DE102017106052A1

DE102017106052A1 - Elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp

Info

Publication number: DE102017106052A1
Application number: DE102017106052.9A
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Suzuki; Yoshiyuki Nakane
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2017-10-05
Also published as: JP2017184571A; US20170288482A1

Abstract

Eine elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp umfasst einen Stator, einen Rotorkern mit ersten und zweiten Magneteinführlöchern sowie Dauermagneten. Eine Trennwand ist zwischen einem ersten Ende jedes der ersten Magneteinführlöcher und einem zweiten Ende des zugehörigen der zweiten Magneteinführlöcher definiert. In einem Abschnitt radial auswärts der ersten und zweiten Enden ist ein sich wölbender Abschnitt zwischen einer sich entlang des Dauermagneten in dem Magneteinführloch erstreckenden Fläche und einer Fläche der Trennwand angeordnet. Der sich wölbende Abschnitt hat eine erste gekrümmte Fläche, die durchgängig mit der Fläche der Trennwand ist, und eine zweite gekrümmte Fläche, die durchgängig mit der Fläche ist, welche sich entlang des Dauermagneten in dem ersten Magneteinführloch oder dem zweiten Magneteinführloch erstreckt. Die Krümmung der ersten gekrümmten Fläche ist geringer als die Krümmung der zweiten gekrümmten Fläche.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp und insbesondere eine elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp, in welcher mehrere Dauermagneten in einen Rotorkern eingebettet sind.
In einer elektrischen Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp (einem Innendauermagnetmotor/Interior Permanent Magnet Motor (IPM-Motor)), sind Dauermagneten in einen Rotorkern (einen Eisenkern) eingebettet. Jeder der Dauermagneten ist derart magnetisiert, dass die Magnetisierungsrichtung der Dickenrichtung entspricht. Der Rotorkern weist mehrere Paare von Einbettungslöchern auf. Zwei Dauermagneten sind in jedes Paar der Einbettungslöcher im Wesentlichen in einer sich nach außen in eine radiale Richtung eines Rotors spreizenden V-Form eingebettet. Eine Trennwand (eine Stütze) ist zwischen jeweils zwei aneinander angrenzenden Einbettungsabschnitten angeordnet. Durch die Zentrifugalkraft wirkt eine große Spannung auf das Ende jeder der Trennwände auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns.
Herkömmlich ist ein Motor bekannt, der eine Ausführung zur Begrenzung der Belastung aufweist, die jeweils auf das Ende der Trennwand auf der radial äußeren Seite wirkt. Wie in 4 dargestellt, ist eine Trennwand 57 zwischen zwei Magneteinbauabschnitten 51 angeordnet, die in einem Rotorkern 50 vorgesehen sind. In den Magneteinbauabschnitten 51 ragen an die Trennwand 57 angrenzende Enden 51a zueinander im Wesentlichen in gebogenen Formen hervor. Dauermagneten 52 sind jeweils in den entsprechenden der Magneteinbauabschnitte 51 eingesetzt. Formkunststoff 53, mit dem die Magneteinbauabschnitte 51 gefüllt sind, fixiert die Dauermagneten 52 an dem Rotorkern 50.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2015-149791 offenbart eine weitere herkömmliche Technik. In der in dieser Schrift beschriebenen herkömmlichen Technik ist eine Trennwand 57 zwischen zwei Magneteinbauabschnitten 51 angeordnet, wie in 5 dargestellt. Das Ende jedes Magneteinbauabschnittes 51 angrenzend an die Trennwand 57 weist eine gebogene Oberfläche 56 und eine Endfläche 54 auf, die sich parallel zu der d-Achse erstreckt. Jede der gebogenen Flächen 56 verbindet eine Fläche 55, welche sich entlang eines Dauermagneten 52 in einem der Magneteinbauabschnitte 51 erstreckt, mit der Endfläche 54. Die Dauermagneten 52 sind in die Magneteinbauabschnitte 51 eingeführt. Formkunststoff 53, mit dem die Magneteinbauabschnitte 51 gefüllt sind, fixiert die Dauermagneten 52 an dem Rotorkern 50.
Im Allgemeinen würde eine Verlängerung jedes Dauermagneten 52 das Drehmoment erhöhen, ohne die Größe (den Außendurchmesser) des Rotorkerns 50 zu verändern oder die Größe des Körpers des Rotorkerns 50 zu verringern, während die Stärke des Drehmoments, das ausgegeben werden kann, aufrechtzuerhalten.
Wie beschrieben, haben in der herkömmlichen Technik nach 4 die beiden Enden 51a angrenzend an die Trennwand 57 im Wesentlichen gebogene Formen, die in Richtung zueinander hervorstehen. In diesem Fall muss zur Vergrößerung der Länge jedes Dauermagneten 52 die Dicke der Trennwand 57 verringert werden, die sich zwischen den zwei Magneteinbauabschnitten 51 befindet. Die erforderliche Festigkeit der Trennwand 57 kann somit nicht problemlos gewährleistet werden.
In der in 5 offenbarten herkömmlichen Technik wird die Krümmung jeder gebogenen Fläche 56 vorzugsweise verringert, um die Belastung abzuschwächen, die auf das Ende der zwischen den zwei Magneteinbauabschnitten 51 befindlichen Trennwand 57 auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 50 wirkt. Eine Reduzierung der Krümmung der gebogenen Fläche 56 verringert die Breite und die Länge jedes Magneteinbauabschnittes 51 in der Nähe der gebogenen Fläche 56 des Magneteinbauabschnittes 51. Die Dauermagneten 52 können somit nicht verlängert werden.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Belastung abzuschwächen, die auf das radial äußere Ende einer Trennwand wirkt, welche zwischen Dauermagnetaufnahmeabschnitten liegt, und das Drehmoment zu verbessern, ohne den Körper des Rotorkerns zu vergrößern, in welchen mehrere Paare von Dauermagneten eingebettet sind.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp bereitgestellt, die einen Stator, einen Rotorkern mit mehreren Magneteinführlöchern sowie mehrere, in die Magneteinführlöcher eingeführte und an dem Rotorkern fixierte Dauermagneten aufweist. Die Dauermagneten umfassen mehrere Nordpolmagneten, die jeweils einen Nordpol auf einer dem Stator gegenüberliegenden/zugewandten Seite aufweisen, und mehrere Südpolmagneten, die jeweils einen Südpol an einer dem Stator gegenüberliegenden/zugewandten Seite aufweisen. Je zwei aneinander angrenzende Südpolmagneten bilden ein erstes Paar. Je zwei aneinander angrenzende Nordpolmagneten bilden ein zweites Paar. Das erste und das zweite Paar sind so an dem Rotorkern fixiert, dass sie abwechselnd in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns angeordnet sind. Die Magneteinführlöcher umfassen Südpolmagneteinführlöcher, welche die beiden, das erste Paar bildenden Südpolmagneten aufnehmen, und Nordpolmagneteinführlöcher, welche die beiden, das zweite Paar bildenden Nordpolmagneten aufnehmen. Die Südpolmagneteinführlöcher umfassen ein erstes Magneteinführloch, das einen der zwei Südpolmagneten aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch, das den anderen der zwei Südpolmagneten aufnimmt. Die Nordpolmagneteinführlöcher umfassen ein erstes Magneteinführloch, das einen der zwei Nordpolmagneten aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch, das den anderen der zwei Nordpolmagneten aufnimmt. In dem ersten und dem zweiten Magneteinführloch der Südpolmagneteinführlöcher hat das erste Magneteinführloch ein erstes, dem zweiten Magneteinführloch entgegengesetztes Ende, und das zweite Magneteinführloch hat ein zweites, dem ersten Magneteinführloch entgegengesetztes Ende. In dem ersten und dem zweiten Magneteinführloch der Nordpolmagneteinführlöcher hat das erste Magneteinführloch ein erstes, dem zweiten Magneteinführloch entgegengesetztes Ende, und das zweite Magneteinführloch hat ein zweites, dem ersten Magneteinführloch entgegengesetztes Ende. Das erste Magneteinführloch und das zweite Magneteinführloch der Südpolmagneteinführlöcher sind identisch mit dem ersten Magneteinführloch bzw. dem zweiten Magneteinführloch der Nordpolmagneteinführlöcher ausgebildet. Jedes erste Magneteinführloch und das entsprechende zweite Magneteinführloch sind derart voneinander beabstandet, dass eine Trennwand zwischen dem ersten Ende des ersten Magneteinführloches und dem zweiten Ende des zweiten Magneteinführloches definiert ist. In einem Abschnitt des jeweils ersten und zweiten Endes an einer Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns ist ein sich wölbender Abschnitt zwischen einer Oberfläche der Trennwand und einer Oberfläche angeordnet, die sich entlang des Dauermagneten in dem ersten Magneteinführloch oder dem zweiten Magneteinführloch erstreckt. Der sich wölbende Abschnitt weist eine erste mit der Oberfläche der Trennwand durchgängige gekrümmte Fläche und eine zweite gekrümmte Fläche auf, die durchgängig mit der sich entlang des Dauermagneten in dem ersten Magneteinführloch oder dem zweiten Magneteinführloch erstreckenden Oberfläche ist. Die Krümmung der ersten gekrümmten Fläche ist geringer als die Krümmung der zweiten gekrümmten Fläche.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft die Grundlagen der Erfindung veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verständlich.
Diese zeigen in:
1A eine Querschnittsansicht, die schematisch eine elektrische Rotationsmaschine zeigt;
1B eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Rotors zeigt;
2A eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil des Rotors zeigt;
2B eine vergrößerte Ansicht, die den von dem lang und kurz gestrichelten Kreis eingekreisten Teil in 2A darstellt;
2C eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines sich wölbenden Abschnittes entsprechend einem Südpolmagnet in Übereinstimmung mit 2B zeigt;
3 eine Draufsicht, die einen Teil eines Rotors einer weiteren Ausführungsform zeigt;
4 eine Draufsicht, die einen Teil eines Rotors einer herkömmlichen Technik zeigt; und
5 eine Draufsicht, die einen Teil eines Rotors einer weiteren herkömmlichen Technik zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf die 1A, 1B, 2A, 2B und 2C beschrieben. In den 1A, 1B und 2A ist die Schraffierung in bestimmten Abschnitten weggelassen.
Wie in 1A dargestellt, ist in einer elektrischen Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp 10 ein Stator 12 an einer inneren Umfangsfläche eines Gehäuses 11 befestigt. Der Stator 12 ist zylinderförmig. Der Stator 12 weist Zähne 13 auf, die durch regelmäßige Zwischenräume auf der Innenseite des Stators 12 beabstandet sind. Spulen 14 sind um die Zähne 13 herumgewickelt.
Ein Rotor 15 befindet sich auf der Innenseite des Stators 12. Der Rotor 15 hat einen Rotorkern 16. Der Rotorkern 16 ist durch Aufeinanderstapeln einer Vielzahl, beispielsweise mehrerer Dutzend von scheibenförmigen elektromagnetischen Stahlplatten gebildet. Eine Drehwelle 17 ist durch den Mittelpunkt des Rotorkerns 16 geführt. Die Drehwelle 17 ist drehbar durch das Gehäuse 11 mit einem nicht dargestellten Lager gelagert.
Wie in den 1A und 1B veranschaulicht, weist der Rotorkern 16 Magneteinführlöcher auf. Dauermagneten werden durch die Magneteinführlöcher hindurch eingeführt und an dem Rotorkern 16 befestigt. Jeder der Dauermagneten weist eine Rechteckform auf. Die Dauermagneten umfassen Nordpolmagneten 21, wovon jeder einen Nordpol auf der dem Stator 12 entgegengesetzten Seite hat, und Südpolmagneten 20, wovon jeder einen Südpol auf der dem Stator 12 entgegengesetzten Seite hat. Je zwei aneinander angrenzende Südpolmagneten 20 bilden ein erstes Paar. Je zwei aneinander angrenzende Nordpolmagneten 21 bilden ein zweites Paar. Die ersten Paare der Südpolmagneten 20 und die zweiten Paare der Nordpolmagneten 21 sind an dem Rotorkern 16 derart befestigt, dass sie abwechselnd in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 16 angeordnet sind.
Insbesondere sind mehrere (in dieser Ausführungsform sechs) gedachte Bereiche, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung unterteilt sind, an dem Rotorkern 16 festgelegt. Paare von Südpolmagneteinführlöchern 18 und Paare von Nordpolmagneteinführlöchern 19 sind abwechselnd in den gedachten Bereichen angeordnet. Zwei der Südpolmagneten 20, welche eines der ersten Paare bilden, werden durch die entsprechenden zwei der Südpolmagneteinführlöcher 18 eingeführt. Zwei der Nordpolmagneten 21, die eines der zweiten Paare bilden, werden durch zwei der Nordpolmagneteinführlöcher 19 eingeführt. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform die elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp 10 eine sechspolige elektrische Rotationsmaschine darstellt.
Je zwei zusammengehörige Südpolmagneteinführlöcher 18 weisen ein erstes Magneteinführloch 18a, das einen der zwei entsprechenden Südpolmagneten 20 aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch 18b auf, das den anderen der Südpolmagneten 20 aufnimmt. Je zwei zusammengehörige Nordpolmagneteinführlöcher 19 weisen ein erstes Magneteinführloch 19a, das einen der zwei entsprechenden Nordpolmagneten 21 aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch 19b auf, das den anderen der Nordpolmagneten 21 aufnimmt.
Die ersten Magneteinführlöcher 18a und die zweiten Magneteinführlöcher 18b in jedem Paar der Südpolmagneteinführlöcher 18 sind jeweils identisch mit dem ersten Magneteinführloch 19a und dem zweiten Magneteinführloch 19b in jedem Paar der Nordpolmagneteinführlöcher 19 ausgebildet.
Jedes erste Magneteinführloch 18a (19a) und jedes zweite Magneteinführloch 18b (19b) weist sowohl eine erste Fläche 23a als auch eine zweite Fläche 23b auf, die Flächen darstellen, welche sich entlang der langen Seiten des entsprechenden Südpolmagneten 20 oder des entsprechenden Nordpolmagneten 21 erstrecken. Die erste Fläche 23a ist nach außen bezüglich der zweiten Fläche 23b in der radialen Richtung des Rotorkerns 16 angeordnet.
Jedes der ersten Magneteinführlöcher 18a (19a) und das zugehörige der zweiten Magneteinführlöcher 18b (19b) ist so angeordnet, dass sie eine sich auswärts in radialer Richtung des Rotorkerns 16 spreizende V-Form bilden. Jeweils zwei zusammengehörige Südpolmagneten 20, die ein erstes Paar bilden, und jeweils zwei zusammengehörige Nordpolmagneten 21, die ein zweites Paar bilden, sind beide in einer sich auswärts in radialer Richtung des Rotorkerns 16 spreizenden V-Form angeordnet. Jeder Südpolmagnet 20 ist mit Formkunststoff 24 in einem durch das entsprechende Südpolmagneteinführloch 18 hindurch eingeführten Zustand versiegelt. Jeder Nordpolmagnet 21 ist mit Formkunststoff 24 in einem durch das entsprechende Nordpolmagneteinführloch 19 hindurch eingeführten Zustand fest versiegelt. Lediglich in den 2B und 2C ist der Formkunststoff 24 schraffiert dargestellt.
Von den gegenüberliegenden Enden jedes Südpolmagneteinführloches 18 in der Längsrichtung des entsprechenden Südpolmagnetes 20 ist das Ende auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 offen. Das Ende des Südpolmagneteinführloches 18 auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 ist das Ende auf der dem Ende des ersten Magneteinführloches 18a gegenüberliegenden Seite entgegengesetzt zu dem zweiten Magneteinführloch 18b oder das Ende auf der dem Ende des zweiten Magneteinführloches 18b gegenüberliegenden Seite entgegengesetzt zu dem ersten Magneteinführloch 18a. Anschlagsabschnitte 22 (mit dem Bezugszeichen in 1B dargestellt) sind in Öffnungsabschnitten vorgesehen, um eine Bewegung der Südpolmagneten 20 von den Südpolmagneteinführlöchern 18 in Richtung der Öffnungsenden zu begrenzen.
Von den gegenüberliegenden Enden jedes Nordpolmagneteinführloches 19 in der Längsrichtung des entsprechenden Nordpolmagneten 21 ist das Ende auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 offen. Das Ende des Nordpolmagneteinführloches 19 auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 ist das Ende auf der dem Ende des ersten Magneteinführloches 19a gegenüberliegenden Seite auf der Seite entsprechend dem zweiten Magneteinführloch 19b oder das Ende auf der dem Ende des zweiten Magneteinführloches 19b gegenüberliegenden Seite auf der Seite entsprechend dem ersten Magneteinführloch 19a. Anschlagsabschnitte 22 (mit dem Bezugszeichen in 1B dargestellt) sind in Öffnungsabschnitten vorgesehen, um eine Bewegung der Nordpolmagneten 21 von den Nordpolmagneteinführlöchern 19 in Richtung der Öffnungsenden zu begrenzen.
Bezug nehmend auf 1B sind jedes der ersten Magneteinführlöcher 18a (19a) und das zugehörige der zweiten Magneteinführlöcher 18b (19b) derart voneinander beabstandet, dass eine Trennwand 26 zwischen einem ersten Ende 18ae (19ae) des ersten Magneteinführloches 18a (19a) und einem zweiten Ende 18be (19be) des zweiten Magneteinführloches 18b (19b) definiert ist. Mit anderen Worten ist die Trennwand 26 zwischen dem Ende des ersten Magneteinführloches 18a (19a) auf der Innenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 der gegenüberliegenden Enden des ersten Magneteinführloches 18a (19a) in der Längsrichtung des Dauermagneten (des Südpolmagneten 20 oder des Nordpolmagneten 21) und dem Ende des zweiten Magneteinführloches 18b (19b) auf der Innenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 der gegenüberliegenden Enden des zweiten Magneteinführloches 18b (19b) in der Längsrichtung des Dauermagneten (des Südpolmagneten 20 oder des Nordpolmagneten 21) vorgesehen.
Jede Trennwand 26 ist durch Flächen 26a definiert, die jeweils so ausgeführt sind, dass sie sich in radialer Richtung der Drehwelle 17 erstrecken oder geradlinig verlaufen.
Wie in 1B veranschaulicht, hat jedes der ersten und zweiten Enden 18ae, 18be in einem Abschnitt auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 einen ersten, sich wölbenden Abschnitt 27a, der zwischen der ersten Fläche 23a und der Fläche 26a der entsprechenden Trennwand 26 angeordnet ist. Der erste, sich wölbende Abschnitt 27a wölbt sich nach außen in radialer Richtung des Rotorkerns 16 von der ersten Fläche 23a und der Fläche 26a der Trennwand 26 aus.
Bezugnehmend auf die 1B und 2B hat jedes der ersten und zweiten Enden 19ae, 19be in einem Abschnitt auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 einen ersten, sich wölbenden Abschnitt 27a, der zwischen der entsprechenden ersten Fläche 23a und der Fläche 26a der entsprechenden Trennwand 26 angeordnet ist. Der erste, sich wölbende Abschnitt 27a wölbt sich nach außen in radialer Richtung des Rotorkerns 16 von der ersten Fläche 23a und der Fläche 26a der Trennwand 26 aus.
Wie in 2B veranschaulicht, weist der erste, sich wölbende Abschnitt 27a jedes Nordpolmagneteinführloches 19 eine erste gekrümmte Fläche 29a, die mit der Fläche 26a der entsprechenden Trennwand 26 durchgängig ist, und eine zweite gekrümmte Fläche 29b auf, die mit der ersten Fläche 23a durchgängig ist. Die Krümmung der ersten gekrümmten Fläche 29a ist geringer als die Krümmung der zweiten gekrümmten Fläche 29b. Die zweite gekrümmte Fläche 29b erstreckt sich nach außen in radialer Richtung des Rotorkerns 16 von der ersten Fläche 23a aus, bevor sie so gekrümmt ist, dass sie mit der ersten gekrümmten Fläche 29a durchgängig ist. Da der erste, sich wölbende Abschnitt 27a jedes Südpolmagneteinführloches 18 identisch mit dem ersten, sich wölbenden Abschnitt 27a jedes Nordpolmagneteinführloches 19 ist, wird hier die Beschreibung des ersten, sich wölbenden Abschnittes 27a des Südpolmagneteinführloches 18 weggelassen.
Jedes der ersten und zweiten Enden 18ae, 18be weist in einem Abschnitt auf der Innenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 einen zweiten, sich wölbenden Abschnitt 27b auf, der zwischen der zweiten Fläche 23b und der Fläche 26a der entsprechenden Trennwand 26 angeordnet ist. Das heißt, dass sich in jedem des ersten und zweiten Endes 18ae, 18be der zweite, sich wölbende Abschnitt 27b auf der Seite gegenüber dem zugehörigen ersten, sich wölbenden Abschnitt 27a befindet. Jeder der zweiten, sich wölbenden Abschnitte 27b wölbt sich nach innen in radialer Richtung des Rotorkerns 16. Der zweite, sich wölbende Abschnitt 27b, der identisch mit den vorgenannten zweiten, sich wölbenden Abschnitten 27b ausgeführt ist, ist auch in einem Abschnitt jedes der ersten und zweiten Enden 19ae, 19be auf der Innenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 angeordnet. Das heißt, dass sich in jedem der ersten und zweiten Enden 19ae, 19be der zweite, sich wölbende Abschnitt 27b auf der Seite gegenüber dem entsprechenden ersten, sich wölbenden Abschnitt 27a befindet.
Insbesondere müssen sich der Abschnitt jedes der ersten und zweiten Enden 18ae, 18be auf der Innenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 und der Abschnitt jedes der ersten und zweiten Enden 19ae, 19be auf der Innenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 nicht unbedingt wölben.
Nachstehend wird der Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp 10, die wie vorstehend erläutert aufgebaut ist, erläutert.
Wenn die elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp 10 in einem belasteten Zustand angetrieben wird, wird jeder Spule 14 des Stators 12 elektrischer Strom zugeführt, um ein umlaufendes Magnetfeld in dem Stator 12 zu erzeugen, und das umlaufende Magnetfeld beaufschlagt den Rotor 15. Folglich bewirkt die magnetische Anziehungskraft und die Abstoßungskraft zwischen dem umlaufenden Magnetfeld und den Südpolmagneten 20 und den Nordpolmagneten 21, dass sich der Rotor 15 synchron mit dem umlaufenden Magnetfeld dreht.
Wenn sich der Rotor 15 dreht, bewirkt die Zentrifugalkraft eine Konzentration der Belastung an dem Ende jeder Trennwand 26 auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16. Wie in dem Stand der Technik beschrieben, nimmt die Breite des Dauermagneten in dem Magneteinführloch ab, wenn ohne Bereitstellung der ersten, sich wölbenden Abschnitte 27a die Krümmung einer Fläche jedes Magneteinführloches angrenzend an die entsprechende Trennwand zur Abschwächung der Belastung verringert wird. Damit wird eine Vergrößerung des Dauermagneten verhindert.
Dagegen sind in der vorliegenden Ausführungsform die ersten, sich wölbenden Abschnitte 27a jeweils zwischen der zugehörigen ersten Fläche 23a und der Fläche 26a der entsprechenden Trennwand 26 angeordnet. Jeder der ersten, sich wölbenden Abschnitte 27a weist eine erste gekrümmte Fläche 29a, die mit der Fläche 26a der entsprechenden Trennwand 26 durchgängig ist, und eine zweite gekrümmte Fläche 29b auf, die mit der ersten Fläche 23a durchgängig ist, welche sich entlang des Südpolmagneten 20 (des Nordpolmagneten 21) in dem entsprechenden ersten Magneteinführloch 18a (19a) erstreckt. Die Krümmung der ersten gekrümmten Fläche 29a ist geringer als die Krümmung der zweiten gekrümmten Fläche 29b.
Somit ist, auch wenn die Krümmung jeder ersten gekrümmten Fläche 29a zur Abschwächung der Belastung verringert ist, die das Ende der entsprechenden Trennwand 26 in radialer Richtung des Rotorkerns 16 beaufschlagt, die Länge der jeweiligen Südpolmagneten 20 und Nordpolmagneten 21 vergrößert. Außerdem ist die Größe des Spaltes reduziert, da die Krümmung jeder ersten gekrümmten Fläche 29a geringer ist als die Krümmung jeder zweiten gekrümmten Fläche 29b. Folglich wird ohne Vergrößerung des Körpers des Rotorkerns 16 die Belastung abgeschwächt, welche das Ende jeder Trennwand 26 auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 beaufschlagt, und das Drehmoment wird erhöht.
Weiterhin ist die Fläche 26a jeder Trennwand 26 geradlinig und erstreckt sich in radialer Richtung der Drehwelle 17. In der Folge ist im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Oberfläche 26a der Trennwand 26 eine bogenförmige Fläche ohne die ersten, sich wölbenden Abschnitte 27a ist, die Länge jedes der Südpolmagneten 20 und der Nordpolmagneten 21 vergrößert, um das Drehmoment der elektrischen Rotationsmaschine weiter zu erhöhen.
Die vorliegende Ausführungsform erzielt die folgenden Vorteile.

(1) Die elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp 10 weist einen Stator 12, einen Rotorkern 16 mit mehreren Magneteinführlöchern sowie mehrere Dauermagneten auf, welche durch die Magneteinführlöcher eingeführt und an dem Rotorkern 16 befestigt werden. Die Magneteinführlöcher weisen Südpolmagneteinführlöcher 18 und Nordpolmagneteinführlöcher 19 auf. Die Dauermagneten weisen mehrere Südpolmagneten 20 und mehrere Nordpolmagneten 21 auf.

Die Dauermagneten umfassen mehrere Nordpolmagneten 21, wovon jeder einen Nordpol auf der dem Stator 12 entgegengesetzten Seite hat, und mehrere Südpolmagneten 20, wovon jeder einen Südpol auf der dem Stator 12 entgegengesetzten Seite hat. Jeweils zwei aneinander angrenzende Südpolmagneten 20 bilden ein erstes Paar. Jeweils zwei aneinander angrenzende Nordpolmagneten 21 bilden ein zweites Paar. Die ersten Paare der Südpolmagneten 20 und die zweiten Paare der Nordpolmagneten 21 sind an dem Rotorkern 16 derart befestigt, dass sie abwechselnd in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 16 angeordnet sind.
Die Magneteinführlöcher umfassen Südpolmagneteinführlöcher 18 und Nordpolmagneteinführlöcher 19. Jeweils zwei zusammengehörige der Südpolmagneteinführlöcher 18 nehmen die zwei der Südpolmagneten 20 auf, die ein entsprechendes erstes Paar bilden. Jeweils zwei zusammengehörige der Nordpolmagneteinführlöcher 19 nehmen zwei der Nordpolmagneten 21 auf, die ein zweites Paar bilden. Jeweils zwei zusammengehörige der Südpolmagneteinführlöcher 18 weisen ein erstes Magneteinführloch 18a, das einen der zwei entsprechenden Südpolmagneten 20 aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch 18b auf, das den anderen der Südpolmagneten 20 aufnimmt. Jeweils zwei zusammengehörige der Nordpolmagneteinführlöcher 19 weisen ein erstes Magneteinführloch 19a, das einen der zwei entsprechenden Nordpolmagneten 21 aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch 19b auf, das den anderen der Nordpolmagneten 21 aufnimmt.
Jedes erste Magneteinführloch 18a (19a) hat ein erstes Ende 18ae (19ae) gegenüber dem zugehörigen zweiten Magneteinführloch 18b (19b). Jedes zweite Magneteinführloch 18b (19b) hat ein zweites Ende 18be (19be) gegenüber dem zugehörigen ersten Magneteinführloch 18a (19a).
Jedes erste Magneteinführloch 18a (19a) und das zugehörige zweite Magneteinführloch 18b (19b) sind derart voneinander beabstandet, dass die entsprechende Trennwand 26 zwischen dem ersten Ende 18ae (19ae) des ersten Magneteinführloches 18a (19a) und dem zweiten Ende 18be (19be) des zweiten Magneteinführloches 18b (19b) definiert ist.
Jedes der ersten und zweiten Enden 18ae, 18be (19ae, 19be) weist in einem Abschnitt auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 einen ersten, sich wölbenden Abschnitt 27a auf, der zwischen der zugehörigen ersten Fläche 23a, die sich entlang des Dauermagneten in dem ersten oder zweiten Magneteinführloch 18b (19b) erstreckt, und der Fläche 26a der entsprechenden Trennwand 26 angeordnet ist. Der erste, sich wölbende Abschnitt 27a hat eine erste gekrümmte Fläche 29a, die mit der Fläche 26a der Trennwand 26 durchgängig ist, und eine zweite gekrümmte Fläche 29b, die mit der ersten Fläche 23a durchgängig ist, die sich entlang des Dauermagneten in dem ersten Magneteinführloch 18a (19a) oder dem zweiten Magneteinführloch 18b (19b) erstreckt. Die Krümmung der ersten gekrümmten Fläche 29a ist geringer als die Krümmung der zweiten gekrümmten Fläche 29b.
Folglich ist, im Vergleich zu einem Fall, bei dem eine Fläche jeder Trennwand 26 zwischen dem entsprechenden ersten Magneteinführloch 18a (19a) und dem zugehörigen zweiten Magneteinführloch 18b (19b) eine gebogene Fläche ist, die Länge jedes der Dauermagneten (der Südpolmagneten 20 und der Nordpolmagneten 21) vergrößert, um das Drehmoment der elektrischen Rotationsmaschine weiter zu verbessern. Außerdem wird die Belastung, die auf das Ende jeder Trennwand 26 auf der Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns 16 wirkt, auf dem die Belastung des entsprechenden Dauermagneten tendenziell am stärksten wirkt, abgedämpft. Auch wenn die Länge jedes Dauermagneten vergrößert wird, ohne den Körper des Rotorkerns 16, der die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweist, zu vergrößern, wird daher die auf die Trennwand des entsprechenden, den Dauermagneten aufnehmenden Abschnittes (des entsprechenden einen der Südpolmagneteinführlöcher 18 und der Nordpolmagneteinführlöcher 19) wirkende Belastung abgeschwächt und die Drehzahl wird verbessert.

(2) Jeweils zwei zusammengehörige Dauermagneten (die Südpolmagneten 20 und die Nordpolmagneten 21), die ein erstes oder zweites Paar bilden, sind in einer sich nach außen in radialer Richtung des Rotorkerns 16 spreizenden V-Form angeordnet. Jeweils zwei zusammengehörige, ein Paar bildende Dauermagneten, welche aus zwei, ein erstes oder zweites Paar bildenden Dauermagneten (den Südpolmagneten 20 und den Nordpolmagneten 21) bestehen, müssen nicht unbedingt in einer V-Form angeordnet sein, die sich nach außen in radialer Richtung des Rotorkerns 16 spreizt, und können beispielsweise geradlinig angeordnet sein. Jedoch gewährleistet die V-förmige Anordnung für die Rotorkerne 16 mit gleich großen Körpern (demselben Außendurchmesser) einen vergleichsweise starken Anstieg der Länge jedes Dauermagneten und eine vergleichsweise starke Verbesserung des Drehmomentes der elektrischen Rotationsmaschine. Außerdem gewährleistet die V-förmige Anordnung für die elektrischen Rotationsmaschinen, die dasselbe Drehmoment ausgeben, eine vergleichsweise starke Reduzierung der Größe des Körpers des Rotorkerns 16.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, sondern kann wie folgt abgewandelt werden.
Wie in 3 dargestellt, können jeweils zwei zusammengehörige Dauermagneten (in der Zeichnung sind zwei Nordpolmagneten 21 dargestellt) geradlinig angeordnet sein. Insbesondere können zwei zusammengehörige Südpolmagneten 20 oder zwei zusammengehörige Nordpolmagneten 21 senkrecht zu einer in radialer Richtung des Rotorkerns 16 verlaufenden Linie angeordnet sein.
Die Anzahl an Paaren der Dauermagneten (der Südpolmagneten 20 und der Nordpolmagneten 21) ist nicht auf sechs beschränkt, sondern kann jede beliebige andere Anzahl größer als eins sein. Die Anzahl an Paaren der Dauermagneten ist so festgelegt, wie sie in Übereinstimmung mit Anforderungen einschließlich der Größe des Rotorkerns 16 und der Sollumdrehungszahl erforderlich ist.
Der Winkel, in dem jeweils zwei zusammengehörige, ein Paar bildende Dauermagneten (die Südpolmagneten 20 und die Nordpolmagneten 21) in einer V-Form angeordnet sind, ist so festgelegt, wie er in Übereinstimmung mit Vorgaben einschließlich der Größe des Rotorkerns 16, der Anzahl der Pole und der Sollumdrehungszahl erforderlich ist.
Jede Fläche 26a, die eine Trennwand 26 definiert, muss nicht unbedingt in radialer Richtung der Drehwelle 17 geradlinig sein. Beispielsweise kann jede Fläche 26a, die eine Trennwand 26 definiert, entweder gekrümmt sein oder eine Form aufweisen, in der eine ebene Fläche und eine gekrümmte Fläche ineinander übergehen.
Die Flächen 26a, die eine Trennwand 26 definieren, können asymmetrisch sein.
Jeder erste, sich wölbende Abschnitt 27a kann entweder eine ebene Fläche oder eine gekrümmte Fläche zwischen der zusammengehörigen ersten gekrümmten Fläche 29a und zweiten gekrümmten Fläche 29b darstellen.
Die optimalen Werte der Wölbungsmenge/des Wölbungsgrads jedes ersten, sich wölbenden Abschnittes 27a, der Krümmung jeder zweiten gekrümmten Fläche 29b und der Krümmung jeder ersten gekrümmten Fläche 29a sind nicht konstant, sondern sind veränderlich eingestellt, wie in Übereinstimmung mit Vorgaben einschließlich der Größe des Rotorkerns 16 und der maximalen Umdrehungszahl der elektrischen Rotationsmaschine 10 vom Dauermagnettyp erforderlich.
Jeder der Dauermagneten (der Südpolmagneten 20 und der Nordpolmagneten 21) ist nicht auf eine vollständige Rechteckform beschränkt, sondern kann auch eine Form mit abgeschrägten Ecken aufweisen.
Jede Spule 14 kann entweder konzentriert oder verteilt gewickelt sein.
Somit sollen die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht beschränkend betrachtet werden und die Erfindung soll nicht auf die hier dargelegten Einzelheiten beschränkt sein, sondern kann im Bereich und der Äquivalenz der beiliegenden Ansprüche abgewandelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-149791 [0004]

Claims

Elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp mit: einem Stator (12); einem Rotorkern (16) mit mehreren Magneteinführlöchern (18, 19); und mehreren Dauermagneten (20, 21), die in die Magneteinführlöcher (18, 19) eingeführt und an dem Rotorkern (16) befestigt sind, wobei die Dauermagneten (20, 21) mehrere Nordpolmagneten (21), die jeweils einen Nordpol auf einer dem Stator (12) gegenüberliegenden Seite haben, und mehrere Südpolmagneten (20) aufweisen, die jeweils einen Südpol auf einer dem Stator (12) gegenüberliegenden Seite haben, jeweils zwei aneinander angrenzende Südpolmagneten (20) ein erstes Paar bilden, jeweils zwei aneinander angrenzende Nordpolmagneten (21) ein zweites Paar bilden, das erste und das zweite Paar an dem Rotorkern (16) so befestigt sind, dass sie abwechselnd in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns (16) angeordnet sind, die Magneteinführlöcher (18, 19) Südpolmagneteinführlöcher (18), die die beiden, das erste Paar bildenden Südpolmagneten (20) aufnehmen, und Nordpolmagneteinführlöcher (19) aufweisen, die die beiden, das zweite Paar bildenden Nordpolmagneten (21) aufnehmen, die Südpolmagneteinführlöcher (18) ein erstes Magneteinführloch (18a), das einen der beiden Südpolmagneten (20) aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch (18b) aufweisen, das den anderen der beiden Südpolmagneten (20) aufnimmt, die Nordpolmagneteinführlöcher (19) ein erstes Magneteinführloch (19a), das einen der beiden Nordpolmagneten (21) aufnimmt, und ein zweites Magneteinführloch (19b) aufweisen, das den anderen der beiden Nordpolmagneten (21) aufnimmt, in den ersten und zweiten Magneteinführlöchern (18a, 18b) der Südpolmagneteinführlöcher (18) das erste Magneteinführloch (18a) ein erstes Ende (18ae) gegenüber dem zweiten Magneteinführloch (18b) aufweist, und das zweite Magneteinführloch (18b) ein zweites Ende (18be) gegenüber dem ersten Magneteinführloch (18a) aufweist, in den ersten und zweiten Magneteinführlöchern (19a, 19b) der Nordpolmagneteinführlöcher (19) das erste Magneteinführloch (19a) ein erstes Ende (19ae) gegenüber dem zweiten Magneteinführloch (19b) aufweist, und das zweite Magneteinführloch (19b) ein zweites Ende (19be) gegenüber dem ersten Magneteinführloch (18a) aufweist, das erste Magneteinführloch (18a) und das zweite Magneteinführloch (18b) der Südpolmagneteinführlöcher (18) identisch mit dem ersten Magneteinführloch (19a) bzw. dem zweiten Magneteinführloch (19b) der Nordpolmagneteinführlöcher (19) ausgeführt sind, jedes erste Magneteinführloch (18a, 19a) und das entsprechende zweite Magneteinführloch (18b, 19b) derart voneinander beabstandet sind, dass eine Trennwand (26) zwischen dem ersten Ende (18ae, 19ae) des ersten Magneteinführloches (18a, 19a) und dem zweiten Ende (18be, 19be) des zweiten Magneteinführloches (18b, 19b) definiert ist, in einem Abschnitt jedes der ersten und zweiten Enden (18ae, 19ae) auf einer Außenseite in radialer Richtung des Rotorkerns (16) ein sich wölbender Abschnitt (27a) zwischen einer Fläche (26a) der Trennwand (26) und einer Fläche (23a) angeordnet ist, die sich entlang des Dauermagneten (20, 21) in dem ersten Magneteinführloch (18a, 19a) oder dem zweiten Magneteinführloch (18b, 19b) erstreckt, der sich wölbende Abschnitt (27a) eine erste gekrümmte Fläche (29a), die durchgängig mit der Fläche (26a) der Trennwand (26) ist, und eine zweite gekrümmte Fläche (29b) aufweist, die durchgängig mit der Fläche (23a) ist, welche sich entlang des Dauermagneten (20, 21) in dem ersten Magneteinführloch (18a, 19a) oder dem zweiten Magneteinführloch (18b, 19b) erstreckt, und die Krümmung der ersten gekrümmten Fläche (29a) geringer als die Krümmung der zweiten gekrümmten Fläche (29b) ist.
Elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp nach Anspruch 1, wobei die beiden Dauermagneten (20, 21) von mindestens einem des ersten Paares und des zweiten Paares in einer sich nach außen in radialer Richtung des Rotorkerns (16) spreizenden V-Form angeordnet sind.
Elektrische Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp nach Anspruch 1, wobei die beiden Dauermagneten (20, 21) von mindestens einem des ersten Paares und des zweiten Paares geradlinig angeordnet sind.