DE112017002770T5

DE112017002770T5 - Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem

Info

Publication number: DE112017002770T5
Application number: DE112017002770.5T
Authority: DE
Inventors: Yuki Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US20190334424A1; US10686354B2; CN109417343A; JP6589931B2; JP2017221098A

Abstract

Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem umfasst: eine rotierende elektrische Maschine, die einen Stator, auf den eine Ankerwicklung gewickelt ist, und einen Rotor aufweist, auf den eine Erregerwicklung gewickelt ist; und eine Steuerungsvorrichtung, die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert. Der Rotor 30 umfasst: einen Erregerkern 32, der einen Nabenteil 321 und klauenförmige Magnetpolteile 323 aufweist; eine Erregerwicklung, die auf den Nabenteil 321 gewickelt ist; und Dauermagnete 34, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen 323 angeordnet sind. Eine d-Achsen-Magnetschaltung 36, die durch eine magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung gebildet wird, und zumindest ein Teil von ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen, die durch eine Magnetkraft der Dauermagneten 34 gebildet werden, werden geteilt. Wenn eine elektrische Last an den Rotor 30 angeschlossen ist, wird ein magnetischer Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 kleiner eingestellt als ein magnetischer Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37. Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem, das beispielsweise in einem Automobil, einem Lastkraftwagen oder anderen Fahrzeugen eingebaut ist und als ein elektrischer Motor oder ein Leistungsgenerator beziehungsweise eine Leistungserzeugungsvorrichtung verwendet wird.
[Hintergrund der Erfindung]
Ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator umfasst einen Lundell-Rotor mit einer Feldwicklung und einer Vielzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen, in denen Magnetpole mit unterschiedlicher Polarität abwechselnd durch die Feldwicklung in einer Umfangsrichtung angeregt werden. Ein derartiger Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator ist als eine herkömmliche rotierende elektrische Maschine bekannt. Die PTL 1 offenbart einen Leistungsgenerator, der einen mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotor umfasst, in dem Dauermagnete zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, um eine höhere Ausgabedichte zu erhalten.
Dieser Typ eines Leistungsgenerators ist unter Berücksichtigung der Größe der Dauermagnete und der Optimierung eines Nabenteils, eines Scheibenteils und klauenförmiger Magnetpolteile des Lundell-Rotor-Kerns ausgelegt.
Dementsprechend erreicht der Leistungsgenerator sowohl die Verbesserung einer Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit als auch die Verringerung einer gegenelektromotorischen Kraft.
Die PTL 1 beschreibt einen mathematischen Ausdruck, der hergeleitet wird, indem die Beziehung zwischen dem Magnetfluss eines Dauermagneten, der einen Wendepunkt einer Ausgabekennlinie in einem Leistungsgenerator erzeugt, und verschiedenen Konstanten L, W und θ von klauenförmigen Magnetpolteilen bestimmt wird. Zusätzlich beschreibt die PTL 1, dass eine Einstellung der verschiedenen Konstanten L, W und θ es ermöglichen würde, beständig die Restmagnetflussdichte Br der Dauermagnete zu bestimmen. Dementsprechend können in dem Leistungsgenerator, der in der PTL 1 beschrieben ist, die Magnetpole eingestellt werden, um das Vermeiden einer Batterieüberladung und das Erreichen eines hohen Wirkungsgrades und einer hohen Ausgabe zur gleichen Zeit in einer allgemeingültigen Art und Weise selbst mit Unterschieden in Spezifikationen zu ermöglichen.
Es sind Rotoren mit eingebettetem Magnet (IPM-Rotor) bekannt, in denen Dauermagnete in dem äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns eingebettet sind, sodass NS-Pole sich in der Umfangsrichtung abwechseln. Der IPM-Rotor hat sich rasch aufgrund seines hohen Drehmoments verbreitet, wobei er in Fahrzeugleistungsgeneratoren, elektrischen Motoren und anderen Bauelementen eingebaut ist.
In jüngster Zeit sind Fahrzeuge mit einer Form mit abgeschrägter Nase ausgebildet worden, wobei zugehörige Motorräume bezüglich einer Größe zur Verringerung eines Fahrwiderstands verringert worden sind. Zusammen hiermit sind die Einbauräume für Fahrzeugleistungsgeneratoren und Anlasser minimiert worden. In diesem Fall wird eine besondere Wichtigkeit auf die Fähigkeit eines Anlassers, einen hocheffektiven Leistungslauf für ein Unterstützen eines Fahrzeugs in einem Betrieb mit hohem Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit eines regenerativen Betriebs gesetzt. Folglich hat es einen relativ verringerten Bedarf bezüglich einer Verbesserung lediglich in einer reinen Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit gegeben, wohingegen die Aufmerksamkeit auf die Leistungserzeugung, das Drehmoment und die regenerative Fähigkeit von Leistungsgeneratoren für den Fall fokussiert worden ist, in dem ein Feldstrom beziehungsweise Erregerstrom in einer kurzen Zeitdauer groß wird.
[Zitierungsliste]
[Patentdruckschrift]
[PTL 1] JP 4-255451 A
[Kurzzusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Der Leistungsgenerator mit dem mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotor, der vorstehend beschrieben ist, weist ein Problem hinsichtlich einer hohen gegenelektromotorischen Kraft auf. Dementsprechend umfassen Produkte mit begrenzter gegenelektromotorischer Kraft, wie beispielsweise Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren, den Lundell-Rotor mit klauenförmigen Magnetpolteilen, der vorstehend beschrieben ist. Die Leistungsgeneratoren mit dem Lundell-Rotor weisen jedoch ein Problem bezüglich einer niedrigen Leistungsausgabe auf. Die Leistungsgeneratoren können bezüglich einer Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit verbessert werden, indem Magnete verwendet werden, die innerhalb des Bereichs ausgelegt sind, der durch den in der PTL 1 beschriebenen mathematischen Ausdruck vorgeschrieben ist. Es gibt jedoch einen Bedarf für eine weitere Verbesserung bezüglich der Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem bereit, das hinsichtlich eines elektrischen Drehmoments weiter verbessert ist.
[Lösung des Problems]
27 ist ein äquivalentes Magnetschaltungsdiagramm eines mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotors. 28 ist ein äquivalentes Magnetschaltungsdiagramm eines IPM-Rotors. In der Zeichnung stellt Φ_m Magnet-Magnetflüsse dar, Rst stellt den magnetischen Widerstand eines Stators dar, AG stellt eine Luftlücke dar, Rrt stellt den magnetischen Widerstand eines Rotors dar, und Ra stellt den magnetischen Widerstand einer Luftlücke in einer d-Achsen-Schaltung dar. Wie es in 27 veranschaulicht ist, wird in dem mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotor der Magnet-Magnetfluss Φ_m in zwei Magnetschaltungen beziehungsweise Magnetkreise verzweigt, das heißt eine Magnetschaltung, die durch den Nabenteil des Lundell-Rotor-Kerns hindurchgeht, und eine Magnetschaltung, die durch den Statorkern hindurchgeht.
Demgegenüber ist die d-Achsen-Schaltung eine Luftlücke (ein Abschnitt mit gestrichelter Linie), wie es in 28 veranschaulicht ist. Dementsprechend ist der magnetische Widerstand Ra sehr hoch und eine Induktivität Lrt ist sehr niedrig. Dies verursacht eine Differenz in einem Drehmoment unter einer elektrischen Last zwischen dem mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotor und dem IPM-Rotor. Das heißt, wenn der magnetische Widerstand Rrt sehr hoch ist und die Induktivität Lrt sehr niedrig ist unter einer elektrischen Last, kann der mit Magneten ausgestattete Lundell-Rotor den gleichen Drehmomentgrad wie der IPM-Rotor ausgeben.
Der Erfinder hat Untersuchungen auf der Grundlage der vorstehend genannten Erkenntnis wiederholt und entdeckt, dass es möglich ist, die Bedingungen, unter denen der mit Magneten ausgestattete Lundell-Rotor den gleichen Drehmomentgrad wie der IPM-Rotor ausgeben kann, zu erzeugen, indem ein Feldstrom beziehungsweise Erregerstrom If verwendet wird. In dem IPM-Rotor ist der magnetische Widerstand des Feldkerns beziehungsweise Erregerkerns (Rotorkerns) hoch, wobei der magnetische Widerstand des Statorkerns niedrig ist. Dementsprechend kann der mit Magneten ausgestattete Lundell-Rotor unter den gleichen Bedingungen wie der IPM-Rotor platziert werden, indem der magnetische Widerstandswert des Erregerkerns (Lundell-Rotor-Kerns) vergrößert wird, um größer als der magnetische Widerstandswert des Statorkerns zu der Zeit einer Verteilung des Feldstroms beziehungsweise Erregerstroms If zu sein.
Die Induktivität des Rotors wird als Lrt bezeichnet, die Induktivität des Stators wird als Lst bezeichnet und der magnetische Widerstand des Magnetflusses, der in dem Stator fließt, wird als Rst bezeichnet. Wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen wird, ist der mit Magneten ausgestattete Lundell-Rotor eingestellt, Lrt < Lst ... (Gleichung 1) oder Rrt > Rst ... (Gleichung 2) zu etablieren. Dies ermöglicht es, die vorstehend genannten Bedingungen zu erzeugen. Die Restmagnetflussdichte des Magneten wird als Br bezeichnet, die Querschnittsfläche jedes Magnetpols des Magneten wird als Am bezeichnet, die Magnetflussdichte des Stators wird als Bs bezeichnet und die Querschnittsfläche des Rotors wird als Ar bezeichnet. Ohne Last wird der mit Magneten ausgestattete Lundell-Rotor eingestellt, Lrt > Lst, Rrt > Rst und 2 × Br × Am > Bs × Ar (Bedingungen für eine niedrige gegenelektromotorische Kraft) zu etablieren.
Entsprechend den vorstehend genannten (Gleichung 1) und (Gleichung 2) kann der magnetische Widerstand R jedoch nicht auf einfache Weise von einer rotierenden elektrischen Maschine als ein fertiges Produkt, das einen Fahrmotor oder einen Generator umfasst, gemessen werden. Zusätzlich variiert die Induktivität L in Abhängigkeit von der Anzahl von Wicklungen und fluktuiert mit dem Quadrat der Anzahl von Windungen. Dementsprechend ist es nicht geeignet, die Beziehung unter Verwendung der Induktivität L zu bewerten. Folglich sind in den nachstehend genannten Bewertungen magnetische Leitwerte Prt und Pst [H] als Kehrwerte des magnetischen Widerstands R verwendet worden, da sie auf einfache Weise durch ein experimentelles Verfahren, das nachstehend beschrieben ist, gemessen und berechnet werden können. Die Beziehung zwischen ihnen wird als L/N² [H/N²] = 1/R [A/wb] = P [H] ausgedrückt.
Somit hat der Erfinder herausgefunden, dass ein Etablieren von Prt < Pst unter einer elektrischen Last bei dem mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotor es erlauben würde, dass sich die rotierende elektrische Maschine mit einem biaxialen synthetischen Magnetfluss auf einer d-Achse wie ein IPM-Rotor verhält.
Ein erstes Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem als eine Ausgestaltung der Technik der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine rotierende elektrische Maschine (1), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, und einen Rotor (30) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist und der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (32), der einen zylindrischen Nabenteil (321, 321a, 321b), auf den die Erregerwicklung gewickelt ist, und eine Vielzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen (323, 323a, 323b) aufweist, die auf der äußeren Umfangsseite des Nabenteils angeordnet ist und bezüglich einer Polarität unterschiedliche Magnetpole aufweist, die sich in der Umfangsrichtung abwechseln; und Dauermagnete (34, 34A), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung angeordnet sind, die in der Umfangsrichtung zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen ausgerichtet ist, und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der klauenförmigen Magnetpolteile übereinzustimmen, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden.
In dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem wird, wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen wird, die Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt einer d-Achsen-Magnetschaltung und einem magnetischen Leitwert Pst einer q-Achsen-Magnetschaltung (37), die aus einem elektrischen Strom gebildet wird, der in der Ankerwicklung fließt, und durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse mit einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist, eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung derart aus, dass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Entsprechend dieser Konfiguration bilden in dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Dauermagnete, die zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, zwei Magnet-Magnetschaltungen beziehungsweise Magnet-Magnetkreise, das heißt eine erste Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt, und eine zweite Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnetfluss durch den Nabenteil geht und zu dem Rotor zurückkehrt. Wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, das heißt, wenn der Erregerstrom zu der Erregerwicklung verteilt wird, wird die d-Achsen-Magnetschaltung gebildet, in der der Magnetfluss, der durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt wird, durch den Nabenteil und das Paar von klauenförmigen Magnetpolteilen des Erregerkerns und den Statorkern fließt. Zu dieser Zeit ist die Fließrichtung des Magnet-Magnetflusses in der zweiten Magnet-Magnetschaltung der zwei Magnet-Magnetschaltungen, in der der Magnetfluss durch den Nabenteil hindurchgeht und zu dem Rotor zurückkehrt, entgegengesetzt zu der Fließrichtung des Magnetflusses in der d-Achsen-Magnetschaltung. Dementsprechend ist es aufgrund dessen, dass der magnetische Widerstand groß ist, unwahrscheinlich, dass der Magnetfluss der Magnet-Magnetschaltung fließt. Folglich wird in dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem elektrischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen. Dies vergrößert den Magnet-Magnetfluss in der ersten Magnet-Magnetschaltung der ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen, in der der Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt. Dementsprechend kann das elektrische Drehmoment, das in dem Rotor erzeugt wird, durch die effiziente Verwendung des Magnet-Magnetflusses deutlich verbessert werden.
Die Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Offenbarung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Spezifisch kann, wenn die rotierende elektrische Maschine einen Leistungslauf (eine Beschleunigung und ein Halten der Drehzahl) oder eine Regeneration (gleichzeitiges Bremsen und Leistungserzeugung) durchführt, das maximale effektive Drehmoment durch eine Phasensteuerung erhalten werden. In dieser Situation wird ein Reluktanzdrehmoment erzeugt, indem ein feldabschwächender Magnetfluss beziehungsweise Feldabschwächungsmagnetfluss angelegt wird. Ein Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses an die d-Achse bedeutet ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an den Feldkern beziehungsweise Erregerkern, der mit der d-Achse verbunden ist. Das heißt, zu der Zeit einer Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung wird die Sättigung des Erregerkerns verkleinert, sodass die Magnetkraft der Dauermagnete nicht zu dem Stator geführt wird und nicht effektiv verwendet wird. In diesem Fall ist, wenn die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung erfüllt ist, der Erregerkern in ausreichendem Maße gesättigt. Folglich wird der Feldabschwächungsmagnetfluss dem Erregerkern nicht zugeführt, sodass das Reluktanzdrehmoment unter geringer Berücksichtigung des Feldabschwächungsmagnetflusses erhalten werden kann. Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall, in dem die Technik der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird, verbessert werden.
In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Zustand, bei dem der Rotor unter einer elektrischen Last ist, auf den Zustand, in dem der Erregerstrom If als ein Nennstrom zu der Erregerwicklung in einem Bereich von 4 bis 20 [A] verteilt wird, der für eine Leistungsfähigkeit einer Fahrzeugbürste üblich ist. Mit einem verbesserten Aufbau der Bürste kann der Erregerstrom If zu dieser Zeit (beispielsweise 30 [A] oder dergleichen) verwendet werden. In einer Konfiguration ohne Begrenzung bei dem Erregerstrom If, wie beispielsweise einer bürstenlosen Konfiguration, kann die erforderliche Beziehung Pst > Prt durch den größeren Erregerstrom If etabliert werden. Auch mit der bekannten Bürste wäre die Wirkung eines Erfüllens des Erfordernisses 0,9 < As/Ab < 1,7, das nachstehend beschrieben wird, im Sinne einer Etablierung der Beziehung Pst > Prt enorm.
Ein zweites Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem als eine Ausgestaltung der Technik der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine bürstenlose rotierende elektrische Maschine (2), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, einen Rotor (30), der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist, und ein Gehäuse (10) aufweist, das den Stator und den Rotor beherbergt und einen Nabenteil (17) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (52) mit einer Vielzahl von Magnetpolteilen (52n, 52s), die auf einer äußeren Umfangsseite der Erregerwicklung angeordnet ist und bezüglich einer Polarität unterschiedliche Magnetpole aufweist, die sich in einer Umfangsrichtung abwechseln; und einen Dauermagneten (54), der mit einer Achse einer leichten Magnetisierung angeordnet ist, die in der Umfangsrichtung zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen ausgerichtet ist, und einen Magnetpol aufweist, der ausgebildet ist, um mit den abwechselnden Polaritäten der Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen.
In dem zweiten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem wird, wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, die Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt einer d-Achsen-Magnetschaltung und einem magnetischen Leitwert Pst einer q-Achsen-Magnetschaltung (57), die aus einem elektrischen Strom gebildet wird, der in der Ankerwicklung fließt, und durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse bei einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist, eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Entsprechend dieser Konfiguration bilden in dem zweiten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Dauermagnete, die zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind, zwei Magnet-Magnetschaltungen, das heißt eine erste Magnet-Magnetschaltung, die durch einen Magnetfluss gebildet wird, der mit dem Stator verbunden ist, und eine zweite Magnet-Magnetschaltung, die durch den Nabenteil hindurchgeht und zu dem Rotor zurückkehrt. Wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, das heißt, wenn der Erregerstrom durch die Steuerungsvorrichtung zu der Erregerwicklung verteilt wird, wird die d-Achsen-Magnetschaltung gebildet, in der der Magnetfluss, der durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt wird, durch den Nabenteil und das Paar von Magnetpolteilen des Erregerkerns sowie den Statorkern fließt. Zu dieser Zeit ist die Fließrichtung des Magnet-Magnetflusses in der zweiten Magnet-Magnetschaltung der zwei Magnet-Magnetschaltungen, der durch den Nabenteil hindurchgeht und zu dem Rotor zurückkehrt, entgegengesetzt zu der Fließrichtung des Magnetflusses in der d-Achsen-Magnetschaltung. Dementsprechend ist es aufgrund dessen, dass der magnetische Widerstand groß ist, unwahrscheinlich, dass der Magnetfluss der Magnet-Magnetschaltung fließt. Folglich wird in dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen. Dies vergrößert den Magnet-Magnetfluss in der ersten Magnet-Magnetschaltung der ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen, in der der Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt. Dementsprechend kann das elektrische Drehmoment, das in dem Rotor erzeugt wird, durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses deutlich verbessert werden.
Insbesondere unterliegt die bürstenlose rotierende elektrische Maschine keiner Strombegrenzung aufgrund einer Bürste. Dementsprechend ist es möglich, den Wert des Erregerstroms If, der aufgrund der Bürste begrenzt wäre, zu vergrößern. Dies ermöglicht es, die Erregerschaltung zu sättigen und auf effektive Weise die Magnet-Magnetkraft auch in der bürstenlosen rotierenden elektrischen Maschine zu verwenden. Zusätzlich verteilt die unabhängige elektrische Schaltung den Erregerstrom zu der Erregerwicklung. Dementsprechend unterliegt die Rückseite der Magnetpolteile in Bezug auf eine Zentrifugalkraft als ein Schwachpunkt des mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotors nicht der Zentrifugalkraft der elektrischen Schaltung. Dies ermöglicht es, eine Belastung, die aus einer Zentrifugalkraft resultiert, zu verkleinern.
Die Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Offenbarung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Spezifisch kann, wenn die rotierende elektrische Maschine einen Leistungslauf (eine Beschleunigung und Halten der Drehzahl) oder eine Regeneration (gleichzeitiges Bremsen und Leistungserzeugung) durchführt, das maximale effektive Drehmoment durch eine Phasensteuerung erhalten werden. In dieser Situation wird ein Reluktanzdrehmoment erzeugt, indem ein Feldabschwächungsmagnetfluss angelegt wird. Ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an die d-Achse bedeutet ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an den Erregerkern, der mit der d-Achse verbunden ist. Das heißt, zu der Zeit einer Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung wird die Sättigung des Erregerkerns verkleinert, sodass die Magnetkraft der Dauermagnete nicht zu dem Stator geführt wird und nicht auf effektive Weise verwendet wird. In diesem Fall ist, wenn die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung erfüllt wird, der Erregerkern in ausreichendem Maße gesättigt. Folglich wird der Feldabschwächungsmagnetfluss nicht dem Erregerkern zugeführt, sodass das Reluktanzdrehmoment unter geringer Berücksichtigung des Feldabschwächungsmagnetflusses erhalten werden kann. Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem die Technik der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung, unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird.
Ein drittes Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem als eine Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine rotierende elektrische Maschine (1), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (20) gewickelt ist, und einen Rotor (30) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist und der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (32), der einen zylindrischen Nabenteil (321, 321a, 321b) und eine Vielzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen (323, 323a, 323b) aufweist, die auf einer äußeren Umfangsseite des Nabenteils angeordnet sind und bezüglich einer Polarität unterschiedliche Magnetpole aufweisen, die sich in einer Umfangsrichtung abwechseln; eine Erregerwicklung (33), die auf der äußeren Umfangsseite des Nabenteils gewickelt ist, um eine magnetomotorische Kraft durch eine Energieversorgung zu erzeugen; und Dauermagnete (34, 34A), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen ausgerichtet ist, angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der klauenförmigen Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen.
In der vorliegenden Offenbarung wird die Oberflächenfläche der äußeren Umfangsoberfläche der klauenförmigen Magnetpolteile als As bezeichnet und die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils wird als Ab bezeichnet. In diesem Fall wird in dem dritten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As und der Querschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Gemäß dieser Konfiguration wird in dem dritten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As der äußeren Umfangsoberfläche des klauenförmigen Magnetpolteils und der sich axial erstreckenden Eisenkernquerschnittsfläche Ab eines Paars von NS-Polen des Nabenteils innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Dementsprechend kann der Magnet-Magnetfluss in der Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnet-Magnetfluss fließt, der mit dem Stator verbunden ist, der Magnet-Magnetschaltungen, die durch die Dauermagnete gebildet werden, die zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, vergrößert werden. Dies verbessert deutlich das elektrische Drehmoment durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses. Die Dauermagnete, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, werden herkömmlicherweise für den Zweck einer Gleichrichtung eines Magnetflusses und einer Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses verwendet. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Offenbarung die Dauermagnete, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, wie Dauermagnete in einem IPM-Rotor verwendet. Dies erreicht eher eine Vergrößerung eines Magnetflusses als eine Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses. Das heißt, die Dauermagnete können als eine Quelle für eine Drehmomentvergrößerung oder als eine Quelle für eine Leistungsvergrößerung agieren.
Die Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Offenbarung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Spezifisch kann, wenn die rotierende elektrische Maschine einen Leistungslauf (eine Beschleunigung und ein Halten der Drehzal) oder eine Regeneration (gleichzeitiges Bremsen und Leistungserzeugung) durchführt, das maximale effektive Drehmoment durch eine Phasensteuerung erhalten werden. In dieser Situation wird ein Reluktanzdrehmoment erzeugt, indem ein Feldabschwächungsmagnetfluss angelegt wird. Ein Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses an die d-Achse bedeutet ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an den Erregerkern, der mit der d-Achse verbunden ist. Das heißt, zu der Zeit einer Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung wird die Sättigung des Erregerkerns verkleinert, sodass die Magnetkraft der Dauermagnete nicht zu dem Stator geführt wird und nicht auf effektive Weise verwendet wird. In diesem Fall ist, wenn die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung erfüllt ist, der Erregerkern in ausreichendem Maße gesättigt. Folglich wird der Feldabschwächungsmagnetfluss nicht dem Erregerkern zugeführt, sodass das Reluktanzdrehmoment unter geringer Berücksichtigung des Feldabschwächungsmagnetflusses erhalten werden kann. Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem die Technik der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung, unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird.
Ein viertes Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem als eine Ausgestaltung der Technik der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine bürstenlose rotierende elektrische Maschine (2), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, einen Rotor (50), der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist, und ein Gehäuse (10) aufweist, das den Stator und den Rotor beherbergt und einen Nabenteil (17) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (53) gewickelt ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (52), der eine Vielzahl von Magnetpolteilen (523h, 523i) aufweist, die auf einer äußeren Umfangsseite der Erregerwicklung angeordnet ist und bezüglich einer Polarität unterschiedliche Magnetpole aufweist, die sich in der Umfangsrichtung abwechseln; und Dauermagnete (54), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen ausgerichtet ist, angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen.
In der vorliegenden Offenbarung wird die Oberflächenfläche der äußeren Umfangsoberfläche des Magnetpolteils als As bezeichnet, wobei die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils als Ab bezeichnet wird. In diesem Fall wird in dem vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As und der Querschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Entsprechend dieser Konfiguration wird in dem vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As der äußeren Umfangsoberfläche des Magnetpolteils und der sich axial erstreckenden Eisenkernquerschnittsfläche Ab eines Paars von NS-Polen des Nabenteils innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Dementsprechend kann der Magnet-Magnetfluss in der Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnet-Magnetfluss fließt, der mit dem Stator verbunden ist, der Magnet-Magnetschaltungen, die durch die Dauermagnete gebildet werden, die zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind, vergrößert werden. Dies verbessert deutlich die Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses. Die Dauermagnete, die zwischen den Magnetpolteilen angeordnet sind, werden herkömmlicherweise für den Zweck einer Gleichrichtung eines Magnetflusses und einer Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses verwendet. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Offenbarung die Dauermagnete, die zwischen den Magnetpolteilen angeordnet sind, wie Dauermagnete in einem IPM-Rotor verwendet. Dies erreicht eher eine Vergrößerung eines Magnetflusses als eine Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses. Das heißt, die Dauermagnete können als eine Quelle für eine Drehmomentvergrößerung oder eine Quelle für eine Leistungsvergrößerung agieren.
Figurenliste

1 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt ein Diagramm, das verschiedene Abmessungen eines Feldkerns beziehungsweise Erregerkerns gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
4 zeigt ein Diagramm, das verschiedene Abmessungen des Erregerkerns gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
5 zeigt ein Diagramm, das verschiedene Abmessungen eines klauenförmigen Magnetpolteils des Erregerkerns gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
6 zeigt ein Diagramm, das verschiedene Abmessungen des Erregerkerns gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
7 zeigt ein Diagramm, das eine d-Achsen-Magnetschaltung und eine q-Achsen-Magnetschaltung veranschaulicht, die in einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gebildet werden;
8 zeigt ein Diagramm, das einen Fluss eines Magnetflusses auf der Erregerkernseite der d-Achsen-Magnetschaltung veranschaulicht, die in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gebildet wird;
9 zeigt einen Graphen, der Verhältnisse der Schenkligkeit (Verhältnisse Längs- zu Querinduktivität beziehungsweise saliency ratios) p eines Lundell-Rotors und eines IPM-Rotors veranschaulicht;
10 zeigt ein Diagramm, das zwei Magnetschaltungen beziehungsweise Magnetkreise veranschaulicht, die durch Dauermagnete in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt werden;
11 zeigt ein Schaltungsverbindungsdiagramm eines Wechselrichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
12 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zum Messen von magnetischen Leitwerten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
13 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung des Verfahrens zum Messen von magnetischen Leitwerten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
14 zeigt einen Graphen, der Messergebnisse von magnetischen Leitwerten in einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel veranschaulicht;
15 zeigt einen Graphen, der Messergebnisse von magnetischen Leitwerten in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
16 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung des Verfahrens zum Messen eines magnetischen Leitwerts in dem Rotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
17 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung des Verfahrens zum Messen eines magnetischen Leitwerts in dem Rotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
18 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung des Verfahrens zum Messen eines magnetischen Leitwerts in einem Stator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
19 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung des Verfahrens zum Messen eines magnetischen Leitwerts in dem Stator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
20 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Verhältnis (As/Ab) einer klauenförmigen Magnetpolteiloberflächenfläche As zu einer Nabenteilquerschnittsfläche Ab und dem Betrag eines verbundenen Magnetflusses unter einer elektrischen Last bei dem Stator veranschaulicht;
21 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Verhältnis (Db/Dr) eines Nabenteilaußendurchmessers Db zu einem Rotoraußendurchmesser Dr und dem Betrag eines verbundenen Magnetflusses unter einer elektrischen Last bei dem Stator veranschaulicht;
22 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhältnis (As/Ab) der klauenförmigen Magnetpolteiloberflächenfläche As zu der Nabenquerschnittsfläche Ab und dem Verhältnis (Db/Dr) des Nabenteilaußendurchmessers Db zu dem Rotoraußendurchmesser Dr veranschaulicht;
23 zeigt ein Spannungsvektordiagramm einer rotierenden elektrischen Maschine, die in einem herkömmlichen Abmessungsbereich und einer herkömmlichen Magnetischer-Leitwert-Beziehung hergestellt wird;
24 zeigt ein Spannungsvektordiagramm einer rotierenden elektrischen Maschine, die in dem Abmessungsbereich und der Magnetischer-Leitwert-Beziehung gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt wird;
25 zeigt ein Diagramm, das eine Feldabschwächungssteuerung mit einer d-Achse beschreibt;
26 zeigt ein Diagramm, das eine Feldabschwächungssteuerung mit zwei d-Achsen beschreibt;
27 zeigt ein Magnetschaltungsersatzdiagramm eines mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotors;
28 zeigt ein Magnetschaltungsersatzdiagramm eines IPM-Rotors;
29 zeigt ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das Querschnitten gemäß 30 und 32 entspricht, die entlang einer Linie XXIX-XXIX entnommen sind;
30 zeigt eine perspektivische Darstellung der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
31 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rotors und eines Abdeckungsabschnitts gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
32 zeigt eine Vorderansicht des Rotors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
33 zeigt eine Vorderansicht eines Eisenkerns des Rotors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
34 zeigt eine Vorderansicht eines N-Pol-Kerns und eines S-Pol-Kerns des Rotors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
35 zeigt ein Diagramm, das zwei Magnetschaltungen beziehungsweise Magnetkreise veranschaulicht, die durch Dauermagnete in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erzeugt werden;
36 zeigt ein Diagramm, das eine d-Achsen-Magnetschaltung und eine q-Achsen-Magnetschaltung veranschaulicht, die in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gebildet werden;
37 zeigt eine axiale Querschnittsansicht eines Polkerns gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
38 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Polkerns gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
39 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Polkerns gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
40 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Polkerns gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
41 zeigt eine axiale Querschnittsansicht eines Polkerns gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel;
42 zeigt eine axiale Querschnittsansicht eines Polkerns gemäß einem achten Ausführungsbeispiel;
43 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Polkerns gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel;
44 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Polkerns gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel;
45 zeigt eine axiale Querschnittsansicht eines Polkerns gemäß einem elften Ausführungsbeispiel; und
46 zeigt ein Diagramm, das eine Anordnung von Dauermagneten gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel veranschaulicht.

[Beschreibung der Ausführungsbeispiele]
Ausführungsbeispiele eines Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystems als eine Ausgestaltung der Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung spezifisch beschrieben.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 26 beschrieben. Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Antriebssystem für einen Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator, der in einem Fahrzeug eingebaut ist und die selektive Verwendung der Funktionen eines Leistungsgenerators und einer elektrischen Maschine ermöglicht.
<Gesamtkonfiguration des Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystems>
Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst, wie es in 1 veranschaulicht ist, eine rotierende elektrische Maschine 1, die ein Gehäuse 10, einen Stator 20, einen Rotor 30 und andere Bauelemente aufweist, und eine Steuerungsvorrichtung 60, die eine Anregungsschaltung 61, einen Wechselrichter beziehungsweise Inverter 63, eine Steuerungseinrichtung 67 und andere Bauelemente aufweist.
Das Gehäuse 10 der rotierenden elektrischen Maschine 1 umfasst einen hohlen zylindrischen Abschnitt 11 und einen scheibenförmigen Abdeckungsabschnitt 12. Der Abdeckungsabschnitt 12 ist an eine Öffnung bei einem Ende des zylindrischen Abschnitts 11 gepasst und fixiert. Der Stator 20 weist einen ringförmigen Statorkern 21 und eine Ankerwicklung 25 auf. Der Statorkern 21 weist eine Vielzahl von Schlitzen 22 und Zähnen 23 (siehe 7) auf, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Die Ankerwicklung 25 ist bei den Schlitzen 22 des Statorkerns 21 gewickelt. Die Ankerwicklung 25 wird aus Drei-Phasen-(U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-)Wicklungen U, V und W gebildet, wie es in 11 veranschaulicht ist. Jede der Phasenwicklungen U, V und W weist ein Ende auf, das sterngeschaltet ist, um einen Sternpunkt zu bilden, wobei das andere Ende mit einem Ausgangsanschluss U1, V1 oder W1 des Wechselrichters 63 verbunden ist. In dem Stator 20 sind die äußeren Umfangsoberflächen der Statorkerne 21 an die innere Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 11 des Gehäuses 10 fixiert.
Der Rotor 30 weist eine Drehwelle 31, einen Lundell-Erregerkern beziehungsweise Lundell-Feldkern 32, eine Erregerwicklung beziehungsweise Feldwicklung 33 und eine Vielzahl von Dauermagneten 34 auf. Die Drehwelle 31 wird bei dem Gehäuse 10 über ein Paar von Lagern 14 drehbar gehalten. Der Erregerkern 32 umfasst ein Paar von Polkernen 32a und 32b, die bei dem äußeren Umfang der Drehwelle 31 aneinander gepasst und fixiert sind. Die Erregerwicklung 33 ist bei der äußeren Umfangsseite eines Nabenteils 321 des Erregerkerns 32 gewickelt. Die Dauermagnete 34 sind zwischen umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen 323 des Erregerkerns 32 angeordnet.
Der Rotor 30 ist drehbar mit dem Erregerkern 32 versehen, der radial gegenüberliegend zu der inneren Umfangsseite des Stators 20 ist. Der Rotor 30 wird durch eine (nicht veranschaulichte) Kraftmaschine, die in dem Fahrzeug eingebaut ist, über eine Riemenscheibe und ein (nicht veranschaulichtes) Antriebskraftübertragungselement, das bei dem hinteren Ende der Drehwelle 31 (dem rechten Ende in 1) fixiert ist, drehend angetrieben. Der Rotor 30 weist ein Paar von Schleifringen 41 und ein Paar von Bürsten 42 als eine Vorrichtung zur Zufuhr einer elektrischen Leistung von einer Anregungsschaltung 61, die nachstehend beschrieben wird, zu der Erregerwicklung 33 bei dem vorderen Ende der Drehwelle 31 (dem linken Ende in 1) auf. Das Paar von Schleifringen 41 ist an die äußere Umfangsoberfläche der Drehwelle 31 gepasst und fixiert. Das Paar von Bürsten 42 ist angeordnet, wobei die radial inneren vorderen Enden auf die Oberflächen der Schleifringe 41 in einer gleitfähigen Art und Weise gepresst werden.
Der Erregerkern 32 umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b, wie es in den 1 und 2 veranschaulicht ist. Der erste Polkern 32a ist bei der Vorderseite der Drehwelle 31 (der linken Seite in 1) fixiert. Der zweite Polkern 32b ist bei der hinteren Seite der Drehwelle (der rechten Seite in 1) fixiert. Der erste Polkern 32a umfasst einen zylindrischen ersten Nabenteil 321a, einen ersten Scheibenteil 322a und erste klauenförmige Magnetpolteile 323a. Der erste Nabenteil 321a lässt einen Erregermagnetfluss in der axialen Richtung auf der radial innen liegenden Seite der Erregerwicklung 33 fließen. Der erste Scheibenteil 322a erstreckt sich radial nach außen von dem axialen Vorderende des ersten Nabenteils 321a bei einem vorbestimmten Umfangsabstand, um es zu ermöglichen, dass der Erregermagnetfluss in der radialen Richtung fließt. Die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a erstrecken sich axial von dem Vorderende des ersten Scheibenteils 322a auf der äußeren Umfangsseite des ersten Nabenteils 321a, um die Erregerwicklung 33 zu umgeben und einen Magnetfluss mit dem Statorkern 21 auszutauschen.
Der zweite Polkern 32b ist bezüglich einer Form identisch zu dem ersten Polkern 32a. Der zweite Polkern 32b weist jedoch einen zweiten Nabenteil 321b, einen zweiten Scheibenteil 322b und zweite klauenförmige Magnetpolteile 323b auf. Die ersten und zweiten Polkerne 32a und 32b sind aus weichmagnetischen Körpern gebildet.
Der Erregerkern 32 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird aus zwei Materialarten gebildet, die bezüglich einer Sättigungsflussdichte Bs unterschiedlich sind. Spezifisch sind die klauenförmigen Magnetpolteile 323 aus einem Material gebildet, das eine hohe Sättigungsflussdichte Bs aufweist. Anders als die klauenförmigen Magnetpolteile 323 sind der Nabenteil 321 und der Scheibenteil 322 aus einem Material gebildet, das eine niedrige Sättigungsflussdichte Bs aufweist. Beispiele eines Materials, das eine hohe Sättigungsflussdichte Bs aufweist, umfassen ein Material mit etwa 0,1% Kohlenstoff, wie beispielsweise S10C (durch die Japanischen Industriestandards vorgeschrieben). Beispiele eines Materials, das eine niedrige Sättigungsflussdichte Bs aufweist, umfassen ein Material mit einer großen Menge von Kohlenstoff, wie beispielsweise S45C (durch die Japanischen Industriestandards vorgeschrieben). Als Referenz weisen SUS430 (durch die Japanischen Industriestandards vorgeschrieben) und elektromagnetische Stahlbleche eine niedrigere Sättigungsflussdichte Bs als S10C auf.
Das Material, das eine niedrige Sättigungsflussdichte Bs aufweist, das hier verwendet wird, weist eine höhere magnetische Permeabilität als das Material auf, das eine hohe Sättigungsflussdichte Bs aufweist. Beispiele eines Materials, das eine hohe magnetische Permeabilität aufweist, umfassen Permalloy. Eisen, das mit Nickel-Kobalt gemischt ist, ist aufgrund der zugehörigen hohen Sättigungsflussdichte Bs nicht geeignet.
Der erste Polkern 32a und der zweite Polkern 32b sind derart miteinander zusammengebaut, dass die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a und die zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323b einander in einem versetzten Muster gegenüberliegen, wobei die axiale hintere Endoberfläche des ersten Polkerns 32a und die axiale vordere Endoberfläche des zweiten Polkerns 32b einander gegenüberliegen. Dementsprechend sind die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a des ersten Polkerns 32a und die zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323b des zweiten Polkerns 32b abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Die ersten und zweiten Polkerne 32a und 32b weisen jeweils acht klauenförmige Magnetpolteile 323 auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Lundell-Rotor-Kern mit 16 Polen (acht N-Pole und acht S-Pole) versehen.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird, wie es in 3 veranschaulicht ist, der Außendurchmesser des Nabenteils 321 des Erregerkerns 32 als Db (nachstehend auch als „Nabenteilaußendurchmesser Db“ bezeichnet) bezeichnet, wobei der Außendurchmesser des Rotors 30 (des Erregerkerns 32) als Dr bezeichnet wird (nachstehend auch als „Rotoraußendurchmesser Dr“ bezeichnet). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr innerhalb eines Bereichs von 0,46 < Db/Dr < 0,53 eingestellt. Die Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Zusätzlich wird die Oberflächenfläche der Außenumfangsoberfläche des klauenförmigen Magnetpolteils 323 als As bezeichnet (nachstehend auch als „Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As“ bezeichnet), wobei die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils 321 (die Fläche eines Querschnitts vertikal zu der Richtung, in der sich der Eisenkern erstreckt (die axiale Richtung)) als Ab bezeichnet wird (nachstehend auch als „Nabenteilquerschnittsfläche Ab“ bezeichnet). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As und der Nabenteilquerschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Die Nabenteilquerschnittsfläche Ab kann als A/P ausgedrückt werden, wobei A die Gesamtquerschnittsfläche des zylindrischen Nabenteils 321 darstellt und P die Anzahl von Polpaaren in der rotierenden elektrischen Maschine darstellt, wie es in den 3 und 4 veranschaulicht ist.
Als Nächstes wird die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As definiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie es in den 5 und 6 veranschaulicht ist, die Umfangsbreite des Fußes des klauenförmigen Magnetpolteils 323 oder des Scheibenteils 322 als Wrr bezeichnet, die Umfangsbreite des vorderen Endes des klauenförmigen Magnetpolteils 323 wird als Wte bezeichnet und die axiale Höhe des klauenförmigen Magnetpolteils 323 wird als Ht bezeichnet. Bei radial gegenüberliegenden Oberflächen des Rotors 30 und des Stators 20 wird die Fläche, in der sich die axiale Länge des Statorkerns 21 und die axiale Dicke des Scheibenteils 322 radial überlappen, als Scheibenführung Hdg bezeichnet. Es werden keine großen Unterschiede in Abmessungen durch ausgeschnittene Abschnitte, abgerundete Abschnitte und abgeschrägte Abschnitte verursacht, die in dem Scheibenteil 322, den klauenförmigen Magnetpolteilen 323 und dem Statorkern 21 zum Zwecke einer Magneteinführung und einer Stärkeverbesserung geplant sind. In diesem Fall ist die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As gleich zu (Wte + Wrr) × Ht/2 + Hdg × Wrr. In der vorliegenden Offenbarung wird die Umfangsbreite W durch eine lineare Entfernung gemessen, ohne dass eine Krümmung berücksichtigt wird. Die Beziehung zwischen der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As und der Nabenteilquerschnittsfläche Ab wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Erregerwicklung 33 ist in dem Zustand gewickelt, der von dem Erregerkern 32 bei den äußeren Umfangsseiten der ersten und zweiten Nabenteile 321a und 321b der ersten und zweiten Polkerne 32a und 32b isoliert ist, wobei sie durch die ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323a und 323b umgeben ist. Die Erregerwicklung 33 erzeugt eine magnetomotorische Kraft in dem Nabenteil 321 durch eine Verteilung des Erregerstroms If von der Anregungsschaltung 61 der Steuerungsvorrichtung 60. Dementsprechend werden bezüglich einer Polarität unterschiedliche Magnetpole in den ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a und den zweiten klauenförmigen Magnetpolteilen 323b der ersten und zweiten Polkerne 32a und 32b gebildet. Das heißt, die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a werden bei einem der NS-Pole magnetisiert, wobei die zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323b bei dem anderen der NS-Pole magnetisiert werden.
Dementsprechend wird, wie es in den 7 und 8 veranschaulicht ist, eine d-Achsen-Magnetschaltung beziehungsweise ein d-Achsen-Magnetkreis 36 (durch eine gestrichelte Linie in den 7 und 8 angegeben) durch den Magnetfluss gebildet, der durch den Nabenteil 321 und das Paar von ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a und 323b des Erregerkerns 32 hindurchgeht. Die d-Achsen-Magnetschaltung 36 gelangt von dem d-Achsen-Zahn 23 des Statorkerns 21 in den ersten klauenförmigen Magnetpolteil 323a des Erregerkerns 32 und geht durch den ersten Scheibenteil 322a, den ersten Nabenteil 321a, den zweiten Nabenteil 321b, den zweiten Scheibenteil 322b und den zweiten klauenförmigen Magnetpolteil 323b hindurch. Dann geht, nachdem sie zu dem Statorkern 21 von dem Zahn 23, der um einen Magnetpol des Statorkerns 21 verschoben ist, zurückkehrt, die d-Achsen-Magnetschaltung 36 durch einen hinteren Kern 24 hindurch und erreicht den d-Achsen-Zahn 23, der um einen Magnetpol verschoben ist. Die d-Achsen-Magnetschaltung 36 ist eine Magnetschaltung, die eine gegenelektromotorische Kraft des Rotors 30 erzeugt.
Ein Strom fließt in die Ankerwicklung 25 durch die d-Achsen-Magnetschaltung 36 und den Magnetfluss, der mit dem Stator 20 verbunden ist, in einer ersten Magnet-Magnetschaltung 38, die nachstehend beschrieben ist. Dies erzeugt eine q-Achsen-Magnetschaltung beziehungsweise einen q-Achsen-Magnetkreis 37 (durch eine durchgezogene Linie in 7 angegeben). Die q-Achsen-Magnetschaltung 37 wird durch den Magnetfluss gebildet, der durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse des Statorkerns 21 mit einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 und einem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 eingestellt, um Pst > Prt unter einer elektrischen Last auf den Rotor 30 zu erfüllen.
In diesem Beispiel bezieht sich der Zustand, in dem der Rotor 30 unter einer elektrischen Last ist, auf einen Zustand, in dem der Erregerstrom If als ein Nennstrom zu der Erregerwicklung 33 in einem Bereich von 4 bis 20 [A] verteilt wird, der für eine Leistungsfähigkeit einer Fahrzeugbürste üblich ist. Mit einem verbesserten Aufbau der Bürste kann der Erregerstrom If zu dieser Zeit (beispielsweise 30 [A] oder dergleichen) verwendet werden. In einer Konfiguration ohne Begrenzung des Erregerstroms If, wie beispielsweise einer bürstenlosen Konfiguration, kann die erforderliche Beziehung Pst > Prt durch den größeren Erregerstrom If etabliert werden. Auch bei einer Verwendung der bekannten Bürste sind in dem Sinne einer Etablierung der Beziehung Pst > Prt der Effekt eines Einstellens der Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Db innerhalb des Bereichs von 0,46 < Db/Dr < 0,53 und der Effekt eines Einstellens der Beziehung zwischen der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As und der Nabenteilquerschnittsfläche Ab innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 sehr deutlich.
Das Verhältnis des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 zu dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 wird auf Pst : Prt = 2n : 1 (n ist eine reelle Zahl von 1 oder größer) eingestellt. In diesem Beispiel wird das Verhältnis (Lq/Ld) einer q-Achsen-Induktivität Lq zu einer d-Achsen-Induktivität Ld als Verhältnis der Schenkligkeit (Verhältnis von Längs- zu Querinduktivität beziehungsweise saliency ratio) p bezeichnet. Wie es in 9 veranschaulicht ist, ist das Verhältnis der Schenkligkeit eines herkömmlichen Lundell-Rotors ρ ≈ 1, wobei das Verhältnis der Schenkligkeit ρ eines herkömmlichen IPM-Rotors ρ ≈ 2 bis 4 ist. Im Gegensatz dazu wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Magnetischer-Leitwert-Verhältnis der d-Achsen-Magnetschaltung 36 zu der q-Achsen-Magnetschaltung 37 wie vorstehend beschrieben eingestellt. Dementsprechend kann die Betriebsart des Lundell-Rotors 30 unter einer elektrischen Last näher an die des IPM-Rotors gebracht werden. Zusätzlich kann das Verhältnis der Schenkligkeit ρ auf 2 oder mehr eingestellt werden. Verfahren zum Messen des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 und des magnetischen Leitwerts Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Wie es in den 2, 3 und 8 veranschaulicht ist, sind sich longitudinal erstreckende Freiräume in einer axial schrägen Richtung zwischen den ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a und den zweiten klauenförmigen Magnetpolteilen 323b gebildet, die in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Ein Dauermagnet 34 ist in jedem Freiraum angeordnet. Jeder der Dauermagnete 34 weist eine rechteckige massive Form auf und weist eine Achse einer leichten Magnetisierung auf, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist. Jeder der Dauermagnete 34 wird durch die ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323a und 323b gehalten, während die Magnetpolteile des Dauermagneten 34 auf den beiden Umfangsseiten an die Umfangsseitenoberflächen der ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323a und 323b anstoßen. Das heißt, jeder der Dauermagnete 34 weist Magnetpole auf, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323a und 323b, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung 33 erzeugt werden, übereinzustimmen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Dauermagnete 34 in dieser Art und Weise angeordnet. Wie es in 10 veranschaulicht ist, weist jeder der Dauermagnete 34 zwei erste und zweite Magnet-Magnetschaltungen 38 und 39 auf. Die erste Magnet-Magnetschaltung (durch eine strichpunktierte Linie in 10 angegeben) 38 ist eine Magnetschaltung mit dem Magnetfluss, der mit dem Stator 20 verbunden ist, von Magnet-Magnetflüssen. Die zweite Magnet-Magnetschaltung (durch eine Doppellinie in 10 angegeben) 39 ist eine Magnetschaltung mit dem Magnetfluss, der durch den Nabenteil 321a und die Scheibenteile 322a und 322b hindurchgeht und zu dem Rotor 30 zurückkehrt, von den Magnet-Magnetflüssen. Von dem Standpunkt dieser Magnetflüsse aus ist die zweite Magnet-Magnetschaltung 39, die durch den Nabenteil 321 hindurchgeht, eine Magnetschaltung mit dem Magnet-Magnetfluss, der für den Stator 20 ineffektiv ist, wohingegen die erste Magnet-Magnetschaltung 38 eine Magnetschaltung mit dem Magnet-Magnetfluss ist, der mit dem Stator 20 verbunden ist und eine gegenelektromotorische Kraft und ein Drehmoment erzeugt.
In diesem Fall teilen die erste Magnet-Magnetschaltung 38 und die d-Achsen-Magnetschaltung 36 die Magnetschaltung von dem zweiten klauenförmigen Magnetpolteil 323b durch den Stator 20 zu dem ersten klauenförmigen Magnetpolteil 323a. Die zweite Magnet-Magnetschaltung 39 und die d-Achsen-Magnetschaltung 36 teilen die Magnetschaltung, die den ersten und zweiten Nabenteilen 321a und 321b und den ersten und zweiten Scheibenteilen 322a und 322b des Rotors 30 entspricht.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils 321 als Ab bezeichnet, wobei die Magnetflussdichte des Nabenteils 321 mit einem Magnetfeld von 5000 [A/m] als B50 bezeichnet wird. Zusätzlich wird die Restmagnetflussdichte des Dauermagneten 34, der zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen 323 angeordnet ist, als Br bezeichnet, wobei die Querschnittsfläche der Oberfläche des Dauermagneten 34, die den Magnetpol bildet, als Am bezeichnet wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die vorstehend genannten Elemente eingestellt, um die Beziehung 2 × Br [T] × Am [mm²] < B50 [T] × Ab [mm²] zu erfüllen. Die Einstellungen für diese Beziehung werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Anregungsschaltung 61 der Steuerungsvorrichtung 60 führt den Erregerstrom If von einer Leistungsquelle B1 zu der Erregerwicklung 33 über das Paar von Bürsten 42 und das Paar von Schleifringen 41 zu. Die Anregungsschaltung 61 wird aus einem (nicht veranschaulichten) Schaltelement gebildet, das beispielsweise einen Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (IGBT) oder dergleichen umfasst. Das Einschalten und Ausschalten des Schaltelements der Anregungsschaltung 61 wird durch die Steuerungseinrichtung (ECU) 67 gesteuert.
Der Wechselrichter 63 führt einen Ankerstrom Ia zu der Ankerwicklung 25 zu. Wie es in 11 veranschaulicht ist, weist der Wechselrichter 63 drei Oberarmelemente 64 und drei Unterarmelemente 64 auf. Jedes der Armelemente 64 umfasst einen Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (IGBT) (nachstehend auch als „IGBT 64a“ bezeichnet) und eine Rücklaufdiode 64b. Ein Glättungskondensator 65 glättet einen Wechselstrom auf der Seite der Leistungsquelle B2.
Der Wechselrichter 63 weist die gleiche Funktion wie die eines allgemein bekannten PWM-Steuerungswechselrichters auf. In dem Wechselrichter 63 werden die IGBTs 64a wiederholt entsprechend Impulsbreitenmodulations-(PWM-)Signalen als Steuerungsausgabesignale einer V/F-Steuerung und einer Vektorsteuerung ein- und ausgeschaltet, um eine Drei-Phasen-Wechselspannung zu erzeugen. Die IGBTs 64a der Ober- und Unterarmelemente 64 sind eingestellt, um umgekehrt zu arbeiten, sodass sie nicht zur gleichen Zeit eingeschaltet sind. Das Einschalten und Ausschalten der IGBTs 64a des Wechselrichters 63 werden durch die Steuerungseinrichtung (ECU) 67 auf der Grundlage von Informationen von einem Positionssensor 66 gesteuert, der die Drehposition des Rotors 30 erfasst.
Die so konfigurierte Steuerungsvorrichtung 60 steuert einen elektrischen Strom, der zu der Erregerwicklung 33 und der Ankerwicklung 25 zugeführt wird, um ein elektrisches Drehmoment einer erforderlichen Magnitude in dem Rotor 30 zu erzeugen. Die Steuerungsvorrichtung 60 führt eine Phasensteuerung für eine Feldabschwächung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine 1 entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Dementsprechend werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abmessungen des Rotors 30 und die Beziehung zwischen magnetischen Leitwerten in den Magnetschaltungen wie vorstehend beschrieben eingestellt. Dies ermöglicht es, eine außerordentlich vorteilhafte elektrische Leistung und ein außerordentlich vorteilhaftes Drehmoment zu erzeugen.
In dem so konfigurierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dreht sich, wenn eine Drehkraft von der Kraftmaschine über ein Antriebskraftübertragungselement oder dergleichen übertragen wird, der Rotor 30 zusammen mit der Drehwelle 31 in einer vorbestimmten Richtung. In diesem Zustand legt das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem eine Anregungsspannung von der Anregungsschaltung 61 an die Erregerwicklung 33 des Rotors 30 über die Schleifringe 41 und die Bürsten 42 an. Dementsprechend werden die ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323a und 323b des Erregerkerns 32 angeregt, um abwechselnd NS-Magnetpole entlang der Drehumfangsrichtung des Rotors 30 zu bilden.
Synchron hierzu wird in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem der Stator 20 auf der Grundlage eines Antriebsstroms, der von dem Wechselrichter 63 der Steuerungsvorrichtung 60 zu der Ankerwicklung 25 zugeführt wird, angeregt. Als Ergebnis wird ein elektrisches Drehmoment (das eine motorische Kraft umfasst) durch die Aktion einer Anregung, den Rotor 30 zu drehen, erzeugt. Zu dieser Zeit führt die Steuerungsvorrichtung 60 eine Feldabschwächungssteuerung aus, um ein größeres elektrisches Drehmoment zu erzeugen. Das erzeugte elektrische Drehmoment wird von dem Rotor 30 und der Drehwelle 31 zu einem Antriebsabschnitt, wie beispielsweise einer Achse, über ein Antriebskraftübertragungselement ausgegeben. Zu dieser Zeit arbeitet die rotierende elektrische Maschine 1 als ein elektrischer Motor, um einen Leistungslauf auszuführen, um die Drehung des Rotors 30 zu beschleunigen oder die Drehzahl des Rotors 30 aufrechtzuerhalten.
Zusätzlich wird in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem, wenn eine Drehkraft von der Kraftmaschine über ein Antriebskraftübertragungselement oder dergleichen übertragen wird, sodass der Rotor 30 sich zusammen mit der Drehwelle 31 in einer vorbestimmten Richtung dreht, kein Antriebsstrom von dem Wechselrichter 63 zu der Ankerwicklung 25 zugeführt, wobei aber eine Anregungsspannung von der Anregungsschaltung 61 an die Erregerwicklung 33 des Rotors 30 über die Schleifringe 41 und die Bürsten 42 angelegt wird. Als Ergebnis werden die ersten und zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 323a und 323b des Erregerkerns 32 angeregt, um abwechselnd die NS-Magnetpole entlang der Drehumfangsrichtung des Rotors 30 zu bilden.
Dementsprechend wird in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem ein sich drehendes Magnetfeld an die Ankerwicklung 25 des Stators 20 angelegt, um eine elektromotorische Wechselstromkraft in der Ankerwicklung 25 zu erzeugen. Die elektromotorische Wechselstrom kraft (regenerative Leistung), die in der Ankerwicklung 25 erzeugt wird, geht durch den Wechselrichter 63 hindurch und wird zu einem Gleichstrom gleichgerichtet, wobei sie dann von dem Ausgabeanschluss entnommen wird und in die Leistungsquelle B2 geladen wird. Zu dieser Zeit agiert die rotierende elektrische Maschine 1 als ein Leistungsgenerator zur Ausführung einer Regeneration, um ein Bremsen und eine Leistungserzeugung zur gleichen Zeit durchzuführen.
In der rotierenden elektrischen Maschine 1, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, sind die Nabenteile 321a und 321b der Polkerne 32a und 32b schmaler als die Herkömmlichen, oder die Scheibenteile 322a und 322b der Polkerne 32a und 32b sind dünner als die Herkömmlichen. Dementsprechend kann in der rotierenden elektrischen Maschine 1 die Erregerwicklung 33 eine vergrößerte Anzahl von Malen durch die Verschmälerung der Nabenteile 321a und 321b oder die Verdünnung der Scheibenteile 322a und 322b gewickelt werden. Andernfalls kann in der rotierenden elektrischen Maschine 1 das Drahtmaterial für die Erregerwicklung 33 durch die Verschmälerung der Nabenteile 321a und 321b oder die Verdünnung der Scheibenteile 322a und 322b verdickt werden. Als Ergebnis nimmt in der rotierenden elektrischen Maschine 1 das Volumenverhältnis der Erregerwicklung 33 in dem Rotor 30, der den Erregerkern 32 und die Erregerwicklung 33 umfasst, zu. Die Erregerwicklung 33 wird aus einem Drahtmaterial gebildet, das aus Kupfer oder dergleichen hergestellt ist, das eine höhere thermische Leitfähigkeit als der Erregerkern 32 aufweist, der aus Eisen oder dergleichen hergestellt ist. Das heißt, in dem Rotor 30, der den Erregerkern 32 und die Erregerwicklung 33 umfasst, nimmt das Volumenverhältnis der Erregerwicklung 33 zu, die eine höhere thermische Leitfähigkeit als der Erregerkern 32 aufweist. Dementsprechend kann in der rotierenden elektrischen Maschine 1 der Rotor 30 bezüglich einer Wärmeableitung verbessert werden. Somit ermöglicht die rotierende elektrische Maschine 1, dass der Rotor 30 durch Luft gekühlt wird.
Zusätzlich kann in der rotierenden elektrischen Maschine 1 die Gesamtmenge des Materials für die Polkerne 32a und 32b durch die Verschmälerung der Nabenteile 321a und 321b oder die Verdünnung der Scheibenteile 322a und 322b verkleinert werden. Folglich kann ein Schweißdruck, der für eine Formungsbearbeitung erforderlich ist, verringert werden. Dementsprechend können, obwohl der Nabenteil 321 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel getrennt gebildet wird, der Nabenteil 321 und die Scheibenteile 322 sowie ebenso die klauenförmigen Magnetpolteile 323 integral in einer einfachen Art und Weise geformt werden.
<Bezüglich der Einstellung der Beziehung 2 × Br [T] × Am [mm²] < B50 [T] × Ab [mm²]>
Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem in der vorliegenden Offenbarung ist eine fahrzeugmontierte rotierende elektrische Maschine, die mit einer Leistungsquelle von 12 bis 48 [V] oder 6 bis 60 [V] einschließlich eines Toleranzbereichs verbunden ist und als eine Lichtmaschine oder ein Anlasser fungieren kann. Dementsprechend muss in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung die gegenelektromotorische Kraft anders als in einem IPM-Rotor nicht groß sein. Eine übliche Produktgruppe mit einem Rotordurchmesser von etwa 70 bis 120 [mm] und einer axialen Rotorlänge von etwa 30 bis 80 [mm] erzeugt eine gegenelektromotorische Kraft von 200 bis 300 [V] in einem IPM-Rotor. In dieser Situation gibt es Bedenken, dass eine Überladung einer 12- bis 48-[V]-Batterie auftreten kann, oder es kann einen negativen Einfluss einer hohen Spannung auf andere elektrische Bauelemente selbst in Abwesenheit einer Überladung geben. Dementsprechend kann die gegenelektromotorische Kraft nicht in ausreichendem Maße verringert werden.
Um dieses Problem zu lösen, ist in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung die Beziehung 2 × Br [T] × Am [mm²] < Bs [T] × Ab [mm²] erfüllt. Andernfalls kann der Magnetfluss nicht in ausreichendem Maße verringert werden. Das Symbol Bs [T] stellt die Sättigungsflussdichte des Erregerkerns 32 dar. Br [T] kann nicht in ausreichendem Maße ohne eine ausreichend hohe relative Permeabilität absorbiert werden. Die Sättigungsflussdichte Bs [T] des Erregerkerns 32 wird hier als der Wert von B50 [T] eingesetzt, der üblicherweise verwendet wird.
Ein übliches 12- bis 48-[V]-Produkt weist eine magnetomotorische Kraft von etwa 2500 [AT] auf, die an den Erregerkern 32 angelegt wird. Somit werden die Dicke (mm) und Haltekapazität Hc (A/m) der Dauermagnete 34 mit einem Sicherheitsanteil von etwa 5000 [A] oder mehr ausgelegt. Der Br-Wert und der Hc-Wert variieren ein wenig in Abhängigkeit von der Temperatur, die durch den Entwickler angenommen wird. Der Bereich von 5000 [A] muss jedoch in einen Temperaturbereich von -40 bis 160 [°C] fallen, in dem angenommen wird, dass das Produkt verwendet wird. Die vorliegende Offenbarung, die durch die Dauermagnete 34 spezifiziert ist, die bei etwa 5000 [AT] ausgelegt sind, und der Wert von B50 als die Magnetflussdichte bei 5000 [A] weist eine sehr hohe Zuverlässigkeit auf. Zuvor ist die relative magnetische Permeabilität bei 30 oder mehr ausreichend hoch. Die Dauermagnete 34 mit der Restmagnetflussdichte Br sind mit Luftlücken für ein Einfügen oder Luftlücken für ein Halten einer Luftlückenentfernung von höchstens etwa 1 [mm] in dem Erregerkern 32 verbunden und sind mit einem ausreichend hohen magnetischen Leitwert in der Magnetschaltung platziert. Dementsprechend kann die effektive Magnetflussdichte Bd [T] in ausreichendem Maße als gleich zu Br [T] betrachtet werden.
<Verfahren zum Messen der magnetischen Leitwerte>
Verfahren zum Messen des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 und des magnetischen Leitwerts Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 werden beschrieben. Die 12 und 13 veranschaulichen schematisch den N-Pol und die S-Pole des Rotors 30, die Erregerwicklung 33 und den Stator 20. Zu der Zeit einer Messung ist eine Gleichstromleistungsquelle mit der Erregerwicklung 33 verbunden. Zusätzlich ist ein Messinstrument mit einem LCR-Messgerät und einer Spannungssonde mit einem der Anschlüsse des leitenden Stators 20 verbunden. Das Messinstrument kann ein beliebiges Messinstrument sein, das in der Lage ist, eine Spannung zu messen, wie beispielsweise ein Oszilloskop. Dementsprechend kann das Messinstrument eine Kombination einer Spannungssonde und eines beliebigen Spannungsmessers sein.
In diesem Fall sind der Stator 20 und der Rotor 30 vorzugsweise in einer Positionsbeziehung, in der der Stator 20 keiner Feldabschwächungsanregung in Bezug auf die Mitte der d-Achse des Rotors 30 ausgesetzt ist, sondern einer Anregung in Richtung der q-Achse unterworfen ist. Der Grund hierfür ist, dass in dem Fall einer Feldabschwächungsanregung ein Anwenden einer Feldabschwächung bei der Erregerschaltung des Rotors 30 möglicherweise eine korrekte Messung nicht gestattet. Selbstverständlich ist bei einem elektrischen Winkel von etwa 15° oder weniger, bei dem eine Feldabschwächung weniger effektiv ist, der Effekt der Feldabschwächung sin 15° ≈ 0,25 in einem Anregungsmagnetfluss. Dementsprechend kann ein bestimmter Grad zuverlässiger Daten in der Positionsbeziehung mit der maximalen Induktivität innerhalb eines Bereichs eines elektrischen Winkels von ±15° aus der Energieversorgung der q-Achse erhalten werden. Für eine Berücksichtigung eines Ausschließens eines Magnet-Magnetflusses wird die Messung vorzugsweise ohne die Dauermagnete 34 oder mit den Dauermagneten 34, die in ausreichendem Maße entmagnetisiert sind, ausgeführt.
14 zeigt einen Graphen, der die Messergebnisse von magnetischen Leitwerten in einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel veranschaulicht. 15 zeigt einen Graphen, der die Messergebnisse von magnetischen Leitwerten in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das erste Vergleichsbeispiel ist auf eine rotierende elektrische Maschine gerichtet, die durch den in PTL 1 beschriebenen mathematischen Ausdruck vorgeschrieben ist. Wie es in 14 veranschaulicht ist, ist in dem ersten Vergleichsbeispiel der magnetische Leitwert des Rotors 30 ohne Last höher. Wenn jedoch der Erregerstrom des Rotors 30 vergrößert wird, wird der magnetische Leitwert des Rotors 30 gleich zu dem des Stators 20. Ohne Last ist der Stator 20 bezüglich eines magnetischen Leitwerts kleiner als der Rotor 30 aufgrund der magnetischen Barriere auf der q-Achse und bei den Magneten. Das heißt, es ist unwahrscheinlich, dass der Magnetfluss in den Stator 20 fließt, um ein Überladen zu verhindern, das aus einer gegenelektromotorischen Kraft bei keiner Last resultiert. Obwohl das erste Vergleichsbeispiel und das vorliegende Ausführungsbeispiel in diesem Punkt identisch sind, ist der magnetische Leitwert des Stators 20 höher als der des Rotors 30 unter einer elektrischen Last. Das heißt, es ist wahrscheinlich, dass der Magnetfluss in den Stator 20 fließt, was es ermöglicht, die gegenelektromotorische Kraft unter einer elektrischen Last zu vergrößern und ein hohes Hauptmagnetflussdrehmoment (Hauptmagnetfluss (Magnet-Magnetfluss + Erregerfluss) x Stromwert) zu erhalten. In diesem Fall gilt Tm [Nm] = Ψ × Iq, wobei Tm ein Magnetdrehmoment darstellt, Ψ einen Hauptmagnetfluss darstellt und Iq einen q-Achsen-Strom darstellt.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Berechnen des magnetischen Leitwerts des Rotors 30 unter Bezugnahme auf die 16 und 17 beschrieben. Die Erregerwicklung 33 wird veranlasst, ein Magnetfeld zu erzeugen und eine Erregerschaltung (die d-Achsen-Magnetschaltung 36) durch eine Gleichstromleistungsquelle anzuregen. Zu dieser Zeit wird der Rotor 30 gedreht, um eine gegenelektromotorische Kraft zu erzeugen. Der Rotor 30 wird bei einer konstanten Drehzahl mit einer beliebig eingestellten Anzahl von Umdrehungen betrieben, um die gegenelektromotorische Kraft zu messen. Die gegenelektromotorische Kraft vergrößert sich in Abhängigkeit von der Anzahl von Umdrehungen des Rotors 30. Es ist ersichtlich, dass die gegenelektromotorische Kraft des Rotors 30 dazu neigt, bezüglich einer Änderung einer Neigung in Kombination mit der Sättigung der Erregerschaltung in die Sättigung zu kommen. In diesem Fall wird eine Induktivität L_0 bei keiner Last als eine Magnetflussänderung zwischen 0 [AT] und 0 + X [AT] betrachtet. Bezüglich der Indizes wird die Induktivität bei einer 100 [AT]-Anregung als L_100 beschrieben. Der Anregungsstrom I gibt (einfließender Stromwert der Gleichstromleistungsquelle) x (die Anzahl von Windungen der Erregerwicklung 33 bei dem Nabenteil 321) an. $L_0 = (V_x-V_0) / (I_x-I_0)$
Beispielsweise wird die Induktivität zu der Zeit einer 100 [AT]-Anregung wie nachstehend beschrieben ausgedrückt: $L_100 = (V_200-V_100) / (200-100)$
In diesem Fall ist der Nenner bereits mit der Anzahl von Windungen multipliziert, wobei somit der magnetische Leitwertwert [H] des Rotors 30 gleich zu diesen Induktivitätswerten [H] ist, das heißt, P = L/N².
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Berechnen des magnetischen Leitwertwerts des Stators 20 unter Bezugnahme auf die 18 und 19 beschrieben. Die Erregerwicklung 33 wird veranlasst, ein Magnetfeld zu erzeugen und eine Erregerschaltung (die d-Achsen-Magnetschaltung 36) durch eine Gleichstromleistungsquelle anzuregen. Zu dieser Zeit findet, während der Stator 20 und der Rotor 30 in der vorstehend genannten Positionsbeziehung sind, wenn der Stator 20 mit Energie versorgt wird, eine Magnetflussänderung statt. Wenn die Drehwelle 31 der rotierenden elektrischen Maschine blockiert ist, um den Erregerstrom If zu vergrößern, wird die magnetomotorische Kraft des Stators 20 niedriger. Dementsprechend kann die Abnahme in der Induktivität gemessen werden. Der Induktivitätswert wird durch das Quadrat der Reihenleiteranzahl des Stators 20 dividiert, um den magnetischen Leitwert zu bestimmen, das heißt, P = L/N².
<Bezüglich der Beziehung zwischen der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As und der Nabenteilquerschnittsfläche Ab und der Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr>
Nachstehend wird der effektive Verwendungsbereich eines Magnet-Magnetflusses diskutiert. In dem in der PTL 1 beschriebenen Beziehungsausdruck ist die Bedingung partiell. Dementsprechend ist es möglich, dass, wenn der Nabenteil des Erregerkerns bezüglich der Größe verändert wird, der Beziehungsausdruck nicht mehr gilt. Dementsprechend wird der gesamte Rotor berücksichtigt.
In einer rotierenden elektrischen Maschine mit Scheibenpol kann die axiale Länge des Stators vollständig verwendet werden, indem ein Magnetfluss bei einer Position (dem Nabenteil) erzeugt wird, die nicht zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Stators und des Rotors angeordnet ist und den Magnetfluss in der axialen Richtung passiert. In einer derartigen rotierenden elektrischen Maschine mit Klauenpol, wie sie in 4 veranschaulicht ist, wird der Magnetfluss unter der Bedingung ausgegeben, dass die Nabenteilquerschnittsfläche Ab, die Querschnittsfläche Ad des Scheibenteils 322 (nachstehend als „Scheibenteilquerschnittsfläche Ad“ bezeichnet) und eine Fußquerschnittsfläche At des klauenförmigen Magnetpolteils 323 (nachstehend als „Klauenförmiger-Magnetpolteil-Querschnittsfläche At“ bezeichnet) üblicherweise konstant sind.
Wenn ein Stufenabschnitt mit einer verkleinerten Querschnittsfläche von dem Nabenteil 321 zu dem Scheibenteil 322 gebildet wird, wird die verkleinerte Querschnittsfläche des Abschnitts als die Nabenteilquerschnittsfläche Ab oder die Scheibenteilquerschnittsfläche Ad betrachtet. Eine Bereitstellung des Stufenabschnitts ermöglicht es, den Betrag eines zulässigen Magnetflusses zu ändern. Jede der Klauen (der klauenförmigen Magnetpolteile 323) weist eine gegenüberliegende Oberflächenfläche (die Fläche einer Oberfläche, die dem geeigneten Stator 20 gegenüberliegt, der der Nabenteilquerschnittsfläche Ab entspricht) auf, durch die der Erregerfluss, der in dem Nabenteil 321 erzeugt wird, durch eine Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung 33 (in 4 nicht veranschaulicht), die bei der äußeren Umfangsseite des Nabenteils 321 gewickelt ist, hindurchgeführt werden kann.
Wie es in 4 veranschaulicht ist, kann, wenn sich der Scheibenteil 322 über den Stator 20 erstreckt, die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As im Vergleich zu der Nabenteilquerschnittsfläche Ab um die Erweiterung des Scheibenteils 322 über die axiale Länge Tst des Stators 20 verkleinert werden. Das heißt, Ab ≈ Ad ≈ As oder As ≈ Ab - (Tst - Tb)/2 x W kann als ein idealer Wert berechnet werden. In diesem Beispiel gibt es eine vergrößerte Anzahl von Magnetleistungsquellen für den Rotor mit den Dauermagneten 34. Dementsprechend sollte eine andere Lösung vorhanden sein.
In dem Rotor 30 mit den Dauermagneten 34 und der Erregerschaltung wird der Magnet-Magnetfluss in zwei Richtungen verzweigt, eine Route, die durch den Rotor 30 gegen den Erregerfluss (die d-Achsen-Magnetschaltung 36) hindurchgeht (die zweite Magnet-Magnetschaltung 39, die in 10 veranschaulicht ist), und eine Route, die zu dem Stator 20 läuft (die erste Magnet-Magnetschaltung 38, die in 10 veranschaulicht ist). Das heißt, die drei Querschnittsflächen, die in 4 veranschaulicht sind, die Nabenteilquerschnittsfläche Ab, die Scheibenteilquerschnittsfläche Ad und die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Querschnittsfläche At sollten kleiner als die Herkömmlichen sein. Zur gleichen Zeit muss die elektromotorische Kraft berücksichtigt werden, während die Beziehung Ab × B50 ≥ 2 × Am × Br erfüllt wird. Zusätzlich wird zu dieser Zeit der Nabenteilaußendurchmesser Db (siehe 3) klein. Dementsprechend sollte der Anordnungsraum der Erregerwicklung 33 mit einer Verkleinerung in der Wärmeerzeugungsmenge größer werden.
Wenn der Rotoraußendurchmesser Dr (siehe 3) bestimmt wird, ändert sich das Verhältnis der Breite W des klauenförmigen Magnetpolteils 323 zu der Breite jedes Pols des Nabenteils 321 schwerlich. Dementsprechend sollte das Verhältnis des Rotoraußendurchmessers Dr zu dem Nabenteilaußendurchmesser Db eindeutig bestimmt werden. Der Nabenteilaußendurchmesser Db kann aus dem Magnet-Magnetfluss und dem Erregerfluss, der rückwärts fließt, berechnet werden. Es ist unnötig zu erwähnen, dass für eine Unterdrückung einer Wärmeerzeugung der elektrische Widerstandswert der Erregerwicklung 33 auf 0,1 bis 1,0 [Ohm] in einem Motor oder auf 1,0 bis 3,0 [Ohm] in einem Leistungsgenerator unter Berücksichtigung der vorliegenden Luftkühlungsleistungsfähigkeit einzustellen ist. $Ab \times B50-2 \times Am \times Bd \times (Prt/ (Pst+Prt)) = Abopt (idealer Wert von Ab)$
In der vorliegenden technischen Stufe ist die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As ausreichend, um es zu gestatten, dass der Erregerfluss fließt. Die Dauermagnete gemäß der herkömmlichen Technik spielen hauptsächlich eine Rolle für eine Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses zwischen klauenförmigen Magnetpolteilen. Dementsprechend werden in derzeit erhältlichen, mit einem Neodym-Magnet ausgestatteten rotierenden elektrischen Maschinen des Lundell-Typs die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenflächen As in einem Bereich verteilt, der der Nabenteilquerschnittsfläche Ab entspricht. Das heißt, die Werte von As werden in einem Bereich unter Bezugnahme auf Ab verteilt, wobei Ab × 0,8 bis Ab × 1,2 erfüllt wird. In der vorliegenden Offenbarung kann die Berechnungsformel Bd × (Pst/(Tst + Prt)) auf effektive Weise verwendet werden. Dementsprechend weist die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As, die für ein Austauschen des Magnetflusses mit dem Stator 20 verantwortlich ist, einen Magneten auf, der 2 × Am = Ab × B50 ÷ Br in Ab × Bs erfüllt. Somit muss die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As dimensioniert werden, um ausreichend zu sein, um den Magnetfluss des Rotors 30 mit einem optimalen Wert von [As = Bd × Am + Ab × Bs] zu dem Stator 20 hindurchzulassen, der größer als Ab × 1,2 sein sollte.
Der effektive Verwendungsbereich des Magnet-Magnetflusses mit Ab × B50 = 2 × Am × Br wird diskutiert. Dies bedeutet, dass die Erregerschaltung ausgelegt sein muss, um ausreichend zu sein, um den Magnet-Magnetfluss zu blockieren. In diesem Zustand zeigt 20 das Verhältnis (As/Ab) der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As zu der Nabenteilquerschnittsfläche Ab auf der lateralen Achse an, wobei sie den verbundenen Magnetflussbetrag unter einer elektrischen Last bei dem Stator 20 auf der vertikalen Achse angibt. Wie es aus 20 ersichtlich ist, weist der verbundene Magnetflussbetrag üblicherweise eine Spitze in einem As/Ab-Bereich von 1,0 bis 1,5 auf, vorzugsweise in einem As/Ab-Bereich von 0,9 bis 1,7. Der Bereich von As/Ab in der herkömmlichen Technik (PTL 1) ist etwa 0,4 bis 0,8, was nicht überlappt, sondern von dem bevorzugten As/Ab-Bereich in der vorliegenden Offenbarung abweicht.
Weiter wird As/Ab = 1,4 betrachtet. Die nachstehend beschriebene Betrachtung beruht auf der Annahme, dass der Betrag des Erregerflusses und der unterdrückte Betrag des Magnet-Magnetflusses passend sind und die Magnete in dem gleichen Grad wie in einem IPM-Rotor verwendet werden können. In diesem Fall wird der optimale Wert des Nabenteilaußendurchmessers Db berechnet. 21 gibt das Verhältnis (Db/Dr) des Nabenteilaußendurchmessers Db zu dem Rotoraußendurchmesser Dr auf der lateralen Achse an, wobei sie den Betrag des verbundenen Magnetflusses unter einer elektrischen Last bei dem Stator 20 auf der vertikalen Achse angibt. Wie es aus 21 ersichtlich ist, weist der Betrag des verbundenen Magnetflusses um einen Wert Db/Dr von 0,51 eine Spitze auf, vorzugsweise in einem Db/Dr-Bereich von 0,46 bis 0,53. Der Db/Dr-Bereich in der herkömmlichen Technik (PTL 1) ist etwa 0,54 bis 0,595, was nicht überlappt, sondern von dem bevorzugten Db/Dr-Bereich in der vorliegenden Offenbarung abweicht.
22 gibt das Verhältnis (As/Ab) der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As zu der Nabenteilquerschnittsfläche Ab auf der vertikalen Achse und das Verhältnis (Db/Dr) des Nabenteilaußendurchmessers Db zu dem Rotoraußendurchmesser Dr auf der lateralen Achse an. Wie es aus 22 ersichtlich ist, ist erkennbar, dass der Bereich der vorliegenden Offenbarung und der Bereich der herkömmlichen Technik sich nicht überlappen, sondern getrennt voneinander sind.
In dieser Betrachtung wird angenommen, dass, wenn der Wert von Ab × B50 = 2 × Am × Br groß ist, der Magnet eine Br = 1,2 [T] oder dergleichen aufweist, um größere Effekte zu erzeugen. Das Material für die maximalen Effekte ist vorzugsweise kein Fe-Magnet mit einer Br = 0,4 [T] oder dergleichen, sondern ein Neodym-Magnet mit einer Br = 1 [T] oder mehr. Ferner ist die Nabenteilquerschnittsfläche Ab kleiner, wobei somit der Platz, der durch die kleinere Fläche eingespart wird, verwendet werden kann, um den Widerstand der Erregerwicklung 33 zu verkleinern. Dies ermöglicht es, den Betrag einer Wärmeerzeugung durch die Erregerwicklung 33 zu verringern.
Verbesserung des Drehmoments>
In einem Motor (elektrischen Motor), der ein Magnetdrehmoment und ein Reluktanzdrehmoment verwendet, werden das Magnetdrehmoment und das Reluktanzdrehmoment wie nachstehend beschrieben ausgedrückt. Zuerst wird ein Magnet-Magnetfluss als Ψ bezeichnet, ein q-Achsen-Strom wird als Iq bezeichnet, ein d-Achsen-Strom wird als Id bezeichnet, eine q-Achsen-Induktivität wird als Lq bezeichnet und eine d-Achsen-Induktivität wird als Ld bezeichnet. In diesem Fall wird das Magnetdrehmoment als Ψ × Iq ausgedrückt. Das Reluktanzdrehmoment wird als (Lq - Ld) × Id × Iq ausgedrückt. Dementsprechend wird ein Gesamtdrehmoment T als T = Ψ × Iq × (Lq - Ld) × Id × Iq ausgedrückt.
In einer rotierenden elektrischen Maschine, die in einem herkömmlichen Abmessungsbereich und einer herkömmlichen magnetischen Leitwertbeziehung hergestellt wird, ist ein Verhältnis der Schenkligkeit p (Lq/Ld) der q-Achsen-Induktivität Lq zu der d-Achsen-Induktivität Ld niedrig bei etwa 1,0. Dementsprechend ist (Lq - Ld) in dem Drehmomentausdruck kleiner als Null oder näher an Null, sodass ein ausreichendes Drehmoment nicht ausgegeben werden kann. In der rotierenden elektrischen Maschine, die in dem Abmessungsbereich und der magnetischen Leitwertbeziehung gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt wird, kann jedoch das Verhältnis der Schenkligkeit p auf einen Pegel eingestellt werden, bei dem die Beziehung Pst : Prt = 2n : 1 erreicht werden könnte. Dementsprechend ist es möglich, ein größeres Drehmoment als das herkömmliche auszugeben.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist in der vorliegenden Offenbarung die q-Achsen-Induktivität Lq höher als die d-Achsen-Induktivität Ld. Dies stellt einen Vorteil bereit, dass die Leitungsspannung erhöht werden kann. Wie es in den Vektordiagrammen gemäß der herkömmlichen Technik und der Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung der 23 und 24 veranschaulicht ist, ist, auch wenn die Vektorsumme der q-Achsen-Induktivität Lq und der d-Achsen-Induktivität Ld den gleichen Induktivitätswert annimmt, der Vektor einer Spannung V in dem Fall, in dem die q-Achsen-Induktivität Lq größer als die d-Achsen-Induktivität Ld ist, länger.
Das heißt, in der vorliegenden Offenbarung ist die Spannung bei niedrigen Drehzahlen hoch. Dementsprechend ist es einfach, die Bedingung „eine Leistungserzeugung wird gestartet, wenn die Leistungserzeugungsspannung die Batteriespannung überschreitet“ zu erfüllen. Dies stellt einen Vorteil bereit, dass bei dem Betrieb einer Kraftmaschine in einer Situation, in der keine hohe Drehzahl gewünscht ist, wie beispielsweise während eines Leerlaufstopps, eine Leistungserzeugung mit niedrigerer Drehzahl und höherer Leistungsfähigkeit als jemals zuvor möglich ist. Wenn die Anzahl von Drehungen während eines Leerlaufstopps die gleiche wie die Herkömmliche ist, kann die gleiche Spannung durch die Zunahme der Spannung V selbst bei einer Abnahme der Anzahl von Windungen der Ankerwicklung erhalten werden. Dies bedeutet, dass die Drehzahl bei dem Start einer Leistungserzeugung verkleinert werden kann oder eine Leistungsausgabe zu der Zeit einer hohen Drehzahl vergrößert werden kann, in einem größeren Bereich als jemals zuvor.
<Bezüglich einer Verbesserung in der Phasensteuerungsleistungsfähigkeit>
Ausdrücke des Drehmoments, der Spannung und des Stroms
Wie es vorstehend beschrieben ist, wird in einem Motor (elektrischem Motor) mit einem Magnetdrehmoment und einem Reluktanzdrehmoment das Magnetdrehmoment als Ψ × Iq ausgedrückt und das Reluktanzdrehmoment wird als (Lq - Ld) × Id × Iq ausgedrückt.
Bezüglich einer Leistungserzeugung werden die jeweiligen erzeugten Spannungen Vd und Vq der d- und q-Achsen als Vd = ωLqIq und Vq = ωψm - ωLdLq unter Bezugnahme auf das Spannungsvektordiagramm gemäß 24 ausgedrückt. Entsprechend den Ausdrücken von Vd und Vq ist, wenn Lq höher wird, die Spannung hoch. Die bedeutet, dass die Anzahl von Umdrehungen bei dem Start einer Leistungserzeugung kleiner ist und die Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit unter einer Phasensteuerung hoch ist.
Der Leistungserzeugungsstrom I wird als I = (ωΨ - VBatterie)/Z ausgedrückt, wobei Z eine Impedanz darstellt und VBatterie eine Batteriespannung darstellt. Entsprechend dem Ausdruck des Leistungserzeugungsstroms I ist, wenn die Impedanz niedriger wird, der Magnet-Magnetfluss Ψ groß und der Leistungserzeugungsstrom I ist hoch. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht eine Auslegung, in der der Magnet-Magnetfluss Ψ hoch ist und die Impedanz Z (= √VR² + 2πfL) niedrig ist. Dementsprechend ist es möglich, den Leistungserzeugungsstrom I im Vergleich zu dem Herkömmlichen zu vergrößern.
Bezüglich der Differenz in der d-Achse zwischen der herkömmlichen Technik und der Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung
In einem üblichen IPM-Rotor ist die Induktivität Ld der d-Achse, wie es durch eine strichpunktierte Linie in 25 angegeben ist. Wenn die d-Achse lediglich eine wie in einem IPM-Rotor ist, ermöglicht ein Ausführen einer Phasensteuerung für eine Feldabschwächung (ein Ausführen einer Feldabschwächung durch Zuführen eines Anregungsstroms von dem Stator zu der d-Achse) eine Feldabschwächungssteuerung ohne Verlust wie in einem IPM-Rotor.
In der vorliegenden Offenbarung gibt es jedoch zwei Arten von d-Achsen, das heißt, die d-Achse des Erregerflusses und die d-Achse des Magnet-Magnetflusses. In diesem Fall wird eine Feldabschwächung bei beiden d-Achsen ausgeführt. Spezifisch wird eine Feldabschwächung bei der d-Achse der d-Achsen-Magnetschaltung 36, die in 26 veranschaulicht ist, und der d-Achse der ersten Magnet-Magnetschaltung 38, die in 25 veranschaulicht ist, ausgeführt. Zu dieser Zeit schwächt ein Feldabschwächungsmagnetfluss (durch eine gestrichelte Linie in 25 angegeben) den Magnetfluss der d-Achsen-Magnetschaltung ab, der durch die Erregerwicklung des Nabenteils 321 gebildet wird. Dieser Betrieb ermöglicht eine Eingabe eines Erregerstroms zu dem Stator 20, um einen Magnetfluss zu erzeugen, wobei er aber ebenso eine Eingabe eines Erregerstroms zu der Ankerwicklung 25 des Stators 20 ermöglicht, um den erzeugten Magnetfluss aufzuheben, was eine Verschwendung von eingegebener Energie verursacht.
In der vorliegenden Offenbarung ist, wie es vorstehend beschrieben ist, die d-Achsen-Magnetschaltung 36 ausreichend gesättigt, um einen magnetischen Widerstand zu bilden, der es unwahrscheinlich macht, dass ein Magnetfluss hindurchgeht. Das heißt, der abschwächende d-Achsen-Magnetfluss von dem Stator 20 fließt schwerlich in die d-Achsen-Magnetschaltung 36. Dies verkleinert auf effektive Weise die d-Achsen-Induktivität Ld und vergrößert das Reluktanzdrehmoment. Der Magnetfluss, der nicht in die d-Achse geflossen ist, fließt in Richtung der q-Achse. Dementsprechend nimmt die q-Achsen-Induktivität Lq zu, wobei die Leistungserzeugungsspannungen Vd und Vq in dem vorstehend genannten Ausdruck zunehmen. Durch diese Aktion wird in der vorliegenden Offenbarung die Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit im Verglich zu der gemäß der herkömmlichen Technik verbessert.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
In dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem (der rotierenden elektrischen Maschine 2) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die Dauermagnete 34, die zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen 323 angeordnet sind, die zwei Magnet-Magnetschaltungen, das heißt, die erste Magnet-Magnetschaltung 38, in der der Magnetfluss, der mit dem Stator 20 verbunden ist, fließt, und die zweite Magnet-Magnetschaltung 39, in der der Magnetfluss durch den Nabenteil 321 hindurchgeht und zu dem Rotor 30 zurückkehrt. Wenn eine elektrische Last an den Rotor 30 angeschlossen ist, das heißt, wenn der Erregerstrom If durch die Steuerungsvorrichtung 60 zu der Erregerwicklung 33 verteilt wird, wird die d-Achsen-Magnetschaltung 36 gebildet, in der der Magnetfluss, der durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung 33 gebildet wird, durch den Nabenteil 321 und das Paar von klauenförmigen Magnetpolteilen 323 des Erregerkerns 32 und den Statorkern 21 fließt.
Zu dieser Zeit ist die Fließrichtung des Magnet-Magnetflusses in der zweiten Magnet-Magnetschaltung 39 von den zwei Magnet-Magnetschaltungen 38 und 39, in der der Magnetfluss durch den Nabenteil 321 hindurchgeht und zu dem Rotor 30 zurückkehrt, entgegengesetzt zu der Fließrichtung des Magnetflusses in der d-Achsen-Magnetschaltung 36. Dementsprechend ist es aufgrund dessen, dass der magnetische Widerstand groß ist, unwahrscheinlich, dass der Magnetfluss der Magnet-Magnetschaltung fließt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 eingestellt, um Pst > Prt zu etablieren. Dies vergrößert den Magnet-Magnetfluss in der ersten Magnet-Magnetschaltung 38 von den ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen 38 und 39. Dementsprechend kann das elektrische Drehmoment, das in dem Rotor 30 erzeugt wird, durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses deutlich verbessert werden.
Die Steuerungsvorrichtung 60 in der vorliegenden Offenbarung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine 1 entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Spezifisch kann, wenn die rotierende elektrische Maschine 1 einen Leistungslauf (eine Beschleunigung und ein Halten der Drehzahl) oder eine Regeneration (gleichzeitiges Bremsen und Leistungserzeugung) durchführt, das maximale effektive Drehmoment durch eine Phasensteuerung erhalten werden. In dieser Situation wird ein Reluktanzdrehmoment durch Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses erzeugt. Ein Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses an die d-Achse bedeutet ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an den Erregerkern, der mit der d-Achse verbunden ist. Das heißt, zu der Zeit einer Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung 33 wird die Sättigung des Erregerkerns 32 verkleinert, sodass die Magnetkraft der Dauermagnete 34 nicht zu dem Stator 20 geführt wird und nicht effektiv verwendet wird. In diesem Fall ist, wenn die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 erfüllt ist, der Erregerkern 32 in ausreichendem Maße gesättigt. Folglich wird der Feldabschwächungsmagnetfluss nicht dem Erregerkern 32 zugeführt, sodass das Reluktanzdrehmoment mit geringer Beachtung des Feldabschwächungsmagnetflusses erhalten werden kann. Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem die Technik der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung, unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Nabenteilquerschnittsfläche als Ab bezeichnet und die Magnetflussdichte des Nabenteils 321 mit einem Magnetfeld von 5000 [A/m] wird als B50 bezeichnet. Zusätzlich wird die Restmagnetflussdichte des Dauermagneten 34 als Br bezeichnet und die Querschnittsfläche der Oberfläche, die den Magnetpol des Dauermagneten 34 bildet, wird als Am bezeichnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die vorstehend genannten Elemente eingestellt, um die Beziehung 2 × Br [T] × Am [mm²] < B50 [T] × Ab [mm²] zu erfüllen. Dementsprechend kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Magnetkraft, die durch den Dauermagneten 34 erzeugt wird, durch die d-Achsen-Magnetschaltung 36 absorbiert werden. Dies ermöglicht es, die gegenelektromotorische Kraft zu verkleinern und die Leistung, die in einem Hochdrehzahlzustand erzeugt wird, ohne Leistungsverteilung zu unterdrücken.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Verhältnis des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 zu dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 auf Pst : Prt = 2n : 1 (n ist eine reelle Zahl von 1 oder größer) eingestellt. Dementsprechend kann die Betriebsart des Lundell-Rotors 30 unter einer elektrischen Last näher an die eines IPM-Rotors gebracht werden. Zusätzlich kann das Verhältnis der Schenkligkeit p als das Verhältnis (Lq/Ld) der q-Achsen-Induktivität Lq zu der d-Achsen-Induktivität Ld auf 2 oder mehr eingestellt werden. Dementsprechend ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, den gleichen Grad eines Reluktanzdrehmoments wie den in einem IPM-Rotor auszugeben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As und der Nabenteilquerschnittsfläche Ab innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Das heißt, die Klauenförmiger-Magnetpolteil-Oberflächenfläche As ist größer als die Nabenteilquerschnittsfläche Ab. Dementsprechend werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dauermagnete 34, die herkömmlicherweise für den Zweck einer Gleichrichtung eines Magnetflusses zwischen den benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen 323 und einer Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses verwendet worden sind, wie Dauermagnete in einem IPM-Rotor verwendet. Dies erreicht eher eine Vergrößerung eines Magnetflusses als eine Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses. Das heißt, die Dauermagnete können als eine Quelle für eine Drehmomentvergrößerung oder eine Quelle für eine Leistungsvergrößerung agieren.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr innerhalb des Bereichs von 0,46 < Db/Dr < 0,53 eingestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fällt die Nabenteilquerschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs, der bestimmt wird, indem eine maximale Berücksichtigung einer Gegenaktion der Magnet-Magnetkraft gegen die Magnetkraft des Nabenteils gegeben wird. Die Magnetkraft des Nabenteils 321, die ausreichend ist, um gegen die Gegenaktion der Magnet-Magnetkraft zu wirken, wirkt auf den Erregerkern 32. Zu dieser Zeit können mit der Klauenförmiger-Magnetpolteil-Querschnittsfläche At die Gesamtmagnetkraft des Nabenteils 321 und die Gesamtmagnetkraft der Magnete zu dem Stator 20 hindurchgeführt werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Restmagnetflussdichte Br des Dauermagneten 34 auf 1 oder mehr [T] eingestellt. In vielen Fällen ist die Magnetkraft eines Verbundmagneten, der aus Neodym-Eisen-Bor hergestellt ist, oder eines in Plastik eingeformten Magneten, der durch ein Einformen beziehungsweise Spritzgießen von Samarium-Eisen-Nitrid gebildet wird, nicht in der Lage, ein ausreichendes Entmagnetisierungsfeld dem Erregerkern 32 zuzuführen. Das heißt, die Querschnittsfläche des Magneten wird häufig sichergestellt, indem der Raum für die Erregerwicklung 33 verringert wird. Dementsprechend können die vorstehend beschriebenen Betriebe und vorteilhaften Effekte auf effektive Weise insbesondere erhalten werden, wenn die Restmagnetflussdichte Br des Dauermagneten 34 1 oder mehr [T] beträgt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Abschnitt des Erregerkerns 32 mit der d-Achsen-Magnetschaltung 36 aus zwei Arten von Materialien gebildet, die hinsichtlich der Sättigungsflussdichte Bs unterschiedlich sind. Die klauenförmigen Magnetpolteile 323 werden aus einem Material gebildet, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist, wobei die Abschnitte, die zu den klauenförmigen Magnetpolteilen 323 unterschiedlich sind, aus einem Material gebildet werden, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist. Dementsprechend wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Nabenteil 321 rasch in einem Magnetfluss gesättigt, wobei es wahrscheinlich ist, dass er sich zu dem Verhalten einer Magnetflusseigenschaft eines IPM-Rotors ändert. Dies ermöglicht es, das elektrische Drehmoment in einer zuverlässigeren Art und Weise zu verbessern.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Material, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist, für den Abschnitt, der zu den klauenförmigen Magnetpolteilen 323 unterschiedlich ist, bezüglich einer magnetischen Permeabilität höher als das Material, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist. Dementsprechend kann der Effekt eines Absorbierens der elektromotorischen Kraft bei keiner Last auf den Rotor 30 verbessert werden.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 29 bis 36 beschrieben. Eine rotierende elektrische Maschine 2 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass es einen bürstenlosen Aufbau aufweist. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die zu den ersten Ausführungsbeispielen gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Gesamtkonfiguration des Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystems>
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die bürstenlose rotierende elektrische Maschine 2 und eine Steuerungsvorrichtung 60, wie es in den 29 bis 31 veranschaulicht ist. Die rotierende elektrische Maschine 2 umfasst einen ringförmigen Stator 20, einen Rotor 30 und ein Gehäuse 10. Der Stator 20 weist eine Ankerwicklung 25 auf, die daran gewickelt ist. Der Rotor 30 ist radial gegenüberliegend zu der inneren Umfangsseite des Stators 20. Das Gehäuse 10 beherbergt den Stator 20 und den Rotor 30 sowie einen Nabenteil 17, bei dem der Erregerdraht 33 gewickelt ist. Die Steuerungsvorrichtung 60 steuert einen elektrischen Strom, der der Erregerwicklung 33 und der Ankerwicklung 25 zugeführt wird, um ein elektrisches Drehmoment einer erforderlichen Magnitude in dem Rotor 30 zu erzeugen.
Das Gehäuse 10 umfasst einen hohlen zylindrischen Abschnitt 15, einen scheibenförmigen Abdeckungsabschnitt 16 und einen Nabenabschnitt 17. Der Abdeckungsabschnitt 16 ist an eine Öffnung bei einer Endseite des zylindrischen Abschnitts 15 gepasst und fixiert. Der Nabenteil 17 ragt axial von der Mitte des Abdeckungsabschnitts 16 heraus und ist koaxial bei der inneren Umfangsseite des zylindrischen Abschnitts 15 angeordnet. Ein Paar von Erregerwicklungen 53, die eine magnetomotorische Kraft durch eine Energieversorgung erzeugen, ist in einem Zustand gewickelt, der von dem Nabenteil 17 isoliert ist. Das Paar von Erregerwicklungen 53 ist parallel geschaltet und ist axial voneinander getrennt. Das Paar von Erregerwicklungen 53 ist mit der Anregungsschaltung 61, die den Erregerstrom If zuführt, über eine Ausgabeleitung 53a verbunden.
Der Stator 20 weist einen Statorkern 21 und eine Ankerwicklung 25 auf, die in der gleichen Art und Weise wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel konfiguriert sind. Die Ankerwicklung 25 wird aus Drei-Phasen-(U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-)Wicklungen U, V und W gebildet (siehe 11). Jede der Phasenwicklungen U, V und W weist ein Ende, das sterngeschaltet ist, um einen Sternpunkt zu bilden, und ein anderes Ende auf, das mit einem Ausgangsanschluss U1, V1 oder W1 des Wechselrichters 63 verbunden ist.
Der Rotor 50 wird drehbar durch den Nabenteil 17 über das Paar von Lagern 14, die bei den beiden axialen Enden des Nabenteils 17 bereitgestellt sind, gehalten, wie es in 29 veranschaulicht ist. Der Rotor 50 ist auf der radialen und axialen Außenseite des Paars von Erregerwicklungen 53 positioniert und ist radial gegenüberliegend zu der inneren Umfangsseite des Stators 20. Der Rotor 50 wird durch eine (nicht veranschaulichte) Kraftmaschine, die in dem Fahrzeug eingebaut ist, über ein Kopplungselement 47 und eine (nicht veranschaulichte) Antriebskraftübertragungseinheit, die an den Vorderseiten-N-Polkern 52b gepasst und fixiert ist, drehend angetrieben. Der Rotor 50 umfasst einen Erregerkern eines Tandem-Typs 52 und eine Vielzahl von Dauermagneten 54, wie es in den 32 bis 34 veranschaulicht ist. Der Erregerkern 52 weist einen Eisenkern 52a, ein Paar von N-Pol-Kernen 52b, einen S-Pol-Kern 52c, N-Pole (Magnetpolteile) 52n und S-Pole (Magnetpolteile) 52s auf. Die Dauermagnete 54 sind in dem Eisenkern 52a eingebettet.
Der Eisenkern 52a des Erregerkerns 52 ist in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet, wie es in 33 veranschaulicht ist. Der Eisenkern 52a weist acht N-Pol-Löcher 52d kreisförmig in einem Querschnitt, acht S-Pol-Löcher 52e kreisförmig in einem Querschnitt und 16 Magnetspeicherlöcher 52f rechteckig in einem Querschnitt auf. Die N-Pole 52n sind in die N-Pol-Löcher 52d eingefügt und dort platziert. Die S-Pole 52s sind in die S-Pol-Löcher 52e eingefügt und dort platziert. Die Dauermagnete 54 sind in den Magnetspeicherlöchern 52f eingebettet. Die acht N-Pol-Löcher 52d und die acht S-Pol-Löcher 52e sind abwechselnd mit einer vorbestimmten Umfangsentfernung dazwischen angeordnet. Die N-Pol-Löcher 52d und die S-Pol-Löcher 52e sind parallel zueinander in Bezug auf die Mittelachsenlinie des Eisenkern 52a. Dementsprechend sind die N-Pole 52n, die in den N-Pol-Löchern 52d beherbergt beziehungsweise gespeichert werden, und die S-Pole 52s, die in den S-Pol-Löchern 52e beherbergt beziehungsweise gespeichert werden, axial ausgedehnt und in der Umfangsrichtung bei der äußeren Umfangsseite des Nabenteils 17 abwechselnd angeordnet. Ein Magnetspeicherloch 52f ist bei einer vorbestimmten Entfernung zwischen jedem benachbarten N-Pol-Loch 52d und S-Pol-Loch 52e bereitgestellt.
Das Paar von N-Pol-Kernen 52b ist in einer Ringform ausgebildet, wie es in 34 veranschaulicht ist. Während die beiden axialen Endoberflächen des Eisenkerns 52a eingepfercht werden, sind die inneren Umfangsoberflächen der N-Pol-Kerne 52b an die äußere Umfangsoberfläche des Nabenteils 17 gepasst und daran fixiert (siehe 29). Die N-Pol-Kerne 52b weisen acht jeweils radial vertiefte konkave Abschnitte und radial herausragende konvexe Abschnitte, die abwechselnd in der Umfangsrichtung bei den äußeren Umfangsabschnitten ausgebildet sind, auf. Die konvexen Abschnitte weisen Haltelöcher 52g zum Halten der Enden der N-Pole 52n auf. Die beiden Enden der N-Pole 52n werden in den Haltelöchern 52g des Paars von N-Pol-Kernen 52b gehalten, wobei axiale Mittelabschnitte in die N-Pol-Löcher 52d des Eisenkerns 52a eingefügt und gepasst sind.
Der S-Pol-Kern 52c ist in einer Ringform ausgebildet, wie es in 34 veranschaulicht ist. Der Innendurchmesser des S-Pol-Kerns 52c ist der gleiche wie der Innendurchmesser der N-Pol-Kerne 52b. Der S-Pol-Kern 52c ist zwischen dem Paar von Erregerwicklungen 53 positioniert und ist an die äußere Umfangsoberfläche der axialen Mitte des Nabenabschnitts 17 gepasst und daran fixiert (siehe 29). Der S-Pol-Kern 52c weist acht jeweils radial vertiefte konkave Abschnitte und radial herausragende konvexe Abschnitte auf, die abwechselnd in der Umfangsrichtung bei dem äußeren Umfangsabschnitt ausgebildet sind. Die herausragenden Vorderendoberflächen (äußere Umfangsoberflächen) der konvexen Abschnitte des S-Pol-Kerns 52c sind bei den gleichen Positionen wie die Bodenoberflächen der konkaven Abschnitte der N-Pol-Kerne 52b. Der S-Pol-Kern 52c ist derart angeordnet, dass die herausragenden Vorderendoberflächen der konvexen Abschnitte in Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche des Eisenkerns 52a sind (siehe 29). Dementsprechend ist der S-Pol-Kern 52c magnetisch mit den S-Polen 52s, die in den S-Pol-Löchern 52e beherbergt beziehungsweise gespeichert werden, über den Eisenkern 52a verbunden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, der Außendurchmesser des Nabenteils des Erregerkerns 52 als Db bezeichnet (nachstehend auch als „Nabenteilaußendurchmesser Db“ bezeichnet), wobei der Außendurchmesser des Rotors 50 (des Erregerkerns 32) als Dr bezeichnet wird (nachstehend auch als „Rotoraußendurchmesser Dr“ bezeichnet). Zu dieser Zeit wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr innerhalb des Bereichs von 0,46 < Db/Dr < 0,53 eingestellt. Die Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Oberflächenfläche der äußeren Umfangsoberflächen der N-Pole 52n und der S-Pole 52s, um Magnetpolteile zu sein, als As bezeichnet (nachstehend auch als „Magnetpolteiloberflächenfläche As“ bezeichnet), wobei die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils als Ab bezeichnet wird (nachstehend als „Nabenteilquerschnittsfläche Ab“ bezeichnet). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Magnetpolteiloberflächenfläche As und der Nabenteilquerschnittsfläche Ab innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Die Nabenteilquerschnittsfläche Ab wird als A/P ausgedrückt, wobei A die Gesamtquerschnittsfläche des zylindrischen Nabenteils darstellt und P die Anzahl von Polpaaren der rotierenden elektrischen Maschine darstellt.
Die Dauermagnete 54 weisen eine äußere Form mit einem rechteckigen Querschnitt auf und sind individuell in die Magnetspeicherlöcher 52f des Eisenkerns 52a eingebettet. Die Restmagnetflussdichte Br der Dauermagnete 54 wird auf 1 oder mehr [T] eingestellt. Die Dauermagnete 54 sind mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, angeordnet. Die Dauermagnete 54 weisen Magnetpole auf, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der Magnetpolteile (der N-Pole 52n und der S-Pole 52s) übereinzustimmen, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklungen 53 erzeugt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Dauermagnete 54 in dieser Art und Weise angeordnet. Dementsprechend weist, wie es in 35 veranschaulicht ist, jeder der Dauermagnete 54 zwei erste und zweite Magnet-Magnetschaltungen 58 und 59 auf.
Die erste Magnet-Magnetschaltung (durch eine strichpunktierte Linie in 35 angegeben) 58 ist eine Magnetschaltung mit dem Magnetfluss von den Magnet-Magnetflüssen, der durch das S-Pol-Loch 52e in dem Eisenkern 52a, den Dauermagneten 54 und den N-Pol 52n hindurchgeht und zu dem S-Pol 52s in dem Eisenkern 52a durch den Statorkern 21 zurückkehrt. Die zweite Magnet-Magnetschaltung (durch eine Doppellinie in 35 angegeben) 59 ist eine Magnetschaltung mit dem Magnetfluss von den Magnet-Magnetflüssen, der durch den S-Pol 52s in dem Eisenkern 52a, den Dauermagneten 54 und den N-Pol 52n hindurchgeht, dann von dem S-Pol-Kern 52c durch den Nabenteil 17 und den N-Pol-Kern 52b fließt und zu dem S-Pol 52s in dem Eisenkern 52a zurückkehrt und dann in den Rotor 50 zurückkehrt. Vom Standpunkt dieser Magnetflüsse aus ist die zweite Magnet-Magnetschaltung 59, die durch den Nabenteil 17 hindurchgeht, eine Magnetschaltung mit dem Magnet-Magnetfluss, der für den Stator 20 ineffektiv ist, wohingegen die erste Magnet-Magnetschaltung 58 eine Magnetschaltung mit dem Magnet-Magnetfluss ist, der mit dem Stator 20 verbunden ist und eine gegenelektromotorische Kraft und ein Drehmoment bildet.
Die Anregungsschaltung 61 der Steuerungsvorrichtung 60 führt den Erregerstrom If von der Leistungsquelle B1 zu der Erregerwicklung 53 zu. Die Anregungsschaltung 61 ist in der gleichen Art und Weise wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel konfiguriert und wird durch die Steuerungseinrichtung (ECU) 67 gesteuert.
Der Wechselrichter 63 führt den Ankerstrom Ia zu der Ankerwicklung 25 zu und ist in der gleichen Art und Weise wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel konfiguriert (siehe 11). Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Wechselrichter 63 durch die Steuerungseinrichtung (ECU) 67 auf der Grundlage von Informationen von dem Positionssensor 66 gesteuert, der die Drehposition des Rotors 30 erfasst.
Die Erregerwicklungen 53 erzeugen eine magnetomotorische Kraft in dem Nabenteil 17 durch eine Verteilung des Erregerstroms If von der Anregungsschaltung 61. Als Ergebnis werden die N-Pole 52n als N-Pole magnetisiert und die S-Pole 52s werden als S-Pole magnetisiert. Dementsprechend wird, wie es in 36 veranschaulicht ist, eine d-Achsen-Magnetschaltung 56 (durch eine gestrichelte Linie in 36 angegeben) derart gebildet, dass ein Magnetfluss von dem Nabenteil 17 des Gehäuses 10 zu dem Paar von N-Pol-Kernen 52b und dem N-Pol 52n fließt, dann von dem S-Pol 52s des Eisenkerns 52a und dem S-Pol-Kern 52c durch den Statorkern 21 fließt und dann zu dem Nabenteil 17 zurückkehrt. In diesem Fall wird nach einem Hindurchgehen durch den S-Pol-Kern 52c in der axialen Mitte die d-Achsen-Ausrichtung der N-Pole bei beiden axialen Enden umgekehrt, wobei somit die d-Achsen-Magnetschaltung 56 den Magnetfluss in zwei Richtungen, d1 und d2, verzweigt, wie es in 29 veranschaulicht ist. Die d-Achsen-Magnetschaltung 56 ist eine Magnetschaltung, die eine gegenelektromotorische Kraft für den Rotor 50 erzeugt.
Ein Strom fließt in die Ankerwicklung 25 durch die d-Achsen-Magnetschaltung 56 und den Magnetfluss, der mit dem Stator 20 verbunden ist, in der ersten Magnet-Magnetschaltung 58. Dies bildet eine q-Achsen-Magnetschaltung 57 (durch eine durchgezogene Linie in 36 angegeben). Die q-Achsen-Magnetschaltung 57 ist eine Magnetschaltung, die durch den Magnetfluss gebildet wird, der durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse des Statorkerns 21 bei einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 56 und einem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 57 eingestellt, um Pst > Prt unter einer elektrischen Last auf dem Rotor 50 zu etablieren.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das Verhältnis des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 56 zu dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 57 auf Pst : Prt = 2n : 1 (n ist eine reelle Zahl von 1 oder größer) eingestellt. Dementsprechend kann die Betriebsart des Lundell-Rotors 50 unter einer elektrischen Last näher an die eines IPM-Rotors gebracht werden. Die Verfahren zum Messen des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 56 und des magnetischen Leitwerts Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 57 sind die gleichen wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel teilen die d-Achsen-Magnetschaltung 56 und die erste Magnet-Magnetschaltung 58 die Magnetschaltung von dem S-Pol 52s durch den Eisenkern 52a, den Stator 20 und den Eisenkern 52a zu dem N-Pol 52n. Zusätzlich teilen die d-Achsen-Magnetschaltung 56 und die zweite Magnet-Magnetschaltung 59 einen Teil der Magnetschaltung, die von dem S-Pol 52s des Rotors 50 durch den Eisenkern 52a, den S-Pol-Kern 52c, den Nabenteil 17 und die N-Pol-Kerne 52b fließt und zu dem N-Pol 52n zurückkehrt. Dementsprechend werden die d-Achsen-Magnetschaltung 56 und zumindest Teile der ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen 58 und 59 geteilt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils 17 als Ab bezeichnet, wobei die Magnetflussdichte des Nabenteils 17 mit einem magnetischen Feld von 5000 [A/m] als B50 bezeichnet wird. Zusätzlich wird die Restmagnetflussdichte des Dauermagneten 54, der zwischen dem N-Pol 52n und dem S-Pol 52s angeordnet ist, als Br bezeichnet, wobei die Querschnittsfläche der Ebene, die den Magnetpol des Dauermagneten 54 bildet, als Am bezeichnet wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die vorstehend genannten Elemente eingestellt, um die Beziehung 2 × Br [T] × Am [mm²] < B50 [T] × Ab [mm²] zu etablieren.
Die Abschnitte des Erregerkerns 52 und des Gehäuses 10 mit der d-Achsen-Magnetschaltung 56 werden aus zwei Arten von Materialien gebildet, die bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs unterschiedlich sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die N-Pole 52n und die S-Pole 52s als Magnetpolteile aus einem Material gebildet, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist, wobei die Abschnitte, die zu den N-Polen 52n und den S-Polen 52s unterschiedlich sind, aus einem Material gebildet werden, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist. Beispiele eines Materials, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist, und eines Materials, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist, sind die gleichen wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
In dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem (der rotierenden elektrischen Maschine 2) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 56 und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 57 eingestellt, um die Beziehung Pst > Prt zu etablieren. Dementsprechend nimmt, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, der Magnet-Magnetfluss in der ersten Magnet-Magnetschaltung 58, die durch den Magnetfluss gebildet wird, der mit dem Stator 20 verbunden ist und in der gleichen Richtung fließt wie der in der d-Achsen-Magnetschaltung 56, zu. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das elektrische Drehmoment durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses deutlich verbessert werden.
Insbesondere ist die bürstenlose rotierende elektrische Maschine keiner Strombegrenzung aufgrund einer Bürste unterworfen. Dementsprechend ist es möglich, den Wert des Erregerstroms If zu vergrößern, der aufgrund einer Bürste begrenzt wäre. Dies ermöglicht es, die Erregerschaltung (die d-Achsen-Magnetschaltung 56) zu sättigen und die Magnetkraft auf effektive Weise auch in der bürstenlosen rotierenden elektrischen Maschine 2 zu verwenden. Dementsprechend ist in Bezug auf eine Zentrifugalkraft als ein Schwachpunkt des mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotors die hintere Seite der Magnetpolteile nicht der Zentrifugalkraft der elektrischen Schaltung unterworfen. Dies ermöglicht es, eine Belastung, die aus der Zentrifugalkraft resultiert, zu verkleinern.
Die Steuerungsvorrichtung 60 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine 2 entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Dementsprechend ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 36 und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 37 erfüllt. Dies ermöglicht es, die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall zu verbessern, in dem die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung, unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Nabenteilquerschnittsfläche als Ab bezeichnet, wobei die Magnetflussdichte des Nabenteils 17 mit einem magnetischen Feld von 5000 [A/m] als B50 bezeichnet wird. Zusätzlich wird die Restmagnetflussdichte des Dauermagneten 54 als Br bezeichnet, wobei die Querschnittsfläche der Oberfläche des Dauermagneten 54, die den Magnetpol bildet, als Am bezeichnet wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die vorstehend genannten Elemente eingestellt, um die Beziehung 2 × Br [T] × Am [mm²] < B50 [T] × Ab [mm²] zu etablieren. Dementsprechend ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, möglich, die gegenelektromotorische Kraft zu verkleinern und die Leistung, die in einem Hochdrehzahlzustand erzeugt wird, ohne Leistungsverteilung zu unterdrücken.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Verhältnis des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung 56 zu dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung 57 auf Pst : Prt = 2n : 1 (n ist eine reelle Zahl von 1 oder größer) eingestellt. Dementsprechend kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, das Verhältnis der Schenkligkeit p auf 2 oder mehr eingestellt werden, um den gleichen Grad eines Reluktanzdrehmoments wie den in einem IPM-Rotor auszugeben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Magnetpolteiloberflächenfläche As und der Nabenteilquerschnittsfläche Ab innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Das heißt, die Magnetpolteiloberflächenfläche As ist größer als die Nabenteilquerschnittsfläche Ab. Dementsprechend werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dauermagnete 54, die herkömmlicherweise für den Zweck einer Gleichrichtung eines Magnetflusses zwischen den benachbarten Magnetpolteilen und einer Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses verwendet worden sind, wie Dauermagnete in einem IPM-Rotor verwendet. Dies erreicht eher eine Vergrößerung eines Magnetflusses als eine Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses. Das heißt, die Dauermagnete können als eine Quelle für eine Drehmomentvergrößerung oder eine Quelle für eine Leistungsvergrößerung agieren.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr innerhalb des Bereichs von 0,46 < Db/Dr < 0,53 eingestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fällt die Nabenteilquerschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs, der bestimmt wird, indem einer Gegenaktion der Magnet-Magnetkraft gegen die Magnetkraft des Nabenteils eine maximale Berücksichtigung gegeben wird. Die Magnetkraft des Nabenteils, die ausreichend ist, um gegen die Gegenaktion der Magnet-Magnetkraft zu wirken, wirkt auf den Erregerkern 52. Zu dieser Zeit können mit der Fußquerschnittsfläche At der N-Pole 52n und der S-Pole 52s als Magnetpolteile die Gesamtmagnetkraft des Nabenteils und die Gesamtmagnetkraft der Magnete zu dem Stator 20 durchgeleitet werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Restmagnetflussdichte Br des Dauermagneten 54 auf 1 oder mehr [T] eingestellt. In vielen Fällen ist die Magnetkraft eines Verbundmagneten, der aus Neodym-Eisen-Bor hergestellt ist, oder eines in Plastik geformten Magneten, der durch ein Einformen beziehungsweise Spritzgießen von Samarium-Eisen-Nitrid gebildet wird, nicht in der Lage, ein ausreichendes Entmagnetisierungsfeld zu dem Erregerkern 52 zuzuführen. Das heißt, die Querschnittsfläche des Magneten wird häufig sichergestellt, indem der Raum für die Erregerwicklungen 53 verringert wird. Dementsprechend können die vorstehend genannten Betriebe und vorteilhafte Effekte auf effektive Weise insbesondere erhalten werden, wenn die Restmagnetflussdichte Br des Dauermagneten 54 1 oder mehr [T] beträgt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Erregerkern 51 mit der d-Achsen-Magnetschaltung 56, die durch eine magnetomotorische Kraft der Erregerwicklungen 55 verursacht wird, aus zwei Arten von Materialien gebildet, die bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs unterschiedlich sind. Die N-Pole 52n und die S-Pole 52s werden aus einem Material gebildet, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist, wobei die Abschnitte, die zu den N-Polen 52n und den S-Polen 52s unterschiedlich sind, aus einem Material gebildet werden, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist. Dementsprechend wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Nabenteil 321 rasch in einem Magnetfluss gesättigt, wobei es wahrscheinlich ist, dass er sich zu dem Verhalten einer Magnetflusseigenschaft eines IPM-Rotors ändert. Dies ermöglicht es, das elektrische Drehmoment in einer zuverlässigeren Art und Weise zu verbessern.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Material, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist, für den Abschnitt, der zu den N-Polen 52n und den S-Polen 52s unterschiedlich ist, bezüglich einer magnetischen Permeabilität höher als das Material, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist. Dementsprechend kann der Effekt eines Absorbierens der elektromotorischen Kraft ohne Last auf den Rotor 30 verbessert werden.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 37 beschrieben. Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Der Erregerkern 23 umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b. Wie es in 37 veranschaulicht ist, umfasst der erste Polkern 32a den ersten Nabenteil 321a, den ersten Scheibenteil 322a und die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a. Der erste Scheibenteil 322a weist einen Nutabschnitt 322c auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der Nutabschnitt 322c wird bei der inneren Oberfläche des ersten Scheibenteils 322a axial gegenüberliegend zu dem zweiten Scheibenteil 322b gebildet. Der Nutabschnitt 322c wird gebildet, um sich umfänglich in einer Bogenform von einem Abschnitt zu erstrecken, der mit den äußersten ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a verbunden ist, wenn sie in der radialen Richtung des ersten Scheibenteils 322a betrachtet werden.
Der Magnetfluss fließt axial in dem ersten Scheibenteil 322a. Der bogenförmige Nutabschnitt 322c ist bei der inneren Oberfläche des ersten Scheibenteils 322a axial gegenüberliegend zu dem zweiten Scheibenteil 322b ausgebildet, um sich umfänglich von der Position, die mit den äußersten ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a verbunden ist, wenn sie in der radialen Richtung betrachtet werden, zu erstrecken. Dementsprechend wird aufgrund des Nutabschnitts 322c die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Das heißt, der Querschnitt des äußersten Umfangs des ersten Scheibenteils 322a, der mit den klauenförmigen Magnetpolteilen 323a verbunden ist, wird klein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des ersten Polkerns 32a ist, als der Außendurchmesser des Rotors 30 und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb eines Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Die Querschnittsfläche A2 wird erhalten, indem eine Querschnittsfläche A0 eines Abschnitts des ersten Scheibenteils 322a mit dem Nutabschnitt 322, der mit den ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a verbunden ist, mit der Anzahl von Polpaaren P multipliziert wird.
Der zweite Polkern 32b ist bezüglich einer Form identisch zu dem ersten Polkern 32a. Dementsprechend weist der zweite Scheibenteil 322b einen Nutabschnitt auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
In dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Erregerkern 32 die verkleinerte Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses auf. Spezifisch wird die Querschnittsfläche des Scheibenteils verkleinert. Dies verändert die Eigenschaften des Fahrzeugwechselstromleistungsgenerators. Das heißt, es ist einfach, Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften zu bilden. Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des Rotors ist, und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Dies ermöglicht es, die gleiche magnetische Beziehung sicherzustellen und die gleichen vorteilhaften Effekte wie die in dem Fall eines Einstellens der Beziehung zwischen dem Außendurchmesser Db des Nabenteils und dem Außendurchmesser Dr des Rotors in dem Bereich von 0,46 < Db/Dr < 0,53 zu erzeugen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die bogenförmigen Nutabschnitte bei dem ersten Nabenteil 322a und dem zweiten Nabenteil 322b ausgebildet. Dies verkleinert die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses. Die bogenförmigen Nutabschnitte können einfach durch eine Fräsmaschine oder dergleichen bearbeitet werden. Dementsprechend kann die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung auf einfache Weise verkleinert werden. Zusätzlich werden die bogenförmigen Nutabschnitte bei den inneren Oberflächen des ersten Scheibenteils 322a und des zweiten Scheibenteils 322b gebildet, was es ermöglicht, die Erregerwicklungen, die Wicklungsrahmen und andere Bauelemente, die vor der Bildung der Nutabschnitte verwendet worden sind, kontinuierlich zu verwenden. Dementsprechend können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Fall eines Bildens von Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften die Kosten, die aus der Änderung von Eigenschaften resultieren, unterdrückt werden.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 38 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die verkleinerte Querschnittsfläche des Scheibenteils auf. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt eines Teils des Scheibenteils in einer Konfiguration verkleinert, die zu der des dritten Ausführungsbeispiels unterschiedlich ist. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Der Erregerkern 32 umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b. Wie es in 38 veranschaulicht ist, umfasst der erste Polkern 32a den ersten Nabenteil 321a, den ersten Scheibenteil 322a und die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a. Der erste Scheibenteil 322a weist Nutabschnitte 322d und 322e unterschiedlicher Breiten auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Die Nutabschnitte 322d und 322e sind bei der inneren Oberfläche des ersten Scheibenteils 322a axial orthogonal zu dem zweiten Scheibenteil 322b gebildet. Die Nutabschnitte 322d und 322e sind ausgebildet, um sich in einer radialen Richtung nach außen zu erstrecken, wenn sie in der radialen Richtung von vorbestimmten Positionen radial innerhalb des ersten Scheibenteils 322a betrachtet werden.
Der Magnetfluss fließt radial in dem ersten Scheibenteil 322a. Der erste Scheibenteil 322a weist die Nutabschnitte 322d und 322e auf, die ausgebildet sind, um sich in einer radialen Richtung nach außen zu erstrecken, wenn sie in der radialen Richtung von einer vorbestimmten Position radial innerhalb des ersten Scheibenteils 322a betrachtet werden. Dementsprechend wird aufgrund der Nutabschnitte 322d und 322e die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Das heißt, der Querschnitt des äußersten Umfangs des ersten Scheibenteils 322a, der mit den ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a verbunden ist, wird klein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird wie in dem dritten Ausführungsbeispiel die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des ersten Polkerns 32a ist, als der Außendurchmesser des Rotors 30 und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Wie in dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Querschnittsfläche A2 erhalten, indem die Querschnittsfläche A1 des ersten Scheibenteils 322a, der mit dem ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 323a verbunden ist, mit der Anzahl von Polpaaren P multipliziert wird.
Der zweite Polkern 32b ist bezüglich einer Form zu dem ersten Polkern 32a identisch. Dementsprechend weist der zweite Scheibenteil 322b einen Nutabschnitt auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
In dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Erregerkern 32 die verkleinerte Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses auf. Spezifisch wird die Querschnittsfläche des Scheibenteils verkleinert. Dies verändert die Eigenschaften des Fahrzeugwechselstromleistungsgenerators. Somit ist es einfach, Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften zu bilden. Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des Rotors ist, und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Dementsprechend ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die gleiche magnetische Beziehung sicherzustellen und die gleichen vorteilhaften Effekte wie die in dem Fall eines Einstellens der Beziehung zwischen dem Außendurchmesser Db des Nabenteils und dem Außendurchmesser Dr des Rotors in dem Bereich von 0,46 < Db/Dr < 0,53 zu erzeugen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Nutabschnitte ausgebildet, um sich radial in einem radialen Muster bei dem ersten Scheibenteil 322a und dem zweiten Scheibenteil 322b zu erstrecken. Als Ergebnis wird eine Rippe mit hohem Flächenträgheitsmoment beziehungsweise Flächenmoment zweiten Grades radial in einem radialen Muster zwischen den Nutabschnitten gebildet. Dementsprechend ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Steifigkeit des Erregerkerns 32 gegen eine Zentrifugalkraft im Vergleich zu dem dritten Ausführungsbeispiel zu verbessern. Zusätzlich verkleinert die Bildung der Nutabschnitte die Kontaktfläche zwischen dem ersten Scheibenteil 322a und der Erregerwicklung 33 sowie die Kontaktfläche zwischen dem zweiten Scheibenteil 322b und der Erregerwicklung 33. Dementsprechend kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, auch wenn der Erregerkern 32 Wärme aufgrund eines Wirbelstroms erzeugt, die Wärmeübertragung von dem Erregerkern 32 zu der Erregerwicklung 33 unterdrückt werden. Folglich ist es möglich, eine Wärmeverschlechterung zu unterdrücken und die Zuverlässigkeit der Erregerwicklung 33 zu verbessern. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es wie in dem dritten Ausführungsbeispiel möglich, die Erregerwicklung, den Wicklungsrahmen und andere Bauelemente, die vor der Ausbildung der Nutabschnitte verwendet worden sind, kontinuierlich zu verwenden. Dementsprechend können in dem Fall einer Bildung von Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften die Kosten, die aus der Änderung von Eigenschaften resultieren, unterdrückt werden.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 39 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt eines Teils des Nabenteils anders als in den dritten und vierten Ausführungsbeispielen verkleinert. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Der Erregerkern umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b. Wie es in 39 veranschaulicht ist, umfasst der erste Polkern 32a den ersten Nabenteil 321a, den ersten Scheibenteil 322a und die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a. Der erste Nabenteil 321a weist einen Nutabschnitt 321c auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der Nutabschnitt 321c ist in einer kreisförmigen Form bei der äußeren Umfangsoberfläche eines axial mittleren Abschnitts des ersten Nabenteils 321a ausgebildet.
Der Magnetfluss fließt axial in dem ersten Nabenteil 321a. Der erste Nabenteil 321a weist den kreisförmigen Nutabschnitt 321c bei der äußeren Umfangsoberfläche des axial mittleren Abschnitts auf. Dementsprechend wird aufgrund des Nutabschnitts 321c die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Das heißt, der Querschnitt des axial mittleren Abschnitts des ersten Nutabschnitts 321a wird kleiner als die anderen Abschnitte.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des ersten Polkerns 32a ist, als der Außendurchmesser des Rotors 30 und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Die Querschnittsfläche A2 ist die Querschnittsfläche eines Abschnitts des ersten Nabenteils 321a, der den Nutabschnitt 321c aufweist, und ist die Fläche des Querschnitts des Abschnitts, der den Nutabschnitt 321c orthogonal zu der axialen Richtung aufweist.
Der zweite Polkern 32b ist bezüglich einer Form zu dem ersten Polkern 32a identisch. Dementsprechend weist der zweite Nabenteil 321b einen Nutabschnitt auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
In dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Erregerkern 32 die verkleinerte Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses auf. Spezifisch wird die Querschnittsfläche des Nabenteils verkleinert. Dies verändert die Eigenschaften des Fahrzeugwechselstromleistungsgenerators. Das heißt, es ist einfach, Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften zu bilden. Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des Rotors ist, und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Dementsprechend ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die gleiche magnetische Beziehung sicherzustellen und die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die in dem Fall eines Einstellens der Beziehung zwischen dem Außendurchmesser Db des Nabenteils und dem Außendurchmesser Dr des Rotors in dem Bereich von 0,46 < Db/Dr < 0,53 zu erzeugen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Nutabschnitte bei dem ersten Nabenteil 321a und dem zweiten Nabenteil 321b gebildet. Dementsprechend kann der Erregerkern 32 ohne Verringerung einer Steifigkeit gegen eine Zentrifugalkraft gebildet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es wie in dem dritten Ausführungsbeispiel möglich, die Erregerwicklung, den Wicklungsrahmen und andere Bauelemente, die vor der Bildung der Nutabschnitte verwendet worden sind, kontinuierlich zu verwenden. Dementsprechend können in dem Fall eines Bildens von Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften die Kosten, die aus der Änderung von Eigenschaften resultieren, unterdrückt werden.
[Sechstes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 40 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird wie in dem fünften Ausführungsbeispiel der Querschnitt des Nabenteils verkleinert. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt eines Teils des Nabenteils bei einer Position, die unterschiedlich zu der in dem fünften Ausführungsbeispiel ist, verkleinert. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Der Erregerkern 32 umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b. Wie es in 40 veranschaulicht ist, umfasst der erste Polkern 32a den ersten Nabenteil 321a, den ersten Scheibenteil 322a und die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a. Der erste Nabenteil 321a weist einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 321d auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 321d ist bezüglich eines Außendurchmessers kleiner als die anderen Abschnitte, wobei er in einer axialen Richtung des ersten Nabenteils 321a axial gegenüberliegend zu dem zweiten Nabenteil 321b ausgebildet wird.
Der Magnetfluss fließt axial in dem ersten Nabenteil 321a. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 321d, der bezüglich eines Außendurchmessers kleiner als die anderen Abschnitte ist, ist bei dem axialen Ende des ersten Nabenteils 321a ausgebildet. Dementsprechend wird aufgrund des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 321d die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses klein. Das heißt, der Querschnitt des axialen Endes des ersten Nabenteils 321a wird kleiner als die anderen Abschnitte.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des ersten Polkerns 32a ist, als der Außendurchmesser des Rotors 30 und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Die Querschnittsfläche A2 ist die Querschnittsfläche eines Abschnitts des ersten Nabenteils 321a, der den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 321d aufweist, und ist die Fläche des Querschnitts des Abschnitts, der den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 321d aufweist, orthogonal zu der axialen Richtung.
Der zweite Polkern 32b ist bezüglich einer Form zu dem ersten Polkern 32a identisch. Dementsprechend weist der zweite Nabenteil 321b einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die gleichen vorteilhaften Effekte wie die gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel erzeugen.
[Siebtes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 41 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Querschnittsfläche des Nabenteils verkleinert. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt eines Teils des Nabenteils in einer Konfiguration verkleinert, die unterschiedlich zu denen gemäß den fünften und sechsten Ausführungsbeispielen ist. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Der Erregerkern 32 umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b. Wie es in 41 veranschaulicht ist, umfasst der erste Polkern 32a den ersten Nabenteil 321a, den ersten Scheibenteil 322a und die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a. Der erste Nabenteil 321a weist einen abgeschrägten Abschnitt 321e auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der erste Nabenteil 321a weist einen Durchgangslochabschnitt 321f auf, um zu der Drehwelle 31 zu passen. Der abgeschrägte Abschnitt 321e ist bei dem gesamten Umfang des axialen Endes des Durchgangslochabschnitts 321f bei der Seite des ersten Scheibenteils 322a ausgebildet.
Der Magnetfluss fließt axial in dem ersten Nabenteil 321a. Der Magnetfluss fließt ebenso radial in dem ersten Scheibenteil 322a. Der Fluss des Magnetflusses ändert sich von der axialen Richtung zu der radialen Richtung oder von der radialen Richtung zu der axialen Richtung bei dem Abschnitt des ersten Nabenteils 321a auf der Seite des ersten Scheibenteils 322a, der mit dem ersten Scheibenteil 322a verbunden ist. Der abgeschrägte Abschnitt 321e ist bei dem gesamten Umfang des axialen Endes des Durchgangslochabschnitts 321f auf der Seite des ersten Scheibenteils 322a ausgebildet. Dementsprechend wird aufgrund des Nutabschnitts 321c die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des ersten Polkerns 32a ist, als der Außendurchmesser des Rotors 30 und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. In diesem Beispiel wird der Punkt, bei dem die äußere Umfangsoberfläche des ersten Nabenteils 321a in Kontakt mit der inneren Oberfläche des ersten Scheibenteils 322a ist, als K bezeichnet, wobei die Linie, die den Punkt K mit einer Neigungsoberfläche 321g des abgeschrägten Abschnitts 321e bei der minimalen Entfernung verbindet, als M bezeichnet wird. Die Querschnittsfläche A2 ist die Fläche eines Querschnitts, der entlang der Linie M ausgeschnitten ist.
Der zweite Polkern 32b ist bezüglich einer Form zu dem ersten Polkern 32a identisch. Dementsprechend weist der zweite Nabenteil 321b einen Nutabschnitt auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
In dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Erregerkern 32 die verkleinerte Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses auf. Spezifisch wird die Querschnittsfläche des Nabenteils verkleinert. Dies verändert die Eigenschaften des Fahrzeugwechselstromleistungsgenerators. Das heißt, es ist einfach, Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften zu bilden. Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des Rotors ist, und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Dementsprechend ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die gleiche magnetische Beziehung sicherzustellen und die gleichen vorteilhaften Effekte wie die in dem Fall eines Einstellens der Beziehung zwischen dem Außendurchmesser Db des Nabenteils und dem Außendurchmesser Dr des Rotors in dem Bereich von 0,46 < Db/Dr < 0,53 zu erzeugen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die abgeschrägten Abschnitte bei dem ersten Nabenteil 321a und dem zweiten Nabenteil 321b ausgebildet. Dementsprechend wird die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Die abgeschrägten Abschnitte können auf einfache Weise durch ein Bohren oder dergleichen bearbeitet werden. Dementsprechend ist es einfach, die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung zu verkleinern. Zusätzlich werden die abgeschrägten Abschnitte lediglich bei den axialen Enden der Durchgangslöcher in dem ersten Nabenteil 321a und dem zweiten Nabenteil 321b ausgebildet, was es ermöglicht, die Erregerwicklung, den Wicklungsrahmen und andere Bauelemente, die vor der Ausbildung der abgeschrägten Abschnitte verwendet worden sind, kontinuierlich zu verwenden. Dementsprechend können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Fall eines Bildens von Fahrzeugwechselstromleistungsgeneratoren mit unterschiedlichen Eigenschaften die Kosten, die aus der Änderung von Eigenschaften resultieren, unterdrückt werden.
[Achtes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem achten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 42 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die verkleinerte Querschnittsfläche des Nabenteils auf. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt eines Teils des Nabenteils bei einer Position verkleinert, die unterschiedlich zu der in dem siebten Ausführungsbeispiel ist. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Der Erregerkern 32 umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b. Wie es in 42 veranschaulicht ist, umfasst der erste Polkern 32a den ersten Nabenteil 321a, den ersten Scheibenteil 322a und die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a. Der erste Nabenteil 321a weist einen abgeschrägten Abschnitt 321h auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der abgeschrägte Abschnitt 321h ist bei dem gesamten Umfang des axialen Endes des Durchgangslochabschnitts 321f auf der Seite des zweiten Nabenteils 321b ausgebildet.
Der Magnetfluss fließt axial in dem ersten Nabenteil 321a. Der abgeschrägte Abschnitt 321h ist bei dem axialen Ende des Durchgangslochabschnitts 321f auf der Seite des zweiten Nabenteils 321b ausgebildet. Dementsprechend wird aufgrund des abgeschrägten Abschnitts 321h die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Das heißt, der Querschnitt des axialen Endes des ersten Nabenteils 321a wird kleiner als die anderen Abschnitte.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die gleichen vorteilhaften Effekte wie die gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel erzeugen.
[Neuntes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 43 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die verkleinerte Querschnittsfläche des Nabenteils auf. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Querschnitt eines Teils des Nabenteils in einer Konfiguration verkleinert, die zu denen in den fünften bis achten Ausführungsbeispielen unterschiedlich ist. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Der Erregerkern 32 umfasst den ersten Polkern 32a und den zweiten Polkern 32b. Wie es in 43 veranschaulicht ist, umfasst der erste Polkern 32a den ersten Nabenteil 321a, den ersten Scheibenteil 322a und die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 323a. Der erste Nabenteil 321a weist einen Nutabschnitt 321i auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der Nutabschnitt 321i wird bei der axialen Endoberfläche des ersten Nabenteils 321a axial gegenüberliegend zu dem zweiten Nabenteil 321b ausgebildet.
Der Magnetfluss fließt axial in dem ersten Nabenteil 321a. Der kreisförmige Nutabschnitt 321i ist bei der axialen Endoberfläche des ersten Nabenteils 321a ausgebildet. Dementsprechend wird aufgrund des Nutabschnitts 321i die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Das heißt, der Querschnitt des axialen Endes des ersten Nabenteils 321a wird kleiner als die anderen Abschnitte.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des ersten Polkerns 32a ist, als der Außendurchmesser des Rotors 30 und die Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. In diesem Beispiel ist die Querschnittsfläche A2 die Querschnittsfläche des axialen Endes des ersten Nabenteils 321a, der den Nutabschnitt 321i aufweist. Die Querschnittsfläche A2 ist die Summe der Flächen der axialen Endoberflächen von zylindrischen Abschnitten 321j und 321k, die durch ein Bereitstellen des Nutabschnitts 321i gebildet werden.
Der zweite Polkern 32b ist bezüglich einer Form zu dem ersten Polkern 32a identisch. Der zweite Nabenteil 321b weist einen Nutabschnitt auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die gleichen vorteilhaften Effekte wie die gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel erzeugen.
[Zehntes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 44 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist äquivalent zu einer modifizierten Form des neunten Ausführungsbeispiels. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Wie es in 44 veranschaulicht ist, weist der erste Nabenteil 321a Nutabschnitte 321I und 321m auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Die Nutabschnitte 321I und 321m sind bei der axialen Endoberfläche des ersten Nabenteils 321a axial gegenüberliegend zu dem zweiten Nabenteil 321b konzentrisch ausgebildet. Dementsprechend wird aufgrund der Nutabschnitte 321I und 321m die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Das heißt, der Querschnitt des axialen Endes des ersten Nabenteils 321a wird kleiner als die anderen Abschnitte.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des ersten Polkerns 32a ist, als der Außendurchmesser des Rotors 30 und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Die Querschnittsfläche A2 ist die Querschnittsfläche des axialen Endes des ersten Nabenteils 321a mit den Nutabschnitten 321I und 321m. Die Querschnittsfläche A2 ist die Summe der Flächen der axialen Endoberflächen von zylindrischen Abschnitten 321n bis 321p, die durch ein Bereitstellen der Nutabschnitte 321I und 321m ausgebildet werden.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
Das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die gleichen vorteilhaften Effekte wie die gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel herstellen.
[Elftes Ausführungsbeispiel]
Ein Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß einem elften Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 45 beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel in dem Aufbau der Polkerne, die den Erregerkern bilden. In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Erregerkern in dem dritten Ausführungsbeispiel zu einem bürstenlosen Aufbau geändert. Die unterschiedlichen und wichtigen Punkte des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden nachstehend beschrieben. Den Bauelementen, die mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemein sind, werden die gleichen Bezugszeichen gegeben, wobei ausführliche Beschreibungen hiervon weggelassen werden. Den Bauteilen, die denen des Erregerkerns in dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen wie die des Erregerkerns in dem dritten Ausführungsbeispiel gegeben.
<Konfiguration des Erregerkerns>
Wie es in 45 veranschaulicht ist, umfasst der Erregerkern 52 einen ersten Polkern 52h und einen zweiten Polkern 52i.
Der erste Polkern 52h umfasst einen ersten Scheibenteil 522h und erste klauenförmige Magnetpolteile 523h. Der erste Polkern 52h ist derart aufgebaut, dass der erste Nabenteil 321a von dem ersten Polkern 32a in dem dritten Ausführungsbeispiel entfernt ist. Der erste Scheibenteil 522h weist einen Nutabschnitt 522j auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der Nutabschnitt 522j ist bei der inneren Oberfläche des ersten Scheibenteils 522h axial gegenüberliegend zu dem zweiten Scheibenteil 522i ausgebildet. Der Nutabschnitt 522j ist umfänglich in einer Bogenform von einem Abschnitt, der mit den äußersten ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 523h verbunden ist, wenn sie in der radialen Richtung des ersten Scheibenteils 522h betrachtet werden, ausgedehnt.
Der zweite Polkern 52i umfasst einen zweiten Nabenteil 521i, einen zweiten Scheibenteil 522i und zweite klauenförmige Magnetpolteile 523i. Der zweite Polkern 52i ist bezüglich einer Konfiguration zu dem ersten Polkern 32a in dem dritten Ausführungsbeispiel identisch. Der zweite Scheibenteil 522i weist einen Nutabschnitt 522k auf, um die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses zu verkleinern. Der Nutabschnitt 522k ist bei der inneren Oberfläche des zweiten Scheibenteils 522i axial gegenüberliegend zu dem ersten Scheibenteil 522h ausgebildet. Der Nutabschnitt 522k ist umfänglich in einer Bogenform von einem Abschnitt, der mit den äußersten zweiten klauenförmigen Magnetpolteilen 523i verbunden ist, wenn sie in der axialen Richtung des zweiten Scheibenteils 522i betrachtet werden, ausgedehnt.
Der erste Polkern 52h ist derart angeordnet, dass die innere Umfangsoberfläche des ersten Scheibenteils 522h radial gegenüberliegend zu der äußeren Umfangsoberfläche des Nabenteils 17 mit einem Raum dazwischen ist. Der zweite Polkern 52i weist die ersten klauenförmigen Magnetpolteile 523h und die zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 523i abwechselnd angeordnet in der Umfangsrichtung auf. Der zweite Polkern 52i ist derart angeordnet, dass die axiale Endoberfläche des zweiten Nabenteils 521i axial gegenüberliegend zu der axialen Endoberfläche des Nabenteils 17 mit einem Raum dazwischen ist. Die Dauermagnete 54 sind zwischen den umfänglich benachbarten ersten klauenförmigen Magnetpolteilen 523h und zweiten klauenförmigen Magnetpolteilen 523i angeordnet. Die Dauermagnete 54 sind mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, angeordnet. Die Dauermagnete 54 weisen Magnetpole auf, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der ersten klauenförmigen Magnetpolteile 523h und der zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 523i durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklungen 53 übereinzustimmen. In dem ersten Polkern 52h und dem zweiten Polkern 52i sind die inneren Umfangsseiten der ersten klauenförmigen Magnetpolteile 523h und der zweiten klauenförmigen Magnetpolteile 523i durch Fixierungselemente 521 fixiert. Der erste Polkern 52h und der zweite Polkern 52i, die durch die Fixierungselemente 521 fixiert sind, werden bei dem Gehäuse 10 über Lager drehbar gehalten. Die Erregerwicklungen 53 sind in dem Raum zwischen dem ersten Polkern 52h und dem zweiten Polkern 52i angeordnet. Die Erregerwicklungen 53 sind an dem Nabenteil 17 fixiert.
Der Magnetfluss fließt radial in den Scheibenteilen 522h und 522i. Die Scheibenteile 522h und 522i weisen die bogenförmigen Nutabschnitte 522j und 522k auf, die ausgebildet sind, um sich in der Umfangsrichtung von den Abschnitten zu erstrecken, die mit den äußersten klauenförmigen Magnetpolteilen 523h und 523i, wenn sie in der radialen Richtung der Scheibenteile 522h und 522i betrachtet werden, verbunden sind. Dementsprechend wird aufgrund der Nutabschnitte 522j und 522k die Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses verkleinert. Das heißt, die Querschnitte der äußersten Umfangsabschnitte der Scheibenteile 522h und 522i, die mit den klauenförmigen Magnetpolteilen 523h und 523i verbunden sind, werden kleiner.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr der Polkerne 52h und 52i ist, als der Außendurchmesser des Rotors 50 und die Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Die Querschnittsfläche A2 wird erhalten, indem die Querschnittsfläche A0 der Scheibenteile 522h und 522i, die die Nutabschnitte 522j und 522k aufweisen, die mit den klauenförmigen Magnetpolteilen 523h und 523i verbunden sind, mit der Anzahl von Polpaaren P multipliziert wird.
<Betriebe und vorteilhafte Effekte>
Auch mit dem bürstenlosen Aufbau kann das Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die gleichen vorteilhaften Effekte wie die gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel herstellen.
Auch mit dem bürstenlosen Aufbau ist die Grundkonfiguration des Erregerkerns identisch zu denen in den vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen. Dementsprechend sind die Konfigurationen in den vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen ebenso bei einem Fahrzeugwechselstromleistungsgenerator mit einem bürstenlosen Aufbau anwendbar. In diesem Fall können auch mit dem bürstenlosen Aufbau die gleichen vorteilhaften Effekte wie die gemäß den vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen erhalten werden.
[Andere Ausführungsbeispiele]
Die Technik der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Die Technik der vorliegenden Offenbarung kann in verschiedenerlei Weise modifiziert werden, ohne von dem Wesentlichen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Beispielsweise werden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die d-Achsen-Magnetschaltung 36 oder 56 und ein Teil der ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen 38, 39, 58 oder 59 geteilt. Die d-Achsen-Magnetschaltung und alle ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen können jedoch geteilt werden, indem die Dauermagnete 34 oder 54 in die d-Achsen-Magnetschaltung 36 oder 56 eingebettet oder platziert werden.
In einem ersten Modifikationsbeispiel, das in 46 veranschaulicht ist, sind zylindrische Dauermagnete 34A mit Magnetpolen bei beiden axialen Enden koaxial zu dem äußeren Umfang des Nabenteils 321, der die d-Achsen-Magnetschaltung 36 aufweist, angebracht. Dementsprechend können die d-Achsen-Magnetschaltung 36 (siehe 8) und alle ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen 38A und 39A geteilt werden. Die gesamte radiale Querschnittsfläche der Abschnitte des Nabenteils 321, der die Dauermagnete 34A aufweist, wird als A bezeichnet, wobei die Anzahl von Polpaaren der rotierenden elektrischen Maschine als P bezeichnet wird. In diesem Fall wird die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche Ab eines Paars von NS-Polen des Nabenteils 321 als A/P ausgedrückt.
Daneben können Dauermagnete in die Scheibenteile 322a und 322b (siehe 46) des Erregerkerns 32, der die d-Achsen-Magnetschaltung 36 aufweist, eingebettet werden oder darin platziert werden. In diesem Fall sind die Querschnittsflächen der Scheibenteile 322a und 322b die Querschnittsflächen der Abschnitte der Scheibenteile 322a und 322b mit den Dauermagneten (Scheibenteileisenkernabschnitte).
<Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung>
Ein erstes Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem als eine Ausgestaltung der Technik der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine rotierende elektrische Maschine (1), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, und einen Rotor (30) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist und der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (32), der einen zylindrischen Nabenteil (321, 321a, 321b), an den eine Erregerwicklung gewickelt ist, und eine Vielzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen (323, 323a, 323b) aufweist, die bei einer äußeren Umfangsseite des Nabenteils angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; und Dauermagnete (34, 34A), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den sich abwechselnden Polaritäten der klauenförmigen Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen.
In dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem wird, wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, die Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und einem magnetischen Leitwert Pst einer q-Achsen-Magnetschaltung (37), die aus einem elektrischen Strom gebildet wird, der in einer Ankerwicklung fließt und durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse bei einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist, eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Entsprechend dieser Konfiguration bilden in dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Dauermagnete, die zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, zwei Magnet-Magnetschaltungen, das heißt eine erste Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt, und eine zweite Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnetfluss durch den Nabenteil hindurchgeht und zu dem Rotor zurückkehrt. Wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen wird, das heißt, wenn der Erregerstrom durch die Steuerungsvorrichtung zu der Erregerwicklung verteilt wird, wird die d-Achsen-Magnetschaltung gebildet, in der der Magnetfluss, der durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung gebildet wird, durch den Nabenteil und das Paar von klauenförmigen Magnetpolteilen des Erregerkerns sowie den Statorkern fließt. Zu dieser Zeit ist die Fließrichtung des Magnet-Magnetflusses in der zweiten Magnet-Magnetschaltung der zwei Magnet-Magnetschaltungen, in der der Magnetfluss durch den Nabenteil hindurchgeht und zu dem Rotor zurückkehrt, entgegengesetzt zu der Fließrichtung des Magnetflusses in der d-Achsen-Magnetschaltung. Dementsprechend ist es aufgrund dessen, dass der Magnetwiderstand groß ist, unwahrscheinlich, dass der Magnetfluss der Magnet-Magnetschaltung fließt. Folglich wird in dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen. Dies vergrößert den Magnet-Magnetfluss in der ersten Magnet-Magnetschaltung der ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen, in der der erste Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt. Dementsprechend kann das elektrische Drehmoment, das in dem Rotor erzeugt wird, durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses deutlich verbessert werden.
Die Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Offenbarung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Spezifisch kann, wenn die rotierende elektrische Maschine einen Leistungslauf (eine Beschleunigung und ein Halten der Drehzahl) oder eine Regeneration (gleichzeitiges Bremsen und Leistungserzeugung) durchführt, das maximale effektive Drehmoment durch eine Phasensteuerung erhalten werden. In dieser Situation wird ein Reluktanzdrehmoment durch Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses erzeugt. Ein Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses an die d-Achse bedeutet ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an den Erregerkern, der mit der d-Achse verbunden ist. Das heißt, zu der Zeit einer Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung wird die Sättigung des Erregerkerns verkleinert, sodass die Magnetkraft der Dauermagnete nicht zu dem Stator geführt wird und nicht auf effektive Weise verwendet wird. In diesem Fall ist, wenn die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung erfüllt ist, der Erregerkern in ausreichendem Maße gesättigt. Folglich wird der Feldabschwächungsmagnetfluss dem Erregerkern nicht zugeführt, sodass das Reluktanzdrehmoment mit geringer Berücksichtigung des Feldabschwächungsmagnetflusses erhalten werden kann. Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem die Technik der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung, unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird.
In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Zustand, in dem der Rotor unter einer elektrischen Last ist, auf den Zustand, in dem der Erregerstrom If als ein Nennstrom zu der Erregerwicklung in einem Bereich von 4 bis 20 [A] verteilt wird, der für eine Leistungsfähigkeit einer Fahrzeugbürste üblich ist. Mit einem verbesserten Aufbau der Bürste kann der Erregerstrom If zu dieser Zeit (beispielsweise 30 [A] oder dergleichen) verwendet werden. In einer Konfiguration ohne Begrenzung bei dem Erregerstrom If, wie beispielsweise einer bürstenlosen Konfiguration, kann die erforderliche Beziehung Pst > Prt durch den größeren Erregerstrom If etabliert werden. Auch mit der bekannten Bürste wäre der Effekt eines Erfüllens der Beziehung 0,9 < As/Ab < 1,7, das nachstehend beschrieben wird, im Sinne einer Etablierung der Beziehung Pst > Prt enorm.
Eine zweite rotierende elektrische Maschine mit einem bürstenlosen Aufbau als eine Ausgestaltung der Technik der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine bürstenlose rotierende elektrische Maschine (2), die einen ringförmigen Stator (20), bei dem eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, einen Rotor (30), der radial gegenüberliegend zu einer inneren Umfangsseite des Stators ist, und ein Gehäuse (10) aufweist, das den Stator und den Rotor beherbergt und einen Nabenteil (17) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (52), der eine Vielzahl von Magnetpolteilen (52n, 52s) aufweist, die bei einer äußeren Umfangsseite der Erregerwicklung angeordnet ist und Magnetpole aufweist, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; und Dauermagnete (54), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen.
In dem zweiten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem wird, wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, die Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und einem magnetischen Leitwert Pst einer q-Achsen-Magnetschaltung (57), die aus einem elektrischen Strom gebildet wird, der in einer Ankerwicklung fließt und durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse bei einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist, eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Entsprechend dieser Konfiguration bilden in dem zweiten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Dauermagnete, die zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind, zwei Magnet-Magnetschaltungen, das heißt, eine erste Magnet-Magnetschaltung, die durch den Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt, und eine zweite Magnet-Magnetschaltung, die durch den Nabenteil hindurchgeht und zu dem Rotor zurückkehrt. Wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, das heißt, wenn der Erregerstrom durch die Steuerungsvorrichtung zu der Erregerwicklung verteilt wird, wird die d-Achsen-Magnetschaltung gebildet, in der der Magnetfluss, der durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung gebildet wird, durch den Nabenteil und das Paar von klauenförmigen Magnetpolteilen des Erregerkerns sowie den Statorkern fließt. Zu dieser Zeit ist die Fließrichtung des Magnet-Magnetflusses in der zweiten Magnet-Magnetschaltung, die durch den Nabenteil hindurchgeht und zu dem Rotor zurückkehrt, der zwei Magnet-Magnetschaltungen entgegengesetzt zu der Fließrichtung des Magnetflusses in der d-Achsen-Magnetschaltung. Dementsprechend ist es aufgrund des magnetischen Widerstands, der groß ist, unwahrscheinlich, dass der Magnetfluss der Magnet-Magnetschaltung fließt. Folglich wird in dem ersten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung eingestellt, um Pst > Prt zu erfüllen. Dies vergrößert den Magnet-Magnetfluss in der ersten Magnet-Magnetschaltung der ersten und zweiten Magnet-Magnetschaltungen, in der der Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt. Dementsprechend kann das elektrische Drehmoment, das in dem Rotor erzeugt wird, durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses deutlich verbessert werden.
Insbesondere ist die bürstenlose rotierende elektrische Maschine keiner Strombegrenzung aufgrund einer Bürste unterworfen. Dementsprechend ist es möglich, den Wert des Erregerstroms If zu vergrößern, der aufgrund einer Bürste begrenzt wäre. Dies ermöglicht es, auch in der bürstenlosen rotierenden elektrischen Maschine die Erregerschaltung zu sättigen und die Magnetkraft auf effektive Weise zu verwenden. Zusätzlich verteilt die unabhängige elektrische Schaltung den Erregerstrom zu der Erregerwicklung. Dementsprechend ist in Bezug auf eine Zentrifugalkraft als ein Schwachpunkt des mit Magneten ausgestatteten Lundell-Rotors die hintere Seite der Magnetpolteile nicht der Zentrifugalkraft der elektrischen Schaltung unterworfen. Dies ermöglicht es, eine Belastung zu verkleinern, die aus der Zentrifugalkraft resultiert.
Die Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Offenbarung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Spezifisch kann, wenn die rotierende elektrische Maschine einen Leistungslauf (eine Beschleunigung und ein Halten der Drehzahl) oder eine Regeneration (gleichzeitiges Bremsen und Leistungserzeugung) durchführt, das maximale effektive Drehmoment durch eine Phasensteuerung erhalten werden. In dieser Situation wird ein Reluktanzdrehmoment durch Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses erzeugt. Ein Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses an die d-Achse bedeutet ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an den Erregerkern, der mit der d-Achse verbunden ist. Das heißt, zu der Zeit einer Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung wird die Sättigung des Erregerkerns verkleinert, sodass die Magnetkraft der Dauermagnete nicht zu dem Stator geleitet wird und nicht auf effektive Weise verwendet wird. In diesem Fall ist, wenn die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung erfüllt ist, der Erregerkern in ausreichendem Maße gesättigt. Folglich wird der Feldabschwächungsmagnetfluss dem Erregerkern nicht zugeführt, sodass das Reluktanzdrehmoment mit geringer Berücksichtigung des Feldabschwächungsmagnetflusses erhalten werden kann. Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem die Technik der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung, unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils als Ab bezeichnet, wobei die Magnetflussdichte des Nabenteils mit einem Magnetfeld von 5000 [A/m] als B50 bezeichnet wird. Zusätzlich wird die Restmagnetflussdichte des Dauermagneten zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen und zwischen den Magnetpolteilen als Br bezeichnet, wobei die Querschnittsfläche der Oberfläche, die den Magnetpol des Dauermagneten bildet, als Am bezeichnet wird. In dem ersten oder zweiten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem werden die vorstehend genannten Elemente eingestellt, um die Beziehung 2 x Br [T] x Am < B50 [T] x Ab zu erfüllen. Entsprechend dieser Konfiguration kann in der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Magnetkraft, die durch den Dauermagneten erzeugt wird, durch die d-Achsen-Magnetschaltung absorbiert werden. Dies ermöglicht es, die gegenelektromotorische Kraft zu verkleinern und die Leistung, die in einem Hochdrehzahlzustand erzeugt wird, ohne eine Leistungsverteilung zu unterdrücken.
In dem ersten oder zweiten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem ist die Beziehung zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung Pst : Prt = 2n : 1 (n ist eine reelle Zahl von 1 oder größer). Entsprechend dieser Konfiguration kann in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung die Betriebsart des Lundell-Rotors unter einer elektrischen Last näher an die eines IPM-Rotors gebracht werden. Zusätzlich kann das Verhältnis der Schenkligkeit p als das Verhältnis (Lq/Ld) der q-Achsen-Induktivität Lq zu der d-Achsen-Induktivität Ld auf 2 oder mehr eingestellt werden. Dementsprechend kann der Lundell-Rotor den gleichen Grad eines Reluktanzdrehmoments wie den in einem IPM-Rotor ausgeben.
Ein drittes Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem als eine Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine rotierende elektrische Maschine (1), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, und einen Rotor (30) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist und der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (32), der einen zylindrischen Nabenteil (321, 321a, 321b) und eine Vielzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen (323, 323a, 323b) aufweist, die bei der äußeren Umfangsseite des Nabenteils angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; eine Erregerwicklung (33), die auf die äußere Umfangsseite des Nabenteils gewickelt ist, um eine magnetomotorische Kraft durch eine Energieversorgung zu erzeugen; und Dauermagnete (34, 34A), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den sich abwechselnden Polaritäten der klauenförmigen Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen.
In der vorliegenden Offenbarung wird die Oberflächenfläche der äußeren Umfangsoberfläche des klauenförmigen Magnetpolteils als As bezeichnet und die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils wird als Ab bezeichnet.
In diesem Fall wird in dem dritten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As und der Querschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Entsprechend dieser Konfiguration wird in dem dritten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As der äußeren Umfangsoberfläche des klauenförmigen Magnetpolteils und der sich axial erstreckenden Eisenkernquerschnittsfläche Ab eines Paars von NS-Polen des Nabenteils innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Dementsprechend kann der Magnet-Magnetfluss in der Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnet-Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, fließt, der Magnet-Magnetschaltungen vergrößert werden, die durch die Dauermagnete gebildet werden, die zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind. Dies verbessert deutlich das elektrische Drehmoment durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses. Die Dauermagnete, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, werden herkömmlicherweise für den Zweck einer Gleichrichtung eines Magnetflusses und einer Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses verwendet. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Offenbarung die Dauermagnete, die zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind, wie Dauermagnete in einem IPM-Rotor verwendet. Dies erreicht eher eine Vergrößerung eines Magnetflusses als eine Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses. Das heißt, die Dauermagnete können als eine Quelle für eine Drehmomentvergrößerung oder eine Quelle für eine Leistungsvergrößerung agieren.
Die Steuerungsvorrichtung in der vorliegenden Offenbarung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt. Spezifisch kann, wenn die rotierende elektrische Maschine einen Leistungslauf (eine Beschleunigung und ein Halten der Drehzahl) oder eine Regeneration (gleichzeitiges Bremsen und Leistungserzeugung) durchführt, das maximale effektive Drehmoment durch eine Phasensteuerung erhalten werden. In dieser Situation wird ein Reluktanzdrehmoment erzeugt, indem ein Feldabschwächungsmagnetfluss angelegt wird. Ein Anlegen eines Feldabschwächungsmagnetflusses an die d-Achse bedeutet ein Anlegen des Feldabschwächungsmagnetflusses an den Erregerkern, der mit der d-Achse verbunden ist. Das heißt, zu der Zeit einer Leistungsverteilung zu der Erregerwicklung wird die Sättigung des Erregerkerns verkleinert, sodass die Magnetkraft der Dauermagnete nicht zu dem Stator geführt wird und nicht auf effektive Weise verwendet wird. In diesem Fall ist, wenn die Beziehung bezüglich einer Magnitude zwischen dem magnetischen Leitwert Prt der d-Achsen-Magnetschaltung und dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt wird, der Erregerkern in ausreichendem Maße gesättigt. Folglich wird der Feldabschwächungsmagnetfluss dem Erregerkern nicht zugeführt, sodass das Reluktanzdrehmoment mit einer geringen Berücksichtigung des Feldabschwächungsmagnetflusses erhalten werden kann. Dementsprechend kann die Leistungsfähigkeit eines Leistungslaufs und einer Regeneration unter einer Phasensteuerung in einer synergetischen Art und Weise im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem die Technik der vorliegenden Offenbarung bei Betrieben, wie beispielsweise einer Diodengleichrichtung und einer synchronen Gleichrichtung, unter Verwendung lediglich der d-Achse angewendet wird.
Ein viertes Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem eines bürstenlosen Aufbaus als eine Ausgestaltung der Technik der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine bürstenlose rotierende elektrische Maschine (2), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, einen Rotor (50), der radial gegenüberliegend zu einer inneren Umfangsseite des Stators ist, und ein Gehäuse (10) aufweist, das den Stator und den Rotor beherbergt und einen Nabenteil (17) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist; und eine Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen.
Der Rotor umfasst: einen Erregerkern (52), der eine Vielzahl von Magnetpolteilen (523h, 523i) aufweist, die bei einer äußeren Umfangsseite der Erregerwicklung angeordnet ist und Magnetpole aufweist, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; und Dauermagnete (54), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind und Magnetpolteile aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen.
In der vorliegenden Offenbarung wird die Oberflächenfläche der äußeren Umfangsoberfläche des klauenförmigen Magnetpolteils als As bezeichnet und die sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils wird als Ab bezeichnet.
In diesem Fall wird in dem vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As und der Querschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt.
Die Steuerungsvorrichtung führt eine Phasensteuerung aus, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Entsprechend dieser Konfiguration wird in dem vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem die Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As der äußeren Umfangsoberfläche des Magnetpolteils und der sich axial erstreckenden Eisenkernquerschnittsfläche Ab eines Paars von NS-Polen des Nabenteils innerhalb des Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt. Dementsprechend kann der Magnet-Magnetfluss in der Magnet-Magnetschaltung, in der der Magnet-Magnetfluss fließt, der mit dem Stator verbunden ist, der Magnet-Magnetschaltungen vergrößert werden, die durch die Dauermagnete gebildet werden, die zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind. Dies verbessert deutlich die Leistungserzeugungsleistungsfähigkeit durch die effektive Verwendung des Magnet-Magnetflusses. Die Dauermagnete, die zwischen den Magnetpolteilen angeordnet sind, werden herkömmlicherweise für den Zweck einer Gleichrichtung eines Magnetflusses und einer Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses verwendet. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Offenbarung die Dauermagnete, die zwischen den Magnetpolteilen angeordnet sind, wie Dauermagnete in einem IPM-Rotor verwendet. Dies erreicht eher eine Vergrößerung eines Magnetflusses als eine Verhinderung eines Leckens eines Magnetflusses. Das heißt, die Dauermagnete können als eine Quelle für eine Drehmomentvergrößerung oder eine Quelle für eine Leistungsvergrößerung agieren.
In dem dritten oder vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem wird die Beziehung zwischen dem Nabenteilaußendurchmesser Db und dem Rotoraußendurchmesser Dr innerhalb des Bereichs von 0,46 < Db/Dr < 0,53 eingestellt. Entsprechend dieser Konfiguration fällt in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Nabenteilquerschnittsfläche in einen Bereich, der bestimmt wird, indem einer Gegenaktion der Magnet-Magnetkraft gegen die Magnetkraft des Nabenteils eine maximale Berücksichtigung gegeben wird. Die Magnetkraft des Nabenteils, die ausreichend ist, um gegen die Gegenaktion der Magnet-Magnetkraft zu wirken, wirkt auf den Erregerkern. Zu dieser Zeit können mit der Fußquerschnittsfläche des klauenförmigen Magnetpolteils die Gesamtmagnetkraft des Nabenteils und die Gesamtmagnetkraft der Dauermagnete zu dem Stator hindurchgeführt werden.
In dem dritten oder vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem wird die Restmagnetflussdichte Br des Dauermagneten auf 1 oder mehr [T] eingestellt. Entsprechend dieser Konfiguration können in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die vorstehend genannten Betriebe und vorteilhaften Effekte weiter auf effektive Weise erhalten werden.
In dem ersten oder zweiten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem sind die Teile, die die d-Achsen-Magnetschaltung (36, 56) aufweisen, aus zwei Arten von Materialien gebildet, die bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs unterschiedlich sind. Die klauenförmigen Magnetpolteile oder Magnetpolteile sind aus einem Material gebildet, das bezüglich einer Sättigungsflussdichte Bs hoch ist, wobei die Teile, die zu den klauenförmigen Magnetpolteilen oder Magnetpolteilen unterschiedlich sind, aus einem Material gebildet sind, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist. Entsprechend dieser Konfiguration wird in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Nabenteil rasch in einem Magnetfluss gesättigt, wobei es wahrscheinlicher ist, dass er sich zu dem Verhalten einer Magnetflusseigenschaft eines IPM-Rotors ändert, als die klauenförmigen Magnetpolteile oder Magnetpolteile. Dies ermöglicht es, das elektrische Drehmoment in einer zuverlässigeren Art und Weise zu verbessern.
In dem vorstehend beschriebenen Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem ist das Material, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist, bezüglich einer magnetischen Permeabilität höher als das Material, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist. Entsprechend dieser Konfiguration kann in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fähigkeit zum Absorbieren der elektromotorischen Kraft ohne Last auf den Rotor verbessert werden.
In dem dritten oder vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem weist der Erregerkern die verkleinerte Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses auf. In dem dritten oder vierten Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem wird die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des Rotors ist, und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Entsprechend dieser Konfiguration weist in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erregerkern die verkleinerte Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses auf. Dies ändert die Eigenschaften der rotierenden elektrischen Maschine. Das heißt, es ist einfach, rotierende elektrische Maschinen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu bilden. Ferner wird in dem Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Beziehung zwischen der Fläche A1 des Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des Rotors ist, und der Querschnittsfläche A2 des Abschnitts mit der minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb des Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt. Dies ermöglicht es, die gleiche magnetische Beziehung und eine Herstellung der gleichen vorteilhaften Effekte wie die in dem Fall eines Einstellens der Beziehung zwischen dem Außendurchmesser Db des Nabenteils und dem Außendurchmesser Dr des Rotors in dem Bereich von 0,46 < Db/Dr < 0,53 sicherzustellen.
Die Bezugszeichen, die eingeklammert an die Namen der Elemente und Abschnitte, die in den nachfolgenden Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung und in den Patentansprüchen angehängt sind, geben die Entsprechungen mit den spezifischen Elementen und Abschnitten in den vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispielen an. Dementsprechend weisen diese Bezugszeichen keinen Einfluss auf die Konfigurationen auf, die in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1,2: rotierende elektrische Maschine
10: Gehäuse
17: Nabenteil
20: Stator
21: Statorkern
25: Ankerwicklung
30: Rotor
32: Erregerkern
321 ...: Nabenteil
321a: erster Nabenteil
321b: zweiter Nabenteil
323: klauenförmiger Magnetpolteil
323a: erste klauenförmige Magnetpolteile
323b: zweite klauenförmige Magnetpolteile
33: Erregerwicklung
34, 34A: Dauermagnet
36: d-Achsen-Magnetschaltung
37: q-Achsen-Magnetschaltung
38: erste Magnet-Magnetschaltung
39: zweite Magnet-Magnetschaltung
50: Rotor
52: Erregerkern
52n: N-Pol (Magnetpolteil)
52s: S-Pol (Magnetpolteil)
53: Erregerwicklung
54: Dauermagnet
56: d-Achsen-Magnetschaltung
57: q-Achsen-Magnetschaltung
58: erste Magnet-Magnetschaltung
59: zweite Magnet-Magnetschaltung
60: Steuerungsvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4255451 A [0008]

Claims

Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem mit: einer rotierenden elektrischen Maschine (1), die einen ringförmigen Stator (20), aus den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, und einen Rotor (30) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist und der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist; und einer Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen, wobei der Rotor umfasst: einen Erregerkern (32), der einen zylindrischen Nabenteil (321, 321a, 321b), auf den die Erregerwicklung gewickelt ist, und eine Vielzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen (323, 323a, 323b) aufweist, die bei der äußeren Umfangsseite des Nabenteils angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; und Dauermagnete (34, 34A), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den sich abwechselnden Polaritäten der klauenförmigen Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen, wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, eine Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt einer d-Achsen-Magnetschaltung und einem magnetischen Leitwert Pst einer q-Achsen-Magnetschaltung (37), die aus einem elektrischen Strom gebildet wird, der in der Ankerwicklung fließt und durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse bei einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist, eingestellt wird, um Pst > Prt zu erfüllen, und die Steuerungsvorrichtung eine Phasensteuerung ausführt, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem mit: einer bürstenlosen rotierenden elektrischen Maschine (2), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, und einen Rotor (50), der radial gegenüberliegend zu einer inneren Umfangsseite des Stators ist, sowie ein Gehäuse (10) aufweist, das den Stator und den Rotor beherbergt und einen Nabenteil (17) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (53) gewickelt ist; und einer Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen, wobei der Rotor umfasst: einen Erregerkern (52), der eine Vielzahl von Magnetpolteilen (52n, 52s) aufweist, die bei einer äußeren Umfangsseite der Erregerwicklung angeordnet ist und Magnetpole aufweist, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; und Dauermagnete (54), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind und einen Magnetpol aufweisen, der ausgebildet ist, mit den abwechselnden Polaritäten der Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen, wenn eine elektrische Last an den Rotor angeschlossen ist, eine Beziehung zwischen einem magnetischen Leitwert Prt einer d-Achsen-Magnetschaltung und einem magnetischen Leitwert Pst einer q-Achsen-Magnetschaltung (57), die aus einem elektrischen Strom gebildet wird, der in der Ankerwicklung fließt, und durch eine q-Achse hindurchgeht, die von der d-Achse bei einem elektrischen Winkel von 90° verschoben ist, eingestellt wird, um Pst > Prt zu erfüllen, und die Steuerungsvorrichtung eine Phasensteuerung ausführt, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei, wenn eine sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils als Ab bezeichnet wird und eine Magnetflussdichte des Nabenteils mit einem Magnetfeld von 5000 [A/m] als B50 bezeichnet wird, eine Restmagnetflussdichte des Dauermagneten, der zwischen den klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet ist, als Br bezeichnet wird und eine Querschnittsfläche einer Oberfläche des Dauermagneten, die den Magnetpol bildet, als Am bezeichnet wird, eine Beziehung 2 x Br x Am < B50 x Ab erfüllt wird.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach Anspruch 2, wobei, wenn eine sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils als Ab bezeichnet wird, eine Magnetflussdichte des Nabenteils mit einem Magnetfeld von 5000 [A/m] als B50 bezeichnet wird, eine Restmagnetflussdichte des Dauermagneten, der zwischen den Magnetpolteilen angeordnet ist, als Br bezeichnet wird und eine Querschnittsfläche einer Oberfläche des Dauermagneten, die den Magnetpol bildet, als Am bezeichnet wird, eine Beziehung 2 × Br × Am < B50 × Ab erfüllt wird.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Verhältnis des magnetischen Leitwerts Prt der d-Achsen-Magnetschaltung zu dem magnetischen Leitwert Pst der q-Achsen-Magnetschaltung auf Pst : Prt = 2n : 1 (n ist eine reelle Zahl von 1 oder größer) eingestellt wird.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem mit: einer rotierenden elektrischen Maschine (1), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, und einen Rotor (30) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (33) gewickelt ist und der zu einer inneren Umfangsseite des Stators radial gegenüberliegend ist; und einer Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen, wobei der Rotor umfasst: einen Erregerkern (32), der einen zylindrischen Nabenteil (321, 321a, 321b) und eine Vielzahl von klauenförmigen Magnetpolteilen (323, 323a, 323b) aufweist, die bei einer äußeren Umfangsseite des Nabenteils angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; eine Erregerwicklung (33), die auf eine äußere Umfangsseite des Nabenteils gewickelt ist, um eine magnetomotorische Kraft durch eine Energieversorgung zu erzeugen; und Dauermagnete (34, 34A), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten klauenförmigen Magnetpolteilen angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den sich abwechselnden Polaritäten der klauenförmigen Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen, wenn eine Oberflächenfläche der äußeren Umfangsoberfläche des klauenförmigen Magnetpolteils als As bezeichnet wird und eine sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils als Ab bezeichnet wird, eine Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As und der Querschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt wird, und die Steuerungsvorrichtung eine Phasensteuerung ausführt, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem mit: einer bürstenlosen rotierenden elektrischen Maschine (2), die einen ringförmigen Stator (20), auf den eine Ankerwicklung (25) gewickelt ist, einen Rotor (50), der radial gegenüberliegend zu einer inneren Umfangsseite des Stators ist, und ein Gehäuse (10) aufweist, das den Stator und den Rotor beherbergt und einen Nabenteil (17) aufweist, auf den eine Erregerwicklung (53) gewickelt ist; und einer Steuerungsvorrichtung (60), die einen elektrischen Strom, der zu zumindest einer der Erregerwicklung und der Ankerwicklung zugeführt wird, steuert, um ein Drehmoment in dem Rotor zu erzeugen, wobei der Rotor umfasst: einen Erregerkern (52), der eine Vielzahl von Magnetpolteilen (523h, 523i) aufweist, die bei einer äußeren Umfangsseite der Erregerwicklung angeordnet ist und Magnetpole aufweist, die bezüglich einer Polarität unterschiedlich sind, die sich in einer Umfangsrichtung abwechselt; und Dauermagnete (54), die mit einer Achse einer leichten Magnetisierung, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, zwischen den umfänglich benachbarten Magnetpolteilen angeordnet sind und Magnetpole aufweisen, die ausgebildet sind, um mit den abwechselnden Polaritäten der Magnetpolteile, die durch die magnetomotorische Kraft der Erregerwicklung erzeugt werden, übereinzustimmen, wenn eine Oberflächenfläche der äußeren Umfangsoberfläche des Magnetpolteils als As bezeichnet wird und eine sich axial erstreckende Eisenkernquerschnittsfläche eines Paars von NS-Polen des Nabenteils als Ab bezeichnet wird, eine Beziehung zwischen der Oberflächenfläche As und der Querschnittsfläche Ab innerhalb eines Bereichs von 0,9 < As/Ab < 1,7 eingestellt wird, und die Steuerungsvorrichtung eine Phasensteuerung ausführt, sodass die rotierende elektrische Maschine entweder einen Leistungslauf oder eine Regeneration ausführt.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Beziehung zwischen einem Außendurchmesser Db des Nabenteils und einem Außendurchmesser Dr des Rotors innerhalb eines Bereichs von 0,46 < Db/Dr < 0,53 eingestellt wird.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Restmagnetflussdichte Br des Dauermagneten auf 1 oder mehr [T] eingestellt wird.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 3, wobei Teile mit der d-Achsen-Magnetschaltung (36, 56) aus zwei Arten von Materialien gebildet werden, die bezüglich einer Sättigungsflussdichte Bs unterschiedlich sind, und die klauenförmigen Magnetpolteile aus einem Material gebildet werden, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist, und die Teile, die zu den klauenförmigen Magnetpolteilen unterschiedlich sind, aus einem Material gebildet werden, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 4, wobei Teile mit der d-Achsen-Magnetschaltung (36, 56) aus zwei Arten von Materialien gebildet werden, die bezüglich einer Sättigungsflussdichte Bs unterschiedlich sind, und die Magnetpolteile aus einem Material gebildet werden, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist, und die Teile, die zu den Magnetpolteilen unterschiedlich sind, aus einem Material gebildet werden, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Material, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs niedrig ist, bezüglich einer magnetischen Permeabilität höher als das Material ist, das bezüglich der Sättigungsflussdichte Bs hoch ist.
Rotierende-Elektrische-Maschine-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Erregerkern eine verkleinerte Fläche eines Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung eines Magnetflusses aufweist, und eine Beziehung zwischen einer Fläche A1 eines Kreises mit einem Durchmesser, der äquivalent zu dem Außendurchmesser Dr des Rotors ist, und einer Querschnittsfläche A2 eines Abschnitts mit einer minimalen Fläche des Querschnitts orthogonal zu der Fließrichtung des Magnetflusses innerhalb eines Bereichs von 0,2116 < A2/A1 < 0,2809 eingestellt wird.