DE112016004565T5

DE112016004565T5 - Elektrische rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112016004565T5
Application number: DE112016004565.4T
Authority: DE
Inventors: Moriyuki Hazeyama; Yoshihiro Miyama; Taiga Komatsu; Junji Kitao
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-07-05
Also published as: JP6239190B2; US10447099B2; WO2017061244A1; US20180233973A1; CN108141077B; JPWO2017061244A1; CN108141077A

Abstract

Es wird eine elektrische Rotationsmaschine angegeben, bei der die Relation α > β erfüllt ist, wenn der Zahnbereich eine Breite α in deren Umfangsrichtung hat, das Rotationszentrum des Rotors und eine der Ecken, die auf einer Rotorflächenseite liegt, an beiden Enden der Permanent-magneten mit einer geraden Linie verbunden ist, das Zentrum zwischen einem N-Pol und einem S-Pol der Permanentmagneten auf einer q- ein Achse liegt und ein Winkel, der von zwei geraden Linien auf der q-Achsenseite gebildet wird, gleich β ist, ein erstes Brücken-teil zwischen einer Flussbarriere am Rotorkern und an der Rotorfläche ausgebildet ist, und die Relation γ > δ erfüllt ist, wenn das erste Brückenteil eine minimale Breite γ hat, und die Flussbarriere eine minimale Breite δ auf der q-Achse hat.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine.
Stand der Technik
Ein Motor zur Verwendung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wie z. B. einem vollelektrischen Automobil und einem Hybrid-Automobil wird mit einer hohen Drehzahl betrieben. Die Drehzahlen betragen dabei 10000 U/min oder mehr. Demzufolge wurde in dem Fall, in welchem ein Permanentmagnet in einem Rotor verwendet wird, ein Permanentmagnet-Motor vom innenliegender Permanentmagnet-Typ vorgeschlagen, bei welchem ein Magnet gegen den Zentrifugalkraft-Widerstand gesichert werden kann (vgl. die Druckschriften PTL 1 bis PTL 3).
Ein Magnet, der Neodym als Hauptkomponente aufweist, wird als Permanentmagnet zur Verwendung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug verwendet, und die Wärmeerzeugung im Magneten während der Rotation mit hoher Geschwindigkeit kann nachteilig sein.
Die Druckschrift PTL 1 schlägt hierfür eine Konfiguration vor, bei welcher Magneten für einen Rotor in einer V-förmigen Anordnung vorliegen, eine Flussbarriere auf jeder Seite des Permanentmagneten in der Umfangsrichtung ausgebildet ist und ein Spalt zwischen den Enden der inneren peripheren Ecken der Magneten ausgebildet ist, so dass die Luft dazu veranlasst wird, in die Spalte zwischen den Magneten und den Flussbarrieren in der Axialrichtung zu strömen, um die in den Magneten erzeugte Wärme abzuführen, und es werden Kühlrippen an den axialen Enden zum Wärmeaustausch verwendet.
Die Druckschrift PTL 2 offenbart eine Konfiguration, bei welcher Magneten für einen Rotor in einer V-förmigen Anordnung vorliegen und eine Belüftungspassage zum Kühlen an einer inneren oder äußeren peripheren Seite des Permanentmagneten ausgebildet ist.
Die Druckschrift PTL 3 offenbart eine Konfiguration, bei welcher Magneten für einen Rotor in einer V-förmigen Anordnung vorliegen, eine Flussbarriere an jedem der beiden Umfangsenden der Permanentmagneten angeordnet ist, Spalte auf der inneren peripheren Seite der Permanentmagneten ausgebildet sind, ein Formungsmaterial zum Befestigen eines Magneten an der Flussbarriere und dem Spalt ausgebildet ist und ein Schlitz an einem Zwischenpolbereich ausgebildet ist, so dass thermische Belastungen an einem Brückenteil zwischen dem Schlitz und der Flussbarriere verringert werden.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

[PTL 1] Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2014-087077 A
[PTL 2] Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2007-104888 A
[PTL 3] Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2015-53831 A .

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Da der Motor in einem vollelektrischen Automobil, einem Hybrid-Automobil usw. mit einer hohen Drehzahl betrieben wird, muss die Wärmeerzeugung im Permanentmagneten beschränkt werden, und der Rotor muss einen zufriedenstellenden Zentrifugalkraft-Widerstand haben. Während die Druckschriften PTL 1 bis PTL 3 Verfahren zum Kühlen eines Permanentmagneten beschreiben, kann das oben beschriebene Problem nicht unter Verwendung eines Motors mit einer großen Motorwellengröße gelöst werden, die nicht für einen Wärmeaustausch angepasst ist.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen konzipiert. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Motor vom konzentrierten Wicklungstyp eine elektrische Rotationsmaschine anzugeben, die dazu imstande ist, Wirbelstromverluste an einem Permanentmagneten zu beschränken, die während einer Rotation mit hoher Drehzahl auftreten, und einen geeigneten Zentrifugalkraft-Widerstand für den Permanentmagneten zu gewährleisten.
Lösung des Problems
Um die Aufgabe zu lösen, weist eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Stator einen ringförmigen Kern-Rückseitenbereich und einen Zahnbereich aufweist, der von dem Kern-Rückseitenbereich in Richtung des Rotors verläuft und um welchen eine Statorwicklung gewickelt ist, wobei der Rotor einen Rotorkern aus einem magnetischen Material und an dem Rotorkern gehaltene Permanentmagneten aufweist, wobei die Relation α > β erfüllt ist, wenn der Zahnbereich eine Breite α in dessen Umfangsrichtung hat, wobei das Rotationszentrum des Rotors und eine der Ecken, die auf der Rotorflächenseite liegt, an beiden Enden von jedem der Permanentmagneten mit einer geraden Linie verbunden ist, das Zentrum zwischen den N-Polen der Permanentmagneten auf einer d-Achse liegt und das Zentrum zwischen einem N-Pol und einem S-Pol der Permanentmagneten auf einer q-Achse liegt, und der Winkel, der von zwei der geraden Linien auf Seiten der q-Achse gebildet wird, gleich β ist, eine Flussbarriere an jedem der beiden Umfangsenden von jedem der Permanentmagneten im Rotorkern angeordnet ist, der Rotorkern ein erstes Brückenteil zwischen der Flussbarriere und der Rotorfläche aufweist, und die Relation γ > δ erfüllt ist, wenn das erste Brückenteil eine minimale Breite γ hat und die Flussbarriere eine minimale Breite δ auf der q-Achse hat.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Stärke eines Magneten gegenüber der Zentrifugalkraft während der Rotation mit hoher Drehzahl durch das erste Brückenteil bewahrt, und ein magnetischer Kurzschluss-Widerstand an den Enden des Magneten wird durch die zweite Brücke gehemmt, so dass der magnetische Fluss, der aus dem Permanentmagneten heraus streut, hauptsächlich die erste Brücke vom N-Pol aus passiert, in den S-Pol eindringt und dann zum N-Pol von dem inneren Umfangsteil des Rotors aus zurückkehrt.
Daher kann der Magnetfluss-Streupfad für den N-Pol auf der inneren peripheren Seite des Rotors durch die ersten und zweiten Brückenteile von dem N-Pol aus gehemmt werden, so dass Schwankungen des magnetischen Widerstands durch einen magnetischen Streufluss unterdrückt werden können.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht eines Stators und eines Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht des Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine vergrößerte Ansicht des Stators und des Rotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Ansicht, die erste und zweite Magnetfluss-Streupfade an einem Zwischenpolbereich im Rotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Ansicht, die den Stator, die Rotationsrichtung des Rotors sowie einen Magnetfluss-Streupfad gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Graph, der den Zeitverlauf der Magnetpole in einer U-Phasenwicklung in einem Stator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Graph, der den Zeitverlauf von Magnet-Wirbelstromverlusten für einen innenliegenden Permanentmagnet in dem Rotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Ansicht, die die Positionsrelation von Stator und Rotor in der Rotationsrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn die Magnet-Wirbelstromverluste für die Permanentmagneten minimiert werden.
9 ist ein Graph, der den Zeitverlauf von Magnetpolen in U-, V- und W-Phasenwicklungen im Stator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Detailansicht von ersten und zweiten Brückenteilen in dem Rotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Graph, der die Relation zwischen den Größen der ersten und zweiten Brückenteile und Drehmoment/Magnet-Wirbelstromverlusten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Graph, der die Relation zwischen der Magnettemperatur eines Permanentmagneten und der magnetischen Restflussdichte gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Graph, der die Relation zwischen den Größen der ersten und zweiten Brückenteile und der maximalen Belastungen im Rotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Relation zwischen dem Drehmoment des Rotors und den Magnet-Wirbelstromverlusten von der Anwesenheit/Abwesenheit eines Lochs zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine vergrößerte Ansicht von Löchern zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses in dem Rotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine vergrößerte Ansicht von Flussbarrieren und Löchern zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses in dem Rotor gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Ansicht, die einen vierten Magnetfluss-Streupfad in einem Rotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Schnittansicht eines Stators und eines Rotors, wenn Permanentmagneten gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer U-förmigen Anordnung sind.
19 ist eine Schnittansicht eines Stators und eines Rotors, wenn Permanentmagneten gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils in zwei geteilt sind.
20 ist eine Detailansicht von ersten und zweiten Brückenteilen in einem Rotor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist ein Graph, der den Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust in Bezug auf die fünfte Ausführungsform zeigt.
22 ist ein Graph, der die Zentrifugalkraft-Stärke von Rotoren im Vergleich in Bezug auf die fünfte Ausführungsform zeigt.
23 ist ein Graph, der den Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust zeigt, der auf den Zentrifugalkraft-Widerstand normiert wurde, in Bezug auf die fünfte Ausführungsform.
24 ist eine vergrößerte Ansicht eines ersten Magnetfluss-Streupfades im q-Achsenbereich eines Rotors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
25 ist eine Vergleichsansicht, die die maximalen Belastungen gemäß der ersten bis sechsten Ausführungsform sowie der Druckschrift PTL 3 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Es werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die gleichen Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Bestandteile in den Zeichnungen bezeichnen.
Erste Ausführungsform
Eine elektrische Rotationsmaschine vom konzentrierten Wicklungstyp, die einen Permanentmagneten 13 verwendet, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Stator 1 und einen Rotor 11 auf. 1 ist dabei eine Schnittansicht des Stators 1 und des Rotors 11 gemäß der ersten Ausführungsform. Gemäß 1 hat der Stator einen ringförmigen Kern-Rückseitenbereich 4 und Zahnbereiche 3, die von dem Kern-Rückseitenbereich 4 in Richtung des Rotors 11 vorstehen, und um die Zahnbereiche 3 sind Statorwicklungen herumgewickelt.
Der Statorkern 2 weist 18 vorstehende Zahnbereiche 3 auf der radial inneren Seite und den ringförmigen Kern-Rückseitenbereich 4 auf. Jeder der Zahnbereiche 3 weist eine (nicht dargestellte) Wicklung auf, die um ihn herum ausgebildet ist. Die Phasen der Wicklungen sind in der Reihenfolge U-, V- und W-Phase im Gegenuhrzeigersinn angeordnet. 2 ist eine Schnittansicht des Rotors 11.
Der Rotor 11 ist auf der radial inneren Seite des Stators 1 ausgebildet und weist vierseitige Permanentmagneten 13 und einen Rotorkern 12 aus einem magnetischen Material auf, in welchen die Permanentmagneten 13 eingebettet sind. Genauer gesagt: Der Rotor 11 weist Folgendes auf: den Rotorkern 12, 24 Permanentmagneten 13 die in den Rotorkern 12 eingebettet sind, sowie eine Rotationswelle 16 auf der radial inneren Seite.
Eine Flussbarriere 14 ist an jedem der beiden Enden des Permanentmagneten 13 angeordnet. Hier ist der Permanentmagnet 13 ein Neodym-Magnet in einer im Wesentlichen langgestreckten Form, und er ist an einer Zwei-Pro-Pol-Basis in einer V-Form in Richtung der äußeren Peripherie des Rotors angeordnet. Es sei angemerkt, dass N und S, wie gezeigt, die Pole der Magneten bezeichnen.
Die Richtung des magnetischen Flusses des N-Pols verläuft in Richtung der äußeren Peripherie des Rotors, und die Richtung des magnetischen Flusses des S-Pols verläuft von der äußeren Peripherie des Rotors in Richtung der inneren Peripherie. Ein Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ist auf der radial inneren Seite des Permanentmagneten 13 an einem Zwischenpolbereich (der Grenze zwischen den N- und S-Polen) ausgebildet. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Statorkerns 2 und des Rotorkerns 12.
Hierbei ist das Zentrum zwischen den N-Polen der Magneten auf der d-Achse, und der Zwischenpolbereich zwischen den N- und S-Polen ist auf der q-Achse. Die d-Achse und die q-Achse werden in der folgenden Beschreibung verwendet. In 3 ist der Winkel des Zahnbereichs 3 im Statorkern 2 auf der radial inneren Seite gleich α, und der Winkel auf der äußeren peripheren Seite des V-förmigen Zwischenpolbereichs der Permanentmagneten 13 die in den Rotorkern 12 eingebettet sind, ist gleich β.
Genauer gesagt: Es gilt die Relation α > β, wenn die Umfangsbreite des Zahnbereichs 3 im Stator 1 gleich α ist, das Rotationszentrum des Rotors 11 und eine der Ecken, die auf der Rotorflächenseite liegt, an beiden Enden des Permanentmagneten 13 mittels einer geraden Linie verbunden ist, die d-Achse durch das Zentrum zwischen den N-Polen der Permanentmagneten 13 geht, die q-Achse durch das Zentrum zwischen dem N-Pol und dem S-Pol der Permanentmagneten 13 geht, und der Winkel, der von den zwei geraden Linien auf Seiten der q-Achse gebildet wird, gleich β ist.
Beim Motor vom konzentrierten Wicklungstyp ist das magnetische Moment, das von den Permanentmagneten erzeugt wird, der Hauptfaktor des Drehmoments, und daher muss die Breite des Permanentmagneten groß sein, um das Drehmoment zu erzeugen, oder β muss klein sein, so dass der äußere periphere Winkel β des Rotors kleiner ist als die vordere Endbreite α des Zahnbereichs (α > β).
Die Flussbarriere 14 zum Verhindern eines Fluss-Kurzschlusses des Permanentmagneten 13 ist an jedem der beiden Umfangsenden des Permanentmagneten 13 im Rotorkern 12 angeordnet, der Rotorkern 12 hat ein erstes Brückenteil 17 zwischen der Flussbarriere 14 und der Rotorfläche, die Relation γ > δ gilt, wenn die minimale Breite des ersten Brückenteils 17 γ ist und die minimale Breite der Flussbarriere 14 auf der q-Achse gleich δ ist, und der Teil des Rotorkerns von der Rotorfläche auf der q-Achse zur radialen Position von δ ist aus einem magnetischen Material gebildet, mit anderen Worten: Ein sogenannter hohler Bereich, wie z. B. ein Schlitz ist in dem Teil nicht ausgebildet. Dies wird nachstehend noch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
4 zeigt den magnetischen Fluss, der aus einem Magneten austritt, wenn es keine Belastung im Verhältnis zwischen der Breite α des Zahnbereichs und der Magnetbreite gibt, wie in 3 gezeigt. Wie in 4 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn es keine Belastung gibt, existieren ein erster Magnetfluss-Streupfad 21, der das erste Brückenteil 17 an der Fläche des Rotors vom N-Pol-Permanentmagneten 13 passiert und vom S-Pol-Permanentmagneten 13 zum N-Pol durch den Rotorkern 12 zurückkehrt, und ein zweiter Magnetfluss-Streupfad 22, der das erste Brückenteil 17 und das zweite Brückenteil 18 vom S-Pol-Permanentmagneten 13 passiert und zum S-Pol-Permanentmagneten 13 zurückkehrt. Der zweite Magnetfluss-Streupfad ist der gleiche für den N-Pol.
5 zeigt einen Pfad eines magnetischen Streuflusses, der nicht zum Drehmoment beiträgt, wenn der magnetische Fluss schwach gesteuert wird. Die schwache Magnetfluss-Steuerung dient dazu, einen magnetischen Fluss in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 13 zu erzeugen, und zwar unter Verwendung einer Statorspule, und sie bezieht sich auf eine Steuerung, die während ausgeführt wird, während ein Motormoment ausgeübt wird.
Bei der schwachen Magnetfluss-Steuerung gilt Folgendes: Wenn sich z. B. ein magnetischer Fluss, der von einer U-Phasenwicklung erzeugt wird, zwischen einem N-Pol und einem S-Pol (an einem Zwischenpolbereich, wo es keinen magnetischen Fluss gibt) ausbildet, genauer gesagt: Zu dem Zeitpunkt, der mit der unterbrochenen Linie in 6 angezeigt ist, dann ist der Zwischenpolbereich zwischen dem N-Pol-Permanentmagneten 13 und dem S-Pol-Permanentmagneten 13 im Rotor 11 vor dem Zentrum des U-Phasen-Zahnbereichs 3 in der Rotationsrichtung 24.
Zusätzlich zu den ersten und zweiten Magnetfluss-Streupfaden mit keiner Last, wie in 4 gezeigt, ist ein weiterer Magnetfluss-Streupfad zu der Zeit ein dritter Magnetfluss-Streupfad 23, der einen Spalt 20 zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 1 vom N-Pol-Permanentmagneten 13 passiert, sich mit dem vorderen Ende des Zahnbereichs 3 des Stators 1 in der Umfangsrichtung verbindet, dann den S-Pol-Permanentmagneten 13 vom Spalt 20 aus passiert und dann zum N-Pol-Permanentmagneten 13 vom Rotorkern 12 aus zurückkehrt.
Dies rührt daher, dass sich der U-Phasen-Zahnbereich 3 am Zwischenpolbereich zwischen dem N-Pol und dem S-Pol befindet und der Zahnbereich 3 vom Rotor 11 aus betrachtet nicht angeregt wird, so dass der magnetische Fluss auf einfache Weise passiert. Dies wird auch in der Nähe der V-Phasen- und W-Phasen-Zahnbereiche 3 hervorgerufen, wo es keinen magnetischen Fluss gibt (zweimal für jede Phase, daher sechsmal insgesamt).
Hier zeigt 7 das Ergebnis, wenn die Magnet-Wirbelstromverluste für den Permanentmagneten 13 bei der schwachen Magnetfluss-Steuerung einer Magnetfeldanalyse unterzogen wird. Es sei angemerkt, dass sich die Magnet-Wirbelstromverluste für den Permanentmagneten 13 gemäß der Rotationsposition ändern. Daher zeigt 7 einen magnetischen Fluss, der von einer U-Phase im Stator erzeugt wird, und Rotationspositionen unter zwei Bedingungen, nämlich wenn der Wirbelstrom am Permanentmagneten 13 groß ist und wenn er klein ist.
7 zeigt die Schwankungen der Magnet-Wirbelstromverluste pro Zyklus des elektrischen Winkels, und die Magnet-Wirbelstromverluste sind in der in 5 gezeigten Positionsrelation maximal und entsprechen einer Wellenform mit sechs Scheitelpunkten pro Rotation des elektrischen Winkels.
8 zeigt die Positionsrelation zwischen dem Rotor und dem Stator in der Position, in welcher die Magnet-Wirbelstromverluste minimal sind.
Die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase zu dieser Zeit entsprechen den Magnetpolen zur Zeit t2, was mit der unterbrochenen Linie in 9 angezeigt ist. Wie aus 8 ersichtlich, gilt Folgendes: Während der magnetische Fluss auf einfache Weise passiert, da sich die U-Phase im Fall von 5 am Zwischenpolbereich befindet, ist der Zwischenpolbereich in der Rotationsposition in FIG. 8 für den Rotor 11 im Spalt (Nutteil) zwischen den Zahnbereichen 3, und daher nimmt der magnetische Widerstand zu, der den magnetischen Streufluss nahezu beseitigt, wie in 5 gezeigt.
Daher gibt es zwei Pfade für den magnetischen Streufluss, ähnlich zu dem Fall ohne eine Last, und die Schwankungen des magnetischen Flusses werden aus der Sicht des Permanentmagneten 13 beschränkt, so dass die Magnet-Wirbelstromverluste verringert werden. In der vorstehenden Beschreibung ist beschrieben, wie sich die Stärke der Magnet-Wirbelstromverluste verändert, und zwar im Zusammenhang mit dem Grund für die Magnet-Wirbelstromverluste und die Positionsrelation zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 1.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verringern der Magnet-Wirbelstromverluste beschrieben. Wie in 10 gezeigt, ist die minimale Breite des ersten Brückenteils 17 gleich γ, und die minimale Breite des zweiten Brückenteils 18 ist gleich δ. 11 zeigt das Ergebnis, wenn der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust für den Permanentmagneten 13 durch eine Magnetfeldanalyse unter vier Bedingungen zwischen γ und δ erhalten wird, d. h. wenn (1) δ = 1,18γ, (2) δ = γ, (3) δ = 0,76γ und (4) δ = 0,38γ. Hierbei ist unter der Bedingung (4) die Dicke des zweiten Brückenteils 18 im Wesentlichen gleich der Plattendicke des Kerns.
Es sei angemerkt, dass der Wert der im Magneten erzeugten Wärme auf der Basis eines Analyseergebnisses berechnet wird, das erhalten wird, wenn beispielhaft die Drehzahl 10 000 U/min ist. Wie aus 11 ersichtlich, gilt Folgendes: Wenn die Breite des zweiten Brückenteils 18 schmaler als γ ist, nimmt der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust zu.
Genauer gesagt: Es zeigt sich, dass ein hohes Drehmoment aus einem kleineren Wert der im Magneten erzeugten Wärme herrührt, wenn das zweite Brückenteil 18 schmaler gemacht wird. Wenn indessen die Breite des zweiten Brückenteils 18 größer als γ ist, dann ist der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust im Wesentlichen konstant.
Wenn die Relation δ = γ gilt, wird angenommen, dass die Magnettemperatur um 100 °C von der Umgebungstemperatur angehoben ist, und zwar wegen der Wärmeerzeugung im Magneten. Es sei angemerkt, dass sich die Bedingung für eine Zunahme um 100 °C in der Erwärmungstemperatur des Magneten in Abhängigkeit des Drehmoments und der Drehzahl verändert, und dass die Bedingung auf einer Annahme basiert.
In diesem Fall gilt Folgendes: Falls δ = 0,76γ gilt, dann ist der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust das 1,13-Fache wie der für δ = γ, und daher steigt die Temperatur um 88,5 °C, und wenn δ = 0,38γ gilt, dann ist der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust das 1,31-Fache, so dass die Temperatur um 76,3 °C steigt. 12 zeigt die Relation zwischen der Temperatur eines Neodym-Magneten und der magnetischen Restflussdichte.
Wie in 12 gezeigt, reicht der Temperaturkoeffizient für die magnetische Restflussdichte für den Neodym-Magneten von -0,1 %/°C bis -0,2 %/°C, und die magnetische Restflussdichte nimmt ab, wenn die Temperatur steigt. Daher gilt bei gleicher Magnettemperatur Folgendes: Wenn δ = 0,76γ und δ = 0,38γ, ist die Temperatur des Magneten niedriger als für δ = γ, das Drehmoment kann weiter erhöht werden, und es ergibt sich eine größere Differenz als diejenige, die in 11 gezeigt ist, so dass das Drehmoment während der Rotation mit hoher Drehzahl erhöht werden kann.
13 zeigt das Analyseergebnis des Zentrifugalkraft-Widerstands des Rotors 11 unter den Bedingungen gemäß 11, mit anderen Worten, die hauptsächlichen Belastungen auf das Brückenteil des Rotors 11. Wie dargestellt, gilt Folgendes: Wenn die Breite des zweiten Brückenteils 18 verringert wird, so wird die Aufgabe, den Zentrifugalkraft-Widerstand des Rotors 11 durch die Brückenteile zu sichern, von dem ersten Brückenteil 17 übernommen, das dem Zwischenpolbereich zwischen den Magneten entspricht, und der Maximalwert der hauptsächlichen Belastungen wird erhöht, indem das zweite Brückenteil 18 schmaler gemacht wird, aber die Zunahme ist nur geringfügig kleiner als 2 %.
Um eine Kompatibilität zwischen den Magnet-Wirbelstromverlusten und dem Zentrifugalkraft-Widerstand des Rotors zu erreichen, ist die minimale Breite γ des zweiten Brückenteils 18 wünschenswert mindestens so dick wie die Plattendicke und kleiner als δ, und zwar in Anbetracht der Einschränkungen, die mit einem Stanzen des Kerns einhergehen.
Es sei angemerkt, dass gemäß der ersten Ausführungsform die Relation der Polzahl zur Nutzahl 2:3 beträgt, wobei sich die gleichen vorteilhaften Wirkungen auch zeigen, wenn die Relation der Polzahl zur Nutzahl 4:3, 9±1:9 und 12±2:12 beträgt. Es wird angenommen, dass die Flussbarriere 14 ein Spalt gemäß der ersten Ausführungsform ist, während sich die gleichen vorteilhaften Wirkungen zeigen, wenn die Flussbarriere 14 mit einem Harz, wie z. B. Epoxid gefüllt ist.
Ferner zeigen sich, was die Art des Permanentmagneten 13 anbelangt, die gleichen vorteilhaften Wirkungen bei Verwendung eines metallischen Samarium-Cobalt-Magneten mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, der ein Magnet ähnlich einem Neodym-Magneten ist.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann eine Verringerung der Magnet-Wirbelstromverluste und des Widerstands gegen die Zentrifugalkraft während der Rotation mit hoher Drehzahl kompatibel ausgeglichen werden.
Zweite Ausführungsform
Es wird nachstehend eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die zweite Ausführungsform ist inhaltlich identisch mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der folgenden Beschreibung. 14 zeigt den Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust mit einem Loch 15 oder ohne ein Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses, das an der inneren Peripherie des Zwischenpolbereichs der Permanentmagneten 13 ausgebildet ist, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ist ein Spalt, der mit einem Harz, wie z. B. Epoxid bedeckt ist, und es ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet, um ein Kurzschließen des magnetischen Flusses des Magneten zu beschränken. Die Breite δ des zweiten Brückenteils 18 beträgt in der folgenden Beschreibung 1,18γ. Wie aus 14 ersichtlich, beträgt der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust das 1,2-Fache, indem das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ausgebildet wird.
Was den Zentrifugalkraft-Widerstand des Rotors 11 anbelangt, der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben ist, so ist die Breite des zweiten Brückenteils 18 die gleiche, und daher nehmen die Belastungen nicht zu, wenn das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ausgebildet wird. Nachstehend wird die Verringerung der Wirbelstromverluste des Permanentmagneten 13 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, gibt es zwei Magnetfluss-Streupfade, nämlich den ersten Magnetfluss-Streupfad 21 und den zweiten Magnetfluss-Streupfad 22 für den magnetischen Streufluss, der aus dem Permanentmagneten 13 austritt, während der magnetische Widerstand in den ersten und zweiten Magnetfluss-Streupfaden zunimmt, indem das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses an einer Ecke des Magneten ausgebildet wird. Daher werden die Schwankungen des magnetischen Flusses aus der Sicht des Permanentmagneten 13 beschränkt. Genauer gesagt: Die Magnet-Wirbelstromverluste, die durch die Schwankungen des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 13 hervorgerufen werden, können verringert werden.
Das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ist an der inneren Peripherie des Zwischenpolbereichs des Permanentmagneten 13 in der Umfangsrichtung ausgebildet, und das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses muss an einer Ecke des Magneten ausgebildet werden, da die ersten und zweiten Magnetfluss-Streupfade ein Ende des Permanentmagneten 13 in Richtung der Langseite passieren, wie in 4 gezeigt.
Das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ist so dargestellt, dass es zu einem Ort jenseits der Ecke des Permanentmagneten 13 zum Zwischenpolbereich vorsteht. Auf diese Weise können die Schwankungen des magnetischen Flusses durch die Ecke des Permanentmagneten 13 weiter beschränkt werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses, das als Spalt ausgebildet ist, auch als ein Loch zum Kühlen des Permanentmagneten verwendet werden. Gemäß der zweiten Ausführungsform hat das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses eine im Wesentlichen runde Form, aber das Loch kann auch extrem zur Nähe der q-Achse ausgedehnt sein, wie in 15 gezeigt.
Dies kann angesichts des Zentrifugalkraft-Widerstands nachteilig sein, aber was die Zentrifugalkraft anbelangt, nehmen die Belastungen kaum zu, wenn das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses bis zur Nähe der q-Achse ausgebildet ist, wie in 15 gezeigt. Dies rührt daher, dass die am ersten Brückenteil 17 erzeugten Belastungen hauptsächlich in der Biegerichtung ausgeübt werden, und dass daher die Biegesteifigkeit mit einem Strukturelement am q-Achsenteil absorbiert werden kann. Daher ist in dieser Konfiguration das Strukturelement auf der q-Achse notwendig.
Dritte Ausführungsform
Es wird nachstehend eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die dritte Ausführungsform ist inhaltlich identisch mit der oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform, mit Ausnahme der folgenden Beschreibung. 16 ist eine Detailansicht, die die Positionsrelation unter den Permanentmagneten 13, einen Rotorkern 12, Flussbarrieren 14 und Löcher 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses zeigt, und zwar gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dieser Figur der Zeichnung hat der Permanentmagnet 13 eine im Wesentlichen langgestreckte Form, die Flussbarriere 14 ist auf der Rotorflächenseite an jedem der beiden Enden des Permanentmagneten 13 vorgesehen (an dem Ende der längeren Seite des Permanentmagneten 13 auf Seiten der äußeren peripheren Fläche des Rotors), und das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ist auf der radial inneren Seite von jedem der beiden Enden des Permanentmagneten 13 ausgebildet (an dem Ende der längeren Seite des Permanentmagneten 13 auf Seiten des Rotationszentrums des Rotors 11). Ein Magnet-Positionierungsbereich 31 (in einer linearen Form) ist entlang der Form des Permanentmagneten 13 zwischen der Flussbarriere 14 und dem Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ausgebildet.
In diesem Fall sind die Magnet-Wirbelstromverluste und der Zentrifugalkraft-Widerstand des Permanentmagneten 13 die gleichen wie diejenigen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, während der Permanentmagnet 13 auf einfache Weise in der Umfangs- und Radialrichtung des Permanentmagneten 13 positioniert werden kann, indem es ermöglicht wird, dass die kürzere Seite des Permanentmagneten 13 mit dem linearen Bereich in Kontakt kommt, so dass Schwankungen des Werts des magnetischen Flusses, die von der Einführungsposition des Permanentmagneten 13 abhängen, beschränkt werden können. Es sei angemerkt, dass wünschenswerterweise der Magnet-Positionierungsbereich 31 an einer Position auf der radial inneren Seite des Zentrums der kürzeren Seite des Magneten ausgebildet ist.
Dies rührt daher, dass die Form der Flussbarriere 14 am ersten Brückenteil 17 eine Kreisbogenform hat, um die auf das erste Brückenteil 17 ausgeübten Belastungen zu verringern, und falls der Positionsbereich auf der äußeren peripheren Seite ausgebildet ist, würde der Radius des Kreisbogens verringert werden, und die Belastungen auf das erste Brückenteil 17 würden zunehmen, was vermieden werden muss.
Vierte Ausführungsform
Es wird nachstehend eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die vierte Ausführungsform ist inhaltlich identisch mit der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform, mit Ausnahme der folgenden Beschreibung.
17 zeigt die Positionsrelation zwischen den Permanentmagneten 13, einem Rotorkern 12, Flussbarrieren 14, Löchern 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses, einem ersten Brückenteil 17, einem zweiten Brückenteil 18 und einem dritten Brückenteil 19 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung sind Einzelpol-Permanentmagneten in einer V-förmigen Anordnung angebracht, ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform. Ein vierter Magnetfluss-Streupfad 41 am dritten Brückenteil 19 wird ebenfalls beschrieben.
Hier, am dritten Brückenteil 19, sind die Permanentmagneten 13 tief ins Innere des Rotors eingebettet, und wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, gibt es kaum Schwankungen des magnetischen Flusses, wenn die Zahnbereiche 3 und die Nutbereiche zwischen den Zahnbereichen 3 die Radialseite des dritten Brückenteils 19 passieren. Das dritte Brückenteil 19 ist im Zentrum des Pols für die V-förmige Anordnung angebracht, so dass der magnetische Fluss des Magneten einen magnetischen Fluss des gleichen Pols auf jeder Seite des dritten Brückenteils 19 in der Umfangsrichtung erzeugt.
Daher gibt es keine Schwankungen des magnetischen Flusses, die den Magneten am dritten Brückenteil 19 zuordenbar sind. Wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, braucht daher bloß der Zwischenpolbereich (der zweite Magnetfluss-Streupfad 22) als Magnetfluss-Streupfad abgetrennt werden, und es ist gegen eine Zunahme der Magnet-Wirbelstromverluste wirkungsvoller, den zweiten Magnetfluss-Streupfad 22 abzutrennen als den vierten Magnetfluss-Streupfad 41.
Genauer gesagt: Die Magnet-Wirbelstromverluste können wirksam beschränkt werden, indem der magnetische Widerstand des Zwischenpolbereichs (in der Nähe der q-Achse) erhöht wird, anstatt den magnetischen Widerstand des Magnetpol-Zentrumsteils (weit entfernt von der q-Achse) zu erhöhen. Gemäß der vierten Ausführungsform sind zwei Magneten pro Pol in der V-Form angeordnet, aber es ergeben sich die gleichen vorteilhaften Wirkungen, wenn drei Magneten pro Pol in einer U-Form angeordnet werden, wie in 18 gezeigt, oder wenn Magneten, die jeweils in zwei Teile geteilt sind, in einer flachen Plattenform angeordnet werden können, wie in 19 gezeigt.
Fünfte Ausführungsform
Es wird nachstehend eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die fünfte Ausführungsform ist inhaltlich identisch mit der oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsform, mit Ausnahme der folgenden Beschreibung.
20 zeigt die Positionsrelation zwischen den Permanentmagneten 13, einem Rotorkern 12, Flussbarrieren 14, Löchern 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses, einem ersten Brückenteil 17, einem zweiten A-Brückenteil 51 und einem zweiten B-Brückenteil 52 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das zweite A-Brückenteil 51 ist ein Brückenteil auf der Seite, die näher an der Rotorfläche ist, und das zweite B-Brückenteil 52 ist ein Brückenteil, das weiter von der Rotorfläche entfernt ist.
Hier ist wünschenswerterweise die Relation La < Lb erfüllt, wobei die minimale Breite des zweiten A-Brückenteils 51 gleich La ist und die minimale Bereite des zweiten B-Brückenteils 52 gleich Lb ist.
Es wird nachstehend eine vorteilhafte Wirkung beschrieben, wenn La < Lb erfüllt ist. Um die Wirkung zu veranschaulichen, ist in der folgenden Beschreibung die breitere Breite zwischen La und Lb gleich 1,18γ, und die schmalere Breite ist 0,76γ. 21 zeigt den Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust.Die Werte in 21 sind alle auf die Werte für La < Lb normiert. Wie gezeigt, ist der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust 3,1 % größer, wenn La(0,76γ) < Lb(1,18γ) gilt als dann, wenn La(1,18γ) > Lb(0,76γ) gilt.
22 zeigt das Vergleichsergebnis der Zentrifugalkraft-Stärke des Rotors zwischen dem Fall, in welchem La(0,76γ) < Lb(1,18γ) gilt, und dem Fall, in welchem La(1,18γ) > Lb(0,76γ) gilt.
Wie gezeigt, ist der Maximalwert der Zentrifugalkraft 0,5 % niedriger, wenn die Relation La(1,18γ) > Lb(0,76γ) gilt.
Hierbei zeigt 23 die Drehmoment-pro-Wirbelstromverluste des Magneten, die auf den Zentrifugalkraft-Widerstand normiert sind. Wie gezeigt, ist der Wert, der erhalten wird, indem der Drehmoment-pro-Magnet-Wirbelstromverlust durch den Zentrifugalkraft-Widerstand geteilt wird, 2,6 % größer für La < Lb, und daher ist es wünschenswert, die Relation La < Lb zu erfüllen.
Sechste Ausführungsform
Es wird nachstehend eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die sechste Ausführungsform ist inhaltlich identisch mit der oben beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsform, mit Ausnahme der folgenden Beschreibung.
24 zeigt die Relation zwischen den Permanentmagneten 13, einem Rotorkern 12 und Löchern 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung ist auch ein zweiter Magnetfluss-Streupfad 22 gezeigt, die Sättigungs-Magnetisierung des Rotorkerns ist als M definiert, und die magnetische Restflussdichte des Permanentmagneten ist als Bm definiert.
Hier wird das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses (Spalt) als ein Magnetwiderstandselement beschrieben. Die Breite des Lochs 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses in der Langseitenkomponente des Permanentmagneten 13 ist als a definiert. Hier verläuft im magnetischen Streufluss des Permanentmagneten 13 im zweiten Magnetfluss-Streupfad 22 der Pfad im Bereich der Breite a in der Längsrichtung des Permanentmagneten 13, bis das erste Brückenteil 17 magnetisch gesättigt ist.
Die Sättigungs-Magnetisierung M des Rotorkerns ist ungefähr 2T, die magnetische Restflussdichte Bm des Permanentmagneten 13 liegt bei Normaltemperatur zwischen 1,2T bis 1,4T, und die Breite des Permanentmagneten 13, der für den vom Magneten ausgetretenen magnetischen Streufluss verwendet wird, ist a = M × γ/Bm. Die magnetische Restflussdichte Bm des Permanentmagneten 13 neigt dazu, abzunehmen, wenn die Temperatur des Magneten zunimmt, wie in 12 gezeigt.
Wenn der Temperaturbereich in einer Verwendungsumgebung vom unteren Grenzwert T1 zum oberen Grenzwert T2 reicht, können die entsprechenden magnetischer Restflussdichten des Permanentmagneten 13 als B1 und B2 angegeben werden, wie in der 12 gezeigt. Daher wird die Breite a des Lochs 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses in der Längsrichtung des Permanentmagneten 13 wünschenswerterweise durch M × γ/B1 < a < M × γ/B2 ausgedrückt.
Gemäß der sechsten Ausführungsform kann die Abnahme des Drehmoments verhindert werden, und die Magnet-Wirbelstromverluste können verringert werden, indem der magnetische Widerstand eines Teils nahe einer Ecke des Magneten erhöht wird, wo der magnetische Streufluss des Magneten stark schwankt.
Während in der obigen Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung der magnetische Widerstand im Magnetfluss-Streupfad zwischen den q-Achsen zunimmt und die Zentrifugalkraft-Stärke des Rotors 11 erhöht wird, kann der magnetische Streufluss verringert werden, indem die q-Achse mit einem Schlitz ausgebildet wird, wie in der Druckschrift PTL 3 offenbart, aber in Anbetracht der Zentrifugalkraft-Stärke des Rotors 11 belastet der auf der q-Achse, wie in 25 dargestellt, ausgebildete Schlitz das dritte Brückenteil 19 übermäßig mit der Aufgabe, die Belastungen gegen die Zentrifugalkraft aufzunehmen, und die maximalen Belastungen werden 1,25-mal so groß.
Wie oben beschrieben, ist daher gemäß der vorliegenden Erfindung das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses (das Magnetwiderstandselement) wünschenswerterweise an jeder Ecke eines Magneten in einem vollelektrischen Automobil oder einem Hybrid-Automobil ausgebildet, das mit einer Rotation mit hoher Drehzahl angetrieben wird.
Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung spezifisch beschrieben werden, sind Variationen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich, und zwar hinsichtlich der grundsätzlichen technischen Ideen und Lehren der vorliegenden Erfindung.
Während bei der Beschreibung der ersten bis sechsten Ausführungsform das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses (der Spalt mit einer relativen Permeabilität von 1) verwendet wird, um die Pfade für den magnetischen Streufluss von dem Permanentmagneten 13 abzutrennen, kann das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses auch aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sein (es kann mit einem Harz, wie z. B. Epoxid imprägniert sein), und es zeigen sich immer noch die gleichen vorteilhaften Wirkungen. Das Loch 15 zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses kann aus einem Material mit niedrigerer Permeabilität als dem des Rotorkerns 12 gebildet sein, und zwar angesichts der Zunahme des magnetischen Kurzschluss-Widerstands.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Statorkern
3: Zahnbereich
4: Kern-Rückseitenbereich
11: Rotor
12: Rotorkern
13: Permanentmagnet
14: Flussbarriere
15: Loch zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses (Magnetwiderstandselement)
16: Rotationswelle
17: erstes Brückenteil
18: zweites Brückenteil
19: drittes Brückenteil
20: Spalt
21: erster Magnetfluss-Streupfad
22: zweiter Magnetfluss-Streupfad
23: dritter Magnetfluss-Streupfad
24: Rotationsrichtung
31: Magnet-Positionierungsbereich
41: vierter Magnetfluss-Streupfad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014087077 A [0006]
JP 2007104888 A [0006]
JP 2015053831 A [0006]

Claims

Elektrische Rotationsmaschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Stator einen ringförmigen Kern-Rückseitenbereich und einen Zahnbereich aufweist, der von dem Kern-Rückseitenbereich in Richtung des Rotors verläuft und um welchen eine Statorwicklung gewickelt ist, wobei der Rotor einen Rotorkern aus einem magnetischen Material und an dem Rotorkern gehaltene Permanentmagneten aufweist, wobei die Relation α > β erfüllt ist, wenn der Zahnbereich eine Breite α in dessen Umfangsrichtung hat, wobei das Rotationszentrum des Rotors und eine der Ecken, die auf der Rotorflächenseite liegt, an beiden Enden von jedem der Permanentmagneten mit einer geraden Linie verbunden ist, das Zentrum zwischen den N-Polen der Permanentmagneten auf einer d-Achse liegt und das Zentrum zwischen einem N-Pol und einem S-Pol der Permanentmagneten auf einer q-Achse liegt, und der Winkel, der von zwei der geraden Linien auf Seiten der q-Achse gebildet wird, gleich β ist, wobei eine Flussbarriere an jedem der beide Umfangsenden von jedem der Permanentmagneten im Rotorkern angeordnet ist, und wobei der Rotorkern ein erstes Brückenteil zwischen der Flussbarriere und der Rotorfläche aufweist, und die Relation γ > δ erfüllt ist, wenn das erste Brückenteil eine minimale Breite γ hat und die Flussbarriere eine minimale Breite δ auf der q-Achse hat.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei jeder der Permanentmagneten eine langgestreckte Form hat, wobei die Flussbarriere an jedem der beiden Enden des Permanentmagneten auf der Rotorflächenseite angeordnet ist und ein Loch zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses an jedem der beiden Enden des Permanentmagneten auf der radial inneren Seite ausgebildet ist, und wobei ein linearer Bereich, der dazu imstande ist, eine kürzere Seite des Permanentmagneten festzuhalten, zwischen der Flussbarriere und dem Loch zur Begrenzung von Schwankungen des magnetischen Flusses ausgebildet ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 2, wobei die Relation La < Lb erfüllt ist, wenn ein Teil eines Brückenteils zwischen den Flussbarrieren auf der q-Achse, das näher an der Rotorfläche ist, ein zweites A-Brückenteil ist, ein Teil davon, das weiter von der Rotorfläche entfernt ist, ein zweites B-Brückenteil ist, das zweite A-Brückenteil eine Breite La hat und das zweite B-Brückenteil eine Breite Lb hat.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei jeder der Permanentmagneten in eine Mehrzahl von Stücken pro Pol geteilt ist und ein Magnet nahe der q-Achsenseite einen magnetischen Kurzschluss-Widerstand hat, der größer ist als der magnetische Widerstand eines Magneten, der weit von der q-Achsenseite entfernt ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Magnetwiderstandselement mit einer kleineren magnetischen Permeabilität als derjenigen des Rotorkerns an einer radial inneren Zwischenpolecke von jedem der Permanentmagneten in einem Zwischenpolbereich ausgebildet ist, und wobei die Relation $M \times γ /B 1 < a < M \times γ /B 2$
(wobei B1 > B2) erfüllt ist, wenn das Magnetwiderstandsmaterial eine Breite in einer Langseitenrichtung hat, der Rotorkern eine Sättigungs-Magnetisierung M hat, der Permanentmagnet eine Betriebstemperatur von einem Minimalwert T1 bis zu einem Maximalwert T2 hat, der Permanentmagnet eine magnetische Restflussdichte hat, die mit einem Temperaturanstieg abnimmt, die magnetische Restflussdichte für den Minimalwert der Betriebstemperatur des Permanentmagneten gleich B1 ist und die magnetische Restflussdichte für den Maximalwert der Betriebstemperatur des Permanentmagneten gleich B2 ist.