DE112015006552T5

DE112015006552T5 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112015006552T5
Application number: DE112015006552.0T
Authority: DE
Inventors: Takashi Umeda; Yasuki Kimura; Akira Hashimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US10637308B2; JPWO2016185560A1; CN107534329B; WO2016185560A1; US20180076674A1; JP6271088B2; CN107534329A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, bei der, wenn Q die Anzahl der Mehrzahl von Schlitzen ist, P die Anzahl der Mehrzahl von Magneten ist, ggT (Q, P) der größte gemeinsame Teiler von Q und P ist, m die Anzahl der Phasen ist und eine Positionsgruppe als eine Gruppe von m Positionen definiert ist, die voneinander entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns um ein Winkelraster von [360/{ggT(Q, P) × m}]° voneinander beabstandet sind, die Mehrzahl von Kernteilen an Verbindungspositionen verbunden sind, die auf Positionen eingestellt sind, die jeweils entsprechend in einer oder mehreren der Positionsgruppen enthalten sind aus ggT (Q, P) Positionsgruppen, die in gleichbleibendem Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns gebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, die einen Anker (armature) und einen Rotor aufweist.
Technischer Hintergrund
Bei herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschinen sind Ankerkerne aus einem laminierten Kern gebildet, der ein Stapel von dünnen plattenähnlichen Stahlschichten ist, um die Erzeugung von Hitze aufgrund von Wirbelstromverlusten in dem Anker zu unterdrücken. Ankerkerne sind oft unter Verwendung von geteilten Kernen gebildet, um die Produktionshandhabung des Ankers zu verbessern. In solchen Fällen verwendet man Schweißen als herkömmliches Verfahren zum Verbinden der Stahlschichten des laminierten Kerns miteinander und um die geteilten Kerne miteinander zu verbinden (siehe zum Beispiel PTL 1 und 2).
Beim Schweißen handelt es sich um ein Verfahren, das auf einem einfachen Vorgang beruht und das es ermöglicht, einfach und zuverlässig eine Verbindung mit hoher Stärke zu erreichen. Es entsteht jedoch ein Problem einer Verformung des Ankerkerns aufgrund der Wärmezufuhr in den Ankerkern, die durch das Schweißen hervorgerufen wird.
Je größer die allgemeine Gleichheit des zugewandten Abstands (nachfolgend als Lückenabstand bezeichnet) zwischen den Magnetpolzähnen des Ankers und den Magneten des Rotors bei der rotierenden elektrischen Maschine ist, desto besser sind die Betriebscharakteristiken, die man zum Beispiel im Hinblick auf die Unterdrückung von Betriebsvibration erhält. Um den Lückenabstand gleichmäßig zu machen, müssen der Anker und der Rotor eine perfekt runde Form aufweisen, sodass es notwendig ist, das Auftreten von Verformung in dem Ankerkern zu vermeiden. Mit anderen Worten ist die Verformung des Ankerkerns, die durch Schweißen hervorgerufen wird, ein zugrundeliegender Faktor bei der Beeinträchtigung der Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine.
Bei der herkömmlichen Technologie, die in PTL 1 offenbart ist, sind die Positionen des Schweißens, das zum Verbinden der Stahlschichten und des laminierten Kerns miteinander durchzuführen ist, gemäß einem versetzten Layout verteilt, um die Wärmeeintragspositionen zu verteilen und im Ergebnis eine Verformung des Ankerkerns zu unterdrücken.
Bei der herkömmlichen Technologie, die in PTL 2 offenbart ist, wird die Auswirkung der Verformung auf den Ankerkern dadurch reduziert, indem in gleichmäßigen Intervallen auf der äußeren peripheren Oberfläche des Ankers eine Anzahl von Schweißpositionen verteilt wird, die auf der Basis einer Beziehung zwischen der Anzahl von Schlitzen des Ankers und der Anzahl von Magnetpolen des Rotors bestimmt wird.
Liste der Zitierungen
Patentliteratur

[PTL 1] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. H09-219941
[PTL 2] Japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2013-219947

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die herkömmlichen Technologien haben jedoch die folgenden Probleme. Bei der in PTL 1 offenbarten herkömmlichen Technologie erfordert das Schweißen des laminierten Kerns die Verbindung von benachbarten Stahlschichten miteinander, für alle Stahlschichten, die gestapelt sind. Daher ist der geschweißte Oberflächenbereich im Wesentlichen identisch zu dem, bei dem das Schweißen in geraden Linien und nicht versetzt durchgeführt wird.
Das heißt, dass die im Ankerkern durch Schweißen hervorgerufene Wärme beim versetzten Schweißen gleich groß ist wie beim Schweißen in gerader Linie. Es gelingt oft daher nicht, eine Verformung des Ankerkerns zu unterdrücken, selbst wenn das Schweißen in einer versetzten Weise ausgeführt wird.
Bei der in PTL 2 offenbarten herkömmlichen Technologie tritt eine Verformung im Ankerkern aufgrund des Schweißens auf, und somit geht die perfekte kreisrunde Form des Ankers um einen nicht unerheblichen Teil verloren. Ferner wird nur die Form des Ankerkerns während des Schweißens betrachtet, wohingegen die Auswirkung des Schweißens auf das im Anker erzeugte magnetische Feld unberücksichtigt bleibt. Daher kann die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine in einigen Fällen erheblich beeinträchtigt sein, abhängig von der Beziehung zwischen der Anzahl der Schlitze und der Anzahl der Magnetpole.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, aufgefunden um die oben genannten Probleme zu lösen, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die es erlaubt, eine Beeinträchtigung der Betriebscharakteristik aufgrund des Auftretens von Verformungen im Ankerkern zu unterdrücken, im Vergleich zu herkömmlichen Aufbauten, auch im Fall, bei dem der Ankerkern durch die Verbindung einer Mehrzahl von Kernteilen gebildet ist.
Lösung des Problems
Die rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Maschine, aufweisend: einen Anker mit einem Ankerkern, der einen ringförmigen Kernrücken hat, eine Mehrzahl von Magnetpolzähnen, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind und sich nach innen in einer radialen Richtung von einer inneren peripheren Oberfläche des Kernrückens erstrecken, und eine Mehrzahl von Schlitzen, die entsprechend zwischen benachbarten Magnetpolzähnen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Ankerkern durch eine Verbindung einer Mehrzahl von Kernteilen gebildet ist und eine Mehrzahl von Wicklungen (coils), die in entsprechenden Schlitzen der Mehrzahl von Schlitzen auf der Basis eines Verteilte-Wicklungs- oder Konzentrierte-Wicklungs-Schema angeordnet sind; und einen Rotor, der an seiner äußeren Oberfläche eine Vielzahl von Magneten hat, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei, wenn Q die Anzahl der Mehrzahl von Schlitzen ist, P die Anzahl der Mehrzahl von Magneten ist, ggT (Q, P) der größte gemeinsame Teiler von Q und P ist, m die Anzahl der Phasen ist und eine Positionsgruppe als eine Gruppe von m Positionen definiert ist, die voneinander entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns um ein Winkelraster von [360/{ggT(Q, P) × m}]° voneinander beabstandet sind, die Mehrzahl von Kernteilen an Verbindungspositionen verbunden sind, die auf Positionen eingestellt sind, die jeweils entsprechend in einer oder mehreren der Positionsgruppen enthalten sind, aus ggT (Q, P) Positionsgruppen, die in gleichbleibendem Raster (pitch) entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns gebildet sind.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Positionen, an denen eine Mehrzahl von Kernteilen verbunden werden, um einen Ankerkern zu bilden, unter Berücksichtigung der magnetomotorischen Kräfte bestimmt, die von entsprechenden Wicklungen erzeugt werden, die um entsprechende Magnetpolzähne des Ankers gewickelt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine aus 1 ohne Darstellung der Verbindungspositionen oder Verformung eines Ankerkerns durch Schweißen zeigt.
3 ist eine vergrößerte Perspektivansicht des gezeigten Abschnitts III aus 1.
4 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers aus 1.
5 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers aus 2.
6 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Zustands der magnetomotorischen Kraft zu einem gegebenen Zeitpunkt, wenn die magnetomotorische Kraft durch Wicklungen hervorgerufen wird, die um Magnetpolzähne der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gewickelt sind.
7 ist eine Draufsicht eines weiteren Beispiels der rotierenden elektrischen Maschine nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine einer Ausführungsform 3 zeigt.
10 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers aus 10.
12 ist eine beispielhafte Darstellung, die die Amplitude der magnetomotorischen Kraft zeigt, die von Wicklungen erzeugt wird, die um entsprechende Magnetpolzähne bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung gewickelt sind.
13 ist eine Gruppe von beispielhaften Darstellungen zum Erklären einer maximalen elektrischen Phasenwinkeldifferenz β° bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Draufsicht eines weiteren Beispiels der rotierenden elektrischen Maschine der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Draufsicht auf eine rotierende elektrische Maschine einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine aus 15 ohne Darstellung der Verbindungspositionen oder Verformung eines Ankerkerns durch Schweißen zeigt.
17 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers aus 16.
18 ist eine beispielhafte Darstellung, die die Amplitude der magnetomotorischen Kraft zeigt, die von Wicklungen erzeugt wird, die um entsprechende Magnetpolzähne bei der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung gewickelt sind.
19 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine aus 19 ohne Darstellung der Verbindungspositionen oder Verformung eines Ankerkerns durch Schweißen zeigt.
21 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers aus 20.
22 ist eine beispielhafte Darstellung, die die Amplitude der magnetomotorischen Kraft zeigt, die von Wicklungen erzeugt wird, die um entsprechende Magnetpolzähne bei der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung gewickelt sind.
23 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
24 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine aus 23 ohne Darstellung der Verbindungspositionen oder Verformung eines Ankerkerns durch Schweißen zeigt.
25 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers aus 24.
26 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine von Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
27 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine einer anderen Ausgestaltung zeigt, die verschieden von den rotierenden elektrischen Maschinen der Ausführungsformen 1 bis 7 der vorliegenden Erfindung ist.
Beschreibung der Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Identische oder korrespondierende Abschnitte der Figuren sind mit identischen Bezugszeichen versehen und eine wiederholte Beschreibung dessen wird weggelassen. In den Ausführungsformen werden Aufbauten beschrieben, bei denen die Erfindung der vorliegenden Anmeldung bei einer rotierenden dreiphasigen Wechselstrommaschine verwendet wird, als ein Beispiel einer rotierenden elektrischen Maschine.
Ausführungsform 1
1 eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine 1 einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine 1 aus 1 zeigt, ohne die Verbindungspositionen 11 oder eine Verformung eines Ankerkerns 6 durch Schweißen zu zeigen. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die den Abschnitt III aus 1 zeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 ist ein Aufbau gezeigt, bei dem die Anzahl der Schlitze 5 eines Ankers 2 (nachfolgend als die Anzahl der Schlitze Q bezeichnet) 48 beträgt und die Anzahl der Magnete 10 eines Rotors 8 (nachfolgend als die Anzahl der magnetischen Pole P bezeichnet) 20 beträgt. In 1 und 2 referenzieren gestrichelte Linien die Wicklungsendabschnitte, bei denen Wicklungsseiten der Wicklungen 7, die in entsprechenden Schlitzen 5 angeordnet sind, miteinander verbunden sind. In 3 wurden die Wicklungen 7 aus 1 weggelassen.
Die rotierende elektrische Maschine 1 weist den Anker 2 und den Rotor 8 auf. Der Anker 2 hat den Ankerkern 6, der einen ringförmigen Kernrücken 3, Magnetpolzähne 4 und Schlitze 5 hat. Die Wicklungen 7 sind in den Schlitzen 5 angeordnet. Die Wicklungen 7 sind bei der vorliegenden Ausführungsform 1 als verteilte Wicklungen ausgeführt und auf dem Ankerkern 6 in einer zweischichtigen Umlauf-Wicklungsart zusammengesetzt.
Genauer gesagt sind die leitenden Drähte, die die Wicklungen 7 bilden, gewickelt, dass sie eine Vielzahl von Magnetpolzähnen 4 überspannen, sodass Wicklungen 7 von zwei entsprechenden Phasen in jedem Schlitz 5 angeordnet sind. Die Bündel der leitenden Drähte, die die Wicklungen 7 bilden, sind alle vom gleichen Drahttyp und haben eine identische Anzahl von Umläufen.
Ein Isolator (nicht gezeigt) ist zwischen dem Ankerkern 6 und den Wicklungen 7 angeordnet. Zum Beispiel kann isolierendes Papier oder ein Harzteil als Isolator verwendet werden.
Die Mehrzahl von Magnetpolzähnen 4 ist in der Umfangsrichtung angeordnet und erstreckt sich in der radialen Richtung nach innen ausgehend von der inneren peripheren Oberfläche des Kernrückens 3. Die Schlitze 5 sind zwischen benachbarten Magnetpolzähnen 4 in der Umfangsrichtung angeordnet. Üblicherweise werden die Magnetpolzähne 4 an der inneren peripheren Oberfläche des Kernrückens 3 in im Wesentlichen gleichen Abständen voneinander angeordnet.
Der Ankerkern 6 ist aus einer Mehrzahl von dünnen plattenähnlichen Stahlschichten gebildet, die mit einer Mehrzahl von Kernteilen korrespondieren. Insbesondere ist der Ankerkern 6 ein laminierter Kern, der durch ein Stapeln von einer Mehrzahl von dünnen plattenähnlichen Stahlschichten gebildet ist. Die Mehrzahl von Stahlschichten wird gestapelt, und danach wird ein Schweißen an den Verbindungspositionen 11 durchgeführt, die durch das schwarze Dreiecksymbol (▼) gekennzeichnet sind, um die Stahlschichten miteinander zu verbinden. Die Stahlschichten sind im Ergebnis miteinander verbunden, um den Ankerkern 6 zu bilden. Details bezüglich der Verbindungspositionen 11, an denen das Schweißen durchgeführt wird, werden weiter unten beschrieben.
Der Rotor 8, der mit einer Rotationswelle 9 verbunden ist, ist dafür ausgebildet, sich relativ zu dem Anker 2 drehen zu können. Die Vielzahl der Magnete 10 ist in der Umfangsrichtung an der peripheren Oberfläche des Rotors 8 angeordnet. Die Magnete 10 werden üblicherweise in im Wesentlichen gleichen Intervallen an der äußeren peripheren Oberfläche des Rotors 8 angeordnet.
Zur Vereinfachung der folgenden Erläuterung wird ein Schlitz 5, der als Referenz dient (hier nachfolgend als Referenzschlitz bezeichnet), als Schlitz Nr. 1 bezeichnet, wobei die Schlitze nacheinander als Schlitze Nr. 2, Nr. 3 ... gegen den Uhrzeigersinn ausgehend vom Schlitz Nr. 1 bezeichnet werden, wenn es notwendig ist, diese vom Schlitz 5 zu unterscheiden. Bezüglich der Magnetpolzähne 4 wird in gleicher Weise ein Magnetpolzahn 4, an dessen Seiten der Schlitz Nr. 1 und der Schlitz Nr. 2 sind, als Magnetpolzahn Nr. 1 bezeichnet, wobei die Zähne nacheinander als Magnetpolzähne Nr. 2, Nr. 3, ... gegen den Uhrzeigersinn ausgehend vom Magnetpolzahn Nr. 1 bezeichnet werden.
Konkrete Anordnungsbeispiele der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 werden nachfolgend erklärt. 4 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers 2 aus 1. 5 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers 2 aus 2.
In der 4 und der 5 ist der Anker 2 virtuell linear abgewickelt, um die Wicklungen 7 zu erklären, die sich in den Schlitzen 5 der rotierenden elektrischen Maschine 1 befinden. Die Phasen des Stroms, der in den Wicklungsseiten der Wicklungen 7 fließt, sind als U, V und W bezeichnet. Um die Orientierung der in den Wicklungsseiten der Wicklungen 7 fließenden Ströme zu unterscheiden, werden Ströme, die aus der Zeichenebene herausfließen, mit den Großbuchstaben U, V und W bezeichnet, wohingegen Ströme, die in die Zeichnungsebene hineinfließen, mit den Kleinbuchstaben u, v und w bezeichnet werden. Die Wicklungsendabschnitte, an denen die Wicklungsseiten miteinander verbunden sind, sind durch gestrichelte Linien dargestellt.
Zum Beispiel lenkt man hier die Betrachtung auf eine Wicklung 7, die im Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 4 angeordnet ist und den Magnetpolzahn Nr. 2 und den Magnetpolzahn Nr. 3 überspannend gewunden ist. Hier fließt der U-Phase-Strom in der Wicklung 7, die im Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 4 angeordnet ist. Der Strom fließt aus der Zeichenebene heraus an der Wicklungsseite von Schlitz Nr. 2, wohingegen der Strom in die Zeichenebene hineinfließt an der Wicklungsseite von Schlitz Nr. 4.
Für den Fall, dass die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 in der Art einer zweischichtigen Umlaufwindung angeordnet sind, kann eine sinusförmig hervorgerufene Spannung durch geeignete Auswahl der Phase des Stroms korrespondierend mit jeder Wicklung 7 erzeugt werden (d.h. die U-Phase, V-Phase und W-Phase), die Anordnung der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 und die Windungsrichtung der Wicklungen 7. Es ist üblicherweise bekannt, dass man durch Verwendung eines solchen Aufbaus eine rotierende elektrische Maschine 1 erhält, die gute Betriebscharakteristiken zum Beispiel im Hinblick auf eine gute Drehmomentcharakteristik, geringe Drehzahlschwankungen und geringe Hochfrequenzvibration hat.
In einem idealen Zustand, um gute Betriebscharakteristiken der rotierenden elektrischen Maschine 1 zu erreichen, sind die zusammengesetzten Vektoren der induzierten Spannungen, die in den entsprechenden Wicklungen 7 der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase erzeugt werden, von gleicher Größe und sind mit einem elektrischen Phasenwinkelunterschied von 120° verteilt. Daher wird die Anordnung der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 und die Windungsrichtung der Wicklungen 7 gewählt, um so den oben genannten idealen Zustand zu erreichen oder nahe dem oben genannten idealen Zustand zu sein. Dasselbe trifft zu für den Fall, bei dem die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 in der Art einer zweischichtigen Umlaufwicklung angeordnet sind, sowie für andere Arten, wie zum Beispiel eine konzentrische Windung.
Details der Verbindungspositionen 11, an denen ein Schweißen durchgeführt wird, um die Vielzahl von Stahlschichten miteinander zu verbinden, wird als nächstes erläutert. 6 ist eine beispielhafte Darstellung, die einen Zustand einer magnetomotorischen Kraft zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellt, wo die magnetomotorische Kraft von den Wicklungen 7 erzeugt wird, die um den Magnetpolzahn 4 der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gewunden sind. Um die Erklärung einfacher verstehen zu können, zeigt die Darstellung theoretische Werte der magnetomotorischen Kraft, die vom Magnetpolzahn 4 erzeugt wird, als Ergebnis einer Berechnung, die die Anzahl der Umläufe der Wicklungen 7 in 6 als einen Umlauf annimmt und die Größe des Stroms, der in die Wicklungen 7 fließt, als 1 A annimmt.
In einem Fall, bei dem die Anzahl der Schlitze Q = 48 und die Anzahl der Magnetpole P=20 ist, ist die Anzahl der Schlitze q je Pol je Phase durch die Gleichung (1) unten gegeben. Die Anzahl der Schlitze q je Pol je Phase wird üblicherweise als ein Koeffizient verwendet, der die Beziehung zwischen der Anzahl von Schlitzen Q und der Anzahl von Magnetpolen P repräsentiert, wobei m die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine ist. Hier wird m = 3 verwendet, da es sich bei der rotierenden elektrischen Maschine 1 um eine dreiphasige rotierende elektrische Wechselstrommaschine handelt. Ferner wird P/ggT(Q, P) nicht auf ein Vielfaches von 3 eingestellt, wobei ggT(Q, P) der größte gemeinsame Teiler der Anzahl an Schlitzen Q und der Anzahl an Magnetpolen P ist.
[Math. 1]

q = Q / P × m = 4 / 5 (1)

Bei der rotierenden elektrischen Maschine 1 beträgt der elektrische Winkelunterschied zwischen benachbarten Magnetpolzähnen 4 75°, wie man aus der Gleichung (2) unten erhält, das Q = 48 und P = 20 ist.
[Math. 2]

P / Q × 180° = 75° (2)

Jeder der Magnetpolzähne 4 kann hier aus den Magnetpolzähnen Nr. 1 bis Nr. 48 ausgewählt werden. Der Magnetpolzahn 4, der somit als Referenz ausgewählt wird, wird als Referenzmagnetpolzahn bezeichnet. Bei den Ausführungsformen werden Ausgestaltungen gezeigt, bei denen der Magnetpolzahn Nr. 1 als Referenz ausgewählt ist. In diesem Fall ist der elektrische Winkel der Magnetpolzähne 4 an einer Position, die um [Q/{ggT[Q, P) × m}] Positionen vom Magnetpolzahn Nr. 1 beabstandet ist, durch die Gleichung (3) unten gegeben, unter der Annahme, dass 0° als elektrischer Winkel des Magnetpolzahns Nr. 1 gilt, der der Referenzmagnetpolzahn ist.
[Math. 3]

P / ggT(Q, P) × m × 180° = P / ggT(Q, P) × 60° (3)

Wie oben beschrieben ist P/ggT(Q, P) nicht ein Vielfaches von 3 und entsprechend kann der elektrische Winkel, den drei Magnetpolzähne Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m} × b] haben können, zu einem der nachfolgenden Fälle Fall 1 bis Fall 4 passen.
Bei den Fällen 1 bis 4 ist 'a' ein ganzzahliger Wert gleich oder größer als 0. Ferner ist x die Nummer eines Magnetpolzahns 4, der einen Referenzmagnetpolzahn darstellt. Hier wird x = 1 verwendet, da der Magnetpolzahn Nr. 1 als Referenzmagnetpolzahn verwendet wird. Ferner gilt für b b = 0, 1, 2. Das heißt, die drei Magnetpolzähne Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m} × b] bezeichnen den Magnetpolzahn Nr. x, Magnetpolzahn Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m}] und Magnetpolzahn Nr. [x + 2Q/{ggT(Q, P) × m].
Fall 1

Fall, bei dem P/ggT(Q, P) = 6a + 1 ist

In diesem Fall sind die elektrischen Winkel der drei Magnetpolzähne Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m} × b] 0°, 60° (240°) und 120°, jeweils entsprechend. Nummerische Werte in Klammern (d.h. 240°) repräsentieren elektrische Winkel für Wicklungen 7, die in einer umgekehrten Windung angeordnet sind.
Fall 2

Fall, bei dem P/ggT(Q, P) = 6a + 2 ist

In diesem Fall sind die elektrischen Winkel der drei Magnetpolzähne Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m} × b] 0°, 120°, 240°, jeweils entsprechend.
Fall 3

Fall, bei dem P/ggT(Q, P) = 6a + 4 ist

In diesem Fall betragen die elektrischen Winkel der drei Magnetpolzähne Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m} × b] 0°, 240° und 120°.
Fall 4

Fall, bei dem P/ggT(Q, P) = 6a + 5 ist

In diesem Fall betragen die elektrischen Winkel der drei Magnetpolzähne Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m} × b] 0°, 300° (120°) und 240°. Nummerische Werte in Klammern (d.h. 120°) repräsentieren elektrische Winkel für Wicklungen 7, die in umgekehrten Windungen angeordnet sind.
Man stellt fest, dass bei allen Fällen 1 bis 4 die elektrischen Winkel der drei Magnetpolzähne Nr. [x + Q/{ggT(Q, P) × m} × b] Kombinationen von 0°, 120° und 240° sind.
In einem Fall, bei dem zum Beispiel ein Magnetpolzahn 4 mit der U-Phase korrespondiert, wird als Magnetpolzahn Nr. 1 genommen, der der Referenzmagnetpolzahn ist, dann ist der Magnetpolzahn Nr. [1 + Q/{ggT(Q, P) × m}] ein Magnetpolzahn 4, der mit der V-Phase korrespondiert, und ein Magnetpolzahn Nr. [1 + Q/{ggT(Q, P) × m}] ist ein Magnetpolzahn 4, der mit der W-Phase korrespondiert.
Als konkretes Beispiel gilt bei der vorliegenden Ausführungsform 1 die Gleichung (4), da Q = 48 und P = 20 ist.
[Math. 4]

Q / ggT(Q, P) × m = 48 / 4×3 = 4 (4)

Wie 6 zeigt, wird eine magnetomotorische Kraft bei Phasen mit einem Versatz im elektrischen Winkel von 120° erzeugt, jeweils in drei Magnetpolzähnen Nr. 1, Nr. 5 und Nr. 9. Die magnetomotorische Kraft wird in Phasen mit einem Versatz um 120° des elektrischen Winkels in drei entsprechenden Magnetpolzähnen 4 erzeugt, die voneinander in einem Raster von vier Magnetpolzähnen voneinander beabstandet sind, und zwar in der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6, zum Beispiel die Polzähne Nr. 2 Nr. 6 und Nr. 10 und so weiter.
Die magnetomotorischen Kräfte in den Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 werden mit einer guten Ausgeglichenheit erzeugt, und so ist die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 gut. Im Fall von zum Beispiel einer Ausgestaltung mit drei Phasen werden die magnetomotorischen Kräfte der drei U-Phase, V-Phase und W-Phase mit guter Ausgeglichenheit erzeugt, und so ist die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 gut.
Eine nach innen gerichtete Verformung in die radiale Richtung kann üblicherweise in dem Ankerkern 6 aufgrund der Hitze des Schweißens auftreten, wenn der Ankerkern 6 durch ein Verbinden einer Vielzahl von Stahlschichten miteinander durch Schweißen an der äußeren peripheren Oberfläche des Ankerkerns 6 gebildet wird. Im Ergebnis kann der Lückenabstand zwischen den Magnetpolzähnen 4 und den Magneten 10 sich verringern, was sich auf die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 auswirkt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 ist daher eine Positionsgruppe G1 als eine Gruppe von m Positionen definiert, die voneinander um ein Raster von [Q/{ggT(Q, P) × m}] entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6 voneinander beabstandet sind. In anderen Worten wird eine Positionsgruppe G1 als die Gruppe von m Positionen definiert, die voneinander um ein Raster eines Winkels [360/{ggT(Q, P) × m}]° entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6 voneinander beabstandet sind.
Ferner sind m Positionen, die die Positionsgruppe G1 enthält, an der äußeren peripheren Oberfläche oder der inneren peripheren Oberfläche des Ankerkerns 6 vorhanden. Positionen, die in einer oder mehreren Positionsgruppen aus der Vielzahl von ggT(Q, P) Positionsgruppen G1 sind, die mit gleichem Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6 gebildet sind, werden als die Verbindungspositionen 11 gewählt.
Zum Beispiel stellt eine Positionsgruppe G1 eine Gruppe der Positionen von m Magnetpolzähnen 4 in einem Fall dar, wenn man die Positionen der Magnetpolzähne 4 als die Verbindungspositionen 11 nimmt. Die Verbindungspositionen 11 werden auf die Positionen der entsprechenden Magnetpolzähne 4 eingestellt, die in ggT(Q, P) Positionsgruppen G1 enthalten sind, die im gleichen Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6 gebildet sind. Schweißen wird an diesen Verbindungspositionen 11 durchgeführt.
Die durch die Schweißverformung ausgeübte Auswirkung auf den Ankerkern 6 auf die magnetomotorische Kraft jeder Phase wird daher vergleichmäßigt, indem man die Magnetpolzähne 4, die in der Positionsgruppe G1 enthalten sind, als die Verbindungspositionen 11 wählt. Im Ergebnis wird es möglich, gute Charakteristiken der rotierenden elektrischen Maschine 1 zu sichern, selbst beim Schweißen des Ankerkerns 6.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 1, die in 1 gezeigt ist, sind insbesondere vier geteilte Positionsgruppen G1 gebildet, wobei jede eine entsprechende Gruppe von Positionen von drei Magnetpolzähnen 4 ist, die voneinander in einem Vierer-Raster beabstandet sind. Mit anderen Worten sind die Positionsgruppen G1, wobei jede entsprechende Positionen von drei Magnetpolzähnen 4 sind, die voneinander in einem Raster eines 30°-Winkels voneinander beabstandet sind, in vier Gruppen aufgeteilt gebildet. Die Positionsgruppen G1 erscheinen daher als vier Gruppen mit gleichem Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6.
Die Positionen der entsprechenden Magnetpolzähne 4, die in den vier Positionsgruppen G1 enthalten sind, werden als Verbindungspositionen 11 verwendet. Genauer gesagt sind die Positionen der Magnetpolzähne Nr. 1, Nr. 5 und Nr. 9 in einer Positionsgruppe G1 enthalten, die Positionen der Magnetpolzähne Nr. 13, Nr. 17 und Nr. 21 in einer zweiten Positionsgruppe G1 enthalten, die Positionen der Magnetpolzähne Nr. 25, Nr. 29 und Nr. 33 in einer dritten Positionsgruppe G1 enthalten, und die Positionen der Magnetpolzähne Nr. 37, Nr. 41 und Nr. 45 sind in einer vierten Positionsgruppe G1 enthalten und werden als die Verbindungspositionen 11 verwendet.
Indem man beim Schweißen die Positionen der Positionsgruppen G1 als die Verbindungspositionen 11 berücksichtigt, wird es möglich, die Auswirkung auf die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine zu reduzieren im Vergleich zum Durchführen von Schweißen an Positionen, bei dem man nur wie im Stand der Technik die mechanische Stärke berücksichtigt. Insbesondere wird durch das Schweißen an den Positionen der Positionsgruppen G1 der Ankerkern 6 durch die Verbindung der Vielzahl von Stahlschichten miteinander gebildet, und es wird möglich, die Beeinträchtigung der Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1, beruhend auf dem Auftreten von Verformung im Ankerkern 6, weiter zu unterdrücken, im Vergleich mit den üblichen Herangehensweisen, wohingegen die Steifigkeit des Ankerkerns 6 erhöht wird.
Ein weiteres Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß Ausführungsform 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 erläutert. 7 ist eine Darstellung in der Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine 1 der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 wird ein Aufbau erläutert, bei dem ein Schweißen an den Positionen von allen Positionsgruppen G1 aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen G1 durchgeführt wird, wie in 1 gezeigt. Das Schweißen muss jedoch nicht an den Positionen von allen Positionsgruppen G1 aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen G1 durchgeführt werden; hierbei können die Positionen von einer oder mehreren Positionsgruppen G1 als die Verbindungspositionen 11 verwendet werden, wie es in 7 gezeigt ist. Bei diesem Fall wird die magnetomotorische Kraft jeder Phase bei der rotierenden elektrischen Maschine 1 auch mit guter Ausgeglichenheit erzeugt, sodass die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 gut ist. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem die Positionen von zwei Positionsgruppen G1 als Verbindungspositionen 11 verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 werden somit, falls die Wicklungen durch ein Zusammensetzen des Ankerkerns auf der Basis eines verteilten Windungsschemas gebildet sind, Positionen, die in einer oder mehreren entsprechenden Positionsgruppen aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen enthalten sind, als Verbindungspositionen verwendet, und der Ankerkern wird durch eine Verbindung einer Vielzahl von Kernteilen (insbesondere dünne plattenähnliche Stahlschichten) an diesen Verbindungspositionen gebildet.
Im Ergebnis ist es möglich, dass man eine rotierende elektrische Maschine erhält, die es erlaubt, eine Beeinträchtigung der Betriebscharakteristik aufgrund des Auftretens einer Verformung des Ankerkerns zu unterdrücken, im Vergleich mit herkömmlichen Aufbauten, auch für den Fall, bei dem der Ankerkern aus einer Verbindung mit mehreren Kernteilen gebildet ist.
Ausführungsform 2
Bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, anders als bei der Ausführungsform 1 oben, sind eine Vielzahl von geteilten Kernen 6a bis 6c, jeder gebildet durch ein Stapeln von einer Vielzahl von Metallschichten, miteinander verbunden, um einen ringförmigen Ankerkern 6 zu bilden. 8 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine 1A einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die rotierende elektrische Maschine 1A ist ähnlich zu der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß der Ausführungsform 1, mit der Ausnahme, dass der Ankerkern 6 nun aus drei geteilten Kernen 6a bis 6c besteht. Die Anordnung der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 bei der 8 ist daher ähnlich zu der aus Ausführungsform 1 oben. Auch wenn in 8 die Verbindungspositionen 11, die mit dem schwarzen Dreiecksymbol (▼) gekennzeichnet sind, im gleichen Raster an der äußeren peripheren Seite des Ankerkerns 6, bestehend aus den drei geteilten Kernen 6a bis 6c, angeordnet sind, sind auch die Verbindungspositionen 11 mit denen aus Ausführungsform 1 vergleichbar. Auch die in 8 gezeigten Positionsgruppen G2 sind vom Konzept her vergleichbar mit den Positionsgruppen G1, die bei der Ausführungsform 1 erläutert wurden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 sind die dreigeteilten Kerne 6a bis 6c miteinander an den Verbindungspositionen 11 verbunden. Genauer gesagt sind die Positionen der Trennflächen 12 der geteilten Kerne 6a bis 6c ausgestaltet, um zu den Verbindungspositionen 11 zu passen. Durch Schweißen an solchen Verbindungspositionen 11 werden die dreigeteilten Kerne 6a bis 6c miteinander verbunden und es bildet sich der Ankerkern 6 als ein kreisförmiger verbundener Körper.
In 8 ist ein Aufbau gezeigt, bei dem die Positionen der Trennflächen 12 mit der Position des Magnetpolzahns Nr. 1 in der ersten Positionsgruppe G2 und den Positionen der Magnetpolzähne Nr. 25 und Nr. 33 in einer dritten Positionsgruppe G3 übereinstimmen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 werden die Positionen, die in einer oder mehreren entsprechenden Positionsgruppen aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen enthalten sind, als Verbindungspositionen verwendet, und mehrere der Verbindungspositionen können zu den Positionen der Trennflächen passen; der Ankerkern wird danach durch ein Verbinden einer Vielzahl von Kernteilen (genauer, den geteilten Kernen) an den Verbindungspositionen gebildet.
Man erhält im Ergebnis einen Effekt ähnlich zu dem bei der Ausführungsform 1 oben, und, zusätzlich, kann ein Anker, die aus geteilten Kernen besteht, kleiner gefertigt werden als ein kreisförmiger Ankerkern. Es wird daher möglich, die Produktionshandhabung der rotierenden elektrischen Maschine zu verbessern.
Ausführungsform 3
Bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, anders als bei den Ausführungsformen 1 und 2 oben, werden die Positionen der Schlitze 5 und nicht die Positionen der Magnetpolzähne 4 als Verbindungspositionen 11 verwendet. 9 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine 1B der vorliegenden Ausführungsform 3 zeigt.
Die rotierende elektrische Maschine 1B ist ähnlich der rotierenden elektrischen Maschine 1 der Ausführungsform 1 oben, mit der Ausnahme, dass nun die Positionen der Schlitze 5 und nicht die Positionen der Magnetpolzähne 4 als Verbindungspositionen verwendet werden. Daher ist die Anordnung der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 in 9 identisch zu der aus Ausführungsform 1 oben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 ist eine Positionsgruppe G3 gebildet aus einer Gruppe von Positionen von m Schlitzen 5. Die Positionen der entsprechenden Schlitze 5, die in ggT(Q, P) Positionsgruppen G3 enthalten sind, die im gleichen Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6 gebildet sind, werden als Verbindungspositionen 11 verwendet.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 1B, die in 9 gezeigt ist, sind insbesondere vier geteilte Positionsgruppen G3 gebildet, wobei jede eine Gruppe von entsprechenden Positionen von drei Schlitzen 5 ist, die voneinander in einem Vierer-Raster beabstandet sind. In anderen Worten erscheinen die Positionsgruppen G3 daher als vier Gruppen mit gleichem Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6, vergleichbar mit Ausführungsform 1.
Die Positionen von entsprechenden Schlitzen 5, die in den vier Positionsgruppen G3 enthalten sind, werden als Verbindungspositionen 11 verwendet, wobei Schlitz Nr. 2 als Referenz dient. Konkret sind die Positionen der Schlitze Nr. 2, Nr. 6 und Nr. 11, die in einer ersten Positionsgruppe G3 enthalten sind, die Positionen der Schlitze Nr. 14, Nr. 18 und Nr. 22, die in einer zweiten Positionsgruppe G3 enthalten sind, die Positionen der Schlitze Nr.
26, Nr. 30 und Nr. 34, die in einer dritten Positionsgruppe G3 enthalten sind, und die Positionen der Schlitze Nr. 38, Nr. 42 und Nr. 46, die in einer vierten Positionsgruppe G3 enthalten sind, als Verbindungspositionen 11 verwendet.
Die magnetomotorische Kraft jeder Phase wird in der rotierenden elektrischen Maschine daher ausgeglichen erzeugt, selbst wenn ein Schweißen an den Positionen der Positionsgruppen G3 als die Verbindungspositionen 11 durchgeführt wird. Daher ist die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1B gut.
Ähnlich wie bei Ausführungsform 1 ist es nicht notwendig, das Schweißen an den Positionen von allen Positionsgruppen G3 aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen G3 durchzuführen; hierbei können die Positionen von einer oder mehreren Positionsgruppen G3 als Verbindungspositionen 11 verwendet werden. In dem Fall, wenn der Ankerkern 6 aus einer Vielzahl von geteilten Kernen besteht, können die entsprechenden Positionen, die in einer oder mehreren Positionsgruppen G3 aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen G3 enthalten sind, als Verbindungspositionen 11 verwendet werden, und mehrere der Verbindungspositionen 11 können zu den Positionen der Trennflächen 12 passen, ähnlich wie bei Ausführungsform 2.
Indem die Positionen der Schlitze 5 und nicht die Positionen der Magnetpolzähne 4 für die Verbindungspositionen verwendet werden, erzielt die vorliegende Ausführungsform 3 ähnliche Effekte wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 oben, auch wenn der Ankerkern aus einer Verbindung einer Vielzahl von Kernteilen gebildet ist.
Ausführungsform 4
Bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, anders als bei den Ausführungsformen 1 bis 3 oben, werden die Positionen von spezifischen Magnetpolzähnen aus der Vielzahl von Magnetpolzähnen 4 als Verbindungspositionen 11 verwendet. 10 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine 1C einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellt. 11 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers 2 aus 10. In 11 ist der Anker 2 virtuell linear abgewickelt, um die Wicklungen 7 zu erklären, die in den Schlitzen 5 der rotierenden elektrischen Maschine 1C angeordnet sind.
Die rotierende elektrische Maschine 1C ist ähnlich zu der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß Ausführungsform 1 mit der Ausnahme der Positionsbeziehung der Verbindungspositionen 11. Daher ist die Anordnung der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 bei 10 vergleichbar wie bei der Ausführungsform 1 oben.
Die rotierende elektrische Maschine 1C hat eine Anzahl von Schlitzen Q = 48 und eine Anzahl von Magnetpolen P = 20, sodass die Anzahl der Schlitze q je Pol je Phase gemäß der Gleichung (1) Q = 4/5 beträgt, vergleichbar zu der rotierenden elektrischen Maschine 1.
12 ist eine erläuternde Darstellung, die die Amplitude der magnetomotorischen Kraft zeigt, die von den Wicklungen 7 erzeugt wird, die um die Magnetpolzähne 4 bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung gewickelt sind. Um die Erläuterung einfacher verstehen zu können, zeigt die Darstellung theoretische Werte der magnetomotorischen Kraft, die von den Magnetpolzähnen 4 erzeugt wird, als Ergebnis einer Berechnung, die die Anzahl der Umläufe der Wicklungen 7 in 12 als einen Umlauf annimmt und die Größe des Stroms, der in die Wicklungen 7 fließt, als 1 A annimmt.
12 zeigt, dass die Amplitude der magnetomotorischen Kraft, die von den Wicklungen 7 erzeugt wird, die um die Magnetpolzähne 4 gewickelt sind, nicht gleich ist. Fokussiert man sich zum Beispiel auf den Magnetpolzahn Nr. 3 sieht man, dass die Amplitude der magnetomotorischen Kraft, die von dem Magnetpolzahn Nr. 3 erzeugt wird, kleiner ist als die der benachbarten Magnetpolzähne 4. Betrachtet man in gleicher Weise die Magnetpolzähne Nr. 3, Nr. 7, Nr. 11 ..., Nr. Nr. 47, sieht man, dass die Magnetpolzähne 4 mit kleiner Amplitude der magnetomotorischen Kraft an jedem vierten Zahn auftreten. Zur Vereinfachung der Erläuterung werden solche Magnetpolzähne 4 mit kleinerer Amplitude der magnetomotorischen Kraft als bei benachbarten Zähnen als spezifische Magnetpolzähne bezeichnet.
Eine kombinierte magnetomotorische Kraft, die von jedem Magnetpolzahn 4 erzeugt wird, wird nachfolgend betrachtet. Die kombinierte magnetomotorische Kraft, die von einem Magnetpolzahn 4 erzeugt wird, ist die Summe der magnetomotorischen Kräfte, die in entsprechenden Wicklungen 7 erzeugt werden, die um den Magnetpolzahn 4 gewunden sind. Fokussiert man zum Beispiel auf den Magnetpolzahn Nr. 3, ist die kombinierte magnetomotorische Kraft die magnetomotorische Kraft, die aus der Summierung der elektromotorischen Kräfte resultiert, die in der Wicklung 7 in dem Schlitz Nr. 2 und dem Schlitz Nr. 4 (d.h. die U-Phase-Wicklung) und der magnetomotorischen Kraft, die durch die Wicklung 7 erzeugt wird, die in dem Schlitz Nr. 3 und Schlitz Nr. 5 angeordnet ist (d.h. die V-Phase-Wicklung).
Ferner ist eine maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz β° als die größte Differenz von den Phasendifferenzen zwischen dem elektrischen Phasenwinkel der kombinierten magnetomotorischen Kraft definiert, die in entsprechenden Magnetpolzähnen 4 erzeugt wird, und den elektrischen Phasenwinkeln der magnetomotorischen Kräfte, die in den entsprechenden Wicklungen 7 erzeugt werden, die um diese Magnetpolzähne 4 gewickelt sind. Hierbei gilt, dass je größer die maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz β° ist, desto kleiner die kombinierte magnetomotorische Kraft ist, die dem Magnetpolzahn 4 erzeugt wird.
Die maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz β° wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 13 erläutert. 13 ist eine Gruppe von erklärenden Erläuterungen zum Erklären der maximalen elektrischen Phasenwinkeldifferenz β° bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Um die Erläuterung der maximalen elektrischen Phasenwinkeldifferenz β° in 13 zu vereinfachen, wird ein Anker 2', bei dem die Wicklungen in einer anderen Weise als bei dem Anker 2 gewickelt sind, hier als ein Beispiel eines gewöhnlichen Ankers betrachtet, bei der Wicklungen in Schlitzen auf der Basis eines verteilten Windungsschemas angeordnet sind. Ferner wird die Anzahl der Umläufe von jeder Wicklung 7' auf einen Umlauf eingestellt und die Größe des Stroms, der in die Wicklungen 7' fließt, auf 1 A.
Bei dem Anker 2' sind die Wicklungen 7' auf den Ankerkern 6' in einem zweilagigen Umlaufwindungszustand gewunden, sodass jedes Wicklungsende einer entsprechenden Wicklung 7' drei Magnetpolzähne 4' überspannt. Eine magnetomotorische Kraft wird im Magnetpolzahn Nr. α erzeugt, da drei Wicklungen A bis C um einen Magentpolzahn Nr. α gewickelt sind.
Die Vektordarstellung aus 13 zeigt die magnetomotorischen Kräfte, die zu einem Zeitpunkt von den Wicklungen A bis C erzeugt werden, und die kombinierte magnetomotorische Kraft, die aus einem Kombinieren der zuvor genannten magnetomotorischen Kräfte resultiert.
Zum Beispiel sind die Anzahlen der Umläufe identisch bei den Wicklungen A bis C, und die Größen der Ströme, die in die Wicklungen A bis C fließen, sind auch identisch. Entsprechend sind die Größen der magnetomotorischen Kraftvektoren der Wicklungen A bis C in gleicher Weise identisch. Die Phase der kombinierten magnetomotorischen Kraft ist 45°, wenn man 0°, 30° und 105° als die elektrischen Phasenwinkel der elektromotorischen Kräfte annimmt, die von den Wicklungen A bis C erzeugt werden. In diesem Fall sind die Phasendifferenzen zwischen der kombinierten magnetomotorischen Kraft und den magnetomotorischen Kräften, die von den Wicklungen A bis C erzeugt werden, 45°, 15° und 60°, jeweils entsprechend; die Phasendifferenz zwischen der kombinierten magnetomotorischen Kraft und der von der Wicklung C erzeugten magnetomotorischen Kraft ist daher am größten.
Somit beträgt die maximale elektrische Phasendifferenz β° 60° im Hinblick auf die Phasendifferenzen zwischen dem elektrischen Phasenwinkel der kombinierten magnetomotorischen Kraft, die von dem Magnetpolzahn Nr. α erzeugt wird, und den elektrischen Phasenwinkeln der magnetomotorischen Kräfte, die von den Wicklungen A bis C erzeugt werden, die um den Magnetpolzahn Nr. α gewickelt sind. Je größer die Phasendifferenz der magnetomotorischen Kraftvektoren der Wicklungen A bis C ist, desto kleiner wird die kombinierte magnetomotorische Kraft. In anderen Worten, je größer die maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz β° ist, desto kleiner wird die kombinierte magnetomotorische Kraft, die von dem Magnetpolzahn Nr. α erzeugt wird.
Mit Rückblick auf 10 wird der elektrische Winkel pro Rotation der rotierenden elektrischen Maschine 1C durch die Anzahl der Magnetpole P bestimmt. Die Wicklungen 7, die in den Schlitzen 5 relativ zu den Magnetpolen angeordnet sind, und entsprechend die kombinierte magnetomotorische Kraft, die von den Magnetpolzähnen 4 erzeugt wird, ergibt sich in Abhängigkeit von der Anzahl von Magnetpolen P und der Anzahl von Schlitzen Q.
Basierend auf den oben genannten Überlegungen haben die Erfinder herausgefunden, dass wenn die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 auf der Basis eines verteilten Windungsschemas angeordnet sind, spezifische Magnetpolzähne gemäß der Regel (1) unten auftreten, abhängig von der Anzahl der Schlitze Q und der Anzahl der Magnetpole P.
Regel (1)
Die spezifischen Magnetpolzähne treten regelmäßig alle qc Positionen in der Umfangsrichtung des Ankers 2 auf, wobei qc den Zähler der Anzahl von Schlitzen q je Pol je Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1 bezeichnet, bei der die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 auf der Basis eines verteilten Windungsschemas angeordnet sind. In anderen Worten treten Magnetpolzähne 4, bei denen die maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz β° am größten ist, regelmäßig auf, wie die spezifischen Magnetpolzähne, und zwar alle qc Schlitze.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 1 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die Anzahl der Schlitze q je Pol je Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1 4/5 beträgt und entsprechend beträgt der Zähler qc der Anzahl von Schlitzen q je Pol je Phase 4. Wie in 12 gezeigt treten spezifische Magnetpolzähne an jeder vierten Position in der Umfangsrichtung des Ankers 2 auf, sodass die Regel (1) erfüllt ist.
Der Zähler qc der Anzahl von Schlitzen q je Pol je Phase kann durch die nachfolgende Gleichung (5) beschrieben werden.
[Math. 5]

qc = Q / gg(Q, P) × m (5)

Die spezifischen Magnetpolzähne treten in gleichmäßigen Intervallen in dem Anker 2 auf, sodass die Regel (1) als Regel (1') unten umgeschrieben werden kann unter Verwendung des Maschinenwinkels.
Regel (1')
Spezifische Magnetpolzähne treten in regelmäßigen Intervallen in einem durch Gleichung (6) gegebenen Winkelraster entlang der Umfangsrichtung des Ankers 2 auf.
[Math. 6]

Winkelraster = 360° / ggT(Q, P) × m (6)

Hierbei kann die Gleichung (7) unten abgeleitet werden, indem man die Anzahl der Schlitze Q = 48, die Anzahl der Magnetpole P = 20 und die Anzahl der Phasen m = 3 in Gleichung (6) einsetzt.
[Math. 7]

Winkelraster = 360° / ggT(Q, P) × m = 360° / 4 × 2 = 30° (7)

Bei einem Anker 2 mit einer Anzahl von Schlitzen Q gleich 48 treten spezifische Magnetpolzähne an jeder vierten Position in der Umfangsrichtung des Ankers 2 auf, wie es in 12 gezeigt ist. Entsprechend treten spezifische Magnetpolzähne in einem Winkelraster von 30° auf. Die Regel (1') ist daher erfüllt.
Die Amplitude der magnetomotorischen Kraft der spezifischen Magnetpolzähne, die gemäß Regel (1) und Regel (1') auftauchen, ist kleiner als die der Magnetpolzähne 4, die keine spezifischen Magnetpolzähne sind.
In gleicher Weise wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 oben, wenn man eine Positionsgruppe G4 als die Gruppe von Positionen von m-spezifischen Magnetpolzähnen definiert, dann werden ggT(Q, P) Positionsgruppen G4 mit gleichem Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6 gebildet. Wie in Gleichung (7) gezeigt ist, erscheinen vier Positionsgruppen G4, jede als eine Gruppe von Positionen von drei spezifischen Magnetpolzähnen, mit gleichem Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns 6.
Das heißt, die drei benachbarten spezifischen Magnetpolzähne, die in entsprechenden vier Positionsgruppen G4 enthalten sind, sind Magnetpolzähne 4, die eine magnetomotorische Kraft entsprechend korrespondierend mit jeder Phase von U-Phase, V-Phase und W-Phase erzeugen. Man stellt im Ergebnis fest, dass die Auswirkung, die auf die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 durch Verformungen der Form der Zähne und Änderungen im Lückenabstand zwischen dem Magneten 10 ausgeübt wird, kleiner ist bei den spezifischen Magnetpolzähnen als bei den anderen Magnetpolzähnen 4.
Somit werden bei der vorliegenden Ausführungsform 4 für die Verbindungspositionen 11 die entsprechenden Positionen der spezifischen Magnetpolzähne verwendet, die in den ggT(Q, P) Positionsgruppen G4 enthalten sind, die aus den Positionen der spezifischen Magnetpolzähne gebildet sind, die eine geringere Auswirkung auf die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1C haben als die anderen Magnetpolzähne 4. Insbesondere wird das Schweißen an den Verbindungspositionen 11 durchgeführt, für die die Positionen auf der äußeren peripheren Oberfläche von Abschnitten des Kernrückens 3 verwendet werden, wo sich spezifische Magnetpolzähne befinden, d.h., Magnetpolzähne Nr. 3, Nr. 7 ..., Nr. 47, wie es in 10 gezeigt ist.
Indem man das Schweißen an solchen Verbindungspositionen 11 durchführt, wird es möglich, die Auswirkung zu reduzieren, die auf die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine ausgeübt wird, im Vergleich mit einem Aufbau, bei dem das Schweißen an Positionen von Magnetpolzähnen 4 durchgeführt wird, die keine spezifischen Magnetpolzähne sind. Das heißt, indem man an den Positionen der spezifischen Magnetpolzähne schweißt, wird der Ankerkern 6 durch eine Verbindung der Vielzahl von Stahlschichten miteinander gebildet, und es wird möglich, die Auswirkung auf die Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 weiter zu unterdrücken, die sich aus dem Auftreten der Verformung im Ankerkern 6 ergibt, im Vergleich zu herkömmlichen Aufbauten, wohingegen die Steifigkeit des Ankerkerns 6 vergrößert wird.
Als weiteres Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine 1C gemäß der vorliegenden Ausführungsform 4 kann die rotierende elektrische Maschine 1C wie in 14 ausgestaltet werden. 14 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine 1C gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 14 insbesondere gezeigt ist, gibt es keine Notwendigkeit zum Durchführen des Schweißens an den Positionen von allen Positionsgruppen G4 aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen G4; hierbei werden die Positionen von einer oder mehreren Positionsgruppen G4 als die Verbindungspositionen 11 verwendet, ähnlich wie bei Ausführungsform 1.
In dem Fall, wenn der Ankerkern 6 aus einer Mehrzahl von geteilten Kernen besteht, können die entsprechenden Positionen, die in einer oder mehreren Positionsgruppen G4 aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen G4 enthalten sind, als die Verbindungspositionen 11 verwendet werden und mehrere der Verbindungspositionen 11 können mit den Positionen der Trennflächen 12 übereinstimmen, ähnlich zur Ausführungsform 2.
Somit ist bei einem Fall gemäß Ausführungsform 4, bei dem ein Aufbau verwendet wird, bei dem die Wicklungen auf dem Ankerkern auf der Basis eines verteilten Windungsschemas angeordnet sind, und bei dem man eine maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz als die größte Phasendifferenz unter den Phasendifferenzen zwischen dem elektrischen Phasenwinkel einer kombinierten magnetomotorischen Kraft nimmt, die die Summe der magnetomotorischen Kräfte ist, die von den entsprechenden Wicklungen, die um einen Magnetpolzahn des Ankers gewickelt sind, ist, und den elektrischen Phasenwinkeln der entsprechenden magnetomotorischen Kräfte, dann ist eine Vielzahl von Kernteilen (insbesondere dünnen plattenähnliche Stahlschichten) verbunden, wobei der Ankerkern gebildet wird an Positionen von einer Vielzahl von spezifischen Magnetpolzähnen, die Magnetpolzähne sind, an denen die maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz die größte ist aus der Vielzahl von Magnetpolzähnen.
Im Ergebnis wird es möglich, eine rotierende elektrische Maschine zu erhalten, die es erlaubt, eine Auswirkung auf die Betriebscharakteristik aufgrund des Auftretens einer Verformung des Ankerkerns zu unterdrücken, im Vergleich zu herkömmlichen Aufbauten, auch in dem Fall, wenn der Ankerkern durch eine Verbindung von einer Vielzahl von Kernteilen gebildet ist.
Ausführungsform 5
Der Aufbau einer rotierenden elektrischen Maschine 1D bei Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Ausführungsform 4 oben. 15 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel einer rotierenden elektrischen Maschine 1D der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. 16 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine 1D aus 15 ohne eine Darstellung der Verformung des Ankerkerns 6 zeigt, die durch Schweißen an den Verbindungspositionen 11 hervorgerufen wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 5 wird ein Aufbau erläutert, bei dem die Anzahl der Schlitze Q 36 ist und die Anzahl der Magnetpole P 14 ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform 5 sind die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 auf der Basis eines zweilagigen Umlaufwindungsschemas angeordnet, vergleichbar mit der Ausführungsform 4 oben, aber die Orte, an denen die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 angeordnet sind, unterscheiden sich von denen der Ausführungsform 4.
Ein konkretes Anordnungsbeispiel der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 wird nachfolgend erklärt. 17 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers 2 aus 16.
Ähnlich wie bei 4 und 5 oben ist in 17 der Anker 2 virtuell linear abgewickelt, um die Wicklungen 7 zu erklären, die in den Schlitzen 5 der rotierenden elektrischen Maschine 1D angeordnet sind. Die Bedeutung der Symbole in 17 ist identisch zu denen in 4 und 5.
Betrachtet wird nun zum Beispiel eine Wicklung 7, die im Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 5 angeordnet ist und den Magnetpolzahn Nr. 2, Magnetpolzahn Nr. 3 und Magnetpolzahn Nr. 4 überspannend gewunden ist. Hierbei fließt der W-Phase-Strom in der Wicklung 7, die im Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 5 angeordnet ist. Der Strom fließt an der Windungsseite von Schlitz Nr. 2 in die Zeichenebene und fließt an der Wicklungsseite von Schlitz Nr. 5 aus der Zeichenebene heraus.
Details bezüglich der Verbindungspositionen 11, an denen ein Schweißen durchgeführt wird, um die Vielzahl von Stahlschichten miteinander zu verbinden, wird nachfolgend beschrieben. 18 ist eine erläuternde Darstellung, die die Amplitude der magnetomotorischen Kraft zeigt, die von dem Wicklungen 7 erzeugt wird, die um die Magnetpolzähne 4 gewickelt sind, bei der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. Um die Erläuterung einfacher zu verstehen, zeigt die Darstellung theoretische Werte der magnetomotorischen Kraft, die von den Magnetpolzähnen 4 erzeugt wird, als Ergebnis einer Berechnung, bei der die Anzahl der Umläufe der Wicklungen 7 in 18 als ein Umlauf angenommen wird und die Größe des in die Wicklungen 7 fließenden Stroms als 1 A angenommen wird.
In dem Fall, wenn eine Anzahl an Schlitzen Q = 36 und eine Anzahl von Magnetpolen P = 14 ist, beträgt die Anzahl von Schlitzen q je pol je Phase q = 6/7, wie es durch Gleichung (1) gegeben ist.
18 zeigt, dass die Amplitude der magnetomotorischen Kraft, die von den Wicklungen 7 erzeugt wird, die um die Magnetpolzähne 4 gewunden sind, nicht gleich ist. Betrachtet man zum Beispiel den Magnetpolzahn Nr. 5 und den Magnetpolzahn Nr. 6, stellt man fest, dass die Amplitude der magnetomotorischen Kraft, die vom Magnetpolzahn Nr. 5 und dem Magnetpolzahn Nr. 6 erzeugt wird, kleiner ist als die der benachbarten Magnetpolzähne 4. Betrachtet man Magnetpolzähne Nr. 5 und Nr. 6, Nr. 11 und Nr. 12 ..., Nr. 35 und Nr. 36, sieht man, dass Magnetpolzähne 4 mit kleiner magnetomotorischer Kraftamplitude an jedem sechsten Zahn auftreten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 5 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Anzahl q je Pol je Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1C 6/7 ist oder entsprechend ist der Zähler qc der Anzahl von Schlitzen q je Pol je Phase 6, und Gleichung (5) ist erfüllt. Ferner ist Regel (1) erfüllt, da spezifische Magnetpolzähne an jeder sechsten Position in der Umfangsrichtung des Ankers 2 auftreten, wie es in 18 gezeigt ist.
Als nächstes kann Gleichung (8) unten abgeleitet werden, indem man die Anzahl der Schlitze Q = 36, die Anzahl der Magnetpole P = 14 und die Anzahl der Phasen m = 3 in Gleichung (6) einsetzt.
[Math. 8]

Winkelraster = 360° / ggT(Q, P) × m = 360° / 2 × 3 = 60° (8)

Bei einem Anker 2 mit einer Anzahl von Schlitzen Q von 36 treten spezifische Magnetpolzähne an jeder sechsten Position in der Umfangsrichtung des Ankers 2 auf, wie es in 18 gezeigt ist. Somit treten die spezifischen Magnetpolzähne in einem Winkelraster von 60° auf. Die Regel (1') ist daher erfüllt.
Vergleichbar mit Ausführungsform 4 treten die spezifischen Magnetpolzähne daher gemäß Regel (1) und Regel (1') auf.
Daher, in dem Fall, wenn bei der vorliegenden Ausführungsform 5 spezifische Magnetpolzähne benachbart sind, bilden sich Positionsgruppen G5 der Positionen der Schlitze 5, die zwischen benachbarten spezifischen Magnetpolzähnen in einer Gruppe davon bereitgestellt sind. Das heißt, eine Positionsgruppe G5 ist eine Gruppe der Positionen von m benachbarten Schlitzen 5 mit einem Raster von [Q/{ggT(Q, P) × m}]. Die Verbindungspositionen 11 werden hier an Positionen der entsprechenden Schlitze 5 gewählt, die in den ggT(Q, P) Positionsgruppen G5 enthalten sind, die von den Positionen der Schlitze 5 gebildet sind, die zwischen benachbarten spezifischen Magnetpolzähnen bereitgestellt sind. Das heißt, das Schweißen wird linear an den Verbindungspositionen 11 durchgeführt, die hierbei als Positionen gewählt werden, an der äußeren peripheren Oberfläche, von den Abschnitten des Kernrückens 3 gegenüber den Schlitzen Nr. 6, Nr. 12 ..., Nr. 36 aus den Schlitzen 5, wie es in 15 gezeigt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 5 werden die Verbindungspositionen 11 an Positionen der Schlitze 5 gewählt, die zwischen benachbarten spezifischen Magnetpolzähnen bereitgestellt sind, wie es in 15 gezeigt ist, aber die Verbindungspositionen 11 können an einer oder an beiden der Positionen von benachbarten spezifischen Magnetpolzähnen gewählt werden. Für den Fall, dass zwei oder mehr benachbarte spezifische Magnetpolzähne auftreten, können die Verbindungspositionen gewählt werden, dass sie in dem Bereich liegen, in dem diese spezifischen Magnetpolzähne vorhanden sind. In dem Fall, wenn benachbarte spezifische Magnetpolzähne vorhanden sind, kann die Vielzahl von Kernteilen an den Verbindungspositionen 11 verbunden werden kann, die hier an Positionen gewählt sind, die in dem Bereich liegen, an denen benachbarte spezifische Magnetpolzähne vorhanden sind.
Indem man das Schweißen an solchen Verbindungspositionen 11 durchführt, werden die Vielzahl von Stahlschichten miteinander verbunden, um den Ankerkern 6 zu bilden, ähnlich wie bei Ausführungsform 4, und es wird möglich, die Beeinträchtigung der Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 weiter zu unterdrücken, die durch das Auftreten der Verformung in dem Ankerkern 6 hervorgerufen werden, im Vergleich zu herkömmlichen Aufbauten, wohingegen die Steifigkeit des Ankerkerns 6 erhöht wird.
Ferner gibt es keine Notwendigkeit, das Schweißen an den Positionen von allen Positionsgruppen G5 aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen G5 durchzuführen; hierbei werden die Positionen von einer oder von mehreren Positionsgruppen G5 als die Verbindungspositionen 11 verwendet, ähnlich wie bei Ausführungsform 1.
In dem Fall, wenn der Ankerkern 6 aus einer Vielzahl von geteilten Kernen besteht, können die entsprechenden Positionen, die in einer oder mehreren Positionsgruppen G5 von den ggT(Q, P) Positionsgruppen G5 enthalten sind, als die Verbindungspositionen 11 gewählt werden, und mehrere Verbindungspositionen 11 können mit den Positionen der Trennflächen 12 übereinstimmen, ähnlich wie bei Ausführungsform 2.
Wenn im Gegensatz zu Ausführungsform 4 oben die spezifischen Magnetpolzähne bei der vorliegenden Ausführungsform 5 zueinander benachbart sind, ist die Vielzahl von Kernteilen an Positionen in einem Bereich verbunden, in dem die benachbarten spezifischen Magnetpolzähne vorhanden sind, anstelle von den Positionen der spezifischen Magnetpolzähne. Man erhält im Ergebnis einen ähnlichen Effekt wie bei der Ausführungsform 4.
Ausführungsform 6
Der Aufbau einer rotierenden elektrischen Maschine 1E in der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von denen der Ausführungsformen 1 bis 5 oben. 19 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine 1E gemäß einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt. 20 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine 1E aus 19 zeigt ohne die Verformung des Ankerkerns 6 zu zeigen, die durch das Schweißen an den Verbindungspositionen 11 entsteht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 6 wird ein Aufbau erklärt, bei dem die Anzahl der Schlitze Q 36 ist und die Anzahl der Magnetpole P 14 ist. Anders als bei den Ausführungsformen 1 bis 5 sind bei der vorliegenden Ausführungsform 6 die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 auf der Basis eines konzentrischen Windungsschemas angeordnet.
Ein konkretes Anordnungsbeispiel der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 wird nachfolgend erklärt. 21 ist eine linear abgewickelte Darstellung des Ankers 2 aus 20.
Ähnlich wie bei 4 und 5 oben ist der Anker 2 in 21 virtuell linear abgewickelt, um die Wicklungen 7 zu erklären, die in den Schlitzen 5 der rotierenden elektrischen Maschine 1E angeordnet sind. Die Bedeutung der Symbole in 21 ist identisch zu denen der 4 und 5. Die Wicklungen sind in der Form von konzentrischen Bögen geformt, wobei jede Wicklung 7 für eine entsprechende Phase in einem entsprechenden Schlitz 5 angeordnet ist.
Man legt den Fokus zum Beispiel auf eine Wicklung 7, die im Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 5 angeordnet ist, und den Magnetpolzahn Nr. 2, Magnetpolzahn Nr. 3 und Magnetpolzahn Nr. 4 überspannend gewunden ist. Hier fließt der W-Phase-Strom in der Wicklung 7, die im Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 5 angeordnet ist. Der Strom fließt aus der Zeichenebene an der Wicklungsseite von Schlitz Nr. 2 heraus und fließt in die Zeichenebene an der Wicklungsseite von Schlitz Nr. 5 hinein.
Details der Verbindungspositionen 11, an denen ein Schweißen durchgeführt wird, um die Vielzahl von Stahlschichten miteinander zu verbinden, werden nachfolgend erläutert. 22 ist eine erläuternde Darstellung, die die Amplitude der magnetomotorischen Kraft darstellt, die von den Wicklungen 7 erzeugt wird, die um die Magnetpolzähne 4 gewickelt sind, bei der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. Um die Erläuterung einfacher zu verstehen, zeigt die Darstellung theoretische Werte der magnetomotorischen Kraft, die von den Magnetpolzähnen 4 generiert wird, als Ergebnis einer Berechnung, die die Anzahl von Umläufen der Wicklungen 7 in 22 als einen Umlauf annimmt und die Größe des Stroms, der in die Wicklungen 7 fließt, als 1 A annimmt.
Für den Fall, dass die Anzahl von Schlitzen Q = 36 und die Anzahl von Magnetpolen P = 14 ist, ist die Anzahl von Schlitzen q je Pol je Phase mit q = 6/7 wie in Gleichung (1) gezeigt gegeben.
22 zeigt, dass die magnetomotorische Kraft, die von den Wicklungen 7 erzeugt wird, die um die Magnetpolzähne 4 gewickelt sind, nicht gleich ist. Betrachtet man zum Beispiel den Magnetpolzahn Nr. 6, sieht man, dass die magnetomotorische Kraft, die vom Magentpolzahn Nr. 6 erzeugt wird, 0 ist, d.h., es wird am Magnetpolzahn Nr. 6 keine magnetomotorische Kraft erzeugt. Betrachtet man ferner die Magnetpolzähne Nr. 6, Nr. 12 ..., Nr. 36, stellt man fest, dass Magnetpolzähne 4, bei denen keine magnetomotorische Kraft erzeugt wird, an jedem sechsten Zahn als spezifische Magnetpolzähne in Erscheinung treten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 6 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Anzahl der Schlitze q je Pol je Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1E 6/7 ist und demgemäß der Zähler qc der Anzahl der Schlitze q je Pol je Phase 6 ist und Gleichung (5) erfüllt ist. Ferner ist Regel (1) erfüllt, da spezifische Magnetpolzähne an jeder sechsten Position in der Umfangsrichtung des Ankers 2 auftreten, wie in 22 gezeigt ist. Die spezifischen Magnetpolzähne treten mit einem Raster von [Q/{ggT(Q, P) × m}] auf, und demgemäß sind die Positionsgruppen G6 aus den Positionen der spezifischen Magnetpolzähne gebildet, ähnlich wie bei Ausführungsform 4.
Als nächstes erhält man die Gleichung (9), indem man die Anzahl der Schlitze Q=36, die Anzahl der Magnetpole P=14 und die Anzahl der Phasen m=3 in Gleichung (6) einsetzt.
[Math. 9]

Winkelraster = 360° / ggT(Q, P) × m = 360° / 2 × 3= 60° (9)

Bei einem Anker 2 mit einer Anzahl von Schlitzen Q von 36, treten spezifische Magnetpolzähne an jeder sechsten Position in der Umfangsrichtung des Ankers 2 auf, wie in 22 gezeigt ist. Somit erscheinen spezifische Magnetpolzähne in einem Winkelraster von 60°. Daher ist die Regel (1') erfüllt.
Ähnlich wie bei Ausführungsform 4 treten somit die spezifischen Magnetpolzähne gemäß Regel (1) und Regel (1') auf.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 6 sind die Positionsgruppen G6 daher aus Positionen der spezifischen Magnetpolzähne gebildet. Das heißt, eine Positionsgruppe G6 ist eine Gruppe von Positionen von m benachbarten spezifischen Magnetpolzähnen mit einem Raster von [Q/{ggT(Q, P) × m}]. Die Verbindungspositionen 11 werden an die Positionen der entsprechenden spezifischen Magnetpolzähne gesetzt, die in den ggT(Q, P) Positionsgruppen G6 enthalten sind, die aus den Positionen der spezifischen Magnetpolzähne gebildet sind. Das heißt, das Schweißen wird linear an den Verbindungspositionen 11 durchgeführt, die hier auf Positionen an der äußeren peripheren Oberfläche von den Teilen des Kernrückens 3 gesetzt sind, wo sich die spezifischen Magnetpolzähne befinden, d.h., Magnetpolzähne Nr. 6, Nr. 12, ..., Nr. 36, wie in 19 gezeigt.
Indem man das Schweißen an solchen Verbindungspositionen 11 durchführt, werden die Vielzahl von Stahlschichten miteinander verbunden, um den Ankerkern 6 zu bilden, ähnlich wie bei Ausführungsform 4, und es wird möglich, die Beeinträchtigung der Betriebscharakteristik der rotierenden elektrischen Maschine 1 weiter zu unterdrücken, die durch das Auftreten der Verformung in dem Ankerkern 6 hervorgerufen werden, im Vergleich zu herkömmlichen Aufbauten, wohingegen die Steifigkeit des Ankerkerns 6 erhöht wird.
Man sieht daher, dass die Erfindungen gemäß der Ausführungsformen 4 und 5 bei einer rotierenden elektrischen Maschine 1E verwendet werden können, bei der die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 auf der Basis eines konzentrischen Windungsschemas angeordnet sind, aber auch die Erfindungen gemäß der Ausführungsformen 1 bis 3 hier verwendet werden können.
Der elektrische Phasenwinkel der Magnetpolzähne 4 des Ankers 2 wird durch Gleichung (2) bestimmt, ähnlich den rotierenden elektrischen Maschinen, die in den Ausführungsformen 1 bis 5 gezeigt sind, mit Wicklungen 7 in einem zweischichtigen Umlaufwicklungschema, d. h. bestimmt durch die Anzahl der Schlitze Q und der Anzahl der Magnetpole P.
Der elektrische Winkel der Magnetpolzähne 4 an Positionen, die voneinander um [Q/{ggT(Q, P) × m}] Positionen vom Magnetpolzahn Nr. 1 beabstandet sind, durch Gleichung (10) unten gegeben, unter der Annahme, dass der elektrische Winkel des Magnetpolzahns Nr. 1 0° ist.
[Math. 10]

P / ggT(Q, P) × m × 180° = P / ggT(Q, P) × 60° (10)

Die Gleichung (10) ist hier identisch zur Gleichung (3). Insbesondere können die Positionsgruppen G6 ähnlich geformt sein wie bei einer rotierenden elektrischen Maschine, bei der die Wicklungen 7 auf dem Ankerkern 6 als zweischichtige Umlaufwicklung angeordnet sind, auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 1E, bei der die Wicklungen 7 als konzentrierte Windung auf dem Ankerkern 6 angeordnet sind, wie bei der vorliegenden Ausführungsform 6. Insbesondere sind die Positionsgruppen 6, bei denen jede eine Gruppe von entsprechenden Positionen von m Magnetpolzähnen ist, die in einem Raster von [Q/{ggT(Q, P) × m}] voneinander beabstandet sind, aufgeteilt in ggT(Q, P) Gruppen gebildet.
Somit können die Erfindungen gemäß der Ausführungsform 1 bis 3 oben bei der rotierenden elektrischen Maschine 1E verwendet werden, und man erhält einen gleichen Effekt für den Fall, wenn die Verbindungspositionen 11 in der gleichen Weise verteilt sind wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3.
Einen Effekt gleich dem bei den Ausführungsformen 1 bis 5 erhält man bei der vorliegenden Ausführungsform 6, wo, anders als bei den Ausführungsformen 1 bis 5, die Wicklungen in den Schlitzen auf der Basis eines konzentrischen Windungsschemas angeordnet sind. Man merkt daher, dass die Erfindung der vorliegenden Anmeldung auch in Fällen verwendet werden kann, bei denen die Wicklungen auf dem Ankerkern gemäß eines konzentrischen Windungsaufbaus angeordnet sind, wobei bei verteilten Windungen die Erfindung der vorliegenden Anmeldung unabhängig von dem spezifischen Windungsschema verwendet werden kann, zum Beispiel eine zweischichtige Umlaufwindung oder Ähnliches.
Ausführungsform 7
Der Aufbau einer rotierenden elektrischen Maschine 1F bei der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem der Ausführungsformen 1 bis 6 oben. 23 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine 1F gemäß Ausführungsform 7 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 24 ist eine Draufsicht, die die rotierende elektrische Maschine 1F aus 23 zeigt, ohne die Verformung des Ankerkerns 6 zu zeigen, die durch Schweißen an den Verbindungspositionen 11 hervorgerufen wurde.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 7 wird ein Aufbau erläutert, bei dem die Anzahl der Schlitze Q 36 ist und die Anzahl der Magnetpole P 28 ist. Anders als bei den Ausführungsformen 1 bis 6 sind bei der vorliegenden Ausführungsform 7 die Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 auf der Basis eines konzentrierten Windungsschemas angeordnet.
Ein konkretes Anordnungsbeispiel der Wicklungen 7 in den Schlitzen 5 wird als nächstes erläutert. 25 ist eine linear abgewickelte Ansicht des Ankers 2 aus 24.
Ähnlich wie bei 4 und 5 oben ist in 25 der Anker 2 virtuell linear abgewickelt, um die Wicklungen 7 zu erklären, die in den Schlitzen 5 der rotierenden elektrischen Maschine 1F angeordnet sind. Insbesondere sind die Wicklungen in einer konzentrierten Art um die Magnetpolzähne 4 gewickelt, sodass die Wicklungen 7 von zwei entsprechenden Phasen in jedem Schlitz 5 angeordnet sind.
Zum Beispiel betrachtet man hier die Wicklungen 7, die im Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 3 angeordnet sind und um den Magnetpolzahn Nr. 2 in einer konzentrierten Weise gewickelt sind. Hierbei fließt der V-Phase-Strom in den Wicklungen 7, die in dem Schlitz Nr. 2 und Schlitz Nr. 3 angeordnet sind. Der Strom fließt an der Wicklungsseite von Schlitz Nr. 2 aus der Zeichenebene heraus und fließt an der Wicklungsseite von Schlitz Nr. 3 in die Zeichenebene hinein.
Details der Verbindungspositionen 11, an denen ein Schweißen durchgeführt wird, um die Vielzahl von Stahlschichten miteinander zu verbinden, wird nachfolgend erläutert.
Der elektrische Phasenwinkel der Magnetpolzähne 4 in dem Anker 2 wird durch Gleichung (11) bestimmt, d.h., durch die Anzahl der Schlitze Q und die Anzahl der Magnetpole P, ähnlich wie bei der rotierenden elektrischen Maschine, die in Ausführungsformen 1 bis 6 gezeigt ist und Wicklungen 7 auf der Basis eines verteilten Windungsschemas hat.
[Math. 11]

P / Q × 180° (11)

Hier ist der elektrische Winkel der Magnetpolzähne 4 an Positionen, die voneinander um [Q/{ggT(Q, P) × m}] Positionen vom Magnetpolzahn Nr. 1 beabstandet sind, durch Gleichung (12) unten gegeben, unter der Annahme, dass der elektrische Winkel des Magnetpolzahns Nr. 1 0° ist.
[Math. 12]

P / ggT(Q, P) × m × 180° = P / ggT(Q, P) × 60° (12)

Die Gleichung (12) ist hier identisch zur Gleichung (3). Das heißt, die Positionsgruppen G7 können ähnlich zu einer rotierenden elektrischen Maschine geformt werden, bei der die Wicklungen 7 auf dem Ankerkern 6 durch verteilte Windungen angeordnet sind, auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 1F, bei der die Wicklungen 7 auf dem Ankerkern 6 durch konzentrierte Windungen angeordnet sind, wie bei der vorliegenden Ausführungsform 7. Insbesondere sind die Positionsgruppen G7, von denen jede eine Gruppe von Positionen von entsprechenden m Magnetpolzähnen 4 ist, die voneinander in einem Raster von [Q/{ggT(Q, P) × m}] voneinander beabstandet sind, in ggT(Q, P) Gruppen geteilt gebildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 7 werden die Verbindungspositionen 11 daher an den entsprechenden Positionen der Magnetpolzähne 4 gewählt, die in den ggT(Q, P) Positionsgruppen G7 enthalten sind, ähnlich wie bei Ausführungsform 1. Das heißt, das Schweißen wird linear an den Verbindungspositionen 11 durchgeführt, die hier auf Positionen an der äußeren peripheren Oberfläche von Teilen des Kernrückens 3 gesetzt sind, an denen sich die Magnetpolzähne Nr. 1, Nr. 4 ..., Nr. 34 befinden, wie es in 23 gezeigt ist.
Wie in 26 gezeigt ist, kann die rotierende elektrische Maschine 1F in der gleichen Weise aufgebaut sein, wie bei Ausführungsform 3. 26 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine 1F gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das heißt, die Verbindungspositionen 11 sind auf die Positionen der entsprechenden Schlitze 5 eingestellt, die in den ggT(Q, P) Positionsgruppen G7 enthalten sind, falls die Positionsgruppen G7, wovon jede eine Gruppe von entsprechenden Positionen von m Schlitzen 5 ist, die voneinander in einem Raster von [Q/{ggT(Q, P) × m}] voneinander beabstandet sind, in ggT(Q, P) Gruppen aufgeteilt gebildet sind.
Das heißt, ein Schweißen wird linear an den Verbindungspositionen 11 durchgeführt, die hier auf Positionen auf der äußeren peripheren Oberfläche von Teilen des Kernrückens 3 der Schlitze Nr. 2, Nr. 5 ...., Nr. 35 gesetzt sind, wie es in 26 gezeigt ist.
Somit können die Erfindungen gemäß der Ausführungsformen 1 bis 3 oben bei der rotierenden elektrischen Maschine 1F verwendet werden, und man erzielt einen gleichen Effekt in dem Fall, wenn die Verbindungspositionen 11 in der gleichen Weise angeordnet sind, wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3.
Durch die Anordnung der Verbindungspositionen in der gleichen Weise wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 erzielt die vorliegende Ausführungsform 7 einen ähnlichen Effekt, selbst wenn die Wicklungen in den Schlitzen eines konzentrierten Wicklungsschemas angeordnet sind.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1 bis 7 wurden Aufbauten beschrieben, bei denen der Ankerkern 6 durch Schweißen an den Verbindungspositionen 11 gebildet wird, wobei das Schweißen ein Beispiel eines Verfahrens zum Verbinden einer Vielzahl von Kernteilen ist, ohne dass die vorliegende Erfindung darauf beschränkt ist. Insbesondere kann der Ankerkern 6 auch durch Verbinden der Vielzahl von Kernteilen durch ein anderes Verfahren gebildet werden, zum Beispiel ein Fixieren durch Krimpen oder unter Verwendung von Stiften statt eines Schweißens an den Verbindungspositionen 11.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1 bis 7 kann ein Fixieren von Teilen 13, zum Beispiel zum Fixieren des Ankerkerns 6 und des Aufpressen des Ankerkerns 6 auf das Gehäuse 14, welches letztgenannten hält, wie in 27 gezeigt, an Positionen erfolgen, die in einer oder mehreren Positionsgruppen aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen enthalten sind. 27 ist eine Draufsicht, die eine rotierende elektrische Maschine 1G in einer anderen Implementierung verschieden von den rotierenden elektrischen Maschinen 1 bis 1F der Ausführungsformen 1 bis 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Fixierteile 13 sind mit dem Gehäuse 14 gemäß einem Verfahren wie zum Beispiel Aufpressen verbunden. Daher kann sich der Ankerkern 6 in einigen Fällen in der Nähe der Fixierteile 13 verformen. Man kann jedoch einen Effekt vergleichbar zu dem der Ausführungsformen 1 bis 7 erzielen, indem man die Fixierteile 13 an Positionen bereitstellt, die in einer oder mehreren Positionsgruppen aus den ggT(Q, P) Positionsgruppen enthalten sind.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1 bis 7 wurden Aufbauten gezeigt, bei denen für die Verbindungspositionen 11 Positionen an der äußeren peripheren Seite des Ankerkerns 6 gewählt wurden, aber ähnliche Effekte lassen sich erzielen, indem man für die Verbindungspositionen 11 Positionen an der inneren peripheren Seite des Ankerkerns 6 wählt oder Positionen an den oberen und unteren Seiten des Ankerkerns 6.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1 bis 7 wurde ein laminierter Schichtkern als Ankerkern 6 verwendet, der aus einem Stapeln von dünnen Schichten gebildet ist, aber der Ankerkern kann auch ein integraler Block sein; es kann auch ein anderes Metall als Eisen in dem Ankerkern verwendet werden, zum Beispiel Kupfer.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen 1 bis 7 wurde die rotierende elektrische Maschine mit einem Innenrotor gezeigt, bei dem der Anker 2 an der äußeren peripheren Seite angeordnet ist, der Rotor 8 an der inneren peripheren Seite angeordnet ist. Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung hängt jedoch nur von der Anzahl der Schlitze Q und der Anzahl der Magnetpole P ab, sodass die Erfindung auch bei rotierenden elektrischen Maschinen anderer Form verwendet werden kann, zum Beispiel bei einem Typ mit äußerem Rotor oder einem Rotortyp mit axialer Lücke.

Claims

Rotierende elektrische Maschine, aufweisend: einen Anker mit einem Ankerkern, der einen ringförmigen Kernrücken hat, eine Mehrzahl von Magnetpolzähnen, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind und sich nach innen in einer radialen Richtung von einer inneren peripheren Oberfläche des Kernrückens erstrecken, und eine Mehrzahl von Schlitzen, die entsprechend zwischen benachbarten Magnetpolzähnen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Ankerkern durch eine Verbindung einer Mehrzahl von Kernteilen gebildet ist, und einer Mehrzahl von Wicklungen, die in entsprechenden Schlitzen der Mehrzahl von Schlitzen auf der Basis eines Verteilte-Wicklungs- oder Konzentrierte-Wicklungs-Schema angeordnet sind; und einen Rotor, der an seiner äußeren Oberfläche eine Vielzahl von Magneten hat, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei, wenn Q die Anzahl der Mehrzahl von Schlitzen ist, P die Anzahl der Mehrzahl von Magneten ist, ggT (Q, P) der größte gemeinsame Teiler von Q und P ist, m die Anzahl der Phasen ist und eine Positionsgruppe als eine Gruppe von m Positionen definiert ist, die voneinander entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns um ein Winkelraster von [360/{ggT(Q, P) × m}]° voneinander beabstandet sind, die Mehrzahl von Kernteilen an Verbindungspositionen verbunden sind, die auf Positionen eingestellt sind, die jeweils entsprechend in einer oder mehreren der Positionsgruppen enthalten sind, aus ggT (Q, P) Positionsgruppen, die in gleichbleibendem Raster entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns gebildet sind.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Positionen der Magnetpolzähne oder der Schlitze die Verbindungspositionen bilden.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Wicklungen entsprechend in den Schlitzen auf der Basis eines verteilten Windungsschemas angeordnet sind; und man eine maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz als die größte Phasendifferenz unter den Phasendifferenzen zwischen einem elektrischen Phasenwinkel einer kombinierten magnetomotorischen Kraft, die die Summe der magnetomotorischen Kräfte ist, die von jeder der Wicklungen, die um einen Magnetpolzahn des Ankers gewickelt sind, und elektrischen Phasenwinkeln der entsprechenden magnetomotorischen Kräfte nimmt, die Positionen der spezifischen Magnetpolzähne, die die Magnetpolzähne sind, an denen die maximale elektrische Phasenwinkeldifferenz die größte ist aus der Vielzahl von Magnetpolzähnen, die Verbindungspositionen bilden.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei, falls es unter der Mehrzahl von spezifischen Magnetpolzähnen benachbarte spezifische Magnetpolzähne gibt, Positionen innerhalb eines Bereichs, in dem die benachbarten spezifischen Magnetpolzähne anwesend sind, die Verbindungspositionen darstellen statt die Positionen der benachbarten spezifischen Magnetpolzähne.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4, wobei die spezifischen Magnetpolzähne an jedem Winkel [360/{ggT(Q, P) × m}]° entlang der Umfangsrichtung des Ankerkerns auftreten.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ankerkern durch eine Verbindung aus einer Mehrzahl von geteilten Kernen gebildet ist, die als Kernteile dienen.