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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr. 62/135,909, die am 20. März 2015 eingereicht wurde und die hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten und insbesondere die Konfiguration von Rotornuten in der Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten.
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HINTERGRUND
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Eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten enthält allgemein einen Rotor mit einer Vielzahl von Magneten mit abwechselnder Polarität, die innerhalb des Rotors versenkt sind. Der Rotor ist innerhalb eines Stators drehbar, welcher allgemein eine Vielzahl von Wicklungen enthält. Maschinen mit Permanentmagneten können radiale Kräfte an den Statorzähnen erzeugen, was zu ungewollten Vibrationen und Geräuschen führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten enthält einen Rotor mit einer Mittelachse und mit einer Vielzahl axialer Segmente. Die axialen Segmente enthalten ein erstes axiales Segment und ein zweites axiales Segment, die in einer axialen Richtung benachbart zueinander positioniert sind. Jedes der axial beabstandeten Segmente enthält mindestens einen Pol, der eine jeweilige Winkelkonfiguration definiert, die sich durch jeweilige erste, zweite und dritte Winkel auszeichnet. Das erste axiale Segment definiert einen ersten Satz von Winkelkonfigurationen und das zweite axiale Segment definiert einen zweiten Satz von Winkelkonfigurationen. Der Rotor ist so ausgestaltet, dass er eine axial asymmetrische Konfiguration derart aufweist, dass sich der erste Satz von Winkelkonfigurationen von dem zweiten Satz von Winkelkonfigurationen unterscheidet.
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Der mindestens eine Pol enthält eine Polachse, die sich von der Mittelachse aus in der Mitte durch den mindestens einen Pol hindurch erstreckt, und ein erstes Paar von Nuten, das so ausgestaltet ist, dass es symmetrisch zu der Polachse ist und in einer radial inneren ersten Schicht angeordnet ist. Der erste Winkel ist zwischen der Polachse und einer ersten Mittellinie von einer Nut des ersten Paars von Nuten definiert. Ein zweites Paar von Nuten ist so ausgestaltet, dass es zu der Polachse symmetrisch ist und in einer radial äußeren zweiten Schicht angeordnet ist. Der zweite Winkel ist zwischen der Polachse und einer zweiten Mittellinie von einer Nut des zweiten Paars von Nuten definiert. Ein Paar äußerer Nuten ist so konfiguriert, dass es symmetrisch zu der Polachse ist und nahe bei einer Außenoberfläche des Rotors ausgebildet ist. Der dritte Winkel ist zwischen der Polachse und einer dritten Mittellinie von einer Nut des Paars von äußeren Nuten definiert.
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In einer ersten Ausführungsform enthält das erste axiale Segment einen ersten Pol (A), direkt benachbart zu einem zweiten Pol (B) und das zweite axiale Segment enthält einen dritten Pol (C) direkt benachbart zu einem vierten Pol (D). Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Pole (A, B, C, D) definiert jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Winkelkonfigurationen [(A1, A2, A3), (B1, B2, B3), (C1, C2, C3), (D1, D2, D3)], welche durch jeweilige erste, zweite und dritte Winkel dargestellt sind. Zueinander benachbarte Segmente der Vielzahl von axialen Segmenten können um die axiale Richtung abwechselnd gedreht sein. Die erste Winkelkonfiguration (A1, A2, A3) und die vierte Winkelkonfiguration (D1, D2, D3) sind gleich. Die zweite Winkelkonfiguration (B1, B2, B3) und die dritte Winkelkonfiguration (C1, C2, C3) sind gleich. Das erste axiale Segment weist eine Asymmetrie von Pol zu Pol auf, so dass sich die erste Winkelkonfiguration (A1, A2, A3) von der zweiten Winkelkonfiguration (B1, B2, B3) unterscheidet. Das zweite axiale Segment weist eine Asymmetrie von Pol zu Pol auf, so dass sich die dritte Winkelkonfiguration (C1, C2, C3) von der vierten Winkelkonfiguration (D1, D2, D3) unterscheidet. Es ist die Kombination dieser Merkmale, die eine Verringerung sowohl der Drehmomentwelligkeit als auch der radialen Kraft aufgrund der Poldurchgangsordnung [engl.: pole-pass order radial force] ermöglicht.
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Die erste Winkelkonfiguration (A1, A2, A3) kann sich von der zweiten Winkelkonfiguration (B1, B2, B3) unterscheiden, wenn ein Unterschied zwischen den jeweiligen ersten und/oder zweiten und/oder dritten Winkeln in der ersten Winkelkonfiguration relativ zu der zweiten Winkelkonfiguration bei oder über einem Schwellenwert liegt. Die erste Winkelkonfiguration (A1, A2, A3) kann sich von der zweiten Winkelkonfiguration (B1, B2, B3) unterscheiden, wenn ein jeweiliger Unterschied zwischen mindestens zwei der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Winkel in der ersten Winkelkonfiguration relativ zu der zweiten Winkelkonfiguration bei oder über einem Schwellenwert liegt. Die erste Winkelkonfiguration (A1, A2, A3) kann sich von der zweiten Winkelkonfiguration (B1, B2, B3) unterscheiden, wenn ein jeweiliger Unterschied zwischen sowohl den jeweiligen ersten als auch zweiten als auch dritten Winkeln in der ersten Winkelkonfiguration relativ zu der zweiten Winkelkonfiguration bei oder über einem Schwellenwert liegt.
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In einer zweiten Ausführungsform enthält das erste axiale Segment einen ersten Pol (E) direkt benachbart zu einem zweiten Pol (F), und das zweite axiale Segment enthält einen dritten Pol (G) direkt benachbart zu einem vierten Pol (H). Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Pole (E, F, G, H) definiert jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Winkelkonfigurationen [(E1, E2, E3), (F1, F2, F3), (G1, G2, G3), (H1, H2, H3)], die durch jeweilige erste, zweite und dritte Winkel dargestellt sind. Das erste axiale Segment weist eine Symmetrie von Pol zu Pol derart auf, dass die erste Winkelkonfiguration (E1, E2, E3) und die zweite Winkelkonfiguration (F1, F2, F3) gleich sind. Das zweite axiale Segment weist eine Symmetrie von Pol zu Pol derart auf, dass die dritte Winkelkonfiguration (G1, G2, G3) und die vierte Winkelkonfiguration (H1, H2, H3) gleich sind. Das erste und zweite axiale Rotorsegment definieren verschiedene Sätze von Winkelkonfigurationen derart, dass: sich die erste Winkelkonfiguration (E1, E2, E3) sowohl von der dritten Winkelkonfiguration (G1, G2, G3) als auch von der vierten Winkelkonfiguration (H1, H2, H3) unterscheidet; und dass sich die zweite Winkelkonfiguration (F1, F2, F3) von sowohl der dritten Winkelkonfiguration (G1, G2, G3) als auch der vierten Winkelkonfiguration (H1, H2, H3) unterscheidet. Es ist die Kombination dieser Merkmale, die eine Verringerung sowohl der Drehmomentwelligkeit als auch der radialen Kraft aufgrund der Poldurchgangsordnung ermöglicht.
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Die erste Winkelkonfiguration (E1, E2, E3) kann sich von der dritten Winkelkonfiguration (G1, G2, G3) unterscheiden, wenn ein Unterschied zwischen den jeweiligen ersten und/oder zweiten und/oder dritten Winkeln in der ersten Winkelkonfiguration relativ zu der dritten Winkelkonfiguration bei oder über einem Schwellenwert liegt. Die erste Winkelkonfiguration (E1, E2, E3) kann sich von der dritten Winkelkonfiguration (G1, G2, G3) unterscheiden, wenn ein jeweiliger Unterschied zwischen mindestens zwei der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Winkel in der ersten Winkelkonfiguration relativ zu der dritten Winkelkonfiguration bei oder über einem Schwellenwert liegt. Die erste Winkelkonfiguration (E1, E2, E3) kann sich von der dritten Winkelkonfiguration (G1, G2, G3) unterscheiden, wenn ein jeweiliger Unterschied zwischen jedem der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Winkel in der ersten Winkelkonfiguration relativ zu der dritten Winkelkonfiguration bei oder über einem Schwellenwert liegt.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Offenbarung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische, fragmentarische perspektivische Ansicht einer Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten, die einen Rotor mit einer Vielzahl von axial beabstandeten Segmenten zeigt, welche erste und zweite axiale Segmente enthalten;
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils von 1;
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3 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht des ersten axialen Segments in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform;
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4 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht des zweiten axialen Segments in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform;
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5 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht des ersten axialen Segments in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform; und
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6 ist eine schematische, fragmentarische Querschnittsansicht eines Teils des zweiten axialen Segments in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten in den mehreren Ansichten bezeichnen, ist 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Maschine 10 mit innenliegenden Permanentmagneten, die einen Rotor 12 aufweist, der um eine Mittelachse 14 herum angeordnet ist. Der Rotor 12 ist innerhalb eines allgemein kreisringförmigen Stators (nicht gezeigt) drehbar. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils von 1. Mit Bezug auf 1–2 ist der Rotor 12 mit einer Vielzahl von Nuten 16 ausgebildet, die sich in den Rotor 12 hinein erstrecken und ein dreidimensionales Volumen mit einer beliebigen geeigneten Gestalt definieren. Alle oder ein Teil der Nuten 16 können/kann mit Permanentmagneten 17 gefüllt sein. Die Nuten 16 können in einer radial inneren ersten Schicht 18 und in einer radial äußeren zweiten Schicht 20 angeordnet sein.
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Mit Bezug auf 1 enthält der Rotor 12 eine Vielzahl von Polen 22, die alle jeweilige Polachsen 24 aufweisen, die sich von der Mittelachse 14 aus und auf halbem Weg oder in der Mitte durch die jeweiligen Pole hindurch erstrecken. Der Rotor 12 kann mit einer beliebigen Anzahl von Polen oder Nuten ausgebildet sein. In einem Beispiel ist der Rotor 12 mit 8 Polen und 72 Statornuten ausgebildet. In einem anderen Beispiel ist der Rotor 12 mit 10 Polen ausgebildet.
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Mit Bezug auf 1 enthält der Rotor 12 eine Vielzahl axialer Segmente 26, die um die Mittelachse 14 herum axial oder zueinander axial beabstandet orientiert sind. Die axiale Richtung X verläuft parallel zu der Mittelachse 14. Die axialen Segmente 26 können bei der Endmontage aneinander gestapelt worden sein. Zu Veranschaulichungszwecken ist der Rotor 12 mit ersten, zweiten, dritten und vierten axialen Segmenten 30, 32, 34 und 36 gezeigt; jedoch kann eine beliebige Anzahl von axialen Segmenten verwendet werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind die axialen Segmente 30, 32, 34 und 36 in der Form eines Kreisrings oder eines Rings mit einer Innenoberfläche 38 und einer Außenoberfläche 40 gestaltet. Das zweite axiale Segment 32 ist in axialer Richtung auf einer Seite zu dem ersten axialen Segment 30 und auf der anderen Seite zu dem dritten axialen Segment 34 direkt benachbart. Das dritte axiale Segment 34 ist in der axialen Richtung auf einer Seite zu dem zweiten axialen Segment 32 und auf der andere Seite zu dem vierten axialen Segment 36 direkt benachbart.
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Mit Bezug auf 2 ist ein repräsentativer Pol 42 gezeigt. Jeder Pol 42 enthält ein erstes Paar von Nuten 44, die symmetrisch zu der Polachse 46 sind und in der radial inneren ersten Schicht 18 angeordnet sind. Jede Nut des ersten Paars von Nuten 44 definiert eine jeweilige Mittellinie. Mit Bezug auf 2 ist ein erster Winkel 50 zwischen einer ersten Mittellinie 48, die durch den Mittelpunkt einer Nut des ersten Paars von Nuten 44 hindurch verläuft (eine beliebige der Nuten, da diese zu der Polachse 46 symmetrisch sind) und der Polachse 46 definiert. Jeder Pol 42 enthält ein zweites Paar von Nuten 52, die zu der Polachse 46 symmetrisch sind und in der radial äußeren zweiten Schicht 20 angeordnet sind. Jede Nut des zweiten Paars von Nuten 52 definiert eine jeweilige Mittellinie. Mit Bezug auf 2 ist ein zweiter Winkel 56 zwischen einer zweiten Mittellinie 54 durch den Mittelpunkt einer Nut des zweiten Paars von Nuten 52 (einer beliebigen der Nuten, da diese zu der Polachse 46 symmetrisch sind) und der Polachse 46 definiert.
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Jeder Pol 42 enthält ein Paar von äußere Nuten 58, die nahe bei der Außenoberfläche des Rotors 12 ausgebildet sind. Eine dritte Mittellinie 60, die sich von der Mittelachse 14 aus erstreckt, verläuft durch den Mittelpunkt einer Nut des Paars von äußeren Nuten 58 (einer beliebigen der Nuten, da sie symmetrisch zu der Polachse 46 sind). Ein dritter Winkel 62 ist zwischen der dritten Mittellinie 60 und der Polachse 46 definiert. Der Satz (50, 56, 62) der ersten, zweiten und dritten Winkel 50, 56, 62 beschreibt oder definiert die Nutkonfiguration oder ”Winkelkonfiguration” eines jeden Pols 42.
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Der Rotor 12 ist so ausgestaltet, dass er eine asymmetrische Konfiguration in axialer Richtung aufweist, so dass direkt zueinander benachbarte axiale Segmente, etwa die ersten und zweiten axialen Segmente 30, 32, unterschiedliche Sätze von Winkelkonfigurationen definieren. Die in axialer Richtung asymmetrischen Konfigurationen werden mit Bezug auf zwei Ausführungsformen beschrieben: Eine erste Ausführungsform, die in 3–4 gezeigt ist, und eine zweite Ausführungsform, die in 5–6 gezeigt ist. Das erste axiale Segment 30 (in der zweiten Ausführungsform 130) definiert einen ersten Satz von Winkelkonfigurationen 31 (131) und das zweite axiale Segment 32 (132) definiert einen zweiten Satz von Winkelkonfigurationen 33 (133). Der Rotor 12 ist so ausgestaltet, dass er eine asymmetrische Konfiguration in axialer Richtung aufweist, so dass sich der erste Satz von Winkelkonfigurationen 31 (131) von dem zweiten Satz von Winkelkonfigurationen 33 (133) unterscheidet, wie nachstehend beschrieben wird.
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Die in axialer Richtung asymmetrischen Konfigurationen tragen zur Verringerung von Radialkräften bei, die durch die Maschine 10 erzeugt werden und durch die (nicht gezeigten) Statorzähne übertragen werden, was zu nicht erwünschten Geräuschen in dem (nicht gezeigten) Getriebegehäuse führt. Die Geräuschfrequenzen können durch Poldurchgangsordnungen und Nicht-Poldurchgangsordnungen [engl.: pole and non pole-pass orders] gekennzeichnet sein. Die Poldurchgangsordnungen sind die Anzahl der Pole im Rotor 12 und ihre ganzzahligen Vielfachen. Beispielsweise weist eine Maschine mit 8 Polen Poldurchgangsordnungen von 8, 16, 24, 32, 40 usw. auf. Die Zahnkräfte können beispielsweise unter Verwendung des Stresstensorverfahrens [engl.: Stress Tensor method] von Maxwell berechnet werden. Nachdem die Zahnkräfte berechnet sind, können nach dem Durchführen einer schnellen Fouriertransformation (FFT) unterschiedliche Ordnungen berechnet werden. FFT extrahiert die Größe und die Phasen von jeder der Ordnungen.
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Erste Ausführungsform
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In der ersten Ausführungsform enthält das erste axiale Segment 30 mit Bezug auf 3 einen ersten Pol 66 (A) direkt benachbart zu einem zweiten Pol 68 (B). Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Pole 66, 68, 70, 72 definiert jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Polachsen 67, 69, 71, 73, die sich von der Mittelachse 14 aus und auf halbem Wege oder in der Mitte durch die jeweiligen Pole hindurch erstrecken. Mit Bezug auf 4 enthält das zweite axiale Segment 32 einen dritten Pol 70 (C) direkt benachbart zu einem vierten Pol 72 (D). Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Pole 66, 68, 70, 72 definiert jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Winkelkonfigurationen 74, 76, 78 80 [(A1, A2, A3), (B1, B2, B3), (C1, C2, C3), (D1, D2, D3)], die durch die jeweiligen ersten, zweiten und dritten Winkel 50, 56, 62 repräsentiert werden, welche mit Bezug auf 2 beschrieben sind. Das durch die ersten und zweiten Pole 66 (A), 68 (B) gezeigte Muster kann für den (nicht gezeigten) Rest des ersten axialen Segments 30 wiederholt werden. Das durch die dritten und vierten Pole 70 (C), 72 (D) gezeigte Muster kann für den (nicht gezeigten) Rest des zweiten axialen Segments 32 wiederholt werden. Obwohl in dieser Ausführungsform ein Muster mit zwei Polen gezeigt ist, kann auch ein Muster mit 3 Polen oder mit 4 Polen verwendet werden. Das erste axiale Segment 30 definiert den ersten Satz von Winkelkonfigurationen 31 und das zweite axiale Segment 32 definiert den zweiten Satz von Winkelkonfigurationen 33. Der Rotor 12 ist so ausgestaltet, dass er eine asymmetrische Konfiguration in die axiale Richtung aufweist, so dass sich der erste Satz von Winkelkonfigurationen 31 von dem zweiten Satz von Winkelkonfigurationen 33 unterscheidet, wie nachstehend beschrieben wird. Der erste Satz von Winkelkonfigurationen 31 kann sich von dem zweiten Satz von Winkelkonfigurationen 33 unterscheiden, wenn beliebige der Winkelkonfigurationen in dem ersten Satz von dem zweiten Satz abweichen.
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Beim Zusammenbau des Stapels in der ersten Ausführungsform kann die Vielzahl der axialen Segmente 26 abwechselnd in der axialen Richtung gekippt werden, um die Kräfte in der Nicht-Poldurchgangsordnung, z. B. der 68. Ordnung, aufzuheben. Wenn axial benachbarte Segmente abwechselnd gekippt werden (etwa durch Kippen des zweiten und vierten axialen Segments 32, 36, aber nicht des ersten und dritten axialen Segments 30, 34), werden die Nicht-Poldurchgangsordnungen verringert oder beseitigt, während Poldurchgangsordnungen nicht betroffen sind. Folglich sind die erste Winkelkonfiguration 74 (A1, A2, A3) und die vierte Winkelkonfiguration 80 (D1, D2, D3) gleich, d. h., dass die jeweiligen Winkel gleich sind (A1 = D1, A2 = D2, A3 = D3). Analog sind die zweite Winkelkonfiguration 76 (B1, B2, B3) und die dritte Winkelkonfiguration 78 (C1, C2, C3) gleich. Mit Bezug auf 1 ist der erste Pol A in der axialen Richtung X zu dem dritten Pol C direkt benachbart. Wie in 1 gezeigt, ist der zweite Pol B in der axialen Richtung X zu dem vierten Pol D direkt benachbart.
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Zudem können in der ersten Ausführungsform zueinander benachbarte Pole in jedem der Vielzahl von axialen Segmenten 26 an asymmetrischen Winkeln platziert sein, d. h. die Rotormagnete 17 können zwischen Nord- und Südpolen asymmetrisch platziert sein. Mit Bezug auf 3 weist das erste axiale Segment 30 eine Asymmetrie von Pol zu Pol derart auf, dass sich die erste Winkelkonfiguration 74 (A1, A2, A3) von der zweiten Winkelkonfiguration 76 (B1, B2, B3) unterscheidet. Mit Bezug auf 4 weist das zweite axiale Segment 32 eine Asymmetrie von Pol zu Pol derart auf, dass sich die dritte Winkelkonfiguration 78 (C1, C2, C3) von der vierten Winkelkonfiguration 80 (D1, D2, D3) unterscheidet. Unterschiedliche Winkel der Magnete zwischen Nord- und Südpolen oder eine Asymmetrie von Pol zu Pol dient zum Verringern der Drehmomentwelligkeit und der radialen Kraft aufgrund der Poldurchgangsordnung, speziell diejenige mit einer Drehmomentwelligkeit der 72. Ordnung für eine Geometrie mit einem Rotor 12 mit 8 Polen und 72 Statornuten. Auch die 68. Ordnung der Nicht-Poldurchgangsordnung ist für einen Rotor 12 mit einer Kombination aus 8 Polen und 72 Statornuten.
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Die Winkelkonfigurationen können als ”verschieden” bezeichnet werden, wenn die Differenz (|Ai – Bi|) bei mindestens einem der drei Winkel relativ zu dem gleichen Winkel in einer anderen Winkelkonfiguration (d. h. der Winkel A1 wird mit dem Winkel B1 verglichen, aber der Winkel A1 wird nicht mit dem Winkel B2 verglichen) bei oder über einem Schwellenwert liegt. In einem Beispiel beträgt der Schwellenwert 1% oder mehr. Folglich unterscheidet sich die erste Winkelkonfiguration 74 (A1, A2, A3) von der zweiten Winkelkonfiguration 76 (B1, B2, B3), wenn die Differenz zwischen den Winkeln A3 und B3 etwa 1% oder mehr beträgt. In einem Beispiel ist die erste Winkelkonfiguration 74 (A1, A2, A3) in Grad (52, 50,5, 0,2) und die zweite Winkelkonfiguration 76 (B1, B2, B3) ist in Grad (52, 50,5, 3,75). Der Schwellenwert kann für jede Anwendung anders definiert sein.
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Die Winkelkonfigurationen können als ”verschieden” bezeichnet werden, wenn die Differenz bei mindestens zwei der drei Winkel relativ zu dem gleichen Winkel in einer anderen Winkelkonfiguration bei oder über dem Schwellenwert liegt. Folglich unterscheidet sich die erste Winkelkonfiguration 74 (A1, A2, A3) von der zweiten Winkelkonfiguration 76 (B1, B2, B3), wenn die jeweiligen Differenzen zwischen den Winkeln A1 und B1 und den Winkeln A3 und B3 etwa 1% oder mehr betragen. In einem Beispiel beträgt die erste Winkelkonfiguration 74 (A1, A2, A3) (52, 48,7, 0,2) und die zweite Winkelkonfiguration 76 (B1, B2, B3) ist (55, 48,7, 3,75), jeweils in Grad. Die Winkelkonfigurationen können als ”verschieden” bezeichnet werden, wenn die jeweiligen Differenzen bei jedem der drei Winkel relativ zu dem gleichen Winkel in einer anderen Winkelkonfiguration bei oder über dem Schwellenwert liegen, d. h. wenn die jeweiligen Differenzen zwischen den Winkeln A1 und B1, den Winkeln A2 und B2 und den Winkeln A3 und B3 jeweils etwa 1% oder mehr betragen.
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Die Winkelkonfigurationen können als ”gleich” bezeichnet werden, wenn der Unterschied bei jedem der drei Winkel relativ zu dem gleichen Winkel in einer anderen Winkelkonfiguration (d. h. der Winkel A1 wird mit dem Winkel C1 verglichen, aber der Winkel A1 wird nicht mit dem Winkel C2 verglichen) innerhalb eines Toleranzfaktors liegt. In einem Beispiel beträgt der Toleranzfaktor etwa 0,1% oder weniger.
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Zusammengefasst zeigt in der ersten Ausführungsform die Vielzahl der axialen Segmente 26 eine Asymmetrie von Pol zu Pol und sie werden abwechselnd um die axiale Richtung X gekippt, um radiale Kräfte und Drehmomentwelligkeit zu verringern oder zu beseitigen.
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Zweite Ausführungsform
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Mit Bezug auf 5–6 ist eine zweite Ausführungsform durch eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten veranschaulicht, die einen Rotor 112 mit einer Mittelachse 114 enthält. Ein Teil eines ersten axialen Segments 130 ist in 5 gezeigt und ein Teil eines zweiten axialen Segments 132 ist in 6 gezeigt. Bei sowohl der ersten als auch der zweiten Ausführungsform ist die Winkelkonfiguration, die durch den ersten, zweiten und dritten Winkel (50, 56, 62) gekennzeichnet ist, bei zwei in axialer Richtung direkt benachbarten Rotorsegmenten verschieden. Mit Bezug auf 5–6 definiert das erste axiale Segment 130 einen ersten Satz von Winkelkonfigurationen 131 und das zweite axiale Segment 132 definiert einen zweiten Satz von Winkelkonfigurationen 133. Der Rotor 112 ist so ausgestaltet, dass er eine in axialer Richtung asymmetrische Konfiguration aufweist, so dass sich der erste Satz von Winkelkonfigurationen 131 von dem zweiten Satz von Winkelkonfigurationen 133 unterscheidet. In der zweiten Ausführungsform jedoch besteht eine Symmetrie von Pol zu Pol in individuellen axialen Segmenten 26, wie nachstehend im Detail beschrieben wird.
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Mit Bezug auf 5 enthält das erste axiale Segment 130 einen ersten Pol 166 (E), der einem zweiten Pol 168 (F) direkt benachbart ist. Mit Bezug auf 6 enthält das zweite axiale Segment 132 einen dritten Pol 170 (G) direkt benachbart zu einem vierten Pol 172 (H). Jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Pole 166, 168, 170, 172 definiert jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Polachsen 167, 169, 171, 173, die sich von der Mittelachse 14 aus und auf halbem Weg durch oder mitten durch die jeweiligen Pole hindurch erstrecken. Jeder der vier Pole 166, 168, 170, 172 (E–H) definiert jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Winkelkonfigurationen 174, 176, 178, 180 [(E1, E2, E3), (F1, F2, F3), (G1, G2, G3), (H1, H2, H3)], die durch die jeweiligen ersten, zweiten und dritten Winkel 50, 56, 62 dargestellt sind, die mit Bezug auf 2 beschrieben sind. Das durch die ersten und zweiten Pole 166, 168 (E, F) repräsentierte Muster kann für den (nicht gezeigten) Rest des ersten axialen Segments 130 wiederholt werden. Das durch die dritten und vierten Pole 170, 172 (G, H) repräsentierte Muster kann für den (nicht gezeigten) Rest des zweiten axialen Segments 132 wiederholt werden.
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Mit Bezug auf 5 zeigt das erste axiale Segment 130 eine Symmetrie von Pol zu Pol, so dass die erste Winkelkonfiguration 174 (E1, E2, E3) und die zweite Winkelkonfiguration 176 (F1, F2, F3) in etwa gleich sind. Mit Bezug auf 6 zeigt das zweite axiale Segment 132 eine Symmetrie von Pol zu Pol, so dass die dritte Winkelkonfiguration 178 (G1, G2, G3) und die vierte Winkelkonfiguration 180 (H1, H2, H3) gleich sind. Folglich können die jeweiligen Nutgrößen und -gestalten innerhalb einzelner axialer Segmente 26 gleich sein.
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Mit Bezug auf 5–6 unterscheidet sich die erste Winkelkonfiguration 174 (E1, E2, E3) von der dritten Winkelkonfiguration 178 (G1, G2, G3) und von der vierten Winkelkonfiguration 180 (H1, H2, H3). Die zweite Winkelkonfiguration 176 (F1, F2, F3) unterscheidet sich von sowohl der dritten Winkelkonfiguration 178 (G1, G2, G3) als auch von der vierten Winkelkonfiguration 180 (H1, H2, H2).
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Zusammengefasst werden Nicht-Poldurchgangsordnungen erzeugt, wenn sich die Nordpol-Winkelplatzierung von der Südpol-Winkelplatzierung unterscheidet. In der ersten Ausführungsform werden Nicht-Poldurchgangsordnungen ausgelöscht, indem die Rotorkernsegmente in axialer Richtung gekippt werden. Aufgrund einer unterschiedlichen Winkelplatzierung zwischen Nordpol und Südpol werden Drehmomentwelligkeit und radiale Kräfte aufgrund der Poldurchgangsordnung verringert. In der zweiten Ausführungsform wird die Nicht-Poldurchgangsordnung nicht erzeugt, da alle axialen Segmente 26 die gleiche Winkelplatzierung der Nord- und Südpole aufweisen. Aber durch Verändern der Winkel zwischen verschiedenen axialen Segmenten 26 werden die Drehmomentwelligkeit und die radiale Kraft aufgrund der Poldurchgangsordnung verringert. Es ist die Kombination dieser Merkmale, die eine Reduktion von sowohl der Drehmomentwelligkeit als auch der radialen Kraft aufgrund der Poldurchgangsordnung ermöglicht. Die erste und zweite Ausführungsform verringern jeweils sowohl die Drehmomentwelligkeit als auch die radiale Kraft aufgrund der Poldurchgangsordnung.
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Die mit Bezug auf 2 beschriebenen ersten, zweiten und dritten Winkel 50, 56, 62 können optimiert werden, um das gewünschte Niveau des Ausgleichs für die jeweiligen Rotoren 12 und 112 (in 5–6 gezeigt) zu erhalten. Diese Optimierung kann auf empirische Weise oder durch herkömmliche Computermodellierungsverfahren, die in der Technik bekannt sind, durchgeführt werden. In einem Beispiel liegt der erste Winkel 50 in einem Bereich von 51,5 bis 57 Grad, der zweite Winkel 56 liegt in einem Bereich von etwa 48 bis 53 Grad und der dritte Winkel 62 liegt in einem Bereich von etwa 0 bis 4,25 Grad.
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Obwohl die besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Offenbarung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen. Außerdem dürfen die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen oder die Eigenschaften von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Es ist stattdessen möglich, dass jede der Eigenschaften, die in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschrieben sind, mit einer oder einer Vielzahl anderer gewünschter Eigenschaften von anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, was zu weiteren Ausführungsformen führt, die nicht mit Worten oder durch Bezug auf die Zeichnungen beschrieben sind. Folglich fallen diese anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche.
