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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, und genauer einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, bei dem eine Mehrzahl von Magnetpolen in Umfangsrichtung mit Abständen zueinander an einem Außenrand eines Rotorkerns angeordnet sind.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Als Beispiel offenbart die japanische veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2008-306849 (
JP-A-2008-306849 ) eine rotierende elektrische Maschine, die einen Stator, in dem eine Statorspule auf verteilte Weise um einen Innenrandabschnitt gewickelt ist, und einen Rotor mit vergrabenen Dauermagneten aufweist, der drehbar im Stator vorgesehen ist. Der genannte Rotor besteht aus einer Drehwelle und einem zylindrischen Kernkörper, der an der Drehwelle fixiert ist.
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Der genannte Kernkörper entsteht dadurch, dass in axialer Richtung gestapelte magnetische Stahlplatten, die jeweils durch Stanzen gebildet worden sind, durch Crimpen oder dergleichen zu einer einstückigen Struktur von kreisförmiger Ringform aufgebaut werden. Eine Mehrzahl von Magnetpolen, die in einer Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind, ist im Außenrand des Kernkörpers vorgesehen. 8 stellt einen Magnetpol in einem Zustand dar, in dem er von einer Axialrichtungs-Endfläche aus betrachtet wird. 8 stellt von den Komponenten, die in gleichmäßigen Abständen zueinander (in Abständen von 45° Grad, so dass die Mittelachse einer Drehwelle den Mittelpunkt jeder Fächerform bildet) am Außenrand des Kernkörpers 102 des Rotors 100 angeordnet sind, einen einzelnen Magnetpol 104 zusammen mit einem Teil eines Stators 106 dar.
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Eine Mehrzahl von Zähnen 108, die in einer radialen Richtung einwärts zeigen, sind in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen am Innenrand des Stators 106 angeordnet. Nuten 108 sind jeweils in einer Anzahl, die derjenigen der Zähne 106 gleich ist, zwischen einander benachbarten Zähnen solchermaßen ausgebildet, dass die Nuten 108 auf der Innenrandseite und an beiden Axialrichtungs-Endabschnitten offen sind. Eine (nicht dargestellte) Statorspule, die um die Zähne 106 gewickelt ist, ist in die Nuten 108 eingeführt. Infolgedessen wird ein drehendes Magnetfeld auf der Innenrandseite des Stators 100 ausgebildet, wenn die Statorspule bestromt wird.
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Jeder Magnetpol 104, der im Kernkörper 102 des Rotors 100 vorgesehen ist, besteht aus drei Dauermagneten, und zwar Dauermagneten 112, 114, 116. Der Dauermagnet 112, der bezogen auf die Umfangsrichtung in der Mitte des Magnetpols 104 angeordnet ist, ist in der Nähe einer Außenrandfläche 103 des Kernkörpers 102 vergraben. Der Dauermagnet 112 weist Endflächen und einen Querschnitt von länglicher Rechteckform auf und ist so ausgebildet, dass er im Wesentlichen die gleiche Axialrichtungslänge aufweist wie der Kernkörper 102. Der Dauermagnet 112 ist auf solche Weise angeordnet, dass seine Längsrichtung auf der Endfläche des Magneten im Wesentlichen entlang der Außenrandfläche 103 des Kernkörpers 102 verläuft, und weist eine Längsrichtungsbreite W auf.
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Die beiden anderen Dauermagnete 114, 116 sind bezogen auf die Umfangsrichtung symmetrisch zu beiden Seiten des Dauermagneten 112 solchermaßen angeordnet, dass die beiden Dauermagnete 114, 116 eine V-Form bilden, die zum Außenrand hin breiter wird. Anders ausgedrückt sind die Dauermagnete 114, 116 solchermaßen angeordnet, dass ihre Entfernung oder ihr gegenseitiger Abstand zum Innenrand hin schmäler wird und der Abstand zwischen innenrandseitigen Endabschnitten der Dauermagnete 114, 116, bei dem der gegenseitige Abstand am geringsten ist, kleiner ist als die Längsrichtungsbreite W. Infolgedessen wird im Magnetpol 104 von den drei Dauermagneten 112, 114, 116 eine im Wesentlichen dreieckige Kraftlinienwegregion 118 ausgebildet oder definiert. Beide Umfangsrichtungs-Endabschnitte der Kraftlinienwegregion 118 sind über Regionen zwischen dem Dauermagneten 112 und den Dauermagneten 114, 116 mit der Außenrandfläche 103 des Kernkörpers 102 verbunden.
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JP-A-2008-306849 gibt an, dass in einer rotierenden elektrischen Maschine, die mit einem Rotor
100 versehen ist, der aufgebaut ist wie oben beschrieben, eine elektromotorische Gegenkraft einer bestimmten Ordnung, die beim Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, ebenso sowie Rauschen verringert werden kann, indem der Durchdringungswinkel, der durch virtuelle Geraden, welche die Umfangsrichtungs-Endabschnitte der Dauermagnete
114,
116 mit dem Zentrum der Drehwelle verbinden, und einer virtuellen Bezugslinie gebildet wird, die durch das Zentrum der Drehwelle verläuft und senkrecht ist zu einer in radialer Richtung verlaufenden Geraden, die durch das auf die Umfangsrichtung bezogene Zentrum des Dauermagneten
112 verläuft, auf einen vorgegebenen Winkel eingestellt wird.
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In der rotierenden elektrischen Maschine von
JP-A-2008-306849 wird beim drehenden Antreiben des Rotors
100 infolge eines Stromflusses durch die Statorspule ein magnetischer Fluss wie diejenigen, die in
9A bis
9C dargestellt sind, am Magnetpol
104 des Kernkörpers
102 des Rotors
100 gebildet.
9A stellt schematisch den magnetischen Fluss dar, der vom Dauermagneten
114 gebildet wird (im Folgenden als Magnet-Kraftfluss bezeichnet) und der durch eine Kraftlinienwegregion
118 zum Außenrand verläuft.
9B zeigt schematisch, auf welche Weise ein magnetischer Fluss, der von einer q-Achsen-Stromkomponente, die durch Auflösen des Vektors, der den durch die Statorspule fließenden elektrischen Strom darstellt, auf einer d-q-Ebene erzeugt wird, bei der es sich um ein kartesisches Koordinatensystem handelt, (im Folgenden als q-Achsenstrom-Kraftfluss oder Erregerstrom-Kraftfluss bezeichnet), von den Innenrand-Endabschnitten der Zähne
108 des Stators
106 in den Kernkörper
102 strömt und die Kraftlinienwegregion
118 im Magnetpol
104 quert.
9C stellt schematisch den magnetischen Fluss dar, der aus einer Kombination des oben genannten Magnet-Kraftflusses und des oben genannten q-Achsenstrom-Kraftflusses resultiert.
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Wie in 9A dargestellt ist, ist der Magnet-Kraftfluss, der vom Dauermagneten 114 erzeugt wird, auf die Außenrandfläche 103 des Kernkörpers 102 gerichtet. Ein Teil des magnetischen Flusses, der aus dem Dauermagneten 114 herauskommt, wird durch den Dauermagneten 112 hindurch zur Außenrandfläche gelenkt. Jedoch weist der Dauermagnet 112, der im Kernkörper 102 vergraben ist, einen Magnetowiderstand oder eine Permeabilitätszahl auf, der bzw. die der eines leeren Raumes gleich ist, und somit fließt der größte Teil des magnetischen Flusses durch die Umfangsrichtungs-Endabschnittsregion der Kraftinienregion 118, bei der es sich um einen Stahlplattenabschnitt mit einem niedrigen Magnetowiderstand handelt, zur Außenrandfläche hin. Wie in 9B dargestellt ist, ist der q-Achsenstrom-Kraftfluss, der in den Magnetpol 104 im Kernkörper 102 fließt, ebenfalls zur Außenrandfläche hin ausgerichtet, wobei er im Wesentlichen entlang eines Kreisbogens durch die Kraftlinienwegregion 118 fließt, die einen geringen Magnetowiderstand aufweist.
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Infolgedessen nimmt bei einer Überlappung des Magnet-Kraftflusses und des q-Achsenstrom-Kraftflusses, die fließen wie oben beschrieben, die Dichte des resultierenden magnetischen Flusses in einer im Wesentlichen dreieckigen stromabwärtigen Region 120, die durch einen schraffierten Abschnitt gekennzeichnet ist, innerhalb der Kraftlinienwegregion 118 zu, wie in 9C dargestellt ist, und infolgedessen kommt es leichter zu einer magnetischen Sättigung. Dies kann wiederum zu einem geringeren Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine führen.
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In 9A ist der magnetische Fluss, der vom Dauermagneten 116 erzeugt wird, nicht dargestellt. Jedoch fließt der magnetische Fluss vom Dauermagneten 116 ebenfalls zur oben genannten stromabwärtigen Region 120 und erhöht somit die Wahrscheinlichkeit für eine magnetische Sättigung wie sie oben beschrieben ist. Wenn die Richtung des magnetischen Flusses in der Kraftlinienwegregion 118 umgekehrt wird, ist es trotzdem wahrscheinlich, dass es in einer Region, die zwischen dem Dauermagneten 116 und dem Dauermagneten 112 in der Kraftlinienwegregion 118 liegt, zu einer magnetischen Sättigung kommt wie sie oben beschrieben ist.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung schafft einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, in dem jeder Magnetpol mindestens drei Dauermagnete aufweist und mit dem es möglich ist, das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine zu verstärken.
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Ein Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Aspekt der Erfindung weist auf: einen Rotorkern mit einer Mehrzahl von Magnetpolen, die in Umfangsrichtung des Rotorkerns mit Abständen zueinander an einem Außenrand des Rotorkerns vorgesehen sind, wobei jeder der Magnetpole einen ersten Dauermagneten, der bezogen auf die Umfangsrichtung in der Mitte des Magnetpols vergraben ist, und ein Paar zweiter Dauermagnete aufweist, die bezogen auf die Umfangsrichtung zu beiden Seiten des ersten Dauermagneten vergraben und so angeordnet sind, dass ein gegenseitiger Abstand zwischen den beiden zweiten Dauermagneten in einer radialen Richtung des Rotorkerns nach innen geringer wird, wobei der geringste Abstand zwischen den beiden zweiten Dauermagneten so eingerichtet ist, dass er in einer Kraftlinienwegregion, die dadurch gebildet wird, dass sie vom ersten Dauermagneten und von den beiden zweiten Dauermagneten umgeben ist, gesehen entlang einer axialen Richtung des Rotorkerns, größer ist als eine Breite des ersten Dauermagneten in einer Richtung, die senkrecht ist zur radialen Richtung.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung können der erste Dauermagnet und die beiden zweiten Dauermagnete jeweils eine flache Form aufweisen, und die Richtung, die senkrecht ist zur radialen Richtung, kann eine Längsrichtung des ersten Dauermagneten sein.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann ein Querschnitt, der senkrecht ist zur axialen Richtung des Rotorkerns, von sowohl dem ersten Dauermagneten als auch den beiden zweiten Dauermagnete eine längliche Rechteckform aufweisen.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann jeder von den Magnetpolen ferner ein dem magnetischen Fluss entgegenwirkendes Loch aufweisen, das an einer Stelle, die dem ersten Dauermagneten über die Kraftlinienwegregion hinweg gegenüber liegt, zwischen bezogen auf die radiale Richtung innenrandseitigen Endabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete ausgebildet ist.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch aufweisen: zwei erste Löcher, die mit innenrandseitigen Endabschnitten von zweiten Magneteinführungsöffnungen kommunizieren, in welche die beiden zweiten Dauermagnete jeweils eingeführt sind, und ein zweites Loch, das zwischen den ersten Löchern ausgebildet ist, mit Brückenabschnitten, die zwischen dem zweiten Loch und den ersten Löchern ausgebildet sind; und mindestens eines von den ersten und zweiten Löchern kann einen leeren Raum und/oder ein Harz mit einer niedrigeren Permeabilitätszahl als ein magnetisches Material, aus dem der Rotorkern gebildet ist, aufweisen.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann der erste Dauermagnet zwei Dauermagnete aufweisen, die nahe beieinander angeordnet sind und die im Wesentlichen eine V-Form bilden, die in der radialen Richtung zu einem Außenrand hin breiter wird.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann jeder Magnet von dem Paar aus zweiten Dauermagneten jeweils zwei Dauermagnete aufweisen, die nahe beieinander so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen eine V-Form bilden, die zum ersten Dauermagneten hin breiter wird.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann eine Längsrichtung von jedem von den beiden zweiten Dauermagneten im Wesentlichen entlang der radialen Richtung angeordnet sein.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann eine Radialrichtungsposition des ersten Dauermagneten im Wesentlichen identisch sein zu einer Radialrichtungsposition von bezogen auf die radiale Richtung außenrandseitigen Endabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung weist jeder von den Magnetpolen ein erstes dem magnetischen Fluss entgegenwirkendes Loch auf, das an einer Stelle, die dem ersten Dauermagneten über die Kraftlinienwegregion hinweg gegenüber liegt, zwischen bezogen auf die radiale Richtung innenrandseitigen Endabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete ausgebildet ist, wobei der erste Dauermagnet, die zweiten Dauermagnete und das erste dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch die Kraftlinienwegregion als erste Kraftlinienwegregion definieren; in jedem von den Magnetpolen eine zweite Kraftlinienwegregion auf einer Innenrandseite der ersten Kraftlinienwegregion ausgebildet ist, wobei das erste dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch zwischen der ersten Kraftlinienwegregion und der zweiten Kraftlinienwegregion angeordnet ist; jeder von den Magnetpolen ferner aufweist: ein Paar aus dritten Dauermagneten, die bezogen auf die Umfangsrichtung zu beiden Seiten der beiden zweiten Dauermagnete vergraben sind und so angeordnet sind, dass ein gegenseitiger Abstand zwischen den beiden dritten Dauermagneten in der radialen Richtung nach innen geringer wird, und ein zweites dem Fluss magnetischen entgegenwirkendes Loch, das dem ersten dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Loch über die zweite Kraftlinienwegregion hinweg gegenüber zwischen bezogen auf die radiale Richtung innenrandseitigen Endabschnitten der beiden dritten Dauermagnete ausgebildet ist; wobei die zweite Kraftlinienwegregion von den zweiten und dritten Dauermagneten ebenso wie von den ersten und zweiten dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Löchern auf einer bezogen auf die radiale Richtung inneren Randseite der ersten Kraftlinienwegregion definiert wird; und in der zweiten Kraftlinienwegregion der geringste Abstand zwischen den beiden dritten Dauermagneten so eingerichtet ist, dass er gleich oder größer ist als eine Breite zwischen bezogen auf die Umfangsrichtung äußeren Randabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete in einer Richtung, die senkrecht ist zur radialen Richtung.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann das erste dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch aufweisen: zwei erste Löcher, die mit innenrandseitigen Endabschnitten der zweiten Magneteinführungsöffnungen, in welche die beiden zweiten Dauermagnete eingeführt sind, in Verbindung stehen, und ein zweites Loch, das zwischen den ersten Löchern ausgebildet ist, mit Brückenabschnitten, die zwischen dem zweiten Loch und den ersten Löchern angeordnet sind; und mindestens eines von den ersten und zweiten Löchern kann einen leeren Raum und/oder ein Harz aufweisen mit einer niedrigeren Permeabilitätszahl als ein magnetisches Material, aus dem der Rotorkern gebildet ist.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann das zweite dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch aufweisen: zwei dritte Löcher, die mit innenrandseitigen Endabschnitten der dritten Magneteinführungsöffnungen, in welche die beiden dritten Dauermagnete eingeführt sind, in Verbindung stehen, und ein viertes Loch, das zwischen den dritten Löchern ausgebildet ist, mit Brückenabschnitten, die zwischen dem vierten Loch und den dritten Löchern angeordnet sind; und mindestens eines von den dritten und vierten Löchern kann einen leeren Raum und/oder ein Harz aufweisen mit einer niedrigeren Permeabilitätszahl als ein magnetisches Material, aus dem der Rotorkern gebildet ist.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann der erste Dauermagnet zwei Dauermagnete aufweisen, die nahe beieinander angeordnet sind und dabei im Wesentlichen eine V-Form bilden, die in der radialen Richtung zu einem Außenrand hin breiter wird.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann jeder von den beiden zweiten Dauermagneten zwei Dauermagnete aufweisen, die nahe beieinander so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen eine V-Form bilden, die zum ersten Dauermagneten hin breiter wird.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann jeder von den beiden dritten Dauermagneten zwei Dauermagnete aufweisen, die nahe beieinander so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen eine V-Form bilden, die zum ersten Dauermagneten hin breiter wird.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung können die beiden dritten Dauermagnete jeweils eine flache Form aufweisen.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann ein senkrecht zur axialen Richtung des Rotorkerns verlaufender Querschnitt von jedem der beiden dritten Dauermagnete eine längliche Rechteckform aufweisen.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann eine Längsrichtung von jedem von den beiden dritten Dauermagneten im Wesentlichen entlang der radialen Richtung angeordnet sein.
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In dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Aspekt der Erfindung können eine Radialrichtungsposition des ersten Dauermagneten, eine Radialrichtungsposition von bezogen auf die radiale Richtung außenrandseitigen Endabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete und eine Radialrichtungsposition von bezogen auf die radiale Richtung außenrandseitigen Endabschnitten der beiden dritten Dauermagnete im Wesentlichen identisch sein.
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Durch den Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der Erfindung kann eine breite Kraftlinienwegregion, die zwischen dem ersten Dauermagneten und den zweiten Dauermagneten ausgebildet ist, sichergestellt werden. Dadurch kann im Ergebnis eine magnetische Sättigung in der Kraftlinienwegregion gemindert werden. Außerdem wirkt das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch einem magnetischen Fluss entgegen, wodurch einem Lecken von magnetischem Fluss aus dem ersten Dauermagneten zum Innenrand des Magnetpols entgegengewirkt werden kann, während bewirkt wird, dass der magnetische Fluss von den zweiten Dauermagneten durch die Kraftlinienwegregion hindurch wirksam zur Außenrandfläche des Magnetpols fließt. Der Magnet-Kraftfluss im Magnetpol kann daher weiter verstärkt werden. Der Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der Erfindung, die oben beschrieben worden ist, ermöglicht eine Verstärkung des Drehmoments in einer rotierenden elektrischen Maschine, die mit dem oben beschriebenen Rotor ausgestattet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Merkmale und Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
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1 eine Längsschnittskizze entlang der axialen Richtung einer rotierenden elektrischen Maschine ist, die mit einem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine ausgestattet ist (im Folgenden auch einfach als Rotor bezeichnet) und bei der es sich um eine Ausführungsform der Erfindung handelt.
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2 eine vergrößerte Teilansicht ist, die einen Magnetpol des in 1 dargestellten Rotors zusammen mit einem Teil eines Stators zeigt;
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3A bis 3C Skizzen sind, die schematisch den magnetischen Fluss in einem in 2 dargestellten Magnetpol darstellen, wobei 3A schematisch den von einem der zweiten Dauermagnete erzeugten Magnet-Kraftfluss durch eine Kraftlinienwegregion hindurch zum Außenrand hin darstellt, 3B schematisch einen Erregerstrom-Kraftfluss darstellt, der durch eine Kraftlinienwegregion in einem Magnetpol von einem Stator in einen Rotor fließt, und 3C schematisch einen magnetischen Fluss darstellt, der ein Ergebnis einer Kombination von Magnet-Kraftfluss und Erregerstrom-Kraftfluss ist;
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4 ein Diagramm ist, das 2 ähnelt und das ein Beispiel darstellt, in dem ein erster Dauermagnet in einer Mitte eines Magnetpols in eine Mehrzahl von Dauermagneten aufgeteilt ist;
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5 ein Diagramm ist, das 2 ähnelt und das ein Beispiel zeigt, in dem eine außenrandseitige Fläche eines ersten Dauermagneten in einer Mitte eines Magnetpols eine gekrümmte Oberfläche ist;
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6 ein Diagramm ist, das 2 ähnelt und das ein Beispiel darstellt, in dem ein Paar aus zweiten Dauermagneten im Wesentlichen in einer V-Form angeordnet sind, die zu einem ersten Dauermagneten hin offen ist;
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7 ein Diagramm ist, das 2 ähnelt und das ein Beispiel darstellt, in dem von einem Paar dritter Dauermagnete und einem zweiten dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Loch eine zweite Kraftlinienwegregion an einer Innenrandseite einer ersten Kraftlinienwegregion gebildet wird;
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8 ein Diagramm ist, das 2 ähnelt und das ein herkömmliches Beispiel zeigt, in dem ein Magnetpol drei Dauermagnete aufweist; und
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9A bis 9C Diagramme sind, die schematisch den magnetischen Fluss in einem Magnetpol darstellen, der in 8 dargestellt ist, wobei 9A schematisch den Magnet-Kraftfluss durch eine Kraftlinienwegregion hindurch und hin zu einem Außenrand darstellt, welcher von einem von den Dauermagneten erzeugt wird, die so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen eine V-Form bilden; 9B schematisch einen Erregerstrom-Kraftfluss durch eine Kraftlinienwegregion in einem Magnetpol von einem Stator zu einem Rotor darstellt, und 9C schematisch den magentischen Fluss darstellt, der aus einer Kombination eines Magnet-Kraftflusses und eines Erregerstrom-Kraftflusses resultiert.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf begleitende Zeichnungen erläutert. In der nachstehenden Erklärung stellen spezifische Formen, Materialien, Zahlenwerte, Richtungen und so weiter lediglich Beispiele dar, die das Verständnis der Erfindung erleichtern sollen und die je nach der beabsichtigen Verwendung, dem Zweck, den Spezifikationen und dergleichen auf geeignete Weise modifiziert werden können.
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1 zeigt einen Längsschnitt entlang der axialen Richtung einer rotierenden elektrischen Maschine 1, die mit einem Rotor 10 dieser Ausführungsform ausgestattet ist. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Magnetpols des Rotors 10 zusammen mit einem Teil eines Stators 2.
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Die rotierende elektrische Maschine 1 weist einen röhrenförmigen Stator 2 und einen Rotor 10 auf, der drehbar innerhalb des Stators 2 vorgesehen ist. Eine Mehrzahl von Zähnen 3, die in einer radialen Richtung einwärts zeigen, sind in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen am Innenrand des Stators 2 vorgesehen. Nuten 4 sind in einer Anzahl, die derjenigen der Zähne 3 gleich ist, jeweils zwischen einander benachbarten Zähnen 3 solchermaßen ausgebildet, dass die Nuten 4 auf der Innenrandseite und an beiden Axialrichtungs-Endabschnitten offen sind. Eine Statorspule 5, die um die Zähne 3 gewickelt ist, ist in die Nuten 4 eingeführt. Infolgedessen wird ein drehendes Magnetfeld auf der Innenrandseite des Stators 2 ausgebildet, wenn die Statorspule 5 bestromt wird, so dass der Rotor 10 von dem drehenden Magnetfeld drehend angetrieben wird.
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Die Statorspule 5, die um die Zähne 3 gewickelt ist, kann eine verteilt gewickelte Spule sein, die so gewickelt ist, dass sie eine Mehrzahl von Zähnen 3 umspannt, oder sie kann eine konzentriert gewickelte Spule sein, die um jeden einzelnen von den Zähnen 3 gewickelt ist.
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Der Rotor 10 weist auf: einen zylindrischen Rotorkern 12 mit einer Wellenöffnung 11 im Radialrichtungszentrum; eine Welle 14, die durch die Wellenöffnung 11 des Rotorkerns 12 hindurch verläuft und fixiert ist; Endplatten 16, die in Kontakt mit dem Rotorkern 12 in Bezug auf die vom Pfeil X angedeutete axiale Richtung der Welle 14 (und des Rotorkerns 12) an dessen beiden Enden angeordnet sind; und ein Befestigungselement 18, das den Rotorkern 12 und eine Endplatte 16 an der Welle 14 fixiert.
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Der Rotorkern 12 ist dadurch aufgebaut, dass eine Mehrzahl von magnetischen Stahlplatten, die jeweils durch Stanzen in einer kreisförmigen Ringform beispielsweise aus 0,3 mm dicken Siliciumstahlplatten oder dergleichen ausgebildet worden sind, in der axialen Richtung gestapelt sind. Die magnetischen Stahlplatten, aus denen der Rotorkern 12 besteht, sind anhand von Verfahren, die unter anderem Crimpen, Bonden oder Schweißen sämtlicher Platten gemeinsam oder unter Aufteilung des Rotorkerns 12 in eine Mehrzahl von Axialrichtungsblöcken beinhalten, zu einer Einheit verbunden. Mehrere Magnetpole sind in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen am Rotorkern 12 vorgesehen. Wie oben ausführlich beschrieben worden ist, weist jeder Magnetpol eine Mehrzahl von Dauermagneten und ein dem magnetischen Fluss entgegenwirkendes Loch auf.
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Die Welle 14 ist aus einer runden Stahlstange gebildet. Ein Flanschabschnitt 15 ist am Außenrand der Welle 14 solchermaßen ausgebildet, dass der Flanschabschnitt 15 in der radialen Richtung nach außen vorsteht. Der Flanschabschnitt dient als Anschlag, der eine Axialrichtungsposition des Rotorkerns 12 an der Welle 14 bestimmt, und zwar durch Anlage an der Endplatte 16 während des Zusammenbaus des Rotors 10. Der Rotorkern 12 ist durch Presspassung an der Welle 14 befestigt. Alternativ dazu ist die Umfangsrichtungsposition des Rotorkerns 12 in Bezug auf die Welle 14 durch Einpassen einer Feder, die vorstehend an einem Randabschnitt der Wellenöffnung 11 vorgesehen ist, in eine Federnut in der Welle 14 fixiert.
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Jede Endplatte 16 besteht aus einer Scheibe mit im Wesentlichen der gleichen äußeren Form wie die Axialrichtungs-Endfläche des Rotorkerns 12. Stärker bevorzugt bestehen die Endplatten 16 aus einem nicht-magnetischen metallischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Ein nicht-magnetischer metallischer Werkstoff wird hierin zum Zwecke der Unterdrückung des Kurzschlusses von magnetischem Fluss an den Axialrichtungs-Endabschnitten der Dauermagnete, aus denen die Magnetpole bestehen, verwendet. Solange ihr Werkstoff ein nichtmagnetischer Werkstoff ist, sind die Endplatten 16 nicht auf einen metallischen Werkstoff beschränkt und können aus einem Harzmaterial gebildet sein.
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Die Endplatten 16, die bezogen auf die axiale Richtung an beiden Enden des Rotorkerns 12 vorgesehen sind, dienen beispielsweise dazu, von beiden Enden Druck auf den Rotorkern 12 auszuüben, eine Unwucht im Rotor 10 zu korrigieren, die aus einer Teilspanbearbeitung nach dem Zusammenbau des Rotors 10 entsteht, oder zu verhindern, dass die Dauermagnete, aus denen die Magnetpole bestehen, in der axialen Richtung vom Rotorkern 12 gelöst werden.
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Die in der Ausführungsform erläuterten und in den Figuren dargestellten Endplatten 16 haben im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Rotorkern 12. Jedoch kann der Durchmesser der Endplatten 16 beispielsweise kleiner gestaltet sein, oder in einem Fall, wo die Dauermagnete, aus denen die Magnetpole bestehen, beispielsweise mittels Harz oder dergleichen im Inneren des Rotorkerns fixiert sind, können die Endplatten 16 weggelassen sein, um Kosten zu sparen.
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Das Befestigungselement 18 weist einen Crimp-Abschnitt 20 von zylindrischer Form und einen Druckabschnitt 22 auf, der in der radialen Richtung aus einem Endabschnitt des Crimp-Abschnitts 20 vorsteht. Das Befestigungselement 18 wird durch Crimpen des Crimp-Abschnitts 20 gegen die Welle 14 in einem Zustand, in dem der Rotorkern 12 und die beiden Endplatten 16 vom Druckabschnitt 22 gegen den Flanschabschnitt 15 gedrückt werden, an der Welle 14 fixiert. Infolgedessen wird der Rotorkern 12 zusammen mit den Endplatten 16 an der Welle 14 fixiert.
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Nun wird ein Aufbau des Magnetpols 24 des Rotorkerns 12 mit Bezug auf 2 erläutert. 2 ist eine Skizze, die einen einzelnen Magnetpol 24 in einem Zustand darstellt, in dem er von der Axialrichtungs-Endfläche des Rotorkerns 12 aus betrachtet wird, aber der Aufbau von Querschnitten, die senkrecht sind zur axialen Richtung des Rotorkerns 12, ist dem in der Figur gleich. Die Statorspule ist in 2 nicht dargestellt. In 2 ist die auf die Umfangsrichtung bezogene Mittellinie des Magnetpols 24 durch eine gestrichelte Linie C angedeutet.
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Eine Mehrzahl von Magnetpolen 24 sind in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen am Außenrand des Rotorkerns 12 vorgesehen. In der Ausführungsform ist ein Beispiel dargestellt, in dem acht Magnetpole 24 am Rotorkern 12 vorgesehen sind. Die Magnetpole 24 sind in der Umfangsrichtung auf solche Weise vorgesehen, dass die jeweiligen Mitten der Magnetpole jeweils alle 45° um das Zentrum herum angeordnet sind, bei dem es sich um die Position der Drehachse der Welle 14 handelt. Die Magnetpole 24 sind ähnlich aufgebaut, und daher wird nachstehend der Aufbau nur eines Magnetpols erläutert.
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Jeder Magnetpol 24 weist auf: einen ersten Dauermagneten 26, der bezogen auf die Umfangsrichtung in der Mitte des Magnetpols vergraben ist; ein Paar zweiter Dauermagnete 28, die bezogen auf die Umfangsrichtung zu beiden Seiten des ersten Dauermagneten 26 vergraben und auf solche Weise angeordnet sind, dass ihr gegenseitiger Abstand in radialer Richtung einwärts oder zum Innenrand hin schmäler wird; und ein dem magnetischen Fluss entgegenwirkendes Loch 32, das zwischen innenrandseitigen Endabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete 28 an einer Position ausgebildet ist, die dem ersten Dauermagneten 26 über die Kraftlinienwegregion 30 hinweg gegenüber liegt.
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Der erste Dauermagnet 26 ist im Inneren des Rotorkerns 12 in der Nähe einer Außenrandfläche 13 vergraben. Der erste Dauermagnet 26 weist Axialrichtungs-End-flächen (und einen Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung) in Form eines länglichen Rechtecks auf und hat zwei kurze Seiten und zwei lange Seiten und ist so ausgebildet, dass seine Axialrichtungslänge der des Rotorkerns 12 gleich ist. Der Dauermagnet 26 ist an einer Stelle, die in Bezug auf die Mittellinie C des Magnetpols liniensymmetrisch ist, so angeordnet, dass die lateralen Flächen auf den langen Seiten senkrecht sind zur Mittellinie C des Magnetpols. Hierbei weist der erste Dauermagnet 26 von den Axialrichtungs-Endflächen aus betrachtet eine Längsrichtungsbreite (d. h. eine Länge der lateralen Fläche auf der langen Seite) W1 auf.
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Der erste Dauermagnet 26 ist in eine Magneteinführungsöffnung 34 eingeführt, die in der axialen Richtung verlaufend im Rotorkern 12 ausgebildet ist. Taschenabschnitte 36 sind bezogen auf die Umfangsrichtung zu beiden Seiten der Magneteinführungsöffnung 34 so ausgebildet, dass die Taschenabschnitte 36 mit der Magneteinführungsöffnung 34 in Verbindung stehen. Beispielsweise fließt ein duroplastisches Harz, das über die Taschenabschnitte 36 eingespritzt wird, in den Spalt zwischen dem ersten Dauermagneten 26 und der Innenwandfläche der Magneteinführungsöffnung 34 und wird gehärtet, wodurch der erste Dauermagnet 26 in der Magneteinführungsöffnung 34 fixiert wird.
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Das Harz zum Fixieren des Magneten kann durch einen der Taschenabschnitte 36 eingespritzt werden, und der andere von den Taschenabschnitten 36 kann leer bleiben. In jedem Fall weisen die Taschenabschnitte 36 in ihrem Inneren ein Harz oder einen leeren Raum auf, das bzw. der eine niedrigere Permeabilitätszahl aufweist als die magnetischen Stahlplatten, aus denen der Rotorkern 12 besteht. Daher haben die Taschenabschnitte 36 die Funktion, dem Kurzschluss eines magentischen Flusses an beiden Umfangsrichtungsenden des ersten Dauermagneten 26 entgegenzuwirken.
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Ähnlich wie der erste Dauermagnet 26 weist auch jeder zweite Dauermagnet 28 Axialrichtungs-Endflächen (und einen Querschnitt, der senkrecht ist zur axialen Richtung) von der Form eines länglichen Rechtecks mit zwei kurzen Seiten und zwei langen Seiten auf und ist so ausgebildet, dass er eine Axialrichtungslänge aufweist, die im Wesentlichen so groß ist wie die des Rotorkerns 12. Es können zweite Dauermagnete 28 verwendet werden, die die gleiche Form und Größe aufweisen wie der erste Dauermagnet 26. Eine Verwendung von gleichen Dauermagneten in den ersten und zweiten Dauermagneten 26, 28 ist dahingehend von Vorteil, dass dadurch Kosten eingespart werden können, die unter anderem bei der Herstellung und Kontrolle der Dauermagnete entstehen. Natürlich können die Formen oder Größen des ersten Dauermagneten 26 und der zweiten Dauermagnete 28 auch verschieden sein.
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Die beiden Dauermagnete 28 in den Magnetpolen 24 sind in Magneteinführungsöffnungen 38 eingeführt, die entlang der axialen Richtung im Rotorkern 12 ausgebildet sind, und sind mit Harz fixiert. Die beiden Dauermagnete 28 sind daher auf solche Weise angeordnet, dass ein gegenseitiger Abstand zur Außenrandfläche 13 des Rotorkerns 12 hin größer wird. Anders ausgedrückt sind die beiden Dauermagnete 28 auf solche Weise angeordnet, dass ein gegenseitiger Abstand zum Innenrand hin kleiner wird, wie oben beschrieben. Die lateralen Flächen auf den langen Seiten, die eine Längsrichtung der zweiten Dauermagnete 28 darstellen, sind im Wesentlichen entlang der radialen Richtung angeordnet. Die beiden zweiten Dauermagnete 28 sind gemäß einer liniensymmetrischen Beziehung bezogen auf die Umfangsrichtung zu beiden Seiten der Magnetpol-Mittellinie C angeordnet. Ein Abstand W2 zwischen den innenrandseitigen Endabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete 28 (d. h. der Abstand in einer Richtung, die senkrecht ist zur Magnetpol-Mittellinie C) ist so eingerichtet, dass er größer ist als die oben genannte Längsrichtungsbreite W1 des ersten Dauermagneten 26. Anders ausgedrückt, sind die beiden Dauermagnete 28 so angeordnet, dass sie in Bezug auf die Magnetpol-Mittellinie C weiter außen positioniert sind als der erste Dauermagnet 26. Genauer sind in der Ausführungsform die innenrandseitigen Endabschnitte der zweiten Dauermagnete 28 bezogen auf die Umfangsrichtung außerhalb von Tangenten angeordnet, welche die Umfangsrichtungs-Endabschnitte des ersten Dauermagneten 26 berühren und parallel zur Magnetpol-Mittellinie C sind. Das heißt, der Abstand von der Magnetpol-Mittellinie C zum innenrandseitigen Endabschnitt der beiden Dauermagnete 28 (d. h. 1/2 W2) ist so eingerichtet, dass er so groß ist wie oder größer ist als der Abstand von der Magnetpol-Mittellinie C zu jedem Längsrichtungsendabschnitt des ersten Dauermagneten 26 (d. h. 1/2 W1).
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Ein Taschenabschnitt 40, der mit den einzelnen Magneteinführungsöffnungen 38 in Verbindung steht, ist an der Außenrandseite jeder Magneteinführungsöffnung 38 ausgebildet. Jeder Taschenabschnitt 40 ist so ausgebildet, dass er in der axialen Richtung entlang der kurzzeitigen lateralen Fläche jedes einzelnen von den zweiten Dauermagneten 28 verläuft. Jeder Taschenabschnitt 40 weist in seinem Inneren einen leeren Raum oder ein Harz auf mit einer relativ niedrigeren Permeabilitätszahl als die magnetischen Stahlplatten. Daher haben die Taschenabschnitte 40 die Funktion, dem Kurzschluss eines magnetischen Kraftflusses an den außenrandseitigen Endabschnitten der zweiten Dauermagnete 28 entgegenzuwirken. Das Harz zum Fixieren der zweiten Dauermagnete 28 kann über die Taschenabschnitte 40 eingespritzt werden.
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Das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 ist an einer Stelle (in 2 unten) nahe am Innenrand zwischen Innenrand-Endabschnitten der beiden Dauermagnete 28 ausgebildet. Das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 ist über die Kraftlinienwegregion 30 hinweg gegenüber dem ersten Dauermagneten 26 angeordnet. Das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 weist in seinem Inneren einen leeren Raum mit einer niedrigeren Permeabilitätszahl als die magnetischen Stahlplatten auf. Daher hat das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 die Funktion, den magnetischen Fluss, der von den Dauermagneten 26, 28 erzeugt wird, und den magnetischen Fluss, der von den vorderen Enden am Innenrand der Zähne 3 des Stators 2 weg fließt und in die Kraftlinienwegregion 30 des Magnetpols 24 des Rotorkerns 12 eindringt, zu unterdrücken oder zu modifizieren.
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In der Ausführungsform besteht das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 aus zwei ersten Löchern 41, 42 und einem zweiten Loch 44. Die ersten Löcher 41, 42 sind so ausgebildet, dass sie mit den innenrandseitigen Endabschnitten der Magneteinführungsöffnungen 38, durch welche die zweiten Dauermagnete 28 eingeführt sind, in Verbindung stehen. Die ersten Löcher 41, 42 sind so, dass sie eine im Wesentlich dreieckige Form aufweisen, an symmetrischen Stellen auf beiden Seiten der Magnetpol-Mittellinie C ausgebildet. Die ersten Löcher 41, 42 haben die Funktion, dem Kurzschluss eines magnetischen Flusses an Langseitenrichtungs-Endabschnitten auf der Innenrandseite der zweiten Dauermagnete 28 entgegenzuwirken. Das Harz zum Fixieren der zweiten Dauermagnete 28 kann über die ersten Löcher 41, 42 in die Magneteinführungsöffnungen 38 eingespritzt werden. In diesem Fall können die ersten Löcher auch teilweise mit dem oben genannten Harz gefüllt sein. Ähnlich wie die leeren Räume hat das Harz eine niedrige Permeabilitätszahl, und somit kann das Harz die Aufgabe erfüllen, dem magnetischen Fluss entgegenzuwirken, wie oben beschrieben.
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Das zweite Loch 44 ist zwischen den ersten Löchern 41, 42 ausgebildet, mit Brückenabschnitten 46, bei denen es sich um gestapelte Stahlplattenabschnitte handelt, die zwischen dem zweiten Loch 44 und den ersten Löchern 41, 42 angeordnet sind. Das zweite Loch 44 ist so ausgebildet, dass es eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, die in Bezug auf eine Mitte, die von der Magnetpol-Mittellinie C durchlaufen wird, symmetrisch ist. Das zweite Loch 44 ist über die Kraftlinienwegregion 30 hinweg gegenüber der Außenrandfläche 13 des Rotorkerns 12 an einer bezogen auf die Umfangsrichtung mittleren Position zwischen den beiden zweiten Dauermagneten 28 angeordnet. Das zweite Loch 44 weist in seinem Inneren ebenfalls einen leeren Raum (oder ein Harz) auf mit einer Permeabilitätszahl, die niedriger ist als die der magnetischen Stahlplatten. Daher hat das zweite Loch 44 die Funktion, dem magnetischen Fluss entgegenzuwirken, wie oben beschrieben.
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In der Ausführungsform ist ein Beispiel erläutert, in dem das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 aus drei Löchern 41, 42, 44 besteht, aber das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 ist nicht darauf beschränkt, und die Form und Zahl der Löcher kann variiert werden. Beispielsweise kann das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 aus zwei Löchern bestehen, die zu beiden Seiten eines Brückenabschnitts ausgebildet sind, der sich entlang der Magnetpol-Mittellinie C erstreckt, oder kann aus einem einzigen Loch ohne Brückenabschnitt gebildet sein oder kann aus vier oder mehr Löchern gebildet sein. Das gesamte dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 kann mit einem Material gefüllt sein, das eine niedrige Permeabilitätszahl aufweist, beispielsweise mit einem Harz oder dergleichen.
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Im Magnetpol 24 ist ein gestapelter Stahlplattenabschnitt, der vom ersten Dauermagneten 26, den zweiten Dauermagneten 28 und dem dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Loch 32 umgeben ist, als Kraftlinienwegregion 30 ausgebildet. In der Ausführungsform ist der Abstand W2 zwischen den innenrandseitigen Endabschnitten der zweiten Dauermagnete 28 so eingerichtet, dass er größer ist als die Längsrichtungsbreite W1 des ersten Dauermagneten 26; infolgedessen weist die Kraftlinienwegregion 30, die vom ersten Dauermagneten 26 und den beiden zweiten Dauermagneten 28 umgeben ist, im Wesentlichen eine Trapezform auf. Als Folge davon sind die Kernregionen zwischen dem ersten Dauermagneten 26 und den zweiten Dauermagneten 28 breiter als die Kraftlinienwegregion eines herkömmlichen Magnetpols mit drei Dauermagneten, bei dem die innenrandseitigen Endabschnitte der zweiten Dauermagnete 28 nahe beieinander angeordnet sind und eine V-Form bilden. Die Kraftlinienwegregion 30, die im Wesentlichen eine Trapezform aufweist, erstreckt sich auf beiden Umfangsrichtungs-Endseiten zum Außenrand und erreicht die Außenrandfläche 13 des Rotorkerns 12.
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Es folgt eine Erläuterung des magnetischen Flusses im Magnetpol 24 des Rotors 10, welcher wie oben beschrieben aufgebaut ist. Ein magnetischer Fluss wie der, der in 3A bis 3C dargestellt ist, wird beim rotierenden Antreiben des Rotors 100 in Folge eines Stromflusses durch die Statorspule 5 des Stators 2 an einem Magnetpol 24 des Rotors 10 gebildet.
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3A stellt schematisch den von einem der zweiten Dauermagnete 28 gebildeten magnetischen Fluss in Richtung auf den Außenrand durch die Kraftlinienwegregion 30 hindurch dar. 3B zeigt schematisch die Art und Weise, wie ein magnetischer Fluss, der von einer q-Achsen-Stromkomponente, die durch Auflösen des Vektors, der den elektrischen durch die Statorspule fließenden elektrischen Strom darstellt, auf einer d-q-Ebene, bei der es sich um ein kartesisches Koordinatensystem handelt, erzeugt wird, von den innenrandseitigen Endabschnitten der Zähne 3 des Stators 2 in den Rotorkern 12 strömt und die Kraftlinienwegregion 30 im Magnetpol 24 quert. 3C stellt schematisch den Verlauf eines magnetischen Flusses dar, der aus einer Kombination des oben genannten Magnet-Kraftflusses und des oben genannten q-Achsenstrom-Kraftflusses resultiert.
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Wie in 3A dargestellt ist, ist der Magnet-Kraftfluss, der von einem der zweiten Dauermagnete 28 erzeugt wird, durch die Kraftlinienwegregion 30 hindurch auf die Außenrandfläche 13 des Rotorkerns 12 gerichtet. Wie in 3B dargestellt ist, ist der q-Achsenstrom-Kraftfluss, der in den Magnetpol 24 im Rotorkern 12 fließt, ebenfalls zur Außenrandfläche 13 hin ausgerichtet, wobei er im Wesentlichen entlang eines Kreisbogens durch die Kraftlinienwegregion 30 fließt, die einen geringen Magnetowiderstand aufweist. Bei einer Überlappung des Magnet-Kraftflusses und des q-Achsenstrom-Kraftflusses, die verlaufen wie oben beschrieben, nimmt die Dichte des kombinierten magnetischen Flusses in einer stromabwärtigen Region oder Austrittsregion 48, die durch einen schraffierten Abschnitt innerhalb der Kraftlinienwegregion 30 gekennzeichnet ist und die im Wesentlichen in Trapezform ausgebildet ist, zu, wie in 3C dargestellt ist. Jedoch zeigt ein Vergleich mit der schraffierten Region 120 in 9C, dass die Region, in der das Auftreten einer magnetischen Sättigung zu befürchten ist, nun deutlich kleiner ist. Infolgedessen nimmt auch ein Trägheitsmoment durch eine Zunahme einer q-Achseninduktanz Lq zu, wenn ein magnetisches Moment durch eine Zunahme des Magnet-Kraftflusses im Magnetpol 24 vergrößert wird. Dadurch kann das Gesamt-Drehmoment, das die Summe von magnetischem Moment und Trägheitsmoment ist, in der rotierenden elektrischen Maschine 1, in der der Rotor 10 verwendet wird, wirksam erhöht werden.
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Im Rotor 10 dieser Ausführungsform wirkt das den magnetischen Fluss unterdrückende Loch 32, das auf der Innenrandseite jedes Magnetpols 24 vorgesehen ist, dem magnetischen Fluss entgegen. Daher kann verhindert werden, dass der magnetische Fluss vom ersten Dauermagneten 26 zum Innenrand des Magnetpols 24 leckt, und es wird bewirkt, dass der magnetische Fluss der zweiten Dauermagnete 28 wirksam durch die Kraftlinienwegregion 30 zur Außenrandfläche 13 des Magnetpols 24 fließt. Infolgedessen nimmt der Magnet-Kraftfluss im Magnetpol 24 zu, was zu einer Zunahme des magnetischen Moments führt, und die d-Achseninduktanz Ld kann verringert werden. Somit können das magnetische Moment und das Trägheitsmoment in der rotierenden elektrischen Maschine 1, in welcher der Rotor 10 verwendet wird, noch wirksamer erhöht werden.
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Im Rotor 10 dieser Ausführungsform wird somit bewirkt, dass die elektromotorische Gegenkraft, die in der Statorspule 5 erzeugt wird, im Wesentlichen eine Sinuswellenform aufweist, und Eisenverlust wegen harmonischer Komponenten einer bestimmten Ordnung in der elektromotorischen Gegenkraft durch verteiltes Anordnen, wie oben beschrieben, des ersten Dauermagneten 26 in der Mitte des Magnetpols 24 und der beiden zweiten Dauermagnete 28 zu beiden Seiten des ersten Dauermagneten 26, bezogen auf die Umfangsrichtung.
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Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform erläutert, in der das dem magnetischen Fluss entgegenwirkende Loch 32 an einer Stelle auf der Innenrandseite des ersten Dauermagneten 26 vorgesehen ist, aber solch ein dem magnetischen Fluss entgegenwirkendes Loch ist kein wesentlicher Bestandteil der Erfindung und kann weggelassen werden.
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Varianten des Rotors 10 der oben beschriebenen Ausführungsform werden nun mit Bezug auf 4 bis 7 erläutert.
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4 zeigt ein Beispiel, in dem der erste Dauermagnet 26 in eine Vielzahl von Dauermagneten in der Mitte des Magnetpols 24 aufgeteilt ist. In diesem Beispiel sind zwei aufgeteilte erste Dauermagnete 26a, 26b an symmetrischen Stellen über der Magnetpol-Mittellinie C angeordnet, wobei die ersten Dauermagnete 26a, 26b nahe beieinander liegen und im Wesentlichen eine V-Form bilden, die zum Außenrand hin breitet wird. Entsprechende Taschenabschnitte 36, die dem Kurzschluss eines magnetischen Flusses entgegenwirken, sind zwischen den beiden ersten Dauermagneten 26a, 26b vorgesehen. In diesem Fall entspricht der Abstand zwischen den Außenrandecken der beiden ersten Dauermagnete 26a, 26b der Längsrichtungsbreite W1 des ersten Dauermagneten. Die beiden dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Löcher 36 zwischen den ersten Dauermagneten 26a, 26b können miteinander in Verbindung stehen, um ein einziges Loch zu bilden. Andere Merkmale sind denen des oben beschriebenen Rotors 10 ähnlich, und daher sind identische und ähnliche Bauteile mit identischen oder ähnlichen Bezugszahlen versehen und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
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5 zeigt ein Beispiel, in dem eine außenrandseitige Fläche eines ersten Dauermagneten 26c in der Mitte des Magnetpols 24 eine gekrümmte Oberfläche ist, die eine im Wesentlichen kreisbogenförmige Gestalt aufweist. Somit muss die Form der Endfläche des ersten Dauermagneten nicht rechteckig sein. Das gleiche trifft auf die zweiten Dauermagnete zu. Andere Merkmale sind denen des oben beschriebenen Rotors 10 gleich.
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6 zeigt ein Beispiel, in dem ein Paar aus zweiten Dauermagneten im Wesentlichen in Form einer V-Form, die zum ersten Dauermagneten 26 hin offen ist, angeordnet ist. In diesem Beispiel besteht jeder Magnet von dem Paar aus zweiten Dauermagneten 28 aus zwei Dauermagneten 28a, 28b, die nahe beieinander angeordnet sind, um im Wesentlichen eine V-Form zu bilden, die zum ersten Dauermagneten 26 hin breiter wird. In diesem Fall entspricht der geringste Abstand zwischen den beiden zweiten Dauermagneten 28 dem Abstand zwischen innenrandseitigen Ecken der beiden zweiten Dauermagnete 28b, 28b, die jeweils auf der Innenrandseite angeordnet sind. Andere Merkmale sind denen des oben beschriebenen Rotors 10 gleich.
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7 stellt ein Beispiel dar, bei dem eine Mehrzahl von in q-Achsenrichtung verlaufenden Kraftlinienwegregionen in einem Magnetpol 24 ausgebildet sind. In diesem Beispiel weist der Magnetpol 24 ferner auf: ein Paar aus dritten Dauermagneten 50, die bezogen auf die Umfangsrichtung zu beiden Seiten der beiden zweiten Dauermagnete 26 vergraben sind und auf solche Weise angeordnet sind, dass ihr gegenseitiger Abstand in der radialen Richtung einwärts kleiner wird; und ein zweites dem magnetischen Fluss entgegenwirkendes Loch 52, das über die Kraftlinienwegregion 54 hinweg gegenüber dem ersten dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Loch 32 zwischen den innenrandseitigen Endabschnitten der beiden dritten Dauermagnete 50 ausgebildet ist. Eine zweite Kraftlinienwegregion 54 wird von den Paaren aus zweiten und dritten Dauermagneten 28, 50 ebenso wie von den ersten und zweiten dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Löchern 32, 52 auf der Innenrandseite der Kraftlinienwegregion 30 (der ersten Kraftlinienwegregion) ausgebildet. In diesem Fall ist der geringste Abstand zwischen den beiden dritten Dauermagneten 50 vorzugsweise so eingerichtet, dass er der Breite zwischen bezogen auf die Umfangsrichtung äußeren Randabschnitten der beiden zweiten Dauermagnete 28 in einer Richtung, die senkrecht ist zur radialen Richtung, gleich ist oder größer ist als diese. Vorzugsweise sind die Form, die Größe, die Anordnung usw. des ersten Dauermagneten 26, der beiden zweiten Dauermagnete 28 und des dem magnetischen Fluss entgegenwirkenden Loches 32 so ausgelegt, dass sie kompakter sind als im Fall des oben beschriebenen Rotors 10, um die Verbreiterung des Magnetpols 24 in der Umfangsrichtung zu minimieren. Andere Merkmale sind denen des oben beschriebenen Rotors 10 gleich.
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Die Erfindung wurde nur zur Erläuterung mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele beschrieben. Es sei klargestellt, dass die Beschreibung nicht erschöpfend sein soll oder die Form der Erfindung beschränken soll, und dass die Erfindung zur Verwendung in anderen Systemen und Anwendungen angepasst werden kann. Der Bereich der Erfindung umfasst verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen, die von einem Fachmann in Betracht gezogen werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008-306849 A [0002, 0007, 0008]
