DE112016003271T5

DE112016003271T5 - Motor

Info

Publication number: DE112016003271T5
Application number: DE112016003271.4T
Authority: DE
Inventors: Yoji Yamada; Koji Mikami; Akihisa Hattori; Seiya Yokoyama
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-04-05
Also published as: US11552514B2; US20190036399A1; CN107852051A; US11114909B2; CN107852051B; US20210367463A1

Abstract

Ein Motor enthält einen Stator mit einer Wicklung und einen Rotor. Der Rotor dreht sich durch den Empfang eines Drehmagnetfelds, das durch der Wicklung zugeführten Antriebsstrom erzeugt wird. Die Wicklung enthält eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung, wobei die erste und die zweite Wicklung mit der gleichen Zeitsteuerung durch den Antriebsstrom erregt werden. Die erste Wicklung und die zweite Wicklung sind in Reihe geschaltet. Der Rotor enthält einen ersten Polabschnitt und einen zweiten Polabschnitt. Der zweite Polabschnitt ist der zweiten Wicklung in einer Drehstellung des Rotors zugekehrt, in der der erste Polabschnitt der ersten Wicklung zugekehrt ist. Die vom zweiten Polabschnitt auf den Stator ausgeübte magnetische Kraft ist schwächer als die vom ersten Polabschnitt ausgeübte.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik, wie zum Beispiel in Patentdokument 1 beschrieben, enthält ein Permanentmagnetmotor, wie etwa ein bürstenloser Motor, einen Stator, der von Wicklungen gebildet wird, die um einen Statorkern gewickelt sind, und einen Rotor, der dem Stator gegenüberliegende Permanentmagnete als Pole verwendet. Die Wicklungen des Stators werden mit Antriebsströmen versorgt, um ein Drehmagnetfeld zu erzeugen, das den Rotor dreht.
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2014-135852

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn in einem Permanentmagnetmotor wie dem oben beschriebenen der Rotor zur Drehung mit einer höheren Drehzahl angetrieben wird, erhöht eine Erhöhung der von den Permanentmagneten des Rotors herrührenden Flussverkettung die induzierte Spannung an den Wicklungen des Stators. Die induzierte Spannung senkt die Leistungsabgabe des Motors und behindert die Drehung des Rotors mit einer höheren Drehzahl. Wenn die magnetische Kraft des Pols des Rotors durch Reduzieren der Größe des Permanentmagneten des Rotors reduziert wird, kann die induzierte Spannung während der Drehung des Rotors mit hoher Drehzahl möglicherweise reduziert werden. Dies würde aber das erhaltene Drehmoment reduzieren. In dieser Hinsicht besteht noch ein Verbesserungspotenzial.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor bereitzustellen, der die Drehung mit einer höheren Drehzahl zulässt.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Zum Lösen der obigen Aufgabe enthält ein Motor nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Stator mit Wicklungen und einen Rotor. Der Rotor wird von einem Drehmagnetfeld gedreht, das erzeugt wird, wenn den Wicklungen Antriebsströme zugeführt werden. Die Wicklungen enthalten eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung. Die erste Wicklung und die zweite Wicklung werden synchron von einem Antriebsstrom erregt und sind in Reihe geschaltet. Der Rotor enthält einen ersten Pol und einen zweiten Pol. Der zweite Pol liegt in einer Drehstellung des Rotors, in der der erste Pol der ersten Wicklung gegenüberliegt, der zweiten Wicklung gegenüber. Der zweite Pol legt eine schwächere magnetische Kraft an den Stator an als der erste Pol.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Motors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaltplan, der den Anschlusszustand von in 1 gezeigten Wicklungen zeigt.
3A ist ein Diagramm, das Änderungen der induzierten Spannung an einer U-Phasen-Wicklung während der Drehung des in 1 gezeigten Rotors veranschaulicht, und 3B ist ein Diagramm, das Änderungen der induzierten Spannung an einer U-Phasen-Wicklung während der Drehung eines Rotors in einer konventionellen Konstruktion veranschaulicht.
4 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für eine erste Ausführungsform.
5 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die erste Ausführungsform.
6 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die erste Ausführungsform.
7 ist ein Schaltplan, der den Anschlusszustand der Wicklungen gemäß einem weiteren Beispiel für die erste Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Draufsicht eines Motors gemäß einem weiteren Beispiel für die erste Ausführungsform.
9 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel.
10 ist eine Draufsicht eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine perspektivische Ansicht des in 10 gezeigten Rotors.
12 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 4-4 in 10.
13A ist ein Diagramm, das Änderungen der induzierten Spannung an einer U-Phasen-Wicklung während der Drehung des in 10 gezeigten Rotors veranschaulicht, und 13B ist ein Diagramm, das die Änderungen der induzierten Spannung an einer U-Phasen-Wicklung während der Drehung eines Rotors in einer konventionellen Konstruktion veranschaulicht.
14 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die zweite Ausführungsform.
15 ist eine perspektivische Explosivdarstellung des Rotors gemäß einem weiteren in 14 gezeigten Beispiel.
16 ist eine perspektivische Explosivdarstellung des Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die zweite Ausführungsform.
17 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel.
18 ist eine perspektivische Explosivdarstellung des Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die zweite Ausführungsform.
19 ist ein Schaltplan, der den Anschlusszustand der Wicklungen gemäß einem weiteren Beispiel für die zweite Ausführungsform zeigt.
20 ist eine Draufsicht eines Motors gemäß einem weiteren Beispiel für die zweite Ausführungsform.
21A ist eine Draufsicht eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 21B ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß der dritten Ausführungsform.
22 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
23 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
24 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
25 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
26 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
27 ist ein Schaltplan, der den Anschlusszustand der Wicklungen gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform zeigt.
28 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
29 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
30 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
31 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
32 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
33 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
34 ist eine Draufsicht eines Motors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
35 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
36 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
37 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die dritte Ausführungsform.
38A ist eine Draufsicht eines Motors gemäß einer Ausführungsform und 38B ist eine Draufsicht eines Rotors.
39A und 39B sind erläuternde Diagramme einer magnetischen Wirkung während der Regelung durch Feldschwächung im Motor gemäß einer vierten Ausführungsform.
40 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
41 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
42 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
43 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
44 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
45 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
46 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
47 ist eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem weiteren Beispiel für die vierte Ausführungsform.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird nun eine erste Ausführungsform eines Motors beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Motor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung als ein bürstenloser Motor ausgebildet und enthält einen ringförmigen Stator 11 und einen Rotor 21, der an einer Innenseite des Stators angeordnet ist.
Aufbau des Stators
Der Stator 11 enthält einen Statorkern 12 und um den Statorkern 12 gewickelte Wicklungen 13. Der Statorkern 12 ist im Wesentlichen ringförmig und aus einem magnetischen Metall hergestellt. Der Statorkern 12 enthält zwölf Zähne 12a, die sich in der radialen Richtung in gleichwinkligen Abständen in der Umfangsrichtung einwärts erstrecken.
Es gibt zwölf Wicklungen 13, deren Anzahl die gleiche wie die der Zähne 12a ist. Die Wicklungen 13 sind als konzentrierte Wicklungen in der gleichen Richtung um die jeweiligen Zähne 12a gewickelt. Das heißt, die zwölf Wicklungen 13 sind in der Umfangsrichtung in gleichwinkligen Abständen (Dreißig-Grad-Abständen) angeordnet. Die Wicklungen 13 sind in drei Phasen gemäß den zugeführten Antriebsströmen von drei Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) eingestuft und in 1A der Reihe nach entgegen dem Uhrzeigersinn als U1, V1, W1, U2, V2, W2, U3, V3, W3, U4, V4 und W4 angezeigt.
In Bezug auf jede Phase sind die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 in der Umfangsrichtung in gleichwinkligen Abständen (Neunzig-Grad-Abständen) angeordnet. Desgleichen sind die V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 in der Umfangsrichtung in gleichwinkligen Abständen (Neunzig-Grad-Abständen) in der Umfangsrichtung angeordnet. Die W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 sind ebenfalls in der Umfangsrichtung in gleichwinkligen Abständen (Neunzig-Grad-Abstande) angeordnet.
Wie in 2 gezeigt, sind die Wicklungen 13 in jeder Phase in Reihe geschaltet. Das heißt, die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und die W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 bilden jeweils Reihenschaltungen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Reihenschaltung der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die Reihenschaltung der V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und die Reihenschaltung der W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 in einer Sternschaltung.
Aufbau des Rotors
Wie in 1 gezeigt, enthält der Rotor 21, der in einem Raum auf einer radial inneren Seite des Stators 11 (Zähne 12a) aufgenommen ist, einen Rotorkern 22 und acht Permanentmagnete 23, die an einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 22 befestigt sind. Der Permanentmagnet 23 ist zum Beispiel ein anisotroper Sintermagnet und ist zum Beispiel aus einem Neodymmagneten, einem Samariumcobalt-(SmCo)-magneten, einem SmFeN-Magneten, einem Ferritmagneten oder einem AlNiCo-Magnet hergestellt.
Der Rotorkern 22 ist aus einem magnetischen Metall in einer im Wesentlichen zylindrischen Form hergestellt und enthält eine Drehwelle 24, die an dem Mittelteil befestigt ist. Ein Paar erster Magnetbefestigungsflächen 22a und ein Paar zweiter Magnetbefestigungsflächen 22b sind an der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 22 ausgebildet und die ersten und die zweiten Magnetbefestigungsflächen 22a und 22b bilden, in einer Richtung der Axialen L der Drehwelle 24 betrachtet, jeweils einen Bogen um eine Achse L. Die erste Magnetbefestigungsfläche 22a und die zweite Magnetbefestigungsfläche 22b sind in der Umfangsrichtung abwechselnd ausgebildet und die Umfangsbreite (offener Winkel um Achse L) der ersten Magnetbefestigungsfläche 22a ist gleich der der zweiten Magnetbefestigungsfläche 22b (d.h. 90°). Außerdem ist der Außendurchmesser von einer der paarigen ersten Magnetbefestigungsflächen 22a gleich dem der anderen und der Außendurchmesser von einer der paarigen zweiten Magnetbefestigungsflächen 22b ist auch gleich dem der anderen. Der Außendurchmesser der zweiten Magnetbefestigungsfläche 22b ist so ausgebildet, dass er kleiner als der Außendurchmesser der ersten Magnetbefestigungsfläche 22a ist.
An jeder der Magnetbefestigungsflächen 22a und 22b sind zwei Permanentmagnete 23 befestigt und somit sind an der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 22 insgesamt acht Permanentmagnete 23 bereitgestellt. Die Permanentmagnete 23 sind aus dem gleichen Material in der gleichen Form hergestellt und eine äußere Umfangsfläche jedes Permanentmagneten 23 bildet, in der Richtung der Achse L der Drehwelle 24 betrachtet, einen Bogen um die Achse L. Der offene Winkel um die Achse L (Umfangsbreite) für jeden Permanentmagneten 23 ist so ausgebildet, dass er 45° beträgt. Außerdem sind die Permanentmagnete 23 so ausgebildet, dass die magnetische Orientierung der Permanentmagnete 23 in die radiale Richtung gerichtet ist, und so, dass an einer äußeren Umfangsseite erscheinende Pole sich in der Umfangsrichtung abwechseln. Diese Permanentmagnete 23 bilden so Pole des Rotors 21. Das heißt, der Rotor 21 ist als ein Rotor mit acht Polen gestaltet, bei dem abwechselnd ein Nordpol und ein Südpol in am Umfang entlang gleichen Abständen (45°-Abständen) angeordnet sind.
Bei dem Rotor 21 sind vier Nordpole 25a und 25b, die jeweils von einem Nordpol-Permanentmagneten 23 an der äußeren Umfangsseite gebildet werden, in am Umfang entlang gleichen Abständen (90°-Abständen) angeordnet. Diese Nordpole 25a und 25b sind in zwei erste Nordpole 25a, die jeweils von dem Nordpol-Permanentmagneten 23 (in 1 einem Permanentmagneten N1) an der ersten Magnetbefestigungsfläche 22a gebildet werden, und zwei zweite Nordpole 25b, die jeweils von dem Nordpol-Permanentmagneten 23 (in 1 einem Permanentmagneten N2) an der zweiten Magnetbefestigungsfläche 22b gebildet werden, die sich radial einwärts von dem Permanentmagneten N1 befindet, eingestuft.
Die äußere Umfangsfläche des zweiten Nordpols 25b (äußere Umfangsfläche von Permanentmagnet N2) befindet sich radial einwärts von der äußeren Umfangsfläche des ersten Nordpols 25a (äußere Umfangsfläche von Permanentmagnet N1). Paarige erste Nordpole 25a liegen einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Desgleichen liegen paarige zweite Nordpole 25b einander ebenfalls im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Das heißt, diese ersten Nordpole 25a und zweiten Nordpole 25b sind abwechselnd derart bereitgestellt, dass Umfangsmittenpositionen in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind.
Die Ausgestaltung des Südpols des Rotors 21 ist mit der des Nordpols identisch. Das heißt, vier Südpole 26a und 26b, die jeweils von einem Südpol-Permanentmagneten 23 an der äußeren Umfangsseite gebildet werden, sind in am Umfang entlang gleichen Abständen (90°-Abständen) angeordnet. Diese Südpole 26a und 26b sind in zwei erste Südpole 26a, die jeweils von dem Südpol-Permanentmagneten 23 (in 1 ein Permanentmagnet S1) an der ersten Magnetbefestigungsfläche 22a gebildet werden, und zwei zweite Südpole 26b, die jeweils von dem Südpol-Permanentmagneten 23 (in 1 ein Permanentmagnet S2) an der zweiten Magnetbefestigungsfläche 22b gebildet werden, die radial einwärts von dem Permanentmagneten S1 liegt, unterteilt.
Die äußere Umfangsfläche des zweiten Südpols 26b (äußere Umfangsfläche von Permanentmagnet S2) liegt radial einwärts von der äußeren Umfangsfläche des ersten Südpols 26a (äußere Umfangsfläche von Permanentmagnet S1). Die paarigen ersten Südpole 26a liegen einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Desgleichen liegen paarige zweite Südpole 26b einander ebenfalls im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Das heißt, diese ersten Südpole 26a und zweiten Südpole 26b sind abwechselnd derart bereitgestellt, dass Mittenpositionen davon am Umfang entlang in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind.
Der Rotor 21 enthält den ersten Nordpol 25a und den ersten Südpol 26a, die als ein erster Pol dienen, und den zweiten Nordpol 25b und den zweiten Südpol 26b, die als ein zweiter Pol dienen.
Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wenn dreiphasige Antriebsströme (AC) mit einer Phasendifferenz von 120° von einer Ansteuerschaltung (nicht gezeigt) den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, den V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und den W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 zugeführt werden, werden die Wicklungen U1 bis W4 mit derselben Zeitsteuerung für jede Phase erregt, im Stator 11 wird ein Drehmagnetfeld erzeugt und der Rotor 21 wird vom Drehmagnetfeld gedreht. Zu diesem Zeitpunkt sind im Stator 11 durch Zuführen eines dreiphasigen Antriebsstroms zum Stator 11 gebildete Pole für jede Phase in den Wicklungen U1 bis W4 gleich.
Die Anzahl von Polpaaren des Rotors 21 (d.h. die Anzahl der Nordpole 25a und 25b oder die Anzahl der Südpole 26a und 26b) ist so festgelegt, dass sie gleich der Anzahl der Wicklungen U1 bis W4 jeder Phase ist (in der vorliegenden Ausführungsform „4“). Bei Drehung des Rotors 21, zum Beispiel, wenn einer der Nordpole 25a und 25b der U-Phasen-Wicklung U1 radial gegenüberliegt, liegen andere Nordpole 25a und 25b den jeweiligen U-Phasen-Wicklungen U2 bis U4 radial gegenüber (siehe 1).
Zu diesem Zeitpunkt liegt die äußere Umfangsfläche des zweiten Nordpols 25b (dem Stator 11 gegenüberliegende Oberfläche) radial einwärts von der äußeren Umfangsfläche des ersten Nordpols 25a. Der radiale Luftspalt zwischen dem Stator 11 und dem zweiten Nordpol 25b ist daher größer als der radiale Luftspalt zwischen dem Stator 11 und dem ersten Nordpol 25a. Infolgedessen, bei den von den Nordpolen 25a und 25b des Rotors 21 an den Stator 11 (zum Beispiel U-Phasenwicklungen U1 bis U4) angelegten magnetischen Kräften, ist die magnetische Kraft des zweiten Nordpols 25b schwächer als die des ersten Nordpols 25a. Das gilt auch für die Südpole 26a und 26b des Rotors 21.
Zum Beispiel ist bei Drehstellungen, in denen die Nordpole 25a und 25b des Rotors 21 den jeweiligen U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 gegenüberliegen, wie in 1 gezeigt, die Flussverkettung, welche die U-Phasen-Wicklungen U2 und U4, die den zweiten Nordpolen 25b gegenüberliegen, verkettet, kleiner als die Flussverkettung, welche die U-Phasen-Wicklungen U1 und U3, die den ersten Nordpolen 25a gegenüberliegen, verkettet. Folglich ist die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4, die den zweiten Nordpolen 25b gegenüberliegen, geringer als die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3, die den ersten Nordpolen 25a gegenüberliegen.
3A zeigt eine Änderung der induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 in einem vorbestimmten Drehungsbereich (90°) während der Drehung des Rotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 3B zeigt eine Änderung der induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 in einem vorbestimmten Drehungsbereich (90°) während der Drehung eines Rotors in einem konventionellen Fall. Im konventionellen Fall sind die Pole des Rotors gleichmäßig, d.h. der Rotorkern 22 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und die radialen Stellungen der Permanentmagnete N2 und S2 sind die gleichen wie die der Permanentmagnete N1 und S1.
Die Pole des Rotors sind im konventionellen Fall gleichmäßig und es wird daher eine gleichmäßige Änderung der Flussverkettung von jeder der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhalten. Folglich, wie in 3B gezeigt, wird während der Drehung des Rotors 21 in den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 die gleiche induzierte Spannung Vl erzeugt. Wenn die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 in Reihe geschaltet sind, ist eine kombinierte induzierte Spannung vu’, die durch Kombinieren der induzierten Spannungen vx der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhalten wird, die Summe der induzierten Spannungen vx der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 (d.h. viermal so hoch wie die induzierte Spannung vx).
Derweil, wie in 3A gezeigt, ist die vom zweiten Nordpol 25b oder vom zweiten Südpol 26b an den Stator 11 (U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4) angelegte magnetische Kraft so festgelegt, dass sie kleiner als die vom ersten Nordpol 25a oder vom ersten Südpol 26a an den Stator 11 in der vorliegenden Ausführungsform angelegte magnetische Kraft ist. Eine induzierte Spannung vy an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die dem zweiten Nordpol 25b und dem zweiten Südpol 26b gegenüberliegen (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U2 und U4), ist daher niedriger als die induzierte Spannung vx an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die dem ersten Nordpol 25a und dem ersten Südpol 26a gegenüberliegen (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U3). Eine kombinierte induzierte Spannung vu (vu = vx × 2 + vy × 2), die durch Kombinieren der induzierten Spannungen der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhalten wird, wird durch eine Verringerung der induzierten Spannung vy an einem Paar U-Phasen-Wicklungen, die den zweiten Nordpolen 25b oder den zweiten Südpolen 26b gegenüberliegen, reduziert und ist daher niedriger als die in 3B gezeigte kombinierte induzierte Spannung vu’ im konventionellen Fall. Die kombinierte induzierte Spannung vu der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 wird zwar beispielsweise beschrieben, die kombinierte induzierte Spannung wird aber in den V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und den W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 durch den zweiten Nordpol 25b und den zweiten Südpol 26b ebenfalls reduziert.
Im Folgenden werden nun die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

(1) Die Wicklungen 13 des Stators 11 werden von vier U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, vier V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und vier W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 gemäß einem zuzuführenden dreiphasigen Antriebsstrom gebildet und vier Wicklungen jeder Phase sind in Reihe geschaltet. Das heißt, die Wicklungen 13 des Stators 11 enthalten in jeder Phase wenigstens zwei in Reihen geschaltete Wicklungen (erste Wicklung und zweite Wicklung).

Der Nordpol des Rotors 21 enthält den ersten Nordpol 25a mit dem Permanentmagneten N1 und den zweiten Nordpol 25b. In der Drehstellung des Rotors 21, in der der erste Nordpol 25a der ersten Wicklung von einer der U-, V- und W-Phasen gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U3), liegt der zweite Nordpol 25b der zweiten Wicklung derselben Phase gegenüber (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U2 und U4). Der zweite Nordpol 25b ist dafür ausgestaltet, eine schwächere magnetische Kraft an den Stator 11 anzulegen als der erste Nordpol 25a. Desgleichen enthält der Südpol des Rotors 21 den ersten Südpol 26a mit dem Permanentmagneten S1 und den zweiten Südpol 26b. In der Drehstellung des Rotors 21, in der der erste Südpol 26a der ersten Wicklung von einer der U-, V- und W-Phasen gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U3), liegt der zweite Südpol 26b der zweiten Wicklung derselben Phase gegenüber (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U2 und U4). Der zweite Südpol 26b ist dafür ausgestaltet, eine schwächere magnetische Kraft an den Stator 11 anzulegen als der erste Südpol 26a.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die magnetische Kraft (an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft) aller Nordpole (oder aller Südpole) des Rotors 21, die den Wicklungen 13 derselben Phase gegenüberliegen, nicht reduziert. Stattdessen wird die magnetische Kraft von einem Teil der Pole (zweiter Nordpol 25b und zweiter Südpol 26b) reduziert. Es ist daher möglich, die kombinierte induzierte Spannung (zum Beispiel die kombinierte induzierte Spannung vu der U-Phase) an den Wicklungen 13 derselben Phase durch die Pole des Rotors 21 zu reduzieren, während eine Drehmomentverringerung verhütet wird. Infolgedessen ist es möglich, die Drehung des Motors 10 mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen.
In dem Anschlusszustand der Wicklungen, in dem die Wicklungen 13 in jeder Phase wie in der vorliegenden Ausführungsform in Reihe geschaltet sind, ist die kombinierte induzierte Spannung die Summe der induzierten Spannungen an den Wicklungen der Phasen und die kombinierte induzierte Spannung ist daher gewöhnlich hoch. Da die magnetische Kraft des zweiten Nordpols 25b und des zweiten Südpols 26b in der Ausgestaltung, in der die Wicklungen 13 in jeder Phase, wie oben beschrieben, in Reihe geschaltet sind, reduziert ist, ist es möglich, eine Wirkung der Verringerung der kombinierten induzierten Spannung, die für die Drehung des Motors 10 mit hoher Geschwindigkeit angemessener ist, dadurch mit größerer Sicherheit zu erhalten, dass der zweite Nordpol 25b und der zweite Südpol 26b eine reduzierte magnetische Kraft haben.

(2) Die Anzahl der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, der V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder der W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 ist 2n (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr und in der vorliegenden Ausführungsform n = 2) und die Anzahl der ersten Nordpole 25a oder der zweiten Nordpole 25b (der ersten Südpole 26a oder der zweiten Südpole 26b) des Rotors 21 ist n (d.h. 2). Das heißt, dass gemäß dieser Ausgestaltung die Anzahl der Wicklungen jeder Phase (Anzahl der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, der V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder der W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4) eine gerade Zahl von 4 oder mehr ist. Außerdem ist die Anzahl der ersten Nordpole 25a (erste Südpole 26a) des Rotors 21 gleich der Anzahl der zweiten Nordpole 25b (der zweiten Südpole 26b) (die Hälfte der Anzahl der Wicklungen jeder Phase).

Die ersten und zweiten Nordpole 25a und 25b (die ersten und zweiten Südpole 26a und 26b) des Rotors 21 können somit abwechselnd in gleichen Abständen am Umfang entlang bereitgestellt werden. Infolgedessen sind die ersten und die zweiten Nordpole 25a und 25b (die ersten und zweiten Südpole 26a und 26b) mit verschiedenen magnetischen Kräften und Massen am Umfang entlang ausgeglichen angeordnet und der Rotor 21 kann daher magnetisch und mechanisch ausgeglichen ausgestaltet werden.

(3) Die ersten und die zweiten Nordpole 25a und 25b (die ersten und die zweiten Südpole 26a und 26b) haben die Permanentmagnete N1 bzw. N2 (Permanentmagnete S1 bzw. S2) und die äußere Umfangsfläche des zweiten Nordpols 25b (des zweiten Südpols 26b) liegt radial einwärts von der äußeren Umfangsfläche des ersten Nordpols 25a (zweiten Südpols 26b). Gemäß dieser Ausgestaltung legt der zweite Nordpol 25b (der zweite Südpol 26b) eine schwächere magnetische Kraft vom Rotor 21 an den Stator 11 an als der erste Nordpol 25a (der erste Südpol 26a), obwohl die Permanentmagnete N1 und N 2 (die Permanentmagnete S1 und S2) identische Magnete (Magnet aus dem gleichen Material und mit der gleichen Form) sind. Dies ist für die Teileverwaltung vorteilhaft.

Die obige Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Während der Drehung des Rotors 21 mit hoher Geschwindigkeit kann, obwohl dies in der obigen Ausführungsform nicht speziell beschrieben wird, Regelung durch Feldschwächung ausgeführt werden. Da der Rotor 21 den zweiten Nordpol 25b (den zweiten Südpol 26b) enthält, kann in der obigen Ausführungsform ein der Wicklung 13 zugeführter feldschwächender Strom reduziert werden. Der feldschwächende Strom kann reduziert werden und die Permanentmagnete N1, N2, S1 und S2 werden daher während der Regelung durch Feldschwächung kaum entmagnetisiert und der Kupferverlust der Wicklung 13 kann auch reduziert werden. Das soll heißen, dass der Flussverkettungsbetrag, der um den gleichen Betrag des feldschwächenden Stroms reduziert werden kann, vergrößert wird und es daher möglich ist, die Drehung mit hoher Geschwindigkeit durch die Regelung durch Feldschwächung effektiver zu erzielen.
In der obigen Ausführungsform sind die Permanentmagnete N1 und N2 (die Permanentmagnete S1 und S2) identische Magnete. Der Permanentmagnet N2 (Permanentmagnet S2) ist radial einwärts von dem Permanentmagneten N1 (dem Permanentmagneten S1) angeordnet, so dass der zweite Nordpol 25b (der zweite Südpol 26b) eine schwächere magnetische Kraft an den Stator 11 anlegt als der erste Nordpol 25a (der erste Südpol 26a). Es kann aber jede beliebige Ausgestaltung eingesetzt werden, damit der zweite Nordpol 25b (der zweite Südpol 26b) eine schwächere magnetische Kraft an den Stator 11 anlegt als der erste Nordpol 25a (der erste Südpol 26a).
Zum Beispiel, wie in 4 gezeigt, kann ein offener Winkel θ2 (offener Winkel um die Achse L der Drehwelle 24) von jedem der Permanentmagnete N2 und S2 des zweiten Nordpols 25b und des zweiten Südpols 26b so festgelegt werden, dass er kleiner als ein offener Winkel θ1 von jedem der Permanentmagnete N1 und S1 des ersten Nordpols 25a und des ersten Südpols 26a ist. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung kann einfach nur durch Ändern der Form der Permanentmagnete N2 und S2 die durch den zweiten Nordpol 25b (den zweiten Südpol 26b) des Rotors 21 angelegte magnetische Kraft schwächer als die durch den ersten Nordpol 25a (den ersten Südpol 26a) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft sein. Infolgedessen kann die induzierte Spannung an der Wicklung 13 reduziert werden. Außerdem ist es möglich, eine einfache Ausgestaltung zu erzielen, bei der die äußere Umfangsfläche des Rotorkerns 22 in einer axialen Richtung betrachtet kreisförmig ist (d.h. eine Ausgestaltung, bei der die äußere Umfangsfläche des Rotorkerns 22 keine von den ersten und den zweiten Magnetbefestigungsflächen 22a und 22b gebildeten Absätze enthält).
Zum Beispiel, wie in 5 gezeigt, kann die durch den zweiten Nordpol 25b (den zweiten Südpol 26b) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft durch Reduzieren der radialen Dicke T2 des Permanentmagneten N2 (des Permanentmagneten S2) verglichen mit der radialen Dicke T1 des Permanentmagneten N1 (des Permanentmagneten S1) schwächer werden als die durch den ersten Nordpol 25a (den ersten Südpol 26a) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung kann einfach nur durch Ändern der Form der Permanentmagnete N2 und S2 die durch den zweiten Nordpol 25b (den zweiten Südpol (26b) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer als die durch den ersten Nordpol 25a (den ersten Südpol 26a) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft sein. Infolgedessen kann die induzierte Spannung an der Wicklung 13 reduziert werden.
Die durch den zweiten Nordpol 25b (den zweiten Südpol 26b) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft wird zwar, verglichen mit der durch den ersten Nordpol 25a (den ersten Südpol 26a) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegten Kraft, einfach durch Ändern der Form der Permanentmagnete N1 und N2 in den Beispielen von 4 und 5 geschwächt, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann dadurch, dass die magnetische Restflussdichte des Permanentmagneten N2 (des Permanentmagneten S2) so festgelegt wird, dass sie geringer ist als die magnetische Restflussdichte des Permanentmagneten N1 (des Permanentmagneten S1), die durch den zweiten Nordpol 25b (den zweiten Südpol 26b) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer sein als die durch den ersten Nordpol 25a (den ersten Südpol 26a) des Rotors 21 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Eine derartige Ausgestaltung macht es möglich, dass die äußere Umfangsfläche des Rotorkerns 22 in einer axialen Richtung betrachtet kreisförmig ist. Außerdem haben die Permanentmagnete N1, N2, S1 und S2 gemäß einer derartigen Ausgestaltung die gleiche Form.
In der obigen Ausführungsform liegen die ersten Nordpole 25a des Rotors 21 einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Desgleichen liegen die zweiten Nordpole 25b des Rotors 21 einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Das Gleiche gilt für den Südpol. Das heißt, die ersten Südpole 26a oder die zweiten Südpole 26b des Rotors 21 liegen einander im Winkel von 180° in der Umfangsrichtung gegenüber. Das heißt, der erste Nordpol 25a und der zweite Nordpol 25b sind in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet und der erste Südpol 26a und der zweite Südpol 26b sind ebenfalls in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist nicht speziell darauf beschränkt.
Zum Beispiel, wie in 6 gezeigt, kann der zweite Nordpol 25b dem ersten Nordpol 25a in einem Winkel von 180° gegenüberliegen und der zweite Südpol 26b kann dem ersten Südpol 26a in einem Winkel von 180° gegenüberliegen. Im Beispiel von 6 wird die erste Magnetbefestigungsfläche 22a von einer Hälfte des Außenumfangs des Rotorkerns 22 gebildet und die zweite Magnetbefestigungsfläche 22b wird von der anderen Hälfte des Außenumfangs des Rotorkerns 22 gebildet. Der erste Nordpol 25a und der erste Südpol 26a sind an einer Hälfte des Außenumfangs des Rotorkerns 22 (der ersten Magnetbefestigungsfläche 22a) abwechselnd bereitgestellt und der zweite Nordpol 25b und der zweite Südpol 26b sind an der anderen Hälfte davon (der zweiten Magnetbefestigungsfläche 22b) abwechselnd bereitgestellt. In dieser Ausgestaltung kann auch die induzierte Spannung an der Wicklung 13 reduziert werden und eine Drehung des Motors 10 mit hoher Geschwindigkeit kann erzielt werden.
Zwar ist in der obigen Ausführungsform bei dem Nordpol des Rotors 21 zum Beispiel die Anzahl der ersten Nordpole 25a gleich der Anzahl der zweiten Nordpole 25b (die Hälfte der Anzahl von Wicklungen 13 jeder Phase, nämlich zwei), diese Zahlen brauchen aber nicht gleich zu sein. Zum Beispiel können drei erste Nordpole 25a (oder ein erster Nordpol 25a) bereitgestellt werden und ein zweiter Nordpol 25b (oder drei zweite Nordpole 25b) kann bereitgestellt werden. Eine derartige Modifikation ist im Südpol des Rotors (erste und zweite Südpole 26a und 26b) möglich.
Der zweite Nordpol 25b und der zweite Südpol 26b mit reduzierter magnetischer Kraft sind zwar in der obigen Ausführungsform im Nordpol bzw. im Südpol des Rotors 21 enthalten, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Das heißt, ein Pol mit reduzierter magnetischer Kraft (der zweite Nordpol 25b oder der zweite Südpol 26b) kann in nur einem der Pole des Rotors 21 bereitgestellt werden und identische Pole (die ersten Nordpole 25a oder die ersten Südpole 26a) können in dem anderen der Pole bereitgestellt werden.
Die Wicklungen jeder Phase, das heißt, die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder die W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4, sind in der obigen Ausführungsform zwar in Reihe geschaltet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt und der Anschlusszustand der Wicklungen kann angemessen geändert werden.
In einem Beispiel von 7 sind in der U-Phase die Wicklungen U1 und U2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen U3 und U4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen U1 und U2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet. Desgleichen sind in der V-Phase die Wicklungen V1 und V2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen V3 und V4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen V1 und V2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen V3 und V4 parallelgeschaltet. Außerdem sind auch in der W-Phase die Wicklungen W1 und W2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen W3 und W4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen W1 und W2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen W3 und W4 parallelgeschaltet.
Wenn der in 7 gezeigte Anschlusszustand der Wicklungen auf die Ausgestaltung des Rotors 21 gemäß der obigen Ausführungsform (siehe 1) angewendet wird, z.B. in der U-Phase, ist die induzierte Spannung (induzierte Spannung vx) an der Wicklung U1 gleich der induzierten Spannung an der Wicklung U3 und die induzierte Spannung (induzierte Spannung vy) an der Wicklung U2 ist gleich der induzierten Spannung an der Wicklung U4. Die kombinierte induzierte Spannung am in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 ist im Wesentlichen gleich der kombinierten induzierten Spannung am in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 (vx + vy). Folglich gibt es immer eine Verringerung der induzierten Spannung, weil die Anordnung des zweiten Nordpols 25b (des zweiten Südpols 26b) sowohl im in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 als auch im in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 eine schwächere magnetische Kraft als der erste Nordpol 25a (der erste Südpol 26a) hat. Das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 ist mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet und die kombinierte induzierte Spannung vu an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt ist daher im Wesentlichen gleich der kombinierten induzierten Spannung am in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 (oder der kombinierten induzierten Spannung am in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4) (vx + vy). Die kombinierte induzierte Spannung vu kann daher effektiv reduziert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass im Beispiel von 7 die Wicklung U2 durch die Wicklung U3 ersetzt wurde, d.h. dass die Wicklungen U1 und U3 mit der gleichen induzierten Spannung in Reihe geschaltet sind und die Wicklungen U2 und U4 mit der gleichen induzierten Spannung in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall gibt es eine Verringerung der induzierten Spannung, weil der zweite Nordpol 25b (der zweite Südpol 26b) in nur einem von dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U2 und U4 und dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U3 eine schwächere magnetische Kraft als der erste Nordpol 25a (der erste Südpol 26a) hat, und im anderen in Reihe geschalteten Paar gibt es keine Verringerung der induzierten Spannung. Außerdem ist das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U3 mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U2 und U4 parallelgeschaltet und daher für die effektive Verringerung der kombinierten induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt nachteilhaft. In einem Fall, in dem die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 parallelgeschaltet sind, ist es für die effektive Verringerung der kombinierten induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt ebenfalls nachteilhaft.
Wenn Wicklungen, wie oben beschrieben, in jeder Phase in Reihe geschaltet sind, ist eine Wicklung, die dem ersten Nordpol 25a (oder dem ersten Südpol 26a) gegenüberliegt, mit einer Wicklung, die dem zweiten Nordpol 25b (oder dem zweiten Südpol 26b) gegenüberliegt, in einer vorbestimmten Drehstellung des Rotors 21 in Reihe geschaltet (zum Beispiel ist die U-Phasen-Wicklung U1 mit der U-Phasen-Wicklung U2 in Reihe geschaltet). Die kombinierte induzierte Spannung wird daher durch Hinzufügen einer schwachen induzierten Spannung an Wicklungen der gleichen Phase zu einer starken induzierten Spannung an Wicklungen der gleichen Phase erhalten und die kombinierte induzierte Spannung jeder Phase kann effektiv reduziert werden.
Während in dem Beispiel von 7 in der U-Phase die Wicklungen U1 und U2 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U3 und U4 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden, erhält man ähnliche Wirkungen, wenn die Wicklungen U1 und U4 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U2 und U3 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
In dem Beispiel von 7 in der U-Phase ist zwar das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 und das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U3 und U4 können voneinander getrennt werden und in den getrennten in Reihe geschalteten Paaren können zum Zweck der Zuführung eines U-Phasen-Antriebsstroms zu den getrennten in Reihe geschalteten Paaren paarige Wechselrichter bereitgestellt werden. Eine derartige Ausgestaltung erzielt ebenfalls ähnliche Wirkungen. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
Der Anschlusszustand der Wicklungen ist zwar in der obigen Ausführungsform (siehe 2) und dem Beispiel von 7 eine Sternschaltung, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und es kann zum Beispiel eine Deltaschaltung eingesetzt werden.
Der Rotor 21 hat in der obigen Ausführungsform zwar 8 Pole und die Anzahl der Wicklungen 13 des Stators 11 beträgt 12 (d.h. ein Motor mit acht Polen und zwölf Spalten), die Anzahl der Pole des Rotors 21 und die Anzahl der Wicklungen 13 kann aber ausgestaltungsgemäß angemessen geändert werden. Zum Beispiel kann die Anzahl der Pole des Rotors 21 und die Anzahl der Wicklungen 13 angemessen so geändert werden, dass die Beziehung zwischen der Anzahl der Pole des Rotors 21 und der Anzahl der Wicklungen 13 von 2n:3n repräsentiert wird (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr).
Im Fall einer Ausgestaltung mit sechs Polen und neun Spalten oder einer Ausgestaltung mit zehn Polen und fünfzehn Spalten (in einem Fall, in dem der größte gemeinsame Nenner n der Anzahl der Pole des Rotors 21 und der Anzahl der Wicklungen 13 eine ungerade Zahl ist) ist die Anzahl der Polpaare des Rotors 21 eine ungerade Zahl, d.h. die Anzahl der Nordpole und die Anzahl der Südpole ist eine ungerade Zahl. Folglich ist die Anzahl der ersten Nordpole 25a (der ersten Südpole 26a) nicht gleich der Anzahl der zweiten Nordpole 25b (der zweiten Südpole 26b), so dass möglicherweise eine magnetisch unausgeglichene Ausgestaltung erhalten wird. Im Gegensatz dazu ist, wenn der größte gemeinsame Nenner n der Anzahl der Pole des Rotors 21 und der Anzahl der Wicklungen 13 eine gerade Zahl ist, wie in der obigen Ausführungsform, die Anzahl der ersten Nordpole 25a (der ersten Südpole 26a) gleich der Anzahl der zweiten Nordpole 25b (der zweiten Südpole 26b), so dass eine magnetisch ausgeglichene Ausgestaltung erhalten wird.
Die Beziehung zwischen der Anzahl der Pole des Rotors 21 und der Anzahl der Wicklungen 13 braucht nicht 2n:3n zu sein (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr) und es kann zum Beispiel eine Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten oder eine Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten eingesetzt werden.
8 zeigt ein Beispiel für einen Motor 30, der ein Motor mit zehn Polen und zwölf Spalten ist. Im Beispiel von 8 sind die gleichen Ausgestaltungen wie in der obigen Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, ausführliche Beschreibungen davon wurden ausgelassen und nur Teile, die verschieden sind, werden ausführlich beschrieben.
Bei dem in 8 gezeigten Motor 30 sind zwölf Wicklungen 13 des Stators 11 gemäß zuzuführenden dreiphasigen Antriebsströmen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) eingestuft. In 8 werden U1, U2 mit Überstrich, V1 mit Überstrich, V2, W1, W2 mit Überstrich, U1 mit Überstrich, U2, V1, V2 mit Überstrich, W1 mit Überstrich und W2 in dieser Reihenfolge entgegen dem Uhrzeigersinn gezeigt. Die U-Phasen-Wicklungen U1 und U2, die V-Phasen-Wicklungen V1 und V2 und die W-Phasen-Wicklungen W1 und W2 sind normal gewickelt, während die U-Phasen-Wicklungen U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich, die V-Phasen-Wicklungen V1 mit Überstrich und V2 mit Überstrich und die W-Phasen-Wicklungen W1 mit Überstrich und W2 mit Überstrich in umgekehrter Richtung gewickelt sind. Die U-Phasen-Wicklung U1 liegt der U-Phasen-Wicklung U1 mit Überstrich im Winkel von 180° gegenüber. Desgleichen liegt auch die U-Phasen-Wicklung U2 der U-Phasen-Wicklung U2 mit Überstrich im Winkel von 180° gegenüber. Das Gleiche gilt für andere Phasen (V-Phase und W-Phase).
Die U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich sind in Reihe geschaltet. Desgleichen sind die V-Phasen-Wicklungen V1, V2, V1 mit Überstrich und V2 mit Überstrich ebenfalls in Reihe geschaltet und die W-Phasen-Wicklungen W1, W2, W1 mit Überstrich und W2 mit Überstrich sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Ein U-Phasen-Antriebsstrom wird den U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich zugeführt. Die umgekehrt gewickelten U-Phasen-Wicklungen U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich werden immer mit der gegenüber den normal gewickelten U-Phasen-Wicklungen U1 und U2 umgekehrten Polarität (der entgegengesetzten Phase) erregt, diese U-Phasen-Wicklungen werden aber mit der gleichen Zeitsteuerung erregt. Das Gleiche gilt für andere Phasen (V-Phase und W-Phase).
Der Rotor 21 des Motors 30 ist ein Motor mit zehn Polen, bei dem abwechselnd ein Nordpol und ein Südpol in am Umfang entlang gleichen Abständen (36°-Abständen) angeordnet sind, und ist vom gleichen Typ wie der in 5 gezeigte Rotor 21. Das heißt, der Rotor 21 enthält den ersten Nordpol 25a, der vom Permanentmagneten N1 gebildet wird, den zweiten Nordpol 25b, der vom Permanentmagneten N2 gebildet wird, den ersten Südpol 26a, der vom Permanentmagneten S1 gebildet wird, und den zweiten Südpol 26b, der vom Permanentmagneten S2 gebildet wird. Die Permanentmagnete N2 und S2 sind so gestaltet, dass sie radial dünner sind als die Permanentmagnete N1 und S1.
Der erste Nordpol 25a und der erste Südpol 26a (Permanentmagnete N1 und S1) sind an einer Hälfte des Umfangs des Rotors 21 (in 8 der rechten Hälfte des Umfangs) abwechselnd bereitgestellt und der zweite Nordpol 25b und der zweite Südpol 26b (Permanentmagnete N2 und S2) sind an der anderen Hälfte des Umfangs des Rotors 21 (in 8 der linken Hälfte des Umfangs) abwechselnd bereitgestellt. Der zweite Südpol 26b ist so angeordnet, dass er dem ersten Nordpol 25a in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist (einander im Winkel von 180° gegenüberliegend) und der zweite Nordpol 25b ist so angeordnet, dass er dem ersten Südpol 26a in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist (einander im Winkel von 180° gegenüberliegend).
Der in 8 gezeigte Rotor mit zehn Polen wird zwar von zwei ersten Nordpolen 25a, drei ersten Südpolen 26a, drei zweiten Nordpolen 25b und zwei zweiten Südpolen 26 gebildet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Der in 8 gezeigte Rotor kann von drei ersten Nordpolen 25a, zwei ersten Südpolen 26a, zwei zweiten Nordpolen 25b und drei zweiten Südpolen 26b gebildet werden. Der in 8 gezeigte Rotor 21 ist zwar vom gleichen Typ wie der in 5 gezeigte Rotor, der in 8 gezeigte Rotor 21 kann aber vom gleichen Typ wie der Rotor 21 gemäß der obigen Ausführungsform oder der in 4 gezeigte Rotor 21 sein.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung liegt zum Beispiel, wenn der erste Südpol 26a der U-Phasen-Wicklung U1 während der Drehung des Rotors 21 radial gegenüberliegt, der zweite Nordpol 25b, der dem ersten Südpol 26a in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, der U-Phasen-Wicklung U1 mit Überstrich radial gegenüber (siehe 8). Der Permanentmagnet N2, der den zweiten Nordpol 25b bildet, ist radial dünner als der Permanentmagnet S1, der den ersten Südpol 26a bildet, und daher ist die durch den zweiten Nordpol 25b an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer als die durch den ersten Südpol 26a an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft.
Wie oben beschrieben, haben Pole mit verschiedenen Polaritäten (zum Beispiel der erste Südpol 26a und der zweite Nordpol 25b), die den Wicklungen 13 (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich) gegenüberliegen, die mit entgegengesetzten Phasen (bei gleicher Zeitsteuerung) erregt werden, verschiedene magnetische Kräfte (d.h. eine magnetische Kraft ist kleiner als die andere magnetische Kraft). Es ist daher möglich, die kombinierte induzierte Spannung an den Wicklungen 13 mit den entgegengesetzten Phasen durch die Pole des Rotors 21 zu reduzieren (zum Beispiel die kombinierte induzierte Spannung der U-Phasen-Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich), während eine Drehmomentverringerung verhütet wird. Infolgedessen kann die Drehung des Motors 30 mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden.
In dem in 8 gezeigten Beispiel des Rotors 21 sind der erste Nordpol 25a und der erste Südpol 26a an einer Hälfte des Umfangs des Rotors 21 bereitgestellt und der zweite Nordpol 25b und der zweite Südpol 26b sind an der anderen Hälfte des Umfangs des Rotors 21 bereitgestellt. Die Anordnung der Pole des Rotors 21 ist aber nicht speziell darauf beschränkt und kann angemessen geändert werden, solange der zweite Südpol 26b so angeordnet wird, dass er dem ersten Nordpol 25a in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, und der zweite Nordpol 25b so angeordnet wird, dass er dem ersten Südpol 26a in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist.
Im Stator 11 brauchen nicht alle U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich in Reihe geschaltet zu sein und die Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich können ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U2 und U2 mit Überstrich können ein in Reihe geschaltetes Paar bilden. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
8 zeigt zwar eine Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten, die vorliegende Erfindung kann aber auch auf eine Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten angewendet werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf Ausgestaltungen angewendet werden, bei denen die Anzahl der Pole des Rotors und die Anzahl der Spalten in der Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten (oder in einer Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten) gleich multipliziert werden.
9 zeigt ein Beispiel für den Rotor 21 mit einer Ausgestaltung mit zwanzig Polen und vierundzwanzig Spalten. Im Beispiel von 9 sind eine starke Polgruppe Ma, in der der erste Nordpol 25a und der erste Südpol 26a in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, und eine schwache Polgruppe Mb, in der der zweite Nordpol 25b und der zweite Südpol 26b in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, abwechselnd mit einem Besetzungswinkel von 90° in der Umfangsrichtung des Rotors 21 angeordnet. Da die starke Polgruppe Ma und die schwache Polgruppe Mb am Umfang entlang ausgeglichen angeordnet sind, kann der Rotor 21 magnetisch und mechanisch ausgeglichen ausgestaltet werden.
Der Nordpol des Rotors 21 in der obigen Ausführungsform wird zum Beispiel nur von dem ersten Nordpol 25a und dem zweiten Nordpol 25b gebildet wird, zusätzlich zu diesen Nordpolen kann aber zum Beispiel ein dritter Nordpol mit einer an den Stator 11 angelegten schwächeren magnetischen Kraft als der zweite Nordpol 25b bereitgestellt werden.
In der obigen Ausführungsform ist der Permanentmagnet 23 zwar ein Sintermagnet, der Permanentmagnet 23 kann aber zum Beispiel ein Verbundmagnet sein.
Die vorliegende Erfindung ist zwar in der obigen Ausführungsform in dem Innenrotor-Motor 10 ausgeführt, bei dem der Rotor 21 an der inneren Umfangsseite des Stators 11 angeordnet ist, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in einem Außenrotor-Motor 10 ausgeführt werden, bei dem ein Rotor an der äußeren Umfangsseite eines Stators angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung ist zwar in der obigen Ausführungsform im Radialspaltmotor 10 ausgeführt, bei dem der Stator 11 dem Rotor 21 radial gegenüberliegt, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf einen Axialspaltmotor angewendet werden, in dem ein Stator einem Rotor axial gegenüberliegt.
Die obige Ausführungsform und die Modifikationen können angemessen kombiniert werden.
Im Folgenden wird nun eine zweite Ausführungsform eines Motors beschrieben.
Wie in 10 gezeigt, ist ein Motor 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein bürstenloser Motor ausgestaltet, bei dem ein Rotor 121 im Inneren eines ringförmigen Stators 11 angeordnet ist. Die Ausgestaltung des Stators 11 ist mit der des Stators 11 gemäß der ersten Ausführungsform identisch und ausführliche Beschreibungen davon werden daher ausgelassen. Die Ausgestaltung der Wicklungen 13 des Stators 11 ist auch mit der der in 2 gezeigten Wicklungen 13 gemäß der ersten Ausführungsform identisch.
Aufbau des Rotors
Wie in den 10, 11 und 12 gezeigt, enthält der Rotor 121 eine Drehwelle 122, paarige Rotorkerne 123n und 123s mit der gleichen Form und einen Permanentmagneten 124, der in der axialen Richtung zwischen den paarigen Rotorkernen 123n und 123s angeordnet ist. Die Rotorkerne 123n und 123s sind aus einem magnetischen Metall hergestellt. In der folgenden Beschreibung wird ein Rotorkern, der an einer nordpolseitigen Endfläche des axial magnetisierten Permanentmagneten 124 in Anlage ist, als der Nordpol-Rotorkern 123n bezeichnet, während ein Rotorkern, der an einer südpolseitigen Endfläche des Permanentmagneten 124 in Anlage ist, als der Südpol-Rotorkern 123s bezeichnet wird.
Der Nordpol-Rotorkern 123n enthält eine scheibenförmige Kernbasis 125n und die Drehwelle 122 ist in den Mittelteil der Kernbasis 125n eingefügt und daran befestigt. Am äußeren Umfangsteil der Kernbasis 125n sind mehrere (in der vorliegenden Ausführungsform vier) N-Klauenpole 126n und 127n so ausgebildet, dass sie radial nach außen vorspringen und sich axial erstrecken. Diese N-Klauenpole 126n und 127n erstrecken sich axial in der gleichen Richtung.
Die vier N-Klauenpole 126n und 127n werden von paarigen ersten N-Klauenpolen 126n (ersten Polen) mit einem offenen Winkel θ1 (offener Winkel um Achse L der Drehwelle 122) und paarigen zweiten N-Klauenpolen 127n (zweiten Polen) mit einem offenen Winkel θ2, der kleiner als der offene Winkel θ1 ist, gebildet. Das heißt, dass eine radial äußere Oberfläche des ersten N-Klauenpols 126n (die Oberfläche, die dem Stator 11 gegenüberliegt) in der Umfangsrichtung breiter als eine radial äußere Oberfläche des zweiten N-Klauenpols 127n ist. Die radial äußeren Oberflächen der N-Klauenpole 126n und 127n sind, in der axialen Richtung betrachtet, in einem Bogen auf dem gleichen Kreis um die Achse L der Drehwelle 122 ausgebildet. Die Dicken (axiale Dicken von sich radial erstreckenden Teilen und radiale Dicken von sich axial erstreckenden Teilen) der N-Klauenpole 126n und 127n sind gleich.
Der erste N-Klauenpol 126n und der zweite N-Klauenpol 127n sind derart abwechselnd bereitgestellt, dass Mittenpositionen davon am Umfang entlang in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind. Das heißt, dass die paarigen N-Klauenpole 126n einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüberliegen. Desgleichen liegen die paarigen zweiten N-Klauenpole 127n einander ebenfalls im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber.
Der Südpol-Rotorkern 123s hat die gleiche Form wie der Nordpol-Rotorkern 123n und enthält eine Kernbasis 125s, einen ersten S-Klauenpol 126s (erster Pol) und einen zweiten S-Klauenpol 127s (zweiter Pol), der der Kernbasis 125n, dem ersten N-Klauenpol 126n bzw. dem zweiten N-Klauenpol 127n des Nordpol-Rotorkerns 123n entspricht. Das heißt, der offene Winkel θ2 des zweiten S-Klauenpols 127s ist so festgelegt, dass er kleiner als der offene Winkel θ1 des ersten S-Klauenpols 126s ist.
Der Südpol-Rotorkern 123s ist so am Nordpol-Rotorkern 123n angebracht, dass die S-Klauenpole 126s und 127s jeweils zwischen den N-Klauenpolen 126n und 127n (zwischen dem ersten N-Klauenpol 126n und dem zweiten N-Klauenpol 127n) angeordnet sind. Spezieller sind die Klauenpole 126n, 127n, 126s und 127s derart angeordnet, dass Mittenpositionen davon am Umfang entlang in gleichen Winkelabständen (45°-Abständen) angeordnet sind. Die N-Klauenpole 126n und 127n und die S-Klauenpole 126s und 127s sind in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet.
Der Permanentmagnet 124 ist in der axialen Richtung zwischen der Kernbasis 125n des Nordpol-Rotorkerns 123n und der Kernbasis 125s des Südpol-Rotorkerns 123s angeordnet. Der Permanentmagnet 124 ist in einer Ringform ausgebildet und die Drehwelle 122 verläuft durch den Mittelteil des Permanentmagneten 124. Jede axiale Endfläche des Permanentmagneten 124 ist eine flache Oberfläche, die zur Achse L der Drehwelle 122 vertikal ist und eng an jeder der inneren Endflächen der Kernbasen 125n und 125s anliegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Außendurchmesser des Permanentmagneten 124 gleich dem Außendurchmesser von jeder der Kernbasen 125n und 125s. Der Permanentmagnet 124 ist zum Beispiel ein anisotroper Sintermagnet und ist zum Beispiel aus einem Neodymmagneten, einem Samariumcobalt-(SmCo)-magneten, einem SmFeN-Magneten, einem Ferritmagneten oder einem AlNiCo-Magneten hergestellt.
Die N-Klauenpole 126n und 127n sind radial von der äußeren Umfangsfläche der Kernbasis 125s des Südpol-Rotorkerns 123s und der äußeren Umfangsfläche des Permanentmagneten 124 beabstandet. Eine axiale distale Endfläche von jedem der N-Klauenpole 126n und 127n befindet sich in der axialen Richtung an der gleichen Position wie die äußere Endfläche der Kernbasis 125s.
Desgleichen sind die S-Klauenpole 126s und 127s radial von der äußeren Umfangsfläche der Kernbasis 125n des Nordpol-Rotorkerns 123n und der äußeren Umfangsfläche des Permanentmagneten 124 beabstandet. Eine axiale distale Endfläche von jedem der S-Klauenpole 126s und 127s befindet sich in der axialen Richtung an der gleichen Position wie die äußere Endfläche der Kernbasis 125n.
Der Permanentmagnet 124 ist axial magnetisiert, so dass die Seite der Kernbasis 125n der Nordpol ist und die Seite der Kernbasis 125s der Südpol ist. Mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten 124 dienen die N-Klauenpole 126n und 127n als der Nordpol und die S-Klauenpole 126s und 127s dienen als der Südpol.
Wie oben beschrieben, ist der Rotor 121 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein Rotor des so genannten Lundell-Typs ausgestaltet, der den Permanentmagnet 124 verwendet und acht Pole hat (vier N-Klauenpole 126n und 127n und vier S-Klauenpole 126s und 127s).
Das heißt, in dem Motor 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl der Pole des Rotors 121 auf 2n (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr) festgelegt und die Anzahl der Wicklungen 13 des Stators 11 ist auf 3n festgelegt. Speziell ist die Anzahl der Pole des Rotors 121 auf „8” festgelegt und die Anzahl der Wicklungen 13 des Stators 11 ist auf „12” festgelegt.
Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wenn den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, den V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und den W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 von einer Antriebsschaltung (nicht gezeigt) dreiphasige Antriebsströme (AC) mit einer Phasendifferenz von 120° zugeführt werden, werden die Wicklungen U1 bis W4 mit derselben Zeitsteuerung für jede Phase erregt, im Stator 11 wird ein Drehmagnetfeld erzeugt und der Rotor 121 wird vom Drehmagnetfeld gedreht. Zu diesem Zeitpunkt sind im Stator 11 durch Zuführen eines dreiphasigen Antriebsstroms zum Stator 11 gebildete Pole für jede Phase in den Wicklungen U1 bis W4 gleich.
Die Anzahl von Polpaaren des Rotors 121 (d.h. die Anzahl der N-Klauenpole 126n und 127n oder die Anzahl der S-Klauenpole 126s und 127s) ist so festgelegt, dass sie gleich der Anzahl der Wicklungen U1 bis W4 jeder Phase ist (in der vorliegenden Ausführungsform „4”). Bei Drehung des Rotors 121, zum Beispiel, wenn einer der S-Klauenpole 126s und 127s der U-Phasen-Wicklung U1 radial gegenüberliegt, liegen andere S-Klauenpole 126s und 127s den jeweiligen U-Phasen-Wicklungen U2 bis U4 radial gegenüber (siehe 10).
Zu diesem Zeitpunkt ist der offene Winkel des zweiten S-Klauenpols 127s kleiner als der offene Winkel des ersten S-Klauenpols 126s (offener Winkel θ2 < offener Winkel θ1, wie oben beschrieben). Folglich ist bezüglich der von den Südpolen des Rotors 121 an den Stator 11 (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4) angelegten magnetischen Kraft, die magnetische Kraft des zweiten S-Klauenpols 127s schwächer als die des ersten S-Klauenpols 126s. Das Gleiche gilt für die Nordpole des Rotors 121 (N-Klauenpole 126n und 127n).
Zum Beispiel ist bei Drehstellungen, in denen die Nordpole des Rotors 121 den jeweiligen U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 gegenüberliegen, wie in 10 gezeigt, die Flussverkettung, welche die U-Phasen-Wicklungen U2 und U4, die dem zweiten N-Klauenpol 127n gegenüberliegen, verkettet, kleiner als die Flussverkettung, welche die U-Phasen-Wicklungen U1 und U3, die dem ersten N-Klauenpol 126n gegenüberliegen, verkettet. Folglich ist die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4, die dem zweiten N-Klauenpol 127n gegenüberliegen, niedriger als die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3, die dem ersten N-Klauenpol 126n gegenüberliegen.
13A zeigt eine Änderung der induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 in einem vorbestimmten Drehungsbereich (90°) während der Drehung des Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung. 13B zeigt eine Änderung der induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 in einem vorbestimmten Drehbereich (90°) während der Drehung eines Rotors in einem konventionellen Fall. Im konventionellen Fall sind die Pole des Rotors gleichmäßig, d.h. die Klauenpole 126n, 127n, 126s und 127s des Rotors 121 haben die gleiche Form (den gleichen offenen Winkel).
Die Pole des Rotors sind im konventionellen Fall gleichmäßig und man erhält daher eine gleichmäßige Änderung der Flussverkettung von jeder der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4. Folglich, wie in 13B gezeigt, wird während der Drehung des Rotors 121 in den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 die gleiche induzierte Spannung vx erzeugt. Wenn die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 in Reihe geschaltet sind, ist eine kombinierte induzierte Spannung vu’, die durch Kombinieren der induzierten Spannungen vx der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhalten wird, die Summe der induzierten Spannungen vx der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 (d.h. viermal so hoch wie die induzierte Spannung vx).
Derweil, wie in 13A gezeigt, ist die vom zweiten S-Klauenpol 127s oder vom zweiten N-Klauenpol 127n an den Stator 11 (U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4) angelegte magnetische Kraft so festgelegt, dass sie kleiner als die vom ersten S-Klauenpol 126s oder vom ersten N-Klauenpol 126n an den Stator 11 in der vorliegenden Ausführungsform angelegte magnetische Kraft ist. Eine induzierte Spannung vy an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die dem zweiten S-Klauenpol 127s und dem zweiten N-Klauenpol 127n gegenüberliegen (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U3), ist daher niedriger als die induzierte Spannung vx an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die dem ersten S-Klauenpol 126s und dem ersten N-Klauenpol 126n gegenüberliegen (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U2 und U4). Eine kombinierte induzierte Spannung vu (vu = vx × 2 + vy × 2), die durch Kombinieren der induzierten Spannungen der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhalten wird, wird durch eine Verringerung der induzierten Spannung vy an einem Paar U-Phasen-Wicklungen, die den zweiten S-Klauenpolen 127s oder den zweiten N-Klauenpolen 127n gegenüberliegen, reduziert und ist daher niedriger als die in 13B gezeigte kombinierte induzierte Spannung vu’ im konventionellen Fall. Die kombinierte induzierte Spannung vu der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 wird zwar beispielsweise beschrieben, die kombinierte induzierte Spannung in den V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und den W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 wird aber ebenfalls reduziert, weil der offene Winkel des zweiten S-Klauenpols 127s und des zweiten N-Klauenpols 127n klein ist.
Im Folgenden werden nun die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

(4) Die Wicklungen 13 des Stators 11 werden von vier U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, vier V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und vier W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 gemäß einem zuzuführenden dreiphasigen Antriebsstrom gebildet und vier Wicklungen jeder Phase sind in Reihe geschaltet. Das heißt, die Wicklungen 13 des Stators 11 enthalten in jeder Phase wenigstens zwei in Reihen geschaltete Wicklungen (erste Wicklung und zweite Wicklung).

Der Nordpol des Rotors 121 enthält den ersten N-Klauenpol 126n und den zweiten N-Klauenpol 127n. In der Drehstellung des Rotors 121, in der der erste N-Klauenpol 126n der ersten Wicklung von einer der U-, V- und W-Phasen gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U3), liegt der zweite N-Klauenpol 127n der zweiten Wicklung derselben Phase gegenüber (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U2 und U4). Die Form (offener Winkel) des zweiten N-Klauenpols 127n ist derart festgelegt, dass die von dem zweiten N-Klauenpol 127n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer ist als die von dem ersten N-Klauenpol 126n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Desgleichen enthält der Südpol des Rotors 121 den ersten S-Klauenpol 126s und den zweiten S-Klauenpol 127s. In der Drehstellung des Rotors 121, in der der erste S-Klauenpol 126s der ersten Wicklung von einer der U-, V- und W-Phasen gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U3), liegt der zweite S-Klauenpol 127s der zweiten Wicklung derselben Phase gegenüber (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U2 und U4). Und die Form (offener Winkel) des zweiten S-Klauenpols 127s ist derart festgelegt, dass die von dem zweiten S-Klauenpol 127s an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer ist als die von dem ersten S-Klauenpol 126s an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die magnetische Kraft (an den Stator angelegte magnetische Kraft) aller Nordpole (oder aller Südpole) des Rotors 121 nicht geschwächt. Stattdessen wird die magnetische Kraft von einigen der Pole (zweiter N-Klauenpol 127n und zweiter S-Klauenpol 127s) geschwächt. Es ist daher möglich, die kombinierte induzierte Spannung (zum Beispiel die kombinierte induzierte Spannung vu der U-Phase) an den Wicklungen 13 derselben Phase durch die Pole des Rotors 121 zu reduzieren, während eine Drehmomentverringerung verhütet wird. Infolgedessen ist es möglich, eine Drehung des Motors 10 mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen.
In dem Anschlusszustand der Wicklungen, in dem die Wicklungen 13 in jeder Phase wie in der vorliegenden Ausführungsform in Reihe geschaltet sind, ist die kombinierte induzierte Spannung die Summe der induzierten Spannungen an den Wicklungen der Phasen und die kombinierte induzierte Spannung ist daher gewöhnlich hoch. Da die magnetische Kraft des zweiten N-Klauenpols 127n und des zweiten S-Klauenpols 127s in der Ausgestaltung, in der die Wicklungen 13 in jeder Phase, wie oben beschrieben, in Reihe geschaltet sind, reduziert ist, ist es möglich, eine Wirkung der Verringerung der kombinierten induzierten Spannung, die für die Drehung des Motors 10 mit hoher Geschwindigkeit angemessener ist, mit größerer Sicherheit zu erhalten.

(5) Die Anzahl der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, der V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder der W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 ist 2n (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr und in der vorliegenden Ausführungsform n = 2) und die Anzahl der ersten N-Klauenpole 126n oder der zweiten N-Klauenpole 127n (der ersten S-Klauenpole 126s oder der zweiten S-Klauenpole 127s) des Rotors 121 ist n (d.h. 2). Das heißt, dass gemäß dieser Ausgestaltung die Anzahl der Wicklungen jeder Phase (Anzahl der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, der V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder der W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4) eine gerade Zahl von 4 oder mehr ist. Außerdem ist die Anzahl der ersten N-Klauenpole 126n (der ersten S-Klauenpole 126s) des Rotors 121 gleich der Anzahl der zweiten N-Klauenpole 127n (der zweiten S-Klauenpole 127s) des Rotors 121 (die Hälfte der Anzahl der Wicklungen jeder Phase).

Die ersten und zweiten N-Klauenpole 126n und 127n (die ersten und zweiten S-Klauenpole 126s und 127s) des Rotors 121 können somit abwechselnd in gleichen Abständen am Umfang entlang bereitgestellt werden. Infolgedessen sind die ersten und zweiten N-Klauenpole 126n und 127n (die ersten und zweiten S-Klauenpole 126s und 127s) mit verschiedenen magnetischen Kräften und Massen am Umfang entlang ausgeglichen angeordnet und der Rotor 121 kann daher magnetisch und mechanisch ausgeglichen ausgestaltet werden.
Die obige Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Während der Drehung des Rotors 121 mit hoher Geschwindigkeit kann, obwohl dies in der obigen Ausführungsform nicht speziell beschrieben wird, eine Regelung durch Feldschwächung ausgeführt werden. Da der Rotor 121 den zweiten N-Klauenpol 127n (den zweiten S-Klauenpol 127s) enthält, kann in der obigen Ausführungsform ein der Wicklung 13 zugeführter feldschwächender Strom reduziert werden und es kann auch eine Verringerung des Kupferverlusts der Wicklung 13 bewirkt werden. Das soll heißen, dass der Flussverkettungsbetrag, der um den gleichen Betrag des feldschwächenden Stroms reduziert werden kann, vergrößert wird und es daher möglich ist, die Drehung mit hoher Geschwindigkeit durch die Regelung durch Feldschwächung effektiver zu erzielen.
In der obigen Ausführungsform ist, zum Beispiel durch Festsetzen des offenen Winkels θ2 des zweiten N-Klauenpols 127n des Nordpol-Rotorkerns 123n so, dass er kleiner ist als der offene Winkel θ1 des ersten N-Klauenpols 126n des Nordpol-Rotorkerns 123n, die vom zweiten N-Klauenpol 127n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer als die vom ersten N-Klauenpol 126n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Dies kann aber durch Ändern der Form des zweiten N-Klauenpols 127n erzielt werden. Zum Beispiel kann durch Festsetzen der Dicken (radiale Dicke eines sich axial erstreckenden Teils und axiale Dicke eines sich radial erstreckenden Teils) des zweiten N-Klauenpols 127n, so dass sie kleiner sind als die Dicke des ersten N-Klauenpols 126n, die vom zweiten N-Klauenpol 127n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer sein als die vom ersten N-Klauenpol 126n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Eine derartige Änderung kann im Südpol-Rotorkern 123s vorgenommen werden.
Zum Beispiel ist bei Änderung der Form von einigen der vier am Nordpol-Rotorkern 123n (dem zweiten N-Klauenpol 127n) ausgebildeten Klauenpolen die vom zweiten N-Klauenpol 127n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer als die vom ersten N-Klauenpol 126n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft in der obigen Ausführungsform. Das Gleiche gilt für den Südpol-Rotorkern 123s. Die Ausgestaltung der relativen Schwächung der magnetischen Kraft des zweiten N-Klauenpols 127n oder des zweiten S-Klauenpols 127s ist aber nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt.
Zum Beispiel kann der Rotor 121, wie in den 14 und 15 gezeigt, einen die magnetische Kraft einstellenden Magneten 130 enthalten, der die magnetische Kraft des zweiten N-Klauenpols 127n oder des zweiten S-Klauenpols 127s relativ zur magnetischen Kraft des ersten N-Klauenpol 126n und des ersten S-Klauenpols 126s schwächt.
In der in den 14 und 15 gezeigten Ausgestaltung ist der offene Winkel des ersten N-Klauenpols 126n so ausgebildet, dass er dem offenen Winkel des zweiten S-Klauenpols 127s gleich ist. Desgleichen ist auch der offene Winkel des ersten S-Klauenpols 126s so ausgebildet, dass er dem offenen Winkel des zweiten S-Klauenpols 127s gleich ist.
Der die magnetische Kraft einstellende Magnet 130 wird in einem Paar bereitgestellt. Jeder die magnetische Kraft einstellende Magnet 130 enthält einen ersten Rückseitenmagneten 131 (siehe 15), der an der Rückseite (radial einwärts) eines sich axial erstreckenden Teils des ersten N-Klauenpols 126n angeordnet ist, und einen zweiten Rückseitenmagneten 132, der an der Rückseite (radial einwärts) des sich axial erstreckenden Teils des ersten S-Klauenpols 126s angeordnet ist.
Jeder die magnetische Kraft einstellende Magnet 130 enthält einen ersten Polzwischenmagneten 133, der in der Umfangsrichtung zwischen dem ersten N-Klauenpol 126n und dem danebenliegenden zweiten S-Klauenpol 127s angeordnet ist. Außerdem enthält jeder die magnetische Kraft einstellende Magnet 130 einen zweiten Polzwischenmagneten 134, der in der Umfangsrichtung zwischen dem ersten N-Klauenpol 126n und dem ersten S-Klauenpol 126s angeordnet ist. Jeder die magnetische Kraft einstellende Magnet 130 enthält auch einen dritten Polzwischenmagneten 135, der in der Umfangsrichtung zwischen dem ersten S-Klauenpol 126s und dem angrenzenden zweiten N-Klauenpol 127n angeordnet ist.
In diesem Beispiel ist jeder der paarigen die magnetische Kraft einstellenden Magneten 130 als ein durch einstückiges Herstellen der Magnete 131 bis 135 erhaltenes Bauteil ausgestaltet. Der die magnetische Kraft einstellende Magnet 130 ist vorzugsweise aus einem Verbundmagneten hergestellt, der sich aus einem Seltene-Erden-Magneten, wie etwa einem Neodymmagneten (Plastikmagnet, Gummimagnet oder dergleichen) zusammensetzt.
Der erste Rückseitenmagnet 131 liegt radial außen am ersten N-Klauenpol 126n an und liegt radial innen an der äußeren Umfangsfläche des Permanentmagneten 124 und der Kernbasis 125s an. Der zweite Rückseitenmagnet 132 liegt radial außen am ersten S-Klauenpol 126s an und liegt radial innen an der äußeren Umfangsfläche des Permanentmagneten 124 und der Kernbasis 125n an.
In den 14 und 15 zeigen durchgezogene Pfeile die Magnetisierungsrichtung (von einem Südpol zu einem Nordpol) der Magnete 131 bis 135 des die magnetische Kraft einstellenden Magneten 130 an. Der erste Rückseitenmagnet 131 ist zum Zweck der Verringerung von Leckfluss aus dem ersten N-Klauenpol 126n zur Rückseite (radial innen) radial nach außen magnetisiert. Das heißt, der erste Rückseitenmagnet 131 ist radial magnetisiert, so dass seine radiale Außenfläche der Nordpol ist, d.h. der gleiche Pol wie der erste N-Klauenpol 126n.
Desgleichen ist der zweite Rückseitenmagnet 132 zum Zweck der Verringerung von Leckfluss aus dem ersten S-Klauenpol 126s zur Rückseite (radial innen) radial nach außen magnetisiert. Das heißt, der zweite Rückseitenmagnet 132 ist radial magnetisiert, so dass seine radiale Außenfläche der Südpol ist, d.h. der gleiche Pol wie der erste S-Klauenpol 126s.
Der erste Polzwischenmagnet 133 ist zum Zweck der Verringerung von Leckfluss des ersten N-Klauenpols 126 in der Umfangsrichtung am Umfang entlang magnetisiert. Der erste Polzwischenmagnet 133 ist am Umfang entlang magnetisiert, so dass die Umfangsfläche an der Seite des ersten N-Klauenpols 126n der Nordpol ist und die Umfangsfläche an der Seite des zweiten S-Klauenpols 127s der Südpol ist.
Der zweite Polzwischenmagnet 134 ist zum Zweck der Verringerung von Leckfluss des ersten N-Klauenpols 126n und des ersten S-Klauenpols 126s in der Umfangsrichtung am Umfang entlang magnetisiert. Der zweite Polzwischenmagnet 134 ist am Umfang entlang magnetisiert, so dass die Umfangsfläche an der Seite des ersten N-Klauenpols 126n der Nordpol ist und die Umfangsfläche an der Seite des ersten S-Klauenpols 126s der Südpol ist.
Der dritte Polzwischenmagnet 135 ist zum Zweck der Verringerung von Leckfluss des ersten S-Klauenpols 126s in der Umfangsrichtung am Umfang entlang magnetisiert. Der dritte Polzwischenmagnet 135 ist am Umfang entlang magnetisiert, so dass die Umfangsfläche an der Seite des zweiten N-Klauenpols 127n der Nordpol ist und die Umfangsfläche an der Seite des ersten S-Klauenpols 126s der Südpol ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Leckfluss des ersten N-Klauenpols 126n und des ersten S-Klauenpols 126s durch die Magnete 131 bis 135 des die magnetische Kraft einstellenden Magneten 130 reduziert werden. Folglich ist die vom ersten N-Klauenpol 126n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft stärker als die von dem zweiten N-Klauenpol 127n an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft und die vom ersten S-Klauenpol 126s an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft ist stärker als die von dem zweiten S-Klauenpol 127s an den Stator 11 angelegte Kraft (das heißt, die vom zweiten N-Klauenpol 127n und vom zweiten S-Klauenpol 127s angelegten magnetischen Kräfte sind relativ reduziert). Wie in der obigen Ausführungsform ist es möglich, die kombinierte Flussverkettung (zum Beispiel die kombinierte Flussverkettung φu der Phase U) der Wicklungen 13 derselben Phase aufgrund der Pole des Rotors 121 zu reduzieren, während eine Drehmomentverringerung verhindert wird. Da die kombinierte Flussverkettung der Wicklungen 13 derselben Phase reduziert wird, kann die induzierte Spannung an den Wicklungen 13 reduziert werden, wodurch die Drehung des Motors 110 mit hoher Geschwindigkeit erzielt wird.
Außerdem werden die magnetischen Kräfte des zweiten N-Klauenpols 127n und des zweiten S-Klauenpols 127s nicht durch Reduzieren der offenen Winkel des zweiten N-Klauenpols 127n und des zweiten S-Klauenpols 127s, sondern durch Hinzufügen des die magnetische Kraft einstellenden Magneten 130 relativ reduziert. Das ist eine effektivere Ausgestaltung zum sicheren Erhalten von Drehmoment.
Die Magnete 131 bis 135 sind zwar in dem in den 14 und 15 gezeigten Beispiel einstückig ausgebildet, die Magnete 131 bis 135 können aber getrennte Teile sein, wie zum Beispiel in 16 gezeigt. Außerdem kann bzw. können in dem die magnetische Kraft einstellenden Magneten 130, der in den 14 und 15 gezeigt wird, einer oder mehrere der Magnete 131 bis 135 weggelassen werden. Bei dem in den 14 und 15 gezeigten Beispiel kann der die magnetische Kraft einstellende Magnet 130 in einer polaren anisotropen Ausrichtung magnetisiert sein.
Bei dem in den 14 und 15 gezeigten Beispiel kann zum Beispiel ein Rückseitenmagnet mit einer kleineren magnetischen Kraft als der des ersten Rückseitenmagneten 131 zum Zweck des Verringerns des aus dem zweiten N-Klauenpol 127n zur Rückseite fließenden Leckflusses durch den Rückseitenmagneten an der Rückseite (radial einwärts) eines sich axial erstreckenden Teils des zweiten N-Klauenpols 127n angeordnet werden. Desgleichen kann ein Polzwischenmagnet mit einer kleineren magnetischen Kraft als der der Polzwischenmagnete 133 bis 135 zum Zweck des Verringerns des aus dem zweiten N-Klauenpol 127n in Umfangsrichtung fließenden Leckflusses durch die Polzwischenmagnete an einer Seite des zweiten N-Klauenpols 127n in der Umfangsrichtung angeordnet werden. Eine derartige Modifikation kann in der Südpolseite vorgenommen werden.
Zwar bilden in der obigen Ausführungsform ein einzelner erster N-Klauenpol 126n und ein einzelner erster S-Klauenpol 126s einen ersten Pol und ein einzelner zweiter N-Klauenpol 127n und ein einzelner zweiter S-Klauenpol 127s bilden einen zweiten Pol mit einer kleineren Magnetkraft als dem ersten Pol, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt.
Zum Beispiel enthält ein in den 17 und 18 gezeigter Rotor 140 einen ersten Rotorkern 141 und einen zweiten Rotorkern 142 mit der gleichen Form, den in der axialen Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotorkern 141 und 142 angeordneten Permanentmagneten 124 und ein Paar äußerer sich am Umfang erstreckender Magnete 150 (die magnetische Kraft einstellende Magnete).
Der erste Rotorkern 141 enthält eine scheibenförmige Kernbasis 143 und ein Paar erster Klauenpole 144, die sich von der äußeren Umfangsfläche der Kernbasis 143 erstrecken. Die paarigen ersten Klauenpole 144 liegen einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Jeder erste Klauenpol 144 ist so ausgebildet, dass er von der äußeren Umfangsfläche der Kernbasis 143 radial nach außen vorsteht und sich axial erstreckt (in der gleichen Richtung). Eine Magnetbefestigungsfläche 145 zum Befestigen des äußeren sich am Umfang erstreckenden Magneten 150 daran ist an einer sich am Umfang erstreckenden Hälfte der äußeren Umfangsfläche (der radial äußeren Oberfläche) des ersten Klauenpols 144 ausgebildet. An der anderen sich am Umfang erstreckenden Hälfte ist ein erster vorkragender Polteil 144a, der sich radial weiter nach außen erstreckt als die Magnetbefestigungsfläche 145, ausgebildet.
Der zweite Rotorkern 142 hat die gleiche Form wie der erste Rotorkern 141 und enthält eine Kernbasis 146 und einen zweiten Klauenpol 147 (einen zweiten vorkragenden Polteil 147a), der der Kernbasis 143 bzw. dem ersten Klauenpol 144 (dem ersten vorkragenden Polteil 144a) des ersten Rotorkerns 141 entspricht.
Der zweite Rotorkern 142 ist so am Rotorkern 141 angebracht, dass jeder zweite Klauenpol 147 zwischen den entsprechenden ersten Klauenpolen 144 angeordnet ist. Spezieller sind die Klauenpole 144 und 147 derart angeordnet, dass Umfangsmittenpositionen in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind. Außerdem sind der erste Klauenpol 144 und der zweite Klauenpol 147 in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet.
Der Permanentmagnet 124 ist in axialer Richtung zwischen der Kernbasis 143 des ersten Rotorkerns 141 und der Kernbasis 146 des zweiten Rotorkerns 142 angeordnet. Der Permanentmagnet 124 ist axial magnetisiert, so dass die Oberfläche an der Seite des ersten Rotorkerns 141 (Kernbasis 143) der Nordpol ist und die Oberfläche am zweiten Rotorkern 142 (Kernbasis 146) der Südpol ist. Die Ausgestaltung des Permanentmagneten 124 ist im Wesentlichen mit der des Permanentmagneten 124 gemäß der obigen Ausführungsform identisch und ausführliche Beschreibungen davon werden deshalb weggelassen.
Jeder erste Klauenpol 144 ist radial von der äußeren Umfangsfläche der Kernbasis 146 des zweiten Rotorkerns 142 und der äußeren Umfangsfläche des Permanentmagneten 124 beabstandet. Desgleichen ist der zweite Klauenpol 147 radial von der äußeren Umfangsfläche der Kernbasis 143 des ersten Rotorkerns 141 und der äußeren Umfangsfläche des Permanentmagneten 124 beabstandet.
Der äußere sich am Umfang erstreckende Magnet 150 erstreckt sich über die Magnetbefestigungsfläche 145 des ersten Klauenpols 144 und die Magnetbefestigungsfläche 145 des zweiten Klauenpols 147. Speziell enthält der äußere sich am Umfang erstreckende Magnet 150 einen Nordpol 151, der derart magnetisiert ist, dass der Nordpol an der äußeren Umfangsfläche erscheint, und einen Südpol 152, der derart magnetisiert ist, dass der Nordpol an der äußeren Umfangsfläche erscheint, und der Südpol 152 ist an der Magnetbefestigungsfläche 145 des ersten Klauenpols 144 befestigt und der Nordpol 151 ist an der Magnetbefestigungsfläche 145 des zweiten Klauenpols 147 befestigt. Das heißt, ein Magnet (Südpol 152), der durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 124 die dem Pol (Nordpol) des ersten Klauenpols 144 entgegengesetzte Polarität hat, ist an der Magnetbefestigungsfläche 145 des ersten Klauenpols 144 befestigt. Ein Magnet (Nordpol 151), der durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 124 die dem Pol (Südpol) des zweiten Klauenpols 147 entgegengesetzte Polarität hat, ist an der Magnetbefestigungsfläche 145 des zweiten Klauenpols 147 befestigt. Bei diesem Beispiel sind der Nordpol 151 und der Südpol 152 jedes äußeren sich am Umfang erstreckenden Magneten 150 (zweiter Pol) und der erste und der zweite vorkragende Polteil 144a und 147a (erster Pol) derart angeordnet, dass äußere Umfangsflächen davon in der axialen Richtung betrachtet auf dem gleichen Kreis um die Achse L der Drehwelle 122 liegen.
Bei dem Rotor 140 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung dient der vorkragende Polteil 144a des ersten Klauenpols 144 durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 124 und das Magnetfeld des Südpols 152 des äußeren sich am Umfang erstreckenden Magneten 150 als der Nordpol. Desgleichen dient der zweite vorkragende Polteil 147a des zweiten Klauenpols 147 durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 124 und das Magnetfeld des Nordpols 151 des äußeren sich am Umfang erstreckenden Magneten 150 als der Südpol. Der Nordpol 151 jedes äußeren sich am Umfang erstreckenden Magneten 150 bildet Teil des Nordpols des Rotors 140 und der Südpol 152 jedes äußeren sich am Umfang erstreckenden Magneten 150 bildet Teil des Südpols des Rotors 140. Das heißt, beim Rotor 140 wird der Nordpol von zwei ersten vorkragenden Polteilen 144a und zwei Nordpolen 151 gebildet und der Südpol wird von zwei zweiten vorkragenden Polteilen 147a und zwei Südpolen 152 gebildet. Der Rotor 140 hat also insgesamt 8 Pole.
Bei diesem Beispiel ist die Anordnung der Pole des Rotors 140 (der erste und der zweite vorkragende Polteil 144a und 147a, der Nordpol 151 und der Südpol 152) mit der Anordnung der Pole des Rotors 121 gemäß der obigen Ausführungsform identisch. Das heißt, der erste vorkragende Polteil 144a entspricht dem ersten N-Klauenpol 126n gemäß der obigen Ausführungsform, der Nordpol 151 entspricht dem zweiten N-Klauenpol 127n gemäß der obigen Ausführungsform, der zweite vorkragende Polteil 147a entspricht dem ersten S-Klauenpol 126s gemäß der obigen Ausführungsform und der Südpol 152 entspricht dem zweiten S-Klauenpol 127s gemäß der obigen Ausführungsform.
Bei einer derartigen Ausgestaltung kann im Nordpol des Rotors 140 die vom Nordpol 151 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft gegenüber der durch den ersten vorkragenden Polteil 144a an den Stator 11 angelegten magnetischen Kraft geschwächt sein. Im Südpol des Rotors 140 ist die vom Südpol 152 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft schwächer als die vom zweiten vorkragenden Polteil 147a an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Ähnlich der obigen Ausführungsform ist es daher möglich, die kombinierte Flussverkettung (zum Beispiel die kombinierte Flussverkettung φu der U-Phase) der Wicklungen 13 derselben Phase aufgrund der Pole des Rotors 140 zu reduzieren, während eine Drehmomentverringerung verhindert wird. Da die kombinierte Flussverkettung der Wicklungen 13 derselben Phase reduziert wird, kann die induzierte Spannung an den Wicklungen 13 reduziert werden, wodurch die Drehung des Motors 110 mit hoher Geschwindigkeit erzielt wird.
Bei dem in den 17 und 18 gezeigten Beispiel kann die vom ersten vorkragenden Polteil 144a (vom zweiten vorkragenden Polteil 147a) an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft durch Einstellen magnetischer Eigenschaften des Permanentmagneten 124 und des äußeren sich am Umfang erstreckenden Magneten 150 (des Nordpols 151 und des Südpols 152) schwächer als die vom Nordpol 151 (Südpol 152) an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft sein.
Bei dem in den 17 und 18 gezeigten Beispiel wird zwar der äußere sich am Umfang erstreckende Magnet 150 verwendet, der den Nordpol 151 und den Südpol 152 einstückig enthält, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und es können Magnete mit getrenntem Nordpol 151 bzw. Südpol 152 verwendet werden. Außerdem können in dem in den 17 und 18 gezeigten Beispiel der Rückseitenmagnet und der Polzwischenmagnet, die in den Beispielen der 14 und 15 beschrieben werden, bereitgestellt sein.
Zwar ist in der obigen Ausführungsform bei dem Nordpol-Rotorkern 123n zum Beispiel die Anzahl der ersten N-Klauenpole 126n gleich der Anzahl der zweiten N-Klauenpole 127n (die Hälfte der Anzahl der Wicklungen 13 jeder Phase, nämlich zwei), diese Zahlen brauchen aber nicht gleich zu sein. Zum Beispiel können drei erste N-Klauenpole 126n (oder ein erster N-Klauenpol 126n) vorgesehen werden und ein zweiter N-Klauenpol 127n (oder drei zweite N-Klauenpole 127n) kann vorgesehen werden. Eine derartige Modifikation ist im Südpol-Rotorkern 123s möglich.
In der obigen Ausführungsform ist zwar der zweite N-Klauenpol 127n mit relativ geringerer magnetischer Kraft im Nordpol-Rotorkern 123n des Rotors 121 vorgesehen und der zweite S-Klauenpol 127s mit relativ geringerer magnetischer Kraft ist im Südpol-Rotorkern 123s des Rotors 121 vorgesehen, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Zum Beispiel kann im Südpol-Rotorkern 123s der zweite S-Klauenpol 127s durch den ersten S-Klauenpol 126s ersetzt werden (d.h., alle im Südpol-Rotorkern 123s bereitgestellten Klauenpole haben die gleiche Form).
Wicklungen jeder Phase, d.h. die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder die W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4, sind zwar in der obigen Ausführungsform in Reihe geschaltet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt und der Anschlusszustand der Wicklungen kann angemessen geändert werden.
Bei einem Beispiel von 19 sind in der U-Phase die Wicklungen U1 und U2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen U3 und U4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen U1 und U2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet. Desgleichen sind in der V-Phase die Wicklungen V1 und V2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen V3 und V4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen V1 und V2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen V3 und V4 parallelgeschaltet. Außerdem sind in der W-Phase die Wicklungen W1 und W2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen W3 und W4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen W1 und W2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen W3 und W4 parallelgeschaltet.
Wenn der in 19 gezeigte Anschlusszustand der Wicklungen auf die Ausgestaltung des Rotors 121 gemäß der obigen Ausführungsform (siehe 10) angewendet wird, z.B. in der U-Phase, ist die induzierte Spannung (induzierte Spannung vx) an der Wicklung U1 gleich der induzierten Spannung an der Wicklung U3 und die induzierte Spannung (induzierte Spannung vy) an der Wicklung U2 ist gleich der induzierten Spannung an der Wicklung U4. Die kombinierte induzierte Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 ist daher im Wesentlichen gleich der kombinierten induzierten Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 (vx + vy). Folglich gibt es immer eine Verringerung der induzierten Spannung, weil der zweite N-Klauenpol 127n und der zweite S-Klauenpol 127s sowohl in dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 als auch dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 eine schwache magnetische Kraft haben. Das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 ist mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet und daher ist die kombinierte induzierte Spannung vu an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt im Wesentlichen gleich der kombinierten induzierten Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 (oder der kombinierten induzierten Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4) (vx + vy). Die kombinierte induzierte Spannung vu kann daher effektiv reduziert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass im Beispiel von 19 die Wicklung U2 durch die Wicklung U3 ersetzt wurde, d.h. die Wicklungen U1 und U3 mit der gleichen induzierten Spannung in Reihe geschaltet sind und die Wicklungen U2 und U4 mit der gleichen induzierten Spannung in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall gibt es eine Verringerung der induzierten Spannung, weil der zweite N-Klauenpol 127n und der zweite S-Klauenpol 127s nur in einem von dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U2 und U4 und dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U3 eine schwache magnetische Kraft haben, und in dem anderen in Reihe geschalteten Paar gibt es keine Verringerung der induzierten Spannung. Außerdem ist das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U3 mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U2 und U4 parallelgeschaltet und daher für die effektive Verringerung der kombinierten induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt nachteilhaft. In einem Fall, in dem die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 parallelgeschaltet sind, ist für die effektive Verringerung der kombinierten induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt ebenfalls nachteilhaft.
Wenn Wicklungen, wie oben beschrieben, in jeder Phase in Reihe geschaltet sind, ist eine Wicklung, die dem ersten N-Klauenpol 126n (oder dem ersten S-Klauenpol 126s) gegenüberliegt, mit einer Wicklung, die dem zweiten N-Klauenpol 127n (oder dem zweiten S-Klauenpol 127s) gegenüberliegt, in einer vorbestimmten Drehstellung des Rotors 121 in Reihe geschaltet (zum Beispiel ist die U-Phasen-Wicklung U1 mit der U-Phasen-Wicklung U2 in Reihe geschaltet). Die kombinierte induzierte Spannung wird daher durch Hinzufügen einer schwachen induzierten Spannung an Wicklungen der gleichen Phase zu einer starken induzierten Spannung an Wicklungen der gleichen Phase erhalten und die kombinierte induzierte Spannung jeder Phase kann effektiv reduziert werden.
Während in dem Beispiel von 19 in der U-Phase die Wicklungen U1 und U2 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U3 und U4 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden, können ähnliche Wirkungen erzielt werden, wenn die Wicklungen U1 und U4 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U2 und U3 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
In dem Beispiel von 19 in der U-Phase ist zwar das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 und das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U3 und U4 können voneinander getrennt werden und in den getrennten in Reihe geschalteten Paaren können zum Zweck der Zuführung eines U-Phasen-Antriebsstroms zu den getrennten in Reihe geschalteten Paaren paarige Wechselrichter bereitgestellt werden. Eine derartige Ausgestaltung erzielt ebenfalls ähnliche Wirkungen. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
Der Anschlusszustand der Wicklungen ist zwar in der obigen Ausführungsform (siehe 2) und dem Beispiel von 19 eine Sternschaltung, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und es kann zum Beispiel eine Deltaschaltung eingesetzt werden.
Der Rotor 121 hat in der obigen Ausführungsform zwar 8 Pole und die Anzahl der Wicklungen 13 des Stators 11 beträgt 12 (d.h. ein Motor mit acht Polen und zwölf Spalten), die Anzahl der Pole des Rotors 121 und die Anzahl der Wicklungen 13 kann aber ausgestaltungsgemäß passen geändert werden. Zum Beispiel kann die Anzahl der Pole des Rotors 121 und die Anzahl der Wicklungen 13 angemessen so geändert werden, dass die Beziehung zwischen der Anzahl der Pole des Rotors 121 und der Anzahl der Wicklungen 13 mit 2n:3n dargestellt wird (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr).
Im Fall einer Ausgestaltung mit sechs Polen und neun Spalten oder einer Ausgestaltung mit zehn Polen und fünfzehn Spalten (in einem Fall, in dem der größte gemeinsame Nenner n der Anzahl der Pole des Rotors 121 und der Anzahl der Wicklungen 13 eine ungerade Zahl ist) ist die Anzahl der Polpaare des Rotors 121 eine ungerade Zahl, d.h. die Anzahl der Nordpole und die Anzahl der Südpole ist eine ungerade Zahl. Folglich ist die Anzahl der ersten N-Klauenpole 126n nicht gleich der Anzahl der zweiten N-Klauenpole 127n, so dass man möglicherweise eine magnetisch unausgeglichene Ausgestaltung erhält. Im Gegensatz dazu ist, wenn der größte gemeinsame Nenner n der Anzahl der Pole des Rotors 121 und der Anzahl der Wicklungen 13 eine gerade Zahl ist, wie in der obigen Ausführungsform, die Anzahl der ersten N-Klauenpole 126n gleich der Anzahl der zweiten N-Klauenpole 127n, so dass man eine magnetisch ausgeglichene Ausgestaltung erhält.
Die Beziehung zwischen der Anzahl der Pole des Rotors 121 und der Anzahl der Wicklungen 13 braucht nicht 2n:3n zu sein (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr) und es kann zum Beispiel eine Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten oder eine Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten eingesetzt werden.
20 zeigt ein Beispiel für einen Motor 160, der ein Motor mit zehn Polen und zwölf Spalten ist. Im Beispiel von 20 sind die gleichen Ausgestaltungen wie in der obigen Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen und nur verschiedene Teile werden ausführlich beschrieben.
Bei dem in 20 gezeigten Motor 160 sind zwölf Wicklungen 13 des Stators 11 gemäß zuzuführenden dreiphasigen Antriebsströmen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) eingestuft. In 20 werden U1, U2 mit Überstrich, V1 mit Überstrich, V2, W1, W2 mit Überstrich, U1 mit Überstrich, U2, V1, V2 mit Überstrich, W1 mit Überstrich und W2 in dieser Reihenfolge entgegen dem Uhrzeigersinn gezeigt. Die U-Phasen-Wicklungen U1 und U2, die V-Phasen-Wicklungen V1 und V2 und die W-Phasen-Wicklungen W1 und W2 sind normal gewickelt, während die U-Phasen-Wicklungen U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich, die V-Phasen-Wicklungen V1 mit Überstrich und V2 mit Überstrich und die W-Phasen-Wicklungen W1 mit Überstrich und W2 mit Überstrich in umgekehrter Richtung gewickelt sind. Die U-Phasen-Wicklung U1 liegt der U-Phasen-Wicklung U1 mit Überstrich im Winkel von 180° gegenüber. Desgleichen liegt auch die U-Phasen-Wicklung U2 der U-Phasen-Wicklung U2 mit Überstrich im Winkel von 180° gegenüber. Das Gleiche gilt für andere Phasen (V-Phase und W-Phase).
Die U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich sind in Reihe geschaltet. Desgleichen sind die V-Phasen-Wicklungen V1, V2, V1 mit Überstrich und V2 mit Überstrich ebenfalls in Reihe geschaltet und die W-Phasen-Wicklungen W1, W2, W1 mit Überstrich und W2 mit Überstrich sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Ein U-Phasen-Antriebsstrom wird den U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich zugeführt. Die umgekehrt gewickelten U-Phasen-Wicklungen U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich werden immer mit der gegenüber den normal gewickelten U-Phasen-Wicklungen U1 und U2 umgekehrten Polarität (der entgegengesetzten Phase) erregt, diese U-Phasen-Wicklungen werden aber mit der gleichen Zeitsteuerung erregt. Das Gleiche gilt für andere Phasen (V-Phase und W-Phase).
Der Rotor 121 des Motors 160 ist ein Motor mit zehn Polen, bei dem abwechselnd ein Nordpol und ein Südpol in am Umfang entlang gleichen Abständen (36°-Abständen) angeordnet sind, und enthält zwei erste N-Klauenpole 126n, drei erste S-Klauenpole 126s, drei zweite N-Klauenpole 127n und zwei zweite S-Klauenpole 127s. Der erste N-Klauenpol 126n und der erste S-Klauenpol 126s sind an einer Hälfte des Umfangs des Rotors 121 abwechselnd bereitgestellt und der zweite N-Klauenpol 127n und der zweite S-Klauenpol 127s sind an der anderen Hälfte des Umfangs des Rotors 121 abwechselnd bereitgestellt. Der zweite S-Klauenpol 127s ist so angeordnet, dass er dem ersten N-Klauenpol 126n in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist (dass sie einander im Winkel von 180° gegenüberliegen), und der zweite N-Klauenpol 127n ist so angeordnet, dass er dem ersten S-Klauenpol 126s in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist (dass sie einander im Winkel von 180° gegenüberliegen).
Die Anzahl der ersten und zweiten N-Klauenpole 126n und 127n und die Anzahl der ersten und zweiten S-Klauenpole 126s und 127s sind nicht auf die Zahlen im Beispiel des zehnpoligen Rotors, der in 20 gezeigt wird, beschränkt. Zum Beispiel kann der Rotor 121 drei erste N-Klauenpole 126n, zwei erste S-Klauenpole 126s, zwei zweite N-Klauenpole 127n und drei zweite S-Klauenpole 127s enthalten.
Gemäß der obigen Ausgestaltung liegt zum Beispiel, wenn der erste S-Klauenpol 126s während der Drehung des Rotors 121 der U-Phasen-Wicklung U1 radial gegenüberliegt, der zweite N-Klauenpol 127n, der dem ersten S-Klauenpol 126s in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, der U-Phasen-Wicklung U1 mit Überstrich radial gegenüber (siehe 20). Das heißt, Pole mit verschiedenen Polaritäten, zum Beispiel der erste S-Klauenpol 126s und der zweite N-Klauenpol 127n), die den Wicklungen 13 gegenüberliegen (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich), die mit entgegengesetzten Phasen (bei gleicher Zeitsteuerung) erregt werden, haben verschiedene magnetische Kräfte (d.h. eine magnetische Kraft ist kleiner als eine andere magnetische Kraft). Es ist daher möglich, die kombinierte induzierte Spannung an den Wicklungen 13 mit den entgegengesetzten Phasen durch die Pole des Rotors 121 zu reduzieren (zum Beispiel kombinierte induzierte Spannung der U-Phasen-Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich), während eine Drehmomentverringerung verhindert wird. Infolgedessen kann die Drehung des Motors 160 mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden.
Bei dem in 20 gezeigten Beispiel des Rotors 121 sind der erste N-Klauenpol 126n und der erste S-Klauenpol 126s sind an einer Hälfte des Umfangs des Rotors 121 bereitgestellt und der zweite N-Klauenpol 127n und der zweite S-Klauenpol 127s sind an der anderen Hälfte des Umfangs des Rotors 121 bereitgestellt. Die Anordnung der Klauenpole des Rotors 121 ist aber nicht speziell darauf beschränkt und kann angemessen geändert werden, solange der zweite S-Klauenpol 127s so angeordnet wird, dass er dem ersten N-Klauenpol 126n in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, und der zweite N-Klauenpol 127n so angeordnet wird, dass er dem ersten S-Klauenpol 126s in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist.
Im Stator 11 brauchen die U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich nicht alle in Reihe geschaltet zu sein. Des Weiteren können die Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U2 und U2 mit Überstrich können ein in Reihe geschaltetes Paar bilden. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
20 zeigt zwar eine Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten, die vorliegende Erfindung kann aber auch auf eine Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten angewendet werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf Ausgestaltungen angewendet werden, bei denen die Anzahl der Pole des Rotors und die Anzahl der Spalten in der Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten (oder in einer Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten) gleich multipliziert werden. In der Ausgestaltung, in der die Anzahl der Pole des Rotors und die Anzahl der Spalten in der Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten (oder in einer Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten) gleich multipliziert sind, wird bevorzugt, dass eine starke Polgruppe, in der der erste N-Klauenpol 126n und der erste S-Klauenpol 126s in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, und eine schwache Polgruppe, in der der zweite N-Klauenpol 127n und der zweite S-Klauenpol 127s in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Da die starke Polgruppe und die schwache Polgruppe gemäß dieser Ausgestaltung am Umfang entlang ausgeglichen angeordnet sind, kann der Rotor 121 magnetisch und mechanisch ausgeglichen ausgestaltet werden.
Klauenpole von beispielsweise dem Nordpol-Rotorkern 123n des Rotors 121 werden in der obigen Ausführungsform nur von dem ersten N-Klauenpol 126n, der als erster Pol dient, und dem zweiten N-Klauenpol 127n, der als zweiter Pol dient, gebildet. Zusätzlich zu diesen Klauenpolen kann aber am Nordpol-Rotorkern 123n zum Beispiel ein dritter N-Klauenpol (dritter Pol) bereitgestellt werden, der eine schwächere magnetische Kraft an den Stator 11 anlegt als der zweite N-Klauenpol 127n.
Die vorliegende Erfindung ist zwar in der obigen Ausführungsform im Motor 110 mit innenliegendem Rotor ausgeführt, bei dem der Rotor 121 an der inneren Umfangsseite des Stators 11 angeordnet ist, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in einem Motor mit außenliegendem Rotor ausgeführt werden, bei dem ein Rotor an der äußeren Umfangsseite eines Stators angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung ist zwar in der obigen Ausführungsform im Radialspaltmotor 110 ausgeführt, bei dem der Stator 11 dem Rotor 121 radial gegenüberliegt, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf einen Axialspaltmotor angewendet werden, bei dem ein Stator einem Rotor axial gegenüberliegt.
Die obige Ausführungsform und die Modifikationen können angemessen kombiniert werden.
Im Folgenden wird nun eine dritte Ausführungsform eines Motors beschrieben.
Wie in 21A gezeigt, ist ein Motor 210 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein bürstenloser Motor ausgestaltet, bei dem ein Rotor 221 im Inneren eines ringförmigen Stators 11 angeordnet ist. Die Ausgestaltung des Stators 11 ist mit der des Stators 11 gemäß der ersten Ausführungsform identisch und ausführliche Beschreibungen davon werden daher weggelassen. Die Ausgestaltung der Wicklungen 13 des Stators 11 ist auch mit der der in 2 gezeigten Wicklungen 13 gemäß der ersten Ausführungsform identisch.
Aufbau des Rotors
Wie in 21B gezeigt, enthält der Rotor 221 einen Rotorkern 222 und Permanentmagnete 223. Der Rotorkern 222 ist aus einem magnetischen Metall im Wesentlichen in einer Scheibenform hergestellt und am Mittelteil ist eine Drehwelle 224 befestigt. Am äußeren Umfangsteil des Rotorkerns 222 sind zwei Magnetbefestigungsteile 225 und vier Vorsprünge 226 ausgebildet.
Die Magnetbefestigungsteile 225 liegen einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. An jedem der Magnetbefestigungsteile 225 sind zwei Permanentmagnete 223 befestigt und somit sind insgesamt vier Permanentmagnete 223 am äußeren Umfangsteil des Rotorkerns 222 bereitgestellt.
Die Permanentmagnete 223 haben die gleiche Form und eine äußere Umfangsfläche jedes Permanentmagneten 223 bildet, in der Richtung der Achse L der Drehwelle 224 betrachtet, einen Bogen um eine Achse L. Der offene Winkel um die Achse L (Umfangsbreite) für jeden Permanentmagneten 223 ist so ausgebildet, dass er 45° beträgt. Der Permanentmagnet 223 ist zum Beispiel ein anisotroper Sintermagnet und ist zum Beispiel aus einem Neodymmagneten, einem Samariumcobalt-(SmCo)-magneten, einem SmFeN-Magneten, einem Ferritmagneten oder einem AlNiCo-Magneten hergestellt.
Jeder Permanentmagnet 223 ist so ausgebildet, dass seine magnetische Ausrichtung mit einer radialen Richtung fluchtet. An jedem Magnetbefestigungsteil 225 sind zwei Permanentmagnete 223 so angeordnet, dass an einer äußeren Umfangsseite erscheinende Pole voneinander verschieden sind. Die Permanentmagnete 223 mit der gleichen Polarität liegen einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Diese Permanentmagnete 223 bilden Teil der Pole des Rotors 221. Speziell bildet der Permanentmagnet 223, bei dem der Nordpol an der äußeren Umfangsseite erschienen ist, einen N-Magnetpol Mn und der Permanentmagnet 223, bei dem der Südpol an der äußeren Umfangsseite erschienen ist, bildet einen S-Magnetpol Ms.
Zwei Vorsprünge 226 des Rotorkerns 222, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, sind in der Umfangsrichtung zwischen den Magnetbefestigungsteilen 225 angeordnet. Zwischen den paarigen nebeneinanderliegenden Vorsprüngen 226 ist in der Umfangsrichtung ein Spalt K1 ausgebildet. Einer der paarigen nebeneinanderliegenden Vorsprünge 226 liegt in der Umfangsrichtung neben dem N-Magnetpol Mn (Permanentmagnet 223, bei dem der Nordpol an der äußeren Umfangsseite ist) und dient durch das Magnetfeld des Nordpol-Permanentmagneten 223 als ein Südpol (vorkragender Pol Ps, der als Kernpol dient). Desgleichen liegt der andere der paarigen nebeneinanderliegenden Vorsprünge 226 neben dem S-Magnetpol Ms (Permanentmagnet 223, bei dem der Südpol an der äußeren Umfangsseite ist) und dient durch das Magnetfeld des Südpol-Permanentmagneten 223 als Nordpol (vorkragender Pol Pn, der als Kernpol dient). Paarige vorkragende Nordpole Pn liegen einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber und paarige vorkragende Südpole Ps liegen einander ebenfalls im Winkel von 180° in der Umfangsrichtung gegenüber. Die äußere Umfangsfläche jedes Vorsprungs 226 ist in der axialen Richtung betrachtet in einem Bogen auf dem gleichen Kreis wie die äußere Umfangsfläche jedes Permanentmagneten 223 (auf dem gleichen Kreis um die Achse L der Drehwelle 224) ausgebildet. Der offene Winkel jedes Vorsprungs 226 ist so festgelegt, dass er kleiner als der offene Winkel jedes Permanentmagneten 223 ist. Außerdem ist zwischen den vorkragenden Polen Pn und Ps (den Vorsprüngen 226) mit verschiedener Polarität und den Magnetpolen Mn und Ms (Permanentmagnete 223) mit verschiedener Polarität ein Spalt K2 ausgebildet. Das heißt, der Spalt K2 ist zwischen dem vorkragenden Nordpol Pn und dem S-Magnetpol Ms und zwischen dem vorkragenden Südpol Ps und dem N-Magnetpol Mn ausgebildet.
Der Rotor 221 mit der obigen Ausgestaltung ist als ein Rotor mit acht Polen ausgestaltet, bei dem der Nordpol und der Südpol in gleichen Abständen (45°-Abständen) am Umfang entlang abwechselnd an der äußeren Umfangsfläche (d.h. der Oberfläche, die dem Stator 11 gegenüberliegt) angeordnet sind. Speziell sind Pole an der äußeren Umfangsfläche des Rotors 221 (d.h. der Oberfläche, die dem Stator 11 gegenüberliegt) so angeordnet, dass der N-Magnetpol Mn, der vorkragende Südpol Ps, der Nordpol Pn, der S-Magnetpol Ms, der N-Magnetpol Mn, ... im Uhrzeigersinn in dieser Reihenfolge wiederholt werden. Außerdem sind der Magnetpol Mn und der vorkragende Pol Pn, die den Nordpol des Rotors 221 bilden, abwechselnd derart angeordnet, dass Umfangsmittenpositionen davon in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind. Desgleichen sind der Magnetpol Ms und der vorkragende Pol Ps, die den Südpol des Rotors 221 bilden, ebenfalls abwechselnd derart angeordnet, dass Umfangsmittenpositionen davon in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind.
Im Rotorkern 222 sind vier Schlitzlöcher 227 ausgebildet, die sich in der radialen Richtung der Drehwelle 224 erstrecken. Die Schlitzlöcher 227 sind in 90°-Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Das Schlitzloch 227 ist an der Grenze zwischen den vorkragenden Polen Pn und Ps angeordnet, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen. Das Schlitzloch 227 ist ebenfalls an der Grenze zwischen den Magnetpolen Mn und Mn angeordnet, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen. Jedes Schlitzloch 227 erstreckt sich von einer Position in der Nähe eines Befestigungslochs 222a des Rotorkerns 222, an dem die Drehwelle 224 befestigt ist, zu einer Position in der Nähe des Permanentmagneten 223 oder des Vorsprungs 226 in der radialen Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich jedes Schlitzloch 227 in der axialen Richtung durch den Rotorkern 222. Jedes Schlitzloch 227 ist hohl und daher ist die Reluktanz des Schlitzlochs 227 größer als die des aus einem magnetischen Metall hergestellten Rotorkerns 222. Der im Rotorkern 222 fließende magnetische Fluss jedes Permanentmagneten 223 wird daher von jedem Schlitzloch 227 angemessen zum danebenliegenden vorkragenden Pol Pn oder Ps gelenkt (siehe in 21A gezeigte gestrichelte Pfeile).
Das heißt, der Rotor 221 enthält die Magnetpole Mn und Ms, die als der erste Pol dienen, und die vorkragenden Pole Pn und Ps, die als der zweite Pol dienen.
Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wenn dreiphasige Antriebsströme (AC) mit einer Phasendifferenz von 120° von einer Antriebsschaltung (nicht gezeigt) U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 zugeführt werden, werden die Wicklungen U1 bis W4 mit der gleichen Zeitsteuerung für jede Phase erregt, im Stator 11 wird ein Drehmagnetfeld erzeugt und der Rotor 221 wird vom Drehmagnetfeld gedreht. Zu diesem Zeitpunkt sind im Stator 11 gebildete Pole durch Zuführen eines dreiphasigen Antriebsstroms zum Stator 11 in den Wicklungen U1 bis W4 für jede Phase die Gleichen.
Wie oben beschrieben, ist die Anzahl der Polpaare des Rotors 221 (d.h. die Anzahl der Nordpole und die Anzahl der Südpole) so festgelegt, dass sie gleich der Anzahl der Wicklungen U1 bis W4 jeder Phase ist (in der vorliegenden Ausführungsform „4”). Bei Drehung des Rotors 221, zum Beispiel, wenn einer der Nordpole (Magnetpole Mn und vorkragende Pole Pn) des Rotors 221 der U-Phasen-Wicklung U1 radial gegenüberliegt, liegen die anderen Nordpole den jeweiligen U-Phasen-Wicklungen U2 bis U4 radial gegenüber (siehe 21A).
Eine Hälfte der vier Nordpole des Rotors 221 wird von den vorkragenden Polen Pn gebildet, welche die Vorsprünge 226 sind. Jeder vorkragende Pol Pn ist ein Pseudopol, der durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 223 des Magnetpols Ms funktioniert, der neben dem vorkragenden Pol Pn liegt, und die von dem vorkragenden Pol Pn an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft ist daher schwächer als die von dem Magnetpol Mn, der von dem Permanentmagneten 223 gebildet wird, an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Das Gleiche gilt in den Südpolen (dem vorkragenden Pol Ps und dem Magnetpol Ms) des Rotors 221.
Die Flussverkettung φy, welche die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 verkettet, die den vorkragenden Polen Pn gegenüberliegen, (im Beispiel von 21A U-Phasen-Wicklungen U2 und U4) wird daher, verglichen mit der Flussverkettung φx, welche die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 verkettet, die den Magnetpolen Mn gegenüberliegen, (im Beispiel von 21A U-Phasen-Wicklungen U1 und U3) reduziert. Folglich ist die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen, die die Flussverkettung φy erzeugen, (den vorkragenden Polen Pn gegenüberliegende Wicklungen) kleiner als die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen, die die Flussverkettung φx erzeugen, (den Magnetpolen Mn gegenüberliegende Wicklungen). Eine durch Kombinieren der induzierten Spannungen der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhaltene kombinierte induzierte Spannung wird daher durch eine Verringerung der induzierten Spannung an einem Paar der U-Phasen-Wicklungen, das den vorkragenden Polen Pn gegenüberliegt, (in 21A U-Phasen-Wicklungen U2 und U4) reduziert. Zwar wird eine Verringerung der kombinierten induzierten Spannung, wenn die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 den Nordpolen (den Magnetpolen Mn und den vorkragenden Polen Pn) des Rotors 221 gegenüberliegen, als Beispiel beschrieben, die kombinierte induzierte Spannung wird aber auch in den V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und den W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 reduziert. Außerdem wird die kombinierte induzierte Spannung durch den vorkragenden Pol Ps auch in den Südpolen (den Magnetpolen Ms und den vorkragenden Polen Ps) des Rotors 221 reduziert.
Im Folgenden werden nun die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

(6) Die Wicklungen 13 des Stators 11 werden von vier U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, vier V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und vier W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 gemäß einem zuzuführenden dreiphasigen Antriebsstrom gebildet und vier Wicklungen jeder Phase sind in Reihe geschaltet. Das heißt, die Wicklungen 13 des Stators 11 enthalten in jeder Phase wenigstens zwei in Reihe geschaltete Wicklungen (erste Wicklung und zweite Wicklung).

Die Nordpole des Rotors 221 enthalten den Magnetpol Mn, der vom Permanentmagneten 223 gebildet wird, und den vorkragenden Pol Pn, der vom Vorsprung 226 des Rotorkerns 222 gebildet wird. Der Nordpol des Rotors 221 ist derart festgelegt, dass in der Drehstellung des Rotors 221, in der der Magnetpol Mn der ersten Wicklung von einer der U-, V- und W-Phasen gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklung U1 oder U3), der vorkragende Pol Pn der zweiten Wicklung der gleichen Phase gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklung U2 oder U4). Desgleichen enthalten die Südpole des Rotors 221 den Magnetpol Ms, der vom Permanentmagneten 223 gebildet wird, und den vorkragenden Pol Ps, der vom Vorsprung 226 des Rotorkerns 222 gebildet wird. Der Südpol des Rotors 221 ist derart festgelegt, dass in der Drehstellung des Rotors 221, in der der Magnetpol Ms der ersten Wicklung von einer der U-, V- und W-Phasen gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklung U1 oder U3), der vorkragende Pol Ps der zweiten Wicklung der gleichen Phase gegenüberliegt (zum Beispiel U-Phasen-Wicklung U2 oder U4).
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird die magnetische Kraft aller Nordpole (oder aller Südpole) des Rotors 221, die den Wicklungen 13 der gleichen Phase gegenüberliegen, nicht reduziert. Stattdessen wird die magnetische Kraft von einem Teil der Nordpole oder der Südpole durch Verwendung des vorkragenden Pols Pn (oder des vorkragenden Pols Ps) reduziert. Es ist daher möglich, die kombinierte induzierte Spannung an den Wicklungen 13 derselben Phase durch die Pole des Rotors 221 zu reduzieren, während eine Drehmomentverringerung verhütet wird. Infolgedessen ist es möglich, eine Drehung des Motors 210 mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen. Die vom Vorsprung 226 des Rotorkerns 222 gebildeten vorkragenden Pole Pn und Ps werden als Pole mit einer geringeren magnetischen Kraft als die Magnetpole Mn und Ms verwendet (d.h. es wird eine so genannte Folgepol-Rotor-Ausgestaltung bereitgestellt) und es ist daher möglich, eine durch eine Verringerung der magnetischen Kraft eines Teils der Pole des Rotors 221 verursachte Drehmomentverringerung zu verhüten.
In dem Anschlusszustand der Wicklungen, in dem die Wicklungen 13 in jeder Phase wie in der vorliegenden Ausführungsform in Reihe geschaltet sind, ist die kombinierte induzierte Spannung die Summe der induzierten Spannungen an den Wicklungen der Phase und die kombinierte induzierte Spannung ist daher gewöhnlich hoch. Da die vorkragenden Pole Pn und Ps in der Ausgestaltung bereitgestellt werden, in der die Wicklungen 13 in jeder Phase in Reihe geschaltet sind, wie oben beschrieben, ist es möglich, eine Wirkung der Verringerung der kombinierten induzierten Spannung, die für die Drehung des Motors mit hoher Geschwindigkeit angemessener ist, mit größerer Sicherheit zu erhalten.

(7) Die Anzahl der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, der V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder der W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 ist 2n (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr und in der vorliegenden Ausführungsform n = 2) und die Anzahl der Magnetpole Mn und Ms oder der vorkragenden Pole Pn und Ps des Rotors 221 ist n (d.h. 2). Das heißt, die Anzahl der Magnetpole Mn und Ms ist gleich der Anzahl der vorkragenden Pole Pn und Ps (die Hälfte der Anzahl der Wicklungen jeder Phase) und der Magnetpol Mn und der vorkragende Pol Pn (Magnetpol Ms und vorkragender Pol Ps) können daher abwechselnd in gleichen Abständen am Umfang bereitgestellt werden. Infolgedessen sind der Magnetpol Mn und der vorkragende Pol Pn (der Magnetpol Ms und der vorkragende Pol Ps) mit verschiedenen magnetischen Kräften und Massen am Umfang entlang ausgeglichen angeordnet und der Rotor 221 kann daher magnetisch und mechanisch ausgeglichen ausgestaltet werden.
(8) Der vorkragende Pol Pn liegt in der Umfangsrichtung neben dem Magnetpol Ms, der vom Permanentmagneten 223 gebildet wird, und hat zum vorkragenden Pol Pn die entgegengesetzte Polarität und der vorkragende Pol Ps liegt in der Umfangsrichtung neben dem Magnetpol Mn, der vom Permanentmagneten 223 gebildet wird, und hat zum vorkragenden Pol Ps die entgegengesetzte Polarität. Folglich kann zum Beispiel der vorkragende Pol Pn durch das magnetische Feld des S-Magnetpols Ms angemessen als der Nordpol dienen.
(9) Der Spalt K2 ist zwischen dem vorkragenden Pol Pn und dem Magnetpol Ms mit verschiedener Polarität und zwischen dem vorkragenden Pol Ps und den Magnetpolen Mn mit verschiedener Polarität ausgebildet. Es ist folglich möglich, eine schnelle Veränderung der magnetischen Flussdichte der Grenzen zwischen den vorkragenden Polen Pn und dem Magnetpol Ms und zwischen dem vorkragenden Pol Ps und dem Magnetpol Mn zu verhüten, wodurch zu einer Verringerung von Drehmomentpendelung beigetragen wird.
(10) Der vorkragende Nordpol Pn liegt in der Umfangsrichtung, mit dem Spalt K1 dazwischen, neben dem vorkragenden Südpol Ps. Das heißt, der Spalt K1 ist zwischen dem vorkragenden Nordpol Pn und dem vorkragenden Südpol Ps, die nebeneinanderliegen, ausgebildet und der Betrag des magnetischen Flusses des vorkragenden Pols Pn, Ps lässt sich daher leicht auf einen gewünschten Wert einstellen. Infolgedessen ist es möglich, Leistungsabgabeeigenschaften des Motors 210 leicht einzustellen.
(11) Das Schlitzloch 227 (Teil für die magnetische -Einstellung) ist im Rotorkern 222 zu dem Zweck ausgebildet, den im Rotorkern 222 fließenden magnetischen Fluss zu lenken. Eine derartige Ausgestaltung macht es möglich, den Betrag des magnetischen Flusses des vorkragenden Pols Pn, Ps, der vom Permanentmagneten 223 magnetisiert wird, der in der Umfangsrichtung neben dem vorkragenden Pol Pn, Ps liegt, leicht auf einen gewünschten Wert einzustellen. Infolgedessen können Leistungsabgabeeigenschaften des Motors 210 leicht eingestellt werden. Speziell verhütet das Schlitzloch 227, das an der Grenze zwischen den Magnetpolen Mn und Mn, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, ausgebildet ist, einen Kurzschluss des magnetischen Flusses zwischen den Magnetpolen Mn und Ms. Es ist daher möglich, eine Verringerung des Betrags des magnetischen Flusses von jedem Magnetpol Mn, Ms zu dem danebenliegenden vorkragenden Pol Pn, Ps zu verhüten, wodurch zu einem hohen Drehmoment beigetragen wird.
(12) Die Magnetpole Mn und Ms werden durch Befestigen des Permanentmagneten 223 an der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 222 (Magnetbefestigungsteil 225) hergestellt. Das heißt, da der Rotor 221 eine Außenpermanentmagnet-Ausgestaltung (SPM-Ausgestaltung) hat, trägt dies zu hohem Drehmoment des Motors 210 bei.

Die obige Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Während der Drehung des Rotors 221 mit hoher Geschwindigkeit kann, obwohl dies in der obigen Ausführungsform nicht speziell beschrieben wird, eine Regelung durch Feldschwächung ausgeführt werden. Da der Rotor 221 in der vorliegenden Ausführungsform die vorkragenden Pole Pn und Ps enthält, die von selbst keinen magnetischen Fluss erzeugen können, kann ein der Wicklung 13 zugeführter feldschwächender Strom reduziert werden. Da der feldschwächende Strom reduziert werden kann, wird der Permanentmagnet 223 während der Regelung durch Feldschwächung kaum entmagnetisiert und der Kupferverlust der Wicklung 13 kann ebenfalls reduziert werden. Das heißt, der Betrag der Flussverkettung, der um den gleichen Betrag des feldschwächenden Stroms reduziert werden kann, wird erhöht und es ist daher möglich, durch die Regelung durch Feldschwächung die Drehung mit hoher Geschwindigkeit effektiver zu erzielen.
In der obigen Ausführungsform sind im Rotorkern 222 zwischen den Magnetbefestigungsteilen 225 in der Umfangsrichtung zwar zwei Vorsprünge 226 bereitgestellt, wie in 22 gezeigt, kann aber zum Beispiel zwischen den Magnetbefestigungsteilen 225 in der Umfangsrichtung ein Vorsprung 226 bereitgestellt werden. Wie in 22 gezeigt, wird es bezüglich dem Fließenlassen des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 223 zu den vorkragenden Polen Pn und Ps mehr bevorzugt, dass das Schlitzloch 227 an der Grenze zwischen den in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden vorkragenden Polen Pn und Ps sich zum Vorsprung 226 erstreckt.
Die Ausgestaltung des im Rotorkern 222 gebildeten Schlitzlochs 227, wie seine Anordnung oder Form, ist nicht auf die obige Ausführungsform und das Beispiel von 22 beschränkt und es können zum Beispiel Ausgestaltungen der 23 bis 26 eingesetzt werden. Die 23 bis 26 veranschaulichen zwar den Rotor des in der obigen Ausführungsform beschriebenen Typs (Rotor, bei dem der Vorsprung 226 zweigeteilt ist), die vorliegende Erfindung kann aber auf den Rotor des Typs angewendet werden, bei dem der Vorsprung 226 nicht geteilt ist, wie im Beispiel von 22 gezeigt wird.
Im Beispiel von 23 ist das Schlitzloch 227 an einer Position angeordnet, die radial einwärts von dem Permanentmagneten 223 liegt und der Umfangsmitte des Permanentmagneten 223 entspricht. Da das Schlitzloch 227 radial einwärts von dem Permanentmagneten 223 angeordnet ist, wie oben beschrieben, wird der im Rotorkern 222 fließende magnetische Fluss des Permanentmagneten 223 zu umfangsbezogen beiden Seiten des Schlitzlochs 227 verzweigt (siehe gestrichelte Pfeile in 23). Der Betrag des magnetischen Flusses zwischen dem Permanentmagneten 223 und dem neben dem Permanentmagneten 223 liegenden Vorsprung 226 (vorkragende Pole Pn und Ps) und der Betrag des magnetischen Flusses zwischen den nebeneinanderliegenden Permanentmagneten 223 (Magnetpole Mn und Ms) können je nach der umfangsbezogenen Position des Schlitzlochs 227 bestimmt werden, die radial einwärts von dem Permanentmagneten 223 liegt. Folglich ist es möglich, die Leistungsabgabeeigenschaften des Motors 210 angemessener einzustellen.
Im Beispiel von 24 ist jedes Schlitzloch 227 in einer sich radial einwärts erstreckenden gekrümmten Form ausgebildet. Speziell erstreckt sich jedes Schlitzloch 227 von einer Position, die radial einwärts von dem Permanentmagneten 223 liegt und der Umfangsmitte des Permanentmagneten 223 entspricht, in Richtung auf die innere Umfangsseite, krümmt sich zum neben dem Permanentmagneten 223 liegenden Vorsprung 226 hin und erstreckt sich etwa bis zur Grenze zwischen den vorkragenden Polen Pn und Ps. Eine derartige Ausgestaltung erzielt auch im Wesentlichen ähnliche Wirkungen wie das Beispiel in 23.
Zum Beispiel kann, wie in 25 gezeigt wird, ein Hilfsmagnet 228 in das Schlitzloch 227 eingebaut werden. In dieser Ausgestaltung bilden das Schlitzloch 227 und der Hilfsmagnet 228 einen Magneteinstellteil. Der Hilfsmagnet 228 kann zum Beispiel ein Neodymmagnet, ein Samariumcobalt-(SmCo)-magnet, ein SmFeN-Magnet, ein Ferritmagnet oder ein AlNiCo-Magnet sein. Außerdem kann der Hilfsmagnet 228 ein Sintermagnet oder ein Verbundmagnet sein.
Im Beispiel von 25 ist der Hilfsmagnet 228 in einem Schlitz (Schlitzloch 227a in 25) an der Grenze zwischen den vorkragenden Polen Pn und Ps, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, bereitgestellt. Das heißt, der Hilfsmagnet 228 ist an der Grenze zwischen dem vorkragenden Nordpol Pn und dem vorkragenden Südpol Ps bereitgestellt. Der Hilfsmagnet 228 hat die magnetische Ausrichtung im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung des Rotors 221 und ist derart magnetisiert, dass die Oberfläche in der Nähe des vorkragenden Magnetpols Pn in der Umfangsrichtung der Nordpol ist und die Oberfläche in der Nähe des vorkragenden Pols Ps in der Umfangsrichtung der Südpol ist.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung fließt nicht nur der magnetische Fluss des Permanentmagneten 223, sondern auch der magnetische Fluss des Hilfsmagneten 228 in den vorkragenden Polen Pn und Ps und der in den vorkragenden Polen Pn und Ps fließende magnetische Fluss ist daher größer. Infolgedessen trägt dies zu hohem Drehmoment des Motors 210 bei. Auch ist in diesem Fall die von den vorkragenden Polen Pn und Ps des Rotors 221 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft vorzugsweise so eingestellt, dass sie schwächer ist als die von den Magnetpolen Mn und Ms des Rotors 221 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft.
In diesem Beispiel ist es möglich, Leistungsabgabeeigenschaften des Motors 210 dadurch leicht einzustellen, dass veranlasst wird, dass magnetische Eigenschaften (magnetische Restflussdichte und Koerzitivfeldstärke) des Hilfsmagneten 228 von denen des Permanentmagneten 223 verschieden sind. Der Hilfsmagnet 228 wird von einem äußeren Magnetfeld kaum beeinflusst, weil der Hilfsmagnet 228 im Rotorkern 222 eingebettet ist. Es ist daher möglich, die Koerzitivfeldstärke so festzulegen, dass sie klein ist (oder die magnetische Restflussdichte so festzulegen, dass sie hoch ist).
Das Schlitzloch 227, das mit dem in 23 oder 24 gezeigten identisch ist, kann auf die Ausgestaltung mit dem Hilfsmagneten 228 angewendet werden. 26 zeigt eine Ausgestaltung, die durch Anwenden des Schlitzlochs 227 erhalten wird, das mit dem von 24 der Ausgestaltung mit dem Hilfsmagneten 228 identisch ist.
Beim Rotor 221 gemäß der obigen Ausführungsform liegen die N-Magnetpole Mn einander im Winkel von 180° in der Umfangsrichtung gegenüber und die vorkragenden Nordpole Pn liegen einander im Winkel von 180° in der Umfangsrichtung gegenüber. Desgleichen liegen die Magnet-Südpole Ms einander im Winkel von 180° in der Umfangsrichtung gegenüber und die vorkragenden Südpole Ps liegen einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Das heißt, der Magnetpol Mn und der vorkragende Pol Pn sind zwar in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet und der Magnetpol Ms und der vorkragende Pol Ps sind auch in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der vorkragende Nordpol Pn dem N-Magnetpol Mn im Winkel von 180° gegenüberliegen. Desgleichen kann der vorkragende Südpol Ps dem Magnet-Südpol Ms im Winkel von 180° gegenüberliegen.
Zwar ist in der obigen Ausführungsform bei dem Nordpol des Rotors 221 zum Beispiel die Anzahl der Magnetpole Mn gleich der Anzahl des vorkragenden Pole Pn (die Hälfte der Anzahl der Wicklungen 13 jeder Phase, nämlich zwei), diese Zahlen brauchen aber nicht gleich zu sein. Zum Beispiel können drei Magnetpole Mn (oder Magnetpol Mn) vorgesehen werden und ein vorkragender Pol Pn (oder drei vorkragende Pole Pn) kann vorgesehen werden. Eine derartige Modifikation ist im Südpol (Magnetpol Ms und auskragender Pol Ps) des Rotors möglich.
In der obigen Ausführungsform sind zwar der vorkragende Pol Pn und der vorkragende Pol Ps sowohl im Nordpol als auch im Südpol des Rotors 221 eingeschlossen, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein vorkragender Pol in nur einem der Pole des Rotors 221 enthalten sein und der andere Pol kann nur einen Pol enthalten.
Wicklungen jeder Phase, d.h. die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder die W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4, sind in der obigen Ausführungsform zwar in Reihe geschaltet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt und der Anschlusszustand der Wicklungen kann angemessen geändert werden.
In einem Beispiel von 27 sind in der U-Phase die Wicklungen U1 und U2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen U3 und U4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen U1 und U2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet. Desgleichen sind in der V-Phase die Wicklungen V1 und V2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen V3 und V4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen V1 und V2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen V3 und V4 parallelgeschaltet. Außerdem sind in der W-Phase die Wicklungen W1 und W2 in Reihe geschaltet, die Wicklungen W3 und W4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen W1 und W2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen W3 und W4 parallelgeschaltet.
Wenn der in 27 gezeigte Anschlusszustand der Wicklungen auf die Ausgestaltung des Rotors 221 gemäß der obigen Ausführungsform (siehe 21) angewendet wird, z.B. in der U-Phase, ist die induzierte Spannung an der Wicklung U1 gleich der induzierten Spannung an der Wicklung U3 und die induzierte Spannung an der Wicklung U2 ist gleich der induzierten Spannung an der Wicklung U4. Die kombinierte induzierte Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 ist daher im Wesentlichen gleich der kombinierten induzierten Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4. Folglich gibt es immer eine Verringerung der induzierten Spannung durch die vorkragenden Pole Pn und Ps, sowohl in dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 als auch dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4. Das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 ist mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet und daher ist die kombinierte induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt im Wesentlichen gleich der kombinierten induzierten Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U2 (oder der kombinierten induzierten Spannung an dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4). Die kombinierte induzierte Spannung kann daher effektiv reduziert werden.
Es wird davon ausgegangen, dass im Beispiel von 27 die Wicklung U2 durch die Wicklung U3 ersetzt wurde, d.h. die Wicklungen U1 und U3 mit der gleichen induzierten Spannung in Reihe geschaltet sind und die Wicklungen U2 und U4 mit der gleichen induzierten Spannung in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall gibt es eine Verringerung der induzierten Spannung durch die vorkragenden Pole Pn und Ps in nur einem von dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U2 und U4 und dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U1 und U3 und in dem anderen in Reihe geschalteten Paar gibt es keine Verringerung der induzierten Spannung. Außerdem ist das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U3 mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U2 und U4 parallelgeschaltet und daher für die effektive Verringerung der kombinierten induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt nachteilhaft. In einem Fall, in dem die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 parallelgeschaltet sind, ist es für die effektive Verringerung der kombinierten induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen insgesamt ebenfalls nachteilhaft.
Wenn Wicklungen, wie oben beschrieben, in jeder Phase in Reihe geschaltet sind, ist eine Wicklung, die dem Magnetpol Mn (oder dem Magnetpol Ms) gegenüberliegt, mit einer Wicklung, die dem vorkragenden Pol Pn (oder dem vorkragenden Pol Ps) gegenüberliegt, in einer vorbestimmten Drehstellung des Rotors 221 in Reihe geschaltet (zum Beispiel ist die U-Phasen-Wicklung U1 mit der U-Phasen-Wicklung U2 in Reihe geschaltet). Die kombinierte induzierte Spannung wird daher durch Hinzufügen einer schwachen induzierten Spannung an Wicklungen der gleichen Phase zu einer starken induzierten Spannung an Wicklungen der gleichen Phase erhalten und die kombinierte induzierte Spannung jeder Phase kann effektiv reduziert werden.
Während in dem Beispiel von 27 in der U-Phase die Wicklungen U1 und U2 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U3 und U4 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden, können ähnliche Wirkungen erzielt werden, wenn die Wicklungen U1 und U4 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U2 und U3 ein in Reihe geschaltetes Paar bilden. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
In dem Beispiel von 27 in der U-Phase ist zwar das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 mit dem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U1 und U2 und das in Reihe geschaltete Paar der Wicklungen U3 und U4 können voneinander getrennt werden und in den getrennten in Reihe geschalteten Paaren können zum Zweck der Zuführung eines U-Phasen-Antriebsstroms zu den getrennten in Reihe geschalteten Paaren paarige Wechselrichter bereitgestellt werden. Eine derartige Ausgestaltung erzielt ebenfalls ähnliche Wirkungen. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
Der Anschlusszustand der Wicklungen ist zwar in der obigen Ausführungsform (siehe 2) und dem Beispiel von 27 eine Sternschaltung, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und es kann zum Beispiel eine Deltaschaltung eingesetzt werden.
Der Rotor 221 gemäß der obigen Ausführungsform hat zwar eine Außenpermanentmagnet-Ausgestaltung (SPM-Ausgestaltung), bei der der Permanentmagnet 223, der die Magnetpole Mn und Ms bildet, an der Umfangsfläche (Magnetbefestigungsteil 225) des Rotorkerns 222 befestigt ist, der Rotor 221 kann aber eine Innenpermanentmagnet-Ausgestaltung (IPM-Ausgestaltung) haben, bei der, wie in 28 gezeigt, zum Beispiel ein Permanentmagnet 223a in einer äußeren Umfangsfläche 222b des Rotorkerns 222 eingebettet ist.
Im Beispiel von 28 ist die äußere Umfangsfläche 222b des Rotorkerns 222 in der axialen Richtung betrachtet kreisförmig und radial äußere und innere Seitenflächen der Permanentmagnete 223a, welche die Magnetpole Mn und Ms bilden, sind in der axialen Richtung betrachtet in einer Bogenform um die Mittelachse des Rotorkerns 222 (Achse L der Drehwelle 224) ausgebildet.
Wie in der obigen Ausführungsform ist der in Fig. 28 gezeigte Rotor 221 als ein Rotor mit acht Polen ausgestaltet, bei dem der Nordpol und der Südpol in gleichen Abständen (45°-Abständen) am Umfang entlang abwechselnd an der äußeren Umfangsfläche 222b angeordnet sind. Speziell ist ein Pol, der in der Umfangsrichtung neben dem N-Magnetpol Mn liegt (der Pol, der dem Magnetpol Ms entgegengesetzt ist, wobei der Magnetpol Mn dazwischenliegt), als ein Kernpol Cs ausgestaltet, der von Teil des Rotorkerns 222 gebildet wird. Der Kernpol Cs dient durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 223a des Magnetpols Mn als ein Südpol. Desgleichen ist ein Pol, der in der Umfangsrichtung neben dem S-Magnetpol Ms liegt (der Pol, der dem Magnetpol Mn entgegengesetzt ist, wobei der Magnetpol Ms dazwischenliegt) als ein Kernpol Cn ausgestaltet, der von Teil des Rotorkerns 222 gebildet wird. Der Kernpol Cn dient durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 223a des Magnetpols Ms als ein Nordpol.
Das heißt, Pole an der äußeren Umfangsfläche des Rotors 221 sind im Uhrzeigersinn in der Reihenfolge des N-Magnetpols Mn, des S-Kernpols Cs, des N-Kernpols Cn, des S-Magnetpols Ms, des N-Magnetpols Mn und so weiter angeordnet. Außerdem sind der Magnetpol Mn und der Kernpol Cn, die den Nordpol des Rotors 221 bilden, abwechselnd derart angeordnet, dass Mittenpositionen davon am Umfang entlang in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind. Desgleichen sind der Magnetpol Ms und der Kernpol Cs, die den Südpol des Rotors 221 bilden, ebenfalls derart abwechselnd angeordnet, dass Umfangsmittenpositionen davon in gleichen Winkelabständen (90°-Abständen) angeordnet sind.
Im Rotorkern 222 sind paarige Schlitzlöcher 231 ausgebildet, die sich an der Grenze zwischen den Kernpolen Cn und Cs, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, radial erstrecken. Außerdem sind im Rotorkern 222 auch paarige Schlitzlöcher 232 ausgebildet, die sich an der Grenze zwischen den Magnetpolen Mn und Ms, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, radial erstrecken. Diese Schlitzlöcher 231 und 232 sind am Umfang entlang in gleichen Abständen (90°-Abständen) abwechselnd ausgebildet.
Die Schlitzlöcher 231 und 232 sind hohl und diese Schlitze erstrecken sich daher axial durch den Rotorkern 222 hindurch. Die Schlitzlöcher 231 und 232 sind in der axialen Richtung betrachtet jeweils in einer rechteckigen Form ausgebildet. Das Schlitzloch 231 zwischen den Kernpolen Cn und Cs erstreckt sich in der radialen Richtung von einer Position in der Nähe des Befestigungslochs 222a zu einer Position in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 222b des Rotorkerns 222. Das Schlitzloch 232 zwischen den Magnetpolen Mn und Ms erstreckt sich in der radialen Richtung von einer Position in der Nähe des Befestigungslochs 222a zu einer Position in der Nähe des Permanentmagneten 223a.
Die Schlitzlöcher 231 und 232 sind hohl und daher ist die Reluktanz der Schlitzlöcher 231 und 232 größer als die des aus einem magnetischen Metall hergestellten Rotorkerns 222. Der im Rotorkern 222 fließende magnetische Fluss jedes Permanentmagneten 223a wird daher von jedem der Schlitzlöcher 231 und 232 angemessen zum danebenliegenden Kernpol Cn oder Cs geleitet (siehe in 28 gezeigte gestrichelte Pfeile).
Beim SPM-Rotor 221 gemäß der obigen Ausführungsform liegt der an der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 222 befestigte Permanentmagnet 223 dem Stator 11 direkt gegenüber, und so erhält man ein hohes Drehmoment, der Permanentmagnet 223 wird aber während der Regelung durch Feldschwächung leicht entmagnetisiert. Im Gegensatz dazu sind beim IPM-Rotor 221 die Permanentmagnete 223a, die die Magnetpole Mn und Ms bilden, im Rotorkern 222 eingebettet und es ist daher möglich, die Entmagnetisierung des Permanentmagneten 223 während der Regelung durch Feldschwächung zu verhüten.
Die Schlitzlöcher 231 und 232 (Magneteinstellteile) sind im Rotorkern 222 zu dem Zweck ausgebildet, den im Rotorkern 222 fließenden magnetischen Fluss zu lenken. Eine derartige Ausgestaltung macht es möglich, den Betrag des magnetischen Flusses der Kernpole Cn und Cs, der vom Permanentmagneten 223a magnetisiert wird, der in der Umfangsrichtung neben den Kernpolen Cn und Cs liegt, leicht auf einen gewünschten Wert einzustellen. Infolgedessen können Leistungsabgabeeigenschaften des Motors leicht eingestellt werden. Im Beispiel von 28 kann das Schlitzloch 231 zwischen den Kernpolen Cn und Cs weggelassen werden.
Das heißt, der in 28 gezeigte Rotor 221 enthält die Magnetpole Mn und Ms, die als der erste Pol dienen, und die Kernpole Cn und Cs, die als der zweite Pol dienen.
Der in 29 gezeigte Rotor 221 wird dadurch erhalten, dass die Ausgestaltung von 28 weiter verändert wird und in jedem Schlitzloch 231 zwischen den Kernpolen Cn und Cs ein Hilfsmagnet 233 (Magneteinstellteil) bereitgestellt wird. Jeder Hilfsmagnet 233 ist derart magnetisiert, dass die Oberfläche in der Nähe des Kernmagnetpols Cn in der Umfangsrichtung der Nordpol ist und die Oberfläche nahe des Kernpols Cs in der Umfangsrichtung der Südpol ist. Der Hilfsmagnet 233 kann zum Beispiel ein Neodymmagnet, ein Samariumcobalt-(SmCo)-magnet, ein SmFeN-Magnet, ein Ferritmagnet oder ein AlNiCo-Magnet sein. Außerdem kann der Hilfsmagnet 233 ein Sintermagnet oder ein Verbundmagnet sein.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung fließt nicht nur der magnetische Fluss des Permanentmagneten 223a, sondern auch der magnetische Fluss des Hilfsmagneten 233 in den Kernpolen Cn und Cs, so dass der in den Kernpolen Cn und Cs fließende magnetische Fluss vergrößert wird. Infolgedessen trägt dies zu hohem Drehmoment des Motors bei. In diesem Fall wird vorzugsweise auch die von den Kernpolen Cn und Cs des Rotors 221 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft so eingestellt, dass sie schwächer als die von den Magnetpolen Mn und Ms des Rotors 221 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft ist.
Die Anordnungsposition des Hilfsmagneten 233 ist nicht auf das Schlitzloch 231 zwischen den Kernpolen Cn und Cs beschränkt und der Hilfsmagnet 233 kann, wie in 30 gezeigt, im Schlitzloch 232 zwischen den Magnetpolen Mn und Ms bereitgestellt werden. In diesem Fall ist jeder Hilfsmagnet 233 vorzugsweise derart magnetisiert, dass die Oberfläche in der Nähe des Magnetpols Ms in der Umfangsrichtung der Nordpol ist und die Oberfläche in der Nähe des Magnetpols Mn in der Umfangsrichtung der Südpol ist. Die Ausgestaltung von 30 kann auch den in den Kernpolen Cn und Cs fließenden magnetischen Fluss erhöhen und so zu hohem Drehmoment des Motors beitragen. Der Hilfsmagnet 233 ist in der Ausgestaltung von 30 zwar in einem radial einwärts liegenden Endteil des Schlitzlochs 232 bereitgestellt, die Anordnungsposition des Schlitz-Hilfsmagneten 233 im Schlitzloch 232 ist aber nicht auf die Position in der Ausgestaltung von 30 beschränkt und kann ausgestaltungsgemäß angemessen geändert werden.
Der in 31 gezeigte Rotor 221 wird durch Ändern der Ausgestaltung von 28 erhalten und enthält einen verbindenden Teil 234, durch den innere Enden des Schlitzlochs 231 und des Schlitzlochs 232 miteinander in Verbindung stehen. Gemäß dem Beispiel von 31 sind im Rotorkern 222 paarige Stützen 222d, die einen Mittelteil 222c mit dem Befestigungsloch 222a stützen, an der Grenze zwischen den Kernpolen Cn und Cs ausgebildet, um das Schlitzloch 231 zu unterteilen. Der verbindenden Teil 234 dient als die Reluktanz zwischen den nebeneinanderliegenden Kernpolen Cn und Cs und zwischen den nebeneinanderliegenden Mn und Ms an radial einwärts liegenden Endteilen der Schlitzlöcher 231 und 232. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung kann der verbindende Teil 234 Kurzschluss des magnetischen Flusses reduzieren, der zwischen den die Magnetpole Mn und Ms bildenden Permanentmagneten 223a erzeugt werden kann, so dass der in den Kernpolen Cn und Cs fließende magnetische Fluss erhöht wird. Infolgedessen trägt dies höheres Drehmoment des Motors bei.
Der in 32 gezeigte Rotor 221 wird durch Ändern der Ausgestaltung von 31 erhalten und im Rotorkern 222 sind an der Grenze zwischen den Magnetpolen Mn und Ms zum Unterteilen des Schlitzlochs 232 paarige Stützen 222e, die den Mittelteil 222c stützen, ausgebildet. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der Mittelteil 222c des Rotorkerns 222 von den Stützen 222d und 222e stabil gestützt werden. Im Beispiel von 32 kann die Stütze 222d weggelassen werden.
Der in 33 gezeigte Rotor 221 wird durch Ändern der Ausgestaltung von 32 erhalten und in jedem verbindenden Teil 234 ist ein Hilfsmagnet 235 (Magneteinstellteil) bereitgestellt. Der Hilfsmagnet 235, der in dem sich über den N-Kernpol Cn und den S-Magnetpol Ms erstreckenden verbindenden Teil 234 bereitgestellt ist, ist derart magnetisiert, dass die radiale Außenfläche der Nordpol ist. Der Hilfsmagnet 235, der in dem sich über den S-Kernpol Cs und den N-Magnetpol Mn erstreckenden verbindenden Teil 234 bereitgestellt ist, ist derart magnetisiert, dass die radiale Außenfläche der Südpol ist. Ein Endteil jedes Hilfsmagneten 235 (dem Schlitzloch 231 entgegengesetztes Endteil) ist an die Position, die der Grenze zwischen dem Kernpol Cn und dem Magnetpol Ms oder zwischen dem Kernpol Cs und dem Magnetpol Mn entspricht, gesetzt. Bei der Ausgestaltung von 33 kann der in den Kernpolen Cn und Cs fließende magnetische Fluss erhöht werden. Infolgedessen trägt dies hohes Drehmoment des Motors bei. In der Ausgestaltung von 33 ist der Hilfsmagnet 235 zwar an einer Position des verbindenden Teils 234 in der Nähe der Kernpole Cn und Cs bereitgestellt, die Anordnungsposition des Hilfsmagneten 235 im verbindenden Teil 234 ist aber nicht auf die Position in der Ausgestaltung von 33 beschränkt und kann ausgestaltungsgemäß angemessen geändert werden.
In der obigen Ausführungsform hat der Rotor 221 zwar 8 Pole und die Anzahl der Wicklungen 13 des Stators 11 beträgt 12 (d.h. ein Motor mit acht Polen und zwölf Spalten), die Anzahl der Pole des Rotors 221 und die Anzahl der Wicklungen 13 können aber ausgestaltungsgemäß angemessen geändert werden. Zum Beispiel können die Anzahl der Pole des Rotors 221 und die Anzahl der Wicklungen 13 angemessen geändert werden, so dass die Beziehung zwischen der Anzahl der Pole des Rotors 221 und der Anzahl der Wicklungen 13 von 2n:3n repräsentiert wird (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr).
Im Fall einer Ausgestaltung mit sechs Polen und neun Spalten oder einer Ausgestaltung mit zehn Polen und fünfzehn Spalten (in einem Fall, in dem der größte gemeinsame Nenner n der Anzahl der Pole des Rotors 221 und der Anzahl der Wicklungen 13 eine ungerade Zahl ist) ist die Anzahl der Polpaare des Rotors 221 eine ungerade Zahl, d.h. die Anzahl der Nordpole und die Anzahl der Südpole ist eine ungerade Zahl. Folglich ist die Anzahl der Magnetpole Mn nicht gleich der Anzahl der auskragenden Pole Pn, so dass möglicherweise eine magnetisch unausgeglichene Ausgestaltung erhalten wird. Im Gegensatz dazu ist, wenn der größte gemeinsame Nenner n der Anzahl der Pole des Rotors 221 und der Anzahl der Wicklungen 13 eine gerade Zahl ist, wie in der obigen Ausführungsform, die Anzahl der Magnetpole Mn gleich der Anzahl der vorkragenden Pole Pn, so dass eine magnetisch ausgeglichene Ausgestaltung erhalten wird.
Die Beziehung zwischen der Anzahl der Pole des Rotors 221 und der Anzahl der Wicklungen 13 braucht nicht 2n:3n zu sein (n ist eine Ganzzahl von 2 oder mehr) und es kann zum Beispiel eine Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten oder eine Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten eingesetzt werden.
34 zeigt ein Beispiel für einen Motor 230, der ein Motor mit zehn Polen und zwölf Spalten ist. Im Beispiel von 34 sind die gleichen Ausgestaltungen wie in der obigen Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen und nur verschiedene Teile werden ausführlich beschrieben.
Bei dem in 34 gezeigten Motor 230 sind zwölf Wicklungen 13 des Stators 11 gemäß zuzuführenden dreiphasigen Antriebsströmen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) eingestuft. In 34 werden U1, U2 mit Überstrich, V1 mit Überstrich, V2, W1, W2 mit Überstrich, U1 mit Überstrich, U2, V1, V2 mit Überstrich, W1 mit Überstrich und W2 in dieser Reihenfolge entgegen dem Uhrzeigersinn gezeigt. Die U-Phasen-Wicklungen U1 und U2, die V-Phasen-Wicklungen V1 und V2 und die W-Phasen-Wicklungen W1 und W2 sind normal gewickelt, während die U-Phasen-Wicklungen U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich, die V-Phasen-Wicklungen V1 mit Überstrich und V2 mit Überstrich und die W-Phasen-Wicklungen W1 mit Überstrich und W2 mit Überstrich in umgekehrter Richtung gewickelt sind. Die U-Phasen-Wicklung U1 liegt der U-Phasen-Wicklung U1 mit Überstrich im Winkel von 180° gegenüber. Desgleichen liegt auch die U-Phasen-Wicklung U2 der U-Phasen-Wicklung U2 mit Überstrich im Winkel von 180° gegenüber. Das Gleiche gilt für andere Phasen (V-Phase und W-Phase).
Die U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich sind in Reihe geschaltet. Desgleichen sind die V-Phasen-Wicklungen V1, V2, V1 mit Überstrich und V2 mit Überstrich ebenfalls in Reihe geschaltet und die W-Phasen-Wicklungen W1, W2, W1 mit Überstrich und W2 mit Überstrich sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Ein U-Phasen-Antriebsstrom wird den U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich zugeführt. Die umgekehrt gewickelten U-Phasen-Wicklungen U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich werden immer mit der gegenüber den normal gewickelten U-Phasen-Wicklungen U1 und U2 umgekehrten Polarität (der entgegengesetzten Phase) erregt, diese U-Phasen-Wicklungen werden aber mit der gleichen Zeitsteuerung erregt. Das Gleiche gilt für andere Phasen (V-Phase und W-Phase).
Der Rotor 221 des Motors 230 ist ein Motor mit zehn Polen, bei dem abwechselnd ein Nordpol und ein Südpol in am Umfang entlang gleichen Abständen (36°-Abständen) angeordnet sind, und enthält drei Magnetpole Mn, zwei Magnetpole Ms, zwei vorkragende Pole Pn und drei vorkragende Pole Ps. Speziell sind die Pole des Rotors 221 derart angeordnet, dass der S-Magnetpol Ms, der N-Magnetpol Mn, der vorkragende Südpol Ps, der N-Magnetpol Mn, der S-Magnetpol Ms, der vorkragende Nordpol Pn, der vorkragende Südpol Ps, der N-Magnetpol Mn, der vorkragende Südpol Ps und der vorkragende Nordpol Pn in dieser Reihenfolge im Uhrzeigersinn angeordnet sind. Das heißt, der vorkragende Südpol Ps ist so angeordnet, dass er dem N-Magnetpol Mn in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist (sie einander im Winkel von 180° gegenüberliegen), und der vorkragende Nordpol Pn ist so angeordnet, dass er dem S-Magnetpol Ms in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist (sie einander im Winkel von 180° gegenüberliegen). Außerdem ist das Schlitzloch 227, das dem, das der obigen Ausführungsform gemäß ist, ähnlich ist, im Rotorkern 222 an einer Position, die der Grenze zwischen den Magnetpolen Mn und Ms entspricht, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, und an einer Position, die den vorkragenden Polen Pn und Ps entspricht, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, ausgebildet.
Die Anzahl der Magnetpole Mn und Ms und die Anzahl der vorkragenden Pole Pn und Ps sind nicht auf die Zahlen in dem in 34 gezeigten Beispiel des Rotors mit zehn Polen beschränkt. Ein Rotor kann zum Beispiel zwei Magnetpole Mn, drei Magnetpole Ms, drei vorkragende Pole Pn und zwei vorkragende Pole Ps enthalten. Außerdem kann das in 23 oder 24 gezeigte Schlitzloch 227 zu dem Rotor 221 von 34 hinzugefügt werden. Alternativ kann die Ausgestaltung des Einfügens des Hilfsmagneten 228 in das Schlitzloch 227a, in 25 oder 26 gezeigt, zu dem Rotor 221 von 34 hinzugefügt werden.
Gemäß der obigen Ausgestaltung liegt zum Beispiel, wenn der S-Magnetpol Ms während der Drehung des Rotors 221 der U-Phasen-Wicklung U1 radial gegenüberliegt, der vorkragende Nordpol Pn, der dem S-Magnetpol Ms in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, der U-Phasen-Wicklung U1 mit Überstrich radial gegenüber (siehe 34). Das heißt, bei Polen mit verschiedenen Polaritäten, die den Wicklungen 13 gegenüberliegen (zum Beispiel U-Phasen-Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich), die mit entgegengesetzten Phasen (bei gleicher Zeitsteuerung) erregt werden, wird ein derartiger Pol vom Magnetpol Ms (Magnetpol Mn) gebildet und der andere wird vom vorkragenden Pol Pn (vorkragenden Pol Ps) gebildet. So ist es möglich, die kombinierte induzierte Spannung an den Wicklungen 13 mit den entgegengesetzten Phasen durch die Pole des Rotors 221 (zum Beispiel die kombinierte induzierte Spannung von U-Phasen-Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich) zu reduzieren und dabei eine Drehmomentverringerung zu verhüten. Infolgedessen kann die Drehung des Motors 230 mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden.
Die Anordnung der Pole des Rotors 221 ist nicht speziell auf das Beispiel von 34 beschränkt und kann angemessen geändert werden, solange der vorkragende Pol Ps so angeordnet wird, dass er dem Magnetpol Mn in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, und der vorkragende Pol Pn so angeordnet wird, dass er dem Magnetpol Ms in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist.
Im Stator 11 brauchen nicht alle U-Phasen-Wicklungen U1, U2, U1 mit Überstrich und U2 mit Überstrich in Reihe geschaltet zu sein und die Wicklungen U1 und U1 mit Überstrich können ein in Reihe geschaltetes Paar bilden und die Wicklungen U2 und U2 mit Überstrich können ein in Reihe geschaltetes Paar bilden. Eine derartige Modifikation kann auch in der V-Phase und der W-Phase vorgenommen werden.
34 zeigt zwar eine Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten, die vorliegende Erfindung kann aber auch auf eine Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten angewendet werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf Ausgestaltungen angewendet werden, bei denen die Anzahl der Pole des Rotors und die Anzahl der Spalten in der Ausgestaltung mit zehn Polen und zwölf Spalten (oder in einer Ausgestaltung mit vierzehn Polen und zwölf Spalten) gleich multipliziert werden. 34 zeigt zwar einen Rotor, bei dem der Vorsprung 226 gemäß der Anzahl der Pole in mehrere Teile unterteilt ist, die vorliegende Erfindung kann aber auch auf einen Rotor angewendet werden, bei dem der Vorsprung 226 nicht unterteilt ist, wie in 22 gezeigt.
In der obigen Ausführungsform kann im Rotorkern 222 zum Zweck des Lenkens des magnetischen Flusses der Magnetpole Mn und Ms zu einer Umfangsmitte CL des vorkragenden Pols Pn, Ps (Vorsprung 226) (Umfangsmitte des Vorsprungs 226) eine Führung für den magnetischen Fluss (Magneteinstellteil) ausgebildet sein.
Zum Beispiel ist bei der Ausgestaltung von 35 eine Führungsaussparung 226a für den magnetischen Fluss, die als die Führung für den magnetischen Fluss dient, an einer radialen Außenfläche von jedem der vorkragenden Pole Pn und Ps ausgespart ausgebildet. Spezieller ist die Führungsaussparung 226a für den magnetischen Fluss an einem Endteil der radialen Außenfläche von jedem der vorkragenden Pole Pn (Vorsprung 226) in der Nähe des Magnetpols Ms, der neben dem vorkragenden Pol Pn liegt, ausgebildet. Desgleichen ist die Führungsaussparung 226a für den magnetischen Fluss an einem Endteil der radialen Außenfläche von jedem vorkragenden Pol Ps (Vorsprung 226) in der Nähe des Magnetpols Mn, der neben dem vorkragenden Pol Ps liegt, ausgebildet. Im Beispiel von 35 ist die Breite jeder Führungsaussparung 226a für den magnetischen Fluss so festgelegt, dass sie etwa ein Viertel der Umfangsbreite des Vorsprungs 226 beträgt. Die Umfangsmitte CL des Vorsprungs 226 und die Umfangsmitte des Permanentmagneten 223 sind in am Umfang entlang gleichen Abständen (45°-Abständen) angeordnet.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird zum Beispiel magnetischer Fluss φa, der vom Magnetpol Ms (Permanentmagnet 223) durch den Rotorkern 222 in den vorkragenden Pol Pn, der neben dem Magnetpol Ms liegt, fließt, durch die Führungsaussparung 226a für den magnetischen Fluss zur Umfangsmitte CL des vorkragenden Pols Pn (Vorsprung 226) gelenkt. Die Polumfangsmitten (Positionen der Spitzen der magnetischen Flussdichte) der Pole des Rotors 221 (d.h. der Magnetpole Mn und Ms und der vorkragenden Pole Pn und Ps) sind daher in am Umfang entlang gleichen Abständen (im Beispiel von 35 45°-Abständen) gesetzt und dies trägt zu hohem Drehmoment bei.
Die Führung für den magnetischen Fluss (Führungsaussparung 226a für den magnetischen Fluss) ist zwar im Beispiel von 35 an der radialen Außenfläche des vorkragenden Pols Pn, Ps ausgebildet, die Position der Führung für den magnetischen Fluss ist aber nicht darauf beschränkt und es kann beispielsweise eine in den vorkragenden Polen Pn und Ps am Rotorkern 222 ausgebildete Öffnung (Zwischenraum) als die Führung für den magnetischen Fluss dienen.
Die vorliegende Erfindung ist zwar in 35 auf eine Außenpermanentmagnet-Ausgestaltung (SPM-Ausgestaltung) angewendet, die vorliegende Erfindung kann aber auch auf eine Innenpermanentmagnet-Ausgestaltung (IPM-Ausgestaltung) angewendet werden.
36 zeigt ein Beispiel für den Rotor 221, das die IPM-Ausgestaltung einsetzt. Bei dem Rotor 221 von 36 ist die Anordnung der Pole (Umfangsposition von jedem der Magnetpole Mn und Ms und der Kernpole Cn und Cs) im Wesentlichen gleich der der IPM-Ausgestaltung (siehe z.B. die Ausgestaltung von 28). Das heißt, die Pole des Rotors 221 sind im Uhrzeigersinn in der Reihenfolge des N-Magnetpols Mn, des S-Kernpols Cs, des N-Kernpols Cn, des S-Magnetpols Ms, des N-Magnetpols Mn und so weiter angeordnet.
Bei der in 36 gezeigten Ausgestaltung enthält jeder der Magnetpole Mn und Ms paarige Permanentmagneten 241, die im Rotorkern 222 eingebettet sind. Bei jedem der Magnetpole Mn und Ms sind die paarigen Permanentmagnete 241 im Wesentlichen in einer V-Form angeordnet, die in der axialen Richtung betrachtet zur äußeren Umfangsseite aufgespreizt ist, und sind so angeordnet, dass sie in Bezug auf eine Polmittellinie (siehe eine Linie L1 in 36) in der Umfangsrichtung zueinander liniensymmetrisch sind. Jeder Permanentmagnet 241 ist in einer rechteckigen Parallelepipedform ausgebildet. Die paarigen Permanentmagnete 241 in jedem der Magnetpole Mn und Ms sind so angeordnet, dass sie im Winkelbereich (in diesem Beispiel ein Bereich von 45°) aufgenommen sind, der durch gleiches Unterteilen des Rotors 221 in der Umfangsrichtung durch die Anzahl der Pole (Gesamtzahl der Magnetpole Mn und Ms und der Kernpole Cn und Cs) erhalten wird.
In 36 zeigen durchgezogene Pfeile die Magnetisierungsrichtung jedes Permanentmagneten 241 im N-Magnetpol Mn und im S-Magnetpol Ms an und das distale Ende jedes durchgezogenen Pfeils zeigt den Nordpol an, während das proximale Ende jedes durchgezogenen Pfeils den Südpol anzeigt. Wie von diesen Pfeilen gezeigt wird, sind die Permanentmagnete 241 im N-Magnetpol Mn derart magnetisiert, dass der Nordpol an den entgegengesetzten Oberflächen (Oberflächen an der Seite der Polmittellinie) erscheint, so dass die äußere Umfangsfläche des N-Magnetpols Mn der Nordpol ist. Die Permanentmagnete 241 im S-Magnetpol Ms sind derart magnetisiert, dass der Südpol an den entgegengesetzten Oberflächen (Oberflächen an der Seite der Polmittellinie) erscheint, so dass die äußere Umfangsfläche des S-Magnetpols Ms der Südpol ist.
Im Rotorkern 222 sind paarige Schlitzlöcher 231 ausgebildet, die sich an der Grenze zwischen den Kernpolen Cn und Cs, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, radial erstrecken. Jedes Schlitzloch 231 erstreckt sich in der radialen Richtung von einer Position in der Nähe des Befestigungslochs 222a zu einer Position in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 222b des Rotorkerns 222.
Der Rotorkern 222 enthält an Positionen der Magnetpole Mn und Ms, die umfangsbezogen einwärts der paarigen Permanentmagnete 241 sind, Reluktanzlöcher 242 (Magneteinstellteile). Jedes Reluktanzloch 242 ist eine rechteckige Öffnung, die in der axialen Richtung betrachtet radial lang ist, und ist an der Umfangsmittenposition jedes Magnetpols Mn, Ms angeordnet. Das heißt, in dieser Ausführungsform sind die Mitten der Reluktanzlöcher 242 der Magnetpole Mn und Ms, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, so festgelegt, dass sie im Winkel von 45° voneinander beabstandet sind.
Die Schlitzlöcher 231 und die Reluktanzlöcher 242 erstrecken sich in der axialen Richtung durch den Rotorkern 222. Außerdem sind die Schlitzlöcher 231 und die Reluktanzlöcher 242 hohl. Jedes Reluktanzloch 242 verhütet einen Kurzschluss des magnetischen Flusses zwischen den Magnetpolen Mn und Ms, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, und jedes Schlitzloch 231 verhütet einen Kurzschluss des magnetischen Flusses der Magnetpole Mn und Ms durch die Kernpole Cn und Cs. Das heißt, die Schlitzlöcher 231 und die Reluktanzlöcher 242 machen es möglich, dass der im Rotorkern 222 fließende magnetische Fluss der Magnetpole Mn und Ms angemessen zu den Kernpolen Cn und Cs gelenkt wird, die neben den Magnetpolen Ms bzw. Mn liegen.
An der inneren Umfangsseite und der äußeren Umfangsseite jedes Permanentmagneten 241 ist ein Spalt K3 bzw. K4 ausgebildet. Die Spalten K3 und K4 sind Teil einer Magnetaufnahme 244, die im Rotorkern 222 ausgebildet ist und jeden Permanentmagneten 241 aufnimmt. Die innere Umfangsfläche jedes Permanentmagneten 241 ist dem Spalt K3 zugekehrt und die innere Umfangsfläche jedes Permanentmagneten 241 ist dem Spalt K4 zugekehrt. Das heißt, dass der Spalt K3 zwischen dem Permanentmagneten 241 und einem radial inneren Endteil der Magnetaufnahme 244 ausgebildet ist, wohingegen der Spalt K4 zwischen dem Permanentmagneten 241 und einem radial äußeren Endteil der Magnetaufnahme 244 ausgebildet ist.
Die Reluktanz der Spalten K3 und K4 kann einen Kurzschluss des magnetischen Flusses jedes Permanentmagneten 241 (einen Kurzschluss des magnetischen Flusses jedes Permanentmagneten 241 zwischen Nordpol und Südpol durch den Rotorkern 222) verhüten. Das heißt, der magnetische Fluss der Magnetpole Mn und Ms wird von den Spalten K3 und K4 angemessen zu den Kernpolen Cn und Cs gelenkt, die neben den Magnetpolen Mn und Ms liegen, und dies trägt zu hohem Drehmoment bei.
Der Rotorkern 222 gemäß diesem Beispiel enthält ein Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss (Führung für den magnetischen Fluss) zum Lenken des magnetischen Flusses der Magnetpole Mn und Ms zur Umfangsmitte CL der Kernpole Cn und Cs. Jedes Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss ist an einer Position von jedem der Kernpole Cn und Cs in der Nähe der Magnetpole Mn und Ms bereitgestellt, die neben den Kernpolen Cn und Cs liegt. Spezieller steht das Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss in jedem der Kernpole Cn und Cs mit der Magnetaufnahme 244 (der Magnetaufnahme 244a in 36) in Verbindung, in welcher der Permanentmagnet 241 in der Nähe der Führung 243 für den magnetischen Fluss aufgenommen ist, und ist so ausgebildet, dass es sich in der Umfangsrichtung von der Magnetaufnahme 244a zu den Kernpolen Cn und Cs erstreckt. Außerdem ist jedes Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss an einer Position ausgebildet, die dem radial äußeren Endteil des Permanentmagneten 241 in der Nähe des Führungslochs 243 für den magnetischen Fluss entspricht. Die radiale Breite jedes Führungslochs 243 für den magnetischen Fluss ist so festgelegt, dass sie in der axialen Richtung betrachtet kleiner oder gleich einem Viertel der Länge der langen Seite des Permanentmagneten 241 ist.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung wird zum Beispiel ein magnetischer Fluss φa, der vom Magnetpol Ms durch den Rotorkern 222 in den neben dem Magnetpol Ms liegenden Kernpol Cn fließt, durch das Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss zur Umfangsmitte CL des Kernpols Cn gelenkt. Die Polumfangsmitten (Positionen der Spitzen der magnetischen Flussdichte) der Pole des Rotors 221 (d.h. der Magnetpole Mn und Ms und der Kernpole Cn und Cs) sind daher in am Umfang entlang gleichen Abständen (im Beispiel von 36 45°-Abständen) gesetzt und dies trägt zu hohem Drehmoment bei.
Gemäß der Ausgestaltung der Magnetpole Mn und Ms dieses Beispiels (Anordnung der Permanentmagnete 241) kann das Volumen des Rotorkerns an der äußeren Umfangsseite des Permanentmagneten 241 (Volumen des äußeren Kernteils 22g am Umfang) vergrößert werden und das Reluktanzdrehmoment kann ebenfalls vergrößert werden. Infolgedessen trägt dies zu einem höheren Drehmoment bei.
Gemäß diesem Beispiel verhütet das Reluktanzloch 242 einen Kurzschluss des magnetischen Flusses zwischen dem N-Magnetpol Mn und dem S-Magnetpol Ms, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen. So kann eine Verringerung des Betrags des magnetischen Flusses von jedem Magnetpol Mn, Ms zu den danebenliegenden Kernpolen Cn und Cs verhütet werden, wodurch zu hohem Drehmoment beigetragen wird. Außerdem ist das Reluktanzloch 242 in den Magnetpolen Mn und Ms dort bereitgestellt, wo die paarigen Permanentmagnete 241 in einer V-Form angeordnet sind, um sich radial einwärts von dem Permanentmagneten 241 zu befinden. Das Reluktanzloch 242 kann daher einen Kurzschluss des magnetischen Flusses zwischen den Magnetpolen Mn und Ms mit verschiedener Polarität, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, angemessen verhüten.
Die Kernpole Cn und Cs, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, sind in diesem Beispiel zwar an Endteilen in der radialen Richtung des Schlitzlochs 231 verbunden, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Die Kernpole Cn und Cs können so ausgestaltet werden, dass sie an einem von dem radial inneren Endteil und dem radial äußeren Endteil des Schlitzlochs 231 miteinander verbunden sind. Im Beispiel von 36 kann sich jedes Reluktanzloch 242 radial einwärts zur inneren Umfangsfläche des Rotorkerns 222 (Befestigungsloch 222a) hin erstrecken.
Die in 36 gezeigte Ausgestaltung kann wie folgt modifiziert werden. Den in 37 gezeigten Rotor 221 erhält man durch Anordnen eines Hilfsmagneten 251 (Magneteinstellteil) in jedem Schlitzloch 231 und durch Anordnen eines Hilfsmagneten 252 (Magneteinstellteil) in jedem Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss in der Ausgestaltung von 36. Jeder Hilfsmagnet 251 wird an einer radial inneren Position in jedem Schlitzloch 231 bereitgestellt. Die radiale Länge des Hilfsmagneten 251 wird so festgelegt, dass sie kleiner oder gleich einer Hälfte der radialen Länge des Schlitzlochs 231 ist.
In 37 zeigen durchgezogene Pfeile die Magnetisierungsrichtung von jedem der Permanentmagnete 241 und der Hilfsmagnete 251 und 252 an und das distale Ende jedes durchgezogenen Pfeils zeigt den Nordpol an, während das proximale Ende jedes durchgezogenen Pfeils den Südpol anzeigt. Wie von diesen Pfeilen gezeigt wird, ist jeder Hilfsmagnet 251 derart magnetisiert, dass in der Umfangsrichtung die Oberfläche in der Nähe des Kernpols Cn der Nordpol ist und die Oberfläche in der Nähe des Kernpols Cs der Südpol ist. Außerdem ist der Hilfsmagnet 252 im Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss des N-Magnetpols Mn derart magnetisiert, dass die radial äußere Oberfläche der Nordpol ist, und der Hilfsmagnet 252 im Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss des S-Magnetpols Ms ist derart magnetisiert, dass die radial äußere Oberfläche der Südpol ist. Jeder der Hilfsmagnete 251 und 252 kann zum Beispiel ein Neodymmagnet, ein Samariumcobalt-(SmCo)-magnet, ein SmFeN-Magnet, ein Ferritmagnet oder ein AlNiCo-Magnet sein. Außerdem kann jeder der Hilfsmagnete 251 und 252 ein Sintermagnet oder ein Verbundmagnet sein.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung fließt nicht nur der magnetische Fluss der neben den Kernpolen Cn und Cs liegenden Magnetpole Mn und Ms, sondern auch der magnetische Fluss des Hilfsmagneten 251, 252 in den Kernpolen Cn und Cs und der in den Kernpolen Cn und Cs fließende magnetische Fluss wird dadurch vergrößert. Infolgedessen trägt dies zu hohem Drehmoment des Motors bei. In diesem Fall ist auch die von den Kernpolen Cn und Cs des Rotors 221 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft vorzugsweise so eingestellt, dass sie schwächer ist als die von den Magnetpolen Mn und Ms des Rotors 221 an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft.
Zwar ist der Hilfsmagnet 251 im Beispiel von 37 im Schlitzloch 231 angeordnet und der Hilfsmagnet 252 ist im Führungsloch 243 für den magnetischen Fluss angeordnet, einer der Hilfsmagnete 251 und 252 kann aber wegfallen.
Der Permanentmagnet 223 ist in der obigen Ausführungsform zwar ein Sintermagnet, der Permanentmagnet 223 kann aber zum Beispiel ein Verbundmagnet sein.
Die vorliegende Erfindung ist zwar in der obigen Ausführungsform im Motor 210 mit innenliegendem Rotor ausgeführt, bei dem der Rotor 221 an der inneren Umfangsseite des Stators 11 angeordnet ist, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in einem Motor mit außenliegendem Rotor ausgeführt werden, bei dem ein Rotor an der äußeren Umfangsseite eines Stators angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung ist zwar in der obigen Ausführungsform im Radialspaltmotor 210 ausgeführt, bei dem der Stator 11 dem Rotor 221 radial gegenüberliegt, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf einen Axialspaltmotor angewendet werden, bei dem ein Stator einem Rotor axial gegenüberliegt.
Die obige Ausführungsform und die Modifikationen können angemessen kombiniert werden.
Im Folgenden wird nun eine vierte Ausführungsform eines Motors beschrieben.
Wie in 38A gezeigt, ist ein Motor 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein bürstenloser Motor ausgestaltet, bei dem ein Rotor 321 im Inneren eines ringförmigen Stators 11 angeordnet ist. Die Ausgestaltung des Stators 11 ist mit der des Stators 11 gemäß der ersten Ausführungsform identisch und ausführliche Beschreibungen davon werden daher weggelassen. Die Ausgestaltung der Wicklungen 13 des Stators 11 ist auch mit der der Wicklungen 13 gemäß der ersten Ausführungsform identisch.
Aufbau des Rotors
Wie in 38B gezeigt, hat der Rotor 321 eine Innenpermanentmagnet-Ausgestaltung (IPM-Ausgestaltung), bei der ein einen Pol bildender Permanentmagnet 322 in einem Rotorkern 323 eingebettet ist. Der Rotorkern 323 ist durch axiales Stapeln mehrerer Kernbleche, die aus einem scheibenförmigen magnetischen Metall hergestellt sind, in einer zylindrischen Form ausgebildet und in der Mitte des Rotorkerns 323 ist ein Befestigungsloch 323a ausgebildet, in das bzw. dem eine Drehwelle 324 eingesetzt und befestigt ist.
Der Rotor 321 ist als ein Rotor mit acht Polen ausgestaltet, bei dem ein Nordpol und ein Südpol abwechselnd an einer äußeren Umfangsfläche 323b des Rotorkerns 323 angeordnet sind. Speziell enthält der Rotor 321 ein Paar N-Magnetpole Mn, ein Paar S-Magnetpole Ms, ein Paar N-Kernpole Cn und ein Paar S-Kernpole Cs. Jeder der Magnetpole Mn und Ms ist ein Pol, der einen Permanentmagneten 322 verwendet, und jeder der Kernpole Cn und Cs ist ein Pol, der Teil des Rotorkerns 323 verwendet.
Der N-Magnetpol Mn und der S-Magnetpol Ms enthalten jeweils paarige Permanentmagnete 322, die im Rotorkern 323 eingebettet sind. In jedem der Magnetpole Mn und Ms sind die paarigen Permanentmagnete 322 im Wesentlichen in einer V-Form angeordnet, die in der axialen Richtung betrachtet zur äußeren Umfangsseite aufgespreizt ist, und sind so angeordnet, dass sie in Bezug auf eine Polmittellinie (siehe eine Linie L1 in 38B) in der Umfangsrichtung zueinander liniensymmetrisch sind. Jeder Permanentmagnet 322 ist in einer rechteckigen Parallelepipedform ausgebildet. Die paarigen Permanentmagnete 322 in jedem der Magnetpole Mn und Ms sind so angeordnet, dass sie in dem Winkelbereich (in der vorliegenden Ausführungsform ein Bereich von 45°) aufgenommen sind, der durch gleiches Teilen des Rotors 321 in der Umfangsrichtung durch die Anzahl der Pole (Gesamtzahl der Magnetpole Mn und Ms und der Kernpole Cn und Cs; in der vorliegenden Ausführungsform 8) erhalten wird. Jeder Permanentmagnet 322 ist zum Beispiel ein anisotroper Sintermagnet und ist zum Beispiel aus einem Neodymmagneten, einem Samariumcobalt-(SmCo)-magneten, einem SmFeN-Magneten, einem Ferritmagneten oder einem AlNiCo-Magneten hergestellt.
In 38B zeigen durchgezogene Pfeile die Magnetisierungsrichtung jedes Permanentmagneten 322 im N-Magnetpol Mn und im S-Magnetpol Ms an und das distale Ende jedes durchgezogenen Pfeils zeigt den Nordpol an, während das proximale Ende jedes durchgezogenen Pfeils den Südpol anzeigt. Wie von diesen Pfeilen gezeigt wird, sind die Permanentmagnete 322 im N-Magnetpol Mn derart magnetisiert, dass der Nordpol an den entgegengesetzten Oberflächen (Oberflächen an der Seite der Polmittellinie) erscheint, so dass die äußere Umfangsfläche des N-Magnetpols Mn der Nordpol ist. Die Permanentmagnete 322 im S-Magnetpol Ms sind derart magnetisiert, dass der Südpol an den entgegengesetzten Oberflächen (Oberflächen an der Seite der Polmittellinie) erscheint, so dass die äußere Umfangsfläche des S-Magnetpols Ms der Südpol ist.
Der N-Magnetpol Mn und der S-Magnetpol Ms sind so angeordnet, dass sie derart nebeneinanderliegen, dass ihre Umfangsmittenpositionen (Polmitten) im Winkel von 45° voneinander beabstandet sind. Ein Paar aus dem N-Magnetpol Mn und dem S-Magnetpol Ms, die so angeordnet sind, dass sie nebeneinanderliegen, wird als ein Magnetpolpaar P bezeichnet. Im Rotor 321 gemäß der vorliegenden Ausführungsform liegen zwei Magnetpolpaare P einander im Winkel von 180° in Umfangsrichtung gegenüber. Spezieller liegt der N-Magnetpol Mn von einem Magnetpolpaar P dem N-Magnetpol Mn des anderen Magnetpolpaares P im Winkel von 180° gegenüber. Desgleichen liegt der S-Magnetpol Ms von einem Magnetpolpaar P dem S-Magnetpol Ms des anderen Magnetpolpaares P im Winkel von 180° gegenüber. Das heißt, die Magnetpole Mn und Ms (Permanentmagnete 322) sind so angeordnet, dass sie in Bezug auf eine Achse L des Rotors 321 (Achse der Drehwelle 324) punktsymmetrisch sind.
Ein offener Winkel θm (Besetzungswinkel) von jedem der Magnetpole Mn und Ms um die Achse L ist so festgelegt, dass er ein Winkel ist, der durch gleiches Teilen des Rotors 321 in Umfangsrichtung durch die Anzahl der Pole (in der vorliegenden Ausführungsform 45°) erhalten wird. Das heißt, der offene Winkel von jedem der Magnetpolpaare P, die von den in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden Magnetpolen Mn und Ms gebildet werden, beträgt daher etwa 90°.
In der Umfangsrichtung des Rotorkerns 323 beträgt der Besetzungswinkel eines Paares der Magnetpolpaare P etwa 180° und der übrige Winkelbereich ist ein Teil, der keinen Magneten beinhaltet (magnetloser Pol 325). Das heißt, im Rotorkern 323 sind abwechselnd ein Paar der Magnetpolpaare P und ein Paar der magnetlosen Pole 325 in der Umfangsrichtung im Winkel von etwa 90° angeordnet.
Jeder magnetlose Pol 325 enthält paarige Schlitze 326a und 326b, die als Reluktanzteil dienen. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich jeder der Schlitze 326a und 326b in der radialen Richtung von einer Position in der Nähe des Befestigungslochs 323a des Rotorkerns 323 zu einer Position in der Nähe der äußeren Umfangsfläche 323b des Rotorkerns 323. Jeder der Schlitze 326a und 326b ist eine Öffnung, die in der axialen Richtung durch den Rotorkern 323 verläuft.
In jedem magnetlosen Pol 325 sind die paarigen Schlitze 326a und 326b so ausgebildet, dass sie mit Bezug auf die Umfangsmittenlinie L2 des magnetlosen Pols 325 zueinander liniensymmetrisch sind. Ein Schlitz in der Nähe des N-Magnetpols Mn mit Bezug auf die Umfangsmittenlinie L2 ist der Schlitz 326a und ein Schlitz in der Nähe des S-Magnetpols Ms mit Bezug auf die Umfangsmittenlinie L2 ist ein Schlitz 326b. In der vorliegenden Ausführungsform ist der von der Umfangsmittenlinie L2 und dem Schlitz 326a, 326b in der Umfangsrichtung des Rotors 321 gebildete Winkel auf etwa 25° festgelegt. Das heißt, dass in jedem magnetlosen Pol 325 der von den paarigen Schlitzen 326a und 326b gebildete umfangsbezogene Winkel auf etwa 50° festgelegt ist. Der von den paarigen Schlitzen 326a und 326b im magnetlosen Pol 325 gebildete Winkel ist vorzugsweise so festgelegt, dass er größer oder gleich einer Hälfte des offenen Winkels des magnetlosen Pols 325 ist (etwa 90° in der vorliegenden Ausführungsform). Der von der Umfangsmittenlinie L2 des magnetlosen Pols 325 und einer Umfangsmittenlinie L3 des Magnetpolpaars P (der Grenze zwischen den nebeneinanderliegenden Magnetpolen Mn und Ms) gebildete Winkel beträgt 90°.
Der Rotorkern 323 enthält an Positionen der Magnetpole Mn und Ms, die umfangsbezogen einwärts der paarigen Permanentmagnete 322 liegen, ein Reluktanzloch 327. Jedes Reluktanzloch 327 ist eine rechteckige Öffnung, die in axialer Richtung betrachtet radial lang ist, und ist an der Umfangsmittenposition jedes Magnetpols Mn, Ms angeordnet. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform sind die Mitten der Reluktanzlöcher 327 der Magnetpole Mn und Ms, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, so festgelegt, dass sie im Winkel von 45° voneinander beabstandet sind. Jedes Reluktanzloch 327 verläuft in der axialen Richtung durch den Rotorkern 323.
An der inneren Umfangsseite und der äußeren Umfangsseite jedes Permanentmagneten 322 ist ein Spalt K1 bzw. K2 ausgebildet. Die Spalten K1 und K2 sind Teil einer Magnetaufnahme 323c, die im Rotorkern 323 ausgebildet ist und jeden Permanentmagneten 322 aufnimmt. Die innere Umfangsfläche jedes Permanentmagneten 322 ist dem Spalt K1 zugekehrt und die innere Umfangsfläche jedes Permanentmagneten 322 ist dem Spalt K2 zugekehrt. Das heißt, dass der Spalt K1 zwischen dem Permanentmagneten 322 und einem radial inneren Endteil der Magnetaufnahme 323c ausgebildet ist, wohingegen der Spalt K2 zwischen dem Permanentmagneten 322 und einem radial äußeren Endteil der Magnetaufnahme 323c ausgebildet ist.
Jedes Reluktanzloch 327 kann einen Kurzschluss des magnetischen Flusses zwischen den Magnetpolen Mn und Ms in jedem Magnetpolpaar P verhüten. Außerdem verhindern die Spalten K1 und K2 einen Kurzschluss des magnetischen Flusses jedes Permanentmagneten 322. Der magnetische Fluss (Magnet-magnetische Fluss) der Permanentmagnete 322 in den Magnetpolen Mn und Ms wird in der Umfangsrichtung effizient zur äußeren Umfangsseite der Magnetpole Mn und Ms und zu dem magnetlosen Pol 325 gelenkt.
Jeder magnetlose Pol 325 des Rotorkerns 323 wird von den paarigen Schlitzen 326a und 326b in drei Bereiche unterteilt. Der Bereich, der in der Umfangsrichtung neben dem N-Magnetpol Mn liegt, (der Bereich zwischen Schlitz 326a und Magnetpole Mn) ist als ein S-Kernpol Cs ausgestaltet. Der Bereich, der in der Umfangsrichtung neben dem S-Magnetpol Ms liegt, (der Bereich zwischen Schlitz 326b und Magnetpol Ms) ist als ein N-Kernpol Cn ausgestaltet.
Spezieller wird der Magnet-magnetische Fluss, der in der Umfangsrichtung vom N-Magnetpol Mn zum magnetlosen Pol 325 (Teil, der nicht neben dem Magnetpol Ms liegt) fließt, von der Reluktanz des Schlitzes 326a zur äußeren Umfangsfläche 323b des Rotorkerns 323 gelenkt. Der neben dem N-Magnetpol Mn im magnetlosen Pol 325 liegende Bereich dient daher durch den Magnet-magnetischen Fluss des Magnetpols Mn als der S-Kernpol Cs (Pseudopol).
Der Magnet-magnetische Fluss, der in der Umfangsrichtung vom S-Magnetpol Ms zum magnetlosen Pol 325 (Teil, der nicht neben dem Magnetpol Mn liegt) fließt, wird ebenfalls von der Reluktanz des Schlitzes 326b zur äußeren Umfangsfläche 323b des Rotorkerns 323 gelenkt. Der neben dem S-Magnetpol Ms im magnetlosen Pol 325 liegende Bereich dient daher durch den Magnet-magnetischen Fluss des Magnetpols Ms als der N-Kernpol Cn (Pseudopol).
In jedem magnetlosen Pol 325 ist der Bereich zwischen den paarigen Schlitzen 326a und 326b (d.h. zwischen den Kernpolen Cn und Cs) (der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328) so ausgestaltet, dass er aufgrund der Reluktanz der Schlitze 326a und 326b vom Magnet-magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms kaum beeinflusst wird. Das heißt, der Magnet-magnetische Fluss der Magnetpole Mn und Ms (Permanentmagnet 322) bildet im zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 jedes magnetlosen Pols 325 keine Pole.
Im Rotor 321 mit der obigen Ausgestaltung sind in der Umfangsrichtung der N-Magnetpol Mn, der S-Kernpol Cs, der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328, der N-Kernpol Cn, der S-Magnetpol Ms, der N-Magnetpol Mn und so weiter in dieser Reihenfolge im Uhrzeigersinn angeordnet.
Ein offener Winkel θa (Besetzungswinkel) von jedem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 um die Achse L ist im Wesentlichen gleich dem von den Schlitzen 326a und 326b gebildeten Umfangswinkel, das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform etwa 50°. Ein offener Winkel θc (Besetzungswinkel) von jedem der Kernpole Cn und Cs um die Achse L ist so festgelegt, dass er kleiner als der offene Winkel θm von jedem der Magnetpole Mn und Ms ist (in der vorliegenden Ausführungsform 45°), weil in jedem magnetlosen Pol 325 der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 ausgebildet ist.
Im Folgenden wird nun die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wenn dreiphasige Antriebsströme (AC) mit einer Phasendifferenz von 120° von einer Antriebsschaltung (nicht gezeigt) den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, den V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und den W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 zugeführt werden, werden die Wicklungen U1 bis W4 für jede Phase mit der gleichen Zeitsteuerung erregt, im Stator 11 wird ein Drehmagnetfeld erzeugt und der Rotor 321 wird durch die Wechselwirkung des Drehmagnetfelds des Stators 11 und des magnetischen Flusses der Pole (Magnetpole Mn und Ms und Kernpole Cn und Cs) des Rotors 321 gedreht.
Während der Drehung des Rotors 321 mit hoher Geschwindigkeit wird eine Regelung durch Feldschwächung ausgeführt, bei der Wicklungen 13 ein feldschwächender Strom (d-Achsen-Strom) zugeführt wird. Eine magnetische Funktionsweise durch die Regelung durch Feldschwächung wird mit Bezug auf die 39A und 39B beschrieben. Der einfachen Beschreibung halber zeigen die 39A und 39B nur die U-Phase, da die Ausgestaltung des Stators 11 und anderer Phasen weggelassen wurde.
Eine in 39A gezeigte Drehstellung des Rotors 321 während der Drehung des Rotors 321 mit hoher Geschwindigkeit (während Regelung durch Feldschwächung), d.h. eine Drehstellung des Rotors 321, in der der N-Magnetpol Mn den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 radial gegenüberliegt und der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 radial gegenüberliegt, wird als Beispiel beschrieben. Zu diesem Zeitpunkt übersteigt in den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 der Magnet-magnetische Fluss, der vom den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 gegenüberliegenden N-Magnetpol Mn erzeugt wird, (magnetischer Fluss radial nach außen) die Flussverkettung durch den feldschwächenden Strom (Flussverkettung radial nach innen), so dass die Flussverkettung φx in den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 radial nach außen fließt.
In den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 ist der Teil des Rotors 321, der den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 gegenüberliegt, kein Pol, sondern der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328, der vom Magnet-magnetischen Fluss kaum beeinflusst wird. Folglich fließt der durch Zuführen des feldschwächenden Stroms (des d-Achsen-Stroms) erzeugte magnetische d-Achsen-Fluss in den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 (Rotorkern 323), wobei er vom Magnet-magnetischen Fluss des Rotors 321 kaum beeinflusst wird. Die Flussverkettung φy, die von dem feldschwächenden Strom erzeugt wird, fließt daher in den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 radial nach innen, ohne durch die Pole des Rotors 321 aufgehoben zu werden. Das heißt, die Flussverkettung φy mit der Phase, die der in den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 durch den Magnetpol Mn erzeugten Flussverkettung φx entgegengesetzt ist, wird in den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 erzeugt.
Zu diesem Zeitpunkt wird durch die Flussverkettung φx, φy an jeder der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 eine induzierte Spannung erzeugt. Wie oben beschrieben, ist die Phase der Flussverkettung φx der Phase der Flussverkettung φy entgegengesetzt und die durch die Flussverkettung φy induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 und die durch die Flussverkettung φx induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 haben daher entgegengesetzte Polaritäten (entgegengesetzte Phasen). Eine durch Kombinieren der induzierten Spannungen der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhaltene kombinierte induzierte Spannung wird so effektiv reduziert.
Die oben beschriebene Funktionsweise wird auch durchgeführt, wenn der S-Magnetpol Ms zum Beispiel den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 gegenüberliegt. Das heißt, wenn der S-Magnetpol Ms den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 gegenüberliegt, liegt der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 gegenüber. Folglich haben die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 und die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 entgegengesetzte Phasen und die kombinierte induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 wird daher effektiv reduziert.
Die kombinierte induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 wird oben zwar als ein Beispiel beschrieben, die kombinierte induzierte Spannung an den V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder den W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 wird aber durch den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 im Rotorkern 323 ebenfalls reduziert.
Es folgt eine Beschreibung einer magnetischen Funktionsweise, wenn der Rotor 321 sich in einer in 39B gezeigten Drehstellung befindet, das heißt, wenn während der Drehung des Rotors 321 mit hoher Geschwindigkeit (während Regelung durch Feldschwächung) der N-Magnetpol Mn den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 radial gegenüberliegt und der N-Kernpol Cn den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 radial gegenüberliegt.
Ebenfalls in diesem Fall übersteigt der vom N-Magnetpol Mn, der den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 gegenüberliegt, erzeugte Magnet-magnetische Fluss (magnetischer Fluss radial nach außen) in den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 die Flussverkettung durch den feldschwächenden Strom (Flussverkettung radial nach innen), so dass die Flussverkettung φx in den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 radial nach außen fließt.
Der den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 gegenüberliegende Kernpol Cn ist ein Pseudopol, der keinen Magneten enthält, und die vom Kernpol Cn an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft ist daher schwächer als die vom Magnetpol Mn an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Folglich ist die Flussverkettung φy der U-Phasen-Wicklungen U2 und U4, die dem Kernpol Cn gegenüberliegen, geringer als die Flussverkettung φx der U-Phasen-Wicklungen U1 und U3, die dem Magnetpol Mn gegenüberliegen, und die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 ist daher kleiner als die induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3. Eine durch Kombinieren der induzierten Spannungen der U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 erhaltene kombinierte induzierte Spannung wird somit durch eine Verringerung der induzierten Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 reduziert. Wenn der N-Magnetpol Mn den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 radial gegenüberliegt, wird die kombinierte induzierte Spannung an den U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 selbst dann verringert, wenn der Teil des Rotors 321, der den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 radial gegenüberliegt, der N-Kernpol Cn ist.
Die Verringerung der kombinierten induzierten Spannung, wenn die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4 Nordpolen des Rotors 321 gegenüberliegen, wird oben als Beispiel beschrieben, das Gleiche gilt aber auch für die V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und die W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4. Die kombinierte induzierte Spannung wird durch den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 oder den Kernpol Cs auch in Südpolen des Rotors 321 verringert.
In dem Anschlusszustand der Wicklungen, in dem die Wicklungen 13 in jeder Phase wie in der vorliegenden Ausführungsform in Reihe geschaltet sind, ist die kombinierte induzierte Spannung die Summe der induzierten Spannungen an den Wicklungen 13 der Phasen und die kombinierte induzierte Spannung ist daher gewöhnlich hoch. Da in der Ausgestaltung, in der die Wicklungen 13 in jeder Phase, wie oben beschrieben, in Reihe geschaltet sind, der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 und die Kernpole Cn und Cs bereitgestellt sind, ist es möglich, eine Wirkung der Verringerung der kombinierten induzierten Spannung, die für die Drehung des Motors 310 mit hoher Geschwindigkeit angemessener ist, mit größerer Sicherheit zu erhalten.
Es ist möglich, einen der Wicklung 13 zugeführten feldschwächenden Strom durch den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 oder die Kernpole Cn und Cs zu reduzieren. Da der feldschwächende Strom reduziert werden kann, wird der Permanentmagnet 322 während der Regelung durch Feldschwächung kaum entmagnetisiert und der Kupferverlust der Wicklung 13 kann auch reduziert werden. Das soll heißen, dass der Flussverkettungsbetrag, der um den gleichen Betrag des feldschwächenden Stroms reduziert werden kann, vergrößert wird und es daher möglich ist, die Drehung mit hoher Geschwindigkeit durch die Regelung durch Feldschwächung effektiver zu erzielen.
Im Folgenden werden nun die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

(13) Die Wicklungen 13 des Stators 11 werden von vier U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, vier V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 und vier W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4 gemäß einem zuzuführenden dreiphasigen Antriebsstrom gebildet und vier Wicklungen jeder Phase sind in Reihe geschaltet. Das heißt, die Wicklungen 13 des Stators 11 enthalten in jeder Phase wenigstens zwei in Reihe geschaltete Wicklungen (erste Wicklung und zweite Wicklung).

Der Rotor 321 enthält die Magnetpole Mn und Ms einschließlich des Permanentmagneten 322 und des magnetlosen Pols 325 des Rotorkerns 323, der den U-Phasen-Wicklungen U2 und U4 in der Drehstellung des Rotors 321 gegenüberliegt, in der der Magnetpol Mn (oder der Magnetpol Ms) zum Beispiel den U-Phasen-Wicklungen U1 und U3 gegenüberliegt. Der magnetlose Pol 325 des Rotorkerns 323 wird gebildet von den Kernpolen Cn und Cs, die durch den magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms mit dem den Magnetpolen Mn und Ms entgegengesetzten Pol und dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 (magnetischen Fluss tolerierender Teil), der die Erzeugung von feldschwächendem Fluss (Flussverkettung φy) in der Wicklung 13 zulässt, die dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 gegenüberliegt, als ein Pol dienen.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung sind die Kernpole Cn und Cs ein Pseudopol, der keinen Magneten enthält, und die von den Kernpolen Cn und Cs an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft ist schwächer als die von den Magnetpolen Mn und Ms an den Stator 11 angelegte magnetische Kraft. Daher ist es möglich, die kombinierte induzierte Spannung an den Wicklungen 13 jeder Phase zu reduzieren. Der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 lässt die Erzeugung des feldschwächenden Flusses (Flussverkettung φy) in der Wicklung 13 zu, die dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 gegenüberliegt, und daher hat die induzierte Spannung an der Wicklung 13, die dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 gegenüberliegt, durch die Flussverkettung φy die entgegengesetzte Polarität zur induzierten Spannung an der Wicklung 13, die den Magnetpolen Mn und Ms gegenüberliegt. Infolgedessen ist es möglich, die kombinierte induzierte Spannung an den Wicklungen 13 der Phasen weiter zu reduzieren. Bei einer derartigen Funktionsweise der Kernpole Cn und Cs und des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328 in dem magnetlosen Pol 325 wird die Drehung des Motors 310 mit hoher Geschwindigkeit erzielt.
Angenommen, dass der magnetlose Pol 325 des Rotorkerns 323 nur die Kernpole Cn und Cs enthält (in jedem magnetlosen Pol 325 ist nur ein Schlitz bereitgestellt), wird ein hohes Drehmoment erzielt, aber die magnetische Kraft der Kernpole Cn und Cs behindert die Erzeugung des feldschwächenden Flusses, was beim Erzielen einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit nachteilhaft ist. Wenn der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 und die Kernpole Cn und Cs in dem magnetlosen Pol 325 wie in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet sind, wird die Drehung mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitigem Verhüten einer Drehmomentverringerung erzeugt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können Leistungsabgabeeigenschaften (Drehmoment und Drehzahl) des Motors 310 durch Ändern der Ausgestaltung der in jedem der magnetlosen Pole 325 gebildeten paarigen Schlitze 326a und 326b eingestellt werden.
Zum Beispiel wird beim Vergrößern des von den paarigen Schlitzen 326a und 326b in jedem magnetlosen Pol 325 gebildeten Winkels auch der offene Winkel θa des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328 vergrößert, aber der offene Winkel θc der Kernpole Cn und Cs wird reduziert. Der während der Regelung durch Feldschwächung in der Wicklung 13 erzeugte feldschwächende Fluss wird daher vergrößert, was für das Erreichen der Drehung mit hoher Geschwindigkeit vorteilhaft ist. Derweil wird beim Verkleinern des von den paarigen Schlitzen 326a und 326b in jedem magnetlosen Pol 325 gebildeten Winkels auch der offene Winkel θa des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328 verkleinert, aber der offene Winkel θc der Kernpole Cn und Cs wird vergrößert, was für das Erreichen eines hohen Drehmoments vorteilhaft ist. Folglich ist es möglich, erwünschte Motoreigenschaften durch Einstellen des Winkels zwischen den Schlitzen 326a und 326b zu erhalten.

(14) Der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 ist in der Umfangsrichtung des Rotors 321 zwischen dem N-Kernpol Cn und dem S-Kernpol Cs bereitgestellt. Der N-Kernpol Cn und der S-Kernpol Cs sind so ausgestaltet, dass sie an Teilen davon, die dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 entgegengesetzt sind, in der Umfangsrichtung neben dem Magnetpol Ms mit der zum N-Kernpol Cn entgegengesetzten Polarität bzw. dem Magnetpol Mn mit der zum S-Kernpol Cs entgegengesetzten Polarität liegen. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist der Kernpol Cn in der Umfangsrichtung zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und dem Magnetpol Ms zwischenliegend angeordnet und der Kernpol Cs ist zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und dem Magnetpol Mn zwischenliegend angeordnet und der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 wird daher kaum vom magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms beeinflusst. Es ist daher für den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 angemessener, die Erzeugung des feldschwächenden Flusses (Flussverkettung φy) zuzulassen.
(15) Der offene Winkel θm der dem Stator 11 gegenüberliegenden Oberfläche der Magnetpole Mn und Ms (äußere Umfangsfläche des Magnetpols Mn, Ms) ist so festgelegt, dass sie größer ist als der offene Winkel θc der dem Stator 11 gegenüberliegenden Oberfläche der Kernpole Cn und Cs (äußere Umfangsfläche von Kernpol Cn, Cs). Die magnetische Kraft der als Pseudopol dienenden Kernpole Cn und Cs wird durch die magnetische Kraft der Magnetpole Mn und Ms und den magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms mit Sicherheit erhalten und eine Drehmomentverringerung wird angemessen verhütet.
(16) Der offene Winkel θa der dem Stator 11 gegenüberliegenden Oberfläche des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328 (äußere Umfangsfläche des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328) ist so festgelegt, dass er größer ist als der offene Winkel θc der äußeren Umfangsfläche der Kernpole Cn und Cs, und es ist daher möglich, eine Ausgestaltung zu erhalten, die für die Drehung mit hoher Geschwindigkeit besser geeignet ist.
(17) Der Rotorkern 323 enthält den Schlitz 326a, der zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und dem Kernpol Cs, die nebeneinanderliegen, als ein Reluktanzteil dient, und den Schlitz 326b, der zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und dem Kernpol Cn, die nebeneinanderliegen, als ein Reluktanzteil dient, und es ist daher möglich, den in den Kernpolen Cn und Cs fließenden magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms daran zu hindern, in den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 zu fließen.

Der Reluktanzteil zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und dem Kernpol Cs ist der Schlitz 326a, der im Rotorkern 323 ausgebildet ist, und der Reluktanzteil zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und dem Kernpol Cn ist der Schlitz 326b, der im Rotorkern 323 ausgebildet ist, und der Reluktanzteil kann daher leicht im Rotorkern 323 ausgebildet werden.
Die obige Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Die Ausgestaltung der Schlitze 326a und 326b in jedem magnetlosen Pol 325 ist nicht auf die in der obigen Ausführungsform beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann angemessen geändert werden, solange ein magnetischen Fluss tolerierender Teil, der in jedem magnetlosen Pol 325 die Erzeugung von feldschwächendem Fluss zulässt, und die Kernpole Cn und Cs ausgebildet werden.
Zum Beispiel, wie in 40 gezeigt, können die Schlitze 326a und 326b gemäß der obigen Ausführungsform an zum inneren Umfang hin liegenden Endteilen davon miteinander verbunden sein. Eine derartige Ausgestaltung kann angemessen verhindern, dass der in den Kernpolen Cn und Cs fließende magnetische Fluss der Magnetpole Mn und Ms in den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 fließt.
Außerdem, wie zum Beispiel in 41 gezeigt, können an einem radialen Zwischenteil von jedem der Schlitze 326a und 326b mehrere Brücken 331 gebildet werden. Jede Brücke 331 ist im Rotorkern 323 ausgebildet und zum Verbinden paariger Seitenflächen der Schlitze 326a und 326b, die einander in der Umfangsrichtung gegenüberliegen, ausgestaltet. In der Ausgestaltung von 41, ist jeder der Schlitze 326a und 326b radial nach außen offen. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, Leistungsabgabeeigenschaften (Drehmoment und Drehzahl) des Motors 310 und die Steifigkeit des Rotorkerns 323 durch Ändern der Ausgestaltung der Brücke 331 (Anzahl der Brücken 331 und axiale Richtung oder radiale Größe) leicht einzustellen.
Zum Beispiel kann, wie in 42 gezeigt, in jedem der Schlitze 326a und 326b ein Hilfsmagnet 332 bereitgestellt werden. In 42 zeigen durchgezogene Pfeile die Magnetisierungsrichtung jedes Permanentmagneten 322 und jedes Hilfsmagneten 332 an und das distale Ende jedes durchgezogenen Pfeils zeigt den Nordpol an, während das proximale Ende jedes durchgezogenen Pfeils den Südpol anzeigt. Jeder Hilfsmagnet 332 ist ein in einer rechteckigen Parallelepipedform ausgebildeter Permanentmagnet und hat eine den Kernpolen Cn und Cs entsprechende Magnetisierungsrichtung, die in der Umfangsrichtung an den Hilfsmagneten 332 angrenzt. Das heißt, der in dem Schlitz 326a bereitgestellte Hilfsmagnet 332 ist derart magnetisiert, dass die Oberfläche in der Nähe des Kernpols Cs, die in der Umfangsrichtung neben dem Hilfsmagneten 332 liegt, der Südpol ist. Der in dem Schlitz 326b bereitgestellte Hilfsmagnet 332 ist derart magnetisiert, dass die Oberfläche in der Nähe des Kernpols Cn, die in der Umfangsrichtung neben dem Hilfsmagneten 332 liegt, der Nordpol ist. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, den Betrag des magnetischen Flusses der Kernpole Cn und Cs durch den in jedem der Schlitze 326a und 326b bereitgestellten Hilfsmagneten 332 zu vergrößern, und eine Drehmomentverringerung kann daher angemessener verhütet werden.
In der Ausgestaltung von 42 wird die in jedem der Schlitze 326a und 326b gebildete Brücke 331 zur radialen Positionierung des Hilfsmagneten 332 verwendet. Die Brücke 331 verhindert, dass der Hilfsmagnet 332 radial nach außen aus dem Schlitz 326a, 326b entfernt wird. In der Ausgestaltung von 42 ist der Hilfsmagnet 332 so bereitgestellt, dass er nahe der inneren Umfangsseite von jedem der Schlitze 326a und 326b ist, und der magnetische Fluss des Hilfsmagneten 332 fließt daher kaum zur äußeren Umfangsseite des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328 (das heißt, der Seite des magnetischen Wegs des feldschwächenden Flusses). Der magnetische Fluss des Hilfsmagneten 332 hindert den feldschwächenden Fluss daran, kaum in den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 zu fließen (d.h. die Drehung mit hoher Geschwindigkeit zu behindern).
Die Schlitze 326a und 326b sind zwar in der obigen Ausführungsform im magnetlosen Pol 325 entlang der radialen Richtung des Rotors 321 ausgebildet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und, wie in 43 gezeigt, können zum Beispiel die Schlitze 326a und 326b nicht entlang der radialen Richtung des Rotors 321 ausgebildet sein.
In der Ausgestaltung von 43 sind die Schlitze 326a und 326b von der im Wesentlichen radialen Mitte des magnetlosen Pols 325 zur äußeren Umfangsseite hin ausgebildet. Die Ausgestaltung ist so, dass die auf der Seite des inneren Umfangs liegenden Endteile der Schlitze 326a und 326b an der im Wesentlichen radialen Mitte des magnetlosen Pols 325 eng beieinanderliegen. Der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 333 an der äußeren Umfangsseite der Schlitze 326a und 326b im magnetlosen Pol 325 dient als ein magnetischen Fluss tolerierender Teil.
In der Ausgestaltung von 43 ist ein Hilfsmagnet 334 in einem Teil des magnetlosen Pols 325 eingebettet, der radial einwärts von dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 333 (Schlitze 326a und 326b) liegt. Der Hilfsmagnet 334 ist auf einer Umfangsmittenlinie L2 des magnetlosen Pols 325 angeordnet. Außerdem ist der Hilfsmagnet 334 in einer rechteckigen Form ausgebildet, die in der axialen Richtung betrachtet radial lang ist. Der Hilfsmagnet 334 ist derart magnetisiert, dass der in der Umfangsrichtung dem Kernpol Cn nahe Teil (der näher am Magnetpol Ms als dem Schlitz 326b im magnetlosen Pol 325 befindliche Teil) der Nordpol ist und der dem Kernpol Cs nahe Teil (der näher am Magnetpol Mn als dem Schlitz 326a im magnetlosen Teil 325 befindliche Teil) der Südpol ist (siehe durchgezogene Pfeile in 43).
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, den Betrag des magnetischen Flusses der Kernpole Cn und Cs durch den Hilfsmagneten 334 zu vergrößern, und so kann eine Drehmomentverringerung angemessen verhindert werden. Außerdem liegt der Hilfsmagnet 334 in dieser Ausgestaltung radial einwärts von den Schlitzen 326a und 326b. Die Schlitze 326a und 326b hindern so den magnetischen Fluss des Hilfsmagneten 334 daran, in den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 333 zu fließen. Folglich kann verhindert werden, dass der magnetische Fluss des Hilfsmagneten 332 die Drehung mit hoher Geschwindigkeit behindert.
Wenn in der Ausgestaltung von 43, wie in 44 gezeigt, das Drehmoment weiter erhöht werden soll, kann zum Beispiel der Hilfsmagnet 332 in jedem der Schlitze 326a und 326b bereitgestellt werden. In dieser Ausgestaltung wird der Hilfsmagnet 332 zudem vorzugsweise so bereitgestellt, dass er nahe der inneren Umfangsseite von jedem der Schlitze 326a und 326b ist, um eine Störung des magnetischen Wegs des feldschwächenden Flusses zu verhindern.
Jeder der Hilfsmagneten 332 und 334 in der obigen Ausgestaltung kann zum Beispiel ein Neodymmagnet, ein Samariumcobalt-(SmCo)-magnet, ein SmFeN-Magnet, ein Ferritmagnet oder ein AlNiCo-Magnet sein. Außerdem kann jeder der Hilfsmagnete 332 und 334 ein Sintermagnet oder ein Verbundmagnet sein.
Die Schlitze 326a und 326b erstrecken sich in der obigen Ausführungsform zwar in der axialen Richtung durch den Rotorkern 323, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Die Schlitze 326a und 326b können Öffnungen sein, die sich in der axialen Richtung nicht durch den Rotorkern 323 erstrecken. Durch Ändern der axialen Länge der Schlitze 326a und 326b können Leitungsabgabeeigenschaften (Drehmoment und Drehzahl) des Motors 310 eingestellt werden.
Die Schlitze 326a und 326b sind als Reluktanzteile zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und den Kernpolen Cn und Cs, die im Rotorkern 323 gemäß der obigen Ausführungsform nebeneinanderliegen, ausgebildet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Reluktanzteil zwischen dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und den Kernpolen Cn und Cs gebildet werden, indem der Rotorkern 323 durch Laserbestrahlung teilweise entmagnetisiert wird.
Wie in 45 gezeigt wird, kann ein Außendurchmesser D1 des magnetlosen Pols 325 (d.h. der Außendurchmesser von jedem der Kernpole Cn und Cs und der Außendurchmesser des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328) so festgelegt werden, dass er größer ist als ein Außendurchmesser D2 von jedem der Magnetpole Mn und Ms.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist der Luftspalt (Zwischenraum) zwischen dem magnetlosen Pol 325 und einer inneren Umfangsfläche von Zähnen 12a eines Stators kleiner als der Luftspalt zwischen den Magnetpolen Mn und Ms und der inneren Umfangsfläche der Zähne 12a des Stators. Das heißt, der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328 und die Kernpole Cn und Cs im magnetlosen Pol 325 liegen näher an der inneren Umfangsfläche der Zähne 12a und der feldschwächende Fluss fließt daher leicht in den zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 und die Kernpole Cn und Cs. Infolgedessen ist es möglich, die kombinierte induzierte Spannung von Phasen weiter zu reduzieren und dies trägt zu einer schnelleren Drehung bei.
Im Rotor 321 gemäß der obigen Ausführungsform ist der magnetischen Fluss tolerierende Teil (der zwischen den Schlitzen liegende Kernteil 328) im magnetlosen Pol 325 an den Rotorkern 323 angeformt. Das heißt, dass der Rotorkern 323 zwar als ein einstückiges Bauteil einschließlich des magnetischen Fluss tolerierenden Teils (des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328) ausgebildet ist, die vorliegende Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist und wenigstens ein Teil des Teils, der den magnetischen Fluss tolerierenden Teil bildet, kann als separates Bauteil ausgestaltet sein.
In einer Ausgestaltung von 46 enthält zum Beispiel der Rotorkern 323 einen Kernhauptkörper 351 mit dem Magnetpolpaar P und den Kernpolen Cn und Cs, die mit denen der obigen Ausführungsform identisch sind, und ein separates Kernstück 352, das mit dem Kernhauptkörper 351 verbunden ist.
Der Kernhauptkörper 351 ist zum Beispiel aus einem Stahlmaterial wie etwa kaltgewalztem Stahlblech (SPCC) in einer im Wesentlichen zylindrischen Form hergestellt und eine Drehwelle 324 ist am Mittelteil davon befestigt. Der Kernhauptkörper 351 enthält eine Aufnahmeaussparung 353 im magnetlosen Pol 325 des Rotorkerns 323. Die Aufnahmeaussparung 353 ist radial einwärts von der äußeren Umfangsfläche des Kernhauptkörpers 351 ausgespart. Umfangsbezogene Endflächen der Aufnahmeaussparung 353 sind entlang der radialen Richtung flach und an jedem Ende der Endflächen ist ein Verbindungsvorsprung 354 ausgebildet, der in Umfangsrichtung in die Aufnahmeaussparung 353 vorsteht. Jeder Verbindungsvorsprung 354 ist in einer angeschrägten Form ausgebildet, so dass die Breite in der radialen Richtung des Rotors 321 zum vorspringenden distalen Ende hin (distalen Ende in Umfangsrichtung) zunehmend breiter wird.
Im Kernhauptkörper 351 ist der N-Kernpol Cn zwischen der Aufnahmeaussparung 353 und dem S-Magnetpol Ms in der Umfangsrichtung ausgebildet, wohingegen der S-Kernpol Cs zwischen der Aufnahmeaussparung 353 und dem N-Magnetpol Mn in der Umfangsrichtung ausgebildet ist. Im Kernhauptkörper 351 ist ein Reluktanzloch 355 ausgebildet, das in der Richtung der Achse L durch den Kernhauptkörper 351 verläuft, so dass es radial einwärts der Aufnahmeaussparung 353 liegt. Das Reluktanzloch 355 beschränkt den Kurzschluss des magnetischen Flusses zwischen den Magnetpolen Mn und Ms, die in der Umfangsrichtung auf entgegengesetzten Seiten des magnetlosen Pols 325 liegen.
Das separate Kernstück 352, das in einem Sektor um die Achse L der Drehwelle 324 ausgebildet ist, ist in der Aufnahmeaussparung 353 des Kernhauptkörpers 351 aufgenommen. Das separate Kernstück 352 ist aus einem Material mit einer höheren magnetischen Permeabilität hergestellt als der Kernhauptkörper 351 (zum Beispiel Stahlmaterial) (zum Beispiel amorphes Metall, Mu-Metall und dergleichen). Die äußere Umfangsfläche des separaten Kernstücks 352 ist in der axialen Richtung betrachtet in einer Bogenform um die Achse L der Drehwelle 324 ausgebildet. Außerdem sind die äußere Umfangsfläche des separaten Kernstücks 352 und die äußere Umfangsfläche des Kernhauptkörpers 351 so ausgestaltet, dass sie auf dem gleichen Kreis um die Achse L liegen.
Die umfangsbezogenen Endflächen des separaten Kernstücks 352 sind entlang der radialen Richtung flach und liegen der jeweiligen umfangsbezogenen Endfläche der Aufnahmeaussparung 353 gegenüber. Das heißt, das separate Kernstück 352 ist in der Umfangsrichtung zwischen dem N-Kernpol Cn und dem S-Kernpol Cs angeordnet. In den umfangsbezogenen Endflächen des separaten Kernstücks 352 ist eine Verbindungsaussparung 361 ausgebildet, in welche ein Verbindungsvorsprung 354 des Kernhauptkörpers 351 eingepasst ist. Beim Einpassen der Verbindungsvorsprünge 354 in die jeweilige Verbindungsaussparung 361 wird das separate Kernstück 352 in der Aufnahmeaussparung 353 befestigt.
In einem Zustand, in dem das separate Kernstück 352 in der Aufnahmeaussparung 353 befestigt ist, ist zwischen jeder umfangsbezogenen Endfläche des separaten Kernstücks 352 und jeder umfangsbezogenen Endfläche der Aufnahmeaussparung 353 und zwischen der radial inneren Oberfläche des separaten Kernstücks 352 und der radial inneren Oberfläche der Aufnahmeaussparung 353 ein Spalt K3 ausgebildet. Außerdem ist in der Umfangsrichtung zwischen jeder Verbindungsaussparung 361 und jedem in die Verbindungsaussparung 361 eingepassten Verbindungsvorsprung 354 ein Spalt K4 ausgebildet. Das heißt, das separate Kernstück 352 ist nur an den radialen Seitenflächen der Verbindungsaussparungen 361 mit dem Kernhauptkörper 351 (Verbindungsvorsprünge 354) in Kontakt.
Das separate Kernstück 352 ist so ausgestaltet, dass es in Bezug auf eine Umfangsmittellinie L2 des magnetlosen Pols 325 liniensymmetrisch ist. Der offene Winkel (Besetzungswinkel) des separaten Kernstücks 352 um die Achse L ist so festgelegt, dass er gleich dem offenen Winkel θa des zwischen den Schlitzen liegenden Kernteils 328 gemäß der obigen Ausführungsform ist. In der Ausgestaltung von 46 ist der Innendurchmesser des separaten Kernstücks 352 etwa die Hälfte des Außendurchmessers des Rotorkerns 323 (Außendurchmesser des Kernhauptkörpers 351), die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und der Innendurchmesser des separaten Kernstücks 352 kann so festgelegt sein, dass er größer oder gleich der Hälfte des Außendurchmessers des Rotorkerns 323 oder kleiner oder gleich der Hälfte des Außendurchmessers des Rotorkerns 323 ist.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung funktioniert das separate Kernstück 352 als ein magnetischen Fluss tolerierender Teil, der die Erzeugung von feldschwächendem Fluss zulässt, im Wesentlichen ähnlich dem zwischen den Schlitzen liegenden Kernteil 328 gemäß der obigen Ausführungsform, und es ist daher möglich, die Drehung des Motors 310 mit hoher Geschwindigkeit zu erzielen. In dieser Ausgestaltung ist das separate Kernstück 352 so ausgestaltet, dass es vom Kernhauptkörper 351 getrennt ist, der die Magnetpole Mn und Ms und die Kernpole Cn und Cs enthält. So ist es möglich, Störungen zwischen dem magnetischen Weg (magnetischer Weg der d-Achse) des feldschwächenden Flusses im separaten Kernstück 352 und dem magnetischen Weg des magnetischen Flusses der Magnetpole Mn und Ms im Kernhauptkörper 351 zu verhindern. Der feldschwächende Fluss fließt im separaten Kernstück 352 leicht und das trägt so zu einer Drehung mit höherer Geschwindigkeit bei.
Da das separate Kernstück 352 in dieser Ausgestaltung aus einem Material mit einer höheren magnetischen Permeabilität als der Kernhauptkörper 351 hergestellt ist, fließt der feldschwächende Fluss außerdem im separaten Kernstück 352 leichter, was zu einer Drehung mit höherer Geschwindigkeit beiträgt. Unter den Bauteilen des Rotorkerns 323 ist wenigstens das separate Kernstück 352 aus einem hoch permeablen Material hergestellt und der Kernhauptkörper 351 ist aus einem kostengünstigen Stahlmaterial hergestellt, so dass bei gleichzeitiger Senkung der Herstellungskosten eine Drehung mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann.
Der Kernpol Cn ist in der Umfangsrichtung zwischen dem separaten Kernstück 352 und dem Magnetpol Ms zwischenliegend angeordnet und der Kernpol Cs ist in der Umfangsrichtung zwischen dem separaten Kernstück 352 und dem Magnetpol Mn zwischenliegend angeordnet und das separate Kernstück 352 wird daher kaum vom magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms beeinflusst. Der Spalt K3 ist in der Umfangsrichtung zwischen dem separaten Kernstück 352 und dem Kernpol Cn und zwischen dem separaten Kernstück 352 und dem Kernpol Cs ausgebildet und es ist daher möglich, eine Störung des durch den im separaten Kernstück 352 fließenden feldschwächenden Flusses durch den magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms zuverlässig zu verhindern.
In der Ausgestaltung von 46 wird zwar das separate Kernstück 352 durch den Verbindungsvorsprung 354, der an den Kernhauptkörper 351 angeformt ist, mit dem Kernhauptkörper 351 verbunden, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel, wie in 47 gezeigt, kann der Kernhauptkörper 351 durch ein Verbindungsstück 362, das vom Kernhauptkörper 351 und vom separaten Kernstück 352 separat ist, mit dem separaten Kernstück 352 verbunden werden.
An den Umfangsseiten des separaten Kernstücks 352 ist das Verbindungsstück 362 so ausgebildet, dass es sich über das separate Kernstück 352 und den Kernhauptkörper 351 erstreckt. Die umfangsbezogenen Enden von jedem Verbindungselement 362 werden in Verbindungsaussparungen 363 und 364 eingepasst. Die Verbindungsaussparung 363 ist in den umfangsbezogenen Endflächen des separaten Kernelements 352 ausgebildet und die Verbindungsaussparung 364 ist in den umfangsbezogenen Endflächen der Aufnahmeaussparung 353 ausgebildet. Die Anordnungsposition des Verbindungsstücks 362 in der radialen Richtung ist auf die radiale mittlere Position des separaten Kernstücks 352 festgelegt. Jedes Verbindungsstück 362 ist in einer angeschrägten Form ausgebildet, so dass die radiale Breite vom Umfangsmittenteil zu den umfangsbezogenen Enden hin allmählich zunimmt. Das Verbindungsstück 362 verbindet den Kernhauptkörper 351 (Aufnahmeaussparung 353) derart mit dem separaten Kernstück 352, dass der Kernhauptkörper 351 nicht mit dem separaten Kernstück 352 in Kontakt ist. Das Verbindungsstück 362 ist aus einem Material mit einer höheren Reluktanz als der Kernhauptkörper 351 und das separate Kernstück 352 hergestellt (zum Beispiel aus Kunstharz, Edelstahl, Messing und dergleichen).
Eine derartige Ausgestaltung macht es möglich, dass der Kernhauptkörper 351 nur durch das Verbindungsstück 362 mit dem separaten Kernstück 352 verbunden wird. Da ein Material mit höherer Reluktanz als der Kernhauptkörper 351 und das separate Kernstück 352 als das Material des Verbindungsstücks 362 verwendet wird, ist es außerdem möglich, dass der magnetische Fluss der Magnetpole Mn und Ms im Kernhauptkörper 351 daran gehindert wird, durch das Verbindungsstück 362 in das separate Kernstück 352 zu fließen. Infolgedessen ist es möglich, eine Störung des in dem separaten Kernstück 352 fließenden feldschwächenden Flusses durch den magnetischen Fluss der Magnetpole Mn und Ms zuverlässig zu verhindern. In der Ausgestaltung von 47 ist zwar der Spalt K3 zwischen der Aufnahmeaussparung 353 des Kernhauptkörpers 351 und dem separaten Kernstück 352 ausgebildet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Füllstoff wie Kunstharz in den Spalt K3 eingefüllt werden und der Füllstoff kann als ein Verbindungselement dienen, das den Kernhauptkörper 351 mit dem separaten Kernstück 352 verbindet.
In den Ausgestaltungen der 46 und 47 ist das separate Kernstück 352 vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das eine leichte Achse der Magnetisierung hat (leicht zu magnetisierende Kristallorientierung), hauptsächlich in der Umfangsrichtung. Der feldschwächende Fluss fließt daher leicht im magnetischen d-Achsen-Weg im separaten Kernstück 352. Infolgedessen trägt dies zu einer Drehung mit höherer Geschwindigkeit bei.
In den Ausgestaltungen der 46 und 47 kann ein zylindrisches Abdeckungselement, das die äußere Umfangsfläche des Rotors 321 bedeckt, vorgesehen werden. Ein derartiges Abdeckungselement verhindert, dass das separate Kernstück 352 aus dem Kernhauptkörper 351 entfernt wird.
In der obigen Ausführungsform sind zwar Wicklungen jeder Phase, d.h. die U-Phasen-Wicklungen U1 bis U4, die V-Phasen-Wicklungen V1 bis V4 oder die W-Phasen-Wicklungen W1 bis W4, in Reihe geschaltet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt und der Anschlusszustand der Wicklungen kann angemessen geändert werden. Es wird eine Modifikation unter Verwendung der U-Phase als Beispiel beschrieben. Die Wicklungen U1 und U2 sind in Reihe geschaltet, die Wicklungen U3 und U4 sind in Reihe geschaltet und ein in Reihe geschaltetes Paar der Wicklungen U1 und U2 ist mit einem in Reihe geschalteten Paar der Wicklungen U3 und U4 parallelgeschaltet.
Zwar hat der Rotor 321 in der obigen Ausführungsform 8 Pole und die Anzahl der Wicklungen 13 des Stators 11 ist 12 (d.h. ein Motor mit acht Polen und zwölf Spalten), die Anzahl der Pole des Rotors 321 und die Anzahl der Wicklungen 13 kann aber ausgestaltungsgemäß angemessen geändert werden.
Zwar ist in der obigen Ausführungsform im Nordpol des Rotors 321 zum Beispiel die Anzahl der Magnetpole Mn gleich der Anzahl der Kernpole Cn (zwei), diese Zahlen brauchen aber nicht gleich zu sein. Zum Beispiel können drei Magnetpole Mn (oder ein Magnetpol Mn) vorgesehen werden und ein Kernpol Cn (oder drei Kernpole Cn) kann vorgesehen werden. Eine derartige Modifikation ist im Südpol des Rotors (Magnetpol Ms und Kernpol Cs) möglich.
Zwar sind der Kernpol Cn und der Kernpol Cs in der obigen Ausführungsform sowohl im Nordpol als auch im Südpol des Rotors 321 enthalten, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Kernpol in nur einem der Pole des Rotors 321 enthalten sein und der andere Pol kann nur einen Magnetpol enthalten.
In der obigen Ausführungsform sind im Rotorkern 323 eingebettete paarige Permanentmagnete 322 in jedem der Magnetpole Mn und Ms im Wesentlichen in einer V-Form angeordnet, die in der axialen Richtung betrachtet zur äußeren Umfangsseite aufgespreizt ist, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt und die Ausgestaltung der Permanentmagneten in den Magnetpolen Mn und Ms kann angemessen modifiziert werden. Zum Beispiel kann in jedem der Magnetpole Mn und Ms ein Permanentmagnet enthalten sein.
Zwar hat der Rotor 321 gemäß der obigen Ausführungsform eine Innenpermanentmagnet-Ausgestaltung (IPM-Ausgestaltung), bei der der die Magnetpole Mn und Ms bildende Permanentmagnet 322 im Rotorkern 323 eingebettet ist, der Rotor 321 kann aber auch eine Außenpermanentmagnet-Ausgestaltung (SPM-Ausgestaltung) haben, bei der der die Magnetpole Mn und Ms bildende Permanentmagnet an der Umfangsfläche des Rotorkerns 323 befestigt ist.
Der Permanentmagnet 322 ist in der obigen Ausführungsform zwar ein Sintermagnet, der Permanentmagnet 322 kann aber zum Beispiel auch ein Verbundmagnet sein.
Zwar wird der Rotorkern 323 in der obigen Ausführungsform durch Stapeln von Kernblechen ausgestaltet, der Rotorkern 323 kann aber auch gepresster Kerngrünling sein oder er kann ein durch Schmieden (Kaltschmieden) oder Schneiden geformter einstückiger Block sein.
Die vorliegende Erfindung ist in der obigen Ausführungsform zwar im Innenrotor-Motor 310 ausgeführt, bei dem der Rotor 321 an der inneren Umfangsseite des Stators 11 angeordnet ist, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in einem Außenrotor-Motor ausgeführt werden, bei dem ein Rotor an der äußeren Umfangsseite eines Stators angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung ist in der obigen Ausführungsform zwar im Radialspaltmotor 10 ausgeführt, bei dem der Stator 11 dem Rotor 321 radial gegenüberliegt, die vorliegende Erfindung ist aber nicht speziell darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf einen Axialspaltmotor angewendet werden, in dem ein Stator einem Rotor axial gegenüberliegt.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen und die Modifikationen können angemessen kombiniert werden.

Claims

Motor, umfassend: einen Stator mit Wicklungen und einen Rotor, der von einem Drehmagnetfeld gedreht wird, das erzeugt wird, wenn den Wicklungen Antriebsströme zugeführt werden; wobei die Wicklungen eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung enthalten, bei denen die erste Wicklung und die zweite Wicklung synchron von einem Antriebsstrom erregt werden und in Reihe geschaltet sind; und der Rotor Folgendes enthält: einen ersten Pol und einen zweiten Pol, der in einer Drehstellung des Rotors, in der der erste Pol der ersten Wicklung gegenüberliegt, der zweiten Wicklung gegenüberliegt, wobei der zweite Pol eine schwächere magnetische Kraft an den Stator anlegt als der erste Pol.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Wicklungen eine Anzahl von 2n U-Phasen-Wicklungen, eine Anzahl von 2n V-Phasen-Wicklungen und eine Anzahl von 2n W-Phasen-Wicklungen in Übereinstimmung mit Antriebsströmen von drei Phasen, die zugeführt werden, enthalten, wobei n eine Ganzzahl von 2 oder mehr ist, und die Anzahl der ersten und zweiten Pole sich jeweils auf n beläuft.
Motor nach Anspruch 2, wobei der erste Pol und der zweite Pol in einer Umfangsrichtung in gleichen Abständen abwechselnd angeordnet sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite Pol jeweils einen Permanentmagneten enthalten und eine äußere Umfangsfläche des zweiten Pols radial einwärts von einer äußeren Umfangsfläche des ersten Pols liegt.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste und der zweite Pol jeweils einen Permanentmagnet enthalten und ein offener Winkel des Permanentmagneten des zweiten Pols um eine Achse des Rotors kleiner ist als ein offener Winkel des Permanentmagneten des ersten Pols um die Achse des Rotors.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Pol jeweils einen Permanentmagneten enthalten und eine radiale Dicke des Permanentmagneten des zweiten Pols kleiner ist als eine radiale Dicke des Permanentmagneten des ersten Pols.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste und der zweite Pol jeweils einen Permanentmagneten enthalten und eine magnetische Restflussdichte des Permanentmagneten des zweiten Pols geringer ist als eine magnetische Restflussdichte des Permanentmagneten des ersten Pols.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Motor ausgestaltet ist, um die Ausführung der Regelung durch Feldschwächung zuzulassen.
Motor nach Anspruch 1, wobei: der Rotor Folgendes enthält: zwei Rotorkerne, die jeweils mehrere Klauenpole in einer Umfangsrichtung enthalten, wobei die zwei Rotorkerne so aneinander angebracht sind, dass die Klauenpole von einem Rotorkern und die Klauenpole des anderen Rotorkerns in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, und ein Permanentmagnet in einer axialen Richtung zwischen den zwei Rotorkernen liegt und in der axialen Richtung magnetisiert ist, so dass die Klauenpole als Pole dienen; und die Pole des Rotors den ersten Pol und den zweiten Pol enthalten.
Motor nach Anspruch 9, wobei die Wicklungen eine Anzahl von 2n U-Phasen-Wicklungen, eine Anzahl von 2n V-Phasen-Wicklungen und eine Anzahl von 2n W-Phasen-Wicklungen in Übereinstimmung mit Antriebsströmen von drei Phasen, die zugeführt werden, enthalten, wobei n eine Ganzzahl von 2 oder mehr ist, und die Anzahl der ersten und zweiten Pole sich jeweils auf n beläuft.
Motor nach Anspruch 10, wobei der erste Pol und der zweite Pol in einer Umfangsrichtung in gleichen Abständen abwechselnd angeordnet sind.
Motor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der erste und der zweite Pol jeweils von einem der Klauenpole gebildet werden und der den ersten Pol bildende Klauenpol sich in der Form von dem den zweiten Pol bildenden Klauenpol unterscheidet.
Motor nach Anspruch 12, wobei der den zweiten Pol bildende Klauenpol einen kleineren offenen Winkel hat als der den ersten Pol bildende Klauenpol.
Motor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Rotor einen die magnetische Kraft einstellenden Magneten enthält, der die magnetische Kraft des zweiten Pols so einstellt, dass er schwächer als der erste Pol ist.
Motor nach Anspruch 14, wobei der erste und der zweite Pol jeweils von einem der Klauenpole gebildet werden und der die magnetische Kraft einstellende Magnet einen Rückseitenmagneten enthält, der an einer Rückseite des den ersten Pol bildenden Klauenpols angeordnet ist und zum Verringern von aus dem Klauenpol zur Rückseite fließendem Leckfluss magnetisiert ist.
Motor nach Anspruch 14 oder 15, wobei der erste und der zweite Pol jeweils von einem der Klauenpole gebildet werden und der die magnetische Kraft einstellende Magnet einen Polzwischenmagneten enthält, der in der Umfangsrichtung neben dem den ersten Pol bildenden Klauenpol angeordnet ist und zum Verringern von aus dem Klauenpol in der Umfangsrichtung fließendem Leckfluss magnetisiert ist.
Motor nach Anspruch 14, wobei der die magnetische Kraft einstellende Magnet an einer äußeren Umfangsfläche des Klauenpols angeordnet ist und ein Teil des Klauenpols, wo der die magnetische Kraft einstellende Magnet nicht bereitgestellt ist, einen von dem ersten Pol und dem zweiten Pol bildet und der die magnetische Kraft einstellende Magnet den anderen von dem ersten Pol und dem zweiten Pol bildet.
Motor nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei der Motor so ausgestaltet ist, dass er eine Regelung durch Feldschwächung ausführen kann.
Motor nach Anspruch 1, wobei der erste Pol ein Magnetpol ist, der einen Permanentmagneten verwendet, und der zweite Pol ein Kernpol ist, der Teil eines Rotorkerns verwendet.
Motor nach Anspruch 19, wobei die Wicklungen eine Anzahl von 2n U-Phasen-Wicklungen, eine Anzahl von 2n V-Phasen-Wicklungen und eine Anzahl von 2n W-Phasen-Wicklungen in Übereinstimmung mit Antriebsströmen von drei Phasen, die zugeführt werden, enthalten, wobei n eine Ganzzahl von 2 oder mehr ist, und der Magnetpol und der Kernpol sich jeweils auf eine Anzahl von n belaufen.
Motor nach Anspruch 20, wobei der Magnetpol und der Kernpol in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen abwechselnd angeordnet sind.
Motor nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Kernpol in der Umfangsrichtung neben einem Magnetpol liegt, der den Permanentmagneten verwendet und eine andere Polarität hat.
Motor nach Anspruch 22, wobei zwischen dem Kernpol und dem Magnetpol, der eine andere Polarität hat, ein Zwischenraum ausgebildet ist.
Motor nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei ein Nordpol und ein Südpol des Rotors jeweils den Magnetpol und den Kernpol enthalten und ein N-Kernpol und ein S-Kernpol in einer Umfangsrichtung nebeneinanderliegen und durch einen Spalt voneinander beabstandet sind.
Motor nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei der Rotorkern einen Magneteinstellteil enthält, der im Rotorkern fließenden magnetischen Fluss einstellt.
Motor nach Anspruch 25, wobei der Magneteinstellteil einen Hilfsmagneten enthält, der im Rotorkern eingebettet ist und magnetischen Fluss veranlasst, im Kernpol zu fließen.
Motor nach Anspruch 25 oder 26, wobei der Kernpol in einer Umfangsrichtung neben einem Magnetpol liegt, der den Permanentmagneten verwendet und eine andere Polarität hat, und der Magneteinstellteil eine Führung für den magnetischen Fluss enthält, die magnetischen Fluss des Magnetpols zu einer Umfangsmitte des danebenliegenden Kernpols lenkt.
Motor nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei ein Nordpol und ein Südpol des Rotors jeweils den Magnetpol und den Kernpol enthalten, ein N-Magnetpol in einer Umfangsrichtung neben einem S-Magnetpol liegt, ein S-Kernpol auf einer dem S-Magnetpol entgegengesetzten Seite am N-Magnetpol angeordnet ist, ein N-Kernpol auf einer dem N-Magnetpol entgegengesetzten Seite am S-Magnetpol angeordnet ist und der Magneteinstellteil zum Beschränken eines Kurzschlusses von magnetischem Fluss zwischen dem N-Magnetpol und dem S-Magnetpol, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, ausgestaltet ist.
Motor nach einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei der Magnetpol den Rotorkern und den an einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns befestigten Permanentmagneten enthält.
Motor nach einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei der Magnetpol den Rotorkern und den im Rotorkern eingebetteten Permanentmagneten enthält.
Motor nach Anspruch 28, wobei der Magnetpol den Rotorkern und den im Rotorkern eingebetteten Permanentmagneten enthält, der N-Magnetpol und der S-Magnetpol jeweils zwei Permanentmagnete enthalten und die zwei Permanentmagnete im Wesentlichen in einer V-Form angeordnet sind, die in einer axialen Richtung betrachtet radial nach außen aufgespreizt ist.
Motor nach Anspruch 31, wobei der Magneteinstellteil in jedem der N- und S-Magnetpole radial einwärts von dem Permanentmagneten angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 31 oder 32, wobei der Rotorkern mehrere Magnetaufnahmen enthält, die jeweils einen der Permanentmagnete aufnehmen, und ein Ende jeder Magnetaufnahme in einer radialen Richtung durch einen Spalt von dem in der Magnetaufnahme aufgenommenen Permanentmagneten beabstandet ist.
Motor nach einem der Ansprüche 19 bis 33, wobei der Motor so ausgestaltet ist, dass er die Ausführung der Regelung durch Feldschwächung zulässt.
Motor nach Anspruch 19, wobei der Rotor ferner einen magnetischen Fluss tolerierenden Teil enthält, der von Teil des Rotorkerns gebildet wird und in einer Drehstellung des Rotors, in der der Magnetpol der ersten Wicklung gegenüberliegt, der zweiten Wicklung gegenüberliegt, und der magnetischen Fluss tolerierende Teil so ausgestaltet ist, dass er die Erzeugung von Flussverkettung infolge eines feldschwächenden Stroms an der zweiten Wicklung zulässt.
Motor nach Anspruch 35, wobei ein Nordpol und ein Südpol des Rotors jeweils den Magnetpol und den Kernpol enthalten, der magnetischen Fluss tolerierende Teil in einer Umfangsrichtung des Rotors zwischen dem N-Kernpol und dem S-Kernpol angeordnet ist and der N-Kernpol und der S-Kernpol jeweils neben dem Magnetpol liegen, der auf einer Seite, die dem magnetischen Fluss tolerierenden Teil in der Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, eine andere Polarität hat.
Motor nach Anspruch 36, wobei ein offener Winkel einer Oberfläche des Magnetpols, die dem Stator gegenüberliegt, größer ist als ein offener Winkel einer Oberfläche des Kernpols, die dem Stator gegenüberliegt.
Motor nach Anspruch 36 oder 37, wobei ein offener Winkel einer Oberfläche des magnetischen Fluss tolerierenden Teils, der dem Stator gegenüberliegt, größer ist als ein offener Winkel einer Oberfläche des Kernpols, die dem Stator gegenüberliegt.
Motor nach einem der Ansprüche 36 bis 38, wobei der Rotorkern ferner einen Reluktanzteil enthält, der zwischen dem magnetischen Fluss tolerierenden Teil und dem Kernpol, die nebeneinanderliegen, angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 39, wobei der Reluktanzteil ein im Rotorkern angeordneter Schlitz ist.
Motor nach Anspruch 40, wobei in dem Schlitz ein Hilfsmagnet angeordnet ist.
Motor nach einem der Ansprüche 36 bis 41, wobei der Rotor ferner einen Hilfsmagneten enthält, der veranlasst, dass im Kernpol magnetischer Fluss fließt, und der Hilfsmagnet an einem Teil im Rotorkern eingebettet ist, der radial einwärts von dem magnetischen Fluss tolerierenden Teil liegt.
Motor nach einem der Ansprüche 35 bis 42, wobei der Rotorkern Folgendes enthält: einen Kernhauptkörper, der den Magnetpol und den Kernpol enthält, und ein separates Kernstück, das ein separater Bauteil ist, der mit dem Kernhauptkörper verbunden ist und wenigstens Teil des magnetischen Fluss tolerierenden Teils bildet.
Motor nach Anspruch 43, wobei das separate Kernstück aus einem Material mit einer höheren magnetischen Permeabilität als der Kernhauptkörper hergestellt ist.
Motor nach Anspruch 43 oder 44, wobei ein Nordpol und ein Südpol des Rotors jeweils den Magnetpol und den Kernpol enthalten, das separate Kernstück, das den magnetischen Fluss tolerierenden Teil bildet, in einer Umfangsrichtung des Rotors zwischen dem N-Kernpol und dem S-Kernpol angeordnet ist, der N-Kernpol und der S-Kernpol jeweils neben dem Magnetpol liegen, der auf einer dem separaten Kernstück in der Umfangsrichtung entgegengesetzten Seite eine andere Polarität hat, und in der Umfangsrichtung zwischen dem separaten Kernstück und dem N-Kernpol und zwischen dem separaten Kernstück und dem S-Kernpol ein Spalt bereitgestellt ist.
Motor nach einem der Ansprüche 43 bis 45, wobei der Kernhauptkörper durch ein Verbindungsstück mit dem separaten Kernstück verbunden ist und das Verbindungsstück aus einem Material mit einer höheren Reluktanz als der Kernhauptkörper und das separate Kernstück hergestellt ist.