DE112016003983T5

DE112016003983T5 - Rotor, rotierende elektrische maschine, elektrischer kompressor und kühl/klimatisierungs-vorrichtung

Info

Publication number: DE112016003983T5
Application number: DE112016003983.2T
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Nakamura; Kazuhiro Shono; Yuki Tamura; Koji Masumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-07-05
Also published as: JPWO2017038489A1; JP6584513B2; US10594176B2; CN107925285B; WO2017038489A1; CN107925285A; US20180138763A1

Abstract

Ein Rotorkern wird durch Stapeln einer Mehrzahl von Kernplatten (1) konfiguriert, die jeweils Folgendes aufweisen: einen Kernbereich (2) auf der inneren Umfangsseite; einen Kernbereich (3) auf der äußeren Umfangsseite; ein Magnet-Einsetzloch (5); einen radialen Verbindungsbereich (6b), der so angeordnet ist, dass er mit dem Kernbereich (2) auf der inneren Umfangsseite verbunden ist; einen Umfangs-Verbindungsbereich (6a), der so angeordnet ist, dass er zwischen den Kernbereich (3) auf der äußeren Umfangsseite und den radialen Verbindungsbereich (6b) geschaltet ist, der einen Bereich mit minimaler Breite aufweist, der eine Breite aufweist, die geringer als Breiten an beiden Enden ist, und eine Breite aufweist, die von beiden Enden in Richtung zu dem Bereich mit minimaler Breite gleichmäßig abnimmt; sowie einen dünnen Bereich (12), der einen Bereich mit gleichmäßiger Dicke, der in dem Umfangs-Verbindungbereich (6a) angeordnet ist und der eine gleichmäßige Dicke aufweist, und einen Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke aufweist, der benachbart zu dem Bereich mit gleichmäßiger Dicke ist und eine zunehmende Dicke aufweist, wobei der dünne Bereich (12) den Bereich mit minimaler Breite innerhalb des Bereichs mit gleichmäßiger Dicke aufweist. Auch wenn die Dicke des Umfangs-Verbindungsbereichs (6a) verringert ist, ist eine ausreichende Festigkeit sichergestellt, und ein magnetischer Streufluss kann verringert werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine vom Typ mit eingebettetem Permanentmagneten. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen elektrischen Kompressor, der eine solche rotierende elektrische Maschine verwendet, sowie auf eine Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung, die einen elektrischen Kompressor aufweist.
STAND DER TECHNIK
Eine rotierende elektrische Maschine, bei der Permanentmagnete in einem Rotor verwendet werden, dreht den Rotor mittels einer Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Feld, das durch jeden Permanentmagneten erzeugt wird, der in dem Rotor eingebettet ist, und einem magnetischen Feld, das durch Anlegen eines Stroms an eine Spule erzeugt wird, die in einem Stator angeordnet ist, so dass eine Leistung zur Verfügung gestellt wird. Eine derartige rotierende elektrische Maschine hat man in großem Umfang in einem elektrischen Kompressor einer Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung, wie beispielsweise einer Klimaanlagen-Vorrichtung oder einer Gefriermaschine, die einen Kältekreislauf verwendet, einem Motorgenerator eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybrid-Elektrofahrzeugs und dergleichen verwendet.
Der Rotor einer derartigen rotierenden elektrischen Maschine wird durch Stapeln einer Mehrzahl von Kernplatten konfiguriert, die jeweils aus einem kreisförmigen Flächenkörper aus elektromagnetischem Stahl bestehen, der eine Mehrzahl von Magnet-Einsetzlöchern aufweist, so dass eine n-fache Symmetrie erreicht wird, um so einer Anzahl von magnetischen Polen n zu entsprechen (wobei n eine gerade Zahl gleich oder größer als 2 ist).
In jeder Kernplatte bildet ein Bereich, der die zentrale Seite in Bezug auf die Magnet-Einsetzlöcher bildet, einen Kernbereich auf einer inneren Umfangsseite, und ein Bereich, der die äußere Umfangsseite in Bezug auf die Magnet-Einsetzlöcher bildet, bildet einen Kernbereich auf einer äußeren Umfangsseite. Der Kernbereich auf der inneren Umfangsseite und der Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite sind über eine Mehrzahl von Verbindungsbereichen miteinander verbunden.
In dem Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, erreicht ein Teil eines magnetischen Flusses, der von dem in jedem Magnet-Einsetzloch eingebetteten Permanentmagneten erzeugt wird, den Stator nicht, und es tritt ein magnetischer Kurzschluss auf, bei dem eine Schleife gebildet wird, die durch den Kernbereich auf der inneren Umfangsseite, die Verbindungsbereiche und den Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite hindurchgeht und auf der Vorderseite und der Rückseite des Permanentmagneten geschlossen ist. Da der magnetische Fluss aufgrund des magnetischen Kurzschlusses den Stator nicht erreicht, trägt der magnetische Fluss in keiner Weise zu einer Drehung des Rotors bei und wird zu einem magnetischen Streufluss.
Somit wird ein derartiger magnetischer Fluss zu einem Faktor in Bezug auf eine Verringerung der Leistungsfähigkeit einer rotierenden elektrischen Maschine. Um einen derartigen magnetischen Kurzschluss zu verringern, ist es effizient, die Querschnittsfläche des jeweiligen Verbindungsbereichs zu verringern, um dadurch den magnetischen Widerstand jedes Verbindungsbereichs zu erhöhen. Die Querschnittsfläche jedes Verbindungsbereichs kann verringert werden, indem die Breite des Verbindungsbereichs verringert wird oder die Dicke des Verbindungsbereichs verringert wird.
Bei einem Rotor einer herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine ist zum Beispiel in jedem Verbindungsbereich ein Vertiefungsbereich mit einer Breite von gleich 1/3 bis 1/2 der Breite des Verbindungsbereichs ausgebildet, wenn die Dicke eines Bereichs des Verbindungsbereichs in der Nähe eines Magnet-Einsetzlochs mittels Prägen verringert wird, das durch Pressen durchgeführt wird, so dass die Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs verringert wird (siehe zum Beispiel das Patentdokument 1).
LITERATURLISTE
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2005-185 081 A
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Da die Dicke des Bereichs jedes Verbindungsbereichs bei dem Rotor einer herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine, die in dem Patentdokument 1 offenbart ist, durch einen Prägevorgang kleiner als jene gemacht wird, kann die Querschnittsfläche des Verbindungsbereichs verringert werden, so dass der magnetische Widerstand des Verbindungsbereichs erhöht werden kann. Um jedoch eine ausreichende Festigkeit sicherzustellen, um zu verhindern, dass sich die Kernplatte aufgrund einer mechanischen Beanspruchung verformt, die durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird, wenn sich der Rotor dreht, ist die Größenordnung des Bereichs, dessen Dicke durch Prägen verringert wird, auf den Bereich des Verbindungsbereichs beschränkt.
Das heißt, der Bereich mit verringerter Dicke weist eine Breite auf, die gleich 1/3 bis 1/2 der Breite des Verbindungsbereichs ist, und die Dicke desselben ist nur gleich 80 % bis 98 % der ursprünglichen Dicke, so dass die Querschnittsfläche nicht als ausreichend verringert betrachtet werden kann. Somit besteht ein Problem dahingehend, dass der Effekt der Verringerung eines magnetischen Streuflusses aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses unzureichend ist.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Folgendes anzugeben: einen Rotor, der die Sicherstellung einer ausreichenden Festigkeit ermöglicht und eine ausreichende Verringerung eines magnetischen Streuflusses ermöglicht, auch wenn die Dicke jedes Verbindungsbereichs verringert wird, so dass der magnetische Widerstand des Verbindungsbereichs erhöht wird; eine rotierende elektrische Maschine, die einen solchen Rotor aufweist; einen elektrischen Kompressor, der eine solche rotierende elektrische Maschine verwendet; sowie eine Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung, die einen solchen elektrischen Kompressor aufweist.
Lösung für die Probleme
Ein Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:

- einen Rotorkern, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Kernplatten in der Richtung einer Drehachse derart konfiguriert wird, dass Positionen von Magnet-Einsetzlöchern miteinander übereinstimmen, wobei jede Kernplatte Folgendes aufweist:
- - einen Kernbereich auf der inneren Umfangsseite, der auf der Seite der Drehachse der Kernplatte angeordnet ist, die eine Gestalt mit einer n-fachen Symmetrie in Bezug auf die Drehachse aufweist, so dass sie einer Anzahl von magnetischen Polen entspricht,
- - einen Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite, der auf einer äußeren Umfangsseite der Kernplatte so angeordnet ist, dass er dem jeweiligen magnetischen Pol entspricht,
- - ein Magnet-Einsetzloch, das zwischen dem Kernbereich auf der inneren Umfangsseite und dem Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite so angeordnet ist, dass es dem jeweiligen magnetischen Pol entspricht,
- - einen radialen Verbindungsbereich, der zwischen den jeweiligen magnetischen Polen angeordnet ist, der mit dem Kernbereich auf der inneren Umfangsseite verbunden ist und der sich in einer radialen Richtung der Kernplatte erstreckt,
- - einen Umfangs-Verbindungsbereich, der mit dem Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite und dem radialen Verbindungsbereich verbunden ist, sich in einer Umfangsrichtung der Kernplatte erstreckt, Breiten w1 und w2 in der radialen Richtung an beiden Enden desselben aufweist, einen Bereich mit minimaler Breite aufweist, der eine Breite w3 in der radialen Richtung aufweist, die kleiner als w1 und w2 ist, und der eine Breite aufweist, die von beiden Enden in Richtung zu dem Bereich mit minimaler Breite gleichmäßig abnimmt, und
- - einen dünnen Bereich, der einen Bereich mit gleichmäßiger Dicke, der an dem Umfangs-Verbindungsbereich angeordnet ist und der eine Dicke tc über eine Gesamtbreite hinweg aufweist, in der radialen Richtung des Umfangs-Verbindungsbereichs und einen Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke aufweist, der an den Bereich mit gleichmäßiger Dicke angrenzt, der an dem Umfangs-Verbindungsbereich angeordnet ist, und der eine Dicke aufweist, die von tc auf to zunimmt, wobei der dünne Bereich den Bereich mit minimaler Breite innerhalb des Bereichs mit gleichmäßiger Dicke aufweist; und
- - Permanentmagnete, die in den Magnet-Einsetzlöchern eingebettet sind.

Effekt der Erfindung
Mit dem Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses verringert werden, und es kann eine ausreichende Festigkeit sichergestellt werden.
Figurenliste
Die Zeichnungen zeigen in:

1 eine Querschnittsansicht, die eine vertikale Querschnittskonfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Draufsicht, die eine Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors bildet, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Teil-Draufsicht, die einen Teil der Kernplatte, die den Rotorkern des Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
4 eine Teil-Draufsicht, welche die Konfiguration um einen Verbindungsbereich und Hohlraum-Bereiche der Kernplatte bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
5 eine perspektivische Teilansicht, welche die Konfiguration um den Verbindungsbereich und die Hohlraumbereiche der Kernplatte bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
6 eine Querschnittsansicht in einer Dickenrichtung eines Umfangs-Verbindungsbereichs der Kernplatte gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
7 eine Draufsicht, um die Ellipse eines elliptischen Bogens zu definieren, der einen Randbereich des Umfangs-Verbindungsbereichs der Kernplatte gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung bildet;
8 eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, der einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
9 eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
10 eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
11 eine perspektivische Teilansicht, welche die Konfiguration um einen Verbindungsbereich und Hohlraumbereiche der Kernplatte gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
12 Querschnittsansichten in einer Dickenrichtung des Verbindungsbereichs der Kernplatte gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
13 eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
14 eine perspektivische Teilansicht, welche die Konfiguration um einen Verbindungsbereich und Hohlraumbereiche der Kernplatte gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt;
15 eine Querschnittsansicht in einer Dickenrichtung um einen Umfangs-Verbindungsbereich der Kernplatte gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
16 eine Teil-Draufsicht, welche die Konfiguration um den Verbindungsbereich und die Hohlraumbereiche der Kernplatte gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine Querschnittsansicht, die eine vertikale Querschnittskonfiguration eines elektrischen Kompressors gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ein Kältekreislauf-Diagramm, das einen Kältekreislauf einer Klimaanlagen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 eine perspektivische Explosionsansicht, die eine außen liegende Einheit der Klimaanlagen-Vorrichtung vom separaten Typ gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Zunächst wird eine Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine vertikale Querschnittskonfiguration des Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine handelt es sich um eine rotierende elektrische Maschine, die in einem elektrischen Kompressor einer Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung verwendet wird, die einen Kältekreislauf verwendet, wie beispielsweise einer Klimatisierungs-Vorrichtung und einer Gefriermaschine.
Wie in 1 gezeigt, weist der Rotor 60 für eine rotierende elektrische Maschine Folgendes auf: einen Rotorkern 20, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Kernplatten konfiguriert wird, die aus Flächenkörpern aus elektromagnetischem Stahl gebildet sind; Permanentmagnete 9, die innerhalb von Magnet-Einsetzlöchern 5 angeordnet sind, die in dem Rotorkern 20 angeordnet sind; sowie Endplatten 21, die an beiden Enden des Rotorkerns 20 angeordnet sind.
Der Rotor 60 für eine rotierende elektrische Maschine, der in einem elektrischen Kompressor verwendet wird, weist ferner an der äußeren Seite der einen der Endplatten 21 ein halbkreisförmiges Ausgleichsgewicht 23 auf, um während einer Drehung das Gleichgewicht zu halten. Der Rotorkern 20, die Endplatten 21, die an beiden Enden des Rotorkerns 20 angeordnet sind, sowie das Ausgleichsgewicht 23 sind mittels Nieten 24 integral aneinander befestigt, so dass der Rotor 60 konfiguriert wird. Darüber hinaus ist in dem Rotorkern 20 und den Endplatten 21 ein Wellen-Einsetzloch 4 angeordnet, um eine Welle hindurchzuführen, die eine Drehachse aufweist, die mit einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie P-Q gekennzeichnet ist.
Bei der vorliegenden Konfiguration ist das Ausgleichsgewicht 23 nicht unbedingt notwendig, und der Rotor 60 kann ohne das Ausgleichsgewicht 23 konfiguriert sein. Außerdem weisen Beispiele für die Permanentmagnete 9 plattenartige Magnete aus Seltenen Erden, die Neodym, Eisen oder Bor als wesentliche Komponente aufweisen, und plattenartige Ferrit-Magnete auf, die Eisenoxid als eine wesentliche Komponente enthalten.
Eine rotierende elektrische Maschine wird durch Anordnen eines Stators, der eine Spule aufweist, um den zylindrischen Rotor herum konfiguriert, der konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben. Der Rotor kann um die Drehachse herum gedreht werden, indem der Spule des Stators ein Strom zugeführt wird.
2 ist eine Draufsicht, welche die Kernplatte zeigt, die den Rotorkern des in 1 gezeigten Rotors bildet. Darüber hinaus ist 3 eine Teil-Draufsicht, die einen Teil der in 2 gezeigten Kernplatte in einer vergrößerten Weise zeigt. 3 zeigt außerdem einen Permanentmagneten für einen Pol.
Wie in 2 gezeigt, besteht die Kernplatte 1 aus einem Flächenkörper aus elektromagnetischem Stahl, der in einer kreisförmigen Gestalt ausgebildet ist und eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm und bevorzugt von 0,35 mm bis 0,5 mm aufweist. Wenn die Anzahl von magnetischen Polen gleich n ist (n ist eine gerade Zahl gleich oder größer als 2), weist die Kernplatte 1 eine Gestalt mit einer Rotationssymmetrie n-ter Ordnung auf. 2 zeigt den Fall, in dem die Anzahl von magnetischen Polen gleich sechs ist, und somit weist die Kernplatte 1 eine Gestalt mit 6-facher Symmetrie auf. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl von magnetischen Polen jedoch nicht auf sechs beschränkt und kann gleich einer anderen Anzahl von magnetischen Polen sein, wie beispielsweise vier oder acht.
Wenn die Kernplatte 1 mit sechs Polen, die in 2 gezeigt ist, durch gestrichelte Linien A-B, C-D und E-F, die durch die Mitte der Kernplatte 1 hindurchgehen, gleichmäßig in sechs gleiche Bereiche aufgeteilt wird, weisen die gleichen Bereiche die gleiche Form auf. Daher wird nachstehend eine Teilform für einen Pol unter den gleichen Bereichen beschrieben, die durch gleichmäßiges Teilen der Kernplatte 1 durch sechs erhalten werden, was die Anzahl von magnetischen Polen ist.
Wenn sechs Teilformen kombiniert werden, die durch Drehen der nachstehend beschriebenen Teilform für einen Pol um 0°, 60°, 120°, 180°, 240° und 300° erhalten werden, wird die Gesamtform der Kernplatte gebildet. Das Gleiche gilt für den Fall, in dem die Anzahl von magnetischen Polen gleich einer anderen Zahl als 6 ist und die Kernplatte 1 die Eigenschaften einer rotationssymmetrischen Form aufweist.
3 zeigt einen Teil der Kernplatte 1, bei dem es sich um einen Bereich für einen Pol auf der oberen Seite des Zeichnungsblatts zwischen den gestrichelten Linien A-B und C-D in 2 handelt. In 3 ist das Wellen-Einsetzloch 4 nicht gezeigt. In den 2 und 3 handelt es sich bei einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie R-S um die Polachse des magnetischen Pols, der in 3 gezeigt ist, die Polachse verläuft durch die Mitte der Kernplatte 1, und die Form der Kernplatte 1 für einen Pol ist so ausgebildet, dass sie achsensymmetrisch in Bezug auf die Polachse ist.
Daher kann bei der folgenden Beschreibung die Konfiguration auf der rechten Seite des Zeichnungsblatts als die gleiche wie jene auf der linken Seite des Zeichnungsblatts verstanden werden und umgekehrt, auch wenn zum Beispiel: die Konfiguration für einen Pol, wie in 3 gezeigt, in einer Teil-Draufsicht gezeigt ist; die Konfiguration auf der linken Seite des Zeichnungsblatts in Bezug auf die Polachse beschrieben ist, die durch die abwechselnd mit langen und kurzen Strichen gestrichelte Linie R-S gekennzeichnet ist; und die Beschreibung auf der rechten Seite des Zeichnungsblatts weggelassen ist, da die linke Seite des Zeichnungsblatts und die rechte Seite des Zeichnungsblatts in Bezug auf die Polachse achsensymmetrisch zueinander sind.
Darüber hinaus sind die gleichen Komponenten auf der linken Seite des Zeichnungsblatts und auf der rechten Seite des Zeichnungsblattes mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, mit Ausnahme des Falls, in dem es notwendig ist, ausdrücklich zwischen der Konfiguration auf der linken Seite des Zeichnungsblatts und der Konfiguration auf der rechten Seite des Zeichnungsblatts in Bezug auf die Polachse zu unterscheiden.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist das Magnet-Einsetzloch 5, das eine Längsrichtung senkrecht zu der Polachse aufweist, in der Kernplatte 1 angeordnet, ein Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite ist auf der zentralen Seite der Kernplatte 1 in Bezug auf das Magnet-Einsetzloch 5 angeordnet, und ein Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite ist auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf das Magnet-Einsetzloch 5 angeordnet.
Der Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite und der Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite sind durch Verbindungsbereiche 6 miteinander verbunden, und jeder Verbindungsbereich 6 besteht aus zwei Bereichen, das heißt, einem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und einem radialen Verbindungsbereich 6b, so dass einer von Hohlraumbereichen 7 bedeckt ist, die an beiden Enden des Magnet-Einsetzlochs 5 angeordnet sind.
Bei jedem Umfangs-Verbindungsbereich 6a handelt es sich um einen Verbindungsbereich, der eine Längsrichtung aufweist, die mit der Umfangsrichtung der Kernplatte 1 übereinstimmt, und bei jedem radialen Verbindungsbereich 6b handelt es sich um einen Verbindungsbereich, der eine Längsachse aufweist, die mit der radialen Richtung der Kernplatte 1 übereinstimmt. Jeder Hohlraumbereich 7 ist angeordnet, um den magnetischen Widerstand des magnetischen Pfads zu erhöhen, der den Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite mit dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite verbindet, um einen magnetischen Kurzschluss an einem Endbereich des Permanentmagneten 9 zu verhindern.
Der Bereich zwischen dem Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite und dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite besteht aus den Verbindungsbereichen 6 und den Hohlraumbereichen 7. Somit nehmen die Flächen der Hohlraumbereiche 7 zu, wenn die Breiten der Verbindungsbereiche 6 abnehmen.
Wenngleich später im Detail beschrieben, ist ein dünner Bereich 12 in einem Bereich in der Umfangsrichtung des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a so angeordnet, dass er dünner als der andere Bereich des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a ist. Durch das Anordnen des dünnen Bereichs 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a kann die Querschnittsfläche des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a verringert werden, um dadurch den magnetischen Widerstand zu erhöhen, so dass ein magnetischer Kurzschluss verhindert werden kann.
Um eine Verringerung der Festigkeit aufgrund der Anordnung des dünnen Bereichs 12 zu verhindern, weist ein Randbereich des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a auf der zentralen Seite der Kernplatte 1 eine Form auf, die auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf einen kreisförmigen Bogen eines Kreises hervorragt, der konzentrisch mit der Kernplatte 1 ist, und weist bevorzugt eine elliptische Bogenform auf.
Durch das Anordnen des dünnen Bereichs 12 derart, dass er eine Stelle aufweist, bei der die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a ihr Minimum aufweist, wird verhindert, dass eine Stelle, bei der eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in einer Dickenrichtung auftritt, die gleiche wie eine Stelle ist, bei der eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in einer Oberflächenrichtung auftritt.
Hierbei ist mit einer Spannungskonzentration gemeint, dass aufgrund der Zentrifugalkraft, die erzeugt wird, wenn sich der Rotor 60 dreht, eine Spannung auftritt, die gleich dem 1,2-fachen oder mehr der mittleren Spannung in dem dünnen Bereich 12 ist. Die mittlere Spannung in dem dünnen Bereich 12 kann erhalten werden, indem eine Last in der Umfangsrichtung, die in dem dünnen Bereich 12 erzeugt wird, wenn sich der Rotor 60 dreht, durch die Querschnittsfläche eines Querschnitts des dünnen Bereichs 12 senkrecht zu der Umfangsrichtung aufgeteilt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Stelle, an der eine Spannungsbelastung auftritt, als eine Spannungskonzentrations-Stelle bezeichnet.
An dem Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite und an beiden Endbereichen des Magnet-Einsetzlochs 5 sind Magnet-Anschläge 8 angeordnet, so dass verhindert wird, dass sich der Permanentmagnet 9, der in das Magnet-Einsetzloch 5 eingesetzt ist, in der Längsrichtung des Magnet-Einsetzlochs 5 bewegt, und dass dieser in Position innerhalb des Magnet-Einsetzlochs 5 angeordnet wird. Der Rotorkern 20 wird durch Stapeln einer Mehrzahl der Kernplatten 1, die konfiguriert sind, wie vorstehend beschrieben, derart konfiguriert, dass die Positionen der Magnet-Einsetzlöcher 5 miteinander übereinstimmen.
Als nächstes wird die Konfiguration des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a und des dünnen Bereichs 12, die vorstehend beschrieben sind, im Detail beschrieben.
4 ist eine Teil-Draufsicht, welche die Konfiguration um den Verbindungsbereich und die Hohlraumbereiche der Kernplatte, die in 2 gezeigt sind, in einer vergrößerten Weise zeigt. 4 zeigt die Konfiguration um den Verbindungsbereich 6 und die Hohlraumbereiche 7 der Kernplatte 1, die in 2 gezeigt sind, auf beiden Seiten der gestrichelten Linie C-D und auf der oberen Seite des Zeichnungsblatts. Wie vorstehend beschrieben, weist die Kernplatte 1 eine Form mit einer Rotationssymmetrie in Bezug auf die Mitte derselben auf, und jeder magnetische Pol weist eine Form mit einer Achsensymmetrie in Bezug auf die Polachse auf.
Somit ist die Konfiguration um den Verbindungsbereich 6 und die Hohlraumbereiche 7 herum, die hier gezeigt ist, nicht auf den in 4 gezeigten Bereich beschränkt, sondern auch die Konfigurationen um sämtliche der Verbindungsbereiche 6 und der Hohlraumbereiche 7 der Kernplatte 1 sind die gleichen.
In 4 handelt es sich bei den abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien a-b, c-d und e-fum Hilfslinien, um den Bereich des Verbindungsbereichs 6 in der Kernplatte 1 darzustellen. Bei den abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien a-b und c-d handelt es sich um gerade Linien parallel zu der gestrichelten Linie C-D, die durch den Mittelpunkt der Kernplatte 1 hindurch gehet, und es handelt sich um Tangenten an die Peripherien der Hohlraumbereiche 7 an Stellen, an denen die Abstände von der gestrichelten Linie C-D am größten sind.
Bei der abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linie e-f handelt es sich um eine gerade Linie senkrecht zu der gestichelten Linie C-D, die durch die Mitte der Kernplatte 1 hindurchgeht, und sie befindet sich in Kontakt mit den Rändern der Magnet-Anschläge 8 an Stellen, die sich am nächsten zu dem äußeren Umfang der Kernplatte 1 befinden. Wenn die abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linie a-b, c-d und e-f als Grenzlinien definiert sind, handelt es sich bei dem Verbindungsbereich 6 in 4 um einen Bereich innerhalb dieser Grenzlinien.
Das heißt, der Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite und der Verbindungsbereich 6 in der Kernplatte 1 sind durch die abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien a-b und c-d abgegrenzt, und der Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite und der Verbindungsbereich 6 sind durch die abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelte Linie e-f abgegrenzt.
Darüber hinaus handelt es sich bei den abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien g-h und i-j um Hilfslinien, um die Grenze zwischen dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und dem radialen Verbindungsbereich 6b des Verbindungsbereichs 6 darzustellen. Bei den abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien g-h und i-j handelt es sich um gerade Linien parallel zu der gestrichelten Linie C-D, die durch die Mitte der Kernplatte 1 hindurchgeht, und sie befinden sich in Kontakt mit den Rändern des radialen Verbindungsbereichs 6b.
In 4 ist die Breite des radialen Verbindungsbereichs 6b gleichmäßig, und somit befinden sich die abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien g-h und i-j in Kontakt mit den gesamten Rändern des radialen Verbindungsbereichs 6b. Wenn die Breite des radialen Verbindungsbereichs 6b jedoch nicht gleichmäßig ist, können die abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien g-h und i-j, die als gerade Linien definiert sind, die Tangenten an die Peripherien der Hohlraumbereiche 7 an Stellen sind, die sich am nächsten bei dem äußeren Umfang der Kernplatte 1 befinden.
In dem Verbindungsbereich 6 handelt es sich bei dem Bereich zwischen den abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien g-h und i-j um den radialen Verbindungsbereich 6b, und bei dem andern Bereich handelt es sich um den Umfangs-Verbindungsbereich 6a.
Als nächstes handelt es sich bei einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie G-H und einer Ellipse 10a, die durch eine mit langen Strichen gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, um Hilfslinien, um die Form des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a darzustellen. Bei der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie G-H handelt es sich um eine gerade Linie senkrecht zu der gestrichelten Linie CD, die durch die Mitte der Kernplatte 1 hindurchgeht.
Wie in 4 gezeigt, weist ein innerer Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a eine elliptische Bogenform auf. Die Ellipse 10a ist eine Ellipse, die derart gezeichnet ist, dass die Hauptachse derselben mit der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie G-H überlappt, und die Ellipse 10a befindet sich tangential zu den abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien a-b und g-h, die parallel zu der gestrichelten Linie C-D sind, die sich in der Längsrichtung des radialen Verbindungsbereichs erstreckt.
Das heißt, da es sich bei den abwechselnd mit einem langen und zwei kurzen Strichen bzw. Punkten gestrichelten Linien a-b und g-h um die Grenzlinien zwischen dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und dem anderen Bereich handelt, wie vorstehend beschrieben, stimmt die Form des Randbereichs 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a mit jener eines elliptischen Bogens der Ellipse 10a auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie G-H überein.
Der Bereich und die Form des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a sind definiert, wie vorstehend beschrieben. Wie in 4 gezeigt, sind die Breiten von beiden Enden des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a gleich w1 beziehungsweise w2, und der Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a auf der zentralen Seite der Kernplatte 1 weist eine Form auf, die auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf den Kreis hervorragt, der konzentrisch mit der Kernplatte 1 ist.
Somit ist in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a eine minimale Breite 11 angegeben, bei der die Breite gleich w3 und am geringsten ist, und die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a nimmt von beiden Enden des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in Richtung zu dem Bereich 11 mit minimaler Breite gleichmäßig ab. Der dünne Bereich 12 ist so angeordnet, dass er den Bereich 11 mit minimaler Breite aufweist.
Da die Hauptachse der Ellipse 10a mit der gestichelten Linie C-D überlappt, ist die Nebenachse der Ellipse 10a nicht in Richtung zu der Mitte der Kernplatte 1 ausgerichtet, und die Ellipse 10a ist auf der Seite entfernt von der gestrichelten Linie C-D in Richtung zu der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 geneigt und ist auf der Seite nahe der gestrichelten Linie C-D in Richtung zu der zentralen Seite der Kernplatte 1 geneigt. Somit ist der Bereich 11 mit minimaler Breite weiter von der gestrichelten Linie C-D entfernt als die Mitte der Ellipse 10a.
5 ist eine perspektivische Teilansicht, welche die Konfiguration um den Verbindungsbereich und die Hohlraumbereiche, die in 4 gezeigt sind, in einer vergrößerten Weise zeigt. 6 ist eine Querschnittsansicht in der Dickenrichtung des Umfangs-Verbindungsbereichs entlang einer gestrichelten Linie m-n in 5.
Wie in den 5 und 6 gezeigt, ist die Dicke des dünnen Bereichs 12 geringer als jene des anderen Bereichs der Kernplatte 1. Der dünne Bereich 12 kann durch Prägen erzeugt werden, bei dem es sich um ein Pressen handelt, oder kann durch Schneiden oder Ätzen erzeugt werden. Der dünne Bereich 12 wird bevorzugt mit einem Prägevorgang erzeugt, da die Festigkeit des dünnen Bereichs 12 aufgrund von Verfestigung größer gestaltet werden kann als durch Schneiden und Ätzen. Durch Anordnen des dünnen Bereichs 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a, wie vorstehend beschrieben, wird die Querschnittsfläche des dünnen Bereichs 12 verringert.
Somit nimmt der magnetische Widerstand des dünnen Bereichs 12 zu, und ein magnetischer Streufluss, der durch den Verbindungsbereich 6 hindurch strömt, wird verringert, so dass die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden kann. Wie in 5 gezeigt, ist der dünne Bereich 12 in der Breitenrichtung über den gesamten Umfangs-Verbindungsbereich 6a hinweg angeordnet. Indessen kann der dünne Bereich 12 in der Längsrichtung in dem gesamten Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet sein oder kann in der Längsrichtung in einem Teil des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a angeordnet sein.
Ferner kann der dünne Bereich 12 über den Bereich des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a hinaus und in dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite oder dem radialen Verbindungsbereich 6b angeordnet sein. Wenn der dünne Bereich 12 jedoch in der Längsrichtung in einem größeren Teil des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a angeordnet ist, nimmt der magnetische Widerstand des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a weiter zu, so dass der magnetische Streufluss stärker verringert werden kann.
Wie in 6 gezeigt, weist der dünne Bereich 12 Folgendes auf: einen Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke, bei dem es sich um einen Bereich handelt, der eine gleichmäßige Dicke tc aufweist; sowie Bereiche 12b und 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke, die eine Dicke aufweisen, die sich von to auf tc ändert. Bei der Dicke to handelt es sich um die Dicke der Kernplatte 1, und die Dicke der Kernplatte 1 mit Ausnahme des dünnen Bereichs 12 ist gleich to. Wie in 5 gezeigt, befindet sich der Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke in der Nähe des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite, und der Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke befindet sich in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs 6b.
Um den magnetischen Widerstand des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a zu erhöhen, um dadurch den magnetischen Streufluss zu verringern, ist das Verhältnis tc/to der Dicke tc des Bereichs 12a mit gleichmäßiger Dicke zu der Dicke der Kernplatte 1 bevorzugt geringer. Um sowohl die gewünschte Festigkeit als auch die gewünschte Verringerung des magnetischen Streuflusses zu erreichen, ist das Verhältnis tc/to bevorzugt gleich 1/4 bis 3/4 und bevorzugter gleich 1/3 bis 2/3.
Jede Kernplatte 1 ist konfiguriert, wie vorstehend beschrieben, und der Rotorkern 20 wird durch Stapeln einer Mehrzahl der Kernplatten 1 derart konfiguriert, dass die Positionen der Magnet-Einsetzlöcher 5 miteinander übereinstimmen. Da jede Kernplatte 1 die dünnen Bereiche 12 aufweist, werden bei den dünnen Bereichen 12, wenn die Kernplatten 1 gestapelt werden, Luftdurchlässe gebildet, so dass es eine Verbindung zwischen den Hohlraumbereichen 7 und dem Außenbereich des Rotorkerns 20 gibt. Somit können die Permanentmagnete 9 mittels eines Fluids gekühlt werden, das durch die Luftdurchlässe hindurch strömt.
Als nächstes wird der Betrieb einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wenn dem Stator der rotierenden elektrischen Maschine ein Strom zugeführt wird, dreht sich der Rotor 60 um die Drehachse P-Q herum, wie in 1 gezeigt. Bei der Drehachse P-Q handelt es sich um eine Achse, die durch die Mitte der Kernplatte 1 hindurchgeht. Wenn sich der Rotor 60 dreht, wirkt eine Zentrifugalkraft auf jeden Permanentmagneten 9, der in dem Rotorkern 20 angeordnet ist, und jeden Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite jeder Kernplatte 1 ein.
Da jede Kernplatte 1 so ausgebildet ist, dass sie eine Achsensymmetrie in Bezug auf die Polachse R-S aufweist, wie vorstehend beschrieben, werden Komponenten der Zentrifugalkraft in der Umfangsrichtung senkrecht zu der Polachse R-S ausgelöscht, und es wirken lediglich Komponenten in der radialen Richtung parallel zu der Polachse R-S.
Die Kraft in der radialen Richtung, die auf jeden Permanentmagneten 9 und jeden Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite einwirkt, erzeugt in jedem Verbindungsbereich 6 eine Spannung. Die Längsrichtung jedes radialen Verbindungsbereichs 6b ist in der radialen Richtung ausgerichtet, und es sind nur die Komponenten in der radialen Richtung der Zentrifugalkraft vorhanden. Somit tritt in dem radialen Verbindungsbereich 6b nur eine Zugspannung auf.
Da die Längsrichtung jedes Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in der Umfangsrichtung orthogonal zu der radialen Richtung ausgerichtet ist, tritt in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a indessen eine Biegespannung auf, so dass der Umfangs-Verbindungsbereich 6a in Richtung zu der äußeren Seite der Kernplatte 1 gebogen wird, wobei die Umgebung der Grenze zu dem radialen Verbindungsbereich 6b ein Drehpunkt ist.
Hinsichtlich der Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung ist die Kernplatte 1 stark in Bezug auf eine Zugspannung, ist jedoch schwach in Bezug auf eine Biegespannung. Somit ist die Beständigkeit gegenüber einer plastischen Verformung durch die Biegespannung bestimmt, die in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a auftritt.
Da die Form des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a bei der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, wie vorstehend beschrieben, kann die Festigkeit des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a ausreichend hoch gemacht werden, auch wenn der dünne Bereich 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet ist. Der Mechanismus dafür wird nachstehend beschrieben.
In dem Fall, in dem der dünne Bereich 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet ist, können Stellen, an denen eine Biegespannung konzentriert ist, die in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a auftritt, separat als eine Spannungskonzentrations-Stelle aufgrund der Form in der Dickenrichtung und als eine Spannungskonzentrations-Stelle aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung der Kernplatte 1 betrachtet werden.
In 6 tritt die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung in dem Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 auf der Seite in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs 6b und in der Umgebung der Grenze zu dem Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke auf. Mit anderen Worten, die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung tritt in dem dünnen Bereich 12, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet ist, und an einer Stelle auf, an der die Dicke beginnt, von dem minimalen Wert an zuzunehmen, und die sich am nächsten bei dem radialen Verbindungsbereich 6b befindet.
Indessen tritt die Spannungskonzentration in 4 aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung der Kernplatte 1 in der Umgebung des Bereichs 11 mit minimaler Breite des dünnen Bereichs 12 und auf der Seite in der Nähe des Randbereichs 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a auf. Die Stelle der Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung kann nicht spezifischer angezeigt werden als jene der Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung, und die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung tritt zum Beispiel an einer Position auf, die aufgrund eines Faktors, wie beispielsweise des Bereichs, in dem der dünne Bereich 12 angeordnet ist, in Bezug auf die Position des Bereichs 11 mit minimaler Breite etwas verschoben ist.
Die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung tritt jedoch im Allgemeinen in der Umgebung des Bereichs 11 mit minimaler Breite auf. Wenn dafür gesorgt wird, dass die Grenze zwischen dem Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke, bei dem es sich um die Spannungskonzentrations-Stelle aufgrund der Form in der Dickenrichtung handelt, und dem Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke von der Position des Bereichs 11 mit minimaler Breite entfernt ist, bei dem es sich um die Spannungskonzentrations-Stelle aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung handelt, können somit die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung und die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung verteilt werden, so dass der maximale Wert der Biegespannung, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a auftritt, verringert werden kann und die Beständigkeit gegenüber einer plastischen Verformung verbessert werden kann.
Als nächstes wird die Form einer Ellipse 10a beschrieben, welche die Form des elliptischen Bogens des Randbereichs 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a bestimmt.
Im Allgemeinen kann die Form einer Ellipse durch eine Elliptizität b/a definiert werden, wenn die Halb-Hauptachse derselben mit a bezeichnet wird und die Halb-Nebenachse derselben mit b bezeichnet wird. 7 ist eine Draufsicht, um die Ellipse eines elliptischen Bogens zu definieren, der den Randbereich des Umfangs-Verbindungsbereichs bestimmt. In 7 repräsentiert ein kreisförmiger Bogen, der durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet ist, den äußeren Umfang der Kernplatte 1, und ein Punkt O repräsentiert die Mitte der Kernplatte 1.
Darüber hinaus handelt es sich bei einer Ellipse, die durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist, um die Ellipse 10a, welche die Form des elliptischen Bogens des Randbereichs 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a bestimmt. In 7 ist die Abmessung der Ellipse 10a in Bezug auf die Abmessung der Kernplatte 1 zwecks eines leichten Verständnisses so gezeigt, dass sie größer als jene in der tatsächlichen Kernplatte 1 ist.
In 4 ist die Nebenachse der Ellipse 10a in einer Richtung ausgerichtet, die von der Richtung zu der Mitte der Kernplatte 1 hin abweicht. In 7 ist die Nebenachse der Ellipse 10a jedoch in der Richtung zu der Mitte der Kernplatte 1 hin ausgerichtet. Bei der tatsächlichen Kernplatte 1 muss die Nebenachse der Ellipse 10a nicht in der Richtung zu der Mitte der Kernplatte 1 hin ausgerichtet sein und weicht bevorzugt von der Richtung zu der Mitte der Kernplatte 1 ab, wie in 4 gezeigt, da der Abstand zwischen der Position des Bereichs 11 mit minimaler Breite und der Position der Grenze zwischen dem Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke und dem Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke vergrößert ist und die Spannungskonzentrations-Stelle aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung und die Spannungskonzentrations-Stelle aufgrund der Form in der Dickenrichtung weiter voneinander entfernt sind.
Wie in den 2 und 4 gezeigt, ist das Verhältnis der Abmessung der Ellipse 10a zu der Abmessung der tatsächlichen Kernplatte 1 jedoch kleiner als das Verhältnis der Abmessung der Ellipse 10a zu der Abmessung der Kernplatte 1, die in 7 gezeigt ist, und der Unterschied zwischen der Richtung der Nebenachse und der Richtung zu der Mitte hin ist gering. Somit kann die Form der Ellipse 10a an jene in dem Fall angenähert werden, in dem die Nebenachse in der Richtung zu der Mitte hin ausgerichtet ist, wie in 7.
In 7 geben „a“, „b“, „c“ und „d“ die Abstände von jeweiligen Liniensegmenten wieder, „a“ gibt die Halb-Hauptachse der Ellipse 10a wieder, und „b“ gibt die Halb-Nebenachse der Ellipse 10a wieder. Darüber hinaus gibt eine gestrichelte Linie N-M, die durch einen Punkt A und einen Punkt B auf der Hauptachse der Ellipse 10a geht, einen kreisförmigen Bogen wieder, der einen Teil eines Kreises bildet, der konzentrisch mit dem äußeren Umfang der Kernplatte 1 ist. „c“ gibt den Abstand zwischen dem Punkt A auf der Hauptachse der Ellipse 10a und der Mitte O der Kernplatte 1 wieder und gibt außerdem den Radius des Kreises wieder, der den kreisförmigen Bogen bildet, der aus der gestrichelten Linie N-M besteht, „d“ gibt den Abstand zwischen der Mitte der Ellipse 10a und der Mitte O der Kernplatte 1 wieder.
Darüber hinaus handelt es sich bei einem Winkel θ um den Winkel zwischen dem Liniensegment O-A, das die Mitte O der Kernplatte 1 mit dem Punkt A verbindet, und dem Liniensegment O-B, das die Mitte O der Kernplatte 1 mit dem Punkt B verbindet.
Die Ellipse 10a ist derart ausgelegt, dass sich ein Punkt C auf der Nebenachse derselben auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf den kreisförmigen Bogen befindet, der aus der gestrichelten Linie N-M besteht. Das heißt, ein kreisförmiger Bogen der Ellipse 10a, der durch den Punkt A, den Punkt C und den Punkt B geht, weist eine Form auf, die auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf die gestrichelte Linie N-M hervorragt, bei der es sich um den kreisförmigen Bogen des Kreises handelt, der konzentrisch mit der Kernplatte 1 ist.
Wenn sich der Punkt C auf der Nebenachse auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf den kreisförmigen Bogen befindet, der aus der gestrichelten Linie N-M besteht, befindet sich ein Bereich mit minimaler Breite, bei dem der Abstand zwischen der Ellipse 10a und dem äußeren Umfang der Kernplatte 1 am geringsten ist, bei dem Punkt C. Wenn sich der Punkt C jedoch auf der Nebenachse auf der zentralen Seite der Kernplatte 1 in Bezug auf den kreisförmigen Bogen befindet, der aus der gestrichelten Linie N-M besteht, befindet sich der Bereich mit minimaler Breite an Positionen in der Nähe des Punkts A und des Punkts B.
Wie vorstehend beschrieben, liegt die Grenze zwischen dem Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke und dem Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 an der Position in der Nähe des Punkts A oder des Punkts B vor, und ein Spannungskonzentrations-Bereich aufgrund der Form in der Dickenrichtung ist an der Grenze ausgebildet. Somit befindet sich der Bereich mit minimaler Breite bevorzugt bei dem Punkt C, damit sich der Spannungskonzentrations-Bereich in der Dickenrichtung und ein Spannungskonzentrations-Bereich in der Oberflächenrichtung an unterschiedlichen Positionen befinden.
Daher muss die Ellipse 10a eine Ellipse sein, bei welcher sich der Punkt C auf der Nebenachse derselben auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf den kreisförmigen Bogen befindet, der aus der gestrichelten Linie N-M besteht. Eine derartige Ellipse ist durch die Abstände a, b, c und d sowie den Winkel θ definiert, die in FIG: 7 gezeigt sind.
Wie in 7 gezeigt, muss der Gesamtabstand des Abstands d und der Nebenachse b der Ellipse 10a größer als der Radius des Kreises sein, der den kreisförmigen Bogen bildet, der aus der gestrichelten Linie N-M besteht, das heißt, der Abstand c, damit sich der Punkt C auf der Nebenachse auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte 1 in Bezug auf den kreisförmigen Bogen befindet, der aus der gestrichelten Linie N-M besteht. Das heißt, es ist notwendig, die Bedingung des folgenden mathematischen Ausdrucks (1) zu erfüllen. $b + d > c$
Der Abstand d wird durch d = c·cos(θ/2) wiedergegeben. Wenn somit der Abstand d in den mathematischen Ausdruck (1) eingesetzt wird und der mathematische Ausdruck (1) für die Halb-Nebenachse b der Ellipse 10a umgeformt wird, ergibt sich der folgende mathematische Ausdruck (2). $b > c {1 - cos (θ /2)}$
Die Halb-Hauptachse a der Ellipse 10a wird durch a = c·sin(θ/2) wiedergegeben. Wenn somit der mathematische Ausdruck (2) in b/a eingesetzt wird, wird die Elliptizität b/a durch den folgenden mathematischen Ausdruck (3) wiedergegeben. $b/a > sin (θ /2) / {1 - cos (θ /2)}$
Wie aus der Richtung des Ungleichheitszeichens ersichtlich, gibt der mathematische Ausdruck (3) die untere Grenze der Elliptizität der Ellipse 10a wieder. Wie aus dem mathematischen Ausdruck (3) ersichtlich, ist die untere Grenze der Elliptizität der Ellipse 10a durch den Winkel θ zwischen zwei geraden Linien bestimmt, welche die Mitte O der Kernplatte 1 mit dem Punkt A und dem Punkt B auf der Hauptachse der Ellipse 10a verbinden.
Auch wenn die Richtung der Nebenachse der Ellipse 10a in Bezug auf die Richtung zu der Mitte der Kernplatte 1 hin wie in 4 geneigt ist, kann die untere Grenze der Elliptizität der Ellipse 10a in einer ähnlichen Weise durch den Winkel θ zwischen den zwei geraden Linien bestimmt werden, welche die Mitte O der Kernplatte 1 mit dem Punkt A und dem Punkt B auf der Hauptachse der Ellipse 10a verbinden.
Indessen wird die obere Grenze mittels einer Spannungsanalyse untersucht. Wenn die Elliptizität b/a gleich 1/2 ist, konzentriert sich die Spannung in der Oberflächenrichtung übermäßig an dem Bereich mit minimaler Breite, und der maximale Wert der Spannung nimmt zu. Somit ist es nicht bevorzugt, dass die Elliptizität b/a gleich 1/2 ist. Wenn die Elliptizität b/a gleich 1/3 ist, verteilt sich die Spannungskonzentration in der Oberflächenrichtung auch in die Umgebung des Bereichs mit minimaler Breite. Somit ist die Spannung in der Oberflächenrichtung nicht übermäßig auf den Bereich mit minimaler Breite konzentriert, und der maximale Wert der Spannung ist gleich einem zulässigen Wert oder kleiner als dieser.
Wenn darüber hinaus die Elliptizität b/a gleich 1/4 ist, verteilt sich der Spannungskonzentrations-Bereich in der Oberflächenrichtung weiter in die Umgebung des Bereichs mit minimaler Breite, und es ergibt sich eine weitere wünschenswerte Spannungsverteilung. Wie vorstehend beschrieben, ist die Elliptizität b/a der Ellipse 10a bevorzugt nicht größer als 1/3 und bevorzugter nicht größer als 1/4.
In dem mathematischen Ausdruck (3) wird die Elliptizität b/a gleich oder größer als 1/3, wenn der Winkel θ einen Wert von 36° überschreitet. Wenn der Winkel θ einen Wert von 28° überschreitet, wird die Elliptizität b/a gleich oder größer als 1/4. Da es sich bei dem mathematischen Ausdruck (3) um einen Ausdruck handelt, der die untere Grenze der Elliptizität b/a wiedergibt, darf der Winkel θ nicht größer als 36° sein, wenn die obere Grenze der Ellipse 10a auf 1/3 festgelegt ist, und der Winkel θ darf nicht größer als 28° sein, wenn die obere Grenze auf 1/4 festgelegt ist.
Als nächstes wird ein Resultat beschrieben, das mittels einer Spannungsanalyse durch Vergleichen einer Spannungsverteilung der vorstehend beschriebenen Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit einer Spannungs-verteilung einer herkömmlichen Kernplatte erhalten wird, bei der ein dünner Bereich in einem Umfangs-Verbindungsbereich der Kernplatte ausgebildet ist.
Die herkömmliche Kernplatte weist eine Form auf, bei der die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs in der Längsrichtung des Umfangs-Verbindungsbereichs gleichmäßig ist und der innere Randbereich des Umfangs-Verbindungsbereichs und der Umfang des Hohlraumbereichs durch einen kreisförmigen Bogen an beiden Enden des Umfangs-Verbindungsbereichs sanft verbunden (mit sanftem Übergang verbunden) sind.
Das heißt, ein kreisförmiger Bogen, der den Rand des Umfangs-Verbindungsbereichs auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte bildet, und ein kreisförmiger Bogen, der den Rand des Umfangs-Verbindungsbereichs auf der zentralen Seite der Kernplatte bildet, sind durch konzentrische Kreise gebildet, die jeweils eine Mitte aufweisen, die mit der Mitte der Kernplatte übereinstimmt. Bei der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, ist die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in Abhängigkeit von der Position unterschiedlich, die mittlere Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist jedoch gleich der Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs der herkömmlichen Kernplatte gestaltet, um den magnetischen Widerstand des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a gleich jenem der herkömmlichen Kernplatte zu machen.
Die Kernplatte 1 der vorliegenden Erfindung weist eine Form auf, bei der die Nebenachse der Ellipse 10a in Bezug auf die Richtung zu der Mitte hin geneigt ist, wie in 4 gezeigt, und die Elliptizität der Ellipse 10a gleich 1/4 ist. Die dünnen Bereiche von beiden Kernplatten weisen die gleiche Dicke und die gleiche Länge auf und sind in dem radialen Verbindungsbereich jeweils an einer Position angeordnet, die äquidistant zu der Mittelachse ist. Die Dicke tc des Bereichs mit gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs ist gleich 1/2 der Dicke to der Kernplatte festgelegt.
Es wird ein Analyse-Modell erzeugt, wie vorstehend beschrieben, und durch die Analyse wird eine Spannung erhalten, die auftritt, wenn sich der Rotor dreht. Ursprünglich ist eine herkömmliche Kernplatte nicht mit dem dünnen Bereich in dem Umfangs-Verbindungsbereich versehen. Im Folgenden wird jedoch eine Kernplatte, die durch Anordnen eines dünnen Bereichs in dem Umfangs-Verbindungsbereich der herkömmlichen Kernplatte erhalten wird, wie vorstehend beschrieben, als eine herkömmliche Kernplatte bezeichnet.
Als ein Ergebnis der Spannungsanalyse tritt eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung bei der herkömmlichen Kernplatte in der Umgebung der Grenze zwischen dem Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs auf der Seite in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs und dem Bereich mit gleichmäßiger Dicke auf, wobei sich diese Umgebung an der gleichen Position wie jene eines Spannungskonzentrations-Bereichs aufgrund der Form in der Dickenrichtung befindet.
Der Grund für dieses Ergebnis liegt darin, dass die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung und die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung an der gleichen Position auftreten und die große Spannungskonzentration in der Umgebung der Grenze zwischen dem Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs auf der Seite in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs und dem Bereich mit gleichmäßiger Dicke auftritt.
Andererseits tritt die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung in der Kernplatte 1 der vorliegenden Erfindung an einer anderen Position als der Spannungskonzentrations-Bereich aufgrund der Form in der Dickenrichtung auf, das heißt, in der Umgebung des Bereichs 11 mit minimaler Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a. Da die Elliptizität gleich 1/4 ist, ergibt sich eine Spannungsverteilung, die sich von der Position des Bereichs 11 mit minimaler Breite aus verteilt.
Darüber hinaus tritt die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung in der Umgebung der Grenze zwischen dem Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 auf der Seite in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs 6b und dem Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke auf.
Da die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung und die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung jedoch an voneinander entfernten Stellen auftreten, wird die Spannungskonzentration als Ganzes verteilt, und die maximale Spannung, die in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a der Kernplatte 1 der vorliegenden Erfindung auftritt, ist nicht größer als 70 % der maximalen Spannung, die in dem Umfangs-Verbindungsbereich der herkömmlichen Kernplatte auftritt.
Wie vorstehend beschrieben, kann die maximale Spannung, die in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a auftritt, im Hinblick auf die Kernplatte 1 der vorliegenden Erfindung kleiner als jene in der herkömmlichen Kernplatte gemacht werden. Wenn somit der zulässige Wert für die maximale Spannung so festgelegt wird, dass er gleich jenem für die herkömmliche Kernplatte ist, kann die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a weiter verringert werden, so dass der magnetische Widerstand erhöht wird. Dementsprechend wird ein Effekt erzielt, dass ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses verringert werden kann, um dadurch die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine zu verbessern.
Wenn die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a im Hinblick auf die Kernplatte 1 der vorliegenden Erfindung gleich jener der herkömmlichen Kernplatte gemacht wird, um den magnetischen Widerstand gleich jenem der herkömmlichen Kernplatte zu machen, wird die maximale Spannung, die in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a auftritt, geringer als jene in der herkömmlichen Kernplatte.
Somit wird ein Effekt dahingehend erzielt, dass jede Kernplatte aus einem Flächenkörper aus elektromagnetischem Stahl hergestellt werden kann, der geringere Kosten und eine geringere Festigkeit als jene der herkömmlichen Kernplatte aufweist, und somit die Materialkosten der rotierenden elektrischen Maschine verringert werden können.
Wenn der Rotorkern 20 im Hinblick auf die Kernplatte 1 gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Mehrzahl der Kernplatten 1 konfiguriert wird, bilden die dünnen Bereiche 12, die in den Umfangs-Verbindungsbereichen 6a der Kernplatten 1 angeordnet sind, Luftdurchlässe, die für eine Verbindung zwischen den Hohlraumbereichen 7 innerhalb des Rotorkerns 20 und dem Außenbereich des Rotorkerns 20 sorgen. Somit können die Permanentmagnete, deren Endbereiche sich in Kontakt mit den Hohlraumbereichen 7 befinden, gekühlt werden, so dass ein Effekt dahingehend erzielt wird, dass der Entmagnetisierungs-Widerstand des Rotors 60 verbessert werden kann und ein Drehmoment erhöht werden kann, ohne die Abmessung des Rotors 60 zu vergrößern.
Ausführungsform 2
8 ist eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, einer Ausführungsform 2 in einer vergrößerten Weise zeigt. In 8 handelt es sich bei den Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform 1 bezeichnet sind, um die Komponenten, welche die gleichen wie jene bei Ausführungsform 1 sind oder jenen entsprechen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen. Die Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Form jedes Magnet-Einsetzlochs.
Wie in 8 gezeigt, sind bei der Kernplatte 1 des Rotors 60 gemäß Ausführungsform 2 Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b so angeordnet, dass sie achsensymmetrisch in Bezug auf eine Polachse R-S sind und eine V-Form aufweisen, die an der zentralen Seite der Kernplatte 1 herausragt. Die Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b stehen in Verbindung miteinander und sind als ein Magnet-Einsetzloch ausgebildet. Endbereiche der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b auf der Seite entfernt von der Polachse R-S stehen jeweils mit Hohlraumbereichen 7 in Verbindung, und Verbindungsbereiche 6, die jeweils einen Umfangs-Verbindungsbereich 6a und einen radialen Verbindungsbereich 6b aufweisen, sind so angeordnet, dass sie die Hohlraumbereiche 7 umgeben.
Darüber hinaus ist in einer ähnlichen Weise wie bei der Ausführungsform 1 ein dünner Bereich 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet. An jedem der Endbereiche der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b auf der Seite entfernt von der Polachse R-S ist ein Magnet-Anschlag 8a angeordnet, und auf der Seite der Polachse R-S der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b sind Magnet-Anschläge 8b angeordnet.
Ein Rotorkern 20 wird durch Stapeln einer Mehrzahl der Kernplatten 1, wie vorstehend beschrieben, derart konfiguriert, dass die Positionen der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b miteinander übereinstimmen. Ein Rotor 60 wird durch Einsetzen von plattenartigen Permanentmagneten in die Magnet-Einsetzlöcher 5a beziehungsweise die Magnet-Einsetzlöcher 5b des Rotorkerns 20 konfiguriert.
Durch die Magnet-Anschläge 8a und 8b wird eine Bewegung der Permanentmagnete in den Längsrichtungen der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b verhindert, und die Permanentmagnete sind innerhalb des Rotors 20 befestigt. Aufgrund einer derartigen Konfiguration kann das Volumen der eingesetzten Permanentmagnete in Bezug auf jenes in dem Fall gemäß Ausführungsform 1 vergrößert werden. Somit kann das maximale Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine erhöht werden, ohne die Abmessung des Rotors 60 zu vergrößern. Wenn sich der Rotor 60 dreht, der konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, wirkt die Zentrifugalkraft auf die Permanentmagnete und jeden Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite ein, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben.
Die Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 2 ist ebenfalls so konfiguriert, dass sie eine Achsensymmetrie in Bezug auf den Magnetpol R-S aufweist, wie in 8 gezeigt, Komponenten der Zentrifugalkraft in der Umfangsrichtung einander auslöschen, und lediglich Komponenten in der radialen Richtung wirken. Daher tritt in jedem radialen Verbindungsbereich 6b eine Zugspannung auf, und in jedem Umfangs-Verbindungsbereich 6a tritt eine Biegespannung auf.
Indem der dünne Bereich 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a mittels Prägen oder dergleichen erzeugt wird und der innere Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in einem elliptischen Bogen hergestellt wird, können in dem Fall der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 2 ebenso, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung und eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung an unterschiedlichen Stellen auftreten, und die Spannungsverteilung des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a kann verteilt werden.
Daher kann die Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung verbessert werden, während der magnetische Widerstand des Verbindungsbereichs 6 durch den dünnen Bereich 12 erhöht wird, so dass ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses verringert wird und so die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine verbessert wird.
In 8 stehen die Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b miteinander in Verbindung und sind als ein Magnet-Einsetzloch ausgebildet. Zwischen den Magnet-Einsetzlöchern 5a und 5b kann jedoch zusätzlich ein Verbindungsbereich angeordnet sein, und die Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b können so ausgebildet sein, dass sie vollständig voneinander getrennt sind. Wenn zwischen den Magnet-Einsetzlöchern 5a und 5b zusätzlich ein Verbindungsbereich angeordnet ist, tritt ein magnetischer Kurzschluss aufgrund des zusätzlichen Verbindungsbereichs auf. Somit wird zwischen den Magnet-Einsetzköchern 5a und 5b bevorzugt kein Verbindungsbereich zusätzlich angeordnet, um die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine zu verbessern, und die Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5b stehen in Verbindung miteinander und sind als ein Magnet-Einsetzloch ausgebildet, wie in 8.
Auch wenn zwischen den Magnet-Einsetzlöchern 5a und 5b ein Verbindungsbereich zusätzlich angeordnet wird, kann jedoch die Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung verbessert werden, indem der dünne Bereich 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a gebildet wird und der innere Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in einem elliptischen Bogen hergestellt wird.
Ausführungsform 3
9 ist eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt. In 9 handelt es sich bei den Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform 1 bezeichnet sind, um die Komponenten, welche die gleichen wie jene bei der Ausführungsform 1 sind oder jenen entsprechen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen. Die Ausführungsform 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 gemäß vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Form jedes Magnet-Einsetzlochs.
Wie in 9 gezeigt, sind Magnet-Einsetzlöcher 5a, 5b und 5c in der Kernplatte 1 des Rotors 60 gemäß Ausführungsform 3 so angeordnet, dass sie achsensymmetrisch in Bezug auf eine Polachse R-S sind und eine U-Form aufweisen, die an der zentralen Seite der Kernplatte 1 herausragt. Die Magnet-Einsetzlöcher 5a, 5b und 5c stehen in Verbindung miteinander und sind als ein Magnet-Einsetzloch ausgebildet. Endbereiche der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5c auf der Seite entfernt von der Polachse R-S stehen jeweils mit Hohlraumbereichen 7 in Verbindung, und Verbindungsbereiche 6, die jeweils einen Umfangs-Verbindungsbereich 6a und einen radialen Verbindungsbereich 6b aufweisen, sind so angeordnet, dass sie die Hohlraumbereiche 7 umgeben.
Darüber hinaus ist ein dünner Bereich 12 in einer ähnlichen Weise wie bei der Ausführungsform 1 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet. An jedem der Endbereiche der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5c ist ein Magnet-Anschlag 8a auf der Seite entfernt von der Polachse R-S angeordnet, und zwischen beiden Endbereichen der Magnet-Einsetzlochs 5b und den Endbereichen der Magnet-Einsetzlöcher 5a und 5c sind Magnet-Anschläge 8b auf der Seite in der Nähe der Polachse R-S angeordnet.
Ein Rotorkern 20 wird durch Stapeln einer Mehrzahl der Kernplatten 1, wie vorstehend beschrieben, derart konfiguriert, dass die Positionen der Magnet-Einsetzlöcher 5a, 5b und 5c miteinander übereinstimmen. Ein Rotor 60 wird durch Einsetzen von plattenartigen Permanentmagneten in die Magnet-Einsetzlöcher 5a, die Magnet-Einsetzlöcher 5b beziehungsweise die Magnet-Einsetzlöcher 5c des Rotorkerns 20 konfiguriert.
Durch die Magnet-Anschläge 8a und 8b wird eine Bewegung der Permanentmagnete in den Längsrichtungen der Magnet-Einsetzlöcher 5a, 5b und 5c verhindert, und die Permanentmagnete sind innerhalb des Rotors 20 befestigt. Aufgrund einer derartigen Konfiguration kann das Volumen der eingesetzten Permanentmagnete in Bezug auf jenes in dem Fall gemäß Ausführungsform 2 weiter vergrößert werden. Somit kann das maximale Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine weiter erhöht werden, ohne die Abmessung des Rotors 60 zu vergrößern.
Wenn sich der Rotor 60 dreht, der konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, wirkt die Zentrifugalkraft auf die Permanentmagnete und jeden Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite ein, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben. Die Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 3 ist ebenfalls so konfiguriert, dass sie eine Achsensymmetrie in Bezug auf den magnetischen Pol R-S aufweist, wie in 9 gezeigt, Komponenten der Zentrifugalkraft in der Umfangsrichtung einander auslöschen, und lediglich Komponenten in der radialen Richtung wirken. Daher tritt in jedem radialen Verbindungsbereich 6b eine Zugspannung auf, und in jedem Umfangs-Verbindungsbereich 6a tritt eine Biegespannung auf.
Indem der dünne Bereich 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a durch Prägen oder dergleichen erzeugt wird und der innere Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in einem elliptischen Bogen hergestellt wird, können in dem Fall der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 3 ebenso, wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung und eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung an unterschiedlichen Stellen auftreten, und die Spannungsverteilung des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a kann verteilt werden.
Daher kann die Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung verbessert werden, während der magnetische Widerstand des Verbindungsbereichs 6 durch den dünnen Bereich 12 erhöht wird, so dass ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses verringert wird und so die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine verbessert wird.
In 9 stehen die Magnet-Einsetzlöcher 5a, 5b und 5c in Verbindung miteinander und sind als ein Magnet-Einsetzloch ausgebildet. Zwischen den jeweiligen Magnet-Einsetzlöchern können jedoch zusätzlich Verbindungsbereiche angeordnet sein, und die jeweiligen Magnet-Einsetzlöcher können so ausgebildet sein, dass sie voneinander getrennt sind, wie bei der Ausführungsform 2 beschrieben.
Ausführungsform 4
10 ist eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt. 11 ist eine perspektivische Teilansicht, welche die Konfiguration um einen Verbindungsbereich und Hohlraumbereiche der in 10 gezeigten Kernplatte in einer vergrößerten Weise zeigt.
In den 10 und 11 handelt es sich bei den Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform 1 bezeichnet sind, um die Komponenten, welche die gleichen wie jene bei der Ausführungsform 1 sind oder jenen entsprechen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen. Die Ausführungsform 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Konfiguration eines dünnen Bereichs, der in jedem Verbindungsbereich angeordnet ist.
Wie in 11 gezeigt, ist bei der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 4 ein dünner Bereich 12 kontinuierlich sowohl in einem Umfangs-Verbindungsbereich 6a als auch einem radialen Verbindungsbereich 6b angeordnet. 12 zeigt Querschnittsansichten in der Dickenrichtung entlang einer gestrichelten Linie m-n und entlang einer gestrichelten Linie C-D in 11. 12(a) ist die Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie m-n, und die linke Seite des Zeichnungsblatts ist die m-Seite der gestrichelten Linie m-n. 12(b) ist die Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie C-D, und die linke Seite des Zeichnungsblatts ist die C-Seite der gestrichelten Linie C-D, das heißt, die äußere Umfangsseite der Kernplatte 1.
Wie in den 11 und 12 gezeigt, weist der dünne Bereich 12 Folgendes auf: einen Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke, der kontinuierlich sowohl in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a als auch dem radialen Verbindungsbereich 6b angeordnet ist und eine gleichmäßige Dicke tc aufweist; sowie Bereiche 12b und 12d mit nicht-gleichmäßiger Dicke, die an dem Umfang des Bereichs 12a mit gleichmäßiger Dicke angeordnet sind und jeweils eine Dicke aufweisen, die sich von tc auf to ändert. In einer ähnlichen Weise wie bei dem bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke handelt es sich bei jedem Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke um einen Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet ist.
Bei der Ausführungsform 4 ist indessen auf der Seite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs 6b kein Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke vorhanden, und der Bereich 12d mit nicht-gleichmäßiger Dicke ist anders als bei der Ausführungsform 1 bei einem Bereich vorhanden, bei dem der radiale Verbindungsbereich 6b und der Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite miteinander verbunden sind. Der innere Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a weist eine elliptische Bogenform ähnlich wie jene auf, die bei der Ausführungsform 1 gezeigt ist.
Ein Rotorkern 20 wird durch Stapeln einer Mehrzahl der Kernplatten 1, die konfiguriert sind, wie vorstehend beschrieben, derart konfiguriert, dass die Positionen der Magnet-Einsetzlöcher 5 miteinander übereinstimmen, und ein Rotor 60 wird durch Einsetzen von plattenartigen Permanentmagneten in die Magnet-Einsetzlöcher des Rotorkerns 20 konfiguriert.
Wenn sich der Rotor 60 dreht, wirkt die Zentrifugalkraft auf die Permanentmagnete und jeden Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite ein. Da die Kernplatte 1 jedoch so konfiguriert ist, dass sie eine Achsensymmetrie in Bezug auf die Polachse R-S aufweist, wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben, werden Komponenten in der Umfangsrichtung ausgelöscht, und es wirken lediglich Komponenten in der radialen Richtung.
Bei der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 4 sind keine Bereiche 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke vorhanden, die in den Kernplatten der Ausführungsformen 1 bis 3 vorhanden sind und auf der Seite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs 6b angeordnet sind. Somit tritt ein Konzentrationsbereich einer Biegespannung aufgrund der Form in der Dickenrichtung in dem Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke auf der Seite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in der Nähe des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite auf.
Indessen wirkt lediglich eine Zugspannung auf den Bereich 12d mit nicht-gleichmäßiger Dicke ein, der an dem Bereich angeordnet ist, an dem der radiale Verbindungsbereich 6b und der Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite miteinander verbunden sind. Hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber einer plastischen Verformung wird somit eine Spannung, die in dem Bereich 12d mit nicht-gleichmäßiger Dicke auftritt, im Vergleich zu jener in dem Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke nicht zu einem Problem.
Der Abstand von dem radialen Verbindungsbereich 6b zu der Position des Bereichs 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke ist größer als jener zu dem Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke, der bei der Ausführungsform 1 gezeigt ist. Somit ist der maximale Wert der Spannung, die in dem Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke auftritt, kleiner als der maximale Wert der Spannung, die in dem Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke auftritt, der bei der Ausführungsform 1 gezeigt ist.
Indessen ist der elliptische Bogen des inneren Randbereichs 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a so ausgebildet, dass er mit der Ellipse 10a überlappt, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben ist. Somit tritt eine Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung in einer ähnliche Weise wie bei der Ausführungsform 1 in der Nähe eines Bereichs 11 mit minimaler Breite auf, bei dem die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a am geringsten ist. Da die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Dickenrichtung und die Spannungskonzentration aufgrund der Form in der Oberflächenrichtung an unterschiedlichen Stellen auftreten, kann daher die Spannungsverteilung des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a verteilt werden.
Folglich kann die Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung verbessert werden, während der magnetische Widerstand des Verbindungsbereichs 6 durch den dünnen Bereich 12 erhöht wird, so dass ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses verringert wird und so die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine verbessert wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 ist der Fall beschrieben worden, bei dem die Form des inneren Randbereichs 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a ein elliptischer Bogen ist. Wenn jedoch ein Bereich mit minimaler Breite, bei dem die Breite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a nicht gleichmäßig ist und am geringsten ist, an einer anderen Position als in der Umgebung der Grenze zwischen dem Bereich mit gleichmäßiger Dicke und dem Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs angeordnet ist, kann der innere Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a anstelle des elliptischen Bogens eine Form aufweisen, bei der zwei oder mehr kreisförmige Bögen mit unterschiedlichen Durchmessern, zwei oder mehr elliptische Bögen, bei denen sich beide oder eine der Hauptachsen und der Nebenachsen voneinander unterscheiden, oder zwei oder mehr kreisförmige Bögen und elliptische Bögen sanft (mit sanftem Übergang) miteinander verbunden sind.
Es ist außerdem der Fall beschrieben worden, bei dem die Kernplatte 1 die Achsensymmetrie in Bezug auf die Polachse aufweist. Die Spannung, die in jedem Verbindungsbereich 6 auftritt, wenn sich der Rotorkern 20 dreht, ist jedoch in der Zentrifugalkraft begründet, die in jedem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite und jedem Permanentmagnet 9 erzeugt wird. Somit ist es aufgrund der Anordnung von Löchern zum Einsetzen der Nieten 24 in dem Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite oder dergleichen möglich, dass der Kernbereich 2 auf der inneren Umfangsseite keine Achsensymmetrie aufweist, und um genau zu sein, ist es möglich, dass die Kernplatte 1 keine Achsensymmetrie in Bezug auf die Polachse aufweist.
Es ist außerdem der Fall beschrieben worden, bei dem die Kernplatte 1 einen kreisförmigen äußeren Umfang aufweist. Der äußere Umfang der Kernplatte 1 ist jedoch nicht auf die kreisförmige Gestalt beschränkt, und auch wenn der äußere Umfang der Kernplatte 1 eine Form mit Vorsprüngen und Vertiefungen aufweist, wie beispielsweise eine Blütenblatt-Form, werden die gleichen vorteilhaften Effekte erzielt.
Darüber hinaus kann, indem für die Kernplatte 1 Flächenkörper aus elektromagnetischem Stahl mit hoher Festigkeit verwendet werden, die eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 700 MPa aufweisen, eine ausreichende Festigkeit sichergestellt werden, auch wenn die Breiten des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a und des radialen Verbindungsbereichs 6b verringert werden, und es wird ein Rotor erhalten, bei dem ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses verringert ist. Somit kann eine rotierende elektrische Maschine erzielt werden, die eine gute Effizienz aufweist.
Ausführungsform 5
13 ist eine Teil-Draufsicht, die einen Teil einer Kernplatte, die einen Rotorkern eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine bildet, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Weise zeigt. 14 ist eine perspektivische Teilansicht, welche die Konfiguration um einen Verbindungsbereich und Hohlraumbereiche der in 13 gezeigten Kernplatte in einer vergrößerten Weise zeigt.
In den 13 und 14 handelt es sich bei den Komponenten, die mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform 1 bezeichnet sind, um die Komponenten, welche die gleichen wie jene bei der Ausführungsform 1 sind oder jenen entsprechen, und die Beschreibung derselben ist weggelassen. Die Ausführungsform 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Konfiguration eines dünnen Bereichs, der in jedem Verbindungsbereich angeordnet ist, und die Form des Randbereichs von jedem Umfangs-Verbindungsbereich.
Wie in den 13 und 14 gezeigt, ist in der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 5 ein dünner Bereich 12 in einem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und einem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet. 15 ist eine Querschnittsansicht in der Dickenrichtung entlang einer gestrichelten Linie m-n in 14. In 15 ist die linke Seite des Zeichnungsblatts die m-Seite der gestrichelten Linie m-n.
Wie in den 14 und 15 gezeigt, weist der dünne Bereich 12 Folgendes auf: einen Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet ist und eine gleichmäßige Dicke tc aufweist; sowie Bereiche 12b und 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke, die an dem Umfang des Bereichs 12a mit gleichmäßiger Dicke angeordnet sind und jeweils eine Dicke aufweisen, die sich von tc auf to ändert.
Anders als bei dem in Ausführungsform 1 beschriebenen Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke ist der Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke insgesamt innerhalb des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet, nicht innerhalb des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a. Indessen ist der Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke in einer ähnlichen Weise wie bei dem bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke auf der Seite des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a in der Nähe des radialen Verbindungsbereichs 6b angeordnet.
16 ist eine Teil-Draufsicht, welche die Konfiguration um den Verbindungsbereich und die Hohlraumbereiche der in 13 gezeigten Kernplatte zeigt. In 16 handelt es sich bei einem kreisförmigen Bogen 10a, einer Ellipse 10b und einem Kreis 10c, die mit gestrichelten Linien gekennzeichnet sind, einem Punkt P, einem Punkt Q, einem Punkt R und einem Punkt S um Hilfslinien und Hilfspunkte, um die Form eines inneren Randbereichs 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a darzustellen.
Der kreisförmige Bogen 10a ist konzentrisch mit der Kernplatte 1, die in einer kreisförmigen Gestalt ausgebildet ist, das heißt, ein kreisförmiger Bogen, der eine Mitte auf der Drehachse der Kernplatte 1 aufweist. Bei der Ellipse 10b handelt es sich um eine Ellipse mit einer Halb-Hauptachse und einer Halb-Nebenachse, die kürzer als der Radius des kreisförmigen Bogens 10a ist, und die Hauptachse derselben ist orthogonal zu einer gestrichelten Linie C-D, die durch die Mitte der Kernplatte 1 geht. Bei dem Kreis 10c handelt es sich um einen Kreis mit einem Radius, der kleiner als jener des kreisförmigen Bogens 10a ist.
Die Ellipse 10b ist an dem Punkt P tangential zu dem radialen Verbindungsbereich 6b, ein elliptischer Bogen PQ der Ellipse 10b bildet einen Teil des Randbereichs 10 auf der Seite der Drehachse des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a. Der Kreis 10c ist an dem Punkt S tangential zu dem Kernbereich 4 auf der äußeren Umfangsseite, und ein kreisförmiger Bogen RS des Kreises 10c bildet einen Teil des Randbereichs 10. Der kreisförmige Bogen 10a weist an der Position des Punkts Q einen ersten Endbereich, an der Position des Punkts R einen zweiten Endbereich auf, und ein kreisförmiger Bogen QR bildet einen Teil des Randbereichs 10.
Der elliptische Bogen PQ ist mit dem ersten Endbereich des kreisförmigen Bogens QR verbunden, und der kreisförmige Bogen RS ist mit dem zweiten Endbereich des kreisförmigen Bogens QR verbunden. Der Randbereich 10 ist derart gebildet, dass der elliptische Bogen PQ, der kreisförmige Bogen QR, der kreisförmige Bogen RS, der Umfangs-Verbindungsbereich 6a und der Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite an dem Punkt P, dem Punkt Q, dem Punkt R und dem Punkt S sanft (mit sanftem Übergang) miteinander verbunden sind, und die Krümmung des Radius ändert sich nicht in schneller Weise. Das heißt, der innere Randbereich 10 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a weist eine Form auf, die den elliptischen Bogen PQ, den kreisförmigen Bogen QR und den kreisförmigen Bogen RS aufweist.
Der Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a auf der Seite des radialen Verbindungsbereichs 6b ist an einer Position ausgebildet, die den elliptischen Bogen PQ aufweist. Darüber hinaus ist in einem Bereich entlang des kreisförmigen Bogens QR ein Bereich 11 mit minimaler Breite angeordnet. Das heißt, bei der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 5 handelt es sich anders als bei den Kernplatten, die bei den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben sind, bei dem Bereich 11 mit minimaler Breite, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet ist, nicht um einen Punkt, sondern um einen Bereich, der in der Längsrichtung des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a eine Länge aufweist.
Auch in diesem Fall befindet sich die Spannungskonzentrations-Stelle in der Oberflächenrichtung in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a nicht über den gesamten Bereich 11 mit minimaler Breite hinweg und ist ein Punkt innerhalb des Bereichs 11 mit minimaler Breite. Da der Bereich 11 mit minimaler Breite jedoch in dem Bereich entlang des kreisförmigen Bogens QR angeordnet ist, kann der magnetische Widerstand des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a weiter erhöht werden, so dass ein magnetischer Streufluss verringert wird. In dem Fall mit der in 16 gezeigten Form befindet sich die Spannungskonzentrations-Stelle in der Oberflächenrichtung im Allgemeinen innerhalb des Bereichs 11 mit minimaler Breite entlang des kreisförmigen Bogens QR und befindet sich nahe bei einer Stelle, an welcher der kreisförmige Bogen QR und der elliptische Bogen PQ miteinander verbunden sind.
Ein Rotorkern 20 wird durch Stapeln einer Mehrzahl von Kernplatten 1, die konfiguriert sind, wie vorstehend beschrieben, derart konfiguriert, dass die Positionen der Magnet-Einsetzlöcher 5 miteinander übereinstimmen, und ein Rotor 60 wird durch Einsetzen von plattenartigen Permanentmagneten in die Magnet-Einsetzlöcher des Rotorkerns 20 konfiguriert. Wenn sich der Rotor 60 dreht, wirkt die Zentrifugalkraft auf die Permanentmagneten und jeden Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite ein.
Da die Kernplatte 1 jedoch so konfiguriert ist, dass sie eine Achsensymmetrie in Bezug auf die Polachse R-S aufweist, wie bei den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben, werden Komponenten in der Umfangsrichtung ausgelöscht, und es wirken lediglich Komponenten in der radialen Richtung.
Bei der Kernplatte 1 wird der dünne Bereich 12 mittels Prägen oder dergleichen in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a gebildet, der Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 ist innerhalb des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet, der Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 ist an der Position angeordnet, die den elliptischen Bogen PQ aufweist, und der Bereich 11 mit minimaler Breite ist in dem Bereich entlang des kreisförmigen Bogens QR angeordnet.
Da sich der Bereich 11 mit minimaler Breite, bei dem es sich um die Spannungskonzentrations-Stelle der Oberflächenrichtung handelt, und die Bereiche 12b und 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke, bei denen es sich um die Spannungskonzentrations-Stelle in der Dickenrichtung handelt, an unterschiedlichen Positionen befinden, kann die Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung in einer ähnlichen Weise wie bei den Kernplatten der Ausführungsformen 1 bis 4 verbessert werden.
Bei der Kernplatte 1 gemäß Ausführungsform 5 ist der Bereich 11 mit minimaler Breite über den gesamten Bereich entlang des kreisförmigen Bogens QR angeordnet, der konzentrisch mit dem Kreis der äußeren Form der Kernplatte 1 ist.
Somit kann die Querschnittsfläche des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a über einen großen Abstand hinweg kleiner als jene der Kernplatten gemacht werden, die bei den Ausführungsformen 1 bis 4 gezeigt sind.
Daher kann der magnetische Widerstand des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a erhöht werden, so dass ein magnetischer Streufluss verringert wird. Da der dünne Bereich 12 darüber hinaus in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet ist, ist der Bereich des dünnen Bereichs 12 breiter als jener bei der Ausführungsform 1.
Dementsprechend kann die Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung im Vergleich zu jener der Kernplatte gemäß Ausführungsform 1 verbessert werden, während der magnetische Widerstand des Verbindungsbereichs 6 erhöht wird, so dass ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses weiter verringert wird und so die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine verbessert wird.
Bei der Ausführungsform 5 handelt es sich bei der Form des Randbereichs 10 auf der Seite der Drehachse des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a um eine Form, die den kreisförmigen Bogen QR, der konzentrisch mit der äußeren Form der Kernplatte 1 ist, und den elliptischen Bogen PQ sowie den kreisförmigen Bogen RS aufweist, die an beiden Enden des kreisförmigen Bogens QR sanft (mit sanftem Übergang) verbunden sind, es kann sich jedoch auch um eine Form handeln, die durch ein sanftes Verbinden (Verbinden mit sanftem Übergang) der kreisförmigen Bögen mit beiden Enden des kreisförmigen Bogens QR gebildet wird, oder um eine Form handeln, die durch sanftes Verbinden (Verbinden mit sanftem Übergang) der elliptischen Bögen mit beiden Enden des kreisförmigen Bogens QR gebildet wird.
Darüber hinaus ist, wie in 16 gezeigt, die Form, die durch ein sanftes Verbinden (Verbinden mit sanftem Übergang) des elliptischen Bogens mit der Seite des radialen Verbindungsbereichs 6b des kreisförmigen Bogens QR und des kreisförmigen Bogens mit der Seite des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite des kreisförmigen Bogens QR gebildet wird, vom Gesichtspunkt des Trennens der Spannungskonzentrations-Stelle in der Dickenrichtung von der Spannungskonzentrations-Stelle in der Oberflächenrichtung am meisten bevorzugt. Bei der Form des Randbereichs 10 auf der Seite der Drehachse kann es sich jedoch um eine Form handeln, die durch ein sanftes Verbinden (Verbinden mit sanftem Übergang) eines kreisförmigen Bogens mit der Seite des radialen Verbindungsbereichs 6b des kreisförmigen Bogens QR und eines elliptischen Bogens mit der Seite des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite des kreisförmigen Bogens QR gebildet wird.
Darüber hinaus kann es sich bei der Form des Randbereichs 10 auf der Seite der Drehachse um eine Form handeln, die durch ein weiteres sanftes Verbinden (Verbinden mit sanftem Übergang) eines weiteren kreisförmigen Bogens oder elliptischen Bogens oder einer weiteren Krümmung oder geraden Linie mit jedem von beiden Enden einer Form erhalten wird, die kreisförmige Bögen oder elliptische Bögen aufweist, die mit beiden Enden des kreisförmigen Bogens QR verbunden sind.
Bei der Ausführungsform 5 ist der dünne Bereich 12 in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet. Auch bei den Kernplatten, die bei den Ausführungsformen 1 bis 4 gezeigt sind, kann der dünne Bereich 12 jedoch in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a und dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet sein.
Das heißt, in Bezug auf den Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke auf der Seite des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite des dünnen Bereichs 12 ist die Form des Randbereichs 10 auf der Seite der Drehachse des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a nicht auf die Form beschränkt, die den kreisförmigen Bogen QR, der konzentrisch mit der äußeren Form der Kernplatte 1 ist, und die kreisförmigen Bögen oder elliptischen Bögen aufweist, die sanft (mit sanftem Übergang) mit beiden Enden des kreisförmigen Bogens QR verbunden sind, wie bei der Ausführungsform 5, und auch bei der Kernplatte, bei welcher der Randbereich 10 in einem elliptischen Bogen ausgebildet ist, wie bei den Ausführungsformen 1 bis 4, kann der dünne Bereich 12, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich 6a angeordnet ist, auch in dem Kernbereich 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet sein, und der Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 kann innerhalb des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet sein.
Dementsprechend kann die Beständigkeit der Kernplatte 1 gegenüber einer plastischen Verformung verbessert werden, während der magnetische Widerstand des Verbindungsbereichs 6 erhöht wird, so dass ein magnetischer Streufluss aufgrund eines magnetischen Kurzschlusses weiter verringert wird und so die Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine verbessert wird.
Der Bereich 12b mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 kann innerhalb des Kernbereichs 3 auf der äußeren Umfangsseite angeordnet sein, und der andere Bereich 12c mit nicht-gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 kann innerhalb des radialen Verbindungsbereichs 6b angeordnet sein. Das heißt, zumindest muss nur der Bereich 12a mit gleichmäßiger Dicke des dünnen Bereichs 12 innerhalb des Umfangs-Verbindungsbereichs 6a angeordnet sein.
Ausführungsform 6
Als nächstes wird ein elektrischer Kompressor beschrieben, der eine rotierende elektrische Maschine verwendet, die den vorstehend bei den Ausführungsformen 1 bis 5 beschriebenen Rotor aufweist. 17 ist eine Querschnittsansicht, die eine vertikale Querschnittskonfiguration des elektrischen Kompressors gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der elektrische Kompressor 100 wird in einer Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung verwendet, die einen Kältekreislauf verwendet, wie beispielsweise einer Gefriermaschine, einer Kühlvorrichtung, einem Warmwasserbereiter oder einer Klimatisierungs-Vorrichtung. Darüber hinaus weist der elektrische Kompressor 100 eine rotierende elektrische Maschine auf, die irgendeinen der Rotoren aufweist, die bei den Ausführungsformen 1 bis 5 beschrieben sind.
Der elektrische Kompressor 100 saugt ein Kältemittel an, bei dem es sich um ein Fluid handelt, komprimiert das Kältemittel in einen Zustand mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck und lässt das Kältemittel ab. Bei dem elektrischen Kompressor 100 sind ein Kompressionsmechanismus 35 und ein Antriebsmechanismus 36 zum Antreiben des Kompressionsmechanismus 35 im Allgemeinen in einem Gehäuse vom geschlossenen Typ aufgenommen.
Das Gehäuse weist ein oberer Gehäuse 31, ein mittleres Gehäuse 30 sowie ein unteres Gehäuse 32 auf und ist als ein Druckbehälter ausgebildet. Wie in 17 gezeigt, ist der Kompressionsmechanismus 35 auf der oberen Seite angeordnet, und der Antriebsmechanismus 36 ist auf der unteren Seite angeordnet. Ein unterer Bereich des Gehäuses ist als eine Ölwanne ausgebildet, um ein Kältemaschinenöl 40 zu speichern.
Der Kompressionsmechanismus 35 weist eine Funktion dahingehend auf, das Kältemittel zu komprimieren, das aus einem Ansaugrohr 33 angesaugt wird, und das komprimierte Kältemittel in eine Hochdruck-Kammer 26 abzulassen, die in dem Gehäuse auf der oberen Seite ausgebildet ist. Das Kältemittel, das in die Hochdruck-Kammer 26 abgelassen wird, wird durch ein Auslassrohr 34 in den Außenbereich des elektrischen Kompressors 100 abgelassen.
Der Antriebsmechanismus 36 führt eine Funktion dahingehend durch, eine bewegliche Schnecke 52 anzutreiben, die den Kompressionsmechanismus 35 bildet, um das Kältemittel mittels des Kompressionsmechanismus 35 zu komprimieren. Das heißt, der Kompressionsmechanismus 35 komprimiert das Kältemittel mittels des Antriebsmechanismus 36, der die bewegliche Schnecke 52 über eine Welle 56 antreibt.
Der Kompressionsmechanismus 35 ist schematisch mit einer festen Schnecke 41, der beweglichen Schnecke 52 und einem Rahmen 54 konfiguriert. Wie in 17 gezeigt, ist die bewegliche Schnecke 52 auf der unteren Seite angeordnet, und die feste Schnecke 51 ist auf der oberen Seite angeordnet. Die feste Schnecke 51 weist eine Basisplatte 51a und einen spiralförmigen Bereich 51b auf, bei dem es sich um einen spiralförmigen Vorsprung handelt, der auf einer Oberfläche der Basisplatte 51a montiert ist.
Die bewegliche Schnecke 52 weist eine Basisplatte 52a und einen spiralförmigen Bereich 52b auf, bei dem es sich um einen spiralförmigen Vorsprung handelt, der auf einer Oberfläche der Basisplatte 52a montiert ist, und die bewegliche Schnecke 52 ist innerhalb des Gehäuses derart angebracht, dass der spiralförmige Bereich 51b und der spiralförmige Bereich 52b ineinander eingreifen. Eine Kompressionskammer 27, deren Volumen sich relativ ändert, ist zwischen dem spiralförmigen Bereich 52b und dem spiralförmigen Bereich 51b ausgebildet.
Die feste Schnecke 51 ist mittels Schrauben oder dergleichen (nicht gezeigt) an dem Rahmen 54 befestigt. Die feste Schnecke 51 weist eine Auslassöffnung 53 auf, die in einem mittleren Bereich derselben ausgebildet ist und durch die hindurch das Kältemittel abgelassen wird, das zu einem hohen Druck komprimiert wurde. Das zu einem hohen Druck komprimierte Kältemittel wird dann in die Hochdruck-Kammer 26 abgelassen, die über der festen Schnecke 51 angeordnet ist. Die bewegliche Schnecke 52 führt eine umlaufende Bewegung aus, ohne sich in Bezug auf die feste Schnecke 51 zu drehen.
Darüber hinaus ist in einem mittleren Bereich einer Oberfläche (im Folgenden als eine Druckoberfläche bezeichnet) der beweglichen Schnecke 52, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf welcher der spiralförmige Bereich 52b ausgebildet ist, ein exzentrisches Loch 52c ausgebildet, das eine hohle zylindrische Form aufweist. Ein exzentrischer Stiftbereich 56a, der an dem oberen Ende der später beschriebenen Welle 56 angeordnet ist, ist in das exzentrische Loch 52c eingepasst.
Der Rahmen 54 ist an der inneren Umfangsseite des Gehäuses fest angebracht und weist ein Durchgangsloch auf, das in einem mittleren Bereich desselben ausgebildet ist, damit die Welle 56 dieses durchdringt. Darüber hinaus weist der Rahmen 54 eine Öl-Rückführungs-Nut 61a auf, die so ausgebildet ist, dass sie von der Druckoberflächenseite der beweglichen Schnecke 52 bis zu der axial unteren Seite führt, und die Öl-Rückführungs-Nut 61a führt das Kältemaschinenöl 40, das die Druckoberfläche schmiert, zu dem unteren Bereich des Gehäuses zurück.
In 17 ist als ein Beispiel der Fall gezeigt, bei dem nur eine Öl-Rückführungs-Nut 61a ausgebildet ist, die Anzahl von Öl-Rückführungs-Nuten 61a ist jedoch nicht auf eine beschränkt. Zum Beispiel können zwei Öl-Rückführungs-Nuten 61a ausgebildet sein. Der Rahmen 54 wird bevorzugt mittels Schrumpfpassung, Schweißen oder dergleichen der äußeren Umfangsoberfläche desselben an der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses befestigt.
Der Antriebsmechanismus 36 ist schematisch mit dem Rotor 60 (irgendeinem der Rotoren der Ausführungsformen 1 bis 5), der an der Seite der inneren Umfangsoberfläche eines Stators 61 drehbar angeordnet ist und an der Welle 56 befestigt ist, dem Stator 61, der in dem Gehäuse vertikal aufgenommen und fest gehalten ist, und der Welle 56 konfiguriert, bei der es sich um eine Drehwelle handelt. Der Rotor 60 ist an der Welle 56 befestigt und wird in eine Drehbewegung angetrieben, indem das Anlegen eines Stroms an den Stator 61 gestartet wird, wodurch die Welle 56 gedreht wird.
Darüber hinaus wird die äußere Umfangsoberfläche des Stators 61 mittels Schrumpfpassung oder dergleichen fest durch das Gehäuse (das mittlere Gehäuse 30) gehalten. Das heißt, der Rotor 60 und der Stator 61 bilden eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Welle 56 dreht sich mit der Drehung des Rotors 60, so dass die bewegliche Schnecke 52 umläuft. Die Welle 56 ist an dem oberen Ende derselben mittels eines Hauptlagers 55, das sich in einem mittleren Bereich des Rahmens 54 befindet, und an dem unteren Ende desselben durch ein Hilfslager 58 drehbar gelagert, das sich in einem mittleren Bereich eines Unterrahmens 57 befindet, der unterhalb des mittleren Gehäuses 30 fest angeordnet ist.
Der exzentrische Stiftbereich 56a, der in das exzentrische Loch 52c der bewegliche Schnecke 52 drehbar eingepasst ist, ist an einem oberen Endbereich der Welle 56 ausgebildet. Darüber hinaus ist eine Ölzuführungs-Passage 56b innerhalb der Welle 56 so ausgebildet, dass sie sich bis zu dem oberen Endbereich erstreckt. Die Ölzuführungs-Passage 56b dient als eine Passage für das Kältemaschinenöl 40, das in dem unteren Bereich des Gehäuses gespeichert ist.
Eine Ölpumpe 59, um das Kältemaschinenöl 40 mit einer Drehung der Welle 56 nach oben zu pumpen, ist auf der unteren Endseite der Welle 56 angeordnet. Durch die Zentrifugal-Pumpwirkung der Ölpumpe 59 wird das Kältemaschinenöl 40 nach oben gepumpt, strömt durch die Ölzuführungs-Passage 56b hindurch und wird dem Kompressionsmechanismus 35 zugeführt. Darüber hinaus ist das Ansaugrohr 33 für das Ansaugen des Kältemittels mit dem mittleren Gehäuse 30 verbunden, welches das Gehäuse bildet. Das Ansaugrohr 33 ist zu einem Raum (einer Niederdruck-Kammer 25) innerhalb des Gehäuses offen.
Zwischen der beweglichen Schnecke 52 und der festen Schnecke 51 ist ein Oldham-Ring (nicht gezeigt) für das Blockieren einer Drehbewegung der beweglichen Schnecke 52 während einer exzentrischen umlaufenden Bewegung der beweglichen Schnecke 52 angeordnet. Der Oldham-Ring ist zwischen der beweglichen Schnecke 52 und der festen Schnecke 51 angeordnet und führt eine Funktion dahingehend durch, dass eine umlaufende Bewegung der beweglichen Schnecke 52 ermöglicht wird, während eine Drehbewegung der beweglichen Schnecke 52 blockiert wird.
Das heißt, der Oldham-Ring dient als ein Mechanismus, um eine Drehung der beweglichen Schnecke 52 zu verhindern. Darüber hinaus sind in dem elektrischen Kompressor 100 ein abgedichteter Anschluss 63 und ein Austrittsdraht 62 angeordnet, um dem Stator 61 eine Leistung zuzuführen.
Hier wird kurz der Betrieb des elektrischen Kompressors 100 beschrieben.
Wenn an den abgedichteten Anschluss 63 ein Strom angelegt wird, wird dem Stator 61 durch den Austrittsdraht 62 eine Leistung zugeführt. Der Rotor 60 dreht sich durch Aufnehmen einer Drehkraft (eines Drehmoments) von einem rotierenden magnetischen Feld, das durch den Stator 61 erzeugt wird, dem die Leistung zugeführt wird.
Dementsprechend wird die Welle 56, die mittels des Hauptlagers 55 und des Hilfslagers 58 gelagert ist, in eine Drehbewegung angetrieben. Die bewegliche Schnecke 52 greift in den exzentrischen Stiftbereich 56a der Welle 56 ein, und eine Drehbewegung der beweglichen Schnecke 52 wird durch den Drehverhinderungs-Mechanismus des Oldham-Rings in eine umlaufende Bewegung umgewandelt.
Wenn sich der Rotor 60 dreht, wird mittels des Ausgleichsgewichts 23, das an der unteren Oberfläche des Rotors 60 angebracht ist, das Gleichgewicht für die exzentrische umlaufende Bewegung der beweglichen Schnecke 52 gehalten. Das heißt, das Ausgleichsgewicht 23 dreht sich zusammen mit dem Rotor 60 und weist eine Funktion dahingehend auf, einen Massenausgleich in Bezug auf diese Drehung vorzunehmen. Folglich wird die bewegliche Schnecke 52, die an dem oberen Bereich der Welle 56 exzentrisch gelagert ist, so geschwungen, dass sie eine umlaufende Bewegung beginnt, und sie komprimiert das Kältemittel mittels eines bekannten Kompressionsprinzips.
Zunächst strömt das Kältemittel innerhalb des Gehäuses als ein Ergebnis des Antriebs der Welle 56 in eine Drehbewegung in die Kompressionskammer 27 hinein, die durch den spiralförmigen Bereich 51b der festen Schnecke 51 und den spiralförmigen Bereich 52b der beweglichen Schnecke 52 gebildet wird, und es beginnt ein Ansaugprozess. Der Ansaugprozess beginnt, indem ein Niederdruck-Kältemittelgas von außen über das Ansaugrohr 33 und das Innere der Niederdruck-Kammer 25 in die Kompressionskammer 27 eingesaugt wird.
Wenn das Kältemittelgas in die Kompressionskammer 27 eingesaugt wird, wechselt das Kältemittelgas zu einem Kompressionsprozess, bei dem das Volumen der Kompressionskammer 27 durch eine Kompressionswirkung der festen Schnecke 51 und der beweglichen Schnecke 52 aufgrund einer umlaufenden Bewegung der beweglichen Schnecke 52, die exzentrisch gemacht wird, verringert wird. Das heißt, das Kältemittelgas wird in dem Kompressionsmechanismus 35, wenn die bewegliche Schnecke 52 die umlaufende Bewegung ausführt, durch eine am weitesten außen gelegene Umfangsöffnung des spiralförmigen Bereichs 52b der beweglichen Schnecke 52 und des spiralförmigen Bereichs 51b der festen Schnecke 51 eingesaugt und wird, während es graduell komprimiert wird, mit dem Umlaufen der beweglichen Schnecke 52 in Richtung zu dem mittleren Bereich hin bewegt.
Dann wechselt das Kältemittelgas, das in der Kompressionskammer 27 komprimiert wurde, zu einem Ablassprozess. Das heißt, das komprimierte Hochdruck-Kältemittelgas strömt durch die Auslassöffnung 53 der festen Schnecke 51 und die Hochdruck-Kammer 26 hindurch und wird dann über das Auslassrohr 34 in den Außenbereich des elektrischen Kompressors 100 abgelassen.
Das Niederdruck-Kältemittelgas in der Niederdruck-Kammer 25 und das Hochdruck-Kältemittelgas in der Hochdruck-Kammer 26 werden durch die feste Schnecke 51 und den Rahmen 54 derart voneinander getrennt, dass eine Luftdichtigkeit dazwischen aufrechterhalten wird. Somit werden das Niederdruck-Kältemittelgas in der Niederdruck-Kammer 25 und das Hochdruck-Kältemittelgas in der Hochdruck-Kammer 26 innerhalb des Gehäuses nicht gemischt.
Wenn sich die Welle 56 dreht, wird darüber hinaus das Kältemaschinenöl 40 angesaugt und dem Hauptlager 55, dem Hilfslager 58 und dergleichen mittels der Zentrifugal-Pumpwirkung der Ölpumpe 59 durch die Ölzuführungs-Passage 56b zugeführt, die innerhalb der Welle 56 angeordnet ist, und wird dann über die Öl-Rückführungs-Nut 61a aufgrund der Schwerkraft in das untere Gehäuse 32 zurück geführt. Wenn dann das Anlegen eines Stroms an den Stator 61 gestoppt wird, stoppt der elektrische Kompressor 100 seinen Betrieb.
Da der elektrische Kompressor 100 irgendeinen der Rotoren aufweist, die bei den Ausführungsformen 1 bis 5 beschrieben sind, kann ein magnetischer Streufluss daher verringert werden, und ein ausreichendes Drehmoment kann effizient erzielt werden. In einer ähnlichen Weise kann eine rotierende elektrische Maschine, die in dem elektrischen Kompressor 100 enthalten ist, die gleichen vorteilhaften Effekte erreichen.
Ausführungsform 7
Als nächstes wird eine Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung beschrieben, die den bei der Ausführungsform 6 beschriebenen elektrischen Kompressor verwendet. Bei der Ausführungsform 7 wird als ein Beispiel eine sogenannte Klimatisierungs-Vorrichtung vom separaten Typ beschrieben, bei der eine innen liegende Einheit und eine außen liegende Einheit durch ein Kältemittelrohr miteinander verbunden sind. Die Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung, bei welcher der elektrische Kompressor verwendet wird, der eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, ist nicht auf diesen beschränkt, und es kann sich auch um eine Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung in einer anderen Form handeln, die einen Kältekreislauf verwendet, wie beispielsweise eine Gefriermaschine oder eine Klimatisierungs-Vorrichtung in einer anderen Form. Bei der Klimatisierungs-Vorrichtung vom separaten Typ ist der elektrische Kompressor an der außen liegenden Einheit angeordnet.
18 ist ein Kältekreislauf-Diagramm, das einen Kältekreislauf der Klimatisierungs-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 7 zeigt. 19 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche die außen liegende Einheit der Klimatisierungs-Vorrichtung vom separaten Typ gemäß Ausführungsform 7 zeigt.
Wie in 18 gezeigt, bildet ein Kältemittel-Kreislauf der Klimatisierungs-Vorrichtung den Kältekreislauf, indem der elektrische Kompressor 100 für ein Komprimieren des Kältemittels, der bei der Ausführungsform 6 beschrieben ist, ein Vier-Wege-Ventil 101 für ein Umschalten der Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb, ein Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite, der während des Kühlbetriebs als ein Kondensator dient und während des Heizbetriebs als ein Verdampfer dient, ein Dekompressor 103 (ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil), das den Druck eines flüssigen Hochdruck-Kältemittels verringert, um das flüssige Kältemittel zu einem Niederdruck-Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig zu machen, und ein Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite sequentiell verbunden werden, der während des Kühlbetriebs als ein Verdampfer dient und während des Heizbetriebs als ein Kondensator dient.
Durchgezogene Pfeile in 18 geben die Richtung wieder, in der das Kältemittel während des Kühlbetriebs strömt. Darüber hinaus geben gestrichelte Pfeile in 18 die Richtung wieder, in der das Kältemittel während des Heizbetriebs strömt.
An dem Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite ist ein Luftgebläse 105 auf der außen liegenden Seite angeordnet, und an dem Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite ist ein Luftgebläse 106 auf der innen liegenden Seite angeordnet (ein Querstromventilator).
Während des Kühlbetriebs wird das komprimierte Kältemittel mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck von dem elektrischen Kompressor 100 abgelassen und strömt durch das Vier-Wege-Ventil 101 in den Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite hinein. In dem Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite tauscht die Außenluft Wärme mit dem Kältemittel aus, während sie mittels des Luftgebläses 105 auf der außen liegenden Seite, das in einem Luftdurchlass des Wärmetauschers 102 auf der außen liegenden Seite angeordnet ist, zwischen Rippen und Rohren (Wärmetransfer-Rohren) des Wärmetauschers 102 auf der außen liegenden Seite hindurch strömt, so dass das Kältemittel zu einem flüssigen Zustand mit einem hohen Druck gekühlt wird und der Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite als ein Kondensator dient.
Danach wird der Druck des Kältemittels verringert, und es wird zu einem Niederdruck-Kältemittel mit den zwei Phasen gasförmig und flüssig, während es durch den Dekompressor 103 hindurch strömt, und danach strömt es in den Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite hinein. In dem Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite tauscht die Innenluft Wärme mit dem Kältemittel aus, während sie zwischen Rippen und Rohren (Wärmetransfer-Rohren) des Wärmetauschers 104 auf der innen liegenden Seite hindurch strömt, indem das Luftgebläse 106 auf der innen liegenden Seite (der Querstromventilator) angetrieben wird, das in einem Luftdurchlass des Wärmetauschers 104 auf der innen liegenden Seite angebracht ist, so dass die Luft gekühlt wird, die in einen innen liegenden Raum heraus zu blasen ist, und andererseits das Kältemittel Wärme aus der Luft aufnimmt und in einen Gas-Zustand verdampft (wobei der Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite als ein Verdampfer dient).
Danach wird das Kältemittel zu dem elektrischen Kompressor 100 zurückgeführt. Der innen liegende Raum wird durch die Luft klimatisiert (gekühlt), die in dem Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite gekühlt wird.
Während des Heizbetriebs strömt das Kältemittel mittels des invertierten Vier-Wege-Ventils 101 durch den Kältekreislauf in der Richtung, die entgegengesetzt zu dem Strom des Kältemittels während des Kühlbetriebs ist, der Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite dient als ein Kondensator, und der Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite dient als ein Verdampfer. Die Innenluft wird mittels der Luft, die in dem Wärmetauscher 104 auf der innen liegenden Seite erwärmt wird, klimatisiert (erwärmt).
Die Konfiguration einer außen liegenden Einheit 110 der Klimatisierungs-Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Die außen liegende Einheit 110 der Klimatisierungs-Vorrichtung weist Folgendes auf: den Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite, der in einer Draufsicht im Wesentlichen eine L-Form aufweist, eine untere Platte 111 (Basis), die einen unteren Bereich eines Gehäuses der außen liegenden Einheit 110 bildet, eine flache plattenartige obere Platte 112, die eine obere Oberfläche des Gehäuses bildet, eine vordere Platte 113, die einen vorderen und einen seitlichen Bereich des Gehäuses bildet und in einer Draufsicht im Wesentlichen eine L-Form aufweist, eine seitliche Platte 114, die einen weiteren seitlichen Bereich des Gehäuses bildet, einen Separator 115, der einen Luftdurchlass (eine Luftgebläse-Kammer) und einen Maschinenraum voneinander trennt, ein Gehäuse 116 für elektronische Komponenten, in der eine elektronische Komponente aufgenommen ist, den elektrischen Kompressor 100, der das Kältemittel komprimiert, Kältemittelrohre/Kältemittelkreislauf-Komponenten 117, die den Kältemittel-Kreislauf bilden, sowie ein Luftgebläse 105 auf der außen liegenden Seite, das Luft zu dem Wärmetauscher 102 auf der außen liegenden Seite sendet.
Wie bei der Ausführungsform 6 beschrieben, weist der elektrische Kompressor 100, der in der außen liegenden Einheit 110 der Klimatisierungs-Vorrichtung enthalten ist, die konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, eine rotierende elektrische Maschine auf, die mit dem bei den Ausführungsformen 1 bis 5 beschriebenen Rotor angeordnet ist, bei dem der magnetische Streufluss verringert werden kann und ein ausreichendes Drehmoment effizient erhalten werden kann. Somit kann eine Klimatisierungs-Vorrichtung erzielt werden, die einen Kältekreislauf effizient durchführen kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung spezifisch auf der Grundlage der Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, ohne von dem Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Kernplatte
2: Kernbereich auf der inneren Umfangsseite
3: Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite
5: Magnet-Einsetzloch
5a: Magnet-Einsetzloch
5b: Magnet-Einsetzloch
5c: Magnet-Einsetzloch
6: Verbindungsbereich
6a: Umfangs-Verbindungsbereich
6b: radialer Verbindungsbereich
7: Hohlraumbereich
9: Permanentmagnet
10: Randbereich
11: Bereich mit minimaler Breite
12: dünner Bereich
12a: Bereich mit gleichmäßiger Dicke
12b: Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke
12c: Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke
12d: Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke
20: Rotorkern
60: Rotor
100: elektrischer Kompressor
110: außen liegende Einheit der Klimatisierungs-Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2005185081 A [0008]

Claims

Rotor, der Folgendes aufweist: - einen Rotorkern, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Kernplatten in einer Richtung einer Drehachse derart konfiguriert wird, dass Positionen von Magnet-Einsetzlöchern miteinander übereinstimmen, wobei jede Kernplatte Folgendes aufweist: - einen Kernbereich auf einer inneren Umfangsseite, der auf der Seite der Drehachse der Kernplatte angeordnet ist, die eine Form mit einer n-fachen Symmetrie in Bezug auf die Drehachse aufweist, die somit einer Anzahl von magnetischen Polen entspricht, - einen Kernbereich auf einer äußeren Umfangsseite, der auf einer äußeren Umfangsseite der Kernplatte angeordnet ist, die dem jeweiligen magnetischen Pol entspricht, - ein Magnet-Einsetzloch, das zwischen dem Kernbereich auf der inneren Umfangsseite und dem Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite angeordnet ist, das dem jeweiligen magnetischen Pol entspricht, - einen radialen Verbindungsbereich, der zwischen den jeweiligen magnetischen Polen angeordnet ist, der mit dem Kernbereich auf der inneren Umfangsseite verbunden ist und sich in einer radialen Richtung der Kernplatte erstreckt, - einen Umfangs-Verbindungsbereich, der mit dem Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite und dem radialen Verbindungsbereich verbunden ist, sich in einer Umfangsrichtung der Kernplatte erstreckt, Breiten w1 und w2 in der radialen Richtung an beiden Enden aufweist, einen Bereich mit minimaler Breite aufweist, der eine Breite w3 in der radialen Richtung aufweist, die geringer als w1 und w2 ist und eine Breite aufweist, die von beiden Enden in Richtung zu dem Bereich mit minimaler Breite gleichmäßig abnimmt, und - einen dünnen Bereich, der einen Bereich mit gleichmäßiger Dicke aufweist, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich angeordnet ist und eine Dicke tc über eine gesamte Breite in der radialen Richtung des Umfangs-Verbindungsbereichs hinweg aufweist, und einen Bereich mit nicht-gleichmäßiger Dicke aufweist, der benachbart zu dem Bereich mit gleichmäßiger Dicke ist, der in dem Umfangs-Verbindungsbereich angeordnet ist und eine Dicke aufweist, die von tc auf to abnimmt, wobei der dünne Bereich den Bereich mit minimaler Breite innerhalb des Bereichs mit gleichmäßiger Dicke aufweist; und - Permanentmagnete, die in den Magnet-Einsetzlöchern eingebettet sind.
Rotor nach Anspruch 1, wobei die Kernplatte eine Form mit einer Achsensymmetrie in Bezug auf eine Polachse des jeweiligen magnetischen Pols aufweist.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Form eines Randbereichs des Umfangs-Verbindungsbereichs auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte ein kreisförmiger Bogen ist, der eine Mitte auf der Drehachse aufweist, und die Form eines Randbereichs des Umfangs-Verbindungsbereichs auf der Seite der Drehachse ein elliptischer Bogen einer Ellipse ist, die tangential zu zwei geraden Linien ist, die von beiden Enden des Umfangs-Verbindungsbereichs so gezogen werden, dass sie parallel zu einer Richtung sind, in der sich der radiale Verbindungsbereich erstreckt.
Rotor nach Anspruch 3, wobei wenn die Ellipse eine Länge in der Umfangsrichtung aufweist, die größer als eine Länge in der radialen Richtung ist, die Halb-Hauptachse der Ellipse a ist, die Halb-Nebenachse der Ellipse b ist und der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet wird, die jeweils zwischen zwei Punkten auf der Hauptachse der Ellipse und der Drehachse gezogen werden, θ ist, der Winkel θ und eine Elliptizität b/a die Relationen der folgenden mathematischen Ausdrücke erfüllen: $0 ° < θ \leq 36 °$
$sin (θ /2) / {1 - cos (θ /2)} < b/a \leq 1/3$
Rotor nach Anspruch 4, wobei der Winkel θ und die Elliptizität b/a die Relationen der folgenden mathematischen Ausdrücke erfüllen: $0 ° <θ \leq 28°$
$sin (θ /2) / {1 - cos (θ /2)} < b/a \leq 1/4$
Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Ellipse eine Hauptachse senkrecht zu der Richtung aufweist, in der sich der radiale Verbindungsbereich erstreckt.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Form eines Randbereichs des Umfangs-Verbindungsbereichs auf der äußeren Umfangsseite der Kernplatte ein kreisförmiger Bogen ist, der eine Mitte auf der Drehachse aufweist, und die Form eines Randbereichs des Umfangs-Verbindungsbereichs auf der Seite der Drehachse eine Form ist, die einen kreisförmigen Bogen aufweist, der eine Mitte auf der Drehachse aufweist und einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweist, einen kreisförmigen Bogen oder einen elliptischen Bogen aufweist, die mit dem ersten Endbereich verbunden sind, und einen kreisförmigen Bogen oder einen elliptischen Bogen aufweist, die mit dem zweiten Endbereich verbunden sind.
Rotor nach Anspruch 7, wobei der erste Endbereich ein Endbereich auf einer Seite ist, auf welcher der Umfangs-Verbindungsbereich mit dem radialen Verbindungsbereich verbunden ist und der elliptische Bogen mit dem ersten Endbereich verbunden ist, und wobei der zweite Endbereich ein Endbereich auf einer Seite ist, auf welcher der Umfangs-Verbindungsbereich mit dem Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite verbunden ist und der kreisförmige Bogen mit dem zweiten Endbereich verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 8, wobei der elliptische Bogen ein elliptischer Bogen einer Ellipse ist, die eine Hauptachse senkrecht zu der Richtung aufweist, in der sich der radiale Verbindungsbereich erstreckt.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der dünne Bereich in dem Umfangs-Verbindungsbereich und dem radialen Verbindungsbereich mit einer Dicke tc angeordnet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der dünne Bereich in dem Umfangs-Verbindungsbereich und dem Kernbereich auf der äußeren Umfangsseite mit einer Dicke tc angeordnet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Magnet-Einsetzloch eine I-Form aufweist, die eine Längsrichtung senkrecht zu der radialen Richtung der Kernplatte aufweist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Magnet-Einsetzloch eine V-Form aufweist, die an einer zentralen Seite der Kernplatte herausragt.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Magnet-Einsetzloch eine U-Form aufweist, die an einer zentralen Seite der Kernplatte herausragt.
Rotierende elektrische Maschine, die Folgendes aufweist: - einen Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14; und - einen Stator, der an einer äußeren Seite eines äußeren Umfangs des Rotors angeordnet ist.
Elektrischer Kompressor, der Folgendes aufweist: - eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 15; und - einen Kompressionsmechanismus für ein Komprimieren eines Fluids zu einem höheren Druck, indem er durch eine rotierende elektrische Maschine gedreht wird.
Kühl/Klimatisierungs-Vorrichtung, die Folgendes aufweist: - einen elektrischen Kompressor nach Anspruch 16; - einen ersten Wärmetauscher, der auf einer Hochdruckseite des elektrischen Kompressors angeordnet ist und in den ein Hochdruck-Kältemittel aus dem elektrischen Kompressor hineinströmt; - einen zweiten Wärmetauscher, der auf einer Niederdruckseite des elektrischen Kompressors angeordnet ist und aus dem ein Niederdruck-Kältemittel zu dem elektrischen Kompressor herausströmt; und - einen Dekompressor, der zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist, um einen Druck des Hochdruck-Kältemittels zu verringern, das aus dem ersten Wärmetauscher herausströmt, und zu bewirken, dass das Kältemittel in den zweiten Wärmetauscher hineinströmt.