DE112016004949T5

DE112016004949T5 - Permanentmagnetmotor

Info

Publication number: DE112016004949T5
Application number: DE112016004949.8T
Authority: DE
Inventors: Masako Shibamori; Gyoo Ma; Masafumi Sakuma
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2018-07-19
Also published as: JP6597184B2; US20180254677A1; JP2017085818A; WO2017073418A1; CN108352744B; CN108352744A

Abstract

Eine Verringerung in einem Antriebsdrehmoment eines Permanentmagnetmotors, der eine Schrägstellungsanordnung aufweist, ist zu unterdrücken. Ein Permanentmagnetmotor weist einen Rotor auf, der einen Rotorkern, der als eine gestapelte Baugruppe einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen ausgebildet ist, die aufeinander gestapelt sind, und Magnete umfasst, die in Unterbringungslöchern untergebracht sind, die innerhalb des Rotorkerns ausgebildet sind. Der Rotorkern weist eine Schrägstellungsanordnung auf, die einen ersten Kern und einen zweiten Kern umfasst, die in Bezug zueinander in einer Umfangsrichtung in Bezug auf eine Achse des Rotors versetzt sind. Das Unterbringungsloch des ersten Kerns bringt einen ersten Magneten der Magnete unter. Das Unterbringungsloch des zweiten Kerns bringt einen zweiten Magneten der Magnete unter. Der erste Magnet und der zweite Magnet sind über eine erste Lücke dazwischen in der Richtung der Achse zueinander gegenüberliegend.

Description

TECHNICHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnetmotor.
VERWANDTER STAND DER TECHNIK
Für einen Motor, der einen Permanentmagneten verwendet (beispielsweise ein IPM-Motor), ist es bekannt, dass ein Drehmomentwelligkeitsphänomen zu einer Zeit eines Rotationsantriebs des Motors aufgrund einer Anziehungs-/Abstoßungskraft zwischen einem Magneten, der in einem zugehörigen Rotor eingefügt ist, und einem Schlitz eines zugehörigen Stators auftritt. Als ein Verfahren zur Verringerung eines derartigen Drehmomentwelligkeitsphänomens ist in dem Stand der Technik vorgeschlagen worden, eine schräge Anordnung (nachstehend vereinfacht als Schrägstellung bezeichnet) in dem Rotor zu implementieren.
Die Patentdruckschrift 1 offenbart eine Erfindung, in der veranlasst wird, dass sich eine Lücke zur Verhinderung eines Magnetflusskurzschlusses, die benachbart zu einem Permanentmagneten gebildet wird, der in einem Rotor eines Permanentmagnetmotors eingebettet ist, der eine Schrägstellung aufweist, weiter nach innen als ein Innenrand einer Endfläche des Permanentmagneten erstreckt und sich ebenso mit einer vergrößerten Breite in der Umfangsrichtung erstreckt. Eine Vergrößerung der Umfangsbreite der Lücke ermöglicht eine Vergrößerung des Schrägstellungswinkels, wenn der Rotor in eine Vielzahl von Teilen in einer zugehörigen axialen Richtung aufgeteilt wird, um die Schrägstellung bereitzustellen, wobei somit die Möglichkeit einer Verringerung der Anzahl von Teilungen des Rotors bereitgestellt wird.
Die Patentdruckschrift 2 offenbart einen Permanentmagnetmotor, der derart konfiguriert ist, dass die Drehmomentwelligkeit durch eine Unterdrückung einer Drehmomentverringerung verringert werden kann, die mit einem Auftreten eines kurzgeschlossenen Flusses zwischen Stufen in der mehrstufigen Rotorschrägstellungsanordnung verbunden ist. Der Rotor, der in diesem Permanentmagnetmotor verwendet wird, umfasst eine Vielzahl von Stufen von Rotorkernen in der axialen Richtung, die eine Vielzahl von Magnetpolen von Permanentmagneten umfassen, wobei jeweilige Kernrotoren in den jeweiligen Stufen in der Drehrichtung voneinander versetzt sind, wobei somit die Schrägstellung integral ausgebildet wird. Jede Stufe des Rotorkerns umfasst zwischen den Magnetpolen der Permanentmagnete, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung sind, einen Flussbarrierenabschnitt zur Abschirmung eines kurzgeschlossenen Magnetflusses zwischen diesen Magnetpolen. Der Schrägstellungswinkel zwischen den benachbarten Stufen der Kernrotoren wird derart eingestellt, dass die Flussbarrierenabschnitte der Magnetpole dieser benachbarten Permanentmagnete sich zumindest teilweise einander überlappen.
DRUCKSCHRIFTEN GEMÄSS DEM STAND DER TECHNIK
PATENTDRUCKSCHRIFTEN

Patentdruckschrift 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Hei. Nr. 5-236687
Patentdruckschrift 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2014-150626

KURZZUSAMMENFASSUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Eine Bereitstellung einer derartigen Schrägstellungsanordnung resultiert in einem Umfangsversatz der Magnete, die in dem Rotor eingebettet sind, wobei dieser Versatz einen Kurzschluss eines Magnetflusses zwischen den versetzten Polen der Magnete verursacht. Mit einem Auftreten eines derartigen kurzgeschlossenen Magnetflusses tritt eine Verringerung in dem Betrag des Magnetflusses auf, der zu einer Drehmomenterzeugung beiträgt, so dass sich das Antriebsdrehmoment an sich nachteilig verkleinert. In dem Fall der Permanentmagnetmotorkonfigurationen, die in den Patentdruckschriften 1 und 2 offenbart sind, sind die Magnete, die in dem Rotor eingebettet sind, derart angeordnet, dass die zugehörige Umfangsrichtung mit der longitudinalen Richtung derselben übereinstimmen kann. Somit ist der Betrag eines Magnetpolversatzes aufgrund des Vorhandenseins einer Schrägstellung ziemlich klein, so dass der Betrag einer Verringerung in dem Antriebsdrehmoment dementsprechend eher klein ist. In einem Fall, dass die Magnete derart eingebettet sind, dass die radiale Richtung mit der longitudinalen Richtung übereinstimmt, wird jedoch der Betrag des Versatzes der Magnetpole aufgrund der Schrägstellung größer. Somit wäre in diesem letztgenannten Fall die Proportion eines resultierenden kurzgeschlossenen Magnetpols höher, was somit zu einer deutlichen Verringerung in dem Antriebsdrehmoment führt.
Auf diese Weise verbleibt Raum für eine weitere Verbesserung zur Unterdrückung einer Antriebsdrehmomentverringerung für einen Permanentmagnetmotor, der eine Schrägstellungsanordnung aufweist.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines Permanentmagnetmotors, der die vorliegende Erfindung betrifft, umfasst der Permanentmagnetmotor:

einen Rotor, der einen Rotorkern, der als eine gestapelte Baugruppe einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen ausgebildet ist, die aufeinander gestapelt sind, und Magnete umfasst, die in Unterbringungslöchern, die innerhalb des Rotorkerns ausgebildet sind, untergebracht sind;
wobei der Rotorkern eine Schrägstellungsanordnung aufweist, die einen ersten Kern und einen zweiten Kern umfasst, die in Bezug zueinander in einer Umfangsrichtung relativ zu einer Achse des Rotors versetzt sind;
das Unterbringungsloch des ersten Kerns einen ersten Magneten der Magnete unterbringt;
das Unterbringungsloch des zweiten Kerns einen zweiten Magneten der Magnete unterbringt; und
der erste Magnet und der zweite Magnet über eine erste Lücke dazwischen in der Richtung der Achse zueinander gegenüberliegend sind.

Wenn der Permanentmagnetmotor mit einer Schrägstellung versehen ist, wie es vorstehend beschrieben ist, weisen der erste Magnet und der zweite Magnet die Schrägstellung auf, so dass ein irreversibler Flussverlust aufgrund eines Magnetflusses auftritt, der durch einen Versatz der Magnetpolflächen der ersten und zweiten Magnete verursacht wird. Ein Auftreten eines derartigen irreversiblen Flussverlustes resultiert in einer Verringerung des Magnetflusses, der von den ersten und zweiten Magneten erzeugt wird, und somit in einer Verringerung in dem Antriebsdrehmoment, das durch den Permanentmagnetmotor erzeugt wird. Um diesem entgegenzuwirken, kann, wenn der Permanentmagnetmotor derart konfiguriert ist, dass der erste Magnet und der zweite Magnet über eine erste Lücke dazwischen zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, eine Drehmomentwelligkeit dank der Implementierung der Schrägstellung verringert werden, wobei ebenso eine Antriebsdrehmomentverringerung durch eine Verringerung des irreversiblen Flussverlustes unterdrückt werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetmotors umfasst der Permanentmagnetmotor ferner:

einen Stator, der in einem Außenumfang des Rotors angeordnet ist, wobei eine zweite Lücke koaxial zu der Achse und in einer radialen Richtung ausgebildet wird;
wobei eine minimale Zwischenpolentfernung als die kürzeste Entfernung in der ersten Lücke zwischen einem des N-Pols und des S-Pols des ersten Magneten und dem anderen Pol des zweiten Magneten größer als eine Entfernung der zweiten Lücke ist.

Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird ein großer Teil des Magnetflusses, der durch den ersten Magneten und den zweiten Magneten erzeugt wird, zu dem Stator über die zweite Lücke fließen, die einen niedrigeren magnetischen Widerstand als die erste Lücke aufweist, mit einer entsprechenden Verkleinerung in dem Magnetfluss, der durch die erste Lücke fließt. Hiermit wird es möglich, es zu ermöglichen, dass der Magnetfluss, der durch den ersten Magneten und den zweiten Magneten erzeugt wird, mit „Priorität“ zu dem Stator fließt, so dass eine Verringerung des Antriebsdrehmoments auf effektive Weise unterdrückt werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetmotors umfasst der Permanentmagnetmotor ferner:

ein plattenartiges Element, das in die erste Lücke zwischen dem ersten Kern und dem zweiten Kern eingefügt ist; wobei
sowohl der erste Magnet als auch der zweite Magnet in Kontakt mit dem plattenartigen Element sind.

Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung kann der gesamte Rotor für eine verbesserte Stärke integriert sein, wobei ebenso der irreversible Flussverlust für eine Unterdrückung einer Verringerung des Antriebsdrehmoments verringert werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetmotors umfasst das plattenartige Element einen nichtmagnetischen Körper.
Wenn das plattenartige Element als ein nichtmagnetischer Körper ausgebildet ist, kann aufgrund dessen, dass der magnetische Widerstand eines derartigen plattenartigen Elements höher als der eines Magnetkörpers ist, die vorteilhafte Wirkung einer Verringerung des irreversiblen Flussverlustes nur durch ein Einfügen dieses plattenartigen Elements zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten erreicht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetmotors umfasst das plattenartige Element einen Magnetkörper, der eine Flussbarriere bei einem Flussverlustabschnitt aufweist, der ein Abschnitt ist, bei dem zumindest der erste Magnet und der zweite Magnet einander überlappen, wenn sie in der Richtung der Achse betrachtet werden.
Wenn das plattenartige Element, wenn es als ein magnetischer Körper bereitgestellt wird, zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten vorhanden ist, wird aufgrund dessen, dass der magnetische Widerstand eines derartigen magnetischen plattenartigen Elements niedriger als der eines nichtmagnetischen plattenartigen Elements ist, ein Kurzschlussfluss zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten zunehmen, was zu der Tendenz führt, ein Auftreten eines irreversiblen Flussverlustes heraufzubeschwören. Dann wird durch ein Bereitstellen einer Flussbarriere bei einem Abschnitt, bei dem der erste Magnet und der zweite Magnet einander überlappen, auch wenn das plattenartige Element als ein magnetischer Körper ausgebildet ist, keine Vergrößerung eines Kurzschlussflusses zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten auftreten, so dass die vorteilhafte Wirkung einer Verringerung des irreversiblen Flusses erreicht werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetmotors weist das plattenartige Element eine weitere Flussbarriere auf einer radial inneren Seite des Flussverlustabschnitts zusätzlich zu der Flussbarriere auf, die bei dem Flussverlustabschnitt bereitgestellt ist.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung ist es möglich, nicht nur den Flussverlust zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten zu verringern, sondern auch den Flussverlust, der zwischen benachbarten Magneten innerhalb desselben Kerns auftreten kann. Somit kann der Magnetfluss, der durch den ersten Magneten und den zweiten Magneten erzeugt wird, zu dem Stator fließen, wobei somit eine Verringerung eines Antriebsdrehmoments unterdrückt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Permanentmagnetmotors weist das plattenartige Element eine gleiche Form wie der Rotorkern auf, wenn sie in der Richtung der Achse betrachtet werden; wobei ein Versatzwinkel des plattenartigen Elements in der Umfangsrichtung kleiner als ein Schrägstellungswinkel ist, der ein Versatzwinkel zwischen dem ersten Kern und dem zweiten Kern ist.
Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung besteht, da das plattenartige Element eine gleiche Form wie der Rotorkern aufweist, keine Notwendigkeit, das plattenartige Element separat herzustellen, so dass die Produktionskosten des Permanentmagnetmotors mit einer Verringerung in der Anzahl von Bauteilen, die zu verwalten sind, verringert werden können. Außerdem ermöglicht die vorstehend beschriebene Anordnung ferner einen priorisierten Fluss eines Magnetflusses, der durch den ersten Magneten und den zweiten Magneten erzeugt wird, mit einer effektiven Verringerung des irreversiblen Flussverlustes, wobei somit eine Verringerung des Antriebsdrehmoments unterdrückt wird. Außerdem kann, da der erste Magnet und der zweite Magnet bei ihrer Einfügung gegen das plattenartige Element anstoßen, eine Positionierung des ersten Magneten und des zweiten Magneten in der axialen Richtung auf einfache Weise ausgeführt werden.
Figurenliste

1 zeigt eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines IPM-Motors zeigt, der ein erstes Ausführungsbeispiel betrifft,
2 zeigt eine teilweise vergrößerte perspektivische Darstellung des IPM-Motors,
3 zeigt einen Schnitt, der entlang einer III-III-Linie in 2 entnommen ist,
4 zeigt einen Schnitt, der entlang einer IV-IV-Linie in 2 entnommen ist,
5 zeigt einen Schnitt, der entlang einer V-V-Linie in 3 entnommen ist,
6 zeigt einen Graphen, der eine Änderung in einem Flussverlustanteil in Bezug auf eine Entfernung zwischen einem Oberstufenmagneten und einem Unterstufenmagneten entlang einer axialen Richtung zeigt,
7 zeigt einen Graphen, der eine Änderung in einem Drehmomentverbesserungsanteil in Bezug auf die Entfernung zwischen dem Oberstufenmagneten und dem Unterstufenmagneten entlang der axialen Richtung zeigt,
8 zeigt einen Schnitt, der eine Position und eine Anordnung eines ersten Magnetkörpers in einem IPM-Motor, der ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft,
9 zeigt einen Schnitt, der entlang einer IX-IX-Linie in 8 entnommen ist,
10 zeigt einen Schnitt, der eine Position und eine Anordnung eines zweiten Magnetkörpers in einem IPM-Motor zeigt, der ein drittes Ausführungsbeispiel betrifft,
11 zeigt einen Schnitt, der eine Position und eine Anordnung eines dritten Magnetkörpers in einem IPM-Motor zeigt, der eine Variation des dritten Ausführungsbeispiels betrifft,
12 zeigt einen Schnitt, der eine Position und eine Anordnung eines nichtmagnetischen Körpers in einem IPM-Motor zeigt, der ein viertes Ausführungsbeispiel betrifft,
13 zeigt einen Graphen, der Flussverlustanteile der IPM-Motoren vergleicht, die die jeweiligen Ausführungsbeispiele betreffen, und
14 zeigt einen Graphen, der Drehmomentverbesserungsanteile der IPM-Motoren vergleicht, die die jeweiligen Ausführungsbeispiele betreffen.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Als Nächstes werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Draufsicht, die einen Motor mit eingebetteten Permanentmagneten (IPM: Interior Permanent Magnet bzw. interner Permanentmagnet) zeigt, der ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft, wie sie in einer Richtung entlang einer Drehachse des Motors 10 gesehen wird. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst der IPM-Motor 10 einen Rotor 100 und einen Stator 200, die koaxial mit und radial außerhalb von einer Achse X des Rotors 100 über eine Lücke Z (siehe 3), die dazwischen ausgebildet ist, angeordnet sind. Im Übrigen ist der IPM-Motor 10 ein Beispiel eines Permanentmagnetmotors, wobei die Lücke Z ein Beispiel einer „zweiten Lücke“ ist, die hier definiert wird.
Der Stator 200 umfasst einen Statorkern 220 und eine Spule 240, die in und um Schlitze 222 des Statorkerns 220 gewickelt ist. Der Statorkern 220 umfasst eine gestapelte Baugruppe von elektromagnetischen Stahlblechen, die aufeinander gestapelt sind, und weist als Ganzes eine zylindrische Form auf.
Der Rotor 100 umfasst den zylindrischen Rotorkern 120, der durch ein Stapeln der elektromagnetischen Stahlbleche ausgebildet wird, eine Welle 110, die in ein Durchgangsloch, das bei der Mitte des Rotorkerns 120 ausgebildet ist, eingefügt ist und darin fixiert ist, und rechteckig geformte Permanentmagnete (die nachstehend vereinfacht als „Magnete“ bezeichnet werden können) 160, die innerhalb des Rotorkerns 120 untergebracht sind. Jeder Magnet 160 ist derart magnetisiert, dass eine zugehörige größte Fläche, die die rechteckige Form bildet, Magnetpole (N-Pol, S-Pol) bildet (siehe 2). Nachstehend werden Flächen, die Magnetpole der Flächen des Magneten 160 aufweisen, als „Magnetpolflächen“ bezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl von Polen des Rotors 100 8 (acht), wobei für jeden Pol 6 (sechs) Magnete 160 (ein erster Oberstufenmagnet 162, ein zweiter Oberstufenmagnet 164, ein dritter Oberstufenmagnet 166, ein erster Unterstufenmagnet 172, ein zweiter Unterstufenmagnet 174, ein dritter Unterstufenmagnet 176) eingesetzt werden. Der erste Oberstufenmagnet 162 ist in einem Unterbringungsloch 122 des Rotorkerns 120 fixiert, der zweite Oberstufenmagnet 164 ist in einem Unterbringungsloch 124 fixiert, der dritte Oberstufenmagnet 166 ist in einem Unterbringungsloch 126 desselben fixiert, jeweils durch ein Verfahren, wie beispielsweise Kleben, (siehe 3). Der erste Unterstufenmagnet 172, der zweite Unterstufenmagnet 174 und der dritte Unterstufenmagnet 176 werden nachstehend beschrieben.
Wie es in 3 gezeigt ist, sind Flussbarrieren 132 in Fortführung von longitudinalen Enden des Unterbringungslochs 122 des Rotorkerns 120 ausgebildet. Ferner sind auf ähnliche Weise Flussbarrieren 134, 136 in Fortführung von jeweiligen longitudinalen Enden der Unterbringungslöcher 124, 126 ausgebildet.
Die Flussbarrieren 132 sind „Lücken“, die sich radial nach außen in Fortführung zu den entgegengesetzten longitudinalen Enden des Unterbringungslochs 122 erstrecken. Das gesamte Loch, das die Flussbarrieren 132 und das Unterbringungsloch 122 kombiniert, zeigt eine U-Form, die sich radial nach außen öffnet. Jede Flussbarriere 132 ist in zwei Teile durch eine Brücke geteilt, um eine ausreichende Stärke sicherzustellen. Wenn jedoch die notwendige Stärke sichergestellt werden kann, muss eine derartige Brücke nicht bereitgestellt werden. Die Breite der Flussbarriere 132 ist, wenn sie in der Richtung bestimmt wird, die senkrecht zu der zugehörigen Ausdehnungsrichtung ist, kürzer als die Breite der kürzeren Seite des ersten Oberstufenmagneten 162 in der Nähe der Grenze mit dem Unterbringungsloch 122, wobei diese Breite gleich zu der Breite der kürzeren Seite des ersten Oberstufenmagneten 162 in den zugehörigen anderen Teilen ist.
Die Flussbarrieren 134 sind Lücken, die sich radial nach außen in Fortführung von den radial äußeren Enden in der longitudinalen Richtung der Unterbringungslöcher 124, 126, die den zweiten Oberstufenmagneten 164 bzw. den dritten Oberstufenmagneten 166 unterbringen, erstrecken. Die Breite der Flussbarriere 134 ist, wenn sie in der Richtung bestimmt wird, die senkrecht zu der zugehörigen Ausdehnungsrichtung ist, kürzer als die Breite der kürzeren Seite des zweiten Oberstufenmagneten 164 oder des dritten Oberstufenmagneten 166 in der Umgebung der Grenze mit dem Unterbringungsloch 124, 126, wobei diese Breite gleich zu der Breite der kürzeren Seite des zweiten/dritten Oberstufenmagneten 164/166 in den zugehörigen anderen Teilen ist.
Die Flussbarriere 136 ist eine Lücke, die sich in der Umfangsrichtung in Fortführung von den radial inneren Enden in der longitudinalen Richtung der Unterbringungslöcher 124, 126 erstreckt, die den zweiten Oberstufenmagneten 164 bzw. den dritten Oberstufenmagneten 166 unterbringen. Die Flussbarriere 136 ist radial weiter innen liegend als die Unterbringungslöcher 124, 126 in einer derartigen Art und Weise angeordnet, um diese Unterbringungslöcher 124, 126 zu überbrücken. Das gesamte Loch, das die Flussbarrieren 134, 136 und die Unterbringungslöcher 124, 126 kombiniert, weist eine U-Form auf, die sich radial nach außen öffnet. Die Flussbarriere 136 ist in drei Teile durch zwei Brücken zur Sicherstellung einer ausreichenden Stärke geteilt. Wenn jedoch die notwendige Stärke sichergestellt werden kann, müssen derartige Brücken nicht bereitgestellt werden. Die Breite der Flussbarriere 136 ist, wenn sie in der Richtung bestimmt wird, die senkrecht zu der zugehörigen Ausdehnungsrichtung ist, kürzer als die Breite der kürzeren Seite des zweiten Oberstufenmagneten 164, des dritten Oberstufenmagneten 166 in der Umgebung der Grenze mit dem Unterbringungsloch 124, 126, wobei diese Breite länger als die Breite der kürzeren Seite des zweiten Oberstufenmagneten 164, des dritten Oberstufenmagneten 166 in den zugehörigen anderen Teilen ist.
Da der Rotorkern 120 mit den Flussbarrieren 132, 134, 136 versehen ist, wie es vorstehend beschrieben ist, wird ein Kurzschluss des Magnetflusses zwischen benachbarten Magneten des ersten Oberstufenmagneten 162, des zweiten Oberstufenmagneten 164, des dritten Oberstufenmagneten 166 verhindert, wobei somit auf effektive Weise eine Verringerung in dem Antriebsdrehmoment des IPM-Motors 10 unterdrückt wird.
Der IPM-Motor 10 ist eine Art eines Synchronmotors, der derart konfiguriert ist, dass die Magnete 160 des Rotors 100 zu einem Drehmagnetfeld angezogen werden, das durch Zuführen eines elektrischen Wechselstroms zu der Spule 240 des Stators 200 erzeugt wird, wodurch der Rotor 100 synchron mit der Drehzahl des Drehmagnetfelds gedreht wird. Hierbei wird das Drehmagnetfeld konzentriert an Zähnen 224 angelegt, die zwischen den Schlitzen 222 des Stators 200 angeordnet sind, so dass die Magnete 160 zu den Zähnen 224 angezogen werden. Da diese Zähne 224 in der Umfangsrichtung mit einem gleichen Abstand dazwischen ausgebildet sind, wird sich das Antriebsdrehmoment, das durch den Rotor 100 erzeugt wird, zwischen Abschnitten, die gegenüberliegend zu den Zähnen 224 sind, und Abschnitten, die hierzu nicht gegenüberliegend sind, unterscheiden, wobei dieser Unterschied in dem Drehmomentwelligkeitsphänomen resultiert.
Zur Verringerung eines derartigen Drehmomentwelligkeitsphänomens ist in diesem Ausführungsbeispiel der Rotor 100 mit einer Schrägstellungsanordnung (die nachstehend vereinfacht als eine „Schrägstellung“ bezeichnet werden kann) versehen. Genauer gesagt ist, wie es in den 2 - 4 gezeigt ist, der Rotorkern 120 in einen Oberstufenkern 140 und einen Unterstufenkern 150 entlang der Achse X geteilt; hierbei ist in Bezug auf den Oberstufenkern 140 der Unterstufenkern 150 im Uhrzeigersinn um einen Winkel (ein Winkel, der durch eine Linie L1 und eine Linie L2 in 4 gebildet wird) entlang der Umfangsrichtung versetzt, wobei dieser Winkel 1/2 des Schlitzes 222 des Statorkerns 220 entspricht. Nachstehend wird dieser Versatzwinkel zwischen dem Oberstufenkern 140 und dem Unterstufenkern 150 als „Schrägstellungswinkel“ bezeichnet.
Mit einer Bereitstellung einer derartigen Schrägstellung des Rotorkerns 120 wird von den Magneten 160 ein entsprechender Versatz um den Schrägstellungswinkel in der Umfangsrichtung zwischen dem Oberstufenmagneten 161 (der sich allgemein auf den ersten Oberstufenmagneten 162, den zweiten Oberstufenmagneten 164 und den dritten Oberstufenmagneten 166 bezieht), der jeweils in dem Unterbringungsloch 122, 124, 126 des Oberstufenkerns 140 untergebracht ist, und dem Unterstufenmagneten 171 (der sich allgemein auf den ersten Unterstufenmagneten 172, den zweiten Unterstufenmagneten 174 und den dritten Unterstufenmagneten 176 bezieht), der jeweils in dem Unterbringungsloch 122, 124, 126 des Unterstufenkerns 150 untergebracht ist, bereitgestellt. Der erste Oberstufenmagnet 162 und der erste Unterstufenmagnet 172 weisen zugehörige Magnetpolflächen auf, die entlang der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, so dass der Versatzbetrag der zugehörigen Magnetpolflächen aufgrund der Schrägstellung ziemlich klein ist. Dahingegen weisen der zweite Oberstufenmagnet 164 und der weite Unterstufenmagnet 174 sowie der dritte Oberstufenmagnet 166 und der dritte Unterstufenmagnet 176 jeweils zugehörige Magnetpolflächen auf, die entlang der radialen Richtung ausgerichtet sind, so dass der Versatzbetrag der zugehörigen Magnetpolflächen aufgrund der Schrägstellung groß ist. In der nachstehenden Beschreibung wird der Ausdruck: Magnete 160 ebenso verwendet, um sich allgemein auf den ersten Oberstufenmagneten 162, den zweiten Oberstufenmagneten 164, den dritten Oberstufenmagneten 166, den ersten Unterstufenmagneten 172, den zweiten Unterstufenmagneten 174 und den dritten Unterstufenmagneten 176 insgesamt zu beziehen.
Mit einem derartigen Versatz zwischen Magnetpolflächen wird, wenn es in der Richtung entlang der Achse X betrachtet wird, ein Magnetpfad gebildet, der einen Kurzschluss zwischen einem Pol (beispielsweise N-Pol) des Oberstufenmagneten 161 und dem anderen Pol (beispielsweise S-Pol) des Unterstufenmagneten 171 erzeugt. Die Richtung von Magnetflusslinien eines Magnetflusses, der durch diesen Magnetpfad hindurchgeht (der auch als ein „Kurzschlussfluss 180“ nachstehend bezeichnet werden kann) ist entgegengesetzt zu der Richtung eines Magnetflusses, der durch die Innenseiten des Oberstufenmagneten 161 und der Unterstufenmagneten 171 hindurchgeht, so dass aufgrund dieses Kurzschlussmagnetflusses 180 ein irreversibler Flussverlust (der nachstehend vereinfacht als „Flussverlust“ bezeichnet werden kann) in dem Oberstufenmagneten 161, dem Unterstufenmagneten 171 auftreten wird. Dabei tritt mit einem Auftreten eines derartigen Flussverlustes in dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171 entsprechend eine Verringerung in dem Magnetfluss auf, der durch den Oberstufenmagneten 161, den Unterstufenmagneten 171 erzeugt wird, was schließlich zu einer Verringerung in dem Antriebsdrehmoment führt, das durch den IPM-Motor 10 erzeugt wird.
Ein Flussverlustanteil, der einen Grad (Betrag) des Flussverlustes darstellt, nimmt mit einer Vergrößerung des Versatzbetrages oder des Schrägstellungswinkels der Magnetpolflächen zu. Der Flussverlustanteil zwischen dem zweiten Oberstufenmagneten 164 und dem zweiten Unterstufenmagneten 174 und der Flussverlustanteil zwischen dem dritten Oberstufenmagneten 166 und dem dritten Unterstufenmagneten 176 sind nämlich größer als der Flussverlustanteil zwischen dem ersten Oberstufenmagneten 162 und dem ersten Unterstufenmagneten 172. Ferner gilt, dass je kürzer die Entfernung entlang der axialen Richtung zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171 ist, desto größer ist der Flussverlustanteil (siehe 6).
Um den Kurzschlussfluss 180 zu verringern, kann der Schrägstellungswinkel kleiner gemacht werden. Dies ermöglich jedoch nicht eine Drehmomentwelligkeitsphänomenverringerung. Aus diesem Grund sind als Maßnahme zur Verringerung des Kurzschlussflusses 180 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 5 veranschaulicht ist, der Oberstufenkern 140 und der Unterstufenkern 150, nämlich der Oberstufenmagnet 161 und der Unterstufenmagnet 171, die den Schrägstellungswinkel dazwischen aufweisen, voneinander in der Richtung entlang der Achse X getrennt, wobei somit eine Lücke 300 (eine Luftschicht) dazwischen ausgebildet wird. Wie es in 5 gezeigt ist, tritt der Kurzschlussfluss 180 zwischen den N-Pol des dritten Oberstufenmagneten 166 und dem S-Pol des dritten Unterstufenmagneten 176 auf, die sich in der Richtung erstrecken, die senkrecht zu der Ebene dieser Zeichnung ist. In der nachstehenden Beschreibung wird die kürzeste Entfernung zwischen den Magnetpolflächen, die den Kurzschlussfluss 180 verursachen, als eine „minimale Zwischenpolentfernung“ (die Entfernung Y in 5) bezeichnet. Dabei wird diese minimale Zwischenpolentfernung eingestellt, um größer als die Entfernung der Lücke Z zu sein, die in 3 gezeigt ist. Ferner wird diesbezüglich die minimale Zwischenpolentfernung zwischen dem zweiten Oberstufenmagneten 164 und dem zweiten Unterstufenmagneten 174 gleich zu der Entfernung Y eingestellt. Im Übrigen ist die Lücke 300 ein Beispiel der „ersten Lücke“, die hier definiert ist.
Wenn eine derartige Lücke 300 zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171 vorhanden ist, wird veranlasst, dass der Kurzschlussfluss 180 durch die Luft, die einen höheren Magnetwiderstand als der Rotorkern 120 oder die Magnete 160 aufweist, hindurchgeht, wodurch der Magnetfluss, der in dem durch die Magnete 160 erzeugten Magnetfluss beinhaltet ist, der der Kurzschlussfluss 180 wird, verringert wird, wobei somit wiederrum der Magnetfluss, der zu der Drehmomenterzeugung beiträgt, vergrößert wird. Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, resultiert, wenn „eine axiale Entfernung zwischen Magneten“, die die Größe der Lücke 300 ist, zunimmt, dies in einer entsprechenden Verkleinerung in dem Flussverlustanteil und einer entsprechenden Vergrößerung in dem Drehmomentverbesserungsanteil. Auf der Grundlage hiervon ist es ersichtlich, dass eine Bereitstellung der Lücke 300 in einer Verkleinerung in dem Kurzschlussfluss 180 resultiert. Außerdem wird, da die minimale Zwischenpolentfernung (die Entfernung von Y in 5) größer als die Lücke Z eingestellt wird, mehr des Magnetflusses, der durch den Oberstufenmagneten 161 erzeugt wird, durch die Lücke Z, d.h. den Stator 200 fließen, so dass eine Verringerung des Antriebsdrehmoments auf effektive Weise unterdrückt werden kann.
Auf diese Weise ist es durch eine Bereitstellung der Lücke 300 möglich, einen Flussverlust zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171 zu unterdrücken, während eine Drehmomentwelligkeit durch eine Bereitstellung der Schrägstellung zwischen dem Oberstufenkern 140 und dem Unterstufenkern 150 verringert wird, und ebenso einen Flussverlust zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171 zu unterdrücken, wobei somit eine Verringerung in dem Antriebsdrehmoment unterdrückt wird. Ferner ist, wie es in 2 gezeigt ist, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die gesamte kombinierte axiale Dicke des Oberstufenkerns 140, der Lücke 300 und des Unterstufenkerns 150 gleich zu der Dicke des Statorkerns 220 eingestellt. In dem Zustand, der die Lücke 300 umfasst, ist nämlich die Außenumfangsfläche des Rotorkerns 120 als Ganzes entgegengesetzt zu der Innenumfangsfläche des Statorkerns 220 platziert.
Zweites Ausführungsbeispiel
Als Nächstes wird ein IPM-Motor 20, der ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft, ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels werden gleiche Abschnitt wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen/Nummern bezeichnet, wobei eine Erklärung hiervon weggelassen wird.
Der IPM-Motor 20 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass ein erster magnetischer Körper 320 bei dem Abschnitt der Lücke 300, die in dem IPM-Motor 10 beinhaltet ist, eingefügt wird. Der Rest der zugehörigen Konfiguration ist identisch zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Der erste magnetische Körper 320 ist ein Beispiel eines „plattenartigen Elements“, das hier definiert ist, wobei die Dicke dieses ersten magnetischen Körpers 320 ein Beispiel der „ersten Lücke“ ist, die hier definiert ist.
Der erste magnetische Körper 320 umfasst entweder ein einzelnes elektromagnetisches Stahlblech oder eine gestapelte Baugruppe einer Vielzahl derartiger elektromagnetischer Stahlbleche, die den Rotorkern 120 bilden. Der erste magnetische Körper 320 ist in Kontakt mit der Bodenfläche des Oberstufenkerns 140 und der oberen Fläche des Unterstufenkerns 150 platziert, wobei keine axiale Lücke (Luftschicht) zwischen dem Oberstufenkern 140 und dem Unterstufenkern 150 vorhanden ist. 8 zeigt einen Grad einer Schrägstellung, die für den Oberstufenkern 140, den Unterstufenkern 150 und den ersten magnetischen Körper 320 über die Unterbringungslöcher 122, 124, 126 und die Flussbarrieren 132, 134, 136 bereitgestellt ist. In 8 ist von den zwei U-förmigen Löchern, die aus den Unterbringungslöchern 122, 124, 126 und den Flussbarrieren 132, 134, 136 ausgebildet sind, das Loch, das durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, der erste magnetische Körper 320, wobei dasjenige, das durch die doppeltpunktiert-gestrichelte Linie gezeigt ist und gegen den Uhrzeigersinn zu dem ersten magnetischen Körper 320 versetzt ist, der Oberstufenkern 140 ist und dasjenige, das im Uhrzeigersinn versetzt ist, der Unterstufenkern 150 ist.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Unterstufenkern 150 im Uhrzeigersinn um einen Schrägstellungswinkel in Bezug auf den Oberstufenkern 140 versetzt und der erste magnetische Körper 320 ist in Bezug auf den Oberstufenkern 140 um einen Winkel (der Winkel, der durch L1 und L3 in 8 gebildet wird), der eine Hälfte des Schrägstellungswinkels ist, d.h. um einen Winkel, der einem 1/4 Schlitz des Schlitzes 222 des Statorkerns 222 entspricht, in der Umfangsrichtung versetzt.
Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst der erste magnetische Körper 320 eine gestapelte Baugruppe aus einem elektromagnetischen Stahlblech oder einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen, das/die den Rotorkern 120 bildet/bilden. Folglich besteht keine Notwendigkeit für eine Herstellung einer speziellen Form für den ersten magnetischen Körper 320. Dementsprechend kann die Anzahl von Bauelementen, die zu verwalten sind, verringert werden, wobei somit die Herstellungskosten des IPM-Motors 20 verringert werden. Ferner sind, da der erste magnetische Körper 320 in Kontakt mit der Bodenfläche des Oberstufenkerns 140 und der oberen Fläche des Unterstufenkerns 150 platziert ist, diese insgesamt als der Rotorkern 120 integriert. Somit kann im Vergleich mit dem Rotorkern 120 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das mit der Lücke 300 versehen ist, die Stärke des Rotorkerns 120 als Ganzes verbessert werden.
Obwohl die Magnete 160 in Fig. 8 für eine bessere Verständlichkeit nicht gezeigt sind, sind in Wirklichkeit drei Oberstufenmagnete 161 in den Oberstufenkern 140 eingefügt bzw. sind drei Unterstufenmagnete 171 in den Unterstufenkern 150 eingefügt.
Dahingegen ist kein Element oder Bauteil in dem ersten magnetischen Körper 320 eingefügt. Wenn es in der Richtung entlang der Achse X unter dieser Bedingung betrachtet wird, überlappen sich der zweite Oberstufenmagnet 164 und der dritte Oberstufenmagnet 166, die in dem Oberstufenkern 140 untergebracht sind, jeweils mit dem zweiten Unterstufenmagneten 174 und dem dritten Unterstufenmagneten 176, die in dem Unterstufenkern 150 untergebracht sind. Diese überlappten Bereiche R (die nachstehend vereinfacht als „Bereich R“ bezeichnet werden können) sind mit einer Schraffur gezeigt. Im Übrigen ist der überlappte Bereich R ein Beispiel eines „Flussverlustabschnitts“, der hier definiert wird.
In diesem Bereich R wird ein Versatz zwischen Magnetpolflächen zwischen dem Oberstufenmagneten und dem Unterstufenmagneten erzeugt, so dass ein Kurzschlussfluss 180 erzeugt wird, wobei somit ein Flussverlust verursacht wird. In 8 ist dieser Bereich R mit den Unterbringungslöchern 124, 126 des ersten magnetischen Körpers 320 überlappt. Es sind nämlich Luftschichten in dem Bereich R zwischen dem zweiten Oberstufenmagneten 164 und dem zweiten Unterstufenmagneten 174 und in dem Bereich R zwischen dem dritten Oberstufenmagneten 166 und dem dritten Unterstufenmagneten 176 vorhanden. Folglich wird der größte Teil des Magnetflusses, der durch die Magnete 160 erzeugt wird, nicht zu einem Kurzschlussfluss 180, sondern wird zu dem Stator 200 über den Oberstufenkern 140, den Unterstufenkern 150 und den ersten magnetischen Körper 320, die niedrigere Magnetwiderstände aufweisen, fließen. Dementsprechend wird bei dem IPM-Motor 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 13 und 14 gezeigt ist, im Vergleich zu der Anordnung, bei der keine Lücke zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171 vorhanden ist, der Flussverlustanteil deutlich verringert, wobei ebenso der Drehmomentverbesserungsanteil verbessert wird.
Auf diese Weise dienen in dem ersten magnetischen Körper 320 das U-förmige Loch, das aus dem Unterbringungsloch 122 und der Flussbarriere 132 als Ganzes besteht, und das U-förmige Loch, das aus den Unterbringungslöchern 124, 126 und den Flussbarrieren 134, 136 als Ganzes besteht, jeweils als eine „Flussbarriere“.
13 zeigt einen Graphen, der Flussverlustanteile zwischen der Anordnung eines Weglassens der Lücke zwischen dem Oberstufenkern 140 und dem Unterstufenkern 150 (zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171), der Anordnung eines Bereitstellens der Lücke 300 (erstes Ausführungsbeispiel), der Anordnung eines Einfügens eines nichtmagnetischen Körpers 380 (viertes Ausführungsbeispiel, das nachstehend beschrieben wird), der Anordnung eines Einfügens eines ersten magnetischen Körpers 320 (zweites Ausführungsbeispiel) und der Anordnung eines Einfügens eines dritten magnetischen Körpers 360 (Variation des dritten Ausführungsbeispiels, die nachstehend beschrieben wird) vergleicht. Wie es in 13 gezeigt ist, ist der Flussverlustanteil am größten, wenn die Lücke weggelassen wird, wobei dieser Flussverlustanteil in der Reihenfolge der Lücke 300 plus dem nichtmagnetischen Körper 380, des ersten magnetischen Körpers 320, des zweiten magnetischen Körpers 340 und des dritten magnetischen Körpers 360 abnimmt.
14 zeigt einen Graphen, der Grade von Drehmomentverbesserungsanteilen zwischen der Anordnung einer Bereitstellung der Lücke 300 zwischen dem Oberstufenkern 140 und dem Unterstufenkern 150, der Anordnung eines Einfügens des nichtmagnetischen Körpers 380, der Anordnung eines Einfügens des ersten magnetischen Körpers 320, der Anordnung eines Einfügens des zweiten magnetischen Körpers 340 und der Anordnung eines Einfügens des dritten magnetischen Körpers 360 vergleicht, wobei angenommen wird, dass der Drehmomentverbesserungsanteil in dem Fall eines Weglassens der Lücke als null definiert ist. Unter Bezugnahme auf diese 14 verbessern sich bezüglich des Falls eines Weglassens der Lücke die Drehmomentverbesserungsanteile fortschreitend in der Reihenfolge der Lücke 300 plus dem nichtmagnetischen Körper 380, des ersten magnetischen Körpers 320, des zweiten magnetischen Körpers 340 und des dritten magnetischen Körpers 360. Die Anordnungen des nichtmagnetischen Körpers 380, des zweiten magnetischen Körpers 340 und des dritten magnetischen Körpers 360 usw. werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Ferner kommen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 9 gezeigt ist, wenn der Oberstufenmagnet 161 und der Unterstufenmagnet 171 in die Unterbringungslöcher 122, 124, 126 des Oberstufenkern 140 und des Unterstufenkerns 150 jeweils eingefügt werden, zugehörige Abschnitte in Kontakt mit dem ersten magnetischen Körper 320. Hiermit können die axialen Positionen des Oberstufenmagneten 161 und des Unterstufenmagneten 171 auf einfache Weise bestimmt werden.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird die gesamte kombinierte Dicke entlang der Richtung einer Achse, die den Oberstufenkern 140, den ersten magnetischen Körper 320 und den Unterstufenkern 150 insgesamt kombiniert, gleich der Dicke des Statorkerns 220 eingestellt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Als Nächstes wird ein IPM-Motor 30, der ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft, ausführlich und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels werden gleiche Abschnitte wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen/ Nummern bezeichnet, wobei eine zugehörige Beschreibung weggelassen wird.
Der IPM-Motor 30 unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass der zweite magnetische Körper 340 anstelle des ersten magnetischen Körpers 320, der in dem IPM-Motor 20 bereitgestellt ist, eingefügt ist. Der Rest der zugehörigen Konfiguration ist identisch zu dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der zweite magnetische Körper 340 ist ein anderes Beispiel des „plattenartigen Elements“, das hier definiert wird, wobei die Dicke dieses zweiten magnetischen Körpers 340 ein anderes Beispiel der „ersten Lücke“ ist, die hier definiert wird.
Der zweite magnetische Körper 340 umfasst entweder ein einzelnes elektromagnetisches Stahlblech oder eine gestapelte Baugruppe aus einer Vielzahl derartiger elektromagnetischer Stahlbleche. Wie es in 10 gezeigt ist, ist im Vergleich zu dem ersten magnetischen Körper 320 der zweite magnetische Körper 340 durch einen größeren Bereich der Flussbarriere gekennzeichnet. Genauer gesagt weist eine Flussbarriere 137 des zweiten magnetischen Körpers 340 ein U-förmiges Loch auf, das ein wenig größer als das Loch ist, das durch eine kontinuierliche Verbindung zwischen dem Unterbringungsloch 122 und der Flussbarriere 132 gebildet wird, die in dem ersten magnetischen Körper 320 bereitgestellt sind. Die Flussbarriere 137 weist eine konstante Breite in der Richtung auf, die zu der zugehörigen Ausdehnungsrichtung senkrecht ist. Ferner umfasst der zweite magnetische Körper 340 eine Flussbarriere 138 als ein Loch, das durch ein kontinuierliches Verbinden der benachbarten Polunterbringungslöcher 124, 126, der Flussbarrieren 134, 136, die in dem ersten magnetischen Körper 320 bereitgestellt sind, miteinander gebildet wird.
Als Ergebnis sind, wenn der IPM-Motor 30 entlang der Richtung der Achse X betrachtet wird, der erste Oberstufenmagnet 162 und der erste Unterstufenmagnet 172 innerhalb der Flussbarriere 137 angeordnet, wohingegen der zweite Oberstufenmagnet 164, der dritte Oberstufenmagnet 166, der zweite Unterstufenmagnet 174 und der dritte Unterstufenmagnet 176 alle innerhalb der Flussbarriere 138 angeordnet sind.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind der Oberstufenkern 140 und der Unterstufenkern 150 im Uhrzeigersinn um einen Schrägstellungswinkel voneinander versetzt, so dass ein Kurzschlussfluss 180 erzeugt wird, um in einem Flussverlust zu resultieren. Mit der Bereitstellung der Flussbarriere 138 ist jedoch eine Luftschicht zwischen dem zweiten Oberstufenmagneten 164 und dem zweiten Unterstufenmagneten 174 sowie zwischen dem dritten Oberstufenmagneten 166 und dem dritten Unterstufenmagneten 176 jeweils vorhanden. Somit wird der größte Teil des Magnetflusses, der durch die Magnete erzeugt wird, nicht zu einem Kurzschlussfluss 180, sondern wird zu dem Stator 200 über den Oberstufenkern 140, den Unterstufenkern 150 und den zweiten magnetischen Körper 340, die jeweils niedrigere Magnetwiderstände aufweisen, fließen. Dementsprechend wird bei dem IPM-Motor 30 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 13 gezeigt ist, der zugehörige Flussverlustanteil im Vergleich zu der Anordnung einer Bereitstellung keiner Lücke zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171 deutlich verbessert, wobei dieser Flussverlustanteil etwa gleich wie der des zweiten Ausführungsbeispiels (erster magnetischer Körper 320) ist. Ferner wird, wie es in 14 gezeigt ist, der Drehmomentverbesserungsanteil gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel weiter vergrößert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die gesamte kombinierte axiale Dicke des Oberstufenkerns 140, des zweiten magnetischen Körpers 340 und des Unterstufenkerns 150 gleich zu der Dicke des Statorkerns 220 eingestellt.
Variation des dritten Ausführungsbeispiels
Ein IPM-Motor 30, der eine Variation des dritten Ausführungsbeispiels betrifft, unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin, dass der dritte magnetische Körper 360 eingesetzt wird, der das bogenförmige elektromagnetische Stahlblech weglässt, das in dem zweiten magnetischen Körper 340 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird, das bei dem Abschnitt (Abschnitt, der durch eine punktiert gestrichelte Linie in 11 umgeben ist) vorhanden ist, der sich entlang der Umfangsrichtung auf der radial am weitesten außenliegenden Seite erstreckt. Wenn dieser dritte magnetische Körper 360 verwendet wird, wird der größte Teil des Magnetflusses, der durch die Magnete erzeugt wird, nicht zu einem Kurzschlussfluss 180, sondern wird zu dem Stator 200 über den Oberstufenkern 140, den Unterstufenkern 150 und den dritten magnetischen Körper 360, die niedrigere Magnetwiderstände aufweisen, fließen. Außerdem wird bezüglich des Magnetflusses, der durch den Abschnitt fließt, in dem die bogenförmige elektromagnetische Platte in dem dritten Ausführungsbeispiel vorhanden ist, dieser Magnetfluss ebenso zu dem Stator 200 fließen, wobei er somit zu dem Antriebsdrehmoment beiträgt. Folglich zeigt der IPM-Motor 30 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 13 gezeigt ist, eine weitere Verbesserung gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel in Bezug auf den Flussverlustanteil. Ferner zeigt er, wie es in 14 gezeigt ist, eine weitere Verbesserung in Bezug auf den Drehmomentverbesserungsanteil gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel. Im Übrigen ist der dritte magnetische Körper 360 ein weiteres Beispiel des „plattenartigen Elements“, das hier definiert wird, wobei die Dicke dieses dritten magnetischen Körpers 360 ein anderes Beispiel der „ersten Lücke“ ist, die hier definiert wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die gesamte kombinierte axiale Dicke des Oberstufenkerns 140, des dritten magnetischen Körpers 360 und des Unterstufenkerns 150 gleich zu der Dicke des Statorkerns 220 eingestellt.
Viertes Ausführungsbeispiels
Als Nächstes wird ein IPM-Motor 40, der ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft, ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels werden gleiche Abschnitte wie die in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen/Nummern bezeichnet, wobei eine zugehörige Erklärung weggelassen wird.
Wie es in 12 gezeigt ist, unterscheidet sich der IPM-Motor 40, der das vierte Ausführungsbeispiel betrifft, von den vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsbeispielen darin, dass ein scheibenartiger nichtmagnetischer Körper 380, der aus einem Harz beziehungsweise Kunststoff oder dergleichen ausgebildet wird, anstelle des ersten magnetischen Körpers 320 usw. eingefügt wird. Der Rest der zugehörigen Konfiguration ist identisch zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Der nichtmagnetische Körper 380 weist einen Magnetwiderstand auf, der höher als der von magnetischen Körpern ist, wobei er näherungsweise gleich zu dem von Luft ist. Somit besteht keine Notwendigkeit, eine Flussbarriere in diesem nichtmagnetischen Körper 380 bereitzustellen. Im Übrigen ist der nichtmagnetische Körper 380 ein anderes Beispiel des „plattenartigen Elements“, das hier definiert wird, wobei die Dicke dieses nichtmagnetischen Körpers 380 ein anderes Beispiel der „ersten Lücke“ ist, die hier definiert wird.
Wenn der nichtmagnetische Körper 380 verwendet wird, wird ein geringer Teil des Magnetflusses, der durch die Magnete 160 erzeugt wird, zu dem Kurzschlussfluss 180. Folglich zeigt der IPM-Motor 40 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 13 gezeigt ist, eine deutliche Verbesserung in Bezug auf den Flussverlustanteil im Vergleich zu der Anordnung einer Bereitstellung keiner Lücke zwischen dem Oberstufenmagneten 161 und dem Unterstufenmagneten 171, wobei diese Verbesserung im Wesentlichen gleich zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (Lücke 300) ist. Dabei zeigt er, wie es in 14 gezeigt ist, ebenso im Wesentlichen den gleichen Grad einer Verbesserung in dem Drehmomentverbesserungsanteil, der näherungsweise gleich zu dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, aber geringer als die Grade einer Verbesserung ist, die in dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem dritten Ausführungsbeispiel bereitgestellt werden. Eine mögliche Erklärung hiervon ist nachstehend angegeben. Im Vergleich zu den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen ist nämlich, obwohl ein Abschnitt des Magnetflusses, der durch die Magnete 160 erzeugt wird, nicht zu dem Kurzschlussfluss 180 wird, dieser zu dem nichtmagnetischen Körper 380 geflossen, wobei er somit zu einem Mangel des verfügbaren Magnetflusses von dem Oberstufenkern 140 und dem Unterstufenkern 150 zu dem Stator 200 führt.
In den jeweiligen Ausführungsbeispielen und der vorstehenden beschriebenen Variation ist erklärt worden, dass der Schrägstellungswinkel ein Winkel ist, der einem 1/2 Schlitz des Schlitzes 222 des Statorkerns 220 entspricht. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt. Ein optimaler Schrägstellungswinkel kann entsprechend verschiedener Spezifikationen des IPM-Motors 10, wie beispielsweise dem Rastdrehmoment, einem Geräusch usw., zusätzlich zu der Drehmomentwelligkeit eingestellt werden.
Außerdem ist in den jeweiligen Ausführungsbeispielen und der vorstehend beschriebenen Variation die Anzahl einer Teilung des Rotors 100 für die Schrägstellung 2 (zwei) gewesen. Die Erfindung ist nicht hierauf begrenzt. Der IPM-Motor kann mit einer Anzahl von drei oder mehr Teilungen des Rotors 100 konfiguriert sein.
Die Anordnungen der jeweiligen Ausführungsbeispiele und der vorstehend beschriebenen Variation können in beliebiger Weise kombiniert werden, solange kein Widerspruch auftritt.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist bei einem Permanentmagnetmotor anwendbar.
Bezugszeichenliste

10, 20 30, 40:: IPM-Motor (Permanentmagnetmotor)
100:: Rotor
120:: Rotorkern
122, 124, 126:: Unterbringungsloch
132, 134, 136, 137, 138:: Flussbarriere
140:: Oberstufenkern (erster Kern)
150:: Unterstufenkern (zweiter Kern)
160:: Permanentmagnet (Magnet)
161:: Oberstufenmagnet (erster Magnet)
171:: Unterstufenmagnet (zweiter Magnet)
200:: Stator
300:: Lücke (erste Lücke)
320:: erster magnetischer Körper (plattenartiges Element, erste Lücke)
340:: zweiter magnetischer Körper (plattenartiges Element, erste Lücke)
360:: dritter magnetischer Körper (plattenartiges Element, erste Lücke)
380:: nichtmagnetischer Körper (plattenartiges Element, erste Lücke)
R:: überlappter Bereich (Flussverlustabschnitt)
X:: Achse
Y:: minimale Zwischenpolentfernung
Z:: Lücke (zweite Lücke)

Claims

Permanentmagnetmotor mit: einem Rotor, der einen Rotorkern, der als eine gestapelte Baugruppe aus einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen ausgebildet ist, die aufeinander gestapelt sind, und Magnete umfasst, die in Unterbringungslöchern untergebracht sind, die innerhalb des Rotorkerns ausgebildet sind; wobei der Rotorkern eine Schrägstellungsanordnung aufweist, die einen ersten Kern und einen zweiten Kern umfasst, die in Bezug zueinander in einer Umfangsrichtung in Bezug auf eine Achse des Rotors versetzt sind; wobei das Unterbringungsloch des ersten Kerns einen ersten Magneten der Magnete unterbringt; wobei das Unterbringungsloch des zweiten Kerns einen zweiten Magneten der Magnete unterbringt; und wobei der erste Magnet und der zweite Magnet über eine erste Lücke dazwischen in der Richtung der Achse zueinander gegenüberliegend sind.
Permanentmagnetmotor nach Anspruch 1, ferner mit: einem Stator, der in einem Außenumfang des Rotors angeordnet ist, wobei eine zweite Lücke koaxial zu der Achse und in einer radialen Richtung ausgebildet ist; wobei eine minimale Zwischenpolentfernung als die kürzeste Entfernung in der ersten Lücke zwischen einem des N-Pols und des S-Pol des ersten Magneten und dem anderen Pol des zweiten Magneten größer als eine Entfernung der zweiten Lücke ist.
Permanentmagnetmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einem plattenartigen Element, das in die erste Lücke zwischen dem ersten Kern und zweiten Kern eingefügt ist; wobei sowohl der erste Magnet als auch der zweite Magnet in Kontakt mit dem plattenartigen Element sind.
Permanentmagnetmotor nach Anspruch 3, wobei das plattenartige Element einen nichtmagnetischen Körper umfasst.
Permanentmagnetmotor nach Anspruch 3, wobei das plattenartige Element einen magnetischen Körper umfasst, der eine Flussbarriere bei einem Flussverlustabschnitt aufweist, der ein Abschnitt ist, bei dem zumindest der erste Magnet und der zweite Magnet einander überlappen, wenn sie in der Richtung der Achse betrachtet werden.
Permanentmagnetmotor nach Anspruch 5, wobei das plattenartige Element eine weitere Flussbarriere auf einer radial innenliegenden Seite des Flussverlustabschnitts zusätzlich zu der Flussbarriere aufweist, die bei dem Flussverlustabschnitt bereitgestellt ist.
Permanentmagnetmotor nach Anspruch 5 oder 6, wobei das plattenartige Element eine gleiche Form wie der Rotorkern aufweist, wenn es in der Richtung der Achse betrachtet wird; wobei ein Versatzwinkel des plattenartigen Elements in der Umfangsrichtung kleiner als ein Schrägstellungswinkel ist, der ein Versatzwinkel zwischen dem ersten Kern und dem zweiten Kern ist.