DE102020001861A1

DE102020001861A1 - Einen Stator mit geteiltem Kern aufweisender Elektromotor

Info

Publication number: DE102020001861A1
Application number: DE102020001861.0A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yamada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US20200313473A1; CN212366943U; CN111756129A; JP2020167902A

Abstract

Ein Elektromotor umfasst einen Rotor, einen ersten Stator, der mit mehreren Zähnen versehen ist, und einen zweiten Stator, der in Achsenrichtung des ersten Stators gestapelt ist, wobei die Zähne des zweiten Stators in Achsenrichtung auf den entsprechenden mehreren Zähnen des ersten Stators angeordnet sind und mit diesen fluchten. Der erste und der zweite Stator sind aus mehreren geteilten Kernen gebildet, die entlang mehrerer geteilter Flächen geteilt sind. Eine Position einer jeden der geteilten Flächen des zweiten Stators ist in Umfangsrichtung von einer Position der entsprechenden der geteilten Flächen des ersten Stators um einen Winkel α versetzt (α = (2π / N) / 2 + n × (2π/N), wobei N ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl Magnetpole des Rotors und der Anzahl geteilter Kerne und n eine Ganzzahl ist).

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, der einen Stator mit geteiltem Kern aufweist.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Bei einem Elektromotor mit einem Stator, der mit einem Kern versehen ist, welcher aus mehreren geteilten Kernen besteht, die in Umfangsrichtung geteilt sind, ist der magnetische Widerstand (Reluktanz) einer geteilten Fläche, wobei die geteilte Fläche eine Grenzfläche zwischen den geteilten Kernen ist, höher als der magnetische Widerstand des Kerns selbst. Dadurch kann die geteilte Fläche während der Drehung eine Drehmomentpulsation verursachen, was grundsätzlich unerwünscht ist.
Daher wurde ein Elektromotor zum Zwecke der Drehmomentpulsations- und Rastmomentreduzierung vorgeschlagen (siehe z.B. JP 2014-117043 A und JP 2016 - 163421 A ). JP 2014-117043 A offenbart einen Motor, der einen durch Schichten vollumfänglicher Kerne gebildeten Statorkern, wobei der vollumfängliche Kern durch Verbinden einer Mehrzahl bogenförmiger geteilter Kerne zu einer Ringform gebildet wird, und einen Rotor umfasst, der einen Magneten trägt, wobei jeder der geteilten Kerne durch Krümmen eines linear geteilten Kerns gebildet wird, der eine Mehrzahl linear verbundene Zähne aufweist, die umfänglichen Kerne jeweils mit Verbindungsabschnitten der geteilten Kerne geschichtet sind, die Verbindungsabschnitte an mehreren voneinander unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet sind und die Anzahl der Umfangspositionen der jeweiligen Verbindungspositionen auf einen vorgegebenen Wert festgelegt ist, um dadurch Schwankungskomponenten des Rastmoments zu verteilen und zu beseitigen, wobei die Schwankungskomponenten durch Schwankungen eines Radius der vollumfänglichen Kerne verursacht werden, und dadurch Schwankungen des Rastmoments zu reduzieren.
Außerdem offenbart JP 2016-163421 A eine Permanentmagnet-Rotationselektromaschine mit P Polen und S Nuten, wobei die Permanentmagnet-Rotationselektromaschine einen Statoreisenkern umfasst, der einen Gesamtumfang aufweist, welcher durch geschichtete Eisenkerne begrenzt wird, die jeweils durch Schichten einer elektromagnetischen Stahlplatte in Richtung einer Drehachse über eine beliebige Einheitslänge ausgebildet werden, wobei die elektromagnetische Stahlplatte einen Abschnitt aufweist, der in Drehumfangsrichtung über eine Länge ausgestanzt ist, die um das Dreifache oder mehr und das S/2-fache oder weniger größer als eine Nutteilung ist, die geschichteten Eisenkerne in Richtung der Drehachse über D Stufen miteinander verbunden und gestapelt sind, die in der zweiten Stufe und nachfolgenden Stufen gestapelten geschichteten Kerne in Bezug auf den geschichteten Eisenkern in der ersten Stufe in Drehumfangsrichtung pro Stufe um einen Winkel E, der ein Vielfaches einer Nutteilung beträgt, versetzt sind, D und E jeweils auf einen Wert zum Verteilen eines Effekts auf drei Phasen festgelegt sind und der Effekt durch eine Reduzierung des Betrags des Magnetflusses von Zähnen hervorgerufen wird, der durch eine Teilung des Statoreisenkerns in Drehumfangsrichtung verursacht wird.
Bedauerlicherweise haben Elektromotoren gemäß dem zugehörigen Stand der Technik dahingehend ein Problem, dass sie hinsichtlich der Art des Versatzes einer geteilten Fläche, die durch eine Kombination der Anzahl der Pole und der Anzahl der Nuten beeinflusst wird, verschiedenen Beschränkungen unterliegen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor bereitzustellen, der dazu fähig ist, eine durch den Einfluss einer geteilten Fläche verursachte Drehmomentpulsation zu unterdrücken, wobei die geteilte Fläche eine Grenzfläche zwischen geteilten Kernen ist.
Ein Elektromotor gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Rotor mit einer Mehrzahl Magnetpole, einen ersten Stator, der auf seiner inneren Umfangsseite mit einer Mehrzahl Zähne zur Umwicklung mit einer Spule versehen ist, wobei der erste Stator dem Rotor radial zugewandt in Ringform angeordnet ist, der erste Stator aus mehreren geteilten Kernen gebildet ist, die jeweils eine identische Anzahl Zähne aufweisen, und die geteilten Kerne in Umfangsrichtung entlang mehrerer geteilter Flächen geteilt sind, und einen zweiten Stator, der in Achsenrichtung des ersten Stators gestapelt ist, wobei der zweite Stator mit einer Mehrzahl Zähne versehen ist, deren Anzahl mit der Mehrzahl Zähne des ersten Stators identisch ist, die Zähne in Achsenrichtung auf der entsprechenden Mehrzahl Zähne des ersten Stators angeordnet sind und mit diesen fluchten, und der zweite Stator aus mehreren geteilten Kernen gebildet ist, die in Umfangsrichtung entlang mehrerer geteilter Flächen geteilt sind, wobei eine Position einer jeden der geteilten Flächen des zweiten Stators in Umfangsrichtung von einer Position der entsprechenden der geteilten Flächen des ersten Stators um einen Winkel α versetzt ist, und der Winkel α durch die Gleichung α = (2π / N) / 2 + n × (2π/N) bestimmt wird, wobei N ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl Magnetpole des Rotors und der Anzahl geteilter Kerne und n eine Ganzzahl ist.
Der Elektromotor gemäß dem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, eine Drehmomentpulsation zu unterdrücken, die durch den Einfluss der geteilten Flächen verursacht wird, welche Grenzflächen zwischen den geteilten Kernen sind.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Stators und eines zweiten Stators, die einen Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden.
2 ist eine Draufsicht des ersten Stators, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet.
3A ist eine Darstellung, die eine Drehmomentpulsation zeigt, die beim Drehen eines Rotors durch geteilte Flächen des ersten Stators verursacht wird, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. 3B ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen geteilten Flächen des ersten Stators und Magnetpolen des Rotors zeigt, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden.
4A ist eine Darstellung, die eine Drehmomentpulsation zeigt, die beim Drehen eines Rotors durch geteilte Flächen des ersten Stators verursacht wird, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. 4B ist eine Darstellung, die eine Drehmomentpulsation zeigt, die beim Drehen des Rotors durch geteilte Flächen des zweiten Stators verursacht wird, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet.
5 ist eine Darstellung, die ein Ergebnis einer Synthese der Drehmomentpulsation aus 4A und der Drehmomentpulsation aus 4B zeigt.
6 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen geteilten Flächen des ersten Stators und zweiten Stators und Magnetpolen des Rotors zeigt, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden.
7 ist eine Draufsicht, die die Positionen von geteilten Flächen eines geteilten Kerns des ersten Stators zeigt, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet.
8A ist eine Draufsicht eines geteilten Kerns des ersten Stators, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. 8B ist eine Draufsicht eines geteilten Kerns des zweiten Stators, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet.
9 ist eine Draufsicht eines Zustands, in dem ein geteilter Kern des ersten Stators und ein solcher des zweiten Stators, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden, miteinander gestapelt sind.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Zustands, in dem ein geteilter Kern des ersten Stators und ein solcher des zweiten Stators, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden, miteinander gestapelt sind.
11 ist eine Draufsicht eines ersten Stators, der einen Elektromotor gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Offenbarung bildet.

Genaue Beschreibung
Nachstehend ist ein Elektromotor gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der technische Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und umfasst die Erfindung, die im Rahmen der Ansprüche und deren äquivalenten Elementen beschrieben ist.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Stators und eines zweiten Stators, die einen Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden. 2 zeigt eine Draufsicht des ersten Stators, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. Der Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Rotor 1, einen ersten Stator 2 und einen zweiten Stator 3.
Der Rotor 1 weist eine Mehrzahl Magnetpole auf. Der Rotor 1 weist beispielsweise 42 Magnetpole auf. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Der erste Stator 2 umfasst auf seiner inneren Umfangsseite eine Mehrzahl Zähne (211, 212, ..., 216, 221, 222, ..., 226, ..., 261, ..., 266) zur Umwicklung mit einer Spule (nicht gezeigt). Bei dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel weist der erste Stator 2 36 der Zähne (211, 212, ..., 216, 221, 222, ..., 226, ..., 261, ..., 266) auf. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Der erste Stator 2 umfasst mehrere geteilte Kerne (21, 22, ..., 26), die dem Rotor 1 radial zugewandt in Ringform angeordnet sind und jeweils eine identische Anzahl Zähne (z.B. sechs) aufweisen, wobei die geteilten Kerne in Umfangsrichtung entlang mehrerer geteilter Flächen (21a, 22a, ..., 26a) geteilt sind. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel umfasst der erste Stator 2 sechs der geteilten Kerne (21, 22, ..., 26), die entlang sechs der geteilten Flächen (21a, 22a, ..., 26a) geteilt sind. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Außerdem hat jeder geteilte Kern bevorzugt dieselbe Form.
Die geteilten Kerne werden bevorzugt durch Stapeln mehrerer elektromagnetischer Stahlplatten gefertigt. Hierbei kann, wenn die mehreren geteilten Kerne dieselbe Form haben, jeder geteilte Kern durch Stapeln elektromagnetischer Stahlplatten mit einer einzelnen Form gefertigt werden.
Der zweite Stator 3 ist auf dem ersten Stator 2 in dessen Achsenrichtung geschichtet. Der zweite Stator 3 umfasst eine Mehrzahl Zähne, deren Anzahl mit der Mehrzahl Zähne des ersten Stators 2 identisch ist und die auf der entsprechenden Mehrzahl Zähne des ersten Stators 2 angeordnet und mit dieser ausgerichtet ist. Mit anderen Worten, wenn der erste Stator 2 36 der Zähne (211, 212, ..., 266) umfasst, weist auch der zweite Stator 3, wie in 1 und 2 gezeigt, 36 Zähne auf. Außerdem sind die Zähne des ersten Stators 2 und die Zähne des zweiten Stators 3 in Achsenrichtung miteinander gestapelt angeordnet, wobei jeder der Zähne des ersten Stators 2 und der entsprechende der Zähne des zweiten Stators 3 insgesamt einen Zahn bilden.
Der erste Stator 2 hat bevorzugt in Achsenrichtung eine Länge, die gleich einer Länge des zweiten Stators 3 in Achsenrichtung ist.
Wenn die den ersten Stator 2 bildende elektromagnetische Stahlplatte eine Stärke hat, die gleich einer Stärke der den zweiten Stator 3 bildenden elektromagnetischen Stahlplatte ist, weist der erste Stator 2 bevorzugt eine Anzahl gestapelter elektromagnetischer Stahlplatten auf, die mit der Anzahl gestapelter elektromagnetischer Stahlplatten des zweiten Stators 3 identisch oder im Wesentlichen identisch ist.
Obgleich 1 ein Beispiel zeigt, bei dem der zweite Stator 3 auf dem ersten Stator 2 gestapelt ist und ein zweistufiger Aufbau gebildet wird, ist der zweite Stator 3 nicht auf dieses Beispiel beschränkt und der erste Stator 2 kann auch auf dem zweiten Stator 3 gestapelt werden, oder es kann ein Aufbau mit gerader Stufenzahl, der vier oder mehr Stufen umfasst, gebildet werden.
Wenn eine Minimaleinheit aus jeweils dem ersten Stator 2 und dem zweiten Stator 3 als eine elektromagnetische Stahlplatte angesehen wird, lassen sich der erste Stator 2 und der zweite Stator 3, die jeweils durch Schichten der gleichen oder einer im Wesentlichen gleichen Anzahl elektromagnetischer Stahlplatten gebildet werden, auch auf den Elektromotor gemäß dem vorliegenden Beispiel anwenden. Außerdem können der erste Stator 2 und der zweite Stator 3 nacheinander gestapelt werden.
Der zweite Stator 3 umfasst mehrere geteilte Kerne (31, 32,..., 36), die in Umfangsrichtung entlang mehrerer geteilter Flächen (31a, 32a, ..., 36a) geteilt sind.
Die geteilten Flächen (31a, 32a, ..., 36a) des zweiten Stators sind in Umfangsrichtung von den entsprechenden geteilten Flächen (21a, 22a, ..., 26a) des ersten Stators um einen Winkel α versetzt angeordnet, wobei der Winkel α durch die folgende Gleichung bestimmt wird: $α = (2 π /N) / 2 + n \times (2 π /N),$
wobei N ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl Magnetpole des Rotors und der Anzahl geteilter Kerne und n eine Ganzzahl ist.
In diesem Fall beträgt, wenn die Anzahl Magnetpole des Rotors auf 42 und die Anzahl geteilter Kerne auf 6 festgelegt ist, ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahlen 42. Somit wird der Wert von α als π/42, 3π/42, 5π/42, ... (rad) bestimmt.
Wie nachstehend beschrieben, haben der geteilte Kern 21 und der geteilte Kern 31 jeweils eine Form, die um eine Inversionssymmetrieachse 21c gewendet ist. Andere geteilte Kerne des ersten Stators 2 und des zweiten Stators 3 haben ebenfalls Formen, die um jeweilige Inversionssymmetrieachsen 22c bis 26c gewendet sind.
Als Nächstes wird eine Beziehung zwischen Positionen der geteilten Flächen und einer Drehmomentpulsation beschrieben. Zunächst wird eine durch den alleine bereitgestellten ersten Stator 2 verursachte Drehmomentpulsation beschrieben. 3A ist eine Darstellung, die eine Drehmomentpulsation zeigt, die beim Drehen eines Rotors durch geteilte Flächen des ersten Stators verursacht wird, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. 3B ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen geteilten Flächen des ersten Stators und Magnetpolen des Rotors zeigt, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden. 3B stellt einen Stator durch Ersetzen einer Ringform durch eine Linearform dar. Wie in 3B gezeigt, wird, wenn sich ein Magnetpolpaar 1a des Rotors 1, das der Mehrzahl Zähne des ersten Stators 2 zugewandt angeordnet ist, bewegt, eine Drehmomentpulsation verursacht, wenn das Magnetpolpaar 1a die geteilte Fläche 21a passiert. Wenn der Rotor 1, der 42 Magnetpole aufweist, eine Umdrehung durchführt, wird, wie in 3A gezeigt, eine Drehmomentpulsation um ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl Magnetpole des Rotors 1 und der Anzahl geteilter Kerne (21 bis 26) verursacht. Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt die Anzahl geteilter Flächen sechs, was zur Folge hat, dass pro Umdrehung 42 Drehmomentpulsationen verursacht werden.
Wenn der erste Stator 2 die geteilten Flächen in Achsenrichtung an Positionen aufweist, die denjenigen der entsprechenden geteilten Flächen des zweiten Stators 3 entsprechen, werden an den geteilten Flächen des zweiten Stators 3 an Positionen, die den entsprechenden geteilten Flächen des ersten Stators 2 entsprechen, Drehmomentpulsationen verursacht. Mit anderen Worten, dieser Fall bewirkt, dass die Drehmomentpulsation zweimal so groß ist wie die in 3A gezeigte Drehmomentpulsation.
Im Unterschied dazu ist der Elektromotor gemäß dem vorliegenden Beispiel so gestaltet, dass die geteilten Flächen des zweiten Stators 3 an Positionen angeordnet sind, die von den Positionen der entsprechenden geteilten Flächen des ersten Stators 2 versetzt sind, um eine Drehmomentpulsation zu unterdrücken. 4A ist eine Darstellung, die eine Drehmomentpulsation zeigt, die beim Drehen eines Rotors durch geteilte Flächen des ersten Stators verursacht wird, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. 4B ist eine Darstellung, die eine Drehmomentpulsation zeigt, die beim Drehen des Rotors durch geteilte Flächen des zweiten Stators verursacht wird, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. 5 ist eine Darstellung, die ein Ergebnis einer Synthese der Drehmomentpulsation aus 4A und der Drehmomentpulsation aus 4B zeigt. 6 ist eine Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen geteilten Flächen des ersten Stators und zweiten Stators und Magnetpolen des Rotors zeigt, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden.
Wie in 4A gezeigt, pulsiert das Drehmoment pro Umdrehung des Rotors 1 aufgrund der geteilten Flächen des ersten Stators 2 N-mal. Somit hat die Drehmomentpulsation einer Periode von 2π/N. Der zweite Stator 3 ist ebenfalls mit geteilten Flächen ausgebildet, so dass das Drehmoment, wie in 4B gezeigt, pro Umdrehung des Rotors 1 ebenso N-mal pulsiert und die Drehmomentpulsation eine Periode von 2π/N hat.
Die Drehmomentpulsation wird verursacht, wenn die Magnetpole des Rotors 1 die geteilten Flächen passieren. Somit kann, wenn die geteilten Flächen des zweiten Stators 3 an jeweiligen Positionen bereitgestellt sind, die sich von den Positionen der entsprechenden geteilten Flächen des ersten Stators unterscheiden, die Periode der im ersten Stator 2 verursachten Drehmomentpulsation von der Periode der im zweiten Stator 3 verursachten Drehmomentpulsation abweichen. Die Gesamtdrehmomentpulsation, die durch Synthetisieren der im ersten Stator 2 verursachten Drehmomentpulsation und der im zweiten Stator 3 verursachten Drehmomentpulsation erhalten wird, erreicht ein Minimum, wenn die im ersten Stator 2 verursachte Drehmomentpulsation und die im zweiten Stator 3 verursachte Drehmomentpulsation um eine Halbperiode voneinander abweichen. Die Drehmomentpulsation hat eine Periode von 2π/N, so dass die Halbperiode (2π/N)/2 beträgt. Daher sind die geteilten Flächen des zweiten Stators 3 an jeweiligen Positionen bereitgestellt, die von den Positionen der entsprechenden geteilten Flächen des ersten Stators um die Halbperiode, d.h. (2π/N)/2, versetzt sind.
Obgleich die obige Beschreibung den Fall betrifft, in dem die Position einer jeden der geteilten Flächen des zweiten Stators 3 um die Halbperiode von der Position der entsprechenden der geteilten Flächen des ersten Stators versetzt ist, kann die Drehmomentpulsation durch einen weiteren Versatz um n Perioden (n ist eine Ganzzahl) unterdrückt werden. Folglich kann, wenn die Position der geteilten Fläche (z.B. 31a) des zweiten Stators 3 in Umfangsrichtung von der Position der geteilten Fläche (z.B. 21a) des ersten Stators 2 um den Winkel α versetzt ist, eine Drehmomentpulsation durch Festlegen des Winkels α gemäß der folgenden Gleichung (1) unterdrückt werden. $α = (2 π /N) /2 + n \times (2 π /N)$
wobei N ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl Magnetpole des Rotors und der Anzahl geteilter Kerne und n eine Ganzzahl ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist, wenn die Positionen der geteilten Flächen des zweiten Stators 3 in Bezug auf die Position der entsprechenden der geteilten Flächen des ersten Stators jeweils um den Winkel α versetzt sind, die Drehmomentpulsation, wie in 5 gezeigt, insgesamt nahezu flach. Folglich kann die Drehmomentpulsation unterdrückt werden, wenn die geteilten Flächen des ersten Stators 2 um den Winkel α von den entsprechenden geteilten Flächen des zweiten Stators 3 versetzt positioniert sind.
Wie in 6 gezeigt, ist außerdem jeder der Zähne des ersten Stators 2 in Achsenrichtung an derselben Position angeordnet wie der entsprechende der Zähne des zweiten Stators 3. Wenn beispielsweise eine Mittellinie des Zahns 216 und eines Zahns 321 mit 210 und eine Mittellinie des Zahns 261 und eines Zahns 311 mit 260 bezeichnet ist, entspricht ein durch die Mittellinien 210 und 260 gebildeter Winkel einem Innenwinkel θ eines geteilten Kerns. Außerdem beträgt, wenn eine Mittellinie zwischen der geteilten Fläche 21a und der geteilten Fläche 31a so festgelegt ist, dass sie mit der Mittellinie 210 fluchtet, ein Winkel von der Mittellinie 210 zur geteilten Fläche 21a α/2 und ein Winkel von der Mittellinie 210 zur geteilten Fläche 31a -α/2.
Wenn eine Mittellinie zwischen den Mittellinien 210 und 260 mit 21c bezeichnet ist, beträgt ein Winkel von der Mittellinie 21c zur geteilten Fläche 21a θ/2 + α/2 und ein Winkel von der Mittellinie 21c zur geteilten Fläche 31a θ/2 - α/2. Ebenso beträgt ein Winkel von der Mittellinie 21c zur geteilten Fläche 26a θ/2 - α/2 und ein Winkel von der Mittellinie 21c zur geteilten Fläche 36a θ/2 + α/2. Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass der geteilte Kern 21 und der geteilte Kern 31 an jeweiligen Positionen um die Mittellinie 21c gewendet angeordnet sind, die als Inversionssymmetrieachse dient.
7 zeigt eine Draufsicht des geteilten Kerns 21 aus 6. Eine Linie, die ein Zentrum O des ersten Stators 2 und das Zentrum des Zahns 216 miteinander verbindet, ist die Mittellinie 210 und eine Linie, die das Zentrum O des ersten Stators 2 und das Zentrum des Zahns 261 miteinander verbindet, ist die Mittellinie 260. Wenn das Zentrum der Mittellinie 210 und der Mittellinie 260 als Inversionssymmetrieachse 21c dient, ist ein durch die Mittellinie 210 und die Mittellinie 260 gebildeter Winkel ein Innenwinkel eines geteilten Kerns, beträgt ein durch die Inversionssymmetrieachse 21c und die Mittellinie 210 gebildeter Winkel θ/2 und ein durch die Inversionssymmetrieachse 21c und die Mittellinie 260 gebildeter Winkel θ/2. Wie in 6 gezeigt, beträgt ein durch die Mittellinie 210 und die geteilte Fläche 21a gebildeter Winkel α/2 und ein durch die Inversionssymmetrieachse 21c und die geteilte Fläche 21a gebildeter Winkel θ/2 + α/2. Ebenso beträgt ein durch die Mittellinie 260 und die geteilte Fläche 26a gebildeter Winkel α/2 und ein durch die Inversionssymmetrieachse 21c und die geteilte Fläche 26a gebildeter Winkel θ/2 - α/2.
Wie vorstehend beschrieben, weist ein frei gewählter geteilter Kern (z.B. 31) der mehreren geteilten Kerne des zweiten Stators 3 eine Form auf, die durch Wenden eines geteilten Kerns (z.B. 21) der mehreren geteilten Kerne des ersten Stators 2 um eine Inversionssymmetrieachse (z.B. 21c) erhalten wird, wobei der geteilte Kern so angeordnet ist, dass er den einen geteilten Kern zumindest teilweise überlappt. Wenn die Inversionssymmetrieachse 21c durch einen vorgegebenen, im geteilten Kern 21 des ersten Stators 2 enthaltenen Zahn (z.B. 213) und das Zentrum O des ersten Stators 2 oder durch eine vorgegebene Nut und das Zentrum des ersten Stators 2 hindurchläuft und ein Innenwinkel des geteilten Kerns 21 des ersten Stators 2 mit θ bezeichnet ist, wird ein durch die Inversionssymmetrieachse 21c und die geteilte Fläche 26a des geteilten Kerns 21 des ersten Stators 2 gebildeter Winkel durch θ/2 - α/2 und ein durch die Inversionssymmetrieachse 21c und die geteilte Fläche 36a des einen geteilten Kerns 31 des zweiten Stators 3 gebildeter Winkel durch θ/2 + α/2 repräsentiert.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Winkel α, der eine Position einer geteilten Fläche bestimmt, mehrere Werte annehmen. Daher kann die geteilte Fläche gemäß dem festgelegten Wert von α auf verschiedene Positionen am Umfang festgelegt werden. Wenigstens eine geteilte Fläche der mehreren geteilten Flächen des ersten Stators 2 und wenigstens eine geteilte Fläche der mehreren geteilten Flächen des zweiten Stators 3 sind bevorzugt jeweils in einem Bereich zwischen benachbarten Zähnen der Mehrzahl Zähne angeordnet. Dies ist darin begründet, dass sich, wenn die geteilte Fläche in einem Abschnitt angeordnet ist, in dem ein Zahn ausgebildet ist, die Querschnittsfläche der geteilten Fläche gegenüber dem Fall vergrößert, in dem die geteilte Fläche in einem Abschnitt ausgebildet ist, in dem kein Zahn ausgebildet ist, und die durch die geteilte Fläche verursachte Drehmomentpulsation zunimmt.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Anordnen der geteilten Kerne des ersten Stators 2 und der geteilten Kerne des zweiten Stators 3 beschrieben. 8A zeigt eine Draufsicht des einzelnen geteilten Kerns 21 des ersten Stators 2, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. Die beiden Endflächen des geteilten Kerns 21 sind die geteilten Flächen 21a und 26a. Außerdem dient eine Mittelachse des Zahns 213 der Zähne 211 bis 216 als Inversionssymmetrieachse 21c.
8B zeigt eine Draufsicht des einzelnen geteilten Kerns 31 des zweiten Stators 3, der den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bildet. Die beiden Endflächen des geteilten Kerns 31 sind die geteilten Flächen 31a und 36a. Außerdem dient eine Mittelachse des Zahns 314 der Zähne 311 bis 316 als Inversionssymmetrieachse 21c. Wenn der in 8A gezeigte geteilte Kern 21 um die Inversionssymmetrieachse 21c gewendet wird, wird der in 8B gezeigte geteilte Kern 31 gebildet.
9 zeigt eine Draufsicht eines Zustands, in dem ein geteilter Kern des ersten Stators und ein solcher des zweiten Stators, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden, miteinander gestapelt sind. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zustands, in dem ein geteilter Kern des ersten Stators und ein solcher des zweiten Stators, die den Elektromotor gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung bilden, miteinander gestapelt sind. Wenn der geteilte Kern 21 und der geteilte Kern 31 mit der Inversionssymmetrieachse 21c fluchtend gestapelt sind, kann der den Elektromotor gemäß dem vorliegenden Beispiel bildende geteilte Kern gebildet werden.
Wie in den 8A und 8B gezeigt, wird der geteilte Kern 31 durch Wenden des geteilten Kerns 21 um die Inversionssymmetrieachse 21c erhalten. Somit kann, wenn ein geteilter Kern durch Stapeln mehrerer elektromagnetischer Stahlplatten gebildet wird, nur ein Muster ausgestanzt werden. Dann kann ein geteilter Kern des ersten Stators 2 durch Stapeln einer gestanzten elektromagnetischen Stahlplatte wie sie ist gebildet werden und ein geteilter Kern des zweiten Stators 3 durch Stapeln einer gestanzten elektromagnetischen Stahlplatte nach dem Wenden der gestanzten elektromagnetischen Stahlplatte gebildet werden. Somit können gemäß dem vorliegenden Beispiel die geteilten Kerne des ersten Stators und des zweiten Stators unter Verwendung eines einzelnen Ausstanzmusters hergestellt werden, so dass das Herstellungsverfahren der geteilten Kerne vereinfacht werden kann.
Als Nächstes wird eine elektromagnetische Einrichtung gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 11 zeigt eine Draufsicht eines ersten Stators, der einen Elektromotor gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Offenbarung bildet. Obgleich in Beispiel 1 die Anzahl der Pole des Rotors auf 42 und die Anzahl der Teilungen auf 6 festgelegt ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Art Beispiel beschränkt. Es wird nun ein Beispiel beschrieben, in dem bei dem Elektromotor gemäß Beispiel 2 die Anzahl der Pole des Rotors auf 4 und die Anzahl der Teilungen auf 3 festgelegt ist. In diesem Fall beträgt ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl Pole des Rotors und der Anzahl Teilungen 12. Somit wird eine Periode der Drehmomentpulsation, die durch die geteilten Flächen und die Anzahl der Pole des Rotors verursacht wird, als 2π/12 (rad) bestimmt.
Da die Drehmomentpulsation im ersten Stator und zweiten Stator jeweils bei derselben Periode verursacht wird, kann die Drehmomentpulsation durch Bereitstellen eines Phasenverschiebungswinkels α unterdrückt werden. Der erforderliche Phasenverschiebungswinkel α wird durch die folgende Gleichung bestimmt. $\begin{array}{l} α = (2 π / 12) / 2 + n \times (2 π / 12) = π / 12, 3 π / 12, 5 π / 12, ... (rad) \\ (n = 0, \pm 1, \pm 2 ...) \end{array}$
Ein geeigneter Wert wird aus wie vorstehend beschrieben berechneten Werten von α ausgewählt. Der erste Stator und der zweite Stator werden gewendet und gestapelt, so dass der erste Stator und der zweite Stator um α/2 von jeweiligen geteilten Flächen versetzt werden können, um eine Inversionssymmetrie aufzuweisen.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem Elektromotor gemäß dem Beispiel der vorliegenden Offenbarung leicht ein Stator hergestellt werden, der dazu fähig ist, eine durch geteilte Flächen verursachte Drehmomentpulsation zu unterdrücken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014117043 A [0003]
JP 2016 [0003]
JP 163421 A [0003]
JP 2016163421 A [0004]

Claims

Elektromotor, der umfasst: - einen Rotor (1) mit einer Mehrzahl Magnetpole, - einen ersten Stator (2), der auf seiner inneren Umfangsseite mit einer Mehrzahl Zähne zur Umwicklung mit einer Spule versehen ist, wobei der erste Stator dem Rotor radial zugewandt in Ringform angeordnet ist, der erste Stator aus mehreren geteilten Kernen gebildet ist, die jeweils eine identische Anzahl Zähne aufweisen, und die geteilten Kerne in Umfangsrichtung entlang mehrerer geteilter Flächen geteilt sind, und - einen zweiten Stator (3), der in Achsenrichtung des ersten Stators gestapelt ist, wobei der zweite Stator mit einer Mehrzahl Zähne versehen ist, die mit der Anzahl Zähne des ersten Stators identisch ist, die Zähne in Achsenrichtung auf den entsprechenden Zähnen des ersten Stators angeordnet sind und mit diesen fluchten, und der zweite Stator aus mehreren geteilten Kernen (21 bis 26, 31 bis 36) gebildet ist, die in Umfangsrichtung entlang mehrerer geteilter Flächen (21a bis 26a, 31a bis 36a) geteilt sind, wobei - eine Position einer jeden der geteilten Flächen des zweiten Stators in Umfangsrichtung von einer Position der entsprechenden der geteilten Flächen des ersten Stators um einen Winkel α versetzt ist, und - der Winkel α durch eine Gleichung $α = (2 π /N) / 2 + n \times (2 π /N)$
bestimmt wird, - wobei N ein kleinstes gemeinsames Vielfaches der Anzahl Magnetpole des Rotors und der Anzahl geteilter Kerne und n eine Ganzzahl ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei - ein frei gewählter geteilter Kern der mehreren geteilten Kerne des zweiten Stators eine Form aufweist, die durch Wenden eines geteilten Kerns der mehreren geteilten Kerne des ersten Stators um eine Inversionssymmetrieachse (21c) erhalten wird, wobei der geteilte Kern so angeordnet ist, dass er den einen geteilten Kern zumindest teilweise überlappt, - die Inversionssymmetrieachse durch einen vorgegebenen, im geteilten Kern des ersten Stators enthaltenen Zahn und ein Zentrum O des ersten Stators oder durch eine vorgegebene Nut und das Zentrum des ersten Stators hindurchläuft, - ein Innenwinkel des geteilten Kerns des ersten Stators mit θ bezeichnet ist, - ein durch die Inversionssymmetrieachse und eine geteilte Fläche des geteilten Kerns des ersten Stators gebildeter Winkel durch θ/2 - α/2 repräsentiert wird, und - ein durch die Inversionssymmetrieachse und eine geteilte Fläche des einen geteilten Kerns des zweiten Stators gebildeter Winkel durch θ/2 + α/2 repräsentiert wird.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei - wenigstens eine geteilte Fläche der mehreren geteilten Flächen des ersten Stators und wenigstens eine geteilte Fläche der mehreren geteilten Flächen des zweiten Stators jeweils in einem Bereich zwischen benachbarten Zähnen der Mehrzahl Zähne angeordnet sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Stator in Achsenrichtung eine Länge hat, die gleich einer Länge des zweiten Stators in Achsenrichtung ist.