DE112016006772T5

DE112016006772T5 - Elektromotor und Klimaanlage

Info

Publication number: DE112016006772T5
Application number: DE112016006772.0T
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Oikawa; Mineo Yamamoto; Hiroyuki Ishii; Hiroki ASO; Junichiro Oya; Yuto Urabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2019-01-03
Also published as: JP6711901B2; GB2562980B; KR102073132B1; US11031831B2; GB201814389D0; GB2562980A; CN109075681A; JPWO2017183162A1; WO2017183162A1; US20190036385A1; CN109075681B; KR20180117674A

Abstract

Ein Elektromotor 100 umfasst einen ringförmigen Stator 40 und einen Rotor vom Folgepoltyp 20 mit einem ringförmigen Rotorkern, der auf der Innenseite des Stators 40 angeordnet ist, und einer Vielzahl von Permanentmagneten, die innerhalb des Rotorkerns angeordnet und in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns angeordnet sind, wobei der Stator 40 mit einem ungesättigten Polyesterharz überzogen ist Dadurch ermöglicht der Elektromotor 100 geringere Kosten, geringere Schwingungen und geringere Geräuschentwicklung und kann die Nutzungsrate und die Bearbeitungskosten der Permanentmagneten 11 im Vergleich zu dem Fall, bei dem alle Magnetpole mit den Permanentmagneten 11 gebildet sind, reduzieren.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor mit einem Rotor vom Folgepoltyp und eine Klimaanlage mit dem Elektromotor.
Hintergrund
Herkömmlicherweise werden Seltenerdmagneten mit hohen Energiedichten, wie Neodym-Sintermagnete im Allgemeinen für Permanentmagneten von Elektromotoren verwendet, die in Verdichtern von Klimaanlagen angebracht sind, um die Energiesparleistung der Klimaanlagen zu verbessern. Elektromotoren mit Neodym-Sintermagneten werden für Lüfter von Klimaanlagen entwickelt. Solche Permanentmagneten sind kostenintensiv, da die Permanentmagneten wertvolle Seltenerdelemente enthalten. Daher besteht eine starke Nachfrage nach einer Kostenreduzierung durch Reduzieren der Nutzungsrate und Bearbeitungskosten von Permanentmagneten.
Im Allgemeinen werden Permanentmagneten hergestellt, indem ein Block in eine bestimmte Form geschnitten wird. Mit zunehmender Anzahl der in einem Elektromotor eingesetzten Permanentmagneten steigen daher die Bearbeitungskosten. Als ein Verfahren zum Reduzieren der Anzahl der in einem Elektromotor eingesetzten Permanentmagneten gibt es ein Verfahren des Ausbildens eines Rotors mit sogenannten Folgepolen.
In einem in der Patentliteratur 1 offenbarten Rotor vom Folgepoltyp sind Magneten-Magnetpole, die durch Permanentmagneten erzeugt werden, und Schenkelpole, die nicht von Permanentmagneten erzeugt werden, sondern in einem Kernmaterial gebildet werden, abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Daher sind die Anzahl der Magneten-Magnetpole und die Anzahl der Schenkelpole jeweils die Hälfte der Anzahl der Pole. Darüber hinaus weisen die Magneten-Magnetpole, deren Anzahl die Hälfte der Anzahl der Pole des Rotors ist, die gleiche Polarität auf, und die Schenkelpole, deren Anzahl die Hälfte der Anzahl der Pole ist, eine andere Polarität auf als die der Magneten-Magnetpole. So ist die Anzahl der Permanentmagneten im Rotor vom Folgepoltyp halb so groß wie die übliche Anzahl.
Bei einem Rotor vom Folgepoltyp, bei dem eine Vielzahl von Magneteinsetzlöchern in einem Rotorkern vorgesehen sind und in jedes von der Vielzahl von Magneteinsetzlöchern ein Permanentmagnet eingesetzt wird, weisen jedoch insbesondere Magneten-Magnetpole und Schenkelpole unterschiedliche Induktivitäten auf. Aufgrund dieser Induktivitätsunsymmetrie besteht das Problem, dass Schwingungen und Geräuschentwicklung groß sind.
Für dieses Problem offenbart Patentliteratur 1 eine Form von Flussbarrieren, die in jedem von einer Vielzahl von Magneteinsetzlöchern im Rotor vom Folgepoltyp ausgebildet sind, um dadurch die Induktivitätsasymmetrie zu verbessern und Schwingungen und Geräuschentwicklung zu reduzieren. Die Flussbarrieren sind Hohlräume, die an beiden Umfangsenden von jedem Magneteinsetzloch ausgebildet und mit dem im Magneteinsetzloch angeordneten Permanentmagneten ausgebildet sind.
Liste zitierter Schriften
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2012 - 244783
Zusammenfassung
Technisches Problem
Gemäß dem in Patentliteratur 1 offenbarten Verfahren kann jedoch die Induktivitätsunsymmetrie nicht vollständig beseitigt werden, was zu einer Schwingungsanregungskraft führt, die deutlich größer ist als die eines Rotors, in den Magneten in alle Magnetpole ohne Induktivitätsunsymmetrie eingesetzt werden. Da ein geteilter Statorkern in der Kernsteifigkeit schwächer ist als ein ungeteilter Statorkern, ist ein in einem dünnwandigen geschlossenen Behälter gehaltener Statorkern, wie der Statorkern in Patentliteratur 1, nicht ausreichend, um die Schwingungsanregungskraft zu reduzieren. Der vorstehend beschriebene geteilte Kern umfasst einen solchen, der in ringförmiger Form mit einer Vielzahl von Kernsegmenten ausgebildet ist, die eine Vielzahl von Jochen und Zähnen aufweisen, die von den Jochen vorstehen, die so angeordnet sind, dass jedes von der Vielzahl von Kernsegmenten an ein anderes benachbartes von der Vielzahl von Kernsegmenten anliegt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorstehende realisiert, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor bereitzustellen, der in der Lage ist, geringere Kosten, geringere Schwingungen und geringere Geräuschentwicklung zu erzielen.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebenen Probleme und die Aufgabe zu lösen umfasst ein Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung einen ringförmigen Stator und einen Stator vom Folgepoltyp mit einem ringförmigen Rotorkern, der auf einer Innenseite des ringförmigen Stators angeordnet ist, und einer Vielzahl von Permanentmagneten, die innerhalb des ringförmigen Rotorkerns angeordnet und in einer Umfangsrichtung des ringförmigen Rotorkerns angeordnet sind. Der ringförmige Stator ist mit einem ungesättigten Polyesterharz überzogen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Der Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Wirkung auf, dass geringere Kosten, geringere Schwingungen und geringere Geräuschentwicklung erreicht werden können.
Figurenliste

1 ist eine Seitenschnittsansicht eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Seitenschnittsansicht eines geformten Stators, wie in 1 dargestellt.
3 ist eine Seitenschnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Rotor in den in 2 dargestellten geformten Stator eingesetzt wird.
4 ist eine Seitenschnittsansicht einer Halterung, die in 1 dargestellt ist.
5 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Statorkerns, der aus einer Vielzahl von Kernsegmenten gebildet ist und in einem Streifen ausgeführt ist.
6 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem der in 5 dargestellte ausgebildete Statorkern in eine ringförmige Form gebogen ist.
7 ist eine VII-VII-Schnittsansicht des Statorkerns und des Rotors, bevor er mit einem in 1 dargestellten Formharz versehen wird.
8 ist eine vergrößerte Ansicht des Rotors, der in 7 dargestellt ist.
9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Rotors, der in 8 dargestellt ist.
10 ist eine Schnittsansicht zur Erklärung der Magnetpole des in 7 dargestellten Rotors.
11 ist ein Diagramm, das ein erstes Vergleichsbeispiel für den Rotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Elektromotors mit einem Rotor im ersten Vergleichsbeispiel.
13 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Konfiguration eines Rotors in einem zweiten Vergleichsbeispiel für den Rotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration einer Klimaanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden ein Elektromotor und eine Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt ist.
Ausführungsform.
1 ist eine Seitenschnittsansicht eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein in 1 dargestellter Elektromotor 100 umfasst einen geformten Stator 10, einen Rotor 20 und eine Metallhalterung 30, die an einem axialen Endabschnitt des geformten Stators 10 befestigt ist. Der Elektromotor 100 ist beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, der Permanentmagneten im Rotor 20 umfasst und von einem Wechselrichter angetrieben wird. Der Rotor 20 ist vom Typ eines Innenmagneten und ist vom Typ eines Folgepols.
Der geformte Stator 10 umfasst einen Stator 40 und ein Formharz 50, das den Stator 40 bedeckt. Die axiale Richtung des geformten Stators 10 stimmt mit der axialen Richtung von einer Welle 23 des Rotors 20 überein. 1 stellt als Komponenten des Stators 40 einen Statorkern 41, eine Spule 42, die um den Statorkern 41 gewickelt ist, einen Isolierabschnitt 43, der am Statorkern 41 vorgesehen ist, einen neutralen Anschluss 44b, der am Isolierabschnitt 43 vorgesehen ist, ein Substrat 45, das am Isolierabschnitt 43 befestigt ist, ein am Substrat 4 angebrachtes Leitungsausgangsteil 46, eine aus dem Leitungsausgangsteil 46 austretende Leitung 47, eine auf dem Substrat 45 angebrachte integrierte Schaltung (IC) 49a und eine auf einer Oberfläche des Substrats 45 auf der Seite des Rotors 20 angebrachte Hall-IC 49b, deren Einzelheiten nacheinander beschrieben werden.
Der Rotor 20 umfasst eine Wellenanordnung 27, einen Harzabschnitt 24, der den Rotor-20-Körper und die Wellenanordnung 27 integriert, ein lastseitiges Wälzlager 21a, das auf der Welle 23 angebracht und von einem Lagerträger 7 des geformten Stators 10 abgestützt wird, und ein zur-Lastseitegegenüberliegendes-Wälzlager 21b, das auf der Welle 23 angebracht und von der Halterung 30 abgestützt wird. Die Lastseite ist die linke Seite des Elektromotors 100. Die gegenüberliegende Seite ist die rechte Seite des Elektromotors 100.
Die Wellenanordnung 27 umfasst beispielsweise eine Isolierhülse 26, die aus einem Paar von Isolierhülsen 26-1 und 26-2 gebildet ist. Die Isolierhülse 26 ist zwischen dem zur-Lastseite-gegenüberliegenden-Wälzlager 21b und der Welle 23 angeordnet.
2 ist eine Seitenschnittsansicht des geformten Stators, der in 1 dargestellt ist. In 2 sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Komponenten wie in 1 zugeordnet. Im geformten Stator 10 ist in einem axialen Endabschnitt des geformten Stators 10 eine Öffnung 10b ausgebildet, und der Rotor 20 ist in die Öffnung 10b eingesetzt. Der eine axiale Endabschnitt ist ein Endabschnitt auf der rechten Seite des geformten Stators 10. Im anderen axialen Endabschnitt des geformten Stators 10 ist ein Loch 11a ausgebildet, das größer ist als der Durchmesser der Wellenanordnung 27 des in 1 dargestellten Rotors 20. Der andere axiale Endabschnitt ist ein Endabschnitt auf der linken Seite des geformten Stators 10. Die andere Konfiguration des geformten Stators 10 wird später beschrieben.
3 ist eine Seitenschnittansicht, die einen Zustand darstellt, in dem der Rotor in den in 2 dargestellten geformten Stator eingesetzt ist. In 3 sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Komponenten wie in 1 zugeordnet. Der Rotor 20, der durch die Öffnung 10b des in 2 dargestellten geformten Stators 10 eingesetzt wird, ist so angeordnet, dass die Lastseite der Wellenanordnung 27 durch das in 2 dargestellte Loch 11a zur Außenseite des geformten Stators 10 herausgezogen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das auf der Welle 23 angebrachte lastseitige Wälzlager 21a gedrückt, bis das lastseitige Wälzlager 21a auf dem Lagerträger 7 des geformten Stators 10 aufliegt und von dem Lagerträger 7 abgestützt wird. Der Lagerträger 7 ist ein axialer Endabschnitt des geformten Stators 10 und ist gegenüberliegend der Öffnung 10b vorgesehen.
Auf der zur Lastseite gegenüberliegenden Seite der Wellenanordnung 27 ist das zur-Lastseite-gegenüberliegende-Wälzlager 21b angebracht. Die Anbringung des zur-Lastseite-gegenüberliegenden-Wälzlagers 21b erfolgt in der Regel durch Presspassung. Die mit der Welle 23 integral geformte und auf darauf ausgebildete Isolierhülse 26 ist zwischen dem zur-Lastseite-gegenüberliegenden-Wälzlager 21b und der zur Lastseite gegenüberliegenden Seite der Welle 23 vorgesehen, was später näher beschrieben wird. Zwischen der Isolierhülse 26-1 und der Isolierhülse 26-2, die die Isolierhülse 26 bilden, ist ein Hohlraum 28 vorgesehen.
4 ist eine Seitenschnittsansicht der in 1 dargestellten Halterung. Die Halterung 30 schließt die Öffnung 10b des geformten Stators 10 und trägt das zur-Lastseite-gegenüberliegende-Wälzlager 21b und wird in den geformten Stator 10 eingepresst. Die Halterung 30 umfasst einen Lagerträger 30a und einen pressgepassten Abschnitt 30b, der mit dem Lagerträger 30a integral ausgebildet ist. Der Lagerträger 30a trägt das zur-Lastseite-gegenüberliegende-Wälzlager 21b. Der pressgepasste Abschnitt 30b hat eine Ringform, und sein Querschnitt ist U-förmig.
Die Befestigung der Halterung 30 am geformten Stator 10 erfolgt durch Presspassen des pressgepassten Abschnitts 30b in die Öffnungs-10b-Seite eines innen umlaufenden Abschnitts 10a des geformten Stators 10. Der Außendurchmesser des pressgepassten Abschnitts 30b ist größer als der Innendurchmesser des innen umlaufenden Abschnitts 10a des geformten Stators 10 um einen Spielraum für die Presspassung. Die Halterung 30 ist aus einem leitfähigen Metall gefertigt und ist beispielsweise aus einem galvanisierten Stahlblech ausgeformt. Die Halterung 30 kann jedoch auch aus einem anderen Material als einem galvanisierten Stahlblech ausgebildet werden. Das Material der Halterung 30 kann exemplarisch eine Aluminiumlegierung, eine austenitische rostfreie Legierung, eine Kupferlegierung, Gusseisen, Stahl oder eine Eisenlegierung sein.
Die Konfiguration des geformten Stators 10 wird im Folgenden beschrieben. Der in 2 dargestellte geformte Stator 10 umfasst den Stator 40 und das Formharz 50 zum Formen. Ein ungesättigtes Polyesterharz wird für das Formharz 50 verwendet. Ein Bulk-Molding-Compound (BMC) mit verschiedenen Additiven, die einem ungesättigten Polyesterharz zugesetzt werden, ist für einen Elektromotor besonders vorteilhaft. So haben beispielsweise thermoplastische Harze, wie Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyphenylsulfid (PPS) eine bessere Seite, da die Angusskanäle während des Formens wiederverwendet werden können.
Ungesättigte Polyesterharze und BMC zeichnen sich jedoch durch ihre Bereitstellung von Maßgenauigkeit aus, da die ungesättigten Polyesterharze und BMC lineare Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, die denen von eisenbasierten Materialien, wie dem Statorkern 41, dem lastseitigen Wälzlager 21a und dem zur-Lastseite-gegenüberliegenden-Wälzlager 21b nahe kommen, und prozentuale Wärmeschrumpfungsanteile von 1/10 oder weniger prozentuale Wärmeschrumpfungsanteile von thermoplastischen Harzen aufweisen.
Darüber hinaus weist im Vergleich zu dem Fall, bei dem ein Außengehäuse des Elektromotors 100 aus einem Metall, wie Eisen oder Aluminium, gebildet ist, ein Außengehäuse des Elektromotors 100 aus einem ungesättigten Polyesterharz und BMC bessere Wärmeabführungseigenschaften auf. Wenn außerdem ein Außengehäuse des Elektromotors 100 aus einem Metall ausgebildet ist, wird das Metall, das das Außengehäuse des Elektromotors 100 bildet, aufgrund eines Isolierproblems von der Spule 42 und dem Substrat 45 getrennt. Im Gegensatz dazu sind das ungesättigte Polyesterharz und BMC Isolatoren und stellen daher auch bei der Abdeckung der Spule 42 und des Substrats 45 kein Isolierproblem dar, weisen hohe Wärmeleitfähigkeiten auf und verfügen somit über hervorragende Wärmeabführungseigenschaften, die zu einer höheren Ausgangsleistung des Elektromotors 100 beitragen.
Das lastseitige Wälzlager 21a wird durch den aus dem Formharz 50 ausgebildeten Lagerträger 7 und das zur-Lastseite-gegenüberliegende-Wälzlager 21b und die Halterung 30 durch den aus dem Formharz 50 gebildeten innen umlaufenden Abschnitt 10a abgestützt. Wenn die Maßgenauigkeit des Formharzes 50 schlecht ist, sind die Achse des Rotors 20 und die Achse des Stators 40 falsch ausgerichtet, was zu Schwingungen und Geräuschentwicklung führt. Die Verwendung des ungesättigten Polyesterharzes und BMC mit geringen prozentualen Wärmeschrumpfungsanteilen ermöglicht jedoch die Bereitstellung der Maßgenauigkeit nach dem Formen.
Darüber hinaus kann die Verwendung eines Harzes mit einem großen linearen Ausdehnungskoeffizienten das Problem verursachen, das die Lager klappern, wenn die Temperatur des Elektromotors 100 hoch wird. Das ungesättigte Polyesterharz und BMC, deren lineare Ausdehnungskoeffizienten nahe an den linearen Ausdehnungskoeffizienten von eisenbasierten Materialien, wie dem Statorkern 41, dem lastseitigen Wälzlager 21a und dem zur-Lastseite-gegenüberliegenden-Wälzlager 21b liegen, können somit eine Fehlausrichtung zwischen der Achse des Rotors 20 und der Achse des Stators 40 unabhängig von der Temperatur des Elektromotors 100 verhindern.
Weiterhin begrenzen das ungesättigte Polyesterharz und BMC den Stator 40 beim Aushärten und können so eine Verformung des Stators 40 durch die Erregerkraft des Elektromotors 100 verhindern und Schwingungen und Geräusche unterdrücken.
5 ist ein Konfigurationsdiagramm des Statorkerns, der aus einer Vielzahl von Kernsegmenten gebildet ist und in einem Streifen ausgeführt ist. Ein in 5 dargestellter Statorkern 41A ist der in 1 dargestellte Statorkern, der aus einer Vielzahl von Kernsegmenten 400 gebildet ist. Der Statorkern 41A ist mit der Vielzahl von Kernsegmenten 400 gebildet, die jeweils ein rückseitiges Joch 401 und einen Zahn 402 aufweisen, der aus dem rückseitigen Joch 401 vorsteht, und ist so angeordnet, dass jedes von der Vielzahl von Kernsegmenten 400 mit einem anderen benachbarten von der Vielzahl von Kernsegmenten 400 in Kontakt steht. Zwischen den rückseitigen Jochen 401 sind dünnwandige Abschnitte 403 vorgesehen, die die benachbarten rückseitigen Joche 401 verbinden.
6 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem der in 5 dargestellte ausgebildete Statorkern zu einer ringförmigen Form gebogen ist. Der in 6 dargestellte ringförmige Statorkern 41A wird ausgebildet, indem die Spule 42 in 1 für jeden der in 5 dargestellten Zähne 402 bereitgestellt ist, und anschließend eine Kernsegment-400-Gruppe in einen Streifen an den dünnwandigen Abschnitten 403 zu einer ringförmigen Form gebogen wird.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, ermöglicht der aus der Vielzahl der Kernsegmente 400 zusammengesetzte Statorkern 41A das Aufwickeln der Spule 42 in einem Zustand der Ausführung in einem Streifen und ermöglicht so die Verdichtung der Spule 42 und ist effektiv für einen erhöhten Wirkungsgrad. Da die Kernsegmente 400 jedoch durch die dünnwandigen Abschnitte 403 verbunden sind, weist der Statorkern 41A bei Ausformung in einer Ringform eine geringe Steifigkeit auf. Für solche mit großer Erregerkraft, wie der Elektromotor vom Folgepoltyp 100 ist es effektiv, den Statorkern 41A mit einem ungesättigten Polyesterharz auszuformen, d.h. den Statorkern 41A mit einem ungesättigten Polyesterharz zu überziehen.
Anders als die Struktur, in der die benachbarten rückseitigen Joche 401 durch die dünnwandigen Abschnitte 403, wie in 5 miteinander verbunden sind, kann der Statorkern 41A, der aus der Vielzahl von Kernsegmenten 400 gebildet ist, eine Struktur aufweisen, in der an den Endabschnitten jedes rückseitigen Jochs 401 Dübel in vertiefter und vorstehender Form ausgebildet sind, und die Dübel miteinander verbunden sind, oder eine Struktur, in der die voneinander getrennten rückseitigen Joche 401 durch Verschweißen oder Zusammenfügen fixiert sind. Durch den Überzug des so konfigurierten Statorkerns mit einem ungesättigten Polyesterharz können Schwingungen und Geräusche reduziert werden.
Es ist wünschenswert, den Statorkern auf diese Weise vollständig mit einem ungesättigten Polyesterharz zu überziehen. Wie in 2 dargestellt, ist es wünschenswert, dass der geformte Stator 10 konfiguriert ist, um eine Beziehung von A>B zu erfüllen, wobei A die Dicke von einem äußerer peripheren Abschnitt 41-1 des Statorkerns 41 zu einem äußeren peripheren Abschnitt 10-1 des ungesättigten Polyesterharzes ist, und B die Dicke von einem inneren peripheren Abschnitt 41-2 des Statorkerns 41 zu einem inneren peripheren Abschnitt 10-2 des ungesättigten Polyesterharzes ist.
Wenn die Dicke B zu groß gemacht wird, muss der Durchmesser des Rotors 20 reduziert werden, und der magnetische Spalt zwischen dem Statorkern 41 und dem Rotor 20 wird groß, was die Eigenschaften des Elektromotors verschlechtert. Daher wird im geformten Stator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das Vergrößern der Dicke A größer als die Dicke B die Steifigkeit der Dicke A auf der radial äußeren Seite erhöht.
Wenn die Achse des Rotors 20 und die Achse des Stators 40 falsch ausgerichtet sind, was zu einer Unsymmetrie im Spalt zwischen dem Statorkern 41 und dem Rotor 20 führt, wird eine Erregerkraft durch Exzentrizität hinzugefügt. Daher sollte die Exzentrizität bei der Montage so weit wie möglich minimiert werden. Mit zunehmender Dicke B entsteht eine entsprechende Unsymmetrie im Spalt. Daher ist es sinnvoll, die Dicke B auf Null zu setzen. In diesem Fall werden jedoch die Zwischenräume zwischen den benachbarten Zähnen des Statorkerns 41 bis zu den Zahnspitzen mit dem ungesättigten Polyesterharz gefüllt. Die Erregerkraft umfasst eine Kraft, die die Zahnspitzen nach links und rechts schüttelt. Die vollständige Ausfüllung der Zwischenräume führt somit zur Reduzierung des Einflusses dieser Kraft.
Für den in den 5 und 6 dargestellten Statorkern 41A kann durch die Bereitstellung des ungesättigten Polyesterharzes auf die geteilten Oberflächen 404 zwischen den benachbarten Kernsegmenten 400 der Einfluss der auf die Zähne 402 wirkenden Erregerkraft reduziert werden. Daher werden im Statorkern 41A Löcher 405 in den geteilten Oberflächen 404 des ringförmigen Statorkerns 41A ausgebildet, wie in 6 dargestellt.
Jedes Loch 405 wird ausgebildet, indem eine Nut oder eine Kerbe zwischen den benachbarten rückseitigen Jochen 401 vorgesehen wird. Wenn ungesättigter Polyester auf den ringförmigen Statorkern 41A gegossen wird, werden die Löcher 405 mit ungesättigtem Polyester gefüllt. Die Löcher 405 müssen nicht im gesamten Bereich von einer axialen Stirnseite zur anderen axialen Stirnseite des Statorkerns 41A mit ungesättigtem Polyester gefüllt werden, sondern müssen nur etwas von einer axialen Stirnseite des Statorkerns 41 gefüllt werden. Auch in diesem Fall ist ein Effekt der Schwingungsdämpfung zu erwarten. Da die Löcher 405 vergrößert werden, um die Füllmenge zu erhöhen, haben die Löcher 405 magnetisch mehr nachteilige Auswirkungen. Daher wird die Füllmenge entsprechend bestimmt. Die Löcher 405 in den geteilten Oberflächen 404 können eine zur äußeren peripheren Oberfläche des Statorkerns 41A offene Nutform oder eine zur Schlitz-406-Seite offene Nutform aufweisen, um die gleiche Wirkung bereitzustellen.
Als nächstes wird die Konfiguration des Rotors 20 beschrieben. 7 ist eine VII-VII-Schnittsansicht des Statorkerns und des Rotors, bevor er mit dem in 1 dargestellten Formharz versehen wird. 8 ist eine vergrößerte Ansicht des Rotors, der in 7 dargestellt ist. 9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Rotors, die in 8 dargestellt ist. 10 ist eine Schnittsansicht zur Erklärung der Magnetpole des in 7 dargestellten Rotors.
Der Rotor 20 umfasst einen ringförmigen Rotorkern 5 und fünf Permanentmagneten 11, die innerhalb des Rotorkerns 5 angeordnet sind.
Der Rotorkern 5 weist fünf Magnetlöcher 12 auf, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Anzahl der Magnetlöcher 12 ist die Hälfte der Anzahl der Pole des Rotors 20. Die Umfangsrichtung ist hier die Umfangsrichtung des Rotorkerns 5. Die fünf Magnetlöcher 12 sind in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Die fünf Magnetlöcher 12 sind äquidistant zur Drehachse angeordnet. Dabei stimmt die Drehachse mit der Achse des Rotorkerns 5 überein. Die fünf Magnetlöcher 12 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkerns 5 und verlaufen durch den Rotorkern 5. Die Magnetlöcher 12 sind in einem äußeren peripheren Kantenabschnitt des Rotorkerns 5 ausgebildet und erstrecken sich in der Umfangsrichtung. Die benachbarten Magnetlöcher 12 sind voneinander getrennt. Der Rotorkern 5 weist im Mittelabschnitt ein Wellenloch 14 auf, in das die Welle eingesetzt wird.
Der Rotorkern 5 ist aus einem Kernmaterial gefertigt, das ein weichmagnetisches Material ist, das insbesondere durch das Stapeln einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen gebildet wird. Die Dicke der elektromagnetischen Stahlbleche liegt im Allgemeinen zwischen 0,1 mm und 0,7 mm.
Die fünf Permanentmagneten 11 werden in die fünf jeweiligen Magnetlöcher 12 eingesetzt. Die Permanentmagneten 11 haben beispielsweise eine flache Plattenform mit rechteckigem Querschnitt. Die Dicke jedes Permanentmagneten 11 beträgt beispielsweise 2 mm.
Die Permanentmagneten 11 sind Seltenerdmagneten und sind Neodym-Sintermagnete, deren Hauptbestandteil Neodym (Nd), Eisen (Fe) und Bor (B) sind.
In jedem der beiden Endabschnitte jedes Magnetlochs 12 wird ein Flussbarriereabschnitt 13 als ein Hohlraum ausgebildet, wobei der Permanentmagnet 11 in dem Magnetloch 12 angeordnet ist. Das heißt, beide Umfangsstirnflächen jedes Permanentmagneten 11 liegen an den beiden Flussbarriereabschnitten 13 an, die jeweils aus einer Luftschicht gebildet sind. Die Flussbarriereabschnitte 13 haben die Funktion, die die magnetischen Flussdichteverteilung über die äußere periphere Oberfläche des Rotors 20 nahe zu einer Sinuswelle zu machen, um den magnetischen Fluss der benachbarten Permanentmagneten 11 über den Rotorkern 5 kurzzuschließen, d.h. Streufluss zu verhindern.
Der Rotor 20 weist zehn Magnetpole auf, die so angeordnet sind, dass sich die Polaritäten an der äußerer peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 in Umfangsrichtung abwechseln. Insbesondere weist der Rotor 20 fünf erste Magnetpole auf, die durch die fünf jeweiligen Permanentmagneten 11 gebildet werden und die gleiche Polarität aufweisen, und fünf zweite Magnetpole, die jeweils im Rotorkern 5 zwischen den aneinandergrenzenden Permanentmagneten 11 gebildet sind und eine andere Polarität als die der ersten Magnetpole aufweisen. Im dargestellten Beispiel sind die ersten Magnetpole N-Pole und die zweiten Magnetpole S-Pole, aber die Pole können umgekehrt sein. Die zehn Magnetpole des Rotors 20 sind in gleichen Winkelabständen in der Umfangsrichtung mit einer Polteilung von 360 Grad/10=36 Grad angeordnet.
Somit ist der Rotor 20 von einem Folgepoltyp, und die fünf Permanentmagneten 11, die die Hälfte der Anzahl der Pole sind, stellen die fünf jeweiligen ersten Magnetpole bereit. Weiterhin sind die fünf zweiten Magnetpole, die die Hälfte der Anzahl der Pole sind, jeweils im Kernmaterial des Rotorkerns 5 zwischen den aneinandergrenzenden Permanentmagneten 11 gebildet. Die zweiten Magnetpole sind so genannte Schenkelpole, die durch Magnetisierung des Rotors 20 gebildet werden.
Daher werden, wie in 10 dargestellt, im Rotor 20 erste Magnetpolabschnitte 21, die Magnetpolabschnitte mit den Permanentmagneten 11 sind und die ersten Magnetpole aufweisen, und zweite Magnetpolabschnitte 22, die Kernmagnetpolabschnitte ohne die Permanentmagneten 11 sind und die zweiten Magnetpole aufweisen, abwechselnd in der Umfangsrichtung des Rotors 20 angeordnet. Im Rotor vom Folgepoltyp 20 ist die Anzahl der Pole eine gerade Zahl von vier oder mehr.
Die Außenform 15 des Rotorkerns 5 ist eine sogenannte Blütenkreisform. Hier ist die Blütenkreisform eine Form, in der der Außendurchmesser des Rotorkerns 5 das Maximum an den Polmitten 16 und 17 und das Minimum an den Zwischenpolräumen 18 ist, und ist eine Form, die einen Bogen von den Polmitten 16 und 17 zu den Zwischenpolräumen 18 bildet. Hier sind die Polmitten 16 Polmitten der ersten Magnetpole und die Polmitten 17 Polmitten der zweiten Magnetpole. Im dargestellten Beispiel ist die Blütenkreisform eine Form, in der zehn gleich geformte und gleich große Blütenblätter in einem gleichen Winkel angeordnet sind. Daher ist der Außendurchmesser des Rotorkerns 5 an den Polmitten 16 gleich dem Außendurchmesser des Rotorkerns 5 an den Polmitten 17. Die Umfangsbreite jedes Magnetlochs 12 ist größer als die Polteilung.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Rotorkern 5 sechs Schlitze 8 auf, die erste Schlitze bilden. Die sechs Schlitze 8 sind innerhalb des Rotorkerns 5 vorgesehen und befinden sich auf der Außenseite jedes Permanentmagneten 11 und sind für jeden Permanentmagneten 11 vorgesehen. Dabei ist die Außenseite der Permanentmagneten 11 die Außenseite in der radialen Richtung des Rotorkerns 5. Das heißt, die sechs Schlitze 8 sind im Rotorkern 5 zwischen jedem Permanentmagneten 11 und der äußeren Peripherie des Rotorkerns 5 vorgesehen.
Jeder Schlitz 8 hat eine rechteckige Form im Querschnitt, erstreckt sich in radialer Richtung und hat eine radiale Breite d₁ , die größer ist als eine Umfangsbreite d₂ davon. Hier ist die radiale Breite eine Breite in einer d-Achsenrichtung und die Umfangsbreite eine Breite in einer Richtung im rechten Winkel zur radialen Richtung, d.h. eine q-Achsenrichtung. Allerdings erreicht keiner der sechs Schlitze 8 die äußere periphere Oberfläche des Rotorkerns 5. Das heißt, keiner der sechs Schlitze 8 ist zur äußeren peripheren Oberfläche hin offen.
Je näher die sechs Schlitze 8 an der Polmitte 16 liegen, desto länger sind die Schlitze 8 radial. Die sechs Schlitze 8 sind umlaufend symmetrisch um die Polmitte 16 angeordnet. Das heißt, je näher die Schlitze 8 an der Polmitte 16 liegen, desto größer sind die Breiten d₁ der Schlitze 8. Die Breiten d₂ der Schlitze 8 sind unabhängig von den Umfangspositionen der Schlitze 8 konstant. Die sechs Schlitze 8 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkerns 5 und verlaufen durch den Rotorkern 5.
Darüber hinaus weist der Rotorkern 5 in der vorliegenden Ausführungsform acht Schlitze 4 auf, die zweite Schlitze bilden. Die acht Schlitze 4 sind in der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 vorgesehen und in einem Raum zwischen den nebeneinander liegenden Permanentmagneten 11 angeordnet. Die acht Schlitze 4 sind für jeden Raum zwischen den aneinandergrenzenden Permanentmagneten 11 vorgesehen. Jeder Schlitz 4 weist im Querschnitt eine rechteckige Form auf, erstreckt sich in der radialen Richtung und weist eine radiale Breite d₃ auf, die größer ist als eine Umfangsbreite d₄ davon. Hier ist die radiale Breite eine Breite in einer d-Achsenrichtung und die Umfangsbreite eine Breite in einer Richtung im rechten Winkel zur radialen Richtung, d.h. eine q-Achsenrichtung. Die Schlitze 4 sind Nuten, die zur äußerer peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 offen sind.
Je näher die acht Schlitze 4 an der Polmitte 17 liegen, desto länger sind die Schlitze 4 radial. Die acht Schlitze 4 sind umlaufend symmetrisch um die Polmitte 17 angeordnet. Das heißt, je näher die Schlitze 4 an der Polmitte 17 liegen, desto größer sind die Breiten d₃ der Schlitze 4. Die Breiten d₄ der Schlitze 4 sind unabhängig von den Umfangspositionen der Schlitze 4 konstant. Die acht Schlitze 4 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkerns 5 und verlaufen durch den Rotorkern 5.
Im dargestellten Beispiel ist die Anzahl der Schlitze 4 zwischen den Permanentmagneten 11 größer als die Anzahl der Schlitze 8 auf der Außenseite des Permanentmagneten 11. Außerdem ist ein Minimalwert von d₃ größer als ein Maximalwert von d₁ . Das heißt, die Breite d₁ des Schlitzes 8, der zur Polmitte 16 am nächsten liegt, ist schmaler als die Breite d₃ des Schlitzes 4, der zum Zwischenpolraum 18 am nächsten liegt. Die Breite d₂ ist gleich der Breite d₄ . Daher ist die Gesamtfläche der Schlitze 4 zwischen den Permanentmagneten 11 größer als die Gesamtfläche der Schlitze 8 auf der Außenseite des Permanentmagneten 11. Hier ist die Gesamtfläche die Querschnittsfläche von Querschnitten senkrecht zur Drehachse.
Der Elektromotor 100 wird mit variabler Geschwindigkeit unter PWM-Steuerung von einem Wechselrichter einer nicht dargestellten Treiberschaltung angetrieben. Der Schaltungsträger des Wechselrichters wird im Allgemeinen aus einem Bereich von 4 kHz bis 22 kHz für einen Verdichter-Elektromotor oder einen Lüfter-Elektromotor einer Klimaanlage ausgewählt. In einem Elektromotor vom Folgepoltyp, bei dem Magneten in den Rotorkern 5 eingebettet sind, wird das Volumen des Rotorkerns 5 erhöht, so dass der magnetische Fluss aufgrund des Statorstroms dazu neigt, durch den Rotorkern 5 zu fließen, und der Motor anfällig für Wirkungen von Harmonischen des Stroms ist. Auch das Rauschen von Komponenten des Wechselrichter-Schaltungsträgers kann zu einem Problem werden. So wird die Trägerfrequenz auf 10 kHz oder mehr eingestellt, um Rauschfrequenzkomponenten leicht zu isolieren und damit den Einfluss auf das Produkt zu reduzieren.
Als nächstes werden die Funktionsweise und Wirkung der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu vergleichenden Beispielen beschrieben. Im Allgemeinen ist die magnetische Unsymmetrie bei einem Rotor vom Folgepoltyp zwischen Magneten-Magnetpolen, die von Permanentmagneten bereitgestellt werden, und Schenkelpolen, die nicht von Permanentmagneten bereitgestellt werden, groß. Das heißt, bei den Magneten-Magnetpolen ist das Volumen des Kernmaterials durch das Vorhandensein der Permanentmagneten relativ klein, so dass die Induktivität an den Magneten-Magnetpolen kleiner ist als die Induktivität an den Schenkelpolen, was zu einer magnetischen Unsymmetrie führt. Dieses Induktivitätsunsymmetrie führt zu einer Unsymmetrie im Magnetfluss. Dadurch ist die Verteilung der magnetischen Flussdichte über die Rotoroberfläche nicht sinusförmig, was zu dem Problem führt, dass die Schwingungs- und Geräuschentwicklung groß wird. Die Schwingung umfasst Schwingung in der Rotationsrichtung und Schwingungen in der radialen Richtung.
Die radiale Schwingung wird durch eine Unsymmetrie der Anziehungskraft zwischen Stator und Rotor verursacht, wenn der magnetische Fluss, der durch den durch den Stator fließenden Strom erzeugt wird, durch den Statorkern und den Rotorkern fließt. In der folgenden Beschreibung wird der durch Strom erzeugte magnetische Fluss manchmal als Strom-Magnetfluss bezeichnet, der sich von dem Magnet-Magnetfluss unterscheidet, der ein von Magneten erzeugter Magnetfluss ist. Der Strom-Magnetfluss fließt vom Statorkern zum Rotorkern durch den Spalt, und dieser Magnetfluss erzeugt eine Anziehungskraft zwischen dem Stator und dem Rotor. Zu diesem Zeitpunkt, wenn problemloser Fluss des magnetischen Flusses an jedem Magnetpol, d.h. die Induktivitätssymmetrie, erzielt ist, kann die Anziehungskraft zwischen dem Stator und dem Rotor ausgeglichen werden, so dass der Rotor als Ganzes keine radiale Erregerkraft erzeugt.
Bei einem Rotor vom Folgepoltyp fließt der Strom-Magnetfluss im Allgemeinen an den Magnetpolen jedoch hauptsächlich durch die Rotorkernabschnitte auf der Außenseite von Permanentmagneten, während an den Schenkelpolen, wo die Kernabschnitte relativ groß sind, da es keine Permanentmagneten gibt, der Strom-Magnetfluss dazu tendiert, durch die Schenkelpolabschnitte zu fließen. Dies führt zu einer Unsymmetrie.
Insbesondere bei einer Schlitzkombination, bei der die Teilung zwischen Statorzähnen und Rotor-Magnetpolen in der Rotationsrichtung unterschiedlich ist, wie beispielsweise zehn Pole und zwölf Schlitze, acht Pole und neun Schlitze oder zehn Pole und neun Schlitze, ist diese Unsymmetrie ein größeres Problem. In einer Schlitzkombination aus einem Zwei- bis-Drei-System, wie beispielsweise acht Pole und zwölf Schlitze oder sechs Pole und neun Schlitze, wird dieses Problem kleiner. Wenn es jedoch einen Herstellungsfehler gibt, beispielsweise, wenn ein Rotor exzentrisch ist oder die Rundheit eines Rotors gering ist, ist das Problem dieser Unsymmetrie immer noch groß.
Daher ist es, wie in den 11 und 12 dargestellt, denkbar, Schlitze in der Rotoroberfläche vorzusehen, wodurch die Induktivitätsunsymmetrie zwischen den Magnetpolen reduziert wird.
11 ist ein Diagramm, das ein erstes Vergleichsbeispiel für den Rotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 12 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Elektromotors mit einem Rotor im ersten Vergleichsbeispiel. In den 11 und 12 sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Komponenten zugeordnet, die in 10 dargestellt sind.
Wie in 11 dargestellt, umfasst ein Rotor 20a nach dem ersten Vergleichsbeispiel vier Schlitze 8a, die innerhalb des Rotorkerns 5 vorgesehen sind und auf der Außenseite der Permanentmagnete 11 angeordnet sind, und sechs Schlitze 8b, die innerhalb des Rotorkerns 5 vorgesehen sind und zwischen den Permanentmagneten 11 nebeneinander angeordnet sind. Das heißt, der Rotor 20a nach dem ersten Vergleichsbeispiel unterscheidet sich vom Rotor 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass die zwischen den Permanentmagneten 11 angeordneten Schlitze 8b innerhalb des Rotorkerns 5 vorgesehen sind.
Hier haben die Schlitze 8a und 8b die Wirkung reguliert wird, wie der magnetische Fluss fließt. Durch die Anordnung der Schlitze 8a und 8b, so dass sie den magnetischen Fluss zwischen den Permanentmagneten 11 weiter erhöhen, kann die Verteilung der magnetischen Flussdichte über der Rotoroberfläche in einen Zustand nahe einer Sinuswelle gebracht werden. Das heißt, durch die Verwendung der Konfiguration wie bei dem Rotor 20a ist es möglich, die Verteilung der magnetischen Flussdichte über die Rotoroberfläche nahe einer Sinuswelle zu bringen und die Polteilungen gleichmäßig zu machen, um Drehmomentwelligkeiten zu reduzieren, die Schwingung und Geräusche verursachen.
Mit der Konfiguration wie mit dem Rotor 20a kann jedoch Schwingung in der Rotationsrichtung unterdrückt werden, aber Unterdrückung von Schwingung in der radialen Richtung ist immer noch begrenzt. Dies geschieht aus dem unten erläuterten Grund.
12 zeigt Ströme 33, die durch den Stator 40 fließen, und zeigt die magnetischen Ströme 28a und 29a, die von den Strömen 33 erzeugt werden und durch den Rotorkern 5 fließen. Der Magnetfluss 28a fließt durch einen dünnwandigen Abschnitt 25 zwischen den Schlitzen 8a und der äußeren umlaufenden Oberfläche des Rotors 20a. Ebenso durchfließt der Magnetfluss 29a einen dünnwandigen Abschnitt 9 zwischen den Schlitzen 8b und der äußeren peripheren Oberfläche des Rotors 20a. Da der Magnetfluss 29a im Gegensatz zu den Schlitzen 4 in der vorliegenden Ausführungsform nicht zu der äußerer peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 offen ist, fließt der Magnetfluss 29a durch den dünnwandigen Abschnitt 9. Somit ist einer ausreichenden Reduzierung der Induktivität an den Schenkelpolen eine Grenze gesetzt.
Wenn die Fläche der Schlitze 8b vergrößert wird, ist es möglich, die induktivität zu verringern, um den durch den dünnwandigen Abschnitt 9 fließenden Magnetfluss zu kompensieren. In diesem Fall verleihen die Schlitze 8b dem Magneten-Magnetfluss einen magnetischen Widerstand, was zu einer Verringerung des Magneten-Magnetflusses und einer Verringerung des Wirkungsgrades des Elektromotors führt. Der Magnet-Magnetfluss ist ein von den Permanentmagneten 11 erzeugter Magnetfluss.
Daher ist es, wie in 13 dargestellt, denkbar, Schlitze vorzusehen, die zur Rotoroberfläche hin offen sind, um dadurch die Induktivitätsunsymmetrie zwischen den Magnetpolen zu verringern.
13 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Konfiguration eines Rotors in einem zweiten Vergleichsbeispiel für den Rotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In 13 sind den gleichen Komponenten, wie den in 11 dargestellten, die gleichen Bezugszeichen zugeordnet.
Wie in 13 dargestellt, umfasst ein Rotor 20b gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel sieben Schlitze 4a, die in der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 vorgesehen sind und auf der Außenseite des Permanentmagneten 11 angeordnet sind, und acht Schlitze 4b, die in der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 vorgesehen sind und zwischen den Permanentmagneten 11 in der Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Das heißt, der Rotor 20b gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von dem Rotor 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass die auf der Außenseite des Permanentmagneten 11 angeordneten Schlitze 4a in der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 vorgesehen sind.
Die Schlitze 4a, die zur äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 offen sind und mit dem Spalt 3 kommunizieren, schwächen jedoch die Festigkeit des Rotors 20b gegenüber der Fliehkraft während der Rotation. Insbesondere an den Magneten-Magnetpolen erzeugt die Fliehkraft, die durch die Rotation des Rotors 20b auf die Kernabschnitte auf der Außenseite der Permanentmagneten 11 und der Permanentmagneten 11 ausgeübt wird, Spannungen auf den dünnwandigen Brücken 32 zwischen der äußerer peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 und den Flussbarriereabschnitten 13. Bei der Bereitstellung der Schlitze 4a werden an dünnwandigen Brücken 31 zwischen den Magnetlöchern 12 und den Schlitzen 4a Biegemomente erzeugt, und die dünnwandigen Brücken 32 werden noch schwächer in ihrer Festigkeit.
Wenn die radiale Breite der dünnwandigen Brücken 32 vergrößert wird, um den Fliehkraftwiderstand zu erhöhen, nimmt der Magnet-Magnetstreufluss zu, was zu einer Verringerung des magnetischen Flusses und einer Verringerung des Wirkungsgrades des Elektromotors führt. Wird die radiale Breite der dünnwandigen Brücken 31 vergrößert, fließt der Strom-Magnetfluss leichter und neigt dazu, eine Unsymmetrie des magnetischen Flusses zu verursachen.
An den Schenkelpolen kann die Fliehkraft aufgrund der Rotation des Rotors 20b von allen Kernabschnitten aufgenommen werden, so dass die Schenkelpole eine hohe Festigkeit aufweisen und Fliehkraftwiderstand bereitstellen können, auch wenn die Schlitze 4b zur äußerer peripheren Oberfläche des Rotors 20b offen sind.
Im Gegensatz dazu sind in der vorliegenden Ausführungsform an den zweiten Magnetpolen, die Schenkelpole bilden, die Schlitze 4 in der äußerer peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 vorgesehen, wodurch die Induktivität stark reduziert wird, und an den ersten Polen, die Magnet-Magnetpole bilden, sind die Schlitze 8 innerhalb des Rotorkerns 5 vorgesehen, wodurch die Induktivität leicht verringert wird. Dadurch ist die Induktivitätsdifferenz zwischen den ersten Magnetpolen und den zweiten Magnetpolen kleiner als im ersten Vergleichsbeispiel.
Weiterhin sind in der vorliegenden Ausführungsform die Schlitze 8 auf der Außenseite der Permanentmagneten 11 nicht zu der äußerer peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 offen, so dass das Problem des Fliehkraftwiderstands wie im zweiten Vergleichsbeispiel nicht auftritt. Da die dünnwandigen Brücken 32 und 31, wie in 7 dargestellt, zwischen den Permanentmagneten 11 nicht vorhanden sind, spielt die Fliehkraft keine Rolle. Die Bereitstellung der zur äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 5 offenen Schlitze 4 beeinträchtigt nicht den Fliehkraftwiderstand.
Die Schlitze 4 und 8 sind vorzugsweise bereitgestellt, so dass sie dem Magneten-Magnetfluss keinen magnetischen Widerstand verleihen, sondern dem Strom-Magnetfluss magnetischen Widerstand verleihen. Das heißt, die Schlitze 4 und 8 sind parallel zum Magneten-Magnetfluss angeordnet, d.h. so dass sie in der d-Achsenrichtung verlängert sind, und sind andererseits so lang wie möglich angeordnet, um in der q-Achsenrichtung in rechten Winkel zur d-Achse magnetischen Widerstand zu verleihen. Der Magnetwiderstand in der q-Achsrichtung reduziert die q-Achsen-Induktivität. Dies erschwert den Durchfluss des Strom-Magnetflusses durch den Rotorkern 5 und kann die Unsymmetrie in der q-Achsen-Induktivität reduzieren, die ein Hauptfaktor für Schwingungen und Geräusche ist. Da die Schlitze 4 und 8 so vorgesehen sind, dass sie keinen magnetischen Widerstand in der d-Achsenrichtung verleihen, kann ein Abfall der Magnetkraft der Permanentmagnete 11 verhindert werden. Die Größen der Schlitze 4 und 8 werden entsprechend der magnetischen Symmetrie, Festigkeit und Produktivität durch Formpressen festgelegt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Gesamtfläche der Schlitze 4 zwischen den aneinandergrenzenden Permanentmagneten 11 größer als die Gesamtfläche der Schlitze 8 auf der Außenseite jedes Permanentmagneten 11 in der radialen Richtung des Rotorkerns 5. Dadurch ist es möglich, die Induktivitätsunsymmetrie zwischen den ersten Magnetpolen und den zweiten Magnetpolen weiter zu reduzieren. Die Gesamtfläche der Schlitze 8 und die Gesamtfläche der Schlitze 4 werden unter Berücksichtigung der magnetischen Symmetrie, Festigkeit und Produktivität durch Formpressen entsprechend festgelegt.
Um die Gesamtfläche der Schlitze 4 größer als die Gesamtfläche der Schlitze 8 zu machen, kann die Anzahl der Schlitze 4 größer als die Anzahl der Schlitze 8 gemacht werden, oder die radiale Breite der Schlitze 4 kann größer als die radiale Breite der Schlitze 8 gemacht werden, oder die Breite der Schlitze 4 in einer Richtung im rechten Winkel zur radialen Richtung kann größer als die Breite der Schlitze 8 in einer Richtung im rechten Winkel zur radialen Richtung gemacht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die sechs Schlitze 8 für jeden Permanentmagneten 11 und die acht Schlitze 4 für jeden Raum zwischen den Permanentmagneten 11 vorgesehen, aber die Anzahl der Schlitze 8 und die Anzahl der Schlitze 4 sind nicht auf sechs und acht beschränkt. Die Anzahl der Schlitze 8 und die Anzahl der Schlitze 4 werden entsprechend der magnetischen Symmetrie, Festigkeit und Produktivität durch Formpressen festgelegt.
Wenn nur die Induktivitätssymmetrie berücksichtigt wird, ist es sinnvoll, die Schlitze 8 in den ersten Magnetpolabschnitten 21 mit den Permanentmagneten 11 nicht vorzusehen. Indem jedoch der Strom-Magnetfluss durch die Schlitze 8 schwer fließend gemacht wird, kann der ankerrückwirkungsstörende Magneten-Magnetfluss reduziert werden, um Schwingungen und Geräusche aufgrund von höherrangigen Komponenten des Magnetflusses im gestörten Magnetfluss zu vermeiden. Daher ist es vorteilhaft, die Schlitze 8 auch in den ersten Magnetpolabschnitten 21 mit den Permanentmagneten 11 vorzusehen. Das heißt, die Anzahl der Schlitze 8 für jeden Permanentmagneten 11 und die Anzahl der Schlitze 4 für jeden Raum zwischen den Permanentmagneten 11 kann jeweils auf mindestens einen festgelegt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenform 15 des Rotorkerns 5 eine Blütenkreisform, und die Umfangsbreite jedes Magnetlochs 12 ist größer gemacht als die Polteilung. Dadurch kann die Verteilung der magnetischen Flussdichte auf der Oberfläche des Rotors 20 einer Sinuswellenform weiter angenähert werden, um Schwingungen und Geräusche in der Rotationsrichtung weiter zu unterdrücken.
Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform der Außendurchmesser des Rotorkerns 5 in den Polmitten 16 gleich dem Außendurchmesser des Rotorkerns 5 in den Polmitten 17. Um die Induktivitätsunsymmetrie zu verringern, gibt es eine Möglichkeit, den Außendurchmesser des Rotorkerns 5 an den Polmitten 17 kleiner zu machen als den Außendurchmesser des Rotorkerns 5 an den Polmitten 16, wodurch die Länge des Spaltes 3 an den Polmitten 17 vergrößert wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch die Induktivitätsunsymmetrie reduziert werden, ohne den Spalt 3 zwischen den ersten Magnetpolen und den zweiten Magnetpolen ungleichmäßig einzustellen.
Wenn der Spalt 3 zwischen den ersten Magnetpolen und den zweiten Magnetpolen ungleichmäßig ist, ist es notwendig, eine Vorrichtung zum Halten des Rotors 20 nicht in kreisförmiger Form, sondern in Übereinstimmung mit Stufen des Außendurchmessers während der Herstellung des Elektromotors zu verwenden. Um den Spalt 3 mit einem Spaltmessgerät zu überprüfen, ist es außerdem notwendig, für die ersten Magnetpole und die zweiten Magnetpole unterschiedliche Spaltmessgeräte zu verwenden, was zu vermehrten Arbeitsschritten führt.
Im Allgemeinen werden unter dem Gesichtspunkt eines höheren Wirkungsgrades für Verdichter-Elektromotoren oder Lüfter-Elektromotoren von Klimaanlagen Neodym-Sintermagnete mit Nd-Fe-B als eine Hauptkomponente mit einer stärkeren Magnetkraft anstelle von Ferrit-Sintermagneten, Ferrit-Magneten oder Verbundmagneten mit Samarium (Sm)-Fe-B als eine Hauptkomponente eingesetzt.
Seltene Erden-Elemente von Nd, die in Neodym-Sintermagneten verwendet werden, und Dysprosium (Dy) und Terbium (Tb), die Neodym-Sintermagneten zugesetzt werden, um die Koerzitivkraft zu verbessern, sind jedoch teuer und unsicher in der Beschaffung. Daher ist es erforderlich, die Nutzungsrate und die Bearbeitungskosten der Permanentmagneten 11 zu reduzieren.
Die Permanentmagneten 11 werden im Allgemeinen durch Schneiden eines Blocks in eine bestimmte Form hergestellt. Wenn die Permanentmagneten 11 dünner und kleiner werden, sinkt daher die Materialausbeute und die Produktivität. Mit zunehmender Anzahl der pro Elektromotor 100 verwendeten Permanentmagneten 11 steigen daher die Herstellungskosten um die Bearbeitungskosten der Magneten.
Um die Kosten des Elektromotors 100 zu senken, ist es daher besser, die Anzahl der Permanentmagneten 11 so weit zu reduzieren, dass eine erforderliche Menge an Magnetfluss bereitgestellt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann das Volumen pro Permanentmagneten 11 so weit erhöht werden, dass die Gesamtnutzungsmenge der Permanentmagneten 11 pro Elektromotor 100 nicht zunimmt. Werden die Permanentmagneten 11 so weit vergrößert, dass sie einen angemessenen Wert der Produktionsstätte nicht überschreiten, wird der Bearbeitungskostensatz reduziert. Selbst wenn die Gesamtnutzungsmenge der Permanentmagneten 11 pro Elektromotor 100 gleich ist, wird die Summe der Bearbeitungskosten der Permanentmagneten 11 reduziert und die Kosten pro Elektromotor 100 reduziert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Rotor 20 von einem Folgepoltyp, und die Anzahl der Permanentmagneten 11 ist die Hälfte der Anzahl der Pole. Dadurch können im Vergleich zu dem Fall, bei dem alle Magnetpole durch die Permanentmagneten 11 gebildet werden, die Nutzungsmenge und die Bearbeitungskosten der Permanentmagneten 11 reduziert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Elektromotor 100 bereitzustellen, der in der Lage ist, niedrigere Kosten, geringere Schwingungen und geringere Geräuschentwicklung zu erreichen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Elektromotor 100 ein Elektromotor mit zehn Polen und zwölf Schlitzen, ist aber nicht darauf beschränkt. So wird beispielsweise, wie bei zehn Polen und neun Schlitzen, acht Polen und zwölf Schlitzen, acht Polen und neun Schlitzen, sechs Polen und neun Schlitzen oder vier Polen und sechs Schlitzen, eine Kombination aus der Anzahl der Pole und der Anzahl der Schlitze entsprechend der Anwendung und Leistung des Elektromotors 100 ausgewählt.
Darüber hinaus sind die Permanentmagneten 11 in der vorliegenden Ausführungsform Neodym-Sintermagnete, können aber auch andere Seltenerdmagneten sein und können andere Permanentmagneten als Seltenerdmagneten sein.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration der Klimaanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Eine Klimaanlage 300 umfasst eine Inneneinheit 310 und eine Außeneinheit 320, die mit der Inneneinheit 310 verbunden ist. Ein nicht abgebildetes Inneneinheit-Gebläse ist in der Inneneinheit 310 angebracht, und ein Außeneinheit-Gebläse 330 ist in der Außeneinheit 320 angebracht. Weiterhin ist in der Außeneinheit 320 ein nicht abgebildeter Verdichter angebracht. Für die Gebläse und den Verdichter wird der Elektromotor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet.
Auf diese Weise kann die Klimaanlage 300 durch die Verwendung des Elektromotors 100 als eine Antriebsquelle für die Gebläse und den Verdichter der Klimaanlage 300 in Bezug auf Kosten, Schwingungen und Geräusche reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass der Elektromotor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer anderen elektrischen Vorrichtung als der Klimaanlage angebracht werden kann und auch in diesem Fall die gleichen Wirkungen wie in der vorliegenden Ausführungsform erzielen kann.
Die in der obigen Ausführungsform dargestellte Konfiguration veranschaulicht ein Beispiel für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung und kann mit anderem bekannten Stand der Technik kombiniert werden und kann teilweise weggelassen oder geändert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste
3 Spalt; 4, 4a, 4b, 8, 8a, 8b Schlitz; 5 Rotorkern; 7, 30a Lagerträger; 9, 25, 403 dünnwandiger Abschnitt; 10 geformter Stator; 10-1, 41-1 äußerer peripherer Abschnitt; 10-2, 10a, 41-2 innerer peripherer Abschnitt; 10b Öffnung; 11 Permanentmagnet; 11a, 405 Loch; 12 Magnetloch; 13 Flussbarriereabschnitt; 14 Wellenloch; 15 Außenform; 16, 17 Polmitte; 18 Zwischenpolraum; 20, 20a, 20b Rotor; 21 erster Magnetpolabschnitt; 21a lastseitiges Wälzlager; 21b zur-Lastseite-gegenüberliegendes-Wälzlager; 22 zweiter Magnetpolabschnitt; 23 Welle; 24 Harzabschnitt; 26, 26-1, 26-2 Isolierhülse; 27 Wellenanordnung; 28 Hohlraum; 28a, 29a Magnetfluss; 30 Halterung; 30b pressgepasster Abschnitt; 31, 32 dünnwandige Brücke; 33 Strom; 40 Stator; 41, 41A Statorkern; 42 Spule; 43 Isolierabschnitt; 44b neutraler Anschluss; 45 Substrat; 46 Leiterausgangsteil; 47 Leiter; 49b Hall-IC; 50 Formharz; 100 Elektromotor; 300 Klimaanlage; 310 Inneneinheit; 320 Außeneinheit; 330 Außeneinheit-Gebläse; 400 Kernsegment; 401 rückseitiges Joch; 402 Zahn; 404 geteilte Oberfläche; 406 Schlitz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012 [0007]
JP 244783 [0007]

Claims

Elektromotor, umfassend: einen ringförmigen Stator; und einen Rotor vom Folgepoltyp, umfassend: einen ringförmigen Rotorkern, der auf einer Innenseite des ringförmigen Stators angeordnet ist, und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die innerhalb des ringförmigen Rotorkerns angeordnet sind und in einer Umfangsrichtung des ringförmigen Rotorkerns angeordnet sind, wobei der ringförmige Stator mit einem ungesättigten Polyesterharz überzogen ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, wobei eine Beziehung von A>B erfüllt ist, wobei A eine Dicke von einem äußeren peripheren Abschnitt eines Statorkerns des Stators zu einem äußeren peripheren Abschnitt des ungesättigten Polyesterharzes ist, und B eine Dicke von einem inneren peripheren Abschnitt des Statorkerns zu einem inneren peripheren Abschnitt des ungesättigten Polyesterharzes ist.
Elektromotor nach Anspruch 2, wobei der Statorkern in einer Ringform mit einer Vielzahl von Kernsegmenten ausgebildet ist, die jeweils ein Joch und einen aus dem Joch herausragenden Zahn aufweisen, angeordnet derart, dass jedes von der Vielzahl von Kernsegmenten mit einem anderen benachbarten von der Vielzahl von Kernsegmenten in Kontakt ist, und benachbarte zwei von den Jochen durch einen dünnwandigen Abschnitt miteinander verbunden sind, oder durch Dübel mit vertieften und vorstehenden Formen, die an jedem der zwei benachbarten Joche ausgebildet sind, miteinander verbunden sind.
Elektromotor nach Anspruch 3, wobei ein Loch, das von den zwei benachbarten Jochen und den Zähnen umgeben ist, zwischen den Jochen ausgebildet ist, und das ungesättigte Polyesterharz im Loch bereitgestellt ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rotorkern umfasst: zumindest einen ersten Schlitz, der innerhalb des Rotorkerns bereitgestellt ist und auf einer Außenseite von jedem von der Vielzahl von Permanentmagneten in einer radialen Richtung des Rotorkerns angeordnet ist, und zumindest einen zweiten Schlitz, der in einer äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns vorgesehen ist und zwischen der Vielzahl von benachbart zueinander angeordneten Permanentmagneten angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 5, wobei eine Gesamtfläche des zumindest einen zweiten Schlitzes größer ist als eine Gesamtfläche des zumindest einen ersten Schlitzes.
Elektromotor nach Anspruch 5, wobei die Zahl des zumindest einen zweiten Schlitzes größer ist als die Zahl des zumindest einen ersten Schlitzes.
Elektromotor nach Anspruch 5, wobei eine Breite des zumindest einen zweiten Schlitzes in einer radialen Richtung des Rotorkerns größer ist als eine Breite des zumindest einen ersten Schlitzes in der radialen Richtung.
Elektromotor nach Anspruch 5, wobei eine Breite des zumindest einen zweiten Schlitzes in einer Richtung in rechten Winkeln zur radialen Richtung größer ist als eine Breite des zumindest einen ersten Schlitzes in einer Richtung in rechten Winkeln zur radialen Richtung.
Elektromotor nach Anspruch 5, wobei der erste Schlitz zur äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns nicht offen ist, und der zweite Schlitz zur äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns offen ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei der Rotor eine Vielzahl von ersten Magnetpolen umfasst, die jeweils durch einen entsprechenden von der Vielzahl von Permanentmagneten gebildet sind, und eine Vielzahl von zweiten Magnetpolen umfasst, die jeweils zwischen den im Rotorkern zueinander benachbarten Permanentmagneten gebildet sind und eine Polarität aufweisen, die sich von einer Polarität der ersten Magnetpole unterscheidet, und ein Außendurchmesser des Rotorkerns an den ersten Magnetpolen gleich ist wie ein Außendurchmesser des Rotorkerns an den zweiten Magnetpolen.
Klimaanlage, umfassend den Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11.