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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegenden Erfindung betrifft drehende Elektromaschinen mit Hybriderregung (nachfolgend auch drehende Hybriderregungs-Elektromaschinen genannt), und speziell drehende Hybriderregungs-Elektromaschinen, die sowohl einen Permanentmagneten als auch einen Elektromagneten als Erregerkreis verwenden.
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STAND DER TECHNIK
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Herkömmlich sind drehende Hybriderregungs-Elektromaschinen mit einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten allgemein bekannt (siehe beispielsweise
JP H08-251891 A und
JP 3724416 B2 ). Eine derartige drehende Elektromaschine weist einen Ro- tor und Stator, der radial außerhalb des Rotors zum Erzeugen eines drehenden Magnetfelds, das den Rotor dreht, angeordnet ist, auf. Der Stator weist einen Statorkern und eine Statorspule auf. Der Rotor weist eine Welle, die sich in der Axialrichtung erstreckt, und einen ersten und einen zweiten Kern, die in der Axialrichtung getrennt sind, auf. Sowohl der erste als auch der zweite Kern weist jeweils Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole, die durch einen Permanentmagneten erregt werden, und nicht-erregte Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole, die durch den Permanentmagneten nicht erregt werden, auf, und die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind abwechselnd in der Umfangsrichtung in dem radialen Ende von jeweils dem ersten und dem zweiten Rotorkern angeordnet. Die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole in dem ersten Kern und die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole in dem zweiten Kern weisen Polaritäten auf, die zueinander umgekehrt bzw. entgegengesetzt sind. Die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole in dem ersten Kern sind so angeordnet, dass sie den Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpolen in dem zweiten Kern in der Axialrichtung zugewandt sind, und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole in dem ersten Kern sind so angeordnet, dass sie den Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpolen in dem zweiten Kern in der Axialrichtung zugewandt sind.
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Die Höhe des magnetischen Flusses des Permanentmagneten ist im Wesentlichen konstant. Die drehende Elektromaschine weist weiter eine Erregerspule auf, die die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole erregt. Wenn Strom von außen an der Erregerspule angelegt wird, erregt die Erregerspule die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole zum Erzeugen eines magnetischen Flusses, der den magnetischen Fluss, der durch den Permanentmagneten erzeugt wird, schwächt oder stärkt. Somit kann gemäß der obigen drehenden Elektromaschine der Rotor durch einen kombinierten magnetischen Fluss aus dem magnetischen Fluss des Permanentmagneten und dem magnetischen Fluss des Elektromagneten auf geeignete Weise gedreht werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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[Das von der Erfindung zu lösende Problem]
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In der drehenden Elektromaschine gemäß
JP H08-251891 A ist die Erregerspule in einem Spalt angeordnet, der in der Axialrichtung zwischen dem ersten Kern und dem zweiten Kern, die in der Axialrichtung getrennt sind, ausgebildet ist. In diesem Fall fließt, wenn Strom an der Erregerspule angelegt wird, der magnetische Fluss auf der radialen Innenseite der Erregerspule zu der Welle. In der drehenden Elektromaschine gemäß
JP 3724416 B2 ist die Erregerspule in der Radialrichtung auf der Außenseite zwischen dem ersten Kern und dem zweiten Kern, die in der Axialrichtung getrennt sind, angeordnet. In diesem Fall fließt, wenn an der Erregerspule Strom angelegt wird, ein magnetischer Fluss auf der radialen Innenseite der Erregerspule zu der Welle oder dem ersten und zweiten Kern. Bei den Strukturen dieser drehenden Elektromaschinen ist ein Eisenverlust bzw. Ummagnetisierungsverlust, der erzeugt wird, wenn der magnetische Fluss durch die Erregerspule erzeugt wird, erhöht. Somit ist die Größe der Vorrichtung selbst zum Erzeugen eines großen Drehmoments vergrößert.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme entwickelt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine drehende Hybriderregungs-Elektromaschine zu schaffen, die geeignet ist, einen Eisenverlust, der beim Erzeugen eines magnetischen Flusses durch eine Erregerspule, die Magnetpole, die nicht durch einen Permanentmagneten erregt sind, erregt, verursacht wird, zu unterdrücken.
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[Mittel zum Lösen des Problems]
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Die obige Aufgabe wird durch eine drehende Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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[Wirkungen der Erfindung]
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Gemäß der Erfindung kann einen Eisenverlust, der verursacht wird, wenn ein magnetischer Fluss durch eine Erregerspule, die Magnetpole, die nicht durch einen Permanentmagneten erregt sind, erregt, erzeugt wird, unterdrückt werden.
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KURZE BESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Ausbau einer drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Ebene, die eine Achsenlinie enthält.
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3 ist eine Querschnittsansicht einer drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie III-III in 2.
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4 ist eine Querschnittsansicht einer drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie IV-IV in 2.
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5 zeigt eine Querschnittsansichten, die Formen eines dritten Kernes der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist eine perspektivische Explosionsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt Darstellungen, die ein Phänomen darstellen, das in dem Aufbau einer solchen drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine, wie in der Ausführungsform, auftreten kann.
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8 zeigt Darstellungen, die ein Phänomen darstellen, das in dem Aufbau einer solchen drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine, wie in der Ausführungsform, auftreten kann.
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9 zeigt Darstellungen, die einen Bereich zeigen, in dem ein Wirbelstrom, der in einer Welle erzeugt wird, fließt.
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10 zeigt Darstellungen, die die Positionen von Mitteln zum Unterdrücken eines Wirbelstroms, der in der Welle erzeugt wird, in der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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11 zeigt Darstellungen, die Wirkungen der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Eine spezifische Ausführungsform einer drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine 10 ist in 1 teilweise aufgeschnitten dargestellt. 2 ist eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 der vorliegenden Ausführungsform geschnitten entlang einer Ebene, die eine Achsenlinie enthält. 3 ist eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform entlang einer Linie III-III in 2. 4 ist eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 der vorliegenden Erfindung entlang der Linie IV-IV in 2. 5 zeigt Querschnittsansichten, die die Formen eines Rotorkerns der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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In der vorliegenden Ausführungsform weist die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine 10 einen Rotor 12, der um eine Achse drehbar ist, und einen Stator 14, der ein drehendes Magnetfeld, das den Rotor 12 dreht, erzeugt, auf. Der Rotor 12 ist durch ein Gehäuse 20 über Lager 16, 18 an beiden Axialenden drehbar abgestützt. Der Stator 14 ist radial außerhalb des Rotors 12 angeordnet und an dem Gehäuse 20 befestigt. Der Rotor 12 und der Stator 14 sind einander in der Radialrichtung mit einem Luftspalt 22 einer vorbestimmten Länge zwischen denselben zugewandt.
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Der Stator 14 weist einen Statorkern 24 und eine Statorspule 28 auf Der Statorkern 24 ist in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet. Ein Statorzahn 26 ist auf der Innenumfangsfläche des Statorkerns 24 ausgebildet. Der Statorzahn 26 steht in der Radialrichtung des Statorkerns nach innen gerichtet vor, also in Richtung zu der Achse hin. Eine Mehrzahl (beispielsweise 18) von Statorzähnen 26 ist in der Umfangsrichtung auf der Innenumfangsfläche des Statorkerns 24 vorgesehen und ist in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Die Statorwicklung 28 ist um jeden Statorzahn 26 gewickelt. Eine Mehrzahl (beispielsweise 18) von Statorwicklungen 28 ist in der Umfangsrichtung auf der Innenumfangsseite des Statorkerns 24 vorgesehen und in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. In dem Fall, in dem die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine 10 beispielsweise auf einen Dreiphasenwechselstrom(AC)-Motor angewendet wird, bildet jede Statorspule 28 eine aus einer U-Phasenspule, einer V-Phasenspule und einer W-Phasenspule aus.
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Der Statorkern 14 ist in der Axialrichtung geteilt und weist einen ersten Statorkern 30, einen zweiten Statorkern 32 und einen dritten Statorkern 34 auf. Der erste bis dritte Statorkern 30 bis 34 ist jeweils in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet und in der Axialrichtung angeordnet. Der erste bis dritte Statorkern 30 bis 34 weist jeweils im Wesentlichen denselben Innendurchmesser auf. Der erste und dritte Statorkern 30, 34 sind auf beiden Axialenden angeordnet. Der zweite Statorkern 32 ist in der Axialrichtung in der Mitte angeordnet. Der zweite Statorkern 32 ist zwischen dem ersten Statorkern 30 und dem dritten Statorkern 34 in der Axialrichtung eingefügt und an den Endflächen des ersten und dritten Statorkerns 30, 34, die näher an der Mitte in der Axialrichtung angeordnet sind, angeklebt und befestig.
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Sowohl der erste als auch der dritte Statorkern 30, 34 ist durch Stapeln einer Mehrzahl von isolationsbeschichteten elektromagnetischen Stahlplatten in der Axialrichtung ausgebildet. Der zweite Statorkern 32 ist aus einem weichmagnetischen Material, genauer gesagt einem Material, das durch Formpressen eines isolationsbeschichteten Weichmagnetmaterialpulvers erzeugt wird, hergestellt. Der magnetische Widerstand in der Axialrichtung des zweiten Statorkerns 32 ist geringer als der in der Axialrichtung des ersten und dritten Statorkerns 30, 34.
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Ein zylindrisches Joch 36, das den ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 abstützt, ist radial außerhalb des Statorkerns 24 vorgesehen. Ähnlich wie der zweite Statorkern 32 ist das Joch 36 aus einem Material hergestellt, das durch Formpressen eines isolationsbeschichteten Weichmagnetmaterialpulvers erzeugt wird. Der magnetische Widerstand in der Axialrichtung des Jochs 36 ist niedriger als der in der Axialrichtung des ersten und dritten Statorkerns 30, 34. Das Joch 36 kann integral mit dem zweiten Statorkern 32 ausgebildet sein. Das Joch 36 ist auf die radialen Außenflächen des ersten Statorkerns 30 und des dritten Statorkerns 34 geklebt und daran befestigt. Der erste Statorkern 30 und der dritte Statorkern 34 sind durch das Joch 36 magnetisch miteinander gekoppelt. Die Statorzähne 36 sind in jeweils dem ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 vorgesehen und die Statorzähne 26 jedes ersten bis dritten Statorkerns 30 bis 34 sind so vorgesehen, dass sie in der Axialrichtung nebeneinander angeordnet sind. Jede Statorspule 28 ist so ausgebildet, dass sie sich in der Axialrichtung durch den ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 erstreckt.
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Der Statorkern 24 weist einen Anbringungsbereich 38 auf, der zu der radialen Außenseite vorsteht und den Stator 14 an dem Gehäuse 20 anbringt und befestigt. Der Anbringungsbereich 38 ist durch eine Mehrzahl elektromagnetischer Stahlplatten, die in der Axialrichtung aufeinander gestapelt sind, ausgebildet. Der Anbringungsbereich 38 weist einen Anbringungsbereich 38a, der integral mit dem ersten Statorkern 30 ausgebildet ist, einen Anbringungsbereich 38b, der integral mit dem dritten Statorkern 34 ausgebildet ist, und einen Anbringungsbereich 38c, der zwischen die Anbringungsbereiche 38a, 38b eingefügt ist, auf. Der Anbringungsbereich 38c ist radial außerhalb des zweiten Statorkerns 32 angeordnet. Der Anbringungsbereich 38c kann integral mit dem zweiten Statorkern 32 ausgebildet sein, anstatt durch die Mehrzahl elektromagnetischer Stahlplatten, die in der Axialrichtung aufeinander gestapelt sind, ausgebildet zu sein. Eine Mehrzahl (beispielsweise 3) von Anbringungsbereichen 38 ist in der Umfangsrichtung vorgesehen. Ein Durchgangsloch 40 ist in jedem Anbringungsbereich 38 so vorgesehen, dass es sich in der Axialrichtung durch dasselbe erstreckt. Der Stator 14 ist an dem Gehäuse 20 durch Festziehen von Bolzen bzw. Schrauben 42, die sich durch die Durchgangslöcher 40 der Anbringungsbereiche 38 erstrecken, an dem Gehäuse 20 befestigt.
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Der Rotor 12 ist radial innerhalb des Stators 14 angeordnet. Der Rotor 12 weist eine Welle 50 und einen Rotorkern 52 auf. Die Welle 50 erstreckt sich in der Axialrichtung und erstreckt sich über die Axialenden des Stators 14 an ihren beiden Axialenden. Die Welle 50 muss nur so ausgebildet sein, dass mindestens ein Axialende der Welle 50 sich über das Axialende des Stators 14 erstreckt. Die Welle 50 ist aus einem Material hergestellt, das einen vorbestimmten Eisenverlust hat, genauer gesagt Karbonstahl, wie beispielsweise S45C. Der Rotorkern 52 weist einen radial äußeren Rotorkern 54 auf, der radial außerhalb der Welle 50 so angeordnet ist, dass er durch die Welle 50 abgestützt ist. Der radial äußere Rotorkern 54 ist in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet und an der radial äußeren Fläche der Welle 50 befestigt.
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Der radial äußere Rotorkern 54 ist in der Axialrichtung geteilt und weist einen ersten radial äußeren Rotorkern 56 und einen zweiten radial äußeren Rotorkern 58 auf. Der erste und zweite radial äußere Rotorkern 56, 58 ist jeweils in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet und jeweils radial außerhalb der Welle 50 so angeordnet, dass er durch die Welle 50 abgestützt wird. Sowohl der erste als auch der zweite radial äußere Rotorkern 56, 58 ist durch eine Mehrzahl von isolationsbeschichteten elektromagnetischen Stahlplatten, die in der Axialrichtung gestapelt sind, ausgebildet. Der erste radial äußere Rotorkern 56 und der zweite radial äußere Rotorkern 58 sind in der Axialrichtung voneinander mit einem Ringspalt 60 zwischen denselben getrennt.
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Die radiale Außenfläche bzw. die radial äußere Fläche des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 ist der radialen Innenfläche des ersten Statorkerns 30 in der Axialrichtung zugewandt. D. h., die radiale Außenfläche des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 und die radiale Innenfläche bzw. die radial innere Fläche des ersten Statorkerns 30 sind einander in der Radialrichtung zugewandt. Die radiale Außenfläche des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 ist der radialen Innenfläche des dritten Statorkerns 34 in der Radialrichtung zugewandt. D. h., die radiale Außenfläche des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 und die radiale Innenfläche des dritten Statorkerns 34 sind einander in der Radialrichtung zugewandt. Der Spalt 60 ist der radialen Innenfläche des zweiten Statorkerns 32 zugewandt und radial innerhalb des zweiten Statorkerns 32 vorgesehen.
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Ein Rotorzahn 62 ist in dem Außenumfang des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 ausgebildet. Der Rotorzahn 62 steht in der Radialrichtung des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 vor. Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) von Rotorzähnen 62 ist der Umfangsrichtung auf der Außenumfangsfläche des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 vorgesehen und in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet.
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Ein Permanentmagnet 64 ist zwischen den Rotorzähnen 62, die in der Umfangsrichtung aneinander angrenzen, angebracht, so dass er an die Rotorzähne 62 angrenzt. Der Permanentmagnet 64 ist radial außerhalb des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 angeordnet. Der Permanentmagnet 64 ist beispielsweise ein ferritischer Magnet. Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) von Permanentmagneten 64 ist in der Umfangsrichtung vorgesehen und in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder Permanentmagnet 64 weist eine vorbestimmte Breite (Winkel) in der Umfangsrichtung und eine vorbestimmte radiale Dicke auf. Jeder Permanentmagnet 64 ist mit einer vorbestimmten Polarität magnetisiert (beispielsweise ist die radiale Außenseite ein N-Pol und die radiale Innenseite ein S-Pol).
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Die radial äußere Endfläche des Permanentmagneten 64 und die radial äußere Endfläche des Rotorzahns 62 sind im Wesentlichen in dem gleichen Abstand von der Achse ausgebildet. Der erste radial äußere Rotorkern 56 weist Permanentmagneterregungs-Magnetpole, die durch die Permanentmagneten 64 erregt werden, und nicht-erregte Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole, die durch die Permanentmagneten 64 nicht erregt werden, auf. Die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind in den Rotorzähnen 62 ausgebildet. Die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet. Der erste radial äußere Rotorkern 56 weist einen Magnetpol, der an jedem vorbestimmten Winkel eine unterschiedliche Polarität aufweist, und durch die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole eine vorbestimmte Anzahl (beispielsweise 12) Magnetpole in der Umfangsrichtung auf.
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Ein Rotorzahn 66 ist in dem Außenumfang des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 ausgebildet. Der Rotorzahn 66 steht in der Radialrichtung des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 vor. Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) von Rotorzähnen ist in der Umfangsrichtung auf der Außenumfangsfläche des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 vorgesehen und in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet.
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Ein Permanentmagnet 68 ist zwischen den in der Umfangsrichtung aneinander angrenzenden Rotorzähnen 66 so angebracht, dass er an die Rotorzähne 66 angrenzt. Der Permanentmagnet 68 ist radial außerhalb des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 angeordnet. Der Permanentmagnet 68 ist beispielsweise ein ferritischer Magnet. Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) der Permanentmagneten 68 ist in der Umfangsrichtung vorgesehen und in gleichmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung vorgesehen. Jeder Permanentmagnet 68 weist eine vorbestimmte Breite (Winkel) in der Umfangsrichtung und eine vorbestimmte radiale Dicke auf. Jeder Permanentmagnet 68 ist mit einer vorbestimmten Polarität, die verschieden zu der des Permanentmagneten 64 ist, magnetisiert (beispielsweise ist die radiale Außenseite ein S-Pol und ist die radiale Innenseite ein N-Pol). D. h., der Permanentmagnet 68 und der Permanentmagnet 64 weisen Polaritäten auf, die entgegengesetzt zueinander sind.
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Die radiale Außenendfläche des Permanentmagneten 68 und die radiale Außenendfläche des Rotorzahns 66 sind im Wesentlichen mit demselben Abstand von der Achse ausgebildet. Der zweite radial äußere Rotorkern 58 weist Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole, die durch die Permanentmagneten 68 erregt sind, und nicht-erregte Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole, die durch die Permanentmagneten 68 nicht erregt sind, auf. Die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind in den Rotorzähnen 66 ausgebildet. Die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Der zweite radial äußere Rotorkern 58 weist einen Magnetpol auf, der eine unterschiedliche Polarität in jedem vorbestimmten Winkel aufweist, und weist durch die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole dieselbe vorbestimmte Anzahl (beispielsweise 12) an Magnetpolen, wie der erste radial äußere Rotorkern 56 in der Umfangsrichtung auf.
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Die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind so angeordnet, dass sie den Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpolen des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der Axialrichtung mit dem Spalt 60 zwischen denselben zugewandt sind. D. h., die Permanentmagneten 64 des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind so angeordnet, dass sie den Rotorzähnen 66 des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der Axialrichtung mit dem Spalt 60 zwischen denselben zugewandt sind. Die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind so angeordnet, dass sie den Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpolen des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der Axialrichtung mit dem Spalt 60 zwischen denselben zugewandt sind. D. h., die Rotorzähne 62 des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind so angeordnet, dass sie den Permanentmagneten 68 des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der Axialrichtung mit dem Spalt 60 zwischen denselben zugewandt sind.
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Eine Erregerspule 70, die die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole der Rotorzähne 62, 66 erregt, ist in dem Spalt 60 angeordnet, und zwar in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58. Die Erregerspule 70 füllt beinahe das gesamte Gebiet des Spaltes 60. Die Erregerspule 70 ist in einer Ringform um die Welle 50 ausgebildet und in einer toroidalen Form gewickelt. Die Erregerspule 70 ist radial außerhalb der Welle 50 und radial innerhalb des zweiten Statorkerns 32 angeordnet und in der Radialrichtung dem zweiten Statorkern 32 zugewandt. Die Erregerspule 70 ist an dem Stator 14 angebracht und befestigt (genauer gesagt dem Statorkern 24 desselben). Ein Gleichstrom (DC-Erregerstrom) wird der Erregerspule 70 zugeführt. Wenn der Gleichstrom der Erregerspule 70 zugeführt wird, wird ein magnetischer Fluss (DC-Erregender-Magnetischer-Fluss) erzeugt, der sich durch die radiale Innenseite (die Achsenseite) der Erregerspule 70 in der Axialrichtung erstreckt. Der magnetische Fluss wird in einer Höhe erzeugt, die dem Gleichstrom, der zu der Erregerspule 70 zugeführt wird, entspricht.
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Ein Befestigen der Erregerspule 70 an dem Stator 14 kann beispielsweise durch direktes Verkleben der Erregerspule 70 und des Stators 14 implementiert werden. Ein Befestigen der Erregerspule 70 an dem Stator 14 kann durch Vorsehen einer Mehrzahl U-förmiger Haltebauteile (Klipps) 71, die die ringförmige Erregerspule 70 von der radialen Innenseite halten, in der Umfangsrichtung und Einsetzen und Hängen von Klinkenbereichen auf beiden Seiten jedes Haltebauteils 71 in Öffnungen, die in der radialen Innenfläche des zweiten Statorkerns 32 oder Öffnungen, die in den entgegengesetzten axialen Endflächen des ersten und dritten Statorkerns 30, 34 des Statorkerns 24 ausgebildet sind, implementiert werden. 6 zeigt den Zustand, in dem die Erregerspule 70 an dem Stator 14 durch die Mehrzahl von Haltebauteilen 71, die in der Umfangsrichtung vorgesehen sind, befestigt ist.
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Die Welle 50 ist in einer hohlen Form ausgebildet. Die Welle 50 weist einen Großer-Durchmesser-Zylinderbereich 72, der einen relativ großen Durchmesser aufweist, und Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereiche 74, 76, die einen relativ kleinen Durchmesser aufweisen, auf. Die Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereiche 74, 76 sind an beiden Axialenden vorgesehen. Die Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereiche 74, 76 der Welle 50 werden durch das Gehäuse 20 über die Lager 16, 18 abgestützt. Der Großer-Durchmesser-Zylinderbereich 72 ist in der Axialrichtung in der Mitte vorgesehen und zwischen die Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereiche 74, 76 an beiden Axialenden eingefügt. Jeder erste und zweite radial äußere Rotorkern 56, 58 ist jeweils radial außerhalb des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 so angeordnet, dass er durch den Großer-Durchmesser-Zylinderbereich 72 abgestützt, und ist jeweils an der radialen Außenfläche des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 befestigt.
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Der Rotorkern 52 weist einen radial inneren Rotorkern 80 auf, der radial innerhalb der Welle 50 so angeordnet ist, dass er durch die Welle 50 abgestützt ist. Der radial innere Rotorkern 80 ist innerhalb des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 und des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 des Rotorkerns 52 und der Erregerspule 70 angeordnet. Ein Hohlraum 82 ist in dem Großer-Durchmesser-Zylinderbereich 72 der Welle 50 ausgebildet. Der radial innere Rotorkern 80 ist in dem Hohlraum 82 des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 aufgenommen und an der radialen Innenfläche des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 angeklebt und fixiert. Der radial innere Rotorkern 80 ist aus einem Material hergestellt, das durch Formpressen eines weichmagnetischen Materials, genauer gesagt eines isolationsbeschichteten Weichmagnetmaterialpulvers, produziert wird. Der radial innere Rotorkern 80 ist aus einem Material hergestellt, das einen geringeren Eisenverlust als die Welle 50 aufweist.
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Der radial innere Rotorkern 80 ist in der Umfangsrichtung geteilt und durch eine Mehrzahl (beispielsweise 6) Rotorkernteilen 84, von denen jedes in einem Sektorabschnitt gesehen in der Axialrichtung ausgebildet ist, ausgebildet. Die Teilung des radial inneren Rotorkerns 80 in der Umfangsrichtung wird in gleichmäßigen Abständen (gleichen Winkeln) in der Umfangsrichtung ausgeführt und die Rotorkernteile 84 weisen die gleiche Form auf. Die Anzahl an Teilen, in die der radial innere Rotorkern 80 in der Umfangsrichtung geteilt ist, d. h. die Anzahl von Rotorkernteilen 84, ist die Anzahl von Polen der ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerne 56, 58 in dem radial äußeren Rotorkern 54, oder ein Teiler der Anzahl von Polen. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem die Anzahl von Polen „12” ist, der radial innere Rotorkern 80 in „2”, „3”, „4”, „6” oder in „12” Teile geteilt (in 3 und 4 ist der radial innere Rotorkern 80 in „6” Teile geteilt).
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Die Teilung des radial inneren Rotorkerns 80 in der Umfangsrichtung wird entlang der Linien ausgeführt, die sich durch die Achse des Rotors 12 und der Welle 50 und die Umfangsmitten von mindestens zwei der Permanentmagneten 64, 68 und der Rotorzähne 62, 66 (d. h., der Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und der Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpolen), die abwechselnd in der Umfangsrichtung in dem ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 des Rotors 12 angeordnet sind, erstrecken. D. h., jede der Ebenen, die die Ebene enthält, die den radial inneren Rotorkern 80 in der Umfangsrichtung teilt, erstreckt sich durch die Achse des Rotors 12 und der Welle 50 und durch die Umfangsmitten irgendeines der Permanentmagneten 64, 68 und der Rotorzähne 62, 66 (d. h., die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole).
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Der radial innere Rotorkern 80 weist Kerbenlöcher 86, 88 auf, die sich in der Axialrichtung in Axialenden desselben erstrecken. Die Kerbenlöcher 86, 88 sind an beiden Axialenden vorgesehen. Jedes der Kerbenlöcher 86, 88 ist in einer konischen Form, wie sie in 5A gezeigt ist, oder in einer stufenähnlichen Form, wie sie in 5B gezeigt ist, so ausgebildet, dass ihr Innendurchmesser sich von der axialen Endfläche in Richtung zu der axialen Mitte verkleinert. Der Durchmesser an dem Axialende (der flachste Bereich) des Kerbenlochs 86, 88 stimmt im Wesentlichen mit dem Innendurchmesser des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 der Welle 50 überein und der Durchmesser in dem axial mittigen Bereich (dem tiefsten Bereich) des Kerbenlochs 86, 88 ist ein vorbestimmter Durchmesser. Der radial innere Rotorkern 80 weist eine vorbestimmte radiale Dicke in dem axial mittigen Bereich auf und weist eine kleinere radiale Dicke an beiden Axialenden als in dem axial mittigen Bereich auf. Die radiale Dicke des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 der Welle 50 wird so festgelegt, dass sie die Festigkeit, die zum Übertragen eines Motordrehmoments erforderlich ist, erhält, und die radiale Dicke des axial mittigen Bereichs des radial inneren Rotorkerns 80 ist auf eine vorbestimmte Dicke festgelegt, die dem magnetischen Fluss, der durch die Erregerspule 70 erzeugt wird, nicht erlaubt, gesättigt zu sein. Somit ist die radiale Dicke des axial mittigen Bereichs des radial inneren Rotorkerns 80 größer als die des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 der Welle 50.
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Das Kerbenloch 86 und das Kerbenloch 88 stehen miteinander in der Mitte in der Axialrichtung (kommunizierend) in Verbindung und sind miteinander an ihren tiefsten Bereichen durch ein Durchgangsloch 89, das sich durch den Rotorkern 80 in der Axialrichtung erstreckt, verbunden. D. h., der radial innere Rotorkern 80 ist in einer hohlen Form so ausgebildet, dass er ein Durchgangsloch 89 aufweist. Alle Kerbenlöcher 86, 88 und das Durchgangsloch 89 des radial inneren Rotorkerns 80 sind auf der Achsenlinie der Welle 50 vorgesehen. Das Durchgangsloch 89 des radial inneren Rotorkerns 80 weist im Wesentlichen denselben Durchmesser wie die tiefsten Bereiche der Kerbenlöcher 86, 88 auf.
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Der Rotor 12 ist in der Axialrichtung in zwei Bereiche geteilt. Die Welle 50 ist in der Axialrichtung in zwei Bereiche geteilt und ist durch zwei schalenförmige Bauteile 90, 92, die ineinander eingepasst sind, ausgebildet. Die Welle 50 ist in der Axialrichtung im Wesentlichen entlang der Mitte in der Axialrichtung geteilt. Das schalenförmige Bauteil 90 weist den Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereich 74 und einen Teil des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 auf (genauer gesagt, eine Hälfte, die mit dem Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereich 74 verbunden ist). Das schalenförmige Bauteil 92 weist den Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereich 76 und einen Teil des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 auf (genauer gesagt eine Hälfte, die mit dem Kleiner-Durchmesser-Zylinderbereich 76 verbunden ist). Die Welle 50 ist durch Ineinandereinpassen des schalenförmigen Bauteils 90 und des schalenförmigen Bauteils 92 ausgebildet. Der erste radial äußere Rotorkern 56 wird durch das schalenförmige Bauteil 90 abgestützt und der zweite radial äußere Rotorkern 58 wird durch das schalenförmige Bauteil 92 abgestützt. Der erste radial äußere Rotorkern 56 ist an der radialen Außenfläche des schalenförmigen Bauteils 90 befestigt und der zweite radial äußere Rotorkern 58 ist an der radialen Außenfläche des schalenförmigen Bauteils 92 befestigt.
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Bolzenlöcher bzw. Schraubenlöcher 94, 96, die sich in der Axialrichtung auf der Achse erstrecken, sind jeweils in den schalenförmigen Bauteilen 90, 92 ausgebildet. Die Bolzenlöcher 94, 96 weisen im Wesentlichen denselben Durchmesser wie das Durchgangsloch 89 des radial inneren Rotorkerns 80 auf. Ein Bolzen bzw. eine Schraube 98 ist in die Bolzen- bzw. Schraubenlöcher 94, 96 der schalenförmigen Bauteile 90, 92 und das Durchgangsloch 89 des radial inneren Rotorkerns 80 eingesetzt. Das schalenförmige Bauteil 90 und das schalenförmige Bauteil 92 sind ineinander eingepasst und aneinander durch den Bolzen 98 befestigt.
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Der radial innere Rotorkern 80 kann in der Axialrichtung in zwei Bereiche geteilt sein. In diesem Fall kann der radial innere Rotorkern 80 in der Axialrichtung in einer Position, die der Position entspricht, an der die Welle 50 in der Axialrichtung geteilt ist, oder im Wesentlichen entlang der Mitte in der Axialrichtung geteilt sein. Einer der geteilten zwei Bereiche des radial inneren Rotorkerns 80 ist an die radiale Innenfläche des schalenförmigen Bauteils 90 geklebt und an ihr befestigt und der andere geteilte Bereich des radial inneren Rotorkerns 80 ist an die radiale Innenfläche des Schalenbauteils 92 geklebt und an derselben befestigt.
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Falls ein Gleichstrom an der ringförmigen Erregerspule 70 in dem obigen Aufbau der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 angelegt wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der sich durch die radiale Innenseite (die Achsenseite) der Erregerspule 70 in der Axialrichtung erstreckt. Der durch den Elektromagneten unter Verwendung der Erregerspule 70 erzeugte magnetische Fluss fließt in dieser Reihenfolge durch die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten oder zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58, den radial inneren Rotorkern 80, die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole des zweiten oder ersten radial äußeren Rotorkerns 58, 56, den Luftspalt 22, den Statorkern 24, den Luftspalt 22 und die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten oder zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58. Falls ein solcher magnetischer Fluss erzeugt wird, werden die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 jeweils erregt. Der so durch den Elektromagneten erzeugte magnetische Fluss schwächt oder stärkt den magnetischen Fluss, der durch die Permanentmagneten 46, 48 erzeugt wird. Die Höhe des durch den Elektromagneten erzeugten magnetischen Flusses wird entsprechend der Höhe des Gleichstroms, der an der Erregerspule 70 angelegt wird, eingestellt.
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Somit kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Drehmoment, das den Rotor 12 um den Stator 14 dreht, durch den kombinierten magnetischen Fluss des magnetischen Flusses, der durch die Permanentmagneten 64, 68 erzeugt wird, und des magnetischen Flusses, der durch den Elektromagneten unter Verwendung der Erregerspule 70 erzeugt wird, eingestellt werden, wodurch der Rotor 12 auf geeignete Weise gedreht werden kann.
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In dem Aufbau der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fließt der magnetische Fluss, der durch die Erregung der Erregerspule 70 erzeugt wird, durch den radial inneren Rotorkern 80, der innerhalb der Welle 50 angeordnet ist, auf der radial inneren Seite (der Achsenseite) des radial äußeren Rotorkerns 54 (genauer gesagt des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58) und der Erregerspule 70, die radial außerhalb der Welle 50 angeordnet sind. Anders als in dem Aufbau, in dem der radial innere Rotorkern 80 nicht innerhalb der Welle 50 vorgesehen ist, unterdrückt dieser Aufbau ein Fließen des magnetischen Flusses, der in der Axialrichtung auf der radialen Innenseite der Erregerspule 70 durch die Erregung der Erregerspule 70 fließt, in der Welle 50 selbst (genauer gesagt, dem Großer-Durchmesser-Zylinderbereich 72 usw.).
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Da der radial innere Rotorkern 80 aus einem Material hergestellt ist, das einen geringeren Eisenverlust als die Welle 50 aufweist, ist ein Eisenverlust des radial inneren Rotorkerns 80 geringer als der der Welle 50. Somit kann der Aufbau der drehenden Hybriderregungselektromaschine 10 der vorliegenden Erfindung einen Eisenverlust unterdrücken, der verursacht wird, wenn der magnetische Fluss durch die Erregerspule 70 erzeugt wird. Entsprechend kann ein Drehmoment, das den Rotor 12 dreht, effektiv erzeugt werden und kann ein Drehmomentanstieg auf ein Drehen des Rotors 12 implementiert werden. Dies kann ein Ansteigen einer Größe der Vorrichtung selbst zum Erzeugen eines großen Drehmoments unterdrücken.
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In dem Aufbau der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist der radial innere Rotorkern 80, der einen geringeren Eisenverlust als die Welle 50 aufweist, aus einem weichmagnetischen Material (genauer gesagt einem formgepressten Weichmagnetmaterialpulver) hergestellt. Dieser radial innere Rotorkern 80 ist radial innerhalb der Welle 50 angeordnet und an die radiale Innenfläche des Großer-Durchmesser-Zylinderbereichs 72 der Welle 50 geklebt und daran befestigt. In diesem Aufbau ist der radial innere Rotorkern 80 nicht in einen Bereich eingefügt, in dem eine große Last (Drehmoment, Zentrifugalkraft, Axialkraft usw.) erzeugt wird. Genauer gesagt ist der radial innere Rotorkern 80 außerhalb eines Drehmomentübertragungspfads in dem Rotor 12 vorhanden. Dies kann ein Brechen des radial inneren Rotorkerns 80 aufgrund einer Drehmomentübertragung verhindern. Der radial innere Rotorkern 80 liegt radial innerhalb der Welle 50. Somit ist der radial innere Rotorkern 80 weniger anfällig für eine Zentrifugalkraft im Vergleich zu dem Aufbau, in dem der radial innere Rotorkern 80 radial außerhalb des Rotors 12 angeordnet ist. Dies kann ein Brechen oder Bersten des radial inneren Rotorkerns 80 aufgrund der Zentrifugalkraft verhindern.
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Der radial innere Rotorkern 80 ist in der Umfangsrichtung unterteilt. Somit ist der radial innere Rotorkern 80 weniger anfällig für eine Zentrifugalkraft im Vergleich zu dem Aufbau, in dem der radial innere Rotorkern 80 entlang des gesamten Umfangs einteilig ist. Dies kann ein Brechen oder Bersten des radial inneren Rotorkerns 80 aufgrund der Zentrifugalkraft verhindern.
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Der radial innere Rotorkern 80 ist in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung unterteilt und die Anzahl an Teilen, in die der radial innere Rotorkern 80 in der Umfangsrichtung unterteilt ist, ist die Anzahl an Polen der ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerne 56, 58 in dem radial äußeren Rotorkern 54, oder ein Teiler der Anzahl von Polen. Die Teilung des radial inneren Rotorkerns 80 in der Umfangsrichtung wird entlang der Linien ausgeführt, die sich durch die Achse des Rotors 12 und der Welle 50 und die Umfangsmitten von mindestens zwei der Permanentmagneten 64, 68 und der Rotorzähne 62, 66 (d. h. der Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole und der Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole), die jeweils in der Umfangsrichtung in dem ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 des Rotors 12 abwechselnd angeordnet sind, erstrecken. In diesem Aufbau ist ein Spalt zwischen den zwei Rotorkernteilen 84, die aneinander in der Umfangsrichtung des radial inneren Rotorkerns 80 angrenzen, ausgebildet, aber ein magnetischer Pfad, der zum Drehen des Rotors 12 wünschenswert ist, kann ohne Blockieren des Pfades des magnetischen Flusses, der durch die Permanentmagneten 64, 68 erzeugt wird, und des Pfades des magnetischen Flusses, der durch den Elektromagneten unter Verwendung der Erregerspule 70 erzeugt wird, beibehalten werden.
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Der magnetische Fluss, der radial innerhalb der Erregerspule 70 durch eine Erregung der Erregerspule 70 fließt, fließt durch den ersten oder zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 des radial äußeren Rotorkerns 54, den radial inneren Rotorkern 80, den zweiten oder ersten radial äußeren Rotorkern 58, 56, den Luftspalt 22, den Statorkern 24, den Luftspalt 22 und den ersten oder zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58. In diesem Zeitpunkt weisen die Axialenden des radial inneren Rotorkerns 80, die dem ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 in der Radialrichtung zugewandt sind, eine hohe Magnetischer-Fluss-Dichte in einem radial äußeren Bereich und einen geringen magnetischen Fluss in einem radial inneren Bereich (einem Bereich nahe der Achse) auf.
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In der vorliegenden Ausführungsform weist der radial innere Rotorkern 80 die Kerbenlöcher 86, 88, die sich in der Axialrichtung in seinen Axialenden erstrecken, auf. Dies kann einen unnötigen Bereich des radial inneren Rotorkerns 80, der nicht die Funktion des radial inneren Rotorkerns 80 ausführt, eliminieren. Somit kann im Vergleich zu dem Aufbau, in dem die Kerbenlöcher 86, 88 nicht vorliegen, das Gewicht des innenseitigen Rotorkerns 80 verringert werden, während der Einfluss auf den Fluss des magnetischen Flusses minimiert wird, und können die Kosten verringert werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Rotorkern 52 in der Axialrichtung geteilt und ist die Welle 50 in der Axialrichtung geteilt. In diesem Aufbau kann, nachdem der Stator 14, der die Erregerspule 70 aufweist, die von der radialen Innenfläche des Statorkerns 24 in Richtung der Achse vorsteht, ausgebildet ist, der Rotor 12 von beiden Seiten des Stators 14 so angebracht werden, dass der Stator 14 zwischen die geteilten Bereiche des Rotorkerns 52 und die geteilten Bereiche der Welle 50 eingefügt ist. Dies erleichtert einen Zusammenbau der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10.
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7 und 8 sind Darstellungen, die ein Phänomen darstellen, das in dem Aufbau einer solchen drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10, wie in der vorliegenden Ausführungsform, auftreten kann. 7A ist eine perspektivische Ansicht der Welle 50 des Rotors 12 und 7B ist eine Querschnittsansicht der Welle 50 und eines Umgebungsbereichs derselben, entlang einer Linie A-A in 7A. 8A ist eine Darstellung, die zeigt, wie ein magnetischer Fluss in der Welle 50 und dem radial inneren Rotorkern 80 fließt, nachdem ein Erregerstrom zu der Erregerspule 70 plötzlich verringert ist. 8B ist eine Darstellung, die zeigt, wie ein Wirbelstrom in der Welle 50 erzeugt wird, nachdem der Erregerstrom zu der Erregerspule 70 plötzlich verringert wird. 9 zeigt Darstellungen, die einen Bereich zeigen, in dem ein Wirbelstrom, der in der Welle 50 erzeugt wird, fließt. 9A ist eine Seitenansicht der Welle 50 und eines Umgebungsbereiches derselben und 9B ist eine Querschnittsansicht der Welle und eines Umgebungsbereichs derselben, entlang einer Linie B-B in 9A.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie es oben beschrieben wurde, die Erregerspule 70, die die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole der Rotorzähne 62, 66 erregt, in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des radial äußeren Rotorkerns 54 angeordnet und ist diese Erregerspule 70 in einer Ringform um die Welle 50 ausgebildet. Der radial innere Rotorkern 80, der aus einem Material hergestellt ist, das durch Formpressen von isolationsbeschichtetem Weichmagnetmaterialpulver produziert wird, radial innerhalb der Welle 50, die in einer hohlen Form ausgebildet ist, angeordnet. Der radial äußere Rotorkern 54, der durch Stapeln einer Mehrzahl von isolationsbeschichteten elektromagnetischen Stahlplatten in der Axialrichtung ausgebildet ist, ist radial außerhalb der Welle 50 angeordnet. Der radial innere Rotorkern 80 ist aus einem Material hergestellt, das einen kleineren Eisenverlust hat als die Welle 50.
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In dem obigen Aufbau wird, falls ein DC-Erreger-Strom an der Erregerspule 70 angelegt wird, ein DC-Erreger-Magnetischer-Fluss erzeugt, der sich durch die radiale Innenseite (die Achsenseite) der Erregerspule 70 in der Axialrichtung erstreckt, und fließt dieser DC-Erreger-Magnetischer-Fluss durch die Welle 50. Da der DC-Erreger-Strom, der der Erregerspule 70 zugeführt wird, durch Schalten auf eine vorbestimmte Höhe gesteuert wird, weist er eine Oberschwingung auf. Entsprechend kann, da der DC-Erreger-Magnetischer-Fluss, der um die Erregerspule 70 erzeugt wird, entsprechend einer Änderung in einem DC-Erreger-Strom schwankt, ein Wirbelstrom in einem Teil des magnetischen Pfads, der einen geringen elektrischen Widerstand aufweist (insbesondere der Welle 50), erzeugt werden (siehe 7). Dies kann einen Verlust erhöhen.
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Das Gebiet, in dem der Wirbelstrom in diesem Fall erzeugt werden kann, ist ein Gebiet nahe einem Teil der Welle 50, der in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des radial äußeren Rotorkerns 54 eingefügt ist (genauer gesagt, einem Teil, in dem das schalenförmige Bauteil 90 und das schalenförmige Bauteil 92 als die zwei Teile, in die die Welle 50 in der Axialrichtung geteilt ist, ineinander eingepasst sind) (ein schattiertes Gebiet S1, das in 9A von einer unterbrochenen Linie umgeben ist), sind Gebiete nahe den Teilen der Welle 50, die radial innerhalb der jeweiligen Axialenden des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegen (schattierte Gebiete S2, die in 9A von einer unterbrochenen Linie umgeben sind), und/oder ist ein Gebiet nahe einem Teil der Welle 50, der jeweils radial innerhalb des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegt und denselben zugewandt ist, und der auf einer Linie (Mittellinie L zwischen vorstehenden Polen, die in 9B gezeigt sind) liegt, die sich durch die Achse und den Mittelpunkt zwischen den Rotorzähnen 62, 66 erstreckt, die aneinander in der Umfangsrichtung des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 angrenzen (schattierte Gebiete S3, die in 9A und 9B von einer unterbrochenen Linie umgeben sind).
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Falls der DC-Erregerstrom zu der Erregerspule 70 in der Situation, in der eine gegenelektromotorische Spannung unmittelbar während einer DC-Erregung durch die Erregerspule 70 auf null verringert werden muss (beispielsweise in dem Fehlerfall aufgrund einer unnormalen Bedingung des Dreiphasensystems), wird ein Wirbelstrom in der Welle 50 in dem magnetischen Pfad erzeugt und kann der DC-Erreger-Magnetischer-Fluss, der um die Erregerspule 70 erzeugt ist, nicht unmittelbar verschwinden und verbleibt (siehe 8) und kann folglich die gegenelektromotorische Spannung nicht einfach sinken.
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Das Gebiet, in dem der Wirbelstrom in diesem Fall fließen kann, ist insbesondere das Gebiet nahe dem Teil der Welle 50, der in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des radial äußeren Rotorkerns 54 eingefügt ist (genauer gesagt, der Teil, in dem das schalenförmige Bauteil 90 und das schalenförmige Bauteil 92 als die zwei Teile, in die die Welle 50 in der Axialrichtung geteilt ist, ineinander eingepasst sind) (das schattierte Gebiet S1, das in 9A von einer unterbrochenen Linie umgeben ist).
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Solch ein Wirbelstrom fließt in der Umfangsrichtung der Welle in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50, der in der Axialrichtung zwischen den ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des radial äußeren Rotorkerns 54 eingefügt ist, fließt in der Umfangsrichtung der Welle in den Gebieten nahe den Teilen der Welle 50, die jeweils radial innerhalb des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegen und jeweils den Axialenden des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 zugewandt sind, und fließt in der Axialrichtung der Welle in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50, der radial innerhalb von jeweils dem ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 liegt und denselben zugewandt ist, und der auf der Mittellinie L zwischen vorstehenden Polen in der Umfangsrichtung des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegt.
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10 zeigt Darstellungen, die die Position von einem Mittel zum Unterdrücken eines Wirbelstroms, der in der Welle 50 erzeugt wird, in der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 10A ist eine perspektivische Ansicht der Welle 50 und 10B ist eine Querschnittsansicht der Welle 50 und eines Umgebungsbereiches derselben. 11 zeigt Darstellungen, die Wirkungen der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. 11A zeigt eine zeitliche Änderung eines Stromes, der zu der Erregerspule 70 zugeführt wird, 11B zeigt eine zeitliche Änderung einer gegenelektromotorischen Spannung in einem vergleichenden Beispiel, das mit der vorliegenden Ausführungsform verglichen wird, und 11C zeigt eine zeitliche Änderung einer gegenelektromotorischen Spannung in der vorliegenden Ausführungsform.
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Die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 zum Unterdrücken eines Wirbelstroms, der in der Welle 50 wie oben beschrieben erzeugt wird, auf. D. h., in der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 ist die Welle 50 mit dem Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 zum Unterdrücken eines Wirbelstroms versehen.
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Das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 ist in dem Gebiet der Welle 50 angeordnet, in dem ein Wirbelstrom fließen kann, insbesondere in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50, der in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des radial äußeren Rotorkerns 54 eingefügt ist (genauer gesagt dem Teil, in dem das schalenförmige Bauteil 90 und das schalenförmige Bauteil 92 ineinander eingepasst sind) (das schattierte Gebiet S1), den Gebieten nahe den Teilen der Welle 50, die radial innerhalb des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegen und den Axialenden des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 zugewandt sind (die schattierten Gebiete S2) und/oder den Gebieten nahe dem Teil der Welle 50, der radial innerhalb des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegt und denselben zugewandt sind und der auf der Mittellinie L zwischen vorstehenden Polen, die sich durch die Achse und den Mittelpunkt zwischen den Rotorzähnen 62, 66, die in der Umfangsrichtung des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 einander angrenzen, erstreckt, liegt (schattierte Gebiete S3).
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Beispielsweise ist das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 ein Schlitz 102, der in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50, der in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des radial äußeren Rotorkerns 54 eingefügt ist, vorgesehen ist. Wie es in 10 gezeigt ist, öffnet sich dieser Schlitz von der Fläche des Gebiets nahe dem Teil der Welle 50, der in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 eingefügt ist, in Richtung zu der Achse hin und erstreckt sich linear in der Axialrichtung. Der Schlitz 102 kann an einer einzelnen Position in der Umfangsrichtung der Welle 50 vorgesehen sein, aber ist bevorzugt an einer Mehrzahl von Positionen in der Umfangsrichtung der Welle 50 vorgesehen.
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Mit diesem Schlitz 102 ist der elektrische Widerstand zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Strom in der Umfangsrichtung der Welle in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50, der in der Axialrichtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 eingefügt ist, fließt, größer als in dem Fall, in dem der Schlitz 102 nicht vorgesehen ist. Entsprechend ist ein Wirbelstrom, der in der Umfangsrichtung der Welle fließt, in dem Gebiet nahe diesem Teil unterdrückt.
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Beispielsweise ist das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 ein Loch 104, das in den Gebieten nahe den Teilen der Welle 50 angeordnet ist, die radial innerhalb des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegen und den Axialenden des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 jeweils zugewandt sind. Wie es in 10 gezeigt ist, ist das Loch 104 ein Freiraum, der sich von der Fläche der Gebiete nahe den Teilen der Welle 50, die radial innerhalb des ersten und zweiten äußeren Rotorkerns 56, 58 liegen, erstreckt und den Axialenden des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 zugewandt ist.
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Das Loch 104 kann sich linear in der Axialrichtung der Welle 50 erstrecken. Das Loch 104 kann an einer Position in der Umfangsrichtung der Welle 50 für jedes der Axial enden des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 vorgesehen sein, aber ist bevorzugt an einer Mehrzahl von Positionen in der Umfangsrichtung der Welle 50 vorgesehen. Zum Unterdrücken eines Wirbelstroms ist das Loch 104 bevorzugt in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50 vorgesehen, der auf der Mittellinie L zwischen vorstehenden Polen in der Umfangsrichtung des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegt.
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Mit dem Loch 104 ist der elektrische Widerstand zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Strom in der Umfangsrichtung der Welle in den Gebieten nahe den Teilen der Welle 50, die radial innerhalb des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegen und den Axial enden des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 zugewandt sind, fließt, größer als in dem Fall, in dem das Loch 104 nicht vorgesehen ist. Entsprechend wird ein Wirbelstrom, der in der Umfangsrichtung der Welle fließt, in den Gebieten nahe diesen Teilen unterdrückt.
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Außerdem ist das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 ein Harz 106, das in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50 vorgesehen ist, der radial innerhalb von dem ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 liegt und demselben zugewandt ist, und der auf der Mittellinie L zwischen vorstehenden Polen, die sich durch die Achse und den Mittelpunkt zwischen den Rotorzähnen 62, 66, die in der Umfangsrichtung des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 aneinander angrenzen, liegt. Das Harz 106 weist einen höheren elektrischen Widerstand als der Körper der Welle 50 auf. Wie in 10 gezeigt ist, ist das Harz 106 in dem Gebiet nahe diesem Teil der Welle 50 eingebettet.
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Das Harz 106 kann sich in der Axialrichtung der Welle 50 linear erstrecken. Das Harz 106 kann an einer einzelnen Position in der Umfangsrichtung der Welle 50 vorgesehen sein, aber ist bevorzugt an einer Mehrzahl von Positionen in der Umfangsrichtung der Welle 50 vorgesehen. Das Harz 106 kann für jede Mittellinie L zwischen vorstehenden Polen vorgesehen sein.
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Mit dem Harz 106 ist der elektrische Widerstand zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Strom in der Axialrichtung der Welle in dem Gebiet nahe dem Teil der Welle 50, der radial innerhalb des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegt und demselben zugewandt ist, und der auf der Mittellinie L zwischen vorstehenden Polen in der Umfangsrichtung des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 liegt, fließt, größer als in dem Fall, in dem das Harz 106 nicht vorgesehen ist. Entsprechend ist ein Wirbelstrom, der in der Axialrichtung der Welle strömt, in dem Gebiet nahe diesem Teil unterdrückt.
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Wie es oben beschrieben ist, ist gemäß dem Aufbau der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung der Schlitz 102, das Loch 104 und/oder das Harz 106 als das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 an der vorbestimmten Position auf der Welle 50 vorgesehen. Dies kann einen Wirbelstrom unterdrücken, der in der Welle 50 erzeugt wird.
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Entsprechend kann die vorliegenden Ausführungsform einen Wirbelstromverlust in der Welle 50 verringern, wenn der DC-Erreger-Magnetische-Fluss entsprechend einer Änderung in einem DC-Erreger-Strom, der eine Oberschwingung enthält und zu der Erregerspule 70 zugeführt wird, schwankt, und eine Effizienz der drehenden Elektromaschine 10 verbessern. Außerdem kann, im Vergleich zu der Konfiguration, die kein Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 aufweist, die vorliegende Ausführungsform den DC-Erreger-Magnetische-Fluss, der um die Erregerspule 70 verbleibt, wenn der DC-Erreger-Strom zu der Erregerspule 70 plötzlich auf null usw. abgesenkt wird, verringern (Zeitpunkt t = t1 in 11), und kann somit die gegenelektromotorische Spannung schnell verringern (siehe 11).
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In der obigen Ausführungsform entsprechen die Permanentmagnet-Erregungs-Magnetpole, die durch die Permanentmagneten 64, 68 des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 erregt sind, den „ersten Magnetpolen”, die in den Ansprüchen beschrieben sind, entsprechen die Permanentmagnet-Nichterregungs-Magnetpole, die durch Permanentmagneten 64, 68 nicht erregt sind, den „zweiten Magnetpolen”, die in den Ansprüchen beschrieben sind, entspricht der erste und zweite radial äußere Rotorkern 56, 58 dem „ersten und zweiten Kern”, die in den Ansprüchen beschrieben sind, und entspricht der radial innere Rotorkern 80 dem „dritten Kern”, der in Ansprüchen beschrieben ist.
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In der obigen Ausführungsform sind der Rotor 12 und die Welle 50 in der Axialrichtung geteilt. Dennoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht hierauf beschränkt und sowohl der Rotor als auch die Welle 50 können ein integrales Bauteil sein. In dieser Modifikation müssen die Kerbenlöcher 86, 88, die sich in der Axialrichtung erstrecken, nur in beiden Axialenden des radial inneren Rotorkerns 80 ausgebildet sein. Der radial innere Rotorkern 80 muss nicht in einer hohlen Form zum Einsetzen des Bolzens 98, der das schalenförmige Bauteil 90 und das schalenförmige Bauteil 92 der Welle 50 aneinander befestigt, ausgebildet sein und die Kerbenlöcher 86, 88 müssen nicht miteinander (kommunizierend) in Verbindung stehen.
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In der obigen Ausführungsform ist der radial innere Rotorkern 80 an der radialen Innenfläche der Welle 50 befestigt und dreht sich zusammen mit dem Rotor 12. Dennoch kann der radial innere Rotorkern 80 beispielsweise ein nicht drehendes Bauteil sein, das in der Welle 50 angeordnet ist.
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In der obigen Ausführungsform werden der Schlitz 102 und das Loch 104, die an einer vorbestimmten Position auf der Welle 50 so ausgebildet sind, dass sie sich von der Fläche der Welle 50 in Richtung zu der Achse hin erstrecken, und das Harz 106, das an einer vorbestimmten Position auf der Achse 50 eingebettet ist, als das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 zum Unterdrücken eines Wirbelstroms, der in der Welle 50 erzeugt ist, verwendet. Dennoch kann der Schlitz, das Loch oder das Harz an irgendeiner Position verwendet werden, solange der Wirbelstrom unterdrückt ist, und kann irgendetwas anderes als der Schlitz, das Loch und das Harz verwendet werden, solange es einen höheren elektrischen Widerstand als der Körper der Welle 50 aufweist.
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Zum Unterdrücken eines Wirbelstroms, der in der Welle 50 erzeugt ist, ist es wünschenswert, das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 in jedem der schattierten Gebiete S1, S2, S3, die in 9 gezeigt sind, anzuordnen. Dennoch kann das Wirbelstromunterdrückungsmittel 100 in irgendeinem oder mehreren dieser Gebiete angeordnet sein.
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Die internationale Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2012-044851 , die am 29. Februar 2012 eingereicht wurde, und die Offenbarung dieser ist hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- drehende Hybriderregungs-Elektromaschine
- 12
- Rotor
- 14
- Stator
- 24
- Statorkern
- 28
- Statorspule
- 50
- Welle
- 52
- Rotorkern
- 54
- radial äußerer Rotorkern
- 56
- erster radial äußerer Rotorkern
- 58
- zweiter radial äußerer Rotorkern
- 60
- Spalt
- 62, 66
- Rotorzahn
- 64, 68
- Permanentmagnet
- 70
- Erregerspule
- 72
- Großer-Durchmesser-Zylinderbereich
- 80
- radial innerer Rotorkern
- 84
- Rotorkernteil bzw. -stück
- 86, 88
- Kerbenloch
- 90, 92
- schalenförmiges Bauteil
- 100
- Wirbelstromunterdrückungsmittel
- 102
- Schlitz
- 104
- Loch
- 106
- Harz
