DE112014002763B4 - Elektrische Rotationsmaschine - Google Patents

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Abstract

Elektrische Rotationsmaschine, welche aufweist:einen Stator (1), welcher aufweist:einen Statorkern (3), der einen Schlitz (6) hat, geformt durch Zähne (5),die in Abständen in einer Umfangsrichtung des Statorkerns (3) derart gebildet sind, dass sie sich von einem Kernrücken (4) mit einer ringförmigen Gestalt radial nach innen erstrecken; undeine um den Schlitz (6) gewickelte Statorspule; undeinen koaxial mit dem Statorkern (3) auf einer inneren Umfangsseite des Stators (1) drehbar ausgebildeten Rotor (2),wobei der Rotor (2) aufweist:einen Rotorkern (8); undeine Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33), von denen jede mindestens zwei Permanentmagnete (10, 11, 31 bis 33) mit einer rechteckigen Gestalt für einen Pol einschließt, wobei die Mehrzahl der Permanentmagnetgruppen (9, 33) in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns (8) in Abständen in Umfangsrichtung des Rotors (2) eingebettet ist, oder eine Mehrzahl von Permanentmagneten (18), von denen jeder einen Permanentmagneten (18) mit einer rechteckigen Gestalt für einen Pol einschließt, wobei die Mehrzahl der Permanentmagneten (18) in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns (8) in Abständen in Umfangsrichtung des Rotors (2) eingebettet ist,wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) aufweist:jede der Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) symmetrisch bezüglich eines Zentrums des entsprechenden Pols in Umfangsrichtung des Rotors (2) angeordnet ist;der Rotor (2) eine Schichtung einer Mehrzahl von Rotorabschnitten einschließt, die jeweils unterschiedliche Zwischenmagnetendwinkel (θ1, Θ2) haben, wobei jeder ein ebener Winkel ist, welcher zwischen einer Linie besteht, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines der mindestens zwei Permanentmagneten (10, 11, 31 bis 33) und ein Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet, und einer Linie, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines anderen der mindestens zwei Permanentmagnete (10, 11, 31 bis 33) verbindet, und einer der Mehrzahl von Rotorabschnitten, der den großen Zwischenmagnetendwinkel (θ1) hat, in einer Position näher zu einem zentralen Abschnitt des Rotors (2) in einer Achsenlinie des Rotors (2) angeordnet ist;wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagneten (18) aufweist: jeder der Mehrzahl von Permanentmagneten (18) derart ausgebildet ist,dass eine senkrechte Symmetrielinie des Permanentmagneten (18) durch das Achsenzentrum des Rotors (2) hindurchläuft;der Rotor (2) eine Schichtung einer Mehrzahl von Rotorabschnitten einschließt, die jeweils unterschiedliche Zwischenmagnetendwinkel (θ1, Θ2) haben, wobei jeder ein ebener Winkel ist, welcher zwischen einer Linie besteht, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende des Permanentmagneten (18) und ein Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet, und einer Linie, das andere äußerstes umfangsseitiges Ende des Permanentmagneten (18) und das Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet und einer der Mehrzahl von Rotorabschnitten, der den großen Zwischenmagnetendwinkel (θ1) hat, in einer Position näher zu einem zentralen Abschnitt des Rotors (2) in einer Achsenlinie des Rotors (2) angeordnet ist,wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) oder die Mehrzahl von Permanentmagneten (18) aufweist:die Mehrzahl von Rotorabschnitten zwei Arten von Rotorabschnitten entsprechend einen Großwinkel-Rotorabschnitt (12) und einem Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13) einschließt, der einen Zwischenmagnetendwinkel kleiner als der Zwischenmagnetendwinkel (θ2) des Großwinkel-Rotorabschnitts (12) hat, wobei die beiden Arten von Rotorabschnitten in der Reihenfolge Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13), Großwinkel-Rotorabschnitt (12) und Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13) längs der Achsenlinie des Rotors (2) geschichtet bzw. gereiht sind; undwenn ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels, bei dem ein Rastmoment am kleinsten wird, θ ist, ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels (θ1) des Kleinwinkel-Rotorabschnitts (13) kleiner als θ und ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels (θ2) des Großwinkel-Rotorabschnitts (12) größer als θ ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsmotor für ein Elektroauto, ein Hybridauto o.ä., insbesondere eine elektrische Rotationsmaschine, die Permanentmagnete eingebettet in einen äußeren Umfangsabschnitt eines Rotorkerns enthält.
  • STAND DER TECHNIK
  • Derzeit ist der nachfolgende Innenpermanentmagnetmotor bekannt. Speziell schließt der Innenpermanentmagnetmotor einen Rotorkern ein, in dem zwei Permanentmagnete in einem V-ähnlichen Muster für einen Pol eingebettet sind. Der Rotorkern schließt einen ersten Teilrotorkern und einen zweiten Teilrotorkern ein, die durch Unterteilen des Rotorkerns in axialer Richtung des Rotorkerns erhalten werden. Eine Breite eines Magnetpfadbildungsabschnitt in Umfangsrichtung des Rotorkerns ist so eingestellt, dass sie sich für den ersten Teilrotorkern und den zweiten Teilrotorkern unterscheidet (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
  • Patentliteratur 2 (PTL2) offenbart eine drehende elektrische Maschine umfassend einen Stator, der mehrere Zähne aufweist, die einem Rotor zugewandt sind, und mehrere Nuten aufweist, die Räume zum Wickeln von Spulen um die Zähne bereitstellen. Der Rotor weist ein Paar von Permanentmagneten auf, die darin eingebettet und in einer „V“-Form-Konfiguration angeordnet sind, um so eine magnetische Kraft derart auf die Zähne wirken zu lassen, dass der Rotor innerhalb des Stators angetrieben ist, um sich durch Reluktanzmoment und Magnetmoment zu drehen. Die Permanentmagnete sind in einer Weise angeordnet, dass, wenn das Paar von Permanentmagneten einschließlich einer Flusssperre im Rotor, das sechs Nuten im Stator entspricht, einen Magnetpol bildet, ein Öffnungswinkelverhältnis δ, d. h., das Verhältnis eines Magnet-Öffnungswinkels θ3 in Bezug auf eine Rotorachse zu einem effektiven Magnetpol-Öffnungswinkel θ1 in einen Bereich 0,762 δ ≤ 0,816 fällt, um wirksam eine Momentwelligkeit zu minimieren.
  • Patentliteratur 3 (PTL3) offenbart einen elektromotorisch angetriebenen Kompressor mit einer Struktur, die in der Lage ist, die Leistung eines Elektromotors des elektromotorisch angetriebenen Kompressors für das Fahrzeug zu verbessern. Der von einem Elektromotor angetriebene Kompressor hat einen Winkel, der von zwei geraden Linien gebildet wird, die durch die Mitte des Rotors verlaufen und beide Endabschnitte eines Permanentmagneten berühren, und der in einem Bereich von etwa 48,7° bis etwa 51° liegt.
  • Patentliteratur 4 (PTL4) offenbart einen inneren Permanentmagnet-Rotationsmotor mit N Nuten und P Permanentmagnet-Magnetpolen, in dem P/N im Bereich von 2/3 bis 43/45 und Po in einem irreduziblen Bruchteil Po/No von P/N als ungerade Zahl festgelegt ist. Ein Polbogenverhältnis ψp ist definiert als das Verhältnis von θpp/θp, wobei der Winkel zwischen zwei Liniensegmenten, die für ein Paar von Flussbarrieren angenommen werden, die jeweils die Mitte eines Rotorkerns und eine der Ecken einer Flussbarriere, die der Oberfläche des Rotorkerns am nächsten liegt, verbinden, mit θpp bezeichnet wird und der Winkel, der sich ergibt, wenn der volle Umfangswinkel, 360°, des Rotorkerns durch die Anzahl der Permanentmagnetpole geteilt wird, mit θp bezeichnet wird.
  • Patentliteratur 5 (PTL5) offenbart einen Rotor, welcher in mehrere Bereiche unterteilt ist. Die Länge eines Bogens eines hervorstehenden Teils eines Magnetpolkerns ist in jedem unterteilten Bereich unterschiedlich. Das heißt, die winklige Öffnung des vorstehenden Teils des Magnetpolkerns oder der Winkel, der an beiden Enden des entsprechenden Bogens von der Mittelachse des Rotors aus gesehen wird, ist unterschiedlich. Außerdem ist seine Dicke, d.h. die Länge in axialer Richtung, unterschiedlich.
  • Patentliteratur 6 (PTL6) offenbart eine rotierende elektrische Maschine mit Permanentmagnet umfassend einen ringförmigen Stator, einen Rotor, der drehbar im Stator angeordnet ist, und eine rotierende Welle, die mit dem Rotor integriert ist. Der Rotor umfasst einen Rotorkörper, der magnetisch leitend ist, und einen Permanentmagneten, der in dem Rotorkörper gehalten wird. Der Permanentmagnet besteht aus einer Vielzahl von Magnetstücken, die in der Erstreckungsrichtung der rotierenden Welle geteilt sind. Der magnetische Widerstand der Vielzahl von Magnetstücken am Endteil in axialer Richtung ist so eingestellt, dass er sich von der Mitte in axialer Richtung unterscheidet.
  • ZITIERUNGSLISTE
  • PATENTLITERATUR
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Beim Innenpermanentmagnetmotor kann ein Rastmoment verringert werden. Jedoch ist eine kleinere Anzahl von Wärmeabfuhrwegen für die Permanentmagnete in einem zentralen Abschnitt in axialer Richtung des Rotorkerns gebildet, verglichen mit jenen für den anderen Abschnitt, und dadurch besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit für einen Temperaturanstieg im zentralen Abschnitt. Daher hat der Innenpermanentmagnetmotor das Problem einer Demagnetisierung infolge eines Temperaturanstiegs der Permanentmagnet.
  • Weiterhin hat der Innenpermanentmagnetmotor ein weiteres Problem, wenn die Permanentmagnete in Achsenrichtung des Motorkerns eine weite Temperaturverteilung haben. Speziell besteht zwischen einer Temperatur der Permanentmagnete und einer induzierten Spannung des Motors eine Korrelation, aber die induzierte Spannung kann nur mit einem Magnetfluss bei einer mittleren Temperatur der Permanentmagnete gemessen werden. Daher kann die Temperatur jedes der Permanentmagnete nicht vorausgesagt werden, wenn die Temperaturverteilung in den Permanentmagneten in Achsenrichtung des Rotorkerns weit ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der oben beschriebenen Probleme gemacht und hat als Aufgabe die Bereitstellung einer elektrischen Rotationsmaschine, die zur Unterdrückung einer Demagnetisierung infolge eines Temperaturanstiegs der Permanentmagnete fähig ist und bei der eine Temperaturverteilung in den Permanentmagneten in Achsenrichtung der elektrischen Rotationsmaschine reduziert ist.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten Aufgaben/Probleme entsprechend den unabhängigen Ansprüchen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Rotorabschnitt, der den größeren Zwischenmagnetendwinkel mit dem kleineren Betrag an Wärmeerzeugung hat, näher zum zentralen Abschnitt auf der Achsenlinie der elektrischen Rotationsmaschine angeordnet. Daher wird die Demagnetisierung infolge eines Temperaturanstiegs der Permanentmagnete unterdrückt. Außerdem kann die Temperaturverteilung in den Permanentmagneten in Achsenrichtung der elektrischen Rotationsmaschine verringert sein.
  • Weiterhin ist bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Rotorabschnitt, der den größeren Zwischenmagnetendwinkel mit dem kleineren Betrag an Wärmeerzeugung hat, auf der Stromabwärts-Seite des Ventilationspfades angeordnet, verglichen mit dem Zwischenmagnetendwinkel und dem Wärmeerzeugungsbetrag des Rotorabschnitts, der auf der Stromaufwärts-Seite angeordnet ist. Daher wird die Demagnetisierung infolge eines Temperaturanstiegs der Permanentmagnete unterdrückt. Außerdem kann die Temperaturverteilung in den Permanentmagneten in Achsenrichtung der elektrischen Rotationsmaschine verringert sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine Front-Schnittansicht eines Hauptteils, zur Illustration eines Motors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Hauptteils, zur Illustration des in 1 dargestellten Motors.
    • 3A ist eine Seiten-Schnittansicht des Hauptteils zur Illustration des in 1 dargestellten Motors, 3B ist eine Front-Schnittansicht des Hauptteils zur Illustration eines Kleinwinkel-Rotorabschnitts, wie in 3A dargestellt, und 3C ist eine Front-Schnittansicht des Hauptteils, zur Illustration eines Großwinkel-Rotorabschnitts, wie in 3A dargestellt.
    • 4 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Zwischenmagnetendwinkel und der Amplitude jeder der Frequenzkomponenten eines Rastmoments.
    • 5 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen einem Zwischenmagnetendwinkel und einem Moment pro bzw. infolge Wirbelstromverlust der Permanentmagnete.
    • 6 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen einer Position beim elektrischen Winkel und dem Rastmoment bei einem in 1 dargestellten Motor.
    • 7 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung eines Wärmefreisetzungs- bzw. Wärmeabführungspfades bei einem in 1 dargestellten Motor.
    • 8 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen einer Achsenlänge und einer Permanentmagnettemperatur bei einem in 1 dargestellten Motor.
    • 9 ist eine Front-Schnittansicht eines Hauptteils zur Illustration eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen einem Zwischenmagnetendwinkel und einer Amplitude eines Rastmoments bei einem Motor wie in 9 dargestellt.
    • 11 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen einem Zwischenmagnetendwinkel und einem Moment pro bzw. infolge Wirbelstromverlust der Permanentmagnete bei einem Motor wie in 9 dargestellt.
    • 12 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen einem Zwischenmagnetendwinkel und dem Rastmoment bei einem in 9 dargestellten Motor.
    • 13 ist eine Front-Schnittansicht eines Hauptteils zur Illustration eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 14 ist eine Schnittansicht eines Motors gemäß einer vierten Ausführungsform, geschnitten in Achsenrichtung eines Motors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder einander entsprechende Komponenten und Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine Front-Schnittansicht eines Hauptteils zur Illustration eines Motors, der eine elektrische Rotationsmaschine ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Hauptteils zur Illustration des in 1 dargestellten Motors.
  • Der Motor enthält einen Stator 1 und einen Rotor 2. Der Stator 1 enthält einen Statorkern 3 und (nicht gezeigte) Statorspulen. Der Statorkern 3 enthält 12 Schlitze 6, die durch Zähne 5 ausgebildet sind, die in Abständen in einer Umfangsrichtung des Statorkerns 3 derart gebildet sind, dass sie sich radial von einem Kern-Rücken 4 aus nach innen erstrecken, der eine ringförmige Gestalt hat. Der Rotor 2 ist koaxial mit dem Statorkern 3 auf einer inneren Umfangsseite des Stators 1 derart angeordnet, dass er drehbar ist.
  • Der Statorkern 3 ist durch Schichten bzw. Laminieren dünner Stahlplatten gebildet.
  • Die Statorspulen enthalten Dreiphasen(U-Phase, V-Phase-, und W-Phase-)Wicklungen, die um die Zähne 5 gewickelt sind. Ein Ende eines leitenden Drahts der Wicklung jeder der Phasen ist mit einem Inverter verbunden, während das andere Ende des leitenden Drahtes mit einer Nullleitung einer anderen der Phasen als eine Nullleitung verbunden ist.
  • Der Rotor 3 schließt eine Drehwelle 7, einen Rotorkern 8 und Permanentmagnetgruppen 9 ein. Der Rotorkern 8 ist auf der Drehwelle 7 durch Presspassung, thermisches Einfügen oder einen Keil fixiert. Die Permanentmagnetgruppen 9 sind in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns 8 in Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 eingebettet. Jede der Permanentmagnetgruppen 9 schließt für einen Pol zwei Permanentmagnete ein, d.h. einen ersten Permanentmagnet 10 und einen zweiten Permanentmagnet 11, die jeweils eine rechteckige Gestalt haben.
  • Der Rotorkern 8, der durch Schichten dünner Stahlplatten gebildet ist, schließt eine Mehrzahl von Magnetaufnahmelöchern 25 ein, die sich in Achsenrichtung des Rotorkerns 8 erstrecken und die ersten Permanentmagnete 10 und die zweiten Permanentmagnete 11 darin aufnehmen. Der erste Permanentmagnet 10 und der zweite Permanentmagnet 11, die jeweils in den Magnetaufnahmelöchern 25 angeordnet sind, sind derart angeordnet, dass ein Abstand dazwischen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 in radial äußerer Richtung des Rotorkerns 8 ansteigt.
  • Für die Permanentmagnetgruppen 9, von denen jede in einem V-ähnlichen Muster angeordnet ist, sind der N-Pol und der S-Pol alternierend in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 gesetzt, wie in 2 dargestellt. Die Pfeile in 2 bezeichnen Richtungen der Permanentmagnete 10 und 11.
  • Es ist zu beachten, dass Lückenabschnitte 26 an beiden Enden jedes der Magnetaufnahmelöcher 25 gebildet sind. Durch die Lückenabschnitte 26 wird ein sogenannter Leckstrom, der direkt vom N-Pol zum benachbarten S-Pol fließt, zwischen den benachbarten Permanentmagnetgruppen 9 unterdrückt.
  • 3A ist eine Seiten-Schnittansicht des Hauptteils zur Illustration des in 1 dargestellten Motors. 3B ist eine Front-Schnittansicht des Hauptteils zur Illustration eines Kleinwinkel-Rotorabschnitts, wie in 3A dargestellt, und 3C ist eine Front-Schnittansicht des Hauptteils, zur Illustration eines Großwinkel-Rotorabschnitts, wie in 3A dargestellt.
  • Der Rotor 2 ist durch Aneinanderreihen bzw. Laminieren des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 und des Großwinkel-Rotorabschnitts 15 gebildet. Jeder der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 hat einen Zwischenmagnetendwinkel θ1, der ein ebener Winkel bzw. Ebenen-Winkel zwischen einer Linie ist, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines der mindestens einen Permanentmagneten und ein Achsenzentrum des Rotors verbindet, und einer Linie, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines anderen des mindestens einen Permanentmagnets, der dem mindestens einen Permanentmagneten gegenüberliegt, und das Achsenzentrum des Rotors verbindet. Der Großwinkel-Rotorabschnitt 12 hat einen Zwischenmagnetendwinkel θ2, der auf ähnliche Weise definiert ist. Die Zwischenmagnetendwinkel θ1 und θ2 unterscheiden sich voneinander.
  • Der Zwischenmagnetendwinkel θ1 des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 nach 3B ist kleiner als der Zwischenmagnetendwinkel θ2 des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 nach 3C.
  • Der Rotor 2 des in 1 illustrierten Motors enthält drei Schichten des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13, des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 und des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 geschichtet gereiht in der angegebenen Reihenfolge in Achsenrichtung des Rotors 2.
  • Bei dem Motor mit der oben beschriebenen Konfiguration wird ein elektrisches Drehfeld durch den Stator 1 erzeugt, indem bewirkt wird, dass ein Dreiphasen-Wechselstrom durch die Statorspulen des Stators 1 fließt. Das elektrische Drehfeld zieht die Permanentmagnetgruppe 9 des Rotors an. Im Ergebnis rotiert der Rotor 2 um die Drehwelle 7.
  • 4 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Zwischenmagnetendwinkel und einer Amplitude jeder der Frequenzkomponenten eines Rastmoments, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durch elektromagnetische Analyse erhalten wurde.
  • In 4 ist der Zwischenmagnetendwinkel, der in einen elektrischen Winkel konvertiert ist, auf der horizontalen Achse angegeben. Jede der Frequenzkomponenten des Rastmoments wird in der Umgebung eines elektrischen Winkels von 120 Grad (Zwischenmagnetendwinkel θ3) am kleinsten und steigt in positiver Richtung beim elektrischen Winkel von 120 Grad oder weniger an und steigt in negativer Richtung beim elektrischen Winkel von 120 Grad oder höher an.
  • Hier bezeichnet eine Änderung des Vorzeichens des Rastmoments die Umkehrung der Phase jeder der Frequenzkomponenten bei 180 Grad. In diesem Falle ist eine 6f-Komponente (f: Grundfrequenz) des Zwischenmagnetendwinkels von 100 Grad im elektrischen Winkel so definiert, dass sie auf der positiven Seite ist.
  • Beispielsweise für einen Rotor mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 110 Grad im elektrischen Winkel und einen Rotor mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 130 Grad im elektrischen Winkel sind die Größen der Amplituden der Frequenzkomponenten 6f, 12f und 18f des Rastmoments annähernd dieselben, während die Phasen sich bei 180 Grad umkehren (mit dem gleichen Betrag in positiver Richtung und negativer Richtung). Somit wird durch Aneinanderreihen bzw. Laminieren des Rotorabschnitts mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 110 Grad im elektrischen Winkel und des Rotorabschnitts mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 130 Grad im elektrischen Winkel derart, dass die Rotorabschnitte die gleiche Achsenlänge haben, das Rastmoment reduziert.
  • 5 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen einem Zwischenmagnetendwinkel und einem Moment pro bzw. infolge Wirbelstromverlust der Permanentmagnete, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durch elektromagnetische Analyse erhalten wurde.
  • In 5 entspricht eine Momenten-Beziehung 1 einer Drehung mit niedriger Geschwindigkeit, während eine Momenten-Beziehung 2 einer Drehung bei hoher Geschwindigkeit entspricht. Die beiden Bedingungen sind beide in einem Fall gezeigt, in dem der Zwischenmagnetendwinkel von 123 Grad im elektrischen Winkel als Referenz genutzt wird.
  • Wie in 5 gezeigt, steigt das Moment infolge oder pro Wirbelstromverlust der Permanentmagnete monoton an, unabhängig von den Moment-Bedingungen, und es wird höher, wenn der Zwischenmagnetendwinkel ansteigt.
  • Speziell hat der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 mit dem kleineren Zwischenmagnetendwinkel θ1 einen Wärmeerzeugungsbetrag, der größer ist als derjenige, der im Großwinkel-Rotorabschnitt 12 mit dem größeren Zwischenmagnetendwinkel θ2 erzeugt wird.
  • Als nächstes sind Rastmoment-Kurvenformen eines Motors mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 123 Grad im elektrischen Winkel und eines Motors in 6 gezeigt, der eine Kombination des Zwischenmagnetendwinkels von 104 Grad und des Zwischenmagnetendwinkels von 138 Grad im elektrischen Winkel hat.
  • Die dicke Linie in 6 stellt den Rotor mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 123 Grad dar, und die gestrichelte Linie stellt den Motor mit den Kleinwinkel-Rotorabschnitten 13, die einen Zwischenmagnetendwinkel von 104 Grad haben, und dem Großwinkel-Rotorabschnitt 12, der den Zwischenmagnetendwinkel von 138 Grad hat, derart geschichtet dar, dass sie die gleiche Achsenlänge haben. Durch Vergleich der Rastmoment-Kurvenformen ist zu verstehen, dass der Motor, welcher die Schichtung des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 und des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 einschließt, gegenüber dem Motor mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 123 Grad im elektrischen Winkel ein verringertes Rastmoment hat.
  • Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 7 die Wärmeabfuhrpfade für im Rotor 2 erzeugte Wärme beschrieben.
  • 7 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Motors, geschnitten längs einer Achsenrichtung des Motors. Der in 7 dargestellte Motor ist nicht zu einer direkten Kühlung durch Umgebungsluft konfiguriert und wird als sogenannter „vollständig eingehauster Motor“ bezeichnet.
  • Der Rotor 2, der die drei Schichten Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, Großwinkel-Rotorabschnitt 12 und Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 laminiert in der angegebenen Reihenfolge in Achsenrichtung des Rotors 2 enthält, ist in einem Gehäuse bzw. Rahmen 15 mit Zylinderform aufgenommen. Eine Achsenlänge des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 und die Gesamt-Achsenlänge des Paares der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 sind gleich. Beide Endabschnitte der Drehwelle 7 des Rotors 2 sind durch Lager 16 drehbar im Gehäuse 15 gehaltert. Es ist zu beachten, dass die Statorspulen Spulenenden 14 haben, wie in 7 dargestellt.
  • Wärme, die im Großwinkel-Rotorabschnitt 12 des Rotors 2 erzeugt wird, wird hauptsächlich durch die Wärmeabfuhrpfade A auf die Drehwelle 7 übertragen und über die Drehwelle 7 nach außen emittiert.
  • Andererseits wird Wärme, die in den Kleinwinkel-Rotorabschnitten 13 des Rotors 2 erzeugt wird, durch die Wärmeabfuhrpfade A in der Drehwelle 7 nach außen abgeführt und auch durch die Wärmeabfuhrpfade B direkt an die den Rotor 2 umgebende Luft abgegeben, so dass sie nach außen über die Luft und das Gehäuse 15 freigesetzt wird.
  • Es ist zu beachten, dass eine Lücke bzw. ein Spalt 17 zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 vorhanden ist. Daher wird ein Teil der im Rotor 2 erzeugten Wärme auch durch den Spalt 17 nach außen freigesetzt.
  • Wie oben beschrieben, hat jeder der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13, der auf beiden Seiten des Rotors 2 angeordnet ist, die Wärmeabfuhrpfade A und B, während der im mittleren Abschnitt des Rotors 2 angeordnete Großwinkel-Rotorabschnitt 12 die Wärmeabfuhrpfade A als Hauptwärmeabfuhrpfade hat.
  • Im Übrigen sind, wenn die Länge des Rotors in Achsenrichtung groß ist und der Rotor einen gleichmäßigen elektrischen Winkel des Zwischenmagnetendwinkels in Achsenrichtung des Rotors hat, die Wärmeabfuhrpfade im mittleren Abschnitt des Rotors, verglichen mit den Abschnitten auf beiden Seiten des Rotors, begrenzt. Daher wird eine Temperatur im mittleren Abschnitt höher als eine Temperatur in den Abschnitten auf beiden Seiten.
  • Im Übrigen hat ein Permanentmagnet, der unter Einsatz von Neodym gebildet wird, das Problem, dass eine Demagnetisierung bei erhöhter Temperatur mit höherer Wahrscheinlichkeit auftritt. Weiterhin ist der Wirbelstromverlust der Permanentmagnete, der durch den Magnetfluss der Statorspulen im Stator 1 erzeugt wird, der gleiche in jeder Position in Achsenrichtung des Rotors.
  • Daher ist die Anzahl der Wärmeabfuhrpfade im zentralen Abschnitt des Rotors in Achsenrichtung des Rotors kleiner, und infolgedessen steigt die Temperatur der Permanentmagnete im zentralen Abschnitt unvorteilhafterweise an. Im Ergebnis ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass die Permanentmagnete demagnetisiert werden.
  • Auf der anderen Seite schließt der Motor entsprechend der ersten Ausführungsform die Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 ein, die einen größeren Wärmeerzeugungsbetrag als der Großwinkel-Rotorabschnitt 12 haben, die auf beiden Seiten des Rotors angeordnet sind, wo die Wärmeabfuhrpfade A und B vorhanden sind, um ausgezeichnete Wärmeableitungseigenschaften bereitzustellen, und den Großwinkel-Rotorabschnitt 12, der einen kleineren Wärmeerzeugungsbetrag als die Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 hat, der im mittleren Abschnitt des Rotors 2 angeordnet ist, wo das Wärmeableitungsvermögen geringer ist.
  • Daher kann der Temperaturanstieg im mittleren Abschnitt des Rotors 2 in Achsenrichtung des Rotors 2 verhindert werden. Außerdem kann die Wärme von den Kleinwinkel-Rotorabschnitten 13, die den größeren Wärmeerzeugungsbetrag haben, durch die Wärmeabfuhrpfade A und B effizient abgeleitet werden.
  • 8 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen der axialen Länge und der Permanentmagnettemperatur für den Motor gemäß der ersten Ausführungsform und einen Motor eines Vergleichsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Motor gemäß der ersten Ausführungsform schließt die Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13, die den Zwischenmagnetendwinkel θ1 von 123 Grad im elektrischen Winkel haben, und den Großwinkel-Rotorabschnitt 12 ein, der den Zwischenmagnetendwinkel θ2 von 138 Grad im elektrischen Winkel hat, welche in der Reihenfolge Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, Großwinkel-Rotorabschnitt 12 und Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 geschichtet sind. Der Motor des Vergleichsbeispiels hat den Zwischenmagnetendwinkel von 123 Grad im elektrischen Winkel, welcher in Achsenrichtung des Rotors konstant ist.
  • Wie aus 8 zu verstehen, kann eine Temperaturverteilung der Permanentmagnete 10 und 11 in Achsenrichtung des Rotors im Motor gemäß der ersten Ausführungsform reduziert werden, verglichen mit dem Motor des Vergleichsbeispiels. Somit kann das Rastmoment verringert werden, wie in 6 gezeigt.
  • Weiter kann die höchste Temperatur der Permanentmagnete 10 und 11 verringert werden. Daher kann die Demagnetisierung der Permanentmagnete infolge lokaler Wärmeerzeugung verhindert werden.
  • Weiterhin, wenn die Permanentmagnettemperatur des Motors mit dem Magnetfluss überwacht wird, kann ein Magnetflussbetrag nur bei einer mittleren Temperatur des Motors überwacht werden (gezeigt in 8).
  • Daher ist im Falle des Vergleichsbeispiels die Temperaturverteilung der Permanentmagnete in Achsenrichtung des Rotors 2 weit, und somit steigt eine Differenz zwischen der höchsten Temperatur und der mittleren Temperatur in unvorteilhafter Weise an. Andererseits ist beim Motor der ersten Ausführungsform die Differenz zwischen der höchsten Temperatur und der mittleren Temperatur der Permanentmagnete 10 und 11 gering. Daher kann die Temperatur der Permanentmagnete 10 und 11 leicht aus einer induzierten Spannung und dem Magnetflussbetrag des Motors abgeschätzt werden.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 9 ist eine Front-Schnittansicht eines Hauptteils zur Illustration eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der zweiten Ausführungsform schließt der Rotor 2 den Rotorkern 8 und eine Mehrzahl von Permanentmagneten 18 ein. Die Permanentmagnete 18 sind in den äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns 8 mit Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 eingebettet. Jeder der Permanentmagnete 18 schließt einen Permanentmagneten mit einer rechteckigen Gestalt für einen Pol ein.
  • Der Rotorkern 8, der durch Laminieren dünner Stahlplatten gebildet ist, schließt die Mehrzahl von Magnetaufnahmelöchern 25 ein, die sich in Achsenrichtung des Rotorkerns 8 erstrecken und die Permanentmagnete 18 darin aufnehmen. Der in jedem der Magnetaufnahmelöcher 25 angeordnete Permanentmagnet 18 ist so ausgebildet, dass eine senkrechte Symmetrielinie des Permanentmagneten 18 durch das Achsenzentrum des Rotors 2 hindurchgeht.
  • Die Permanentmagnete 18 sind längs der Umfangsrichtung des Rotors 2 derart angeordnet, dass der N-Pol und der S-Pol sich abwechseln.
  • Es ist zu beachten, dass Lücken- bzw. Spaltabschnitte 26 an beiden Enden jedes der Magnetaufnahmelöcher 25 gebildet sind. Durch die Lückenabschnitte 26 wird ein sogenannter Leckstrom, der direkt vom N-Pol zum benachbarten S-Pol fließt, zwischen den benachbarten Permanentmagnetgruppen 9 unterdrückt.
  • Der Rotor 2 enthält geschichtet bzw. laminiert zwei Arten von Rotorabschnitten. Die beiden Arten von Rotorabschnitten haben unterschiedliche Zwischenmagnetwinkel θ, die jeweils ein ebener Winkel zwischen einer Linie, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende des Permanentmagnets 18 und das Achsenzentrum des Rotors 2 verbindet, und einer Linie sind, die das andere äußerste umfangsseitige Ende des Permanentmagnets 18 und das Achsenzentrum des Rotors 2 verbindet.
  • Der Rotor 2 gemäß der zweiten Ausführungsform schließt die drei Schichten des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13, des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 und des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 ein, welche in der genannten Reihenfolge geschichtet bzw. gereiht sind, wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Die verbleibende Konfiguration ist die gleiche wie beim Motor der ersten Ausführungsform.
  • 10 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung einer Beziehung zwischen dem Zwischenmagnetendwinkel und der Amplitude jeder der Frequenzkomponenten des Rastmoments im Rotor 2, der die Permanentmagnete 18 einschließt.
  • Wie aus 10 zu erkennen ist, wird jede der Frequenzkomponenten des Rastmoments in der Nähe von 123 Grad des Zwischenmagnetendwinkels θ3 am kleinsten. Wenn der Zwischenmagnetendwinkel θ3 oder größer ist, steigt das Rastmoment negativ an. Wenn der Zwischenmagnetendwinkel θ3 oder kleiner ist, steigt das Rastmoment positiv an.
  • Weiterhin ist in 11 eine Beziehung zwischen dem Moment pro Magnet-Wirbelstromverlust und dem Zwischenmagnetendwinkel dargestellt.
  • Es ist zu beachten, dass in 11 die Momentbedingung 1 einer Rotation bei niedriger Geschwindigkeit entspricht, während die Momentbedingung 2 einer Rotation bei hoher Geschwindigkeit entspricht. Es ist gezeigt, dass, wenn ein Wert des Moments infolge Magnet-Wirbelstromverlust ansteigt, ein Magnet-Wärmeerzeugungsbetrag pro Moment absinkt.
  • Wie in 11 gezeigt, ist das Folgende zu verstehen. Speziell ist das Moment durch Magnet-Wirbelstromverlust in der Umgebung des Zwischenmagnetendwinkels von 120 Grad am kleinsten. Wenn der Zwischenmagnetendwinkel kleiner oder größer als 120 Grad ist, steigt das Moment durch Magnet-Wirbelstromverlust der Permanentmagnete 18 an.
  • Speziell ist der Wärmeerzeugungsbetrag in der Umgebung des Zwischenmagnetendwinkels von 120 Grad am größten. Weiterhin ist unter der Momentbedingung 2 (während der Drehung mit hoher Geschwindigkeit) eine Anstiegsrate des Moments pro Magnet-Wirbelstromverlust in dem Fall größer, wo der Zwischenmagnetendwinkel größer als 120 Grad ist, als in dem Fall, wo der Zwischenmagnetendwinkel kleiner als 120 Grad ist.
  • 12 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung von Rastmoment-Kurvenformen eines Motors, der den Zwischenmagnetendwinkel von 120 Grad im elektrischen Winkel hat, und einen Motor, der die Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 104 Grad im elektrischen Winkel und den Großwinkel-Rotorabschnitt 12 mit dem Zwischenmagnetendwinkel von 138 Grad im elektrischen Winkel derart geschichtet enthält, dass sie die gleiche axiale Länge haben.
  • Ähnlich wie beim Motor der ersten Ausführungsform, sind die Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 und der Großwinkel-Rotorabschnitt 12 auf solche Weise kombiniert, dass ein Verhältnis der Gesamtlänge der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 und der Länge des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 in Achsenrichtung des Rotors 2 1:1 ist.
  • Aus 12 ist zu verstehen, dass das Rastmoment des Motors der zweiten Ausführungsform im Vergleich zum Motor mit einem konstanten Zwischenmagnetendwinkel reduziert ist.
  • Der Motor der zweiten Ausführungsform schließt die drei Schichten Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, Großwinkel-Rotorabschnitt 12 und Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, geschichtet in der genannten Reihenfolge in Achsenrichtung des Rotors 2, ein. Der Großwinkel-Rotorabschnitt 12, der einen kleineren Wärmeerzeugungsbetrag als der in den Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 erzeugte hat, insbesondere während der Drehung bei hoher Geschwindigkeit, ist im mittleren Abschnitt des Rotors 2 angeordnet, der eine niedrigere Wärmeableitungseffizienz hat. Daher ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform die Temperaturverteilung im Rotor 2 in Achsenrichtung des Rotors 2 reduziert. Außerdem kann die lokale thermische Demagnetisierung unterdrückt werden.
  • Weiter ist der Zwischenmagnetendwinkel des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 130 Grad, und der Zwischenmagnetendwinkel jedes der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13 ist 110 Grad. Der Zwischenmagnetendwinkel von 123 Grad, bei dem das Rastmoment am kleinsten wird, liegt zwischen den beiden erwähnten Zwischenmagnetendwinkeln. Daher kann das Rasten des Motors signifikant verringert werden.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 13 ist eine Front-Schnittansicht eines Hauptteils zur Illustration eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der Rotor 3 schließt eine Drehwelle 7, einen Rotorkern 8 und Permanentmagnetgruppen 33 ein. Der Rotorkern 8 ist auf der Drehwelle 7 durch Presspassung, thermisches Einfügen oder einen Keil fixiert. Die Permanentmagnetgruppen 33 sind in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns 8 in Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 eingebettet. Jede der Permanentmagnetgruppen 33 schließt für einen Pol drei Permanentmagnete ein, d.h. einen ersten Permanentmagnet 30, einen zweiten Permanentmagnet 31 und einen dritten Permanentmagnet 32, die jeweils eine rechteckige Gestalt haben, für jeden Pol.
  • Der Rotorkern 8, der durch Schichten dünner Stahlplatten gebildet ist, schließt eine Mehrzahl von Magnetaufnahmelöchern 25 ein, die sich in Achsenrichtung des Rotorkerns 8 erstrecken und die ersten Permanentmagnete 30, die zweiten Permanentmagnete 31 und die dritten Permanentmagnete 32 darin aufnehmen. Der erste Permanentmagnet 30, der zweite Permanentmagnet 31 und der dritte Permanentmagnet 32, die jeweils in den Magnetaufnahmelöchern 25 angeordnet sind, sind derart angeordnet, dass ein Abstand dazwischen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 in radial äußerer Richtung des Rotorkerns 8 ansteigt.
  • Für die Permanentmagnetgruppen 33, von denen jede in einem V-ähnlichen Muster angeordnet ist, sind der N-Pol und der S-Pol alternierend in Umfangsrichtung des Rotorkerns 8 gesetzt, wie in 2 dargestellt. Die Pfeile in 2 bezeichnen Richtungen der Permanentmagnete 30, 31 und 32.
  • Es ist zu beachten, dass Lückenabschnitte 26 an beiden Enden jedes der Magnetaufnahmelöcher 25 gebildet sind. Durch die Lückenabschnitte 26 wird ein sogenannter Leckstrom, der direkt vom N-Pol zum benachbarten S-Pol fließt, zwischen den benachbarten Permanentmagnetgruppen 33 unterdrückt.
  • Der Rotor 2 enthält geschichtet bzw. laminiert zwei Arten von Rotorabschnitten, nämlich den Großwinkel-Rotorabschnitt 12 und den Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13. Der Großwinkel-Rotorabschnitt 12 und der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 haben unterschiedliche Zwischenmagnetwinkel θ, die jeweils ein ebener Winkel zwischen einer Linie, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende der Permanentmagnetgruppen 33 und das Achsenzentrum des Rotors 2 verbindet, und einer Linie ist, die das andere äußerste umfangsseitige Ende der Permanentmagnetgruppen 33 und das Achsenzentrum des Rotors 2 verbindet.
  • Der Rotor 2 gemäß der dritten Ausführungsform schließt die drei Schichten des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13, des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 und des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 ein, welche in der genannten Reihenfolge geschichtet bzw. gereiht sind.
  • Weiterhin liegt der Wert des Zwischenmagnetendwinkels, bei dem das Rastmoment am kleinsten wird, zwischen einem Wert des Zwischenmagnetendwinkels des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 und einem Wert des Zwischenmagnetendwinkels der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13.
  • Die verbleibende Konfiguration ist die gleiche wie beim Motor der ersten Ausführungsform.
  • Ähnlich wie beim Motor der ersten Ausführungsform hat der Motor der dritten Ausführungsform auch eine verringerte Temperaturverteilung des Rotors 2 in Achsenrichtung des Rotors 2. Weiterhin kann die lokale thermische Demagnetisierung unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus liegt der Wert des Zwischenmagnetendwinkels, bei dem das Rastmoment am kleinsten wird, zwischen dem Wert des Zwischenmagnetendwinkels des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 und dem Wert des Zwischenmagnetendwinkels der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13. Daher kann das Rasten des Motors signifikant verringert werden.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 14 ist eine Schnittansicht eines Motors gemäß einer vierten Ausführungsform, geschnitten in Achsenrichtung des Motors.
  • Der Rotor 2 enthält zwei Schichten, den Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 und den Großwinkel-Rotorabschnitt 12, geschichtet in Achsenrichtung des Rotors 2. Der Rotor 2 ist innerhalb des Gehäuses 15 mit einer zylindrischen Form untergebracht. Die beiden Endabschnitte der Rotorwelle 7 des Rotors 2 sind drehbar durch das Gehäuse 15 vermittels Lagern 16 gehaltert. Die Länge des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 und die Länge des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 in Achsenrichtung des Rotors 2 sind gleich.
  • Kühlgebläse (nicht gezeigt) sind an beiden Stirnflächen des Rotorkerns 8 des Rotors 2 fixiert. Weiterhin ist auf der Innenseite der Permanentmagnetgruppe 9 eine Mehrzahl von Ventilations- bzw. Belüftungspfaden 20, sich in Achsenrichtung des Rotors 2 erstreckend, mit gleichen Winkelabständen angeordnet.
  • Eine Mehrzahl von Nuten 21, die sich in axialer Richtung des Rotors 2 erstrecken, ist mit gleichen Winkelabständen auf einer Innenwandfläche des Gehäuses 15 gebildet.
  • Kühlluft C, die durch Rotation der Kühlgebläse erzeugt wird, wird durch Führungen 19 geleitet, um durch die Ventilationswege 20 und die Nuten 21 hindurchzugehen und wieder in die Ventilationswege 20 zu strömen. Die Wärme vom Rotor 2 und vom Stator 1 wird durch das Gehäuse 15 nach außen abgegeben.
  • Der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 der vierten Ausführungsform ist der gleiche wie der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 der ersten Ausführungsform, die die Permanentmagnetgruppe 9 enthält. Der Großwinkel-Rotorabschnitt 12 ist der gleiche wie der Großwinkel-Rotorabschnitt 12 der ersten Ausführungsform, die die Permanentmagnetgruppe 9 enthält.
  • Hier ist, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, der Wärmeerzeugungsbetrag des Kleinwinkel-Rotorabschnitts 13 größer als derjenige des Großwinkel-Rotorabschnitts 12. Der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 ist auf der Stromaufwärts-Seite der Kühlluft C angeordnet, während der Großwinkel-Rotorabschnitt 12 auf der Stromabwärts-Seite der Kühlluft C angeordnet ist.
  • Die verbleibende Konfiguration ist die gleiche wie beim Motor der ersten Ausführungsform.
  • Beim Motor der vierten Ausführungsform ist der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, der einen höheren Wärmeerzeugungsbetrag hat, auf der Stromaufwärts-Seite der Kühlluft C angeordnet. Der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 wird auf der Stromaufwärts-Seite gekühlt, wo die Temperatur der Kühlluft C niedrig ist, und er wird daher am effizientesten gekühlt. Im Ergebnis wird ein Temperaturanstieg im Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 unterdrückt.
  • Daher wird, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die Temperaturverteilung des Rotors 2 in Achsenrichtung des Rotors 2 reduziert. Außerdem kann die lokale thermische Demagnetisierung unterdrückt werden.
  • Darüber hinaus ist die Differenz zwischen der höchsten Temperatur und der mittleren Temperatur der Permanentmagnetgruppe 9 klein, und folglich kann die Temperatur der Permanentmagnete 10 und 11 leicht aus der induzierten Spannung und dem Magnetflussbetrag des Motors abgeschätzt werden.
  • Darüber hinaus liegt der Wert des Zwischenmagnetendwinkels, bei dem das Rastmoment am kleinsten wird, zwischen dem Wert des Zwischenmagnetendwinkels des Großwinkel-Rotorabschnitts 12 und dem Wert des Zwischenmagnetendwinkels der Kleinwinkel-Rotorabschnitte 13. Daher kann das Rasten des Motors signifikant verringert werden.
  • Obgleich der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 und der Großwinkel-Rotorabschnitt 12, die jeweils die Permanentmagnetgruppe 9 einschließen, bei der vierten Ausführungsform benutzt werden, kann der Permanentmagnet 18, der mit einer rechteckigen Gestalt und Pol-weise vorgesehen ist, genutzt werden, wie er bei der zweiten Ausführungsform beschrieben ist.
  • In diesem Fall wird das Moment pro Wirbelstromverlust der Permanentmagnete 18 am kleinsten in der Nähe des Zwischenmagnetendwinkels von 120 Grad, wie in 11 gezeigt. Das heißt, der Wirbelstromverlust pro Moment wird beim Zwischenmagnetwinkel von 120 Grad am größten.
  • Daher, wenn eine Kombination des Zwischenmagnetendwinkels von 110 Grad und des Zwischenmagnetendwinkels von 130 Grad benutzt wird, ist es nur erforderlich, dass der Rotorkern, der den Zwischenmagnetendwinkel mit dem größeren Magnet-Wirbelstromverlust hat, auf der Stromaufwärts-Seite der Kühlluft angeordnet ist, und der Rotorkern, der den Zwischenmagnetendwinkel mit dem kleinen Magnet-Wirbelstromverlust hat, auf der Stromabwärts-Seite der Kühlluft angeordnet ist.
  • Des Weiteren können der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 und der Großwinkel-Rotorabschnitt 12, die die Permanentmagnetgruppen 33 einschließen, die jeweils die drei rechteckigen Permanentmagnete 30, 31 und 32 für einen Pol einschließt, wie der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 und der Großwinkel-Rotorabschnitt 12, die die Permanentmagnetgruppen 33 der dritten Ausführungsform einschließen, genutzt werden. Weiter kann der Rotor 2 den Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, angeordnet auf der Stromaufwärts-Seite, und den Großwinkel-Rotorabschnitt 12, angeordnet auf der Stromabwärts-Seite, einschließen, welcher die gleiche axiale Länge wie der Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13 hat.
  • Der Rotor 2 gemäß jeder der ersten bis dritten Ausführungsform, wie oben beschrieben, enthält die drei Schichten Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, Großwinkel-Rotorabschnitt 12 und Kleinwinkel-Rotorabschnitt 13, welche in der genannten Reihenfolge geschichtet sind. Jedoch kann beispielsweise ein Rotor drei Arten von Rotorabschnitten einschließen, die jeweils unterschiedliche Zwischenmagnetendwinkel haben, d.h. einen Kleinwinkel-Rotorabschnitt, einen Mittelwinkel-Rotorabschnitt und einen Großwinkel-Rotorabschnitt, wodurch fünf Schichten, nämlich Kleinwinkel-Rotorabschnitt, Mittelwinkel-Rotorabschnitt, Großwinkel-Rotorabschnitt, Mittelwinkel-Rotorabschnitt und Kleinwinkel-Rotorabschnitt, in der genannten Reihenfolge laminiert bzw. gereiht sind. Es ist zu beachten, dass der Mittelwinkel-Rotorabschnitt eines Größe des Zwischenmagnetendwinkels hat, die zwischen dem Zwischenmagnetendwinkel des Großwinkel-Rotorabschnitts und dem Zwischenmagnetendwinkel des Kleinwinkel-Rotorabschnitts liegt.
  • Weiterhin ist die vorliegende Erfindung, obgleich der Motor in jeder der obigen Ausführungsformen als elektrische Rotationsmaschine betrieben wurde, auch auf einen Stromgenerator anwendbar.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
  • 1 Stator, 2 Rotor, 3 Statorkern, 4 Kernrücken, 5 Zahn, 6 Schlitz, 7 Drehwelle, 8 Rotorkern, 9, 33 Permanentmagnetgruppe, 10 erster Permanentmagnet, 11 zweiter Permanentmagnet, 12 Großwinkel-Rotorabschnitt, 13 Kleinwinkel-Rotorabschnitt, 14 Spulenende, 15 Gehäuse, 16 Lager, 17 Spalt, 18 Permanentmagnet, 19 Führung, 20 Ventilationsweg, 21 Nut, 25 Magnetaufnahmeloch, 26 Lückenabschnitt, 30 erster Permanentmagnet, 31 zweiter Permanentmagnet, 32 dritter Permanentmagnet, A, B Wärmeabfuhrpfad, C Kühlluft

Claims (6)

  1. Elektrische Rotationsmaschine, welche aufweist: einen Stator (1), welcher aufweist: einen Statorkern (3), der einen Schlitz (6) hat, geformt durch Zähne (5), die in Abständen in einer Umfangsrichtung des Statorkerns (3) derart gebildet sind, dass sie sich von einem Kernrücken (4) mit einer ringförmigen Gestalt radial nach innen erstrecken; und eine um den Schlitz (6) gewickelte Statorspule; und einen koaxial mit dem Statorkern (3) auf einer inneren Umfangsseite des Stators (1) drehbar ausgebildeten Rotor (2), wobei der Rotor (2) aufweist: einen Rotorkern (8); und eine Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33), von denen jede mindestens zwei Permanentmagnete (10, 11, 31 bis 33) mit einer rechteckigen Gestalt für einen Pol einschließt, wobei die Mehrzahl der Permanentmagnetgruppen (9, 33) in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns (8) in Abständen in Umfangsrichtung des Rotors (2) eingebettet ist, oder eine Mehrzahl von Permanentmagneten (18), von denen jeder einen Permanentmagneten (18) mit einer rechteckigen Gestalt für einen Pol einschließt, wobei die Mehrzahl der Permanentmagneten (18) in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns (8) in Abständen in Umfangsrichtung des Rotors (2) eingebettet ist, wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) aufweist: jede der Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) symmetrisch bezüglich eines Zentrums des entsprechenden Pols in Umfangsrichtung des Rotors (2) angeordnet ist; der Rotor (2) eine Schichtung einer Mehrzahl von Rotorabschnitten einschließt, die jeweils unterschiedliche Zwischenmagnetendwinkel (θ1, Θ2) haben, wobei jeder ein ebener Winkel ist, welcher zwischen einer Linie besteht, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines der mindestens zwei Permanentmagneten (10, 11, 31 bis 33) und ein Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet, und einer Linie, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines anderen der mindestens zwei Permanentmagnete (10, 11, 31 bis 33) verbindet, und einer der Mehrzahl von Rotorabschnitten, der den großen Zwischenmagnetendwinkel (θ1) hat, in einer Position näher zu einem zentralen Abschnitt des Rotors (2) in einer Achsenlinie des Rotors (2) angeordnet ist; wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagneten (18) aufweist: jeder der Mehrzahl von Permanentmagneten (18) derart ausgebildet ist, dass eine senkrechte Symmetrielinie des Permanentmagneten (18) durch das Achsenzentrum des Rotors (2) hindurchläuft; der Rotor (2) eine Schichtung einer Mehrzahl von Rotorabschnitten einschließt, die jeweils unterschiedliche Zwischenmagnetendwinkel (θ1, Θ2) haben, wobei jeder ein ebener Winkel ist, welcher zwischen einer Linie besteht, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende des Permanentmagneten (18) und ein Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet, und einer Linie, das andere äußerstes umfangsseitiges Ende des Permanentmagneten (18) und das Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet und einer der Mehrzahl von Rotorabschnitten, der den großen Zwischenmagnetendwinkel (θ1) hat, in einer Position näher zu einem zentralen Abschnitt des Rotors (2) in einer Achsenlinie des Rotors (2) angeordnet ist, wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) oder die Mehrzahl von Permanentmagneten (18) aufweist: die Mehrzahl von Rotorabschnitten zwei Arten von Rotorabschnitten entsprechend einen Großwinkel-Rotorabschnitt (12) und einem Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13) einschließt, der einen Zwischenmagnetendwinkel kleiner als der Zwischenmagnetendwinkel (θ2) des Großwinkel-Rotorabschnitts (12) hat, wobei die beiden Arten von Rotorabschnitten in der Reihenfolge Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13), Großwinkel-Rotorabschnitt (12) und Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13) längs der Achsenlinie des Rotors (2) geschichtet bzw. gereiht sind; und wenn ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels, bei dem ein Rastmoment am kleinsten wird, θ ist, ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels (θ1) des Kleinwinkel-Rotorabschnitts (13) kleiner als θ und ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels (θ2) des Großwinkel-Rotorabschnitts (12) größer als θ ist.
  2. Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Rotorabschnitten weiter einen Mittelwinkel-Rotorabschnitt einschließt, der eine Größe des Zwischenmagnetendwinkels hat, die zwischen dem Zwischenmagnet Endwinkel des Großwinkel-Rotorabschnitts (12) und dem Zwischenmagnet Endwinkel des Kleinwinkel-Rotorabschnitts (13) liegt, wobei die Mehrzahl von Rotorabschnitten in der Reihenfolge Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13), Mittelwinkel-Rotorabschnitt, Großwinkel-Rotorabschnitt (12), Mittelwinkel-Rotorabschnitt und Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13) längs der Achsenlinie des Rotors (2) geschichtet ist.
  3. Elektrische Rotationsmaschine, welche aufweist: einen Stator (1), welcher aufweist: einen Statorkern (3), der einen Schlitz (6) hat, geformt durch Zähne (5), die in Abständen in einer Umfangsrichtung des Statorkerns (3) derart gebildet sind, dass sie sich von einem Kernrücken (4) mit einer ringförmigen Gestalt radial nach innen erstrecken; und eine um den Schlitz (6) gewickelte Statorspule; und einen koaxial mit dem Statorkern (3) auf einer inneren Umfangsseite des Stators (1) drehbar ausgebildeten Rotor (2), wobei der Rotor (2) aufweist: einen Rotorkern (8), der einen in axialer Richtung des Rotors (2) durchgehenden Ventilationsweg (20) einschließt; und eine Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33), von denen jede mindestens zwei Permanentmagnete (10, 11, 31 bis 33) mit einer rechteckigen Gestalt für einen Pol einschließt, wobei die Mehrzahl der Permanentmagnetgruppen (9, 33) in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns (8) in Abständen in Umfangsrichtung des Rotors (2) eingebettet ist, oder eine Mehrzahl von Permanentmagneten (18), von denen jeder einen Permanentmagneten (18) mit einer rechteckigen Gestalt für einen Pol einschließt, wobei die Mehrzahl der Permanentmagneten (18) in einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns (8) in Abständen in Umfangsrichtung des Rotors (2) eingebettet ist, wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) aufweist: jede der Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) symmetrisch bezüglich eines Zentrums des entsprechenden Pols in Umfangsrichtung des Rotors (2) angeordnet ist; der Rotor (2) eine Schichtung einer Mehrzahl von Rotorabschnitten einschließt, die jeweils unterschiedliche Zwischenmagnetendwinkel (θ1, Θ2) haben, wobei jeder ein ebener Winkel ist, welcher zwischen einer Linie besteht, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines der mindestens zwei Permanentmagneten (10, 11, 31 bis 33) und ein Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet, und einer Linie, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende eines anderen der mindestens zwei Permanentmagnete (10, 11, 31 bis 33) verbindet; und einer der Mehrzahl von Rotorabschnitten, der den Zwischenmagnetendwinkel hat, welcher größer als der Zwischenmagnetendwinkel eines anderen der Mehrzahl von Rotorabschnitten ist, welche auf einer Stromaufwärts-Seite des Ventilationsweges (20) angeordnet ist, auf einer Stromabwärts-Seite des Ventilationsweges (20) angeordnet ist; wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagneten (18) aufweist: jeder der Mehrzahl von Permanentmagneten (18) derart ausgebildet ist, dass eine senkrechte Symmetrielinie des Permanentmagneten (18) durch das Achsenzentrum des Rotors (2) hindurchläuft; der Rotor (2) eine Schichtung einer Mehrzahl von Rotorabschnitten einschließt, die jeweils unterschiedliche Zwischenmagnetendwinkel (θ1, Θ2) haben, wobei jeder ein ebener Winkel ist, welcher zwischen einer Linie besteht, die ein äußerstes umfangsseitiges Ende des Permanentmagneten (18) und ein Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet, und einer Linie, die das andere äußerste umfangsseitige Ende des Permanentmagneten (18) und das Achsenzentrum des Rotors (2) verbindet, und einer der Mehrzahl von Rotorabschnitten, der den Zwischenmagnetendwinkel hat, welcher größer als der Zwischenmagnetendwinkel eines anderen der Mehrzahl von Rotorabschnitten ist, welcher auf einer Stromaufwärts-Seite des Ventilationsweges (20) angeordnet ist, auf einer Stromabwärts-Seite des Ventilationsweges (20) angeordnet ist, wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) oder die Mehrzahl von Permanentmagneten (18) aufweist: die Mehrzahl von Rotorabschnitten zwei Arten von Rotorabschnitten entsprechend einen Großwinkel-Rotorabschnitt (12) und einem Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13) einschließt, der einen Zwischenmagnetendwinkel (θ1) kleiner als der Zwischenmagnetendwinkel (θ2) des Großwinkel-Rotorabschnitts (12) hat, wobei die beiden Arten von Rotorabschnitten in der Reihenfolge Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13), Großwinkel-Rotorabschnitt (12) und Kleinwinkel-Rotorabschnitt (13) längs der Achsenlinie des Rotors (2) geschichtet bzw. gereiht sind; und wenn ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels, bei dem ein Rastmoment am kleinsten wird, θ ist, ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels (θ1) des Kleinwinkel-Rotorabschnitts (13) kleiner als θ und ein Wert des Zwischenmagnetendwinkels (θ2) des Großwinkel-Rotorabschnitts (12) größer als θ ist.
  4. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) aufweist, jede der Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9) in einem V-ähnlichen Muster angeordnet ist und zwei des mindestens einen Permanentmagneten (10, 11) einschließt.
  5. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn der Rotor (2) die Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (9, 33) aufweist, jede der Mehrzahl von Permanentmagnetgruppen (33) in einem U-ähnlichen Muster angeordnet ist und zwei des mindestens einen Permanentmagneten (31 bis 33) einschließt.
  6. Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rotorkern (8) Magnetaufnahmelöcher (25) zum Aufnehmen des mindestens einen Permanentmagneten (10, 11, 31 bis 33) darin einschließt, wobei jedes der Magnetaufnahmelöcher (25) Lückenabschnitte (26) auf beiden Seiten des mindestens einen Permanentmagneten (10, 11, 31 bis 33) hat.
DE112014002763.4T 2013-06-10 2014-05-15 Elektrische Rotationsmaschine Active DE112014002763B4 (de)

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