DE112017008150T5

DE112017008150T5 - Rotierende elektrische Permamentmagnetmaschine

Info

Publication number: DE112017008150T5
Application number: DE112017008150.5T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Isoda; Junji Kitao; Yoshihiro Miyama; Takuma Sasai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2020-07-16
Also published as: CN111316537A; JPWO2019097603A1; WO2019097603A1; CN111316537B; JP6929379B2

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine vorgesehen, die umfasst: Magneteinführöffnungen, die so gebildet sind, dass sie durch einen Rotorkern in einer axialen Richtung verlaufen; Permanentmagnete, die in die Magneteinführöffnungen eingeführt sind; Flusssperren, die so gebildet sind, dass sie von jeder der Magneteinführöffnungen hin zu beiden Seiten in einer Umfangsrichtung hervorstehen und durch den Rotorkern in der axialen Richtung verlaufen; und Ausschnittsabschnitte, die an q-Achsen in einer äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns gebildet sind, sodass sie sich von einem Ende zu einem anderen Ende in der axialen Richtung erstrecken, wobei, wenn eine minimale Eisenbreite auf der q-Achse von C dargestellt wird, und eine Umfangsbreite des Ausschnittsabschnitts von D dargestellt wird, eine Beziehung von C < D erfüllt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, und insbesondere eine Rotorstruktur.
Allgemeiner Stand der Technik
In einem Gebiet von rotierenden Elektromaschinen, die beispielsweise auf Industriemotoren, Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge anzuwenden sind, sind zum Verkleinern und für eine höhere Leistung rotierende elektrische Permanentmagnetmaschinen weit verbreitet verwendet worden, die keine Magnetfeldenergie von außen erfordern. Eine Statorwicklungsstruktur der rotierenden elektrischen Maschinen dieses Typs wird breit in konzentriertes Wickeln des Wickelns einer Spule um einen Zahn und verteiltes Wickeln des Wickelns einer Spule über eine Vielzahl von Zähnen klassifiziert. Im Vergleich zum verteilten Wickeln weist das konzentrierte Wickeln eine kleinere Spulenendlänge auf, wodurch es möglich ist, eine Motorwellenlänge zu vermindern. Eine in einem Stator erzeugte magnetomotorische Kraft, die die konzentrierte Wicklung aufweist, enthält harmonische Komponenten niedriger Ordnung, die nicht zum Drehmoment beitragen, und solche harmonischen Komponenten niedriger Ordnung können eine Zunahme der Drehmomentwelligkeit und die Erzeugung einer elektromagnetischen Erregerkraft verursachen, die einen Verformungsmodus niedriger Ordnung aufweist. Zur Zeit gewisser Drehzahlen, bei denen die elektromagnetische Erregerkraft zu einer Resonanzfrequenz einer Komponente der rotierenden Elektromaschine wie ein Rahmen passt, schwingt ferner der Rahmen, sodass er Geräusche erzeugt.
Mit Blick auf derartige Umstände sind rotierende elektrische Permanentmagnetmaschinen des Stands der Technik vorgeschlagen worden, die Ausschnittsabschnitte aufweisen, die auf q-Achsen in einer äußeren peripheren Oberfläche eines Rotorkerns gebildet sind, um die Drehmomentwelligkeit zu vermindern (siehe beispielsweise Patentliteraturen 1 und 2).
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

[PTL 1] JP 2017-055560 A
[PTL 2] JP 5450472 B2

Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die in Patentliteraturen 1 und 2 beschriebenen rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschinen des Stands der Technik weisen jeweils eine Struktur zum Vermindern der Drehmomentwelligkeit auf. Diese Struktur ist jedoch nicht immer in der Lage, eine radiale elektromagnetische Kraft zu vermindern, die in den Zähnen erzeugt wird und Vibrationen und Geräusche verursacht.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen und hat eine Aufgabe, eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine zu erhalten, die in der Lage ist, eine radiale elektromagnetische Kraft zu vermindern, die in den Zähnen erzeugt wird und Vibrationen und Geräusche verursacht.
Lösung der Aufgabe
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine vorgesehen, umfassend: einen Stator, umfassend: einen Statorkern, der eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die in einer radialen Richtung von einem Kernrücken hervorstehen, der eine ringförmige Form aufweist, und die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und Schlitze, die jeweils zwischen den Zähnen benachbart zueinander in der Umfangsrichtung definiert sind; und eine Statorwicklung, die an dem Statorkern montiert ist; einen Rotor, umfassend: einen Rotorkern, der eine ringförmige Form aufweist und an einer inneren peripheren Seite des Stators vorgesehen ist, sodass er durch einen magnetischen Spalt, der zwischen dem Stator und dem Rotor definiert ist, koaxial mit dem und drehbar in Bezug auf den Stator ist; und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die in der Umfangsrichtung in dem Rotorkern angeordnet sind und Magnetpole bilden. Die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine umfasst:

Magneteinführöffnungen, die so gebildet sind, dass sie durch den Rotorkern in einer axialen Richtung verlaufen, und so ausgestaltet sind, dass sie die darin eingeführten Permanentmagnete aufnehmen; Flusssperren, die so gebildet sind, dass sie von jeder der Magneteinführöffnungen hin zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung hervorstehen und durch den Rotorkern in der axialen Richtung verlaufen; und Ausschnittsabschnitte, die an q-Achsen in einer äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns gebildet sind, sodass sie sich von einem Ende zu einem anderen Ende in der axialen Richtung erstrecken. Wenn eine minimale Eisenbreite auf der q-Achse von C dargestellt wird, und eine Umfangsbreite des Ausschnittsabschnitts von D dargestellt wird, erfüllen C und D eine Beziehung von C < D.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Umfangsbreite D des Ausschnittsabschnitts größer als die minimale Eisenbreite C auf der q-Achse. Mit dieser Ausgestaltung kann eine radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, vermindert werden, wodurch die Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen unterdrückt wird.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils um einen Permanentmagneten eines Rotors in der rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern, zu wirken, in dem eine zylindrische äußere periphere Oberfläche des Kerns und eine radial äußere Wandoberfläche einer Flusssperre parallel zueinander eingestellt sind und eine Beziehung von A > C erfüllen.
4 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern, zu wirken, in dem eine Breite eines Eisenabschnitts zwischen der zylindrischen äußeren peripheren Oberfläche des Kerns und der radial äußeren Wandoberfläche der Flusssperre vergrößert wird, wenn er sich einer q-Achse nähert und die Beziehung von A > C erfüllt.
5 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern, zu wirken, die erhalten wird, indem der Rotorkern, der für die Analyse von 4 verwendet wird, so modifiziert wird, dass ein Vorsprungsbetrag der Flusssperre von einer Magneteinführöffnung vermindert wird, um die Beziehung von A < C zu erfüllen.
6 zeigt ein Ergebnis einer Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern, zu wirken, die erhalten wird, indem der Rotorkern, der für die Analyse von 4 verwendet wird, so modifiziert wird, dass er einen Ausschnittsabschnitt aufweist, um A < B zu erfüllen.
7 zeigt ein Ergebnis der Analyse von Linien des magnetischen Flusses, der zur Zeit des Anlegens eines elektrischen Stroms in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, umfassend den Rotor, der für die Analyse von 3 verwendet wird.
8 zeigt ein Ergebnis der Analyse von Linien des magnetischen Flusses, der zur Zeit des Anlegens eines elektrischen Stroms in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, umfassend den Rotor, der für die Analyse von 4 verwendet wird.
9 zeigt ein Ergebnis der Analyse von Linien des magnetischen Flusses, der zur Zeit des Anlegens eines elektrischen Stroms in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, umfassend den Rotor, der für die Analyse von 6 verwendet wird.
10 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer radialen elektromagnetischen Kraft, die in einem Zahn erzeugt wird, mit Variation der minimalen Eisenbreite C des Rotorkerns.
11 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils um Permanentmagnete eines Rotors in der rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils um einen Permanentmagneten eines Rotors in der rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Querschnittsansicht ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Querschnitts, der orthogonal zu einer Achse des Rotors ist. Darüber hinaus erfolgt in 1 und 2 zur Vereinfachung die Veranschaulichung ohne Schraffierung.
In 1 umfasst eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine 1 einen Stator 10 und einen Rotor 20.
Der Stator 10 umfasst einen Statorkern 11 und eine Statorwicklung 15, die an dem Statorkern 11 montiert sind. Der Statorkern 11 umfasst einen Kernrücken 12 und sechsunddreißig Zähne 13. Der Kernrücken 12 weist eine ringförmige Form auf. Die sechsunddreißig Zähne 13 sind auf dem Kernrücken 12 gebildet. Die sechsunddreißig Zähne 13 stehen von einer inneren peripheren Oberfläche des Kernrückens 12 radial nach innen hervor, und sind in einem gleichwinkligen Abstand in einer Umfangsrichtung angeordnet. Ein Raum, der zwischen benachbarten Zähnen 13 definiert ist, dient als ein Schlitz 14. Die Statorwicklung 15 umfasst sechsunddreißig Spulen 16 mit einer konzentrierten Wicklung, die jeweils um die Zähne 13 gewickelt sind. Die Statorwicklung 15 ist beispielsweise als eine Dreiphasenwicklung durch Anschluss der Spulen 16 mit einer konzentrierten Wicklung gebildet.
Der Rotor 20 umfasst einen Rotorkern 21 und Permanentmagnete 23. Der Rotorkern 21 ist an einer Rotationswelle 22 fixiert, die an einer Achsenposition eingefügt ist. Die Permanentmagnete 23 sind an dem Rotorkern 21 montiert. Der Rotorkern 21 weist vierundzwanzig Magneteinführöffnungen 24 auf, die durch einen äußeren peripheren Abschnitt des Rotorkerns 21 in einer axialen Richtung verlaufen und in einem gleichwinkeligen Abstand in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Ein Permanentmagnet 23 ist in jede der Magneteinführöffnungen 24 eingeführt. Die Permanentmagnete 23, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sind so magnetisiert, dass Polaritäten an einer äußeren peripheren Seite N-Pole und S-Pole umfassen, die abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Ein Permanentmagnet 23 bildet einen Magnetpol. Der Rotorkern 21 wird hergestellt, indem magnetische Stücke laminiert und integriert werden, die von magnetischen dünnen Platten wie elektromagnetischen Stahlblechen gestanzt worden sind.
Die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine 1 weist eine solche Anordnung auf, dass der Rotor 20 an einer inneren peripheren Seite des Stators 10 vorgesehen ist, sodass er koaxial mit dem und rotierbar in Bezug auf den Stator 10 durch einen magnetischen Spalt ist, der zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 10 definiert ist. Die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, die wie oben beschrieben ausgestaltet ist, ist als eine rotierende elektrische Maschine mit 24 Polen / 36 Schlitzen vorgesehen, d. h. eine rotierende elektrische Maschine mit einer Anordnung mit zwei Polen / drei Schlitzen.
Nachfolgend wird eine Ausgestaltung eines Hauptteils des Rotors 20 mit Bezug auf 2 beschrieben.
Die Magneteinführöffnungen 24 weisen jeweils eine Öffnungsform mit einem im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt auf und sind an dem äußeren peripheren Abschnitt des Rotorkerns 21 derart angeordnet, dass sich eine Längsrichtung einer langen Seite des rechtwinkligen Querschnitts entlang der Umfangsrichtung erstreckt. Ein Paar von Hohlräumen sind so gebildet, dass sie von der Magneteinführöffnung 24 hin zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung hervorstehen. Diese Hohlräume dienen als Flusssperren 25. Die Flusssperren 25 kommunizieren mit der Magneteinführöffnung 24, ausgenommen mit Abschnitten der Magneteinführöffnung 24, die sich auf einer radialen inneren Seite von kurzen Seiten des rechtwinkligen Querschnitts befinden. Eine innere Wandoberfläche der Flusssperre 25 auf der radial äußeren Seite ist in eine sanft gekrümmte Oberfläche gebildet, die sich in der Umfangsrichtung von einer inneren Wandoberfläche der Magneteinführöffnung 24 auf der radial äußeren Seite erstreckt und stufenweise hin zu der radial inneren Seite verschoben wird, wenn sie sich von der Magneteinführöffnung 24 trennt. Die Flusssperren 25 können beispielsweise mit Lack in einem Zustand gefüllt werden, in dem der Permanentmagnet 23 in die Magneteinführöffnung 24 eingeführt wird.
Der Permanentmagnet 23 weist einen rechtwinkligen Querschnitt auf, der äquivalent zu dem der Magneteinführöffnung 24 ist. Der Permanentmagnet 23 wird in der Umfangsrichtung von den Abschnitten der Magneteinführöffnung 24, die sich auf der radial inneren Seite der kurzen Seiten des rechtwinkligen Querschnitts befindet, in der Bewegung gesteuert und wird in der Magneteinführöffnung 24 aufgenommen. Eine radiale Richtung, die durch eine Mittelposition in der Längsrichtung der langen Seite des rechtwinkligen Querschnitts des Permanentmagneten 23 verläuft, entspricht einer d-Achse. Darüber hinaus entspricht eine radiale Richtung, die durch eine Mittelposition zwischen d-Achsen verläuft, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung sind, einer q-Achse. Die d-Achse ist eine magnetische Flussachse des Permanentmagneten 23. Die q-Achse ist eine Achse, die elektrisch und magnetisch orthogonal zu der d-Achse ist.
Ein Ausschnittsabschnitt 26 zum Vermindern der Drehmomentwelligkeit ist auf der q-Achse als eine Aussparung in der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21 gebildet, wobei sich eine Nutrichtung davon entlang der axialen Richtung erstreckt. Der Ausschnittsabschnitt 26 weist eine einzige Krümmungsform auf, das heißt, eine Nutform, die derart gebildet ist, dass ein Bogen, der einen einzigen Krümmungsradius aufweist, entlang der axialen Richtung andauert.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung einer Abmessungsbeziehung von Teilen des Rotorkerns 21. Eine minimale Eisenbreite eines Eisenabschnitts auf einer radial äußeren Seite der Magneteinführöffnung 24 und der Flusssperre 25 wird von „A“ dargestellt. Eine minimale Eisenbreite eines Eisenabschnitts zwischen dem Ausschnittsabschnitt 26 und der Flusssperre 25 wird von „B“ dargestellt. Eine minimale Eisenbreite eines Eisenabschnitts zwischen den Flusssperren 25, die einander über die q-Achse gegenüberliegen, wird von „C“ dargestellt. Eine Umfangsbreite des Ausschnittsabschnitts 26 wird von „D“ dargestellt.
Zuerst wird zu der Zeit, zu der eine magnetische dünne Platte wie ein elektromagnetisches Stahlblech Pressformen unterzogen wird, wenn das C kleiner als das Zweifache der Plattendicke der magnetischen dünnen Platte eingestellt ist, eine Stanzgenauigkeit verschlechtert. Um eine günstige Stanzgenauigkeit zu gewährleisten, ist es wünschenswert, dass das C gleich oder größer als das Zweifache der Plattendicke der magnetischen dünnen Platte eingestellt wird. In der ersten Ausführungsform ist das C auf das Zweifache der Plattendicke der magnetischen dünnen Platte eingestellt. Mit dieser Ausgestaltung wird die Bearbeitbarkeit des Rotorkerns 21 verbessert.
In Patentliteraturen 1 und 2 weist der Ausschnittsabschnitts eine komplizierte Krümmungsform auf. In der ersten Ausführungsform weist der Ausschnittsabschnitt 26 eine einzige Krümmungsform auf, das heißt eine Nutform, die derart gebildet ist, dass ein Bogen, der einen einzigen Krümmungsradius aufweist, entlang der axialen Richtung andauert. Mit dieser Ausgestaltung können einfach Abmessungsuntersuchungen für den Rotorkern 21 ausgeführt werden.
Als Nächstes zeigen 3 bis 6 Ergebnisse der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an Rotoren, umfassend Rotorkerne, mit Variationen in der Form um die q-Achse zu wirken.
3 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern 21A, zu wirken, in dem eine zylindrische äußere periphere Oberfläche des Kerns und eine radial äußere Wandoberfläche der Flusssperre 25 parallel zueinander eingestellt werden und eine Beziehung von A > C erfüllen. Der Ausschnittsabschnitt 26 ist nicht gebildet.
Von 3 wurde bestätigt, dass, wenn die äußere periphere Oberfläche des Rotorkerns 21A und die radial äußere Wandoberfläche der Flusssperre 25 parallel zueinander eingestellt werden, sich die Spannung in der Nachbarschaft eines Eckabschnitts der Flusssperre 25 auf der Seite der q-Achse konzentriert. In 3 gibt die Zahl einen Teil an, der die höchste Hauptspannung aufweist, und entspricht einem numerischen Wert der Hauptspannung, wobei der Maximalwert der Hauptspannung in 3 als Referenz dient.
4 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern 21B, zu wirken, in dem eine Breite eines Eisenabschnitts zwischen der zylindrischen äußeren peripheren Oberfläche des Kerns und der radial äußeren Wandoberfläche der Flusssperre 25 vergrößert wird, wenn er sich der q-Achse nähert und eine Beziehung von A > C erfüllt. Der Ausschnittsabschnitt 26 ist nicht gebildet. A und C des Rotorkerns 21B werden so eingestellt, dass sie gleich wie A und C des Rotorkerns 21A sind, der für die Analyse von 3 verwendet wird.
In 4 gibt die Zahl einen Teil an, der die höchste Hauptspannung aufweist, und entspricht einem numerischen Wert der Hauptspannung, wobei der Maximalwert der Hauptspannung in 3 als Referenz dient. Von 4 wurde bestätigt, dass, sogar wenn die minimale Eisenbreite A des Eisenabschnitts zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21B und der radial äußeren Wandoberfläche der Flusssperre 25 gleich ist, die Hauptspannung in dem Rotorkern 21B um ungefähr 60 % im Vergleich zu dem Rotorkern 21A vermindert werden kann.
5 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern 21C, zu wirken, die erhalten wird, indem der Rotorkern 21B, der für die Analyse von 4 verwendet wird, so modifiziert wird, dass ein Vorsprungsbetrag der Flusssperre 25 von der Magneteinführöffnung vermindert wird, um die Beziehung von A < C zu erfüllen. Der Ausschnittsabschnitt 26 ist nicht gebildet.
In 5 gibt die Zahl einen Teil an, der die höchste Hauptspannung aufweist, und entspricht einem numerischen Wert der Hauptspannung, wobei der Maximalwert der Hauptspannung in 3 als Referenz dient. Von 5 wurde bestätigt, dass, sogar wenn die minimale Eisenbreite A des Eisenabschnitts zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21C und der radial äußeren Wandoberfläche der Flusssperre 25 gleich ist, die Hauptspannung in dem Rotorkern 21C um ungefähr 50 % im Vergleich zu dem Rotorkern 21A vermindert werden kann. Es wurde jedoch bestätigt, dass die Hauptspannung des Rotorkerns 21C im Vergleich zu dem Rotorkern 21B erhöht wurde. Basierend auf dieser Erkenntnis wird befunden, dass, um die Hauptspannung zu vermindern, die auf die Flusssperre 25 wirkt, es nur erforderlich ist, dass die minimale Eisenbreite C zwischen den Flusssperren 25, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung sind, so klein wie möglich innerhalb eines bearbeitbaren Bereichs eingestellt werden müssen.
6 zeigt ein Ergebnis der Analyse einer Spannung, die erzeugt wird, wenn eine Zentrifugalkraft veranlasst wird, an einem Rotor, umfassend einen Rotorkern 21, zu wirken, die erhalten wird, indem der Rotorkern 21B, der für die Analyse von 4 verwendet wird, so modifiziert wird, dass er den Ausschnittsabschnitt 26 aufweist, um A < B zu erfüllen.
In 6 gibt die Zahl einen Teil an, der die höchste Hauptspannung aufweist, und entspricht einem numerischen Wert der Hauptspannung, wobei der Maximalwert der Hauptspannung von 3 als Referenz dient. Von 6 wurde bestätigt, dass der Rotorkern 21 in der Lage ist, eine Hauptspannungsverteilung zu erhalten, die äquivalent zu der des Rotorkerns 21B ist. Ferner wurde von 6 bestätigt, dass der Rotorkern 21 in der Lage ist, die Hauptspannung im Vergleich zu dem Rotorkern 21B zu vermindern.
Von den Ergebnissen der Analyse von 3 bis 6 wurde befunden, dass, solange A < B erfüllt ist, die Spannung, die in dem Rotorkern von der Zentrifugalkraft erzeugt wird, in dem Fall, in dem der Ausschnittsabschnitt 26 auf der q-Achse gebildet ist, im Vergleich zu dem Fall vermindert werden kann, in dem kein Ausschnittsabschnitt 26 vorliegt. Das heißt, es wurde befunden, dass, in dem Rotorkern, der A < B erfüllt, durch Bilden des Ausschnittsabschnitt 26 die Spannung, die in dem Rotorkern durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird, verteilt werden kann, wodurch ein Spitzenwert der Hauptspannung und die Drehmomentwelligkeit vermindert werden können. Ferner wurde befunden, dass solange B > A > C erfüllt ist, die Hauptspannung, die auf die Flusssperre 25 wirkt, weiter vermindert werden kann.
Als Nächstes zeigt 7 ein Ergebnis der Analyse von Linien des magnetischen Flusses, der zur Zeit des Anlegens eines elektrischen Stroms in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, umfassend den Rotor, der für die Analyse von 3 verwendet wird. Es wurde befunden, dass, wie in dem Teil P in 7 veranschaulicht, ein Teil des magnetischen Flusses, der von dem Zahn 13 herausgeflossen ist, in der Umfangsrichtung fließt, ohne durch den Rotorkern 21A zu verlaufen, und eine Verbindung mit einem benachbarten Zahn 13 herstellt. Die folgende Folgerung erfolgt in Bezug auf das oben beschriebene Phänomen. Insbesondere ist, wenn die äußere periphere Oberfläche des Rotorkerns 21A und die radial äußere Wandoberfläche der Flusssperre 25 parallel zueinander sind, der Eisenabschnitt zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21A und der radial äußeren Wandoberfläche der Flusssperre 25 magnetisch mit dem magnetischen Fluss des Permanentmagneten 23 gesättigt, und stellt eine Verbindung in dem Eisenabschnitt her. Das heißt, es wird gefolgert, dass ein Zustand gegeben ist, in dem es weniger wahrscheinlich ist, dass der magnetische Fluss des Stators durch den Eisenabschnitt auf der äußeren peripheren Seite der Flusssperre 25 verläuft. Somit trägt der magnetische Fluss des Stators, der durch den Teil P in 7 verläuft, nicht zu dem Drehmoment bei und trägt kaum zur Erzeugung der radialen elektromagnetischen Kraft in dem Zahn 13 bei.
8 zeigt ein Ergebnis der Analyse von Linien des magnetischen Flusses, der zur Zeit des Anlegens eines elektrischen Stroms in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, umfassend den Rotor, der für die Analyse von 4 verwendet wird. Es wurde befunden, dass, wie in dem Teil P in 8 veranschaulicht, ein Teil des magnetischen Flusses, der von dem Zahn 13 herausgeflossen ist, entlang einer Oberfläche des Rotorkerns 21B auf der q-Achse fließt und eine Verbindung mit einem benachbarten Zahn 13 herstellt. Die folgende Folgerung erfolgt in Bezug auf das oben beschriebene Phänomen. Insbesondere ist, wenn die äußere periphere Oberfläche des Rotorkerns 21B und die radial äußere Wandoberfläche der Flusssperre 25, die nicht parallel zueinander sind, nur ein minimaler Eisenbreitenabschnitt des Eisenabschnitts zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21B und der radial äußeren Wandoberfläche der Flusssperre 25 magnetisch mit dem magnetischen Fluss des Permanentmagneten 23 gesättigt, und stellt eine Verbindung in dem Eisenabschnitt her. Das heißt, es wird gefolgert, dass ein Zustand gegeben ist, in dem es wahrscheinlich ist, dass der magnetische Fluss des Stators durch den Eisenabschnitt auf der äußeren peripheren Seite der Flusssperren 25 verläuft. Somit stellt der magnetische Fluss des Stators, der durch den Teil P in 8 verläuft, eine Verbindung in nur einem Teil der Oberfläche des Rotorkerns 21B her und trägt nicht zum Drehmoment bei. Der magnetische Fluss des Stators, der durch den Teil P in 8 verläuft, verläuft jedoch durch den Zahn 13 in der radialen Richtung, und verursacht daher die Erzeugung der radialen elektromagnetischen Kraft in dem Zahn 13.
9 zeigt ein Ergebnis der Analyse von Linien des magnetischen Flusses, der zur Zeit des Anlegens eines elektrischen Stroms in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, umfassend den Rotor, der für die Analyse von 6 verwendet wird. Es wurde befunden, dass, wie in dem Teil P in 9 veranschaulicht, ein Teil des magnetischen Flusses, der aus dem Zahn 13 herausgeflossen ist, eine Verbindung mit einem benachbarten Zahn 13 herstellt, ohne durch den Rotorkern 21 zu verlaufen. Die folgende Folgerung erfolgt in Bezug auf das oben beschriebene Phänomen. Insbesondere sind in dieser rotierenden elektrischen Maschine die äußere periphere Oberfläche des Rotorkerns 21 und die radial äußere Wandoberfläche der Flusssperre 25 nicht parallel zueinander, aber der Ausschnittsabschnitt 26 ist auf der q-Achse gebildet. Mit dieser Ausgestaltung wird der magnetische Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor auf der q-Achse erweitert, und es ist ein Zustand gegeben, in dem es weniger wahrscheinlich ist, dass der magnetische Fluss des Stators durch den Eisenabschnitt zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21 und der radial äußeren Wandoberfläche der Flusssperre 25 verläuft. Somit trägt der magnetische Fluss des Stators, der durch den Teil P in 9 verläuft, nicht zum Drehmoment bei, und die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn 13 erzeugt wird, kann vermindert werden.
Von den Ergebnissen der Analyse von 7 bis 9 ist zu verstehen, dass, durch Bilden des Ausschnittsabschnitts 26 auf der q-Achse der magnetische Fluss des Stators, der durch nur die Oberfläche des Rotorkerns 21 auf der q-Achse verläuft, beseitigt wird, wodurch die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn 13 erzeugt wird, vermindert werden kann.
10 zeigt ein Ergebnis der Analyse der radialen elektromagnetischen Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, mit Variation der minimalen Eisenbreite C des Rotorkerns. In 10 stellt die horizontale Achse D/C dar, und die vertikale Achse stellt eine radiale elektromagnetische Kraft dar, die in dem Zahn erzeugt wird (Komponente sechster Ordnung) . Darüber hinaus geben die Linien die radiale elektromagnetische Kraft an, die in dem Zahn erzeugt wird, wobei C konstant ist und D Variation aufweist. Darüber hinaus ist C für jede Linie geändert.
Im Allgemeinen wird in einer rotierenden elektrischen Maschine eine elektromagnetische Erregerkraft in einem elektromagnetischen Spalt zwischen einem Stator und einem Rotor erzeugt. Diese elektromagnetische Erregerkraft verursacht die Erzeugung einer radialen elektromagnetischen Kraft in einem Zahn des Stators. Diese radiale elektromagnetische Kraft verursacht Vibrationen des Stators und der Strukturelemente um den Stator, mit dem Ergebnis, dass Geräusche erzeugt werden. In dem Zahn des Stators wird eine radiale elektromagnetische Kraft mit verschiedenen Zeitkomponenten, beispielsweise eine radiale elektromagnetische Kraft, die einen Verformungsmodus nullter Ordnung des Stators und eine Zeitkomponente sechster Ordnung aufweist, erzeugt. Es ist bekannt, dass eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine mit einer konzentrierten Wicklung mit einer Anordnung mit zwei Polen / drei Schlitzen wesentlich von einer radialen elektromagnetischen Kraft beeinflusst wird, die einen Verformungsmodus einer nullten Ordnung und eine Zeitkomponente einer sechsten Ordnung aufweist.
Von 10 wurde befunden, dass, wenn C konstant und D groß ist, die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, gesenkt wird. Ferner wurden die folgenden Erkenntnisse gewonnen. In einem Bereich, in dem D/C gleich oder kleiner als 1 ist, wird während ein Wert von D/C zunimmt, die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, erheblich herabgesetzt. Wenn D/C 1 überschreitet, wird während ein Wert von D/C zunimmt, die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, leicht herabgesetzt. Wenn D/C gleich oder größer als 1,6 ist, wird unabhängig von einem Wert D/C, die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, im Wesentlichen konstant.
Basierend auf den oben beschriebenen Erkenntnissen kann, wenn eines von C oder D bestimmt wird und ein anderes so bestimmt wird, dass es C < D erfüllt, die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird (Komponente sechster Ordnung) vermindert werden. Ferner kann, wenn C und D so eingestellt werden, dass sie D/C ≥ 1,6 erfüllen, die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird (Komponente sechster Ordnung) weiter vermindert werden. Wie zuvor beschrieben ist, sogar wenn der Ausschnittsabschnitt 26 auf der q-Achse gebildet ist, in einem Fall, in dem C und D so eingestellt werden, dass sie D/C ≤ 1 erfüllen, der Reduktionsbetrag der radialen elektromagnetischen Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, klein, mit dem Ergebnis, dass die Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen nicht wirksam unterdrückt werden kann. Somit ist es, um die radiale elektromagnetische Kraft, die in dem Zahn erzeugt wird, wesentlich zu reduzieren und die Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen wirksam zu unterdrücken, nur erforderlich, dass C und D so eingestellt werden, dass sie C < D erfüllen, und es ist bevorzugter, dass C und D so eingestellt werden, dass sie D/C ≥ 1,6 erfüllen.
Zweite Ausführungsform
11 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils um einen Permanentmagneten eines Rotors in der rotierenden elektrischen Permanentmagnetmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus erfolgt in 11 und 12 zur Vereinfachung die Veranschaulichung ohne Schraffierung.
In 11 umfasst eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine 1A den Stator 10 und einen Rotor 20A. Das heißt, die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine 1A weist die gleiche Ausgestaltung auf wie die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine 1 gemäß der ersten oben beschriebenen Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der Rotor 20A anstatt des Rotors 20 verwendet wird.
Nun wird eine Ausgestaltung eines Hauptteils des Rotors 20A mit Bezug auf 12 beschrieben.
Der Rotor 20A umfasst einen Rotorkern 21A und Permanentmagnete 23A. Der Rotorkern 21A ist an der Rotationswelle 22 fixiert, die an einer Achsenposition eingefügt ist. Die Permanentmagnete 23A sind an dem Rotorkern 21A montiert. Der Rotorkern 21A weist vierundzwanzig Paare von Magneteinführöffnungen 24A auf, die in einem gleichwinkeligen Abstand in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Jedes Paar von Magneteinführöffnungen 24A umfasst Magneteinführöffnungen 24A, die jeweils durch einen äußeren peripheren Abschnitt des Rotorkerns 21A in der axialen Richtung verlaufen und einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen. Die Magneteinführöffnungen 24A, die jedes Paar bildet, sind in einer V-Form angeordnet und stehen hin zu der Achse der Rotorwelle 22 hervor und dehnen sich hin zu der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21A aus. Ein Permanentmagnet 23A, der einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweist, wird in jede der Magneteinführöffnungen 24A eingeführt. Ein Paar von Permanentmagneten 23, die in das Paar von Magneteinführöffnungen 24A eingeführt werden, sind magnetisiert, sodass gegenüberliegende Oberflächen davon, das heißt, Oberflächen davon auf der äußeren peripheren Seite, die gleiche Polarität aufweisen. Die vierundzwanzig Paare von Permanentmagneten 23A, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sind so angeordnet, dass Polaritäten an der äußeren peripheren Seite N Pole und S Pole umfassen, die abwechselnd für jedes Paar in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Rotorkern 21A wird hergestellt, indem magnetische Stücke laminiert und integriert werden, die von magnetischen dünnen Platten wie elektromagnetischen Stahlblechen gestanzt worden sind.
Ein Paar von Hohlräumen sind so gebildet, dass sie von der Magneteinführöffnung 24A hin zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung hervorstehen. Diese Hohlräume dienen als Flusssperren 25Aa und 25Ab. Die Flusssperren 25Aa und 25Ab kommunizieren mit der Magneteinführöffnung 24A, ausgenommen Abschnitten der Magneteinführöffnung 24A, die sich auf einer radialen inneren Seite von kurzen Seiten des rechtwinkligen Querschnitts befinden. Eine innere Wandoberfläche der Flusssperre 25Aa auf der radial äußeren Seite, die mit der Magneteinführöffnung 24A auf der radial äußeren Seite kommuniziert, ist in eine sanft gekrümmte Oberfläche gebildet, die sich in der Umfangsrichtung von der inneren Wandoberfläche der Magneteinführöffnung 24A auf der radial äußeren Seite erstreckt und stufenweise hin zu der radial inneren Seite verschoben wird, wenn sie sich von der Magneteinführöffnung 24A trennt. Die Flusssperren 25Aa und 25Ab können mit beispielsweise Lack in einem Zustand gefüllt werden, in dem der Permanentmagnet 23A in die Magneteinführöffnung 24A eingeführt wird.
Der Permanentmagnet 23A wird in der Bewegung in der Umfangsrichtung von den Abschnitten der Magneteinführöffnung 24A gesteuert, die sich auf der radial inneren Seite der kurzen Seiten des rechtwinkligen Querschnitts befinden, und wird in der Magneteinführöffnung 24A aufgenommen. Jedes Paar von Permanentmagneten 23A, die in einem Paar von Magneteinführöffnungen 24A eingeführt sind, bilden einen Magnetpol. Die Permanentmagnete 23A, die einen Magnetpol, die Magneteinführöffnungen 24A und die Flusssperren 25Aa und 25Ab bilden, sind in Ebenensymmetrie über eine symmetrische Ebene, die eine Ebene ist, die durch eine Mittelposition in einer Umfangsrichtung zwischen Paaren von Magneteinführöffnungen 24A verläuft und die Achse der Drehwelle 22 umfasst, angeordnet. Eine radiale Richtung in der Symmetrieebene ist die D-Achse. Darüber hinaus ist eine radiale Richtung, die durch eine Mittelposition zwischen d-Achsen verläuft, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung sind, die q-Achse.
Der Ausschnittsabschnitt 26 zum Vermindern der Drehmomentwelligkeit ist auf der q-Achse als eine Aussparung in der äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns 21A gebildet, wobei sich eine Nutrichtung davon entlang der axialen Richtung erstreckt. Der Ausschnittsabschnitt 26 weist eine einzige Krümmungsform auf.
Nun ist eine minimale Eisenbreite eines Eisenabschnitts auf einer radial äußeren Seite der Magneteinführöffnung 24A und der Flusssperre 25Aa von „A“ dargestellt. Eine minimale Eisenbreite eines Eisenabschnitts zwischen dem Ausschnittsabschnitt 26 und der Flusssperre 25Aa wird von „B“ dargestellt. Eine minimale Eisenbreite eines Eisenabschnitts zwischen den Flusssperren 25Aa, die einander über die q-Achse gegenüberliegen, wird von „C“ dargestellt. Eine Umfangsbreite des Ausschnittsabschnitts 26 wird von „D“ dargestellt.
In der zweiten Ausführungsform wird der Rotorkern 21A so hergestellt, dass er die Beziehungen von A < B, C < D und A < C erfüllt. Darüber hinaus wird C so eingestellt, dass es das Zweifache der Plattendicke der magnetischen dünnen Platte ist, die den Rotorkern 21A bildet.
Somit wird auch in der zweiten Ausführungsform die gleiche Wirkung wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erzielt.
In jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine mit einer konzentrierten Wicklung mit 24 Polen / 36 Schlitzen verwendet. Solange jedoch die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine mit einer konzentrierten Wicklung mit einer Anordnung mit zwei Polen / drei Schlitzen verwendet wird, sind die Anzahl von Polen und die Anzahl von Schlitzen nicht darauf begrenzt.
Darüber hinaus wird in jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine mit einer konzentrierten Wicklung mit einer Anordnung mit zwei Polen / drei Schlitzen verwendet. Es kann jedoch auch, wenn eine rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine mit einer konzentrierten Wicklung mit einer Anordnung mit vier Polen / drei Schlitzen verwendet wird, die gleiche Wirkung erzielt werden.
Bezugszeichenliste
10 Stator, 11 Statorkern, 12 Kernrücken, 13 Zahn, 14 Schlitz, 15 Statorwicklung, 16 Spule mit konzentrierter Wicklung, 20, 20A Rotor, 21, 21A Rotorkern, 23, 23A Permanentmagnet, 24, 24A Magneteinführöffnung, 25, 25Aa, 25Ab Flusssperre, 26 Ausschnittsabschnitt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017055560 A [0003]
JP 5450472 B2 [0003]

Claims

Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine, umfassend: einen Stator, umfassend: einen Statorkern, der eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die in einer radialen Richtung von einem Kernrücken hervorstehen, der eine ringförmige Form aufweist, und die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und Schlitze, die jeweils zwischen den Zähnen definiert sind, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung sind; und eine Statorwicklung, die an dem Statorkern montiert ist; einen Rotor, umfassend: einen Rotorkern, der eine ringförmige Form aufweist und auf einer inneren peripheren Seite des Stators vorgesehen ist, sodass er koaxial mit dem und rotierbar in Bezug auf den Stator durch einen magnetischen Spalt ist, der zwischen dem Stator und dem Rotor definiert ist; und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die in der Umfangsrichtung in dem Rotorkern angeordnet sind und Magnetpole bilden; Magneteinführöffnungen, die so gebildet sind, dass sie durch den Rotorkern in einer axialen Richtung verlaufen, und ausgestaltet sind, die darin eingeführten Permanentmagnete aufzunehmen; Flusssperren, die so gebildet sind, dass sie von jeder der Magneteinführöffnungen hin zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung hervorstehen und durch den Rotorkern in der axialen Richtung verlaufen; und Ausschnittsabschnitte, die auf q-Achsen in einer äußeren peripheren Oberfläche des Rotorkerns gebildet sind, sodass sie sich von einem Ende zu einem anderen Ende in der axialen Richtung erstrecken, wobei, wenn eine minimale Eisenbreite auf der q-Achse von C dargestellt wird, und eine Umfangsbreite des Ausschnittsabschnitts von D dargestellt wird, C und D eine Beziehung C < D erfüllen.
Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 1, wobei C und D eine Beziehung von D/C ≥ 1,6 erfüllen.
Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine minimale Eisenbreite auf einer radial äußeren Seite der Magneteinführöffnung und der Flusssperre von A dargestellt wird, und eine minimale Eisenbreite zwischen der Flusssperre und dem Ausschnittabschnitt von B dargestellt wird, A und B eine Beziehung A < B erfüllen.
Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 3, wobei A und C eine Beziehung A > C erfüllen.
Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei die rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine eine Anordnung mit zwei Polen / drei Schlitzen oder eine Anordnung mit vier Polen / drei Schlitzen aufweist, in denen die Statorwicklung aus Spulen mit einer konzentrierten Wicklung gebildet ist, die jeweils an den Zähnen montiert sind.
Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausschnittsabschnitte jeweils eine Nutform aufweisen, die derart gebildet ist, dass ein Bogen, der einen einzigen Krümmungsradius aufweist, entlang der axialen Richtung andauert.
Rotierende elektrische Permanentmagnetmaschine nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Rotorkern ein Laminat ist, das aus magnetischen dünnen Platten gebildet ist, und wobei C gleich oder größer als das Zweifache einer Plattendicke der magnetischen dünnen Platte ist.