DE112017003124T5

DE112017003124T5 - Rotor für rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine und rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine

Info

Publication number: DE112017003124T5
Application number: DE112017003124.9T
Authority: DE
Inventors: Tomoya UCHIMURA; Shinichi Yamaguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: CN109314422A; KR102070565B1; DE112017003124B4; JPWO2017221496A1; US20200274406A1; JP6545380B2; WO2017221496A1; US10770939B1; CN109314422B; KR20190007498A

Abstract

Es wird ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine aufgezeigt, der kostengünstig hergestellt werden kann, die Verbindung eines Permanentmagneten mit einem Rotorkern bei hochgenauer Positionierung des Permanentmagneten ermöglicht und die Verbindung des Permanentmagneten mit dem Rotorkern in einer schrägen Anordnung in Bezug auf eine axiale Richtung des Rotorkerns ermöglicht. Der Rotor weist einen Rotorkern (1) mit einem zylindrischen Bereich (11) und einem Paar von polygonalen Säulenbereichen (12), die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs (11) in axialer Richtung angeordnet sind, und einen Permanentmagneten (2) mit einer Verbindungsoberfläche auf, die flach und mit dem Rotorkern (1) verbunden ist. Das Paar von polygonalen Säulenbereichen (12) weist flache Oberflächen auf, die so angeordnet sind, dass die Mittelbereiche, in axialer Richtung gesehen, voneinander beabstandet sind. Die Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten (2) ist mit der jeweiligen flachen Oberflächen des Paares von polygonalen Säulenbereichen (12) in einem Zustand verbunden, in dem der Permanentmagnet (2) in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, die einen Permanentmagneten aufweist, und eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine.
STAND DER TECHNIK
Um eine kostengünstige rotierende elektrische Maschine mit Oberflächenmagnet herzustellen, hat man bisher eine Kombination aus einem Rotorkern mit perfekt kreisförmigem Querschnitt und einem plattenförmigen Permanentmagneten mit flacher Verbindungsoberfläche verwendet. Es ist schwierig, den Permanentmagneten mit der flachen Verbindungsoberfläche mit einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns mit perfekt kreisförmigem Querschnitt in einer hochgenauen Positionierung des Permanentmagneten zu verbinden. Daher sind an den Enden des Rotorkerns in axialer Richtung des Rotorkerns Haltebereiche mit jeweils polygonaler Säulenform angeordnet (siehe z.B. das Patentdokument 1).
STAND DER TECHNIK

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2015-159 639 A
Patentdokument 2: Japanische Gebrauchsmusteranmeldungs-Offenlegungsschrift JP 3-086752
Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-261 191 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Um eine Drehmomentpulsation, ein sogenanntes „Rastmoment“, zu unterdrücken, was durch eine Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten eines Rotors und einem Statorkern erzeugt wird, ist es denkbar, den Permanentmagneten des Rotors mit dem Rotorkern in einem Zustand zu verbinden, in dem der Permanentmagnet in Bezug auf eine axiale Richtung des Rotors schräg liegt, um dadurch einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine zu erreichen, der eine schräge Struktur aufweist.
Die an den Enden des Rotorkerns in axialer Richtung angeordneten Haltebereiche halten jedoch beide Enden des Permanentmagneten in Umfangsrichtung des Rotors mit Vorsprünge in axialer Richtung. Daher besteht das Problem, dass der Permanentmagnet nicht mit dem Rotorkern in dem Zustand, in dem der Permanentmagnet in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegt, verbunden werden kann.
Die vorliegende Erfindung soll das vorstehend beschriebene Problem lösen und hat die Aufgabe, einen Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine und eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine anzugeben, die das Verbinden eines Permanentmagneten mit einem Rotorkern mit hochgenauer Positionierung des Permanentmagneten und das Verbinden des Permanentmagneten mit dem Rotorkern in einem Zustand ermöglichen, in dem der Permanentmagnet in Bezug auf eine axiale Richtung des Rotors schräg liegt.
Mittel zum Lösen der Probleme
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine angegeben, der Folgendes aufweist: Einen Rotorkern mit einem zylindrischen Bereich und einem Paar polygonaler Säulenbereiche, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs in axialer Richtung des Rotorkerns angeordnet sind; und einen Permanentmagneten mit einer Verbindungsoberfläche, die flach ist und mit dem Rotorkern zu verbinden ist, wobei ein erster polygonaler Säulenbereich, der einer der beiden polygonalen Säulenbereiche ist, und ein zweiter polygonaler Säulenbereich, der ein anderer der polygonalen Säulenbereiche ist, flache Oberflächen aufweisen, wobei der Schwerpunkt in Umfangsrichtung des zylindrischen Bereichs auf der flachen Oberfläche des ersten polygonalen Säulenbereichs von dem Schwerpunkt in Umfangsrichtung auf der flachen Oberfläche des zweiten polygonalen Säulenbereichs in Umfangsrichtung beabstandet ist, und wobei die Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten mit der flachen Oberfläche des ersten polygonalen Säulenbereichs und der flachen Oberfläche des zweiten polygonalen Säulenbereichs in einem Zustand verbunden ist, in dem der Permanentmagnet in Bezug auf die Axialrichtung schräg liegt.
Effekt der Erfindung
Gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine Folgendes auf: den Rotorkern einschließlich des zylindrischen Bereichs und das Paar polygonaler Säulenbereiche, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs in axialer Richtung des Rotorkerns angeordnet sind; und den Permanentmagneten mit der Verbindungsoberfläche, die flach ist und mit dem Rotorkern verbunden werden soll.
Der erste polygonale Säulenbereich, der zu dem Paar polygonaler Säulenbereiche gehört, und der zweite polygonale Säulenbereich, der zu dem Paar polygonaler Säulenbereiche gehört, haben die flachen Oberflächen. Der Schwerpunkt in Umfangsrichtung des zylindrischen Bereichs auf der flachen Oberfläche des ersten polygonalen Säulenbereichs ist von dem Schwerpunkt in Umfangsrichtung auf der flachen Oberfläche des zweiten polygonalen Säulenbereichs in Umfangsrichtung beabstandet.
Die Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten ist mit der flachen Oberfläche des ersten polygonalen Säulenbereichs und der flachen Oberfläche des zweiten polygonalen Säulenbereichs in dem Zustand verbunden, in dem der Permanentmagnet in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegt.
Daher ist es möglich, die Verbindung des Permanentmagneten mit dem Rotorkern mit einer hochgenauen Positionierung des Permanentmagneten und die Verbindung des Permanentmagneten mit dem Rotorkern in dem Zustand zu erreichen, in dem der Permanentmagnet in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegt.
Figurenliste

1 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung von Permanentmagneten und eines ersten polygonalen Säulenbereichs gemäß 1;
3 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Permanentmagneten und eines zweiten polygonalen Säulenbereichs gemäß 1;
4 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Permanentmagneten und eines zylindrischen Bereichs gemäß 1;
5 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Änderungsbeispiels des Permanentmagneten gemäß 4;
6 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Änderungsbeispiels des Permanentmagneten gemäß 4;
7 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Paares von polygonalen Säulenbereichen in einem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines polygonalen Säulenbereichs in einem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Draufsicht zur Darstellung von Permanentmagneten und eines polygonalen Säulenbereichs in einem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß 11;
13 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß 13;
15 ist eine Seitenansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Rotorendes für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß 16 in axialer Richtung des Rotors, und
18 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die nachfolgend exemplarisch aufgeführten Ausführungsformen beschränkt.
Ausführungsform 1
1 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Rotorkern 1 und eine Vielzahl von Permanentmagneten 2 auf, die an einem äußeren Umfangsbereich des Rotorkerns 1 angeordnet sind.
Zunächst wird die Konfiguration des Permanentmagneten 2 beschrieben. Der Permanentmagnet 2 hat eine Plattenform mit einer flachen Verbindungsoberfläche. Somit kann der Permanentmagnet 2 kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin bildet der Permanentmagnet 2 einen Magnetpol des Rotors. In diesem Rotor ist ein Permanentmagnet 2 für einen Magnetpol des Rotors vorgesehen. Die vielen Permanentmagnete 2 sind so angeordnet, dass sich die Polaritäten in einer Umfangsrichtung des Rotors abwechseln. Jeder der Permanentmagnete 2 ist so magnetisiert, dass ein Magnetweg in radialer Richtung des Rotors ausgerichtet ist.
In diesem Beispiel ist die Vielzahl der Permanentmagnete 2 in Abständen in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet. Weiterhin ist die Vielzahl der Permanentmagnete 2 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet. Die Gesamtzahl der Permanentmagnete 2 beträgt sechs. Daher hat der Rotor sechs Pole.
Als Nächstes wird eine Konfiguration des Rotorkerns 1 beschrieben. Der Rotorkern 1 weist einen zylindrischen Bereich 11 mit zylindrischer Form und ein Paar polygonale Säulenbereiche 12 auf, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung des Rotors angeordnet sind. In diesem Beispiel wird der polygonale Säulenbereich 12 des Paares polygonaler Säulenbereiche 12, der an einem Ende des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet ist, als erster polygonaler Säulenbereich 12A bezeichnet, während der polygonale Säulenbereich 12, der an einem anderen Ende des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet ist, als zweiter polygonaler Säulenbereich 12B bezeichnet wird. In diesem Beispiel ist die „axiale Richtung“ eine axiale Richtung des Rotors und eine Richtung, die durch den Pfeil RA gemäß 1 angezeigt wird.
2 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Permanentmagnete 2 und des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A gemäß 1. Eine Vielzahl von Eckbereichen 12C ist an einem äußeren Umfangsbereich des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A ausgebildet. Die Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten 2 ist mit einer Oberfläche eines Paares von Oberflächen verbunden, die den Eckbereich 12C des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A bilden.
3 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Permanentmagnete 2 und des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B gemäß 1. Eine Vielzahl von Eckbereichen 12D ist an einem äußeren Umfangsbereich des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B ausgebildet. Die Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten 2 ist mit einer von zwei Oberflächen verbunden, die den Eckbereich 12D des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B bilden.
4 ist eine Draufsicht in axialer Mittelstellung zur Veranschaulichung der Permanentmagnete 2 und des zylindrischen Bereichs 11 gemäß 1. Jeder der Permanentmagnete 2 wird an einer Stelle mit dem zylindrischen Bereich 11 in Kontakt gehalten.
Wie in 1 dargestellt, sind die Permanentmagnete 2 mit dem Rotorkern 1 in einem Zustand verbunden, in dem die Permanentmagnete 2 in Bezug auf die Axialrichtung schräg liegen. Mit anderen Worten, der Rotor hat eine schräge Struktur. Die flache Oberfläche des Permanentmagneten 2 wird in Kontakt mit einer flachen Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und einer flachen Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B gehalten.
Bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Anordnung werden die Permanentmagnete in Umfangsrichtung durch Verwendung des Paares polygonaler Stützkörper positioniert, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs des Rotorkerns in axialer Richtung angeordnet sind, um die Genauigkeit der Positionen der Permanentmagnete in Umfangsrichtung zu verbessern. Die Positionen der flachen Oberflächen der jeweiligen polygonalen Stützkörper, die mit den Permanentmagneten in Kontakt zu halten sind, passen in Umfangsrichtung in axialer Richtung zueinander. Daher ist es schwierig, die Permanentmagnete jeweils mit der flachen Verbindungsoberfläche mit einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns in einem Zustand zu verbinden, in dem die Permanentmagnete in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegen.
Im Gegensatz dazu stimmen bei der vorliegenden Erfindung ein Zentrum 12AC der flachen Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und ein Zentrum 12BC des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B aus axialer Sicht nicht überein. Mit anderen Worten, das Zentrum 12AC der flachen Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und das Zentrum 12BC des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B haben eine solche Positionsbeziehung, dass das Zentrum 12AC und das Zentrum 12BC in Umfangsrichtung nicht übereinstimmen.
Es ist nämlich der Schwerpunkt in Umfangsrichtung auf der flachen Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A so angeordnet, dass er in Umfangsrichtung von dem Schwerpunkt in Umfangsrichtung auf der flachen Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B um den zylindrischen Bereich 11 beabstandet ist. In diesem Fall ist die Umfangsrichtung die Umfangsrichtung des zylindrischen Bereichs 11.
Daher können die Permanentmagnete 2 mit jeweils der flachen Verbindungsoberfläche mit dem Rotorkern in einem Zustand verbunden werden, in dem die Permanentmagnete 2 in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegen. Weiterhin können die flache Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und die flache Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B, mit denen die benachbarten Permanentmagnete 2 verbunden sind, leicht gebildet werden, ohne sich gegenseitig zu stören.
Wenn die Permanentmagnete 2 mit dem zylindrischen Bereich 11 des Rotorkerns 1 in einem Zustand verbunden sind, in dem die Permanentmagnete 2 in axialer Richtung schräg liegen, d.h. die Permanentmagnete 2 mit dem zylindrischen Bereich 11 des Rotorkerns 1 schräg verbunden sind, wird jeder der Permanentmagnete 2 an nur einem Kontaktbereich mit dem zylindrischen Bereich 11 in Kontakt gehalten. Daher ist es schwierig, die Permanentmagnete 2 am zylindrischen Bereich 11 an bestimmten Positionen in Umfangsrichtung unter einem bestimmten Schrägwinkel zu befestigen. Weiterhin nimmt der Abstand zwischen den Permanentmagneten 2 und dem zylindrischen Bereich 11 in axialer Richtung nach außen zu.
Daher wird ein Bereich, über den der Permanentmagnet 2 durch Verwendung eines Klebstoffs oder eines anderen Materials verbunden werden kann, reduziert und damit die Verbindungsfestigkeit verringert. Bei der in dem Patentdokument 2 beschriebenen Anordnung wird die Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten zum Rotorkern zu einer gekrümmten Oberfläche geformt, die sich entlang des Rotorkerns erstreckt, so dass der Halt des Permanentmagneten auf dem Rotorkern verbessert wird. In diesem Fall steigen jedoch die Herstellungskosten des Permanentmagneten, so dass der Rotor teuer wird.
Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung der Permanentmagnet 2 von der flachen Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und der flachen Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B gehalten. Dadurch kann die Positioniergenauigkeit verbessert werden. Darüber hinaus kann auch dann, wenn die Permanentmagnete 2 mit jeweils der flachen Verbindungsoberfläche und kostengünstig in axialer Richtung schräg angeordnet sind, die Positioniergenauigkeit für die Permanentmagnete 2 erhöht werden. Weiterhin kann eine Abweichung zwischen den Positionen der Permanentmagnete bei der Herstellung reduziert werden. Weiterhin kann ein Rastmoment durch die Übernahme der schräge Struktur für den Rotor effektiv reduziert werden.
Auch wenn sich die flache Oberfläche 12AS und die flache Oberfläche 12BS nicht auf der gleichen Ebene befinden und eine der flache Oberflächen in Bezug auf eine andere der flache Oberflächen schräg liegt, wird der Permanentmagnet 2 mit zwei Bereichen, d.h. mit der flachen Oberfläche 12AS oder der flachen Oberfläche 12BS und mit dem zylindrischen Bereich 11 des Rotorkerns 1 in Kontakt gehalten. Im Vergleich zu dem Fall, in dem der Permanentmagnet 2 nur einen Kontaktbereich auf dem zylindrischen Bereich 11 aufweist, wird daher die Positioniergenauigkeit für die Permanentmagnete 2 in dem Fall verbessert, in dem die Permanentmagnete 2 in Bezug auf die axiale Richtung schräg angeordnet sind.
Für den Rotorkern 1 kann durch die Herstellung des zylindrischen Bereichs 11, des ersten polygonaler Säulenbereichs 12A und des zweiten polygonaler Säulenbereichs 12B als integrales Element aus einem einzigen Stahlwerkstoff durch Schneidarbeiten/Fräsen eine Positionsvariation z.B. in Bezug auf die Koaxialität zwischen dem zylindrischen Bereich 11, dem ersten polygonaler Säulenbereich 12A und dem zweiten polygonaler Säulenbereich 12B reduziert werden. Auf diese Weise können die Permanentmagnete 2 mit hoher Genauigkeit positioniert werden. Darüber hinaus kann das Rastmoment effektiv reduziert werden.
Für die kostengünstigere Herstellung wird jedoch der zylindrische Bereich 11 durch Schneidearbeiten/Fräsen aus einem Rundstab hergestellt. Der erste polygonale Säulenbereich 12A und der zweite polygonale Säulenbereich 12B werden durch Laminieren von dünnen Blechen hergestellt, die jeweils durch Stanzen gebildet werden, und durch Schneidearbeiten/Fräsen an dem Laminat hergestellt oder aus gepressten Pulverkernen gebildet. Durch die Kombination des so hergestellten zylindrischen Bereichs 11, des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B kann der Rotorkern 1 gebildet werden.
Bei einem großen Außendurchmesser des Rotors wird die Verarbeitung des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B teuer. Daher können separat hergestellte Teile befestigt werden. Wenn der zylindrische Bereich 11, der erste polygonale Säulenbereich 12A und der zweite polygonale Säulenbereich 12B unabhängige Teile sind, können auf diese Weise Vorsprünge zur Positionierung an den Verbindungsflächen des zylindrischen Bereichs 11, des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B gebildet werden, um die Positionierung zwischen dem zylindrischen Bereich 11 und dem ersten polygonalen Säulenbereich 12A und zwischen dem zylindrischen Bereich 11 und dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B mit hoher Genauigkeit zu erreichen.
Weiterhin werden, wenn die polygonalen Säulenbereiche 12 magnetische Körper sind, die flachen Bereiche der polygonalen Säulenbereiche 12 in engem Kontakt mit den Permanentmagneten 2 gehalten. Infolgedessen erhöht sich die Permeanz des Magnetwegs für den von jedem der Permanentmagnete 2 erzeugten Magnetfluss, um eine Magnetflussmenge zu erhöhen. Auf diese Weise kann das Drehmoment der elektrischen Drehmaschine verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Rotorkern 1 einschließlich des zylindrischen Bereichs 11 und das Paar polygonaler Säulenbereiche 12 auf, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet sind, und die Permanentmagnete 2 mit jeweils der Verbindungsoberfläche, die flach und mit dem Rotorkern 1 verbunden ist. Das Paar polygonaler Säulenbereiche 12 besitzt die flache Oberfläche 12AS und die flache Oberfläche 12BS, die so angeordnet sind, dass die Mittelpositionen in axialer Richtung gesehen voneinander beabstandet sind. Die Verbindungsoberflächen von jedem der Permanentmagnete 2 ist mit der flachen Oberfläche 12AS und der flachen Oberfläche 12BS des Paares polygonaler Säulenbereiche 12 unter dem Zustand verbunden, in dem die Permanentmagnete 2 in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegen.
Daher können die Permanentmagnete 2 mit dem Rotorkern 1 mit hochgenauer Positionierung verbunden werden. Gleichzeitig können die Permanentmagnete 2 mit dem Rotorkern 1 in dem Zustand verbunden werden, in dem die Permanentmagnete 2 in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegen. Die Verbindungsoberfläche jedes der Permanentmagnete 2 ist flach, so dass die Permanentmagnete 2 kostengünstig hergestellt werden können. Wenn weiterhin die polygonalen Säulenbereiche 12 magnetische Körper sind, ermöglicht der enge Kontakt zwischen den Permanentmagneten 2 und den polygonalen Säulenbereichen 12 eine Verbesserung der magnetischen Flussmenge, was das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine verbessert.
Bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform ist die Welle zur Aufnahme des Rotors fortgelassen. Obwohl jeder der zylindrischen Bereiche 11, der erste polygonale Säulenbereich 12A und der zweite polygonale Säulenbereich 12B als gleichmäßige Vollkörper bezüglich einer Mittelachse in 1 dargestellt sind, können der zylindrische Bereich 11, der erste polygonale Säulenbereich 12A und der zweite polygonale Säulenbereich 12B auch hohl sein.
In den Hohlbereichen kann als Welle ein massiver oder hohlzylindrischer Körper angeordnet werden, der sich in axialer Richtung erstreckt. Alternativ können zu einer Welle verlängerte Bereiche des zylindrischen Bereichs 11, die mit dem zylindrischen Bereich 11 fest verbunden sind, ausgebildet werden. Die verlängerten Bereiche durchsetzen den hohlen ersten polygonalen Säulenbereich 12A und den hohlen zweiten polygonalen Säulenbereich 12B, um sich axial nach außen vom ersten polygonalen Säulenbereich 12A und dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B zu erstrecken, und werden mit einem entsprechend ausgewählten Außendurchmesser hergestellt.
Obwohl die Oberflächen von jedem der Permanentmagnete 2, die mit dem Rotorkern 1 verbunden/verklebt werden sollen, eben ist, muss eine Oberfläche auf der der ebenen Oberfläche gegenüberliegenden Seite nicht eben sein. In diesem Fall kann die Form des Permanentmagneten 2 beispielsweise auf einer Seite kreisförmig und auf der gegenüberliegenden Seite flach sein, wie in 5 dargestellt, oder trapezförmig, wie in 6 dargestellt. In diesen Fällen wird das Drehmoment verbessert, kombiniert mit einer Erhöhung des magnetischen Flusses zu einem Stator gegenüber dem Rotor. Weiterhin ändert sich in diesen Fällen eine vom Permanentmagneten 2 erzeugte magnetomotorische Kraftverteilung sanft in Umfangsrichtung im Vergleich zu dem Fall, in dem der Permanentmagnet 2 eine flache Oberfläche aufweist. Dadurch kann das Rastmoment weiter reduziert werden.
Ausführungsform 2
Zwar ist ein Rotor mit sechs Polen bei der ersten Ausführungsform beschrieben, aber es kann eine beliebige Anzahl von Polen vorgesehen werden. 7 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Polzahl größer als die Polzahl bei der ersten Ausführungsform und beträgt 22. Insbesondere ist die Anzahl der Permanentmagnete 2 zweiundzwanzig. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform.
Mit zunehmender Polzahl wird das Drehmoment der elektrischen Drehmaschine verbessert. Mit zunehmender Anzahl der Permanentmagnete 2 besteht jedoch ein höheres Risiko, dass sich die Fertigungsabweichung zwischen den Montagepositionen für die Permanentmagnete 2 erhöhen kann. Daher sind die polygonalen Säulenbereiche 12 der vorliegenden Erfindung und die hochgenaue Positionierung mit den polygonalen Säulenbereichen 12 ausschlaggebend.
Wie vorstehend beschrieben, kann ein Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine verbessern und die Zunahme von Fertigungsschwankungen zwischen den Montagepositionen für die Permanentmagnete 2 im Vergleich zur ersten Ausführungsform unterdrücken.
Ausführungsform 3
8 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Paares von polygonalen Säulenbereichen in einem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die flache Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und die flache Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B sind auf der gleichen Ebene angeordnet.
Mit anderen Worten, die flache Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und die flache Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B des Paares polygonaler Säulenbereiche 12, mit denen die Verbindungsoberfläche des gleichen Permanentmagneten 2 verbunden ist, sind auf der gleichen Ebene angeordnet. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform.
Die flache Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und die flache Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B sind auf der gleichen Ebene angeordnet. Daher wird die Haftung zwischen dem ersten polygonalen Säulenbereich 12A und den Permanentmagneten 2 und zwischen dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B und den Permanentmagneten 2 verbessert, was den Halt der Permanentmagnete 2 durch den ersten polygonalen Säulenbereich 12A und den zweiten polygonalen Säulenbereich 12B verbessert. Auf diese Weise kann im Vergleich zur ersten Ausführungsform die Positioniergenauigkeit weiter verbessert werden.
Darüber hinaus kann mit der schrägen Struktur das Rastmoment effektiv reduziert werden. Weiterhin wird die Kontaktfläche zwischen jedem der Permanentmagnete 2 und dem Rotorkern 1 vergrößert, um die Permeanz des Magnetwegs für den von jedem der Permanentmagnete 2 erzeugten Magnetfluss zu erhöhen. Dadurch wird die magnetische Flussmenge erhöht, so dass das Drehmoment verbessert ist. Daher ist ein magnetisches Stahlblechmaterial mit hoher Permeabilität als Material für die polygonalen Säulenbereiche 12 wünschenswert.
Wie vorstehend beschrieben, sind bei dem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die flache Oberfläche 12AS und die flache Oberfläche 12BS des Paares polygonaler Säulenbereiche 12, mit denen die Verbindungsoberfläche des gleichen Permanentmagneten 2 verbunden werden soll, auf der gleichen Ebene angeordnet. Dadurch kann die Haftung zwischen dem ersten polygonalen Säulenbereich 12A und den Permanentmagneten 2 und zwischen dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B und den Permanentmagneten 2 verbessert werden. Auf diese Weise kann der Halt für die Permanentmagnete 2 durch den ersten polygonalen Säulenbereich 12A und den zweiten polygonalen Säulenbereich 12B verbessert werden.
Ausführungsform 4
9 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines polygonalen Säulenbereichs in einem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Ebene des polygonalen Säulenbereichs 12, die senkrecht zur Achsrichtung steht, hat eine asymmetrische Form in Bezug auf eine entsprechend ausgewählte Mittellinie 12CA, die durch die Mitte des polygonalen Säulenbereichs 12 verläuft. Mit anderen Worten, die Form des polygonalen Säulenbereichs 12 ist, in axialer Richtung gesehen, asymmetrisch zur Mittellinie 12CA.
Die gestrichelte Linie 12R in 9 zeigt eine Form an, die durch vertikales Umklappen der Ebene des polygonalen Säulenbereichs 12, die senkrecht zur Axialrichtung steht, um die Mittellinie 12CA erhalten wird. Die gestrichelte Linie 12R entspricht der Form einer Ebene des anderen polygonalen Säulenbereichs 12, die senkrecht zur axialen Richtung steht. Mit anderen Worten, wenn die Form des einen polygonaler Säulenbereichs 12 in axialer Richtung vertikal um die Mittellinie 12CA gedreht wird, entspricht die Form des einen polygonalen Säulenbereichs 12 in axialer Richtung der Form des anderen polygonalen Säulenbereichs 12 in axialer Richtung. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform.
Wenn der Permanentmagnet 2 mit der flachen Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und der flachen Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B verbunden wird, werden die flache Oberfläche 12AS und die flache Oberfläche 12BS gebildet, die dem Permanentmagnet 2 entsprechen. Daher kann der Permanentmagnet 2 schräg verbunden/verklebt werden, ohne durch andere Teile als die flache Oberfläche 12AS und die flache Oberfläche 12BS behindert zu werden. Weiterhin kann jeder von dem ersten polygonalen Säulenbereich 12A und dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B aus dem gleichen Material gebildet werden. So können beispielsweise beim Pressenformen eines dünnen Blechs der erste polygonale Säulenbereich 12A und der zweite polygonale Säulenbereich 12B mit einer Art Matrize hergestellt werden.
Weiterhin wird im Falle eines bearbeiteten Gegenstandes, der durch Bearbeitung, wie z.B. funkenerosives Bearbeiten mittels eines Drahtes gebildet wird, nachdem ein polygonaler säulenförmiger Körper, der sich in axialer Richtung erstreckt, durch Einzelbearbeitung ausgeschnitten worden ist, der polygonale säulenförmige Körper in mehrere Teile in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung unterteilt. Auf diese Weise können der erste polygonale Säulenbereich 12A und der zweite polygonale Säulenbereich 12B gleichzeitig und damit kostengünstig hergestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Form des polygonaler Säulenbereichs 12 in axialer Richtung gegenüber der Mittellinie 12CA asymmetrisch und entspricht der Form des anderen polygonaler Säulenbereichs 12 in axialer Richtung, wenn er vertikal um die Mittellinie 12CA umgekehrt oder umgeklappt ist. Daher können die Permanentmagnete 2 schräg verbunden/verklebt werden, ohne durch die anderen Bereiche als die flachen Oberflächen 12AS und die flachen Oberflächen 12BS behindert zu werden. Darüber hinaus kann das Paar von polygonalen Säulenbereiche 12 kostengünstig hergestellt werden.
Ausführungsform 5
10 ist eine Draufsicht zur Darstellung von Permanentmagneten und von einem polygonalen Säulenbereich in einem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine außendurchmesserseitige Profillinie einer Ebene des polygonalen Säulenbereichs 12, der senkrecht zur Achsrichtung steht, weist eine Anzahl von Knickpunkten 12V auf, und zwar doppelt so viele wie die Anzahl der Permanentmagnete 2, nämlich doppelt so viele wie die Anzahl der Pole. Mit anderen Worten, die Außenform des polygonalen Säulenbereichs 12 in axialer Richtung ist eine polygonale Form, und die Anzahl der Knickpunkte ist doppelt so groß wie die Anzahl der Pole.
Es ist wünschenswert, dass die Knickpunkte 12V so angeordnet sind, dass eine Seite des polygonalen Säulenbereichs 12 parallel zur flachen Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten 2 auf der Ebene des polygonalen Säulenbereichs 12 verläuft, der senkrecht zur axialen Richtung steht. Weiterhin ist es wünschenswert, dass die Knickpunkte 12V so angeordnet sind, dass eine Seite einer Außendurchmesserform des polygonalen Säulenbereichs 12, die senkrecht zur Axialrichtung steht, größer ist als eine lange Seite eines Querschnitts des Permanentmagneten 2, die senkrecht zur Axialrichtung steht. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform.
Die außendurchmesserseitige Profillinie der Ebene des polygonalen Säulenbereichs 12, die senkrecht zur Achsrichtung steht, weist eine doppelt so hohe Anzahl von Knickpunkten 12V auf wie die Anzahl der Pole. Daher weist der polygonale Säulenbereich 12 ein Paar flache Oberflächen auf, die jedem der Permanentmagnete 2 entsprechen. Auf diese Weise können die Permanentmagnete 2 schräg befestigt/verklebt werden. So hat der polygonale Säulenbereich 12 eine einfache planare Form. Daher kann bei der Stanzbearbeitung an einem dünnen Blech die Anzahl der Ausführungsmale eines Stanzschrittes minimiert werden.
Im Falle von Zerspanungsarbeiten kann die Anzahl der Ausführungsmale eines Bearbeitungsschrittes minimiert werden. Dadurch können die Verarbeitungskosten für die Bildung des polygonalen Säulenbereichs 12 auf ein Minimum reduziert werden. Weiterhin wird der polygonale Säulenbereich 12 mit einer maximalen Dicke und mit der flachen Oberflächen zum Halten der Permanentmagnete 2 erhalten. Dadurch kann ein Rotorkern 1 mit einer hohen Steifigkeit erreicht werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Außenform des polygonalen Säulenbereichs 12 in axialer Richtung eine polygonale Form mit einer Anzahl von Knickpunkten, die doppelt so hoch ist wie die Anzahl der Pole. Somit weist der polygonale Säulenbereich 12 ein Paar flache Oberflächen auf, die jeweils einem der Permanentmagnete 2 entsprechen.
Auf diese Weise können die Permanentmagnete 2 schräg befestigt/verklebt werden. Weiterhin hat der polygonale Säulenbereich 12 eine einfache planare Form. Dadurch können die Verarbeitungskosten für die Bildung des polygonalen Säulenbereichs 12 auf ein Minimum reduziert werden. Weiterhin kann der polygonale Säulenbereich 12 mit einer großen Dicke erhalten werden, so dass ein Rotorkern 1 mit einer hohen Steifigkeit erhalten werden kann.
Ausführungsform 6
11 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine weist einen Rotorkern 1 und eine Vielzahl von Permanentmagneten 2 auf, die am äußeren Umfangsbereich des Rotorkerns 1 angeordnet sind. Der Rotorkern 1 weist den zylindrischen Bereich 11 und das Paar polygonaler Säulenbereiche 12 auf, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet sind.
In diesem Beispiel wird der polygonale Säulenbereich 12 des Paares von polygonalen Säulenbereichen 12, der an dem einen Ende des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet ist, als erster polygonaler Säulenbereich 12A bezeichnet, während der polygonale Säulenbereich 12, der an dem anderen Ende des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet ist, als zweiter polygonaler Säulenbereich 12B bezeichnet wird.
12 ist eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß 11. Die Rotorkern 1 hat weiterhin eine Vielzahl von Vorsprüngen 13, die am äußeren Umfangsbereich des polygonalen Säulenbereichs 12 gebildet sind. Die Vielzahl der Vorsprünge 13 ist jeweils nur auf einer Seite des Permanentmagneten 2 in Umfangsrichtung ausgebildet. Mit anderen Worten, der Rotorkern 1 weist weiterhin die Vorsprünge 13 auf, die jeweils auf einer Seite des Permanentmagneten 2 in Umfangsrichtung gebildet werden. Die Vorsprünge 13 dienen als umlaufende Positionierungsbereiche, die konfiguriert sind, um die Permanentmagnete 2 in Umfangsrichtung in Bezug auf den polygonalen Säulenbereich 12 zu positionieren.
Die Vorsprünge 13 sind gleichwinklig angeordnet, ähnlich wie die Permanentmagnete 2. Wie in 11 dargestellt, weist jeder der Vorsprünge 13 eine quaderförmige Form auf, die die gleiche axiale Länge wie die axiale Länge des polygonalen Säulenbereichs 12 aufweist, der sich gleichmäßig in axialer Richtung erstreckt. Weiterhin sind die Vorsprünge 13 einstückig mit dem polygonalen Säulenbereich 12 ausgebildet. Weiterhin sind die Vorsprünge 13 auf den flachen Oberflächen 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und den flachen Oberflächen 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B des Rotorkerns 1 angeordnet.
Der gleiche Permanentmagnet 2, der mit der flachen Oberfläche 12AS und der flachen Oberfläche 12BS verbunden ist, wird mit einer Seite der quaderförmigen Form von jedem der Vorsprünge 13 in Kontakt gehalten. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform.
Um eine zwischen dem Vorsprung 13 und dem Permanentmagneten 12 erzeugte Spannung zu reduzieren oder ein Absplittern oder andere Defekte des Permanentmagneten 2 zu verhindern, kann an einem Kontaktbereich zwischen dem Vorsprung 13 und dem Permanent-magneten 2 eine Fase oder eine Verrundung gebildet werden. Weiterhin ist die Form des Vorsprung 13 nicht auf eine in axialer Richtung gleichmäßige Form beschränkt und kann beispielsweise eine Form sein, die unter dem gleichen Winkel wie die Längsseite des Permanentmagneten 2 schräg liegt und in Oberflächenkontakt mit dem Permanentmagneten 2 gehalten wird, oder eine Stufenform in axialer Richtung aufweisen, die eine Vielzahl von Kontaktbereichen aufweist, die in Kontakt mit dem Permanentmagneten 2 stehen.
Während bei der Herstellung des Rotors bei den oben beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsformen eine Vorrichtung zur Umfangspositionierung der mit dem Rotorkern 1 zu verbindenden Permanentmagnete 2 erforderlich ist, ist die Vorrichtung zur Umfangspositionierung aufgrund der Vorsprünge 13 bei der sechsten Ausführungsform nicht erforderlich. Dadurch können die Herstellungskosten weiter gesenkt werden. Weiterhin fixieren die Vorsprünge 13 die Permanentmagnete 2 und verhindern so, dass sich die Permanentmagnete 2 in Umfangsrichtung bewegen. Daher kann eine Scherspannung, die auf Befestigungsbereiche ausgeübt wird, wenn die Permanentmagnete 2 und der Rotorkern 1 gegenseitig durch Adhäsion fixiert sind, reduziert werden.
Dadurch kann die Gefahr einer Ablösung der Permanentmagnete 2 von dem Rotorkern 1 reduziert werden. Weiterhin werden die Vorsprünge 13 jeweils auf dem ersten polygonalen Säulenbereich 12A und dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B gebildet. Der auf dem ersten polygonalen Säulenbereich 12A gebildete Vorsprung 13 und der auf dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B gebildete Vorsprung 13 sind auf den in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten in Bezug auf den Permanentmagneten 2 angeordnet. Dadurch kann unabhängig von einer Drehrichtung die Gefahr des außer-Eingriffkommens der Permanentmagnete 2 reduziert werden.
Obwohl die auf den polygonalen Säulenbereichen gebildeten Vorsprünge, die an beiden Enden des Rotorkerns in axialer Richtung vorhanden sind, sich in axialer Richtung erstrecken, um die Permanentmagnete gemäß Patentdokument 1 wie bei der sechsten Ausführungsform abzustützen und in Umfangsrichtung zu positionieren, können die schräg angeordneten Permanentmagnete wegen des Vorhandenseins der Vorsprünge auf beiden Seiten des Permanentmagneten in Umfangsrichtung nicht gehalten werden. Mit der Konfiguration, bei der die Vorsprünge 13 nur einseitig in Umfangsrichtung wie bei der sechsten Ausführungsform vorhanden sind, können die schräg angeordneten Permanentmagnete 2 in Umfangsrichtung gehalten werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Rotorkern 1 für den Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin die Vorsprünge 13 auf, die jeweils auf einer Seite des Permanentmagneten 2 in Umfangsrichtung gebildet sind. Dadurch können die Positionen der Permanentmagnete 2 in Umfangsrichtung leicht bestimmt werden.
Ausführungsform 7
13 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 14 ist eine Draufsicht zur Darstellung des Rotors für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß 13. Der Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine weist einen Rotorkern 1 und eine Vielzahl von Permanentmagneten 2 auf, die am äußeren Umfangsbereich des Rotorkerns 1 angeordnet sind. Der Rotorkern 1 weist den zylindrischen Bereich 11 und das Paar polygonaler Säulenbereiche 12 auf, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet sind.
In diesem Beispiel wird der polygonale Säulenbereich 12 des Paares von polygonalen Säulenbereichen 12, der an dem einen Ende des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet ist, als erster polygonaler Säulenbereich 12A bezeichnet, während der polygonale Säulenbereich 12, der an dem anderen Ende des zylindrischen Bereichs 11 in axialer Richtung angeordnet ist, als zweiter polygonaler Säulenbereich 12B bezeichnet wird.
Der Rotorkern 1 weist weiterhin eine Vielzahl von Vorsprüngen 14 auf, die am äußeren Umfangsbereich des polygonalen Säulenbereichs 12 gebildet sind. Die Vielzahl der Vorsprünge 14 ist jeweils nur auf einer Seite des Permanentmagneten 2 in Umfangsrichtung ausgebildet. Mit anderen Worten, es weist der Rotorkern 1 weiterhin die Vorsprünge 14 auf, die jeweils auf einer Seite des Permanentmagneten 2 in Umfangsrichtung gebildet werden.
Ein Vorsprung 14 weist einen umlaufenden Positionierungsbereich 14A auf, der konfiguriert ist, um den Permanentmagneten 2 in Umfangsrichtung in Bezug auf den polygonalen Säulenbereich 12 zu positionieren, und weist einen Ausrastschutzbereich 14B auf, der konfiguriert ist, um eine radiale Auswärtsbewegung des Permanentmagneten 2 in Bezug auf den polygonalen Säulenbereich 12 zu begrenzen.
Die planare Form des Vorsprungs 13, der senkrecht zur Achsrichtung steht, ist bei der sechsten Ausführungsform rechteckig. Die planare Form des Vorsprung 14, der senkrecht zur Achsrichtung steht, hat bei der siebten Ausführungsform jedoch eine L-Form. Die Vielzahl der Vorsprünge 14 ist in gleichen Winkelabständen angeordnet. Weiterhin ist der Vorsprung 14 ein polygonaler säulenförmiger Körper, der sich in axialer Richtung erstreckt, ähnlich wie der polygonale Säulenbereich 12, der sich gleichmäßig in axialer Richtung erstreckt.
Weiterhin werden die Vorsprünge 14 auf der flachen Oberfläche 12AS des ersten polygonalen Säulenbereichs 12A und auf der flachen Oberfläche 12BS des zweiten polygonalen Säulenbereichs 12B gebildet. Weiterhin wird der gleiche Permanentmagnet 2, der mit der flachen Oberflächen 12AS und 12BS verbunden ist, mit einer Seite jedes der Vorsprünge 14 in Kontakt gehalten. Daher können ähnlich wie bei der sechsten Ausführungsform die Wirkungen der Erhöhung der Genauigkeit der Positionierung der Permanentmagnete 2 in Umfangsrichtung und der Verringerung des Risikos einer Freisetzung der Permanentmagnete 2 erzielt werden.
Weiterhin hat der Vorsprung 14 einen Bereich, der einen Außendurchmesser des Permanentmagneten 2 abdeckt. Daher kann auch bei Ablösung des Permanentmagneten 2 von dem Rotorkern 1 das Ablösen des Permanentmagneten 2 zur radial äußeren Seite hin verhindert werden, um die Gefahr einer Kollision des Permanentmagneten 2 mit dem Stator oder anderen Komponenten und andere Risiken zu vermeiden.
Bei der in dem Patentdokument 3 beschriebenen Ausführung sind an beiden Enden des Rotors in axialer Richtung Y-förmige Vorsprünge zur Verhinderung des außer-Eingriffkommens von Permanentmagneten ausgebildet. Die Y-förmigen Vorsprünge halten jedoch den Permanentmagneten auf beiden Seiten in Umfangsrichtung, und die Positionen der Y-förmigen Vorsprünge, die die gleichen Permanentmagnete halten, stimmen in axialer Richtung überein. Daher ist es schwierig, die auf dem Rotorkern angeordneten Permanentmagnete schräg zu halten. Im Gegensatz dazu ist bei der siebten Ausführungsform der L-förmige Vorsprung 14 nur auf einer Seite der Permanentmagnete 2 angeordnet und die Vorsprünge 14 halten den Permanentmagneten 2. Somit können die Permanentmagnete 2 auch bei schräger Anordnung der Permanentmagnete 2 problemlos gehalten werden.
Weiterhin sind die L-förmigen Vorsprünge 14 innerhalb eines Kreises 2C angeordnet, der durch Punkte der Permanentmagnete 2 gebildet ist, die sich auf einem äußersten Durchmesser befinden. Auf diese Weise sind die Permanentmagnete 2 am äußersten Durchmesser des Rotors angeordnet. Somit strömt zur Bildung der rotierenden elektrischen Maschine eine große Menge an magnetischem Fluss zum Stator. Dadurch kann das Drehmoment erhöht werden. In der Nähe des L-förmigen Vorsprunges 14 hingegen tritt der Magnetfluss des Permanentmagneten 2 zum Vorsprung 14 aus. Daher ist es wünschenswert, dass die Umfangsbreite 14W des Vorsprunges 14 und die Dicke 14T, die die radiale Breite eines Außendurchmesserbereiches des Vorsprunges 14 ist, so klein wie möglich sind. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Rotorkern 1 des Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin die Vorsprünge 14 auf, die jeweils auf einer Seite des Permanentmagneten 2 in Umfangsrichtung und auf der radialen Außenseite des Permanentmagneten 2 gebildet sind. Daher werden die Effekte der Erhöhung der Genauigkeit der Positionierung der Permanentmagnete 2 in Umfangsrichtung und der Verringerung des Risikos der Ablösung der Permanentmagnete 2 erzielt. Weiterhin kann selbst bei einem Freikommen des Permanentmagneten 2 von dem Rotorkern 1 das außer-Eingriffkommen des Permanentmagneten 2 zur radial äußeren Seite verhindert werden.
Ausführungsform 8
15 ist eine Seitenansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die planare Form des Permanentmagneten 2 von der radial äußeren Seite gesehen ist eine rechteckige Form. Weiterhin erstreckt sich der Permanentmagnet 2 so, dass eine Querschnittsform senkrecht zu einer Längsrichtung über die Längsrichtung gleichmäßig ist. Mit anderen Worten, der Permanentmagnet 2 ist so geformt, dass er eine quaderförmige Form aufweist.
Bei der in dem Patentdokument 2 beschriebenen Ausführung ist eine planare Form des Permanentmagneten von der radial äußeren Seite gesehen rautenförmig. Für eine solche Form muss der Permanentmagnet nach der Formung bearbeitet werden. Dadurch werden die Herstellungskosten erhöht. Im Gegensatz dazu ist der Permanentmagnet 2 bei der achten Ausführungsform leicht zu formen und kann kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin sind, wenn die planare Form des Permanentmagneten rhombisch ist, wie in Patentdokument 2 beschrieben, beide Enden des Permanentmagneten 2 in axialer Richtung groß.
So nimmt der Streumagnetfluss zum Statorkern zu, was die magnetische Flussmenge in axialer Richtung ungleichmäßig macht, was dann zu einer Erhöhung des Rastmoments führt. Bei der achten Ausführungsform ist die planare Form die rechteckige Form. Daher ist es unwahrscheinlicher, dass ein magnetischer Streufluss erzeugt wird. Dadurch kann das Rastmoment reduziert werden. Die restliche Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Permanentmagnet 2 des Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnet-Maschine gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung quaderförmig ausgebildet und kann daher kostengünstig hergestellt werden. Darüber hinaus kann das Rastmoment reduziert werden. Obwohl die Form des Permanentmagneten 2 bei der achten Ausführungsform als quaderförmige Form beschrieben wurde, muss der Permanentmagnet 2 nur eine planare Form aufweisen, die von einer Seitenfläche aus gesehen rechteckig ist, wie die Form des Permanentmagneten 2. Daher kann eine Querschnittsform senkrecht zur Längsrichtung eine halbzylindrische Form oder eine trapezförmige Form sein. Mit den oben genannten Formen können das Drehmoment verbessert und das Rastmoment, wie bei der ersten Ausführungsform, reduziert werden.
Ausführungsform 9
16 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung eines Rotors für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 17 ist eine Seitenansicht zur Darstellung eines Rotorendes für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß 16 in axialer Richtung. Der Rotorkern 1 weist weiterhin Vorsprünge 15 auf, die so geformt sind, dass sie sich auf der axial äußeren Seite der Permanentmagnete 2 befinden. Der Permanentmagnet 2 hat eine quaderförmige Form, die in Bezug auf die axiale Richtung schräg liegt.
Wenn also mindestens zwei von vier Eckpunkten einer Seitenform des Permanentmagneten 2 in der gleichen Ebene wie eine Ebene liegen, in der der polygonale Säulenbereich 12 des Rotorkerns 1 von einer Seitenfläche aus gesehen vorhanden ist, wird zwischen dem Permanentmagneten 2 und einer Endfläche des Rotorkerns 1 in axialer Richtung ein Freiraum 16 für die flache Oberfläche 12AS des Rotorkerns 1, die den Permanentmagneten 2 hält, gebildet.
Der Vorsprung 15 ist im Freiraum 16 angeordnet. Obwohl nicht eigens dargestellt, ist der Freiraum 16 auch für die flache Oberfläche 12BS gebildet, und der Vorsprung 15 ist im Freiraum 16 angeordnet. Der Vorsprung 15 dient als axialer Positionierungsbereich, der an einer Außenseite des Permanentmagneten 2 in Längsrichtung ausgebildet ist. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der achten Ausführungsform.
Die Permanentmagnete 2 werden von den Vorsprüngen 15 mit hoher Genauigkeit in axialer Richtung positioniert, so dass Fertigungsschwankungen reduziert werden können. Weiterhin werden die Permanentmagnete 2 mit hoher Genauigkeit in axialer Richtung positioniert, so dass der Effekt der Reduzierung des Rastmoments durch die Schräglage effektiv genutzt werden kann.
Für die Herstellung der Vorsprünge 15 wird jeder von dem ersten polygonalen Säulenbereich 12A und dem zweiten polygonalen Säulenbereich 12B aus einem Laminat aus dünnen Blechen gebildet, so dass mehrere dünne Bleche an beiden Enden in axialer Richtung jeweils dünne Bleche mit Vorsprüngen und die anderen dünne Bleche ohne Vorsprünge sind. Die oben genannte Struktur ist kostengünstig herstellbar und daher gut geeignet.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Rotorkern 1 für den Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiterhin die Vorsprünge 15 auf, die so geformt sind, dass sie sich in Längsrichtung auf der Außenseite der Permanentmagnete 2 befinden. Daher können die Permanentmagnete 2 mit hoher Genauigkeit in axialer Richtung positioniert werden.
Ausführungsform 10
18 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung einer rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 18 ist zur Veranschaulichung der Rotorstruktur ein Statorkern 3 nur teilweise dargestellt. Ein Rotor für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von Rotorkernen 1, die nacheinander in axialer Richtung angeordnet sind, und eine Vielzahl von Permanentmagnete 2 auf, die am äußeren Umfangsbereich von jedem der Rotorkerne 1 angeordnet sind. In diesem Beispiel hat der Rotor für die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine ein Paar von Rotorkernen 1. Das Paar von Rotorkernen 1 ist in axialer Richtung aufeinandergestapelt.
In diesem Beispiel wird einer der beiden in axialer Richtung aufeinander gestapelten Rotorkerne 1 als erster Rotorkern 1A und einer der beiden Rotorkerne 1 als zweiter Rotorkern 1B bezeichnet. Die Vielzahl von Permanentmagneten 2, die an einem äußeren Umfangsbereich des ersten Rotorkerns 1A angeordnet sind, werden als erste Permanentmagnete 2A bezeichnet, und die Vielzahl von Permanentmagneten 2, die an einem äußeren Umfangsbereich des zweiten Rotorkerns 1B angeordnet sind, werden als zweite Permanentmagnete 2B bezeichnet.
Der erste Rotorkern 1A und der zweite Rotorkern 1B sind gekoppelt an Enden, die in axialer Richtung miteinander in Kontakt gehalten werden und bilden eine symmetrische Form in Bezug auf eine Ebene senkrecht zur Axialrichtung. Mit anderen Worten, der polygonale Säulenbereich 12 des ersten Rotorkerns 1A, der sich auf der Seite des zweiten Rotorkerns 1B befindet, ist so angeordnet, dass er den polygonalen Säulenbereich 12 des zweiten Rotorkerns 1B, der sich auf der Seite des ersten Rotorkerns 1A befindet, aus axialer Sicht überlappt.
Weiterhin ist der polygonale Säulenbereich 12 des ersten Rotorkerns 1A, der sich auf der dem zweiten Rotorkern 1B gegenüberliegenden Seite befindet, so angeordnet, dass er den polygonalen Säulenbereich 12 des zweiten Rotorkerns 1B, der sich auf der dem ersten Rotorkern 1A gegenüberliegenden Seite befindet, in axialer Richtung überlappt.
Der erste Permanentmagnet 2A und der zweite Permanentmagnet 2B, die in axialer Richtung aneinandergrenzen, sind so angeordnet, dass sie in radialer Richtung gesehen ein V-förmiges Muster bilden. Mit anderen Worten, der erste Permanentmagnet 2A und der zweite Permanentmagnet 2B, die in axialer Richtung aneinandergrenzen, sind so angeordnet, dass sie ein symmetrisches Muster in Bezug auf Oberflächen senkrecht zur axialen Richtung bilden, in welcher der erste Rotorkern 1A und der zweite Rotorkern 1B in axialer Richtung miteinander in Kontakt gehalten werden.
Der Statorkern 3 ist rings um den ersten Rotorkern 1A, die ersten Permanentmagnete 2A, den zweiten Rotorkern 1B und die zweiten Permanentmagnete 2B angeordnet. Der Statorkern 3 ist so geformt, dass er eine in axialer Richtung gleichmäßige Form aufweist. Der erste Rotorkern 1A, die ersten Permanentmagnete 2A, der zweite Rotorkern 1B und die zweiten Permanentmagnete 2B sind so angeordnet, dass sie dem Statorkern 3 in radialer Richtung über einen Luftspalt dazwischen gegenüberliegen.
Der Stator weist den Statorkern 3 und eine Vielzahl von Statorwicklungen (nicht dargestellt) auf. Der Statorkern 3 weist eine Kernrückseite 31 mit einer ringförmigen Form und einer Vielzahl von Zähnen 32 auf, die von der Kernrückseite 31 radial nach innen ragen. Die Vielzahl der Statorwicklungen ist um die Vielzahl der Zähne 32 gewickelt, so dass sie um diese herum angeordnet sind. Der Statorkern 3 ist aus einem magnetischen/magnetisierbaren Material gefertigt.
Von einem Wechselrichter (nicht dargestellt) wird den Statorwicklungen ein Strom zugeführt. Durch die Stromzufuhr zu den Statorwicklungen wird im Luftspalt durch die Zähne ein magnetischer Fluss erzeugt. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform. Der Stator kann mit jedem der Rotoren der ersten bis neunten Ausführungsformen kombiniert werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden bei dem Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine zwischen den ersten Permanentmagneten 2A und dem Statorkern 3 erzeugte elektromagnetische Kraft in axialer Richtung und eine zwischen den zweiten Permanentmagneten 2B und dem Statorkern 3 erzeugte elektromagnetische Kraft in axialer Richtung aufgehoben. Dadurch wird nicht nur der Effekt der Reduzierung des Rastmoments durch die Schräglage erreicht, sondern es werden auch durch die elektromagnetischen Kräfte in axialer Richtung erzeugte Vibrationen und Geräusche reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Rotorkern
1A: erster Rotorkern
1B: zweiter Rotorkern
2: Permanentmagnet
2A: erster Permanentmagnet
2B: zweiter Permanentmagnet
3: Statorkern
11: zylindrischer Bereich
12: polygonaler Säulenbereich
12A: erster polygonaler Säulenbereich
12B: zweiter polygonaler Säulenbereich
12C, 12D: Eckbereich
13: Vorsprung
14: Vorsprung
15: Vorsprung
16: Freiraum
31: Kernrückseite
32: Zahn

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

JP 2015159639 A [0002]
JP 3086752 [0002]
JP 2009261191 A [0002]

Claims

Rotor für eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, der Folgendes aufweist: - einen Rotorkern mit einem zylindrischen Bereich und einem Paar von polygonalen Säulenbereichen, die an beiden Enden des zylindrischen Bereichs in einer axialen Richtung des Rotorkerns angeordnet sind; und - einen Permanentmagneten mit einer Verbindungsoberfläche, die flach ist und mit dem Rotorkern zu verbinden ist, wobei ein erster polygonaler Säulenbereich, der einer von dem Paar von polygonalen Säulenbereichen ist, und ein zweiter polygonaler Säulenbereich, der ein anderer des Paares von polygonalen Säulenbereichen ist, flache Oberflächen aufweisen, wobei der Schwerpunkt in der Umfangsrichtung des zylindrischen Bereichs auf der flachen Oberfläche des ersten polygonalen Säulenbereichs von dem Schwerpunkt in der Umfangsrichtung auf der flachen Oberfläche des zweiten polygonalen Säulenbereichs in der Umfangsrichtung beabstandet ist, und wobei die Verbindungsoberfläche des Permanentmagneten mit der flachen Oberfläche des ersten polygonalen Säulenbereichs und der flachen Oberfläche des zweiten polygonalen Säulenbereichs in einem Zustand verbunden ist, in dem der Permanentmagnet in Bezug auf die Axialrichtung schräg liegt.
Rotor nach Anspruch 1, wobei die flache Oberfläche des ersten polygonalen Säulenbereichs und die flache Oberfläche des zweiten polygonalen Säulenbereichs, an der die Verbindungsoberfläche desselben Permanentmagneten befestigt ist, auf derselben Ebene angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 2, wobei der eine von dem Paar von polygonalen Säulenbereichen, in axialer Richtung gesehen, eine Form aufweist, die in Bezug auf die Mittellinie davon asymmetrisch ist, und der Form des anderen von dem Paar von polygonalen Säulenbereichen, in axialer Richtung gesehen, entspricht, wenn die Form des einen polygonalen Säulenbereichs vertikal um dessen Mittellinie umgekehrt ist.
Rotor nach Anspruch 3, wobei jeder von dem Paar von polygonalen Säulenbereichen, in axialer Richtung gesehen, eine Außenform einer polygonalen Form mit einer Anzahl von Knickpunkten aufweist, die doppelt so groß ist wie die Anzahl von Polen.
Rotor nach Anspruch 3, wobei der Rotorkern ferner einen umlaufenden Positionierungsbereich aufweist, der auf einer Seite des Permanentmagneten in Umfangsrichtung ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 5, wobei der Rotorkern ferner einen Ausrückverhinderungsbereich aufweist, der an dem Umfangspositionierungsbereich ausgebildet und an einer radial äußeren Seite des Permanentmagneten angeordnet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Permanentmagnet so ausgebildet ist, dass er eine rechteckige Seitenflächenform aufweist.
Rotor nach Anspruch 7, wobei der Rotorkern ferner einen axialen Positionierungsbereich aufweist, der an einer Außenseite des Permanentmagneten in Längsrichtung des Rotorkerns ausgebildet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Vielzahl von Rotorkernen kontinuierlich in axialer Richtung angeordnet ist, wobei zwei der Rotorkerne, die in axialer Richtung aneinander angrenzen, so gekoppelt sind, dass sie eine symmetrische Form in Bezug auf Oberflächen an den Enden der beiden Rotorkerne bilden, die senkrecht zur axialen Richtung stehen und in axialer Richtung miteinander in Kontakt gehalten werden, und wobei die Permanentmagnete, die jeweils mit den beiden miteinander gekoppelten Rotorkernen verbunden sind, so angeordnet sind, dass sie ein V-förmiges Muster bilden, betrachtet in einer radialen Richtung auf den Rotorkern.
Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, die Folgendes aufweist: - einen Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und - einen Stator mit einem Statorkern, der so angeordnet ist, dass er dem Rotor mit einem Luftspalt dazwischen gegenüberliegt.