5958305B2 (en) 2016-07-27

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