DE102014106188A1 - Rotierende elektrische Synchronmaschine mit internem Permanentmagnet - Google Patents

Abstract

[Zu lösendes Problem] Eine Aufgabe ist es, eine Struktur zu spezifizieren, die fähig ist, Rastmoment in einer rotierenden elektrischen chronmaschine mit internem Permanentmagnet zu reduzieren. [Lösung] Eine rotierende elektrische Maschine mit volumenreduzierter Wicklung und internem Permanentmagnet mit 8 Polen und 12 Schlitzen ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn „a” einen mechanischen Winkel bezeichnet, der in Bezug auf ein Rotationsachsenzentrum (321) eines Rotors von Stator-seitigen umlaufenden Enden (332 und 333) auf beiden Seiten von jedem Pol des Rotors (332 und 333) gebildet wird, der Pol von einem oder mehreren Permanentmagneten (33) gebildet wird; „A” eine Entfernung von dem Rotationsachsenzentrum zu einem Mittelpunkt (334) zwischen den Stator-seitigen umlaufenden Enden auf beiden Seiten bezeichnet; „λ” einen äquivalenten Wert einer Breite eines Brückenbereichs ausgedrückt als ein mechanischer Winkel in Bezug auf das Rotationsachsenzentrum bezeichnet, wobei der Brückenabschnitt derart bereitgestellt ist, dass er einen Rotoraußenbereich und einen Rotorzwischenpolbereich verbindet; und „B” eine Entfernung von dem Rotationsachsenzentrum zu einer Grenze (225) zwischen einem Zahnhauptkörper und einem Zahnkragen an einer Schlitz-seitigen Endfläche eines Zahns bezeichnet, ein mechanischer Winkel „b”, der in Bezug auf das Rotationsachsenzentrum von einer rotorseitigen Endfläche (223) des Zahnhauptkörpers gebildet ist, derart gesetzt ist, dass er b = 23 (a – 2λ) × AB ± 0.6, wobei 23 < a – 2λ < 31.[Formel 1]erfüllt.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Synchronmaschine mit internem Permanentmagnet.
• [Technischer Hintergrund]
• Zur Fertigung elektrischer Fahrzeuge ist der Fahrzeugmotor, der ein Hauptteil des Fahrzeugs ist, ein wichtiges Entwicklungsziel. Unter einer breiten Vielfalt von Motoren ist ein Synchronmotor mit volumenreduzierter Wicklung und internem Permanentmagnet (im Folgenden auch als „IPMSM” bezeichnet) relativ klein in der Größe des Motors wegen relativ kurzen Spulenenden und generiert weniger Hitze als andere Arten von Motoren. Aus diesem Grund hat der IPMSM mit volumenreduzierter Wicklung eine Struktur, die für ein kleines Fahrzeug vorteilhaft ist, insbesondere ein Zweirad-Elektrofahrzeug, EV, bei welchem der Motor im Wesentlichen luftgekühlt ist.
• Auf der anderen Seite ist, bei dem IPMSM mit volumenreduzierter Wicklung, eine Drehungleichförmigkeit im Leerlauf, genannt Rastmoment, höher als jenes bei anderen Typen von Motoren. Dieses Moment gibt einem Fahrer eines Zweirad-EVs, welches gelegentlich im Leerlauf gefahren wird, ein unangenehmes Gefühl und fungiert dabei als ein Faktor, der den Verkaufswert des Zweirad-EVs verringert.
• Patentdokument 1 ist als eine konventionelle Technik zum Unterdrücken von Rastmoment, zitiert. Dieses Dokument offenbart eine Technik zum Unterdrücken von Rastmoment in einer rotierenden elektrischen Maschine.
• [Stand der Technik]
• [Patentdokument]
• [Patent Dokument 1] Japanische Patent Anmeldung Publikationsnummer Hei 11-299199
• [Zusammenfassung der Erfindung]
• [Problem, das von der Erfindung gelöst werden soll]
• Die konventionelle Technik wurde ohne Beschränkung der Anzahl von Polen eines Rotor und der Anzahl von Schlitzen eines Stator gemacht. Um jedoch Rastmoment in einer rotierenden elektrischen Maschine effizient zu reduzieren, muss die Struktur eines Rotor und eines Stators mit Beschränkungen der Anzahl von Polen und der Anzahl von Schlitzen spezifiziert werden.
• Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des vorangehenden Problems gemacht und hat als eine Aufgabe, eine Struktur zu spezifizieren, die fähig ist, Rastmomente in einer rotierenden Synchronmaschine mit volumenreduzierter Wicklung und internem Permanentmagnet mit 8 Polen und 12 Schlitzen, welche geeignet für ein Zweirad-EV ist, zu reduzieren.
• [Mittel zum Lösen des Problems]
• Um die vorangehende Aufgabe zu lösen, enthält eine rotierende Synchronmaschine mit volumenreduzierter Wicklung und internem Permanentmagnet mit 8 Polen und 12 Schlitzen: einen Stator in einer annähernd zylindrischen Form; und einen Rotor, der innerhalb des Stators in einer annähernd säulenartigen Form bereitgestellt ist und 8 Pole enthält. Der Stator enthält einen Statorkern in einer annähernd zylindrischen Form, und 12 Zähne, die an einer inneren umlaufenden Fläche des Statorkerns bereitgestellt sind und in gleichen Intervallen in einer umlaufenden Richtung angeordnet sind, wobei jeder der Zähne einen Zahnhauptkörper enthält, der derart bereitgestellt ist, dass er von der inneren umlaufenden Fläche des Statorkerns nach Innen in einer radialen Richtung hervorsteht, und einen Zahnkragen, der derart bereitgestellt ist, dass er von einem Spitzenendbereich des Zahnhauptkörpers in der umlaufenden Richtung hervorsteht. Ein Schlitz ist zwischen je zwei benachbarten Zähnen bereitgestellt und eine Spule ist um jeden der Zähne in einer Form von volumenreduzierter Wickelung gewickelt. Außerdem, wenn „a” einen mechanischen Winkel (Einheit: Grad) bezeichnet, der in Bezug auf ein Rotationsachsenzentrum des Rotors von Stator-seitigen umlaufenden Enden auf beiden Seiten von jedem der Pole des Rotors gebildet wird, wird der Pol von einem oder mehreren Permanentmagneten gebildet; „A” bezeichnet eine Entfernung (Einheit: Millimeter) von dem Rotationsachsenzentrum des Rotors zu einem Mittelpunkt zwischen den Stator-seitigen umlaufenden Enden auf beiden Seiten von jedem der Pole des Rotors; „λ” bezeichnet einen äquivalenten Wert (Einheit: Grad) einer Breite eines Brückenbereichs ausgedrückt als ein mechanischer Winkel, der in Bezug auf das Rotationsachsenzentrum des Rotors gebildet ist, wobei der Brückenabschnitt derart bereitgestellt ist, dass er einen Rotoraußenbereich und einen Rotorzwischenpolbereich in dem Rotor verbindet, wobei der Rotoraußenbereich radial-außen von jedem der Permanentmagnete gelegen ist und der Rotorzwischenpolbereich zwischen zwei entsprechenden benachbarten Polen gelegen ist; und „B” bezeichnet eine Entfernung (Einheit: Millimeter) von dem Rotationsachsenzentrum des Rotors zu einer Grenze zwischen dem Zahnhauptkörper und dem Zahnkragen an einer Schlitz-seitigen Endfläche des Zahns, ein mechanischer Winkel (Einheit: Grad) „b”, der in Bezug auf das Rotationsachsenzentrum des Rotors von einer rotorseitigen Endfläche des Zahnhauptkörpers gebildet ist, ist derart gesetzt, dass er b = 2 / 3(a – 2λ) × A / B ± 0.6, wobei 23 < a – 2λ < 31. [Formel 1] erfüllt.
• [Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Struktur zu spezifizieren, die fähig ist, Rastmomente in einer rotierenden elektrischen Synchronmaschine mit volumenreduzierter Wicklung und internem Permanentmagnet mit 8 Polen und 12 Schlitzen, welche für ein Zweirad-EV geeignet ist, zu reduzieren.
• [Kurze Beschreibung der Figuren]
• 1 ist einer Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Synchronmotors mit internem Permanentmagnet darstellt.
• 2 ist eine erläuternde Ansicht, die eine vergrößerte Ansicht von Spitzenendbereichen von Zähnen und einen äußeren umlaufenden Bereich eines Rotorkerns in dem Synchronmotor, der in 1 dargestellt ist, zeigt.
• 3 ist ein erläuterndes Diagramm von Parameter, die eine Struktur des Synchronmotors spezifizieren.
• 4. gibt Graphen wieder, von denen jeder eine Beziehung zwischen einer effektiven Polbreite und einem Parameter b oder seinem geschätzten Wert b_calc zeigt.
• 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Analyseergebnis von Strömen magnetischer Flüsse in einem Synchronmotor zeigt.
• 6 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Analyseergebnis von Strömen magnetischer Flüsse in einem anderen Synchronmotor zeigt.
• 7 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Analyseergebnis von Strömen magnetischer Flüsse in noch einem anderen Synchronmotor zeigt.
• 8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine andere Ausführungsform darstellt.
• [Arten zum Ausführen der Erfindung]
• [Erste Ausführungsform]
• Eine Ausführungsform eines Synchronmotors 1 wird mit Bezug auf 1 beschrieben. Der Synchronmotor 1 enthält einen Stator 2 in einer annähernd zylindrischen Form und einen Rotor 3, der innerhalb des Stators 2 bereitgestellt ist und in einer annähernd säulenartigen Form gebildet ist. Ein Spalt 4 ist zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 bereitgestellt.
• Der Stator 2 enthält einen Statorkern 21 in einer annähernd zylindrischen Form, und 12 Zähne 22, die von einer inneren umlaufenden Fläche des Statorkerns 21 nach Innen in radialen Richtungen hervorstehen und in gleichen Intervallen in einer umlaufenden Richtung angeordnet sind. Ein Schlitz 23 ist zwischen je zwei benachbarten Zähnen 22 bereitgestellt. Außerdem ist eine Spule 24 um jeden der Zähne 22 in einer Form von volumenreduzierter Wickelung gewickelt.
• Der Rotor 3 enthält einen Rotorkern 31 in einer annähernd säulenartigen Form und eine Rotationsachse 32. Es gibt 8 Permanentmagnete 33, die in einem äußeren umlaufenden Bereich des Rotorkerns 31 in gleichen Intervallen in der umlaufenden Richtung eingebettet sind und jeder Permanentmagnet 33 bildet einen der Pole des Rotors 3. Mit anderen Worten hat der Synchronmotor 1 8 Pole. Jeder Permanentmagnet 33 hat eine rechteckige parallelflache Form und ist derart magnetisiert, dass magnetische Flüsse in einer radialen Richtung erzeugt werden, wenn er in dem Rotorkern 31 eingebettet ist.
• Wie oben beschrieben, ist der Synchronmotor 1 ein Synchronmotor (IPMSM) mit volumenreduzierter Wicklung und internem Permanentmagnet mit 8 Polen und 12 Schlitzen. 2 stellt eine vergrößerte Ansicht von Spitzenendbereichen der Zähne 22 und einen äußeren umlaufenden Bereich des Rotorkerns 31 in dem Synchronmotor 1 dar und ein Beispiel von darin generierten magnetischen Flüssen.
• Jeder der Zähne 22 enthält einen Zahnhauptkörper 221, der von der inneren umlaufenden Seite des Statorkerns 21 nach Innen in der radialen Richtung hervorsteht, und einen Zahnkragen 222, der von einem Spitzenendbereich des Zahnhauptkörpers 221 in der umlaufenden Richtung hervorsteht.
• Der äußere umlaufende Bereich des Rotorkerns 31 ist mit 8 Magneteinfügelöchern 311 bereitgestellt, die in gleichen Intervallen in der umlaufenden Richtung angeordnet sind. Die Permanentmagnete 33 sind in den entsprechenden Magneteinfügelöchern 311 eingebettet. Außerdem werden Brückenbereiche 314 derart bereitgestellt, dass die Rotoraußenbereiche 312 mit Rotorzwischenpolbereichen 313 in dem Rotorkern 31 verbunden werden. Hier sind die Rotoraußenbereiche 312 jeweils radial außerhalb der Permanentmagnete 33 eingebettet in die Magneteinfügelöcher 311 gelegen, und die Rotorzwischenpolbereiche 313 sind zwischen je zwei benachbarten Polen, die von den Permanentmagneten 33 gebildet werden, gelegen. Eine Breite des Brückenbereichs 314 in einer Richtung, die lotrecht zu einer verbindenden Richtung des Brückenendbereichs 314 ist, wird durch Bezugszeichen W angezeigt.
• In so einem Synchronmotor 1 enthalten magnetische Flüsse, die von einer Stator-seitigen Endfläche 331 eines bestimmten Permanentmagnet 33 generiert werden, magnetische Flüsse J1 und J2, die in den Zahn 22 fließen, nachdem sie durch den Rotoraußenbereich 312 und den Spalt 4 verlaufen, und magnetische Flüsse J3, die innerhalb des Rotorkerns 31 mit Verlauf durch den Rotoraußenbereich 312 und die Brückenbereiche 314 kurzgeschlossen sind. Unter diesen magnetischen Flüssen, stellen die magnetischen Flüsse J1 und J2, die Komponenten in der umlaufenden Richtung in dem Spalt 4 haben, einen Faktor zum Generieren von Rastmoment dar. Auf der anderen Seite, tragen die magnetischen Flüsse J3 nicht zu dem Generieren von Rastmoment bei, da die magnetischen Flüsse J3 innerhalb des Rotorkerns 31 kurzgeschlossen sind. Man beachte, dass in dem Zahn 22, in welchen die magnetischen Flüsse J1 und J2 fließen, magnetische Sättigung an den Zahnkrägen 222 auftritt, welche kleinere Bereiche als die Zahnhauptkörper 221 sind.
• Unter Berücksichtigung eines solchen Faktors von Rastmomentgenerierung, führte der vorliegende Erfinder ernsthafte Forschung durch. Im Ergebnis erhielt der vorliegende Erfinder Erkenntnisse, dass Rastmoment effizient reduziert werden kann, durch Finden einer Beziehung zwischen einer umlaufenden Breite der Stator-seitigen Endfläche 331 des Permanentmagnet 33 und einer umlaufenden Breite des Zahnhauptkörpers 221. Außerdem fertigte der vorliegende Erfinder mehrerer Protoptyp-Synchronmotoren 1 und maß das Rastmoment von jedem der Prototypen.
• 3 stellt Parameter dar, die Strukturen des Protoptyp-Synchronmotors 1 spezifizieren. Wie in 3(A) angegeben, ist Parameter „a” ein mechanischer Winkel (Einheit: Grad), der in Bezug auf ein Achsenzentrum 321 der Rotationsachse 32 von dem einen umlaufenden Ende 332 und dem anderen umlaufende Ende 333 der Stator-seitigen Endfläche 331 des Permanentmagnet 33 gebildet wird. Außerdem ist ein Parameter „A” eine Entfernung (Einheit: Millimeter) von dem Achsenzentrum 321 zu einem Mittelpunkt 334 zwischen dem einen umlaufenden Ende 332 und dem anderen umlaufenden Ende 333 der Stator-seitigen Endfläche 331 des Permanentmagnet 33.
• Zusätzlich, wie in 3(B) dargestellt, ist ein Parameter „b” ein mechanischer Winkel (Einheit: Grad), der in Bezug auf das Achsenzentrum 321 von einer Rotor-seitigen Endfläche 223 des Zahnhauptkörpers 221 gebildet wird. Außerdem ist ein Parameter „B” eine Entfernung (Einheit: Millimeter) von dem Achsenzentrum 321 zu einer Grenze 225 zwischen dem Zahnhauptkörper 221 und dem Zahnkragen 222 auf einer Schlitz-seitigen Endfläche 224 des Zahns 22.
• Ferner ist ein Parameter „λ” ein äquivalenter Wert (Einheit: Grad) der Breite W des in 2 dargestellten Brückenabschnitts 314, der ausgedrückt als ein mechanischer Winkel in Bezug auf das Achsenzentrum 321 berechnet ist.
• Der vorliegende Erfinder fertigte den Prototyp-Synchronmotor 1 durch Auswählen mehrerer Kombinationen von Werten der Parameter „a”, „λ” und „b”. Bei dieser Fertigung wurden die Parameter „A” und auf „B” für die Prototypen gemeinsame Werte gesetzt. Speziell war der Parameter „A” 51,4 und der Parameter „B” war 57,2. Außerdem wurde das Rastmoment von jedem der Prototypen gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messungen.
• [Tabelle 1]
• Tabelle 1: Beziehung der gepaarten Parameter „a” und „λ” zu dem Parameter „b”, in Kombination mit welchem die gepaarten Parameter „a” und „λ” in dem minimal gemessenen Rastmoment-Wert resultieren.

  Prototyp	Parameter „a”	Parameter „λ”	Effektive Polbreite a – 2λ	Parameter „b”	geschätzter Wert bcalc	Fehler b – bcalc
  S1	24,34	1,1	22,14	14,37	13,26	1,11
  S2	26,44	1,1	24,24	14,89	14,52	0,37
  S3	27,49	1,1	25,29	15,41	15,15	0,26
  S4	28,54	1,1	26,34	15,41	15,78	–0,37
  S5	29,58	1,1	27,38	15,93	16,40	–0,48
  S6	29,58	0,6	28,38	16,45	17,00	–0,55
  S7	30,63	1,1	28,43	16,45	17,03	–0,58
  S8	31,66	1,1	29,46	17,48	17,65	–0,17
  S9	32,70	1,1	30,50	18,00	18,27	–0,27
  S10	33,74	1,1	31,54	20,08	18,89	1,18

• Tabelle 1 zeigt die Beziehung der gepaarten Parameter „a” und „λ” zu dem Parameter „b”, in Kombination mit welchem die gepaarten Parameter „a” und „λ” in dem minimal gemessenen Rastmoment-Wert resultieren. In Tabelle 1, ist eine effektive Polbreite ein berechneter Wert von a – 2λ. Diese effektive Polbreite ist ein Wert, der angesichts einer Tatsache erhalten wird, dass von den magnetischen Flüssen J1 bis J3, die von der Stator-seitigen Endfläche 331 von einem Permanentmagnet 33, der jeweils einen Pol bildet, generiert werden, die magnetischen Flüsse J3, die in die zwei Brückenabschnitte 314 nahe der umlaufenden Enden auf beiden Seiten des Permanentmagnets 33 fließen, nicht zu dem Rastmoment, wie in 2 dargestellt, beitragen.
• Hier, in Tabelle 1, ist λ = 1,1 der äquivalente Wert, wo die Breite W des Brückenabschnitts 314 1 mm ist und λ = 0,6 ist der äquivalente Wert, wo die Breite W des Brückenabschnitts 314 0,5 mm ist.
• Tabelle 1 zeigt auch einen geschätzten Wert b_calc des Parameters „b”, welcher unter Verwendung der effektiven Polbreite a – 2λ berechnet wird, um eine Beziehung zwischen dem Parameter „a” und dem Parameter „b” zu finden. Der vorliegende Erfinder erhielt den geschätzten Wert von Parameter „b” unter Verwendung der folgenden Formel:
• [Formel 2]
• b_calc = – 2 / 3(a – 2λ) × A / B (1)
• Hier ist ein numerischer Wert „2/3” in der Formel (1) ein Verhältnis der Anzahl 8 von Polen und der Anzahl 12 von Schlitzen. Tabelle 1 zeigt einen Fehler b – b_calc zwischen dem Wert des Parameters „b” und dem geschätzten Wert b_calc.
• 4 gibt Graphen der Beziehung der effektiven Polbreite a – 2λ mit dem Parameter „b” und dem geschätzten Wert b_calc, die in Tabelle 1 gezeigt sind, an. Bezugszeichen G1 zeigt die Beziehung zwischen der effektiven Polbreite und dem Parameter „b” an, und Bezugszeichen G2 gibt die Beziehung zwischen der effektiven Polbreite und dem geschätzten Wert b_calc an.
• Basierend auf den obigen Ergebnissen, führte der vorliegende Erfinder weitere Analyse durch. Gemäß Tabelle 1 und 4 sind die absoluten Werte der Fehlers der Prototypen S2 bis S9 0,6 oder geringer. Außerdem sind die effektiven Polbreiten a – 2λ der Prototypen S2 bis S9 größer als 23 und kleiner als 31. Hingegen haben die Prototypen S1 und S10 relativ große Fehler, die 1,0 übersteigen. Zusätzlich ist die effektive Polbreite a – 2λ des Prototypen S1 kleiner als 23, während die effektive Polbreite a – 2λ von Prototyp S10 größer als 31 ist.
• Aus Tabelle 1 und 4 schloss der vorliegende Erfinder, dass die Fehler in den Prototypen S2 bis S9, die 0,6 oder geringer sind, von Materialeigenschaften des Stators 2 und des Rotors 3 und einem Fehlerfaktor in Fertigungs- und Herstellungsarbeit des Synchronmotors 1 herrühren.
• Außerdem analysierte der vorliegende Erfinder die Ströme der magnetischen Flüsse in den Prototypen S1, S5 und S10. 5 bis 7 zeigen die Analyseergebnisse. Hier sind die Rastmomente (Einheit: N·m) in den Prototypen S1, S5 und S10 0,07, 0,05 bzw. 0,18.
• 5 zeigt die Analyseergebnisse des Prototyps S1. Pfeillinien Y in der Figur geben Ströme von magnetischen Flüssen an. Gemäß dieser Figur, tritt ein magnetischer Fluss K11 auf, der durch den Permanentmagnet 33-11 zu dem Zahnhauptkörper 221-11 strömt. Außerdem tritt ein magnetischer Fluss K12 auf, der von dem Zahnhauptkörper 221-12 zu dem Permanentmagnet 33-12 strömt. Die magnetischen Flüsse K11 und K12 heben sich gegenseitig auf. Auf der anderen Seite tritt ein magnetischer Fluss K13 in dem Zahnhauptkörper 221-13 und dem umgebenden Spalt 4 auf. Der magnetische Fluss K13 hat sowohl eine Komponente in einer im Wesentlichen radialen Richtung und eine Komponente in einer im Wesentlichen umlaufenden Richtung. Im Ergebnis tritt relativ großes Rastmoment auf.
• 6 zeigt die Analyseergebnisse der magnetischen Flüsse in dem Prototyp S5. Gemäß dieser Figur tritt ein magnetischer Fluss K21 auf, der von dem Zahnhauptkörper 221-21 zu dem Permanentmagnet 33-21 strömt. Außerdem tritt ein magnetischer Fluss K22 auf, der von den Zahnhauptkörper 221-22 zu dem Permanentmagnet 33-21 strömt. Die magnetischen Flüsse K21 und K22 heben sich gegenseitig auf. Zusätzlich tritt ein magnetischer Fluss K23 auf, der von den Permanentmagnet 33-22 zu dem Zahnhauptkörper 221-23 strömt. Der magnetische Fluss K23 hat einen Vektor, in im Wesentlichen radialen Richtung, welche nicht zu dem Rastmoment beiträgt.
• Wie oben bei dem Prototyp S5 beschrieben existieren die zwei magnetischen Flüsse K21 und K22, die getrennt in die beiden Hauptzahnkörper strömen während sie ihre gegenseitigen Rastmomente aufheben, und der magnetische Fluss K23, der den Vektor in der radialen Richtung hat, die nicht zu dem Rastmoment beiträgt, in einer ausgewogenen Weise, so dass das Rastmoment unterdrückt werden kann.
• 7 zeigt das Analyseergebnis der magnetischen Flüsse in den Prototypen S10. Gemäß dieser Figur tritt ein magnetischer Fluss K31 auf, der von dem Zahnhauptkörper 221-31 zu dem Permanentmagnet 33-31 strömt. Der magnetische Fluss K31 hat einen Vektor in einer im Wesentlichen radialen Richtung, welche nicht zu dem Rastmoment beiträgt. Auf der anderen Seite, treten magnetische Flüsse K32 und K33 auf, die von dem Permanentmagnet 33-32 zu den Zahnhauptkörpern 221-32 bzw. 221-33 strömen. Das Gleichgewicht zwischen diesen beiden magnetischen Flüssen ist derart schlecht, dass die magnetischen Flüsse sich nicht gegenseitig aufheben können. Im Ergebnis tritt relativ großes Rastmoment auf.
• Basierend auf Tabelle 1 und 4 bis 7, die oben gezeigt werden, fand der vorliegende Erfinder die folgende Formel, die eine Beziehung zwischen dem Parameter „a” und dem Parameter „b” angibt:
• [Formel 3]
• b = b_calc ± 0.6 = 2 / 3(a – 2λ) × A / B ± 0.6, wobei 23 < a – 2λ < 31 (2)
• Wenn der Parameter „b” derart gesetzt ist, dass er die Formel (2) erfüllt, kann das Rastmoment in dem Synchronmotor 1 reduziert werden. Zusätzlich, da die Parameter „a” und „b” als die mechanischen Winkel definiert sind, kann die Formel (2) auf einem Synchronmotor 1 in beliebiger Größe angewendet werden.
• [Andere Ausführungsformen]
• In der Ausführungsform, die oben beschrieben ist, ist jeder der Pole des Rotators 3 von einem einzelnen Permanentmagnet 33 gebildet. Dies ist jedoch nicht der einzige Weg. Die obige Formel (2) kann in einem Fall verwendet werden, in welchem jeder Pol aus zwei oder mehreren Permanentmagneten gebildet ist.
• Zum Beispiel, wie in 8 dargestellt, kann jeder Pol aus zwei Permanentmagneten 33-51 und 33-52 gebildet werden. Diese zwei Permanentmagnete sind derart eingebettet, dass sie eine V-Form in einer Draufsicht bilden. Man beachte, dass 8 nur einen bestimmten einen Pol in dem Rotor 3 darstellt und die Darstellung der anderen 7 Pole weglässt.
• Zusätzlich, werden unter den umlaufenden Enden der Stator-seitigen Endflächen der Permanentmagnete 33-51 und 33-52, die den bestimmten einen Pol ausmachen, die umlaufenden Enden, die am nächsten an den benachbarten Polen gelegen sind, mit Bezugszeichen 332-51 bzw. 333-52 bezeichnet. Diese umlaufenden Enden 332-51 und 333-52 sind Startor-seitige umlaufende Enden auf beiden Seiten des Pols des Rotors.
• In diesem Fall ist der Parameter „a” ein mechanischer Winkel (Einheit: Grad), der in Bezug auf das Achsenzentrum 321 und die Rotationsachse 32 von den Stator-seitigen umlaufenden Enden 332-51 und 333-52 auf beiden Seiten des Pols des Rotors gebildet wird. Außerdem ist der Parameter „A” eine Entfernung (Einheit: Millimeter) von dem Achsenzentrum 321 zu einem Mittelpunkt 334-51 zwischen den Stator-seitigen umlaufenden Enden 332-51 und 333-52 auf beiden Seiten des Pols des Rotors. Zusätzlich werden Brückenabschnitte (nicht dargestellt) nahe den Stator-seitigen umlaufenden Enden 332-51 und 333-52 auf beiden Seiten des Pols bereitgestellt. Wenn die Parameter „a” und „A” wie oben beschrieben definiert sind, kann die effektive Polbreite a – 2λ für jeden Pol berechnet werden, und damit kann die Formel (2) auch in dem Fall verwendet werden, in welchem jeder Pol von zwei oder mehreren Permanentmagneten gebildet wird.
• Hier, zurückkehrend zu dem Fall, in welchem jeder Pol von einem einzelnen Permanentmagnet wie in 3 dargestellt gebildet wird, kann auch gesagt werden, dass der Parameter „a” ein mechanischer Winkel (Einheit: Grad) ist, der in Bezug auf das Achsenzentrum 321 der Rotationsachse 32 durch die Stator-seitigen umlaufenden Enden 332 und 333 auf beiden Seiten des Pols des Rotors, der aus dem einzelnen Permanentmagnet 33 gebildet ist, gebildet wird.
• Ferner, um Rastmoment weiter zu reduzieren, kann ein Rotorkern verwendet werden, der als Korolla-Form bezeichnet wird, in welchem die Rotoraußenbereiche 312 des Rotorkerns 31 in Richtung des Stators 2, wie in 2 dargestellt, ausgebaucht sind. Zusätzlich kann der Spitzenendbereich des Zahnkragens 222 in einer Form mit einem spitzen Winkel gebildet werden. Außerdem kann ein Permanentmagnet, der schräg magnetisiert ist, verwendet werden.
• Ferner ist die Formel (2) nicht nur auf den Synchronmotor 1 mit internem Permanentmagnet anwendbar, sondern auch auf irgendwelche elektrischen Maschinen mit internem Permanentmagnet, einschließlich einem Synchrongenerator mit internem Permanentmagnet.
• Die vorhergehende Beschreibung ist detailliert für die bestimmten Ausführungsformen der Strukturen der rotierenden elektrischen Maschine mit internem Permanentmagnet bereitgestellt. Jedoch ist vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und der technische Umfang der vorliegenden Erfindung bezieht alle Abwandlungen und Veränderungen ein, die einem Fachmann nahegelegt sind.
• Bezugszeichenliste

1

Synchronmotor

2

Stator

3

Rotor

4

Spalt

21

Statorkern

22

Zahn

23

Schlitz

24

Spule

221

Zahnhauptkörper

222

Zahnkragen

223

Rotor-seitige Endfläche

224

Schlitz-seitige Endfläche

225

Grenze

31

Rotorkern

32

Rotationsachse

33

Permanentmagnet

311

Magneteinrngeloch

312

umlaufender Rotoraußenbereich

313

Rotorzwischenpolbereich

314

Brückenbereich

321

Achsenzentrum

331

Stator-seitige Endfläche

332

ein umlaufendes Ende

333

anderes umlaufende Ende

334

Mittelpunkt

G1, G2

Graph

J1 bis J3

magnetischer Fluss

K11 bis K13

magnetischer Fluss

K21 bis K23

magnetischer Fluss

K31 bis K33

magnetischer Fluss

S1 bis S10

Prototyp

W

Breite des Brückenabschnitts

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 11-299199 [0005]

Claims (1)

1. Rotierende elektrische Maschine mit volumenreduzierter Wicklung und internem Permanentmagnet mit 8 Polen und 12 Schlitzen, umfassend einen Stator in einer annähernd zylindrischen Form; und einen Rotor, der innerhalb des Stators in einer annähernd säulenartigen Form bereitgestellt ist und 8 Pole enthält, wobei der Stator einen Statorkern in einer annähernd zylindrischen Form enthält, und 12 Zähne, die an einer inneren umlaufenden Fläche des Statorkerns bereitgestellt sind und in gleichen Intervallen in einer umlaufenden Richtung angeordnet sind, wobei jeder der Zähne einen Zahnhauptkörper enthält, der derart bereitgestellt ist, dass er von der inneren umlaufenden Fläche des Statorkerns nach Innen in einer radialen Richtung hervorsteht, und einen Zahnkragen, der derart bereitgestellt ist, dass er von einem Spitzenendbereich des Zahnhauptkörpers in der umlaufenden Richtung hervorsteht, wobei ein Schlitz zwischen je zwei benachbarten Zähnen bereitgestellt ist und eine Spule um jeden der Zähne in einer Form von volumenreduzierter Wickelung gewickelt ist, wobei wenn „a” einen mechanischen Winkel (Einheit: Grad) bezeichnet, der in Bezug auf ein Rotationsachsenzentrum des Rotors von Stator-seitigen umlaufenden Enden auf beiden Seiten von jedem der Pole des Rotors gebildet wird, der Pol von einem oder mehreren Permanentmagneten gebildet wird; „A” eine Entfernung (Einheit: Millimeter) von dem Rotationsachsenzentrum des Rotors zu einem Mittelpunkt zwischen den Stator-seitigen umlaufenden Enden auf beiden Seiten von jedem der Pole des Rotors bezeichnet; „λ” einen äquivalenten Wert (Einheit: Grad) einer Breite eines Brückenbereichs ausgedrückt als ein mechanischer Winkel, der in Bezug auf das Rotationsachsenzentrum des Rotors gebildet ist, bezeichnet, wobei der Brückenabschnitt derart bereitgestellt ist, dass er einen Rotoraußenbereich und einen Rotorzwischenpolbereich in dem Rotor verbindet, wobei der Rotoraußenbereich radial-außen von jedem der Permanentmagnete gelegen ist, der Rotorzwischenpolbereich zwischen zwei entsprechenden benachbarten Polen gelegen ist; und „B” eine Entfernung (Einheit: Millimeter) von dem Rotationsachsenzentrum des Rotors zu einer Grenze zwischen dem Zahnhauptkörper und dem Zahnkragen an einer Schlitz-seitigen Endfläche des Zahns bezeichnet, ein mechanischer Winkel (Einheit: Grad) „b”, der in Bezug auf das Rotationsachsenzentrum des Rotors von einer rotorseitigen Endfläche des Zahnhauptkörpers gebildet ist, derart gesetzt ist, dass er b = 2 / 3(a – 2λ) × A / B ± 0.6, wobei 23 < a – 2λ < 31. [Formel 1] erfüllt.

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