QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN DOKUMENTENCROSS REFERENCE TO RELATED DOCUMENTS
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus den Japanischen Patentanmeldungen Nrn. 2018-137218, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137219, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137220, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137221, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137222, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137223, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137224, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137225, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137226, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137-227, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137228, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137229, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137230, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137231, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137232, eingereicht am 20. Juli 2018, 2018-137233, eingereicht am 20. Juli 2018, 2017-142223, eingereicht am 21. Juli 2017, 2017-142224, eingereicht am 21. Juli 2017, 2017-142225, eingereicht am 21. Juli 2017, 2017-142226, eingereicht am 21. Juli 2017, 2017-142227, eingereicht am 21. Juli 2017, 2017-142228, eingereicht am 21. Juli 2017, 2017-255047, eingereicht am 28. Dezember 2017, 2017-255053, eingereicht am 28. Dezember 2017, 2017-255056, eingereicht am 28. Dezember 2017, 2017-255058, eingereicht am 28. Dezember 2017, 2017-255059, eingereicht am 28. Dezember 2017, 2017-255061, eingereicht am 28. Dezember 2017, 2017-255063, eingereicht am 28. Dezember 2017, und 2017-255068, eingereicht am 28. Dezember 2017, wobei deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme einbezogen sind.This application claims priority from Japanese Patent Applications Nos. 2018-137218, filed on July 20, 2018, 2018-137219, filed on July 20, 2018, 2018-137220, filed on July 20, 2018, 2018-137221, filed on July 20, 2018, 2018-137222, filed on July 20, 2018, 2018-137223, filed on July 20, 2018, 2018-137224, filed on July 20, 2018, 2018-137225, filed on July 20, 2018, 2018 -137226, filed July 20, 2018, 2018-137-227, filed July 20, 2018, 2018-137228, filed July 20, 2018, 2018-137229, filed July 20, 2018, 2018-137230 on July 20, 2018, 2018-137231, filed on July 20, 2018, 2018-137232, filed on July 20, 2018, 2018-137233, filed on July 20, 2018, 2017-142223, filed on July 21, 2017, 2017-142224, filed on July 21, 2017, 2017-142225, filed on July 21, 2017, 2017-142226, filed on July 21, 2017, 2017-142227, filed on July 21, 2017, 2017 -142228, filed on July 21, 2017, 2017-255047, filed on December 28, 2017, 2017-255053, filed on December 28, 2017, 2017-255056, filed on December 28, 2017, 2017-255058, filed on 28 December 2017, 2017-255059, filed on December 28, 2017, 2017-255061, filed on December 28, 2017, 2017-255063, filed on December 28, 2017, and 2017-255068, filed on December 28, 2017, wherein the disclosures of which are hereby incorporated by reference.
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Diese Offenbarung betrifft allgemein eine rotierende elektrische Maschine. This disclosure generally relates to a rotating electrical machine.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zum Entwurf der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung (des Layouts) von Permanentmagneten, um eine Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic orientation or layout of permanent magnets to increase a surface magnetic flux density of the rotor to improve torque output.
DOKUMENT GEMÄSS DEM STAND DER TECHNIKDOCUMENT ACCORDING TO THE PRIOR ART
PATENTLITERATURPATENT LITERATURE
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Patentliteratur 1: Japanische Patenterstveröffentlichung Nr. 2017-22914Patent Literature 1: Japanese Patent First Publication No. 2017-22914
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Patentliteratur 2: Japanische Patenterstveröffentlichung Nr. 2010-41907Patent Literature 2: Japanese Patent First Publication No. 2010-41907
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird die Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator erleichtern. Insbesondere wird ein derartiges Phänomen bedeutsam, wenn Permanentmagnete mit einer hohen Remanenzflussdichte Br mit dem Rotor verwendet werden. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung des Magnetflusses aus dem entworfenen Magnetkreis. Das durch die Permanentmagneten des Rotors erzeugte Magnetfeld arbeitet in der Form eines Wechselstrommagnetfeldes während der Drehung des Rotors, wenn von der Statorwicklung aus betrachtet. Die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors begünstigt daher eine Erhöhung des Wirbelstromverlusts in der Statorwicklung.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will facilitate the generation of magnetic saturation in the stator. In particular, such a phenomenon becomes significant when permanent magnets with a high remanent flux density Br can be used with the rotor. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of the magnetic flux from the designed magnetic circuit. The magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor works in the form of an AC magnetic field during the rotation of the rotor when viewed from the stator winding. The increase in the surface magnetic flux density of the rotor therefore favors an increase in the eddy current loss in the stator winding.
Das Auftreten einer Streuung des Magnetflusses oder eines Wirbelstromverlusts führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.The occurrence of magnetic flux scatter or eddy current loss leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be applied effectively, thereby limiting the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme gemacht. Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die eine Streuung von Magnetfluss oder einen Wirbelstromverlust minimiert, um die Drehmomentabgabe zu verbessern.The present invention has been made in view of the problems described above. It is a primary object of the invention to provide a rotating electrical machine that minimizes magnetic flux leakage or eddy current loss to improve torque output.
Eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen, die in dieser Beschreibung offenbart sind, wenden technische Merkmale an, die sich voneinander unterscheiden, um die jeweiligen Aufgaben zu lösen. Aufgaben, Merkmale und Vorteile, wie sich in dieser Beschreibung darauf bezogen wird, werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Erläuterung oder die beiliegenden Zeichnungen deutl ich.A variety of embodiments that are disclosed in this description apply technical features that differ from each other to solve the respective tasks. Objects, features and advantages as referred to in this description will become apparent with reference to the following detailed explanation or the accompanying drawings.
Eine erste Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A first revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south Has polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit verbessert die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird. Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers minimiert die magnetische Sättigung in dem Anker.The structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than if the easy axis of magnetization is aligned evenly around the d-axis and the q-axis. The armature structure described above minimizes magnetic saturation in the armature.
Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, resultiert in einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. einer kleineren Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt außerdem zu einer Erhöhung in der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, wo der Magnetfluss hindurchgelangt. Anders ausgedrückt wird die Größe der magnetischen Flussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern.The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in and leads to a smaller magnetic resistance value (ie a smaller reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension also an increase in the area of the conductive elements of the armature winding where the magnetic flux passes. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scatter of the magnetic flux.
Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur verbessert die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und reduziert die Streuung des Magnetflusses, was somit zu einer Erhöhung in der Größe der magnetischen Flussverkettung mit den leitenden Elementen führt. Eine derartige Erhöhung führt üblicherweise zu einer Erhöhung des Wirbelstromverlusts.The use of the structure described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit and reduces the scatter of the magnetic flux, thus leading to an increase in the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements. Such an increase usually leads to an increase in eddy current loss.
Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur der Magneteinheit dient jedoch zum Glätten der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung in der Magneteinheit, wodurch ein Risiko für eine Erzeugung des Wirbelstroms reduziert wird. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, reduziert ebenfalls das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms im Vergleich dazu, wenn die Ankerwicklung entworfen ist, leitende Elemente aufzuweisen, deren Querschnitt kreisförmig oder quadratisch ist. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert weiter das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.However, using the structure of the magnet unit described above serves to smooth the surface magnetic flux density distribution in the magnet unit, thereby reducing a risk of eddy current generation. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, also reduces the risk of eddy current generation compared to when the armature winding is designed to have conductive elements whose cross-section is circular or square. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are in Offset contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This further reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, eine Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses und den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve a surface magnetic flux density of the magnet unit and minimize the magnetic flux scattering and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
Jedes der leitenden Elemente weist eine gegebene Abmessung in der radialen Richtung des Ankers auf. Jedes der nichtmagnetischen Elemente kann zumindest drei Viertel der Abmessung des Ankers in der radialen Richtung zwischen den benachbarten leitenden Elementen belegen.Each of the conductive elements has a given dimension in the radial direction of the armature. Each of the non-magnetic elements can occupy at least three quarters of the dimension of the armature in the radial direction between the adjacent conductive elements.
Die erste Offenbarung kann ebenfalls wie nachstehend beschrieben ausgedrückt werden. Die rotierende elektrische Maschine weist ein Feldsystem, das mit magnetischen Abschnitten ausgerüstet ist, die eine Vielzahl von Magnetpolen aufweisen, die derart angeordnet sind, dass sie unterschiedliche Polaritäten aufweisen, die abwechselnd angeordnet sind, und einen Anker auf, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist. Das Feldsystem oder der Anker arbeitet als ein Rotor. Die magnetischen Abschnitte sind derart ausgerichtet, dass die leichte Achse der Magnetisierung nahe der d-Achse, die die Mitte des magnetischen Pols ist, sich stärker parallel zu der d-Achse als diejenige nahe der q-Achse erstreckt), die eine Grenze zwischen den magnetischen Polen ist. Die magnetischen Abschnitte sind konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen, sowie eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung ist mit Leiterabschnitten ausgerüstet, die dem Feldsystem zugewandt sind und zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Jeder der Leiterabschnitte weist eine Dicke in der radialen Richtung auf, die kleiner als eine Breite davon in der Umlaufrichtung ist, die einer Phase innerhalb eines Magnetpols entspricht. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweiligen benachbarten zweien der Leiterabschnitte in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet sind. Wenn eine der Leiter-zu-Leiter-Elemente in einem Magnetpol in der Umlaufrichtung als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung der magnetischen Abschnitte in einem Magnetpol in der Umlaufrichtung als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in den magnetischen Abschnitten als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem magnetischen Material, die eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllen, oder einem nichtmagnetischen Material gebildet. Alternativ dazu ist kein Leiter-zu-Leiter-Element zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet. Ein Leiter von jedem der Leiterabschnitte ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten (86) gebildet. Ein Widerstandswert zwischen den Bündeln der Drähte ist höher als derjenige von jedem der Drähte.The first disclosure can also be expressed as described below. The rotating electrical machine has a field system that is equipped with magnetic sections that have a plurality of magnetic poles that are arranged to have different polarities that are alternately arranged, and an armature that is equipped with a multi-phase armature winding . The field system or anchor works as a rotor. The magnetic portions are oriented such that the easy axis of magnetization near the d-axis, which is the center of the magnetic pole, extends more parallel to the d-axis than that near the q-axis), which is a boundary between the magnetic poles. The magnetic sections are configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding is equipped with conductor sections which face the field system and are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation. Each of the conductor portions has a thickness in the radial direction that is smaller than a width thereof in the circumferential direction that corresponds to a phase within a magnetic pole. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between respective adjacent two of the conductor sections in the circumferential direction of the armature. When one of the conductor-to-conductor elements in a magnetic pole is in the circumferential direction as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of the magnetic portions in a magnetic pole in the circumferential direction as World Cup is defined, and a remanent flux density in the magnetic sections as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed of a magnetic material satisfying a relationship of Wt × Bs W Wm × Br or a non-magnetic material. Alternatively, no conductor-to-conductor element is arranged between the conductor sections in the circumferential direction. A conductor of each of the conductor sections is made up of a bundle of a plurality of wires ( 86 ) educated. A resistance value between the bundles of the wires is higher than that of each of the wires.
Eine zweite Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A second revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of Widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a region of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, der mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet ist. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Erzeugung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung der Permanentmagnete, um eine Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe zu verbessern.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which is equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for creating the magnetic alignment or arrangement of the permanent magnets to increase a surface magnetic flux density of the rotor to improve torque output.
Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigen. Insbesondere wird ein derartiges Phänomen deutlich, wenn Permanentmagnete mit einer hohen Remanenzflussdichte Br mit dem Rotor verwendet werden. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung von Magnetfluss aus einem entworfenen Magnetkreis. Das Auftreten der Streuung des Magnetflusses führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will favor generation of magnetic saturation in the stator. In particular, such a phenomenon becomes clear when permanent magnets with a high remanent flux density Br can be used with the rotor. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of magnetic flux from a designed magnetic circuit. The occurrence of the scatter of the magnetic flux leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be used effectively, which limits the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der zweiten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Streuung des Magnetflusses zu reduzieren, um die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the second disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce the scattering of the magnetic flux to improve the torque output.
In der zweiten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker als dann, wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichermaßen um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird. Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers minimiert die magnetische Sättigung in dem Anker.In the second disclosure, the structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than when the easy axis of magnetization is equally aligned around the d-axis and the q-axis. The armature structure described above minimizes magnetic saturation in the armature.
Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, resultiert in einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung in der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, wo der Magnetfluss hindurchgelangt. Anders ausgedrückt wird die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern.The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding where the magnetic flux passes. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scattering of the magnetic flux.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die magnetische Sättigung sowie die Streuung des Magnetflusses zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the structure of the rotary electric machine described above is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and to minimize the magnetic saturation as well as the scatter of the magnetic flux, thereby effectively improving the torque output.
Eine dritte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.A third revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um eine Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase a surface magnetic flux density of the rotor to improve torque delivery.
Die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Steuerung von Magnetverlust aus einem entworfenen Magnetkreis begünstigen. Das durch die Permanentmagneten des Rotors erzeugte Magnetfeld arbeitet in der Form eines Wechselstrommagnetfeldes während der Drehung des Rotors, wenn von der Statorwicklung aus betrachtet. Die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors begünstigt daher eine Erhöhung des Wirbelstromverlusts in der Statorwicklung.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will favor control of magnetic loss from a designed magnetic circuit. The magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor works in the form of an AC magnetic field during the rotation of the rotor when viewed from the stator winding. The increase in the surface magnetic flux density of the rotor therefore favors an increase in the eddy current loss in the stator winding.
Das Auftreten einer Streuung des Magnetflusses oder eines Wirbelstromverlusts führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.The occurrence of magnetic flux scatter or eddy current loss leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be applied effectively, thereby limiting the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der dritten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Streuung des Magnetflusses oder den Wirbelstromverlust zu reduzieren, um die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the third disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic flux scattering or eddy current loss to improve torque output.
In der dritten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird. Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers minimiert die magnetische Sättigung in dem Anker.In the third disclosure, the structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than if the easy axis of magnetization is uniformly aligned around the d-axis and the q-axis. The armature structure described above minimizes magnetic saturation in the armature.
Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, resultiert in einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt außerdem zu einer Erhöhung in der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, wo der magnetische Fluss hindurchgelangt. Anders ausgedrückt wird die Größe der magnetischen Flussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern.The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding where the magnetic flux passes. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scatter of the magnetic flux.
Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur verbessert die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und reduziert die Streuung des Magnetflusses, was somit zu einer Erhöhung in der Größe der magnetischen Flussverkettung mit den leitenden Elementen führt. Eine derartige Erhöhung führt üblicherweise zu einer Erhöhung des Wirbelstromverlusts.The use of the structure described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit and reduces the scatter of the magnetic flux, thus leading to an increase in the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements. Such an increase usually leads to an increase in eddy current loss.
Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur der Magneteinheit dient jedoch zum Glätten der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung in der Magneteinheit, wodurch ein Risiko für eine Erzeugung des Wirbelstroms reduziert wird. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, reduziert ebenfalls das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms im Vergleich dazu, wenn die Ankerwicklung entworfen ist, leitende Elemente aufzuweisen, deren Querschnitt kreisförmig oder quadratisch ist. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert weiter das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.However, using the structure of the magnet unit described above serves to smooth the surface magnetic flux density distribution in the magnet unit, thereby reducing a risk of eddy current generation. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, also reduces the risk of eddy current generation compared to when the armature winding is designed to have conductive elements whose cross-section is circular or square. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are put in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This further reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, eine Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses und den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the structure of the rotating electrical machine described above is able to improve a surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimize the magnetic flux scattering and the eddy current loss, which effectively improves the torque output.
Eine vierte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A fourth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. When a portion of the armature that magnetically cooperates with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length is defined as Wt , a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um eine Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase a surface magnetic flux density of the rotor to improve torque delivery.
Die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird die Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator erleichtern. Insbesondere wird ein derartiges Phänomen bedeutsam, wenn Permanentmagnete mit einer hohen Remanenzflussdichte Br mit dem Rotor verwendet werden. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung des Magnetflusses aus dem entworfenen Magnetkreis. Das durch die Permanentmagneten des Rotors erzeugte Magnetfeld arbeitet in der Form eines Wechselstrommagnetfeldes während der Drehung des Rotors, wenn von der Statorwicklung aus betrachtet. Die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors begünstigt daher eine Erhöhung des Wirbelstromverlusts in der Statorwicklung.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will facilitate the generation of magnetic saturation in the stator. In particular, such a phenomenon becomes significant when permanent magnets with a high remanent flux density Br can be used with the rotor. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of the magnetic flux from the designed magnetic circuit. The magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor works in the form of an AC magnetic field during the rotation of the rotor when viewed from the stator winding. The increase in the surface magnetic flux density of the rotor therefore favors an increase in the eddy current loss in the stator winding.
Das Auftreten einer Streuung des Magnetflusses oder eines Wirbelstromverlusts führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.The occurrence of magnetic flux scatter or eddy current loss leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be applied effectively, thereby limiting the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vierten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Streuung des Magnetflusses und den Wirbelstromverlust zu reduzieren, wodurch die Drehmomentabgabe verbessert wird. It is therefore a primary object of the fourth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic flux scattering and eddy current loss, thereby improving torque output.
In der vierten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird. Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers minimiert die magnetische Sättigung in dem Anker. Dies verbessert die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und reduziert ebenfalls die magnetische Sättigung in der Magneteinheit. Dies führt zu einer Erhöhung in der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen der Ankerwicklung.In the fourth disclosure, the structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than if the easy axis of magnetization is uniformly aligned around the d-axis and the q-axis. The armature structure described above minimizes magnetic saturation in the armature. This improves the surface magnetic flux density of the magnet unit and also reduces the magnetic saturation in the magnet unit. This leads to an increase in the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements of the armature winding.
Die Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen führt üblicherweise zu einer Erhöhung des Wirbelstromverlusts. Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur der Magneteinheit dient jedoch zum Glätten der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung in der Magneteinheit, wodurch ein Risiko für die Erzeugung des Wirbelstroms reduziert wird. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, reduziert ebenfalls das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms im Vergleich dazu, wenn die Ankerwicklung ausgelegt ist, leitende Elemente aufzuweisen, deren Querschnitt kreisförmig oder quadratisch ist. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert weiter das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.Increasing the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements usually leads to an increase in eddy current loss. However, using the structure of the magnet unit described above serves to smooth the surface magnetic flux density distribution in the magnet unit, thereby reducing a risk of eddy current generation. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, also reduces the risk of eddy current generation compared to when the armature winding is designed to have conductive elements whose cross-section is circular or square. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are put in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This further reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses und den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the structure of the rotary electric machine described above is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimize the magnetic flux scattering and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
Eine fünfte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A fifth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die einen Rotor, der mit Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, der mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet ist. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 2 eine nutenlose rotierende elektrische Maschine, die nicht mit Schenkelpolen ausgerüstet ist und in der Lage ist, ein Rastdrehmoment zu vermeiden, das aus den Schenkelpolen resultiert.Typical rotating electrical machines are known which have a rotor which is equipped with permanent magnets and a stator which is equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 2 discloses a slotless rotating electrical machine that is not equipped with salient poles and is capable of avoiding a cogging torque that results from the salient poles.
Es wird nicht erwartet, dass die nutenlosen rotierenden elektrischen Maschinen mit dem vorstehend beschriebenen Vorteil mit einer Vorrichtung (beispielsweise Fahrzeugen) verwendet werden, bei denen es erforderlich ist, eine hohe Drehmomentabgabe zu erzeugen. Dies liegt daran, dass ein Risiko für ein Auftreten einer Streuung von Magnetfluss oder eines Wirbelstromverlusts, das in rotierenden elektrischen Maschinen kleiner Größe, bei denen es erforderlich ist, eine niedrige Drehmomentabgabe zu erzeugen, ignoriert werden kann, mit einer Erhöhung der Größe der rotierenden elektrischen Maschine oder einer Erhöhung der Drehmomentabgabe erhöht wird, was zu einer Schwierigkeit bei der Verbesserung der Drehmomentabgabe führt.The slotless rotary electric machines with the above-described advantage are not expected to be used with a device (for example, vehicles) that is required to generate a high torque output. This is because a risk of magnetic flux leakage or eddy current loss occurring, which can be ignored in small-size rotating electrical machines that are required to generate a low torque output, can be ignored with an increase in the size of the rotating electrical machines Machine or an increase in torque output is increased, which leads to a difficulty in improving the torque output.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der fünften Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Streuung des Magnetflusses oder den Wirbelstromverlust zu reduzieren, wodurch die Drehmomentabgabe verbessert wird.It is therefore a primary object of the fifth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic flux scattering or eddy current loss, thereby improving torque output.
In der fünften Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit. Zusätzlich dient die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers dazu, die magnetische Sättigung in dem Anker zu minimieren, selbst wenn die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit erhöht wird, wodurch die Streuung des Magnetflusses reduziert wird.In the fifth disclosure, the structure of the magnetic unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit. In addition, the structure of the armature described above serves to minimize the magnetic saturation in the armature even if the surface magnetic flux density of the magnetic unit is increased, thereby reducing the scatter of the magnetic flux.
Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, resultiert in einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung ist, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, in der der Magnetfluss fließt. Anders ausgedrückt wird die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern.The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than when the first dimension is larger than the second dimension and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding in which the magnetic flux flows. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scattering of the magnetic flux.
Die Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur führt üblicherweise zu einer Erhöhung des Wirbelstromverlusts. Jedes der leitenden Elemente ist jedoch aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zu und in Kontakt miteinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies reduziert das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, reduziert ebenfalls das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms im Vergleich dazu, wenn die Ankerwicklung ausgelegt ist, leitende Elemente aufzuweisen, deren Querschnitt kreisförmig oder quadratisch ist.Increasing the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements using the structure described above usually leads to an increase in eddy current loss. However, each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive elements are disposed adjacent to and in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, also reduces the risk of eddy current generation compared to when the armature winding is designed to have conductive elements whose cross-section is circular or square.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses sowie den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimize the magnetic flux scattering and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
Eine sechste Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A sixth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a variety conductive elements that face the magnetic field generating unit and are regularly arranged away from each other in the direction of rotation of the armature at a given interval. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um eine Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase a surface magnetic flux density of the rotor to improve torque delivery.
Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigen. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung des Magnetflusses aus dem entworfenen Magnetkreis. Das durch die Permanentmagneten des Rotors erzeugte Magnetfeld arbeitet in der Form eines Wechselstrommagnetfeldes während der Drehung des Rotors, wenn von der Statorwicklung aus betrachtet. Die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors begünstigt daher eine Erhöhung des Wirbelstromverlusts in der Statorwicklung.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will favor generation of magnetic saturation in the stator. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of the magnetic flux from the designed magnetic circuit. The magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor works in the form of an AC magnetic field during the rotation of the rotor when viewed from the stator winding. The increase in the surface magnetic flux density of the rotor therefore favors an increase in the eddy current loss in the stator winding.
Das Auftreten der magnetischen Sättigung oder eines Wirbelstromverlusts führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.The occurrence of magnetic saturation or eddy current loss leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be used effectively, thereby limiting the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der sechsten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die magnetische Sättigung und den Wirbelstromverlust zu reduzieren, wodurch die Drehmomentabgabe verbessert wird.It is therefore a primary object of the sixth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic saturation and eddy current loss, thereby improving torque output.
In der sechsten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird. Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers minimiert die magnetische Sättigung in dem Anker. Dies verbessert die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und reduziert ebenfalls die magnetische Sättigung in der Magneteinheit. Dies führt zu einer Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen der Ankerwicklung.In the sixth disclosure, the structure of the magnetic unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit more than if the easy axis of magnetization is uniformly aligned around the d-axis and the q-axis. The armature structure described above minimizes magnetic saturation in the armature. This improves the surface magnetic flux density of the magnet unit and also reduces the magnetic saturation in the magnet unit. This leads to an increase in the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements of the armature winding.
Die Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen führt üblicherweise zu einer Erhöhung des Wirbelstromverlusts. Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur der Magneteinheit dient jedoch zum Glätten der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung in der Magneteinheit, wodurch ein Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms reduziert wird. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte zueinander benachbart angeordnet sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert weiter das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.Increasing the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements usually leads to an increase in eddy current loss. However, using the structure of the magnet unit described above serves to smooth the surface magnetic flux density distribution in the magnet unit, thereby reducing a risk of eddy current generation. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are put in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This further reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die magnetische Sättigung sowie den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird. Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve the surface magnetic flux density of the magnet unit and to minimize the magnetic saturation and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
Eine siebte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung.A seventh revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um eine Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase a surface magnetic flux density of the rotor to improve torque delivery.
Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigen. Insbesondere wird ein derartiges Phänomen deutlich, wenn Permanentmagnete mit einer hohen Remanenzflussdichte Br mit dem Rotor verwendet werden. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung von Magnetfluss aus einem entworfenen Magnetkreis. Das Auftreten der Streuung des Magnetflusses führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will favor generation of magnetic saturation in the stator. In particular, such a phenomenon becomes clear when permanent magnets with a high remanent flux density Br can be used with the rotor. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of magnetic flux from a designed magnetic circuit. The occurrence of the scatter of the magnetic flux leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be used effectively, which limits the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der siebten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Streuung des Magnetflusses zu reduzieren, um die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the seventh disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce the scattering of the magnetic flux to improve the torque output.
In der siebten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, resultiert in einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, in der der Magnetfluss fließt. Anders ausgedrückt wird die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern. Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.In the seventh disclosure, the structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than if the easy axis of magnetization is uniformly aligned around the d-axis and the q-axis. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding in which the magnetic flux flows. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scattering of the magnetic flux. Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimize the magnetic flux scattering, thereby effectively improving the torque output.
Eine achte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.An eighth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first one Section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um eine Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase a surface magnetic flux density of the rotor to improve torque delivery.
Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigen. Insbesondere wird ein derartiges Phänomen deutlich, wenn Permanentmagnete mit einer hohen Remanenzflussdichte Br mit dem Rotor verwendet werden. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung von Magnetfluss aus einem entworfenen Magnetkreis. Das Auftreten der Streuung des Magnetflusses führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will favor generation of magnetic saturation in the stator. In particular, such a phenomenon becomes clear when permanent magnets with a high remanent flux density Br can be used with the rotor. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of magnetic flux from a designed magnetic circuit. The occurrence of the scatter of the magnetic flux leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be used effectively, which limits the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der achten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die magnetische Sättigung zu reduzieren, um die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the eighth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic saturation to improve torque output.
In der achten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird. Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers reduziert die magnetische Sättigung in dem Anker. Die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine ist daher in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die magnetische Sättigung zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.In the eighth disclosure, the structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than if the easy axis of magnetization is uniformly aligned around the d-axis and the q-axis. The structure of the armature described above reduces the magnetic saturation in the armature. The structure of the rotary electric machine described above is therefore able to improve the surface magnetic flux density of the magnet unit and to minimize the magnetic saturation, thereby effectively improving the torque output.
Eine neunte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.A ninth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the second section of the Magnet unit with the q-axis. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase the surface magnetic flux density of the rotor to improve torque output.
Das durch die Permanentmagnete des Rotors erzeugte Magnetfeld arbeitet in der Form eines Wechselstrommagnetfeldes, das aufgrund der Drehung des Rotors auftritt, wie von der Statorwicklung aus betrachtet. Eine Verkettung des Wechselstrommagnetfeldes mit der Statorwicklung wird einen Wirbelstromverlust erzeugen. Üblicherweise wird der Wirbelstromverlust in der Statorwicklung mit einer Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte erhöht. Wenn es erforderlich ist, die Oberflächenmagnetflussdichte in dem Rotor zu erhöhen, ist es daher notwendig, in geeigneter Weise den Wirbelstromverlust zu reduzieren, dessen Erzeugung durch die Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte zu erwarten ist.The magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor operates in the form of an AC magnetic field that occurs due to the rotation of the rotor, as viewed from the stator winding. Linking the alternating current magnetic field to the stator winding will produce an eddy current loss. The eddy current loss in the stator winding is usually increased with an increase in the surface magnetic flux density. Therefore, when it is necessary to increase the surface magnetic flux density in the rotor, it is necessary to appropriately reduce the eddy current loss which is expected to be generated by increasing the surface magnetic flux density.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der neunten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, den Wirbelstromverlust zu minimieren.It is therefore a primary object of the ninth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to minimize eddy current loss.
In der neunten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird, und glättet ebenfalls die Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung, um das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms zu reduzieren, so dass der Wirbelstromverlust verringert wird.In the ninth disclosure, the structure of the magnetic unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit more than if the easy axis of magnetization is uniformly aligned around the d-axis and the q-axis, and also smoothes the surface magnetic flux density distribution to reduce the risk of generating the Reduce eddy current so that the eddy current loss is reduced.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen. Die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine arbeitet daher zur Verbesserung der Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und minimiert den Wirbelstromverlust.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are put in contact with each other. Each two adjacent wires of the wires have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are adjacent to each other. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements. The structure of the rotating electrical machine described above therefore works to improve the surface magnetic flux density of the magnet unit and minimize the eddy current loss.
Eine zehnte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A tenth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Are head-to-head elements provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. When a portion of the armature that magnetically cooperates with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length is defined as Wt , a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, is defined as Wm, and a remanent flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase the surface magnetic flux density of the rotor to improve torque output.
Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigen. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung von Magnetfluss aus einem entworfenen Magnetkreis. Das Auftreten der Streuung des Magnetflusses führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will favor generation of magnetic saturation in the stator. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of magnetic flux from a designed magnetic circuit. The occurrence of the scatter of the magnetic flux leads to a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be used effectively, which limits the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der zehnten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die magnetische Sättigung und die Streuung des Magnetflusses zu reduzieren, um die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the tenth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic saturation and magnetic flux scattering to improve torque output.
In der zehnten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet ist.In the tenth disclosure, the structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than when the easy axis of magnetization is aligned uniformly around the d-axis and the q-axis.
Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers reduziert die magnetische Sättigung in dem Anker. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, resultiert in einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung in der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, in der der Magnetfluss fließt. Anders ausgedrückt wird die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern.The structure of the armature described above reduces the magnetic saturation in the armature. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding in which the magnetic flux flows. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scattering of the magnetic flux.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die magnetische Sättigung sowie die Streuung des Magnetflusses zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the structure of the rotary electric machine described above is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and to minimize the magnetic saturation as well as the scatter of the magnetic flux, thereby effectively improving the torque output.
Eine elfte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.An eleventh revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first Dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase the surface magnetic flux density of the rotor to improve torque output.
Eine Erhöhung in der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Streuung des Magnetflusses aus dem entworfenen Magnetkreis begünstigen. Das durch die Permanentmagneten des Rotors erzeugte Magnetfeld arbeitet in der Form eines Wechselstrommagnetfeldes während der Drehung des Rotors, wenn von der Statorwicklung aus betrachtet. Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte in dem Rotor begünstigt daher eine Erhöhung des Wirbelstromverlusts in der Statorwicklung.An increase in the surface magnetic flux density of the rotor will favor scattering of the magnetic flux from the designed magnetic circuit. The magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor works in the form of an AC magnetic field during the rotation of the rotor when viewed from the stator winding. An increase in the surface magnetic flux density in the rotor therefore favors an increase in the eddy current loss in the stator winding.
Das Auftreten der Streuung des Magnetflusses oder des Wirbelstromverlusts führt zu einem Risiko, dass der Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.The occurrence of magnetic flux scattering or eddy current loss creates a risk that the magnetic flux from the rotor cannot be effectively applied, thereby limiting the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der elften Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Streuung des Magnetflusses und den Wirbelstromverlust zu reduzieren.It is therefore a primary object of the eleventh disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic flux scattering and eddy current loss.
In der elften Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichmäßig um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet wird.In the eleventh disclosure, the structure of the magnetic unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit more than if the easy axis of magnetization is uniformly aligned around the d-axis and the q-axis.
Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, führt zu einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, in der der Magnetfluss fließt. Anders ausgedrückt wird die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern.The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding in which the magnetic flux flows. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scattering of the magnetic flux.
Die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine verbessert die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und minimiert die Streuung des Magnetflusses, was dadurch zu einer erhöhten Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen führt. Es wird üblicherweise erwartet, dass eine derartige Erhöhung den Wirbelstromverlust erhöht.The structure of the rotating electrical machine described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimizes the scatter of the magnetic flux, which leads to an increased size of the magnetic flux linkage with the conductive elements. Such an increase is usually expected to increase eddy current loss.
Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur der Magneteinheit dient jedoch zum Glätten der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung in der Magneteinheit, wodurch ein Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms reduziert wird. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, reduziert ebenfalls das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms im Vergleich dazu, wenn die Ankerwicklung ausgelegt ist, leitende Elemente aufzuweisen, deren Querschnitt kreisförmig oder quadratisch ist. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.However, using the structure of the magnet unit described above serves to smooth the surface magnetic flux density distribution in the magnet unit, thereby reducing a risk of eddy current generation. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, also reduces the risk of eddy current generation compared to when the armature winding is designed to have conductive elements whose cross-section is circular or square. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are put in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine arbeitet zur Verbesserung der Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und ebenfalls zur Verringerung der Streuung des Magnetflusses und des Wirbelstromverlusts, wodurch eine Effektivität bei der Verbesserung der Drehmomentabgabe gewährleistet wird.The structure of the rotary electric machine described above works to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and also to reduce the scatter of the magnetic flux and the eddy current loss, thereby ensuring effectiveness in improving the torque output.
Eine zwölfte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magneteinheit weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt befindet sich näher an einer d-Achse in einem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der zweite Abschnitt ist. Der zweite Abschnitt befindet sich näher an einer q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem, als es der erste Abschnitt ist. Die Magneteinheit ist magnetisch derart ausgerichtet ist, dass sie eine Bedingung erfüllt, bei der ein Winkel, den eine leichte Achse der Magnetisierung des ersten Abschnitts der Magneteinheit mit der d-Achse bildet, kleiner als ein Winkel ist, den eine leichte Achse der Magnetisierung des zweiten Abschnitts der Magneteinheit mit der q-Achse bildet. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt. A twelfth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnet unit has a first section and a second section. The first section is closer to a d-axis in a dq-axis coordinate system than the second section. The second section is closer to a q-axis in the dq-axis coordinate system than the first section. The magnet unit is magnetically oriented in such a way that it fulfills a condition in which an angle which an easy axis of magnetization of the first section of the magnet unit forms with the d-axis is smaller than an angle which an easy axis of magnetization of the forms the second section of the magnet unit with the q-axis. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen montiert sind, sind bekannt, die einen Rotor, der mit einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, die mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet sind. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 Techniken zur Auslegung der magnetischen Ausrichtung oder der Anordnung von Permanentmagneten, um die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zur Verbesserung der Drehmomentabgabe zu erhöhen.Typical rotating electrical machines which are mounted in vehicles are known which have a rotor which is equipped with a multiplicity of permanent magnets and a stator which are equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 1 discloses techniques for designing the magnetic alignment or arrangement of permanent magnets to increase the surface magnetic flux density of the rotor to improve torque output.
Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors wird eine Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigen. Die Erzeugung der magnetischen Sättigung in dem Stator begünstigt eine Streuung des Magnetflusses aus einem entworfenen Magnetkreis. Das durch die Permanentmagnete des Rotors erzeugte Magnetfeld arbeitet in der Form eines Wechselstrommagnetfeldes, wenn von der Statorwicklung aus betrachtet. Eine Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte in dem Rotor begünstigt daher eine Erhöhung des Wirbelstromverlusts in der Statorwicklung.Increasing the surface magnetic flux density of the rotor will favor generation of magnetic saturation in the stator. The generation of magnetic saturation in the stator favors scattering of the magnetic flux from a designed magnetic circuit. The magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor works in the form of an AC magnetic field when viewed from the stator winding. An increase in the surface magnetic flux density in the rotor therefore favors an increase in the eddy current loss in the stator winding.
Das Auftreten der magnetischen Sättigung oder des Wirbelstromverlusts führt zu einem Risiko, dass Magnetfluss aus dem Rotor nicht effektiv angewendet werden kann, wodurch die Drehmomentabgabe beschränkt wird. Anders ausgedrückt ist es ein Problem, dass es schwierig ist, die Oberflächenmagnetflussdichte des Rotors zu erhöhen, um die Drehmomentabgabe auf einen gewünschten Pegel zu verbessern.The occurrence of magnetic saturation or eddy current loss leads to a risk that magnetic flux from the rotor cannot be applied effectively, thereby limiting the torque output. In other words, it is a problem that it is difficult to increase the surface magnetic flux density of the rotor in order to improve the torque output to a desired level.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der zwölften Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die magnetische Sättigung und den Wirbelstromverlust zu reduzieren.It is therefore a primary object of the twelfth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to reduce magnetic saturation and eddy current loss.
In der zwölften Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit stärker, als wenn die leichte Achse der Magnetisierung gleichermaßen um die d-Achse und die q-Achse ausgerichtet ist. Die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers minimiert die magnetische Sättigung in dem Anker. Dies verbessert die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit und reduziert ebenfalls die magnetische Sättigung in der Magneteinheit. Dies führt zu einer Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen der Ankerwicklung.In the twelfth disclosure, the structure of the magnet unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnet unit more than when the easy axis of magnetization is equally oriented around the d-axis and the q-axis. The armature structure described above minimizes magnetic saturation in the armature. This improves the surface magnetic flux density of the magnet unit and also reduces the magnetic saturation in the magnet unit. This leads to an increase in the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements of the armature winding.
Die Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen führt üblicherweise zu einer Erhöhung in dem Wirbelstromverlust. Der Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur der Magneteinheit dient jedoch zum Glätten der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung in der Magneteinheit, wodurch ein Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms reduziert wird. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte zueinander benachbart sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert weiterhin das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen. Increasing the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements usually leads to an increase in eddy current loss. However, using the structure of the magnet unit described above serves to smooth the surface magnetic flux density distribution in the magnet unit, thereby reducing a risk of eddy current generation. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are put in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are adjacent to each other. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This further reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die magnetische Sättigung sowie den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve the surface magnetic flux density of the magnet unit and to minimize the magnetic saturation and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
Eine dreizehnte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A thirteenth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die einen Rotor, der mit Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, der mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet ist. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 2 eine nutenlose rotierende elektrische Maschine, die nicht mit Schenkelpolen ausgerüstet ist und in der Lage ist, ein Rastdrehmoment zu vermeiden, das aus den Schenkelpolen resultiert.Typical rotating electrical machines are known which have a rotor which is equipped with permanent magnets and a stator which is equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 2 discloses a slotless rotating electrical machine that is not equipped with salient poles and is capable of avoiding a cogging torque that results from the salient poles.
Es wird nicht erwartet, dass die nutenlosen rotierenden elektrischen Maschinen mit dem vorstehend beschriebenen Vorteil mit einer Vorrichtung (beispielsweise Fahrzeugen) verwendet werden, bei denen es erforderlich ist, eine hohe Drehmomentabgabe zu erzeugen. Dies liegt daran, dass ein Risiko für ein Auftreten einer Streuung von Magnetfluss oder eines Wirbelstromverlusts, das in rotierenden elektrischen Maschinen kleiner Größe, bei denen es erforderlich ist, eine niedrige Drehmomentabgabe zu erzeugen, ignoriert werden kann, mit einer Erhöhung der Größe der rotierenden elektrischen Maschine oder einer Erhöhung der Drehmomentabgabe erhöht wird, was zu einer Schwierigkeit bei der Verbesserung der Drehmomentabgabe führt.The slotless rotary electric machines with the above-described advantage are not expected to be used with a device (for example, vehicles) that is required to generate a high torque output. This is because a risk of magnetic flux leakage or eddy current loss occurring, which can be ignored in small-size rotating electrical machines that are required to generate a low torque output, can be ignored with an increase in the size of the rotating electrical machines Machine or an increase in torque output is increased, which leads to a difficulty in improving the torque output.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der dreizehnten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the thirteenth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to improve torque output.
In der dreizehnten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit. Zusätzlich dient die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers dazu, die magnetische Sättigung in dem Anker zu minimieren, selbst wenn die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit erhöht wird, wodurch die Streuung des Magnetflusses reduziert wird.In the thirteenth disclosure, the structure of the magnetic unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit. In addition, the structure of the armature described above serves the magnetic Minimize saturation in the armature even if the surface magnetic flux density of the magnetic unit is increased, thereby reducing the scatter of the magnetic flux.
Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, führt zu einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung in der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, in denen der Magnetfluss fließt. Anders ausgedrückt wird die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen erhöht, um die Streuung des Magnetflusses zu verringern.The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding in which the magnetic flux flows. In other words, the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements is increased in order to reduce the scattering of the magnetic flux.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimize the magnetic flux scattering, thereby effectively improving the torque output.
Eine vierzehnte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.A fourteenth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die einen Rotor, der mit Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, der mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet ist. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 2 eine nutenlose rotierende elektrische Maschine, die nicht mit Schenkelpolen ausgerüstet ist und in der Lage ist, ein Rastdrehmoment zu vermeiden, das aus den Schenkelpolen resultiert.Typical rotating electrical machines are known which have a rotor which is equipped with permanent magnets and a stator which is equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 2 discloses a slotless rotating electrical machine that is not equipped with salient poles and is capable of avoiding a cogging torque that results from the salient poles.
Es wird nicht erwartet, dass die nutenlosen rotierenden elektrischen Maschinen mit dem vorstehend beschriebenen Vorteil mit einer Vorrichtung (beispielsweise Fahrzeugen) verwendet werden, bei denen es erforderlich ist, eine hohe Drehmomentabgabe zu erzeugen. Dies liegt daran, dass ein Risiko für ein Auftreten einer Streuung von Magnetfluss oder eines Wirbelstromverlusts, das in rotierenden elektrischen Maschinen kleiner Größe, bei denen es erforderlich ist, eine niedrige Drehmomentabgabe zu erzeugen, ignoriert werden kann, mit einer Erhöhung der Größe der rotierenden elektrischen Maschine oder einer Erhöhung der Drehmomentabgabe erhöht wird, was zu einer Schwierigkeit bei der Verbesserung der Drehmomentabgabe führt.The slotless rotary electric machines with the above-described advantage are not expected to be used with a device (for example, vehicles) that is required to generate a high torque output. This is because a risk of magnetic flux leakage or eddy current loss occurring, which can be ignored in small-size rotating electrical machines that are required to generate a low torque output, can be ignored with an increase in the size of the rotating electrical machines Machine or an increase in torque output is increased, which leads to a difficulty in improving the torque output.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vierzehnten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the fourteenth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to improve torque output.
In der vierzehnten Offenbarung führt die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, zu einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, in der der Magnetfluss fließt. Dies erhöht daher die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen, um die Streuung des Magnetflusses zu reduzieren, ungeachtet einer Erhöhung der Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit durch Verwendung der Magneteinheit.In the fourteenth disclosure, the use of the armature winding in which the first dimension is smaller than the second dimension results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads to an increase in the area of the conductive elements of the armature winding in which the magnetic flux flows. Therefore, this increases the size of the magnetic flux linkage with the conductive members to reduce the spread of the magnetic flux regardless of an increase in the surface magnetic flux density of the magnetic unit by using the magnetic unit.
Die Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur führt üblicherweise zu einer Erhöhung des Wirbelstromverlusts. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, reduziert jedoch das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms im Vergleich dazu, wenn die Ankerwicklung entworfen ist, leitende Elemente aufzuweisen, deren Querschnitt kreisförmig oder quadratisch ist. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert weiterhin das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.Increasing the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements using the structure described above usually leads to an increase in eddy current loss. However, using the armature winding, where the first dimension is smaller than the second dimension, reduces the risk of eddy current generation compared to when the armature winding is designed, conductive elements to have, whose cross section is circular or square. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are put in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This further reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses sowie den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimize the magnetic flux scattering and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
Eine fünfzehnte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist konfiguriert, eine intrinsische Koerzitivkraft von 400 kA/m aufzuweisen und ebenfalls eine Remanenzflussdichte von 1,0 T oder mehr aufzuweisen. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A fifteenth revelation points to: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The magnetic field generating unit is configured to have an intrinsic coercive force of 400 kA / m and also to have a remanent flux density of 1.0 T or more. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die einen Rotor, der mit Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, der mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet ist. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 2 eine nutenlose rotierende elektrische Maschine, die nicht mit Schenkelpolen ausgerüstet ist und in der Lage ist, ein Rastdrehmoment zu vermeiden, das aus den Schenkelpolen resultiert.Typical rotating electrical machines are known which have a rotor which is equipped with permanent magnets and a stator which is equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 2 discloses a slotless rotating electrical machine that is not equipped with salient poles and is capable of avoiding a cogging torque that results from the salient poles.
Es wird nicht erwartet, dass die nutenlosen rotierenden elektrischen Maschinen mit dem vorstehend beschriebenen Vorteil mit einer Vorrichtung (beispielsweise Fahrzeugen) verwendet werden, bei denen es erforderlich ist, eine hohe Drehmomentabgabe zu erzeugen. Dies liegt daran, dass ein Risiko für ein Auftreten einer Streuung von Magnetfluss oder eines Wirbelstromverlusts, das in rotierenden elektrischen Maschinen kleiner Größe, bei denen es erforderlich ist, eine niedrige Drehmomentabgabe zu erzeugen, ignoriert werden kann, mit einer Erhöhung der Größe der rotierenden elektrischen Maschine oder einer Erhöhung der Drehmomentabgabe erhöht wird, was zu einer Schwierigkeit bei der Verbesserung der Drehmomentabgabe führt.The slotless rotary electric machines with the above-described advantage are not expected to be used with a device (for example, vehicles) that is required to generate a high torque output. This is because a risk of magnetic flux leakage or eddy current loss occurring, which can be ignored in small-size rotating electrical machines that are required to generate a low torque output, can be ignored with an increase in the size of the rotating electrical machines Machine or an increase in torque output is increased, which leads to a difficulty in improving the torque output.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der fünfzehnten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die ausgelegt ist, die Drehmomentabgabe zu verbessern.It is therefore a primary object of the fifteenth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to improve torque output.
In der fünfzehnten Offenbarung verbessert die vorstehend beschriebene Struktur der Magneteinheit die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit. Zusätzlich dient die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers dazu, die magnetische Sättigung in dem Anker zu minimieren, selbst wenn die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit erhöht wird, wodurch die Streuung des Magnetflusses reduziert wird. Dies erhöht die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen der Ankerwicklung.In the fifteenth disclosure, the structure of the magnetic unit described above improves the surface magnetic flux density of the magnetic unit. In addition, the structure of the armature described above serves to minimize the magnetic saturation in the armature even if the surface magnetic flux density of the magnetic unit is increased, thereby reducing the scatter of the magnetic flux. This increases the size of the Magnetic flux linkage with the conductive elements of the armature winding.
Die Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur führt üblicherweise zu einer Erhöhung des Wirbelstromverlusts. Jedes der leitenden Elemente ist jedoch aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt miteinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies reduziert das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.Increasing the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements using the structure described above usually leads to an increase in eddy current loss. However, each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires of each of the conductive elements are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Oberflächenmagnetflussdichte der Magneteinheit zu verbessern und die Streuung des Magnetflusses sowie den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the above-described structure of the rotary electric machine is able to improve the surface magnetic flux density of the magnetic unit and minimize the magnetic flux scattering and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
Eine sechzehnte Offenbarung weist auf: (a) eine Magnetfelderzeugungseinheit, die eine zylindrische Magneteinheit aufweist, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen mit Nord- und Süd-Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung der Magneteinheit angeordnet sind; (b) einen Anker, der mit einer mehrphasigen Ankerwicklung ausgerüstet ist; und (c) einen Rotor, der mit der Magnetfelderzeugungseinheit oder dem Anker versehen ist. Die Ankerwicklung weist eine Vielzahl von leitenden Elementen auf, die der Magnetfelderzeugungseinheit zugewandt sind und zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers regelmäßig angeordnet sind. Die Ankerwicklung ist derart geformt, dass sie eine erste Abmessung und eine zweite Abmessung aufweist. Die erste Abmessung ist ein Abstand zwischen einer äußeren Oberfläche und einer inneren Oberfläche, die der äußeren Oberfläche in einer radialen Richtung zugewandt ist, des Ankers. Die zweite Abmessung ist eine Abmessung eines Abschnitts der Ankerwicklung, der als eine der Phasen davon in der Umlaufrichtung des Ankers arbeitet. Die erste Abmessung ist kleiner als die zweite Abmessung. Leiter-zu-Leiter-Elemente sind vorgesehen, von denen jedes zwischen jeweils zwei benachbarten der leitenden Elemente der Ankerwicklung angeordnet ist. Wenn ein Abschnitt des Ankers, der magnetisch zusammen mit einem der Pole der Magneteinheit fungiert, eine Länge in der Umlaufrichtung des Ankers aufweist, die Summe von Breiten der Leiter-zu-Leiter-Elemente, die in einem Bereich dieser Länge liegen, als Wt definiert ist, eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente als Bs definiert ist, eine Abmessung eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole in der Umlaufrichtung der Magneteinheit ist, als Wm definiert ist, und eine Remanenzflussdichte in der Magneteinheit als Br definiert ist, sind die Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem Material gebildet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt.A sixteenth revelation shows: ( a ) a magnetic field generating unit which has a cylindrical magnet unit, the magnet unit having a multiplicity of magnetic poles with north and south polarities which are arranged alternately in a circumferential direction of the magnet unit; ( b ) an armature equipped with a multi-phase armature winding; and ( c ) a rotor which is provided with the magnetic field generating unit or the armature. The armature winding has a multiplicity of conductive elements which face the magnetic field generation unit and which are regularly arranged at a given interval away from one another in the direction of rotation of the armature. The armature winding is shaped such that it has a first dimension and a second dimension. The first dimension is a distance between an outer surface and an inner surface facing the outer surface in a radial direction of the armature. The second dimension is a dimension of a portion of the armature winding that operates as one of the phases thereof in the direction of rotation of the armature. The first dimension is smaller than the second dimension. Conductor-to-conductor elements are provided, each of which is arranged between two adjacent ones of the conductive elements of the armature winding. If a portion of the armature that magnetically functions together with one of the poles of the magnet unit has a length in the circumferential direction of the armature, the sum of the widths of the conductor-to-conductor elements that lie in a range of this length as Wt is defined, a saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements is defined as Bs, a dimension of a portion of the magnet unit, which is equivalent to one of the magnetic poles in the circumferential direction of the magnet unit, as World Cup is defined, and a remanence flux density in the magnet unit as Br is defined, the conductor-to-conductor elements are formed from a material that fulfills a relationship of Wt × Bs W Wm × Br.
Alternativ sind die leitenden Elemente zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Ankers angeordnet. Ein nichtmagnetisches Element ist zwischen jeweils zweien zueinander benachbart angeordneten leitenden Elementen angeordnet. Jedes der nicht-magnetischen Elemente belegt vollständig das gegebene Intervall zwischen den leitenden Elementen.Alternatively, the conductive elements are arranged at given intervals away from one another in the direction of rotation of the armature. A non-magnetic element is arranged between each two adjacent conductive elements. Each of the non-magnetic elements completely occupies the given interval between the conductive elements.
Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte von jedem der leitenden Elemente sind benachbart zueinander und in Kontakt zueinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte der Drähte weisen einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand.Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires from each of the conductive members are adjacent to and in contact with each other. Two adjacent ones of the wires each have a first electrical resistivity in a direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has a second electrical resistivity in a longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die einen Rotor, der mit Permanentmagneten ausgerüstet ist, und einen Stator aufweisen, der mit einer mehrphasigen Statorwicklung ausgerüstet ist. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 2 eine nutenlose rotierende elektrische Maschine, die nicht mit Schenkelpolen ausgerüstet ist und in der Lage ist, ein Rastdrehmoment zu vermeiden, das aus den Schenkelpolen resultiert.Typical rotating electrical machines are known which have a rotor which is equipped with permanent magnets and a stator which is equipped with a multi-phase stator winding. For example, Patent Literature 2 discloses a slotless rotating electrical machine that is not equipped with salient poles and is capable of avoiding a cogging torque that results from the salient poles.
Es wird nicht erwartet, dass die nutenlosen rotierenden elektrischen Maschinen mit dem vorstehend beschriebenen Vorteil mit einer Vorrichtung (beispielsweise Fahrzeugen) verwendet werden, bei denen es erforderlich ist, eine hohe Drehmomentabgabe zu erzeugen. Dies liegt daran, dass ein Risiko für ein Auftreten einer Streuung von Magnetfluss oder eines Wirbelstromverlusts, das in rotierenden elektrischen Maschinen kleiner Größe, bei denen es erforderlich ist, eine niedrige Drehmomentabgabe zu erzeugen, ignoriert werden kann, mit einer Erhöhung der Größe der rotierenden elektrischen Maschine oder einer Erhöhung der Drehmomentabgabe erhöht wird, was zu einer Ineffizienz im Betrieb führt.The slotless rotary electric machines with the above-described advantage are not expected to be used with a device (for example, vehicles) that is required to generate a high torque output. This is because a risk of magnetic flux leakage or eddy current loss occurring, which can be ignored in small-size rotating electrical machines that are required to generate a low torque output, can be ignored with an increase in the size of the rotating electrical machines Machine or an increase in torque output is increased, which leads to inefficiency in operation.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der sechzehnten Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die entworfen ist, effizient im Betrieb zu sein. It is therefore a primary object of the sixteenth disclosure to provide a rotating electrical machine that is designed to be efficient in operation.
In der sechzehnten Offenbarung dient die vorstehend beschriebene Struktur des Ankers dazu, die magnetische Sättigung in dem Anker zu minimieren, wodurch die Streuung des Magnetflusses reduziert wird. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, führt zu einem kleineren magnetischen Widerstandswert (d.h. Reluktanz) zwischen dem Stator und dem Rotor, als wenn die erste Abmessung größer als die zweite Abmessung wäre, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Fläche der leitenden Elemente der Ankerwicklung, in der der Magnetfluss fließt. Anders ausgedrückt wird die Streuung des Magnetflusses verringert, um die Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen zu erhöhen.In the sixteenth disclosure, the structure of the armature described above serves to minimize the magnetic saturation in the armature, thereby reducing the scatter of the magnetic flux. The use of the armature winding, in which the first dimension is smaller than the second dimension, results in a smaller magnetic resistance value (ie reluctance) between the stator and the rotor than if the first dimension were larger than the second dimension, and also leads an increase in the area of the conductive elements of the armature winding in which the magnetic flux flows. In other words, the scattering of the magnetic flux is reduced in order to increase the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements.
Die Erhöhung der Größe der Magnetflussverkettung mit den leitenden Elementen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur führt üblicherweise zu einer Erhöhung im Wirbelstromverlust. Die Verwendung der Ankerwicklung, bei der die erste Abmessung kleiner als die zweite Abmessung ist, reduziert jedoch das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms im Vergleich dazu, wenn die Ankerwicklung entworfen ist, leitende Elemente aufzuweisen, deren Querschnitt kreisförmig oder quadratisch ist. Jedes der leitenden Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten gebildet. Die Drähte sind in Kontakt zueinander versetzt. Jeweils zwei benachbarte Drähte der Drähte weisen den ersten elektrischen spezifischen Widerstand in der Richtung auf, in der die Drähte benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte weist den zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in der Längsrichtung davon auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist höher als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Dies verringert weiterhin das Risiko der Erzeugung des Wirbelstroms in den leitenden Elementen.Increasing the size of the magnetic flux linkage with the conductive elements using the structure described above usually leads to an increase in eddy current loss. However, using the armature winding where the first dimension is smaller than the second dimension reduces the risk of eddy current generation compared to when the armature winding is designed to have conductive elements whose cross-section is circular or square. Each of the conductive elements is formed from a bundle of a plurality of wires. The wires are placed in contact with each other. Two adjacent wires of the wires each have the first electrical resistivity in the direction in which the wires are arranged adjacent to one another. Each of the wires has the second electrical resistivity in the longitudinal direction thereof. The first electrical resistivity is higher than the second electrical resistivity. This further reduces the risk of eddy current generation in the conductive elements.
Daher ist die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine in der Lage, die Streuung des Magnetflusses und den Wirbelstromverlust zu minimieren, wodurch die Drehmomentabgabe effektiv verbessert wird.Therefore, the structure of the rotary electric machine described above is able to minimize the magnetic flux leakage and the eddy current loss, thereby effectively improving the torque output.
FigurenlisteFigure list
Die vorstehend beschriebenen Aufgaben, weitere Aufgaben, Merkmale oder Vorteile in dieser Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
- 1 zeigt eine perspektivische Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine.
- 2 zeigt eine Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine.
- 3 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie III-III in 2 genommen ist.
- 4 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht von 3.
- 5 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine.
- 6 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht einer Wechselrichtereinheit.
- 7 zeigt eine Drehmomentdiagrammansicht, die eine Beziehung zwischen einer Ampere-Windung und einer Drehmomentdichte in einer Statorwicklung demonstriert.
- 8 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Rotors und eines Stators.
- 9 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 8.
- 10 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Stators.
- 11 zeigt eine Längsschnittansicht eines Stators.
- 12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Statorwicklung.
- 13 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Leiters.
- 14 zeigt eine schematische Ansicht, die eine Struktur eines Drahts veranschaulicht.
- 15 zeigt eine Ansicht, die die Anordnung (das Layout) von Leitern an der Position der n-ten Schicht veranschaulicht.
- 16 zeigt eine Seitenansicht, die Leiter auf der Position der n-ten Schicht und der Position der (n + 1)-ten Schicht veranschaulicht.
- 17 zeigt eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in Magneten gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
- 18 zeigt eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in einem Vergleichsbeispiel einer Magnetanordnung repräsentiert.
- 19 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Steuerungssystems für eine rotierende elektrische Maschine.
- 20 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das einen Stromregelungsbetrieb einer Steuerungsvorrichtung veranschaulicht.
- 21 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das einen Drehmomentregelungsbetrieb einer Steuerungsvorrichtung veranschaulicht.
- 22 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Rotors und eines Stators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
- 23 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht von 22.
- 24 zeigt eine Ansicht, die Strömungen von Magnetfluss in einer Magneteinheit demonstriert.
- 25 zeigt eine Schnittansicht eines Stators in einer Modifikation 1.
- 26 zeigt eine Schnittansicht eines Stators in der Modifikation 1.
- 27 zeigt eine Schnittansicht eines Stators in einer Modifikation 2.
- 28 zeigt eine Schnittansicht eines Stators in einer Modifikation 3.
- 29 zeigt eine Schnittansicht eines Stators in einer Modifikation 4.
- 30 zeigt eine Schnittansicht eines Stators in einer Modifikation 7.
- 31 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das einen Teil von Vorgängen einer Betriebssignalerzeugungseinrichtung in einer Modifikation 8 veranschaulicht.
- 32 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Schrittabfolge zur Ausführung eines Trägerfrequenzänderungsvorgangs veranschaulicht.
- 33 zeigt eine Ansicht, die Verbindungen von Leitern veranschaulicht, die eine Leitergruppe in einer Modifikation 9 bilden.
- 34 zeigt eine Ansicht, die einen Stapel von vier Paaren von Leitern in einer Modifikation 4 veranschaulicht.
- 35 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Rotors der Bauart mit innerem Rotor und eines Stators in einer Modifikation 10.
- 36 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht von 35.
- 37 zeigt eine Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine der Bauart mit innerem Rotor.
- 38 zeigt eine Längsschnittansicht, die schematisch eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine der Bauart mit innerem Rotor veranschaulicht.
- 39 zeigt eine Ansicht, die eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine der Bauart mit innerem Rotor in einer Modifikation 11 veranschaulicht.
- 40 zeigt eine Ansicht, die eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine der Bauart mit innerem Rotor in einer Modifikation 11 veranschaulicht.
- 41 zeigt eine Ansicht, die eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine der Bauart mit umlaufendem Anker in einer Modifikation 12 veranschaulicht.
- 42 zeigt eine Schnittansicht, die eine Struktur eines Leiters in einer Modifikation 14 veranschaulicht.
- 43 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Reluktanzdrehmoment, einem Magnetdrehmoment und einem Abstand DM veranschaulicht.
- 44 zeigt eine Ansicht, die Zähne veranschaulicht.
The above-described objects, other objects, features, or advantages in this disclosure will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. - 1 shows a perspective longitudinal sectional view of a rotating electrical machine.
- 2nd shows a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine.
- 3rd shows a sectional view taken along the line III-III in 2nd is taken.
- 4th shows a partially enlarged sectional view of FIG 3rd .
- 5 shows an exploded view of the rotating electrical machine.
- 6 shows an exploded view of an inverter unit.
- 7 Figure 12 is a torque diagram view demonstrating a relationship between an ampere turn and a torque density in a stator winding.
- 8th shows a side sectional view of a rotor and a stator.
- 9 shows an enlarged view of part of FIG 8th .
- 10th shows a side sectional view of a stator.
- 11 shows a longitudinal sectional view of a stator.
- 12th shows a perspective view of a stator winding.
- 13 shows a perspective view of a conductor.
- 14 shows a schematic view illustrating a structure of a wire.
- 15 Fig. 12 is a view illustrating the arrangement (layout) of conductors at the position of the nth layer.
- 16 FIG. 12 is a side view illustrating conductors at the nth layer position and the (n + 1 )th layer position.
- 17th 12 is a view illustrating a relationship between an electrical angle and a magnetic flux density in magnets according to an embodiment.
- 18th FIG. 12 is a view representing a relationship between an electrical angle and a magnetic flux density in a comparative example of a magnet arrangement.
- 19th shows an electrical circuit diagram of a control system for a rotating electrical machine.
- 20th FIG. 12 shows a functional block diagram illustrating a current control operation of a control device.
- 21 FIG. 12 shows a functional block diagram illustrating a torque control operation of a control device.
- 22 shows a side sectional view of a rotor and a stator according to a second embodiment.
- 23 shows a partially enlarged view of 22 .
- 24th shows a view demonstrating flows of magnetic flux in a magnet unit.
- 25th shows a sectional view of a stator in a modification 1.
- 26 shows a sectional view of a stator in modification 1.
- 27 shows a sectional view of a stator in a modification 2.
- 28 shows a sectional view of a stator in a modification 3.
- 29 shows a sectional view of a stator in a modification 4.
- 30th shows a sectional view of a stator in a modification 7.
- 31 shows a functional block diagram illustrating a part of operations of an operating signal generating device in a modification 8.
- 32 FIG. 11 is a flowchart illustrating a sequence of steps for performing a carrier frequency change operation.
- 33 FIG. 12 is a view illustrating connections of conductors that form a conductor group in a modification 9.
- 34 FIG. 12 is a view illustrating a stack of four pairs of conductors in a modification 4.
- 35 shows a side sectional view of a rotor of the type with an inner rotor and a stator in a modification 10.
- 36 shows a partially enlarged view of 35 .
- 37 shows a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine of the type with an inner rotor.
- 38 Fig. 12 is a longitudinal sectional view schematically illustrating a structure of an inner rotor type rotating electrical machine.
- 39 12 is a view illustrating a structure of an internal rotor type rotating electrical machine in a modification 11.
- 40 12 is a view illustrating a structure of an internal rotor type rotating electrical machine in a modification 11.
- 41 FIG. 12 is a view illustrating a structure of a rotating armature type rotating machine in a modification 12.
- 42 FIG. 14 is a sectional view illustrating a structure of a conductor in a modification 14.
- 43 FIG. 12 is a graph showing a relationship between a reluctance torque, a magnet torque, and a distance DM illustrated.
- 44 shows a view illustrating teeth.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGEMBODIMENTS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Die Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Teile gemäß den Ausführungsbeispielen, die funktionell oder strukturell einander entsprechen, oder miteinander verknüpft sind, sind durch dieselben Bezugszeichen oder durch Bezugszeichen bezeichnet, die sich in der Hunderterstelle voneinander unterscheiden. Die entsprechenden oder verknüpften Teile können sich auf die Erläuterung in den anderen Ausführungsbeispielen beziehen.The exemplary embodiments are described below with reference to the drawings. Parts according to the exemplary embodiments, which correspond functionally or structurally to one another or are linked to one another, are denoted by the same reference symbols or by reference symbols which differ from one another in the hundreds. The corresponding or linked parts can refer to the explanation in the other exemplary embodiments.
Die rotierende elektrische Maschine gemäß den Ausführungsbeispielen ist konfiguriert, um beispielsweise als eine Leistungsquelle für Fahrzeuge verwendet zu werden. Die rotierende elektrische Maschine kann jedoch in breiter Weise für Industrie-, Automobil-, Haus-, Büroautomations- oder Spieleanwendungen verwendet werden. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind dieselben oder äquivalente Teile durch dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnet, wobei deren ausführliche Erläuterung entfällt.The rotating electrical machine according to the embodiments is configured to be used as a power source for vehicles, for example. However, the rotating electrical machine can be widely used for industrial, automotive, home, office automation, or game applications. In the following exemplary embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference symbols in the drawings, and their detailed explanation is omitted.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIELFIRST EMBODIMENT
Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein synchroner mehrphasiger Wechselstrommotor mit einer Außenrotorstruktur (d.h. einer Außendrehstruktur). Ein Überblick der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist in 1 bis 5 veranschaulicht. 1 zeigt eine perspektivische Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10. 2 zeigt eine Längsschnittansicht entlang der Drehwelle 11 der rotierenden elektrischen Maschine 10. 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht (d.h., eine Schnittansicht, entlang der Linie III-III in 2 genommen ist) der rotierenden elektrischen Maschine 10 senkrecht zu der Drehwelle 11. 4 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht von 3. 5 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10. 3 lässt die Schraffierung, die einen Schnittausschnitt der Drehwelle 11 zeigt, der Vereinfachung der Zeichnungen halber weg. In der nachfolgenden Diskussion wird eine Längsrichtung der Drehwelle 11 ebenfalls als eine Axialrichtung bezeichnet. Eine radiale Richtung von der Mitte der Drehwelle 11 ist einfach als eine radiale Richtung bezeichnet. Eine Richtung entlang eines Umlaufs der Drehwelle 11 um die Mitte davon ist einfach als eine Umlaufrichtung bezeichnet.The rotating electrical machine 10th according to this embodiment is a synchronous multi-phase AC motor with an outer rotor structure (ie an outer rotating structure). An overview of the rotating electrical machine 10th is in 1 to 5 illustrated. 1 shows a perspective longitudinal sectional view of the rotating electrical machine 10th . 2nd shows a longitudinal sectional view along the rotary shaft 11 the rotating electrical machine 10th . 3rd shows a side sectional view (ie, a sectional view taken along the line III-III in 2nd is taken) of the rotating electrical machine 10th perpendicular to the rotating shaft 11 . 4th shows a partially enlarged sectional view of FIG 3rd . 5 shows an exploded view of the rotating electrical machine 10th . 3rd leaves the hatching, which is a cutout of the rotating shaft 11 shows, for the sake of simplification of the drawings away. In the discussion that follows, a longitudinal direction of the rotating shaft 11 also referred to as an axial direction. A radial direction from the center of the rotating shaft 11 is simply referred to as a radial direction. A direction along one revolution of the rotating shaft 11 around the middle of it is simply referred to as a circumferential direction.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist eine Lagereinheit 20, ein Gehäuse 30, einen Rotor 40, einen Stator 50 und eine Wechselrichtereinheit 60 auf. Diese Elemente sind koaxial miteinander zusammen mit der Drehwelle 11 angeordnet und werden in einer gegebenen Abfolge zusammengebaut, um die rotierende elektrische Maschine 10 zu vervollständigen. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem Rotor 40, der als eine Magnetfelderzeugungseinheit oder ein Feldsystem arbeitet, und dem Stator 50 ausgerüstet, der als ein Anker arbeitet, und ist als eine rotierende elektrische Maschine der Bauart mit umlaufendem Feld entwickelt.The rotating electrical machine 10th has a storage unit 20th , a housing 30th , a rotor 40 , a stator 50 and an inverter unit 60 on. These elements are coaxial with each other together with the rotating shaft 11 arranged and assembled in a given order to the rotating electrical machine 10th to complete. The rotating electrical machine 10th according to this embodiment is with the rotor 40 that works as a magnetic field generating unit or field system, and the stator 50 equipped, which works as an anchor, and is designed as a rotating electrical machine of the rotating field type.
Die Lagereinheit 20 weist zwei Lager 21 und 22, die weg voneinander in der axialen Richtung angeordnet sind, und eine Halteeinrichtung 23 auf, die die Lager 21 und 22 hält. Die Lager 21 und 22 sind beispielsweise durch Radialkugellager verwirklicht, von denen jedes einen äußeren Laufring 25, einen inneren Laufring 26 und eine Vielzahl von Kugeln 27 aufweist, die zwischen dem äußeren Laufring 25 und dem inneren Laufring 26 angeordnet sind. Die Halteeinrichtung 23 ist von einer zylindrischen Form. Die Lager 21 und 22 sind radial innerhalb der Halteeinrichtung 23 angeordnet. Die Drehwelle 11 und der Rotor 40 sind radial innerhalb der Lager 21 und 22 gehalten, um drehbar zu sein. Die Lager 21 und 22 werden als ein Satz von Lagern verwendet, um die Drehwelle 11 drehbar zu halten.The storage unit 20th has two camps 21 and 22 which are arranged away from each other in the axial direction, and a holder 23 on that the camp 21 and 22 holds. Camps 21 and 22 are realized for example by radial ball bearings, each of which has an outer race 25th , an inner race 26 and a variety of bullets 27 has between the outer race 25th and the inner race 26 are arranged. The holding device 23 is cylindrical in shape. Camps 21 and 22 are radially inside the holding device 23 arranged. The rotating shaft 11 and the rotor 40 are radially inside the bearings 21 and 22 held to be rotatable. Camps 21 and 22 are used as a set of bearings around the rotating shaft 11 keep rotatable.
Jedes der Lager 21 und 22 hält die Kugeln 27 unter Verwendung einer nicht gezeigten Festhalteeinrichtung, um einen Abstand zwischen den Kugeln 27 konstant zu halten. Jedes der Lager 21 und 22 ist mit Dichtungen auf axial oberen und unteren Enden der Festhalteeinrichtung ausgerüstet und weist ebenfalls eine nichtleitende Schmierung (beispielsweise eine nichtleitende Urease-Schmierung) auf, die innerhalb der Dichtungen eingesetzt ist. Die Position des inneren Laufrings 26 ist mechanisch durch eine Abstandseinrichtung gesichert, um eine konstante innere Vorspannung an dem inneren Laufring 26 in der Form einer vertikalen Ausbuchtung auszuüben.Each of the camps 21 and 22 holds the bullets 27 using a retainer, not shown, to set a distance between the balls 27 to keep constant. Each of the camps 21 and 22 is equipped with seals on the axially upper and lower ends of the holding device and also has a non-conductive lubrication (for example a non-conductive urease lubrication), which is used within the seals. The position of the inner race 26 is mechanically secured by a spacer to maintain a constant internal preload on the inner race 26 in the form of a vertical bulge.
Das Gehäuse 30 weist eine zylindrische Umfangswand 31 auf. Die Umfangswand 31 weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, die einander in einer axialen Richtung davon entgegengesetzt sind. Die Umfangswand 31 weist eine Endoberfläche 32 an dem ersten Ende und eine Öffnung 33 in dem zweiten Ende auf. Die Öffnung 33 belegt die gesamte Fläche des zweiten Endes. Die Endoberfläche 32 weist ein kreisförmiges Loch 34 auf, das in der Mitte davon geformt ist. Die Lagereinheit 20 ist in die Öffnung 34 eingesetzt und unter Verwendung einer Befestigungseinrichtung wie einer Schraube oder einer Niete fixiert. Der hohle zylindrische Rotor 40 und der hohle zylindrische Stator 50 sind in einem inneren Raum angeordnet, der durch die Umfangswand 31 und die Endoberfläche 32 innerhalb des Gehäuses 30 definiert ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10 von einer Außenrotorbauart, so dass der Stator 50 radial innerhalb des zylindrischen Rotors 40 innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet ist. Der Rotor 40 wird in einer freitragenden Form durch einen Abschnitt der Drehwelle 11 nahe an der Endoberfläche 32 in der axialen Richtung festgehalten.The housing 30th has a cylindrical peripheral wall 31 on. The peripheral wall 31 has a first end and a second end opposite to each other in an axial direction thereof. The peripheral wall 31 has an end surface 32 at the first end and an opening 33 in the second end. The opening 33 occupies the entire area of the second end. The end surface 32 has a circular hole 34 that is shaped in the middle of it. The storage unit 20th is in the opening 34 used and fixed using a fastening device such as a screw or a rivet. The hollow cylindrical rotor 40 and the hollow cylindrical stator 50 are arranged in an inner space through the peripheral wall 31 and the end surface 32 inside the case 30th is defined. According to this embodiment, the rotating electrical machine 10th of an outer rotor type, so the stator 50 radially inside the cylindrical rotor 40 inside the case 30th is arranged. The rotor 40 is in a cantilever shape through a section of the rotating shaft 11 close to the end surface 32 held in the axial direction.
Der Rotor 40 weist eine hohle zylindrische magnetische Halteeinrichtung 41 und eine ringförmige Magneteinheit 42 auf, die innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 angeordnet ist. Die Magnethalteeinrichtung 41 weist im Wesentlichen eine Tassen- bzw. Schalenform auf und arbeitet als ein Magnethalteelement. Die Magnethalteeinrichtung 41 weist einen Zylinder 43, einen Anbringungsabschnitt 44, der von einer zylindrischen Form ist und im Durchmesser kleiner als der Zylinder 43 ist, und einen Zwischenabschnitt 45 auf, der den Zylinder 43 und den Anbringungsabschnitt 44 miteinander verbindet. Der Zylinder 43 weist die Magneteinheit 42 an einer inneren Umfangsoberfläche davon gesichert auf.The rotor 40 has a hollow cylindrical magnetic holder 41 and an annular magnet unit 42 on that inside the magnet holder 41 is arranged. The magnetic holding device 41 has essentially a cup or bowl shape and works as a magnet holding element. The magnetic holding device 41 has a cylinder 43 , an attachment section 44 which is cylindrical in shape and smaller in diameter than the cylinder 43 and an intermediate section 45 on who the cylinder 43 and the attachment section 44 connects with each other. The cylinder 43 points the magnet unit 42 secured to an inner peripheral surface thereof.
Die Magnethalteeinrichtung 41 ist aus einem kaltgewalzten Stahl (SPCC), Schmiedestahl oder kohlenfaserverstärktem Plastik (CFRP) gebildet, die einen erforderlichen Grad mechanischer Festigkeit aufweisen.The magnetic holding device 41 is made of cold rolled steel (SPCC), forged steel or carbon fiber reinforced plastic (CFRP), which have a required degree of mechanical strength.
Die Drehwelle 11 verläuft durch eine Durchgangsöffnung 44a des Anbringungsabschnitts 44. Der Anbringungsabschnitt 44 ist an einem Abschnitt der Drehwelle 11 gesichert, der innerhalb der Durchgangsöffnung 44a angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist die Magnethalteeinrichtung 41 an der Drehwelle 11 durch den Anbringungsabschnitt 44 gesichert. Der Anbringungsabschnitt 44 kann vorzugsweise mit der Drehwelle 11 unter Verwendung von Konkavitäten und Konvexitäten, wie einer Kerbverzahnungsverbindung oder einer Keilverbindung, Schweißen oder Crimpen zusammengesetzt sein, so dass der Rotor 40 sich zusammen mit der Drehwelle 11 dreht.The rotating shaft 11 runs through a through opening 44a of the mounting section 44 . The mounting section 44 is on a section of the rotating shaft 11 secured within the through opening 44a is arranged. In other words, the magnet holder 41 on the rotating shaft 11 through the mounting section 44 secured. The mounting section 44 can preferably with the rotary shaft 11 using concavities and convexities, such as a spline connection or a spline connection, Welding or crimping can be composed so that the rotor 40 itself together with the rotating shaft 11 turns.
Die Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 sind radial außerhalb des Anbringungsabschnitts 44 gesichert. Die Lagereinheit 20 ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, an der Endoberfläche 32 des Gehäuses 30 fixiert, so dass die Drehwelle 11 und der Rotor 40 durch das Gehäuse 30 festgehalten werden, um drehbar zu sein. Der Rotor 40 ist somit innerhalb des Gehäuses 30 drehbar.Camps 21 and 22 the storage unit 20th are radially outside the mounting portion 44 secured. The storage unit 20th is, as described above, on the end surface 32 of the housing 30th fixed so that the rotating shaft 11 and the rotor 40 through the housing 30th be held to be rotatable. The rotor 40 is thus inside the case 30th rotatable.
Der Rotor 40 ist mit dem Anbringungsabschnitt 44 ausgerüstet, der lediglich an einem der zueinander in der axialen Richtung des Rotors 40 entgegengesetzt Enden davon angeordnet ist. Dies trägt den Rotor 40 an der Drehwelle 11 freitragend. Der Anbringungsabschnitt 44 des Rotors 40 wird drehbar an zwei Punkten von Stützen unter Verwendung der Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 festgehalten, die sich weg voneinander in der axialen Richtung befinden. Anders ausgedrückt wird der Rotor 40 unter Verwendung der zwei Lager 21 und 22, die voneinander mit einem Abstand in der axialen Richtung getrennt sind, an einem der axial entgegengesetzten Enden der Magnethalteeinrichtung 41 gehalten, um drehbar zu sein. Dies gewährleistet die Stabilität in der Drehung des Rotors 40, selbst wenn der Rotor 40 an der Drehwelle 41 freitragend gehalten wird. Der Rotor 40 wird durch die Lager 21 und 22 an Stellen festgehalten, die von der Mitte zwischen den axial entgegengesetzten Enden des Rotors 40 in der axialen Richtung davon entfernt sind.The rotor 40 is with the mounting section 44 equipped, which only on one of the other in the axial direction of the rotor 40 opposite ends thereof is arranged. This carries the rotor 40 on the rotating shaft 11 unsupported. The mounting section 44 of the rotor 40 becomes rotatable at two points of supports using the bearings 21 and 22 the storage unit 20th held away from each other in the axial direction. In other words, the rotor 40 using the two bearings 21 and 22 which are separated from each other by a distance in the axial direction at one of the axially opposite ends of the magnet holding device 41 held to be rotatable. This ensures the stability in the rotation of the rotor 40 , even if the rotor 40 on the rotating shaft 41 is kept unsupported. The rotor 40 is through the camp 21 and 22 held in place by the center between the axially opposite ends of the rotor 40 are distant from it in the axial direction.
Das Lager 22 der Lagereinheit 20, das sich näher an der Mitte des Rotors 40 befindet (der untere der Lager 21 und 22 in den Zeichnungen) unterscheidet sich in der Abmessung eines Spalts zwischen jeweils dem äußeren Laufring 25 und dem inneren Laufring und den Kugeln 27 von dem Lager 21, das sich weiter entfernt von der Mitte des Rotors 40 befindet (d.h. der obere der Lager 21 und 22). Beispielsweise ist die Abmessung des Spalts des Lagers 22, das sich näher an der Mitte des Rotors 40 befindet, größer als bei dem Lager 21. Dies minimiert nachteilige Wirkungen auf die Lagereinheit 20, die von einer Verbiegung des Rotors 40 oder einer mechanischen Vibration des Rotors 40 aufgrund eines Ungleichgewichts, die aus einer Teiletoleranz resultieren, an einer Stelle auftreten, die nahe an der Mitte des Rotors 40 ist. Insbesondere ist das Lager 22, das näher an der Mitte des Rotors 40 ist, derart entwickelt, dass dessen Abmessungen der Spalte oder Spielräume unter Verwendung von Vorspannung erhöht sind, wodurch die Vibration absorbiert wird, die in der freitragenden Struktur erzeugt wird. Die Vorspannung kann entweder durch eine fixierte Positionsvorlast oder eine konstante Druckvorlast bereitgestellt werden. In dem Falle einer fixierten Positionsvorlast ist der äußere Laufring 25 von jedem der Lager 21 und 22 mit der Festhalteeinrichtung 23 unter Verwendung von Presspassung oder Schweißen zusammengesetzt. Der innere Laufring 26 von jedem der Lager 21 und 22 ist mit der Drehwelle 11 durch Presspassung oder Schweißen zusammengesetzt. Die Vorspannung kann durch Anordnen des äußeren Laufrings 25 des Lagers 21 weg von dem inneren Laufring 26 des Lagers 21 in der axialen Richtung oder alternativ durch Anordnen des äußeren Laufrings 25 des Lagers 22 weg von dem inneren Laufring 26 des Lagers 22 in der axialen Richtung erzeugt werden.The warehouse 22 the storage unit 20th that is closer to the center of the rotor 40 (the lower of the bearings 21 and 22 in the drawings) differs in the dimension of a gap between the outer race 25th and the inner race and the balls 27 from the camp 21 which is further away from the center of the rotor 40 located (ie the top of the bearings 21 and 22 ). For example, the dimension of the bearing gap 22 that is closer to the center of the rotor 40 is larger than in the warehouse 21 . This minimizes adverse effects on the storage unit 20th caused by a deflection of the rotor 40 or mechanical vibration of the rotor 40 due to an imbalance resulting from part tolerance occur at a location close to the center of the rotor 40 is. In particular, the camp 22 that is closer to the center of the rotor 40 is developed such that the dimensions of the gaps or clearances are increased using preload, thereby absorbing the vibration that is generated in the cantilever structure. The preload can be provided either by a fixed position preload or a constant pressure preload. In the case of a fixed position preload is the outer race 25th from each of the camps 21 and 22 with the holding device 23 assembled using press fit or welding. The inner race 26 from each of the camps 21 and 22 is with the rotating shaft 11 assembled by press fitting or welding. The preload can be adjusted by placing the outer race 25th of the camp 21 away from the inner race 26 of the camp 21 in the axial direction or alternatively by arranging the outer race 25th of the camp 22 away from the inner race 26 of the camp 22 generated in the axial direction.
In dem Falle der konstanten Druckvorlast ist eine Vorlastfeder wie eine Wellenfederscheibe 24 zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 angeordnet, um die Vorlast zu erzeugen, die von einer Region zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 zu dem äußeren Laufring 25 des Lagers 22 in der axialen Richtung gerichtet ist. In diesem Fall ist der innere Laufring 26 von jedem der Lager 21 und 22 mit der Drehwelle 11 unter Verwendung von Presspassen oder Bonden verbunden. Der äußere Laufring 25 des Lagers 21 oder des Lagers 22 ist weg von dem äußeren Laufring 25 durch einen gegebenen Freiraum angeordnet. Diese Struktur übt Druck, wie er durch die Vorlastfeder erzeugt wird, auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 22 aus, um den äußeren Laufring 25 weg von dem Lager 21 zu drängen. Der Druck wird dann durch die Drehwelle 11 übertragen, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 zu dem Lager 22 hin zu drängen, wodurch der äußere Laufring 25 von jedem der Lager 21 und 22 weg von dem inneren Laufring 26 davon in der axialen Richtung gebracht wird, um die Vorlast auf die Lager 21 und 22 in derselben Weise wie bei der fixierten Positionsvorlast auszuüben.In the case of constant pressure preload, a preload spring is like a wave spring washer 24th between the camp 22 and the camp 21 arranged to generate the preload by a region between the camp 22 and the camp 21 to the outer race 25th of the camp 22 is directed in the axial direction. In this case, the inner race 26 from each of the camps 21 and 22 with the rotating shaft 11 connected using press fits or bonds. The outer race 25th of the camp 21 or the camp 22 is away from the outer race 25th arranged by a given free space. This structure exerts pressure, as generated by the preload spring, on the outer race 25th of the camp 22 out to the outer race 25th away from the camp 21 to urge. The pressure is then through the rotating shaft 11 transferred to the inner race 26 of the camp 21 to the camp 22 pushing, causing the outer race 25th from each of the camps 21 and 22 away from the inner race 26 of which is brought in the axial direction to preload the bearings 21 and 22 in the same way as for the fixed position preload.
Die konstante Druckvorlast muss nicht notwendigerweise den Federdruck, wie er in 2 veranschaulicht ist, auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 22 ausüben, sondern kann alternativ durch Ausüben des Federdrucks auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 21 erzeugt werden. Die Ausübung der Vorlast auf die Lager 21 und 22 kann alternativ erzielt werden, indem der innere Laufrings 26 von einem der Lager 21 und 22 weg von der Drehwelle 11 um einen gegebenen Freiraum dazwischen platziert wird und der äußere Laufrings 25 von jedem der Lager 21 und 22 mit der Festhalteeinrichtung 23 unter Verwendung von Presspassen oder Bonden zusammengesetzt wird.The constant pressure preload does not necessarily mean the spring pressure as it is in 2nd is illustrated on the outer race 25th of the camp 22 exercise, but can alternatively by exerting the spring pressure on the outer race 25th of the camp 21 be generated. The preload on the camp 21 and 22 can alternatively be achieved by the inner race 26 from one of the camps 21 and 22 away from the rotating shaft 11 is placed around a given space in between and the outer race 25th from each of the camps 21 and 22 with the holding device 23 is assembled using press fits or bonds.
Weiterhin wird in dem Fall, in dem der Druck erzeugt wird, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 weg von dem Lager 22 zu bringen, ein derartiger Druck vorzugsweise zusätzlich auf den inneren Laufring 26 des Lagers 22 weg von dem Lager 21 ausgeübt. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem der Druck erzeugt wird, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 nahe an das Lager 22 zu bringen, ein derartiger Druck vorzugsweise zusätzlich auf den inneren Laufring 26 des Lagers 22 ausgeübt, um diesen nahe an das Lager 21 zu bringen.Furthermore, in the case where the Pressure is created around the inner race 26 of the camp 21 away from the camp 22 to bring such pressure preferably additionally on the inner race 26 of the camp 22 away from the camp 21 exercised. In contrast, in the case where the pressure is generated, the inner race 26 of the camp 21 close to the camp 22 to bring such pressure preferably additionally on the inner race 26 of the camp 22 exercised to keep this close to the camp 21 bring to.
In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, besteht ein Risiko, dass eine mechanische Vibration mit einer Komponente, die in einer Richtung ausgerichtet ist, in der die Vorlast erzeugt wird, auf die Vorlasterzeugungsstruktur ausgeübt werden kann, oder dass eine Richtung, in der die Schwerkraft auf ein Objekt einwirkt, bei dem die Vorlast angewendet wird, geändert werden kann. Zur Lösung eines derartigen Problems wird vorzugsweise die fixierte Positionsvorlast in dem Fall verwendet, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 in dem Fahrzeug montiert ist.In a case where the rotating electrical machine 10th is used as a power source for a vehicle, there is a risk that mechanical vibration with a component oriented in a direction in which the preload is generated can be exerted on the preload generation structure, or a direction in which the Gravity can be applied to an object where the preload is applied. To solve such a problem, the fixed position preload is preferably used in the case in which the rotating electrical machine 10th is mounted in the vehicle.
Der Zwischenabschnitt 45 weist eine ringförmige innere Schulter 49a und eine ringförmige äußere Schulter 49b auf. Die äußere Schulter 49b ist außerhalb der inneren Schulter 49a in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 angeordnet. Die innere Schulter 49a und die äußere Schulter 49b sind voneinander in der axialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 getrennt. Diese Anordnung führt zu einem teilweisen Überlappen zwischen dem Zylinder 43 und dem Anbringungsabschnitt 44 in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45. Anders ausgedrückt springt der Zylinder 43 nach außerhalb eines Basisendabschnitts (d.h., des unteren Abschnitts, wie in der Zeichnung gezeigt) des Anbringungsabschnitts 44 in der axialen Richtung vor. Die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht es, dass der Rotor 40 durch die Drehwelle 11 an einer Stelle festgehalten wird, die näher an dem Schwerpunkt des Rotors 40 ist als in einem Fall, in dem der Zwischenabschnitt 45 flach ohne irgendeine Schulter geformt ist, wodurch die Stabilität im Betrieb des Rotors 40 gewährleistet wird.The intermediate section 45 has an annular inner shoulder 49a and an annular outer shoulder 49b on. The outer shoulder 49b is outside the inner shoulder 49a in the radial direction of the intermediate section 45 arranged. The inner shoulder 49a and the outer shoulder 49b are from each other in the axial direction of the intermediate section 45 Cut. This arrangement results in partial overlap between the cylinders 43 and the mounting section 44 in the radial direction of the intermediate section 45 . In other words, the cylinder jumps 43 outside of a base end portion (ie, the lower portion as shown in the drawing) of the attachment portion 44 in the axial direction. The structure according to this embodiment enables the rotor 40 through the rotating shaft 11 is held at a location closer to the center of gravity of the rotor 40 is than in a case where the intermediate section 45 is shaped flat without any shoulder, which increases the stability in the operation of the rotor 40 is guaranteed.
In der vorstehend beschriebenen Struktur des Zwischenabschnitts 45 weist der Rotor 40 eine ringförmige Lagergehäuseaussparung 46 auf, die in einem inneren Abschnitt des Zwischenabschnitts 45 geformt ist und radial den Anbringungsabschnitts 44 umgibt. Die Lagergehäuseaussparung 46 weist einen Abschnitt der Lagereinheit 20 darin angeordnet auf. Der Rotor 40 weist ebenfalls eine Spulengehäuseaussparung 47 auf, die in einem äußeren Abschnitt des Zwischenabschnitts 45 geformt ist und die Lagergehäuseaussparung 46 radial umgibt. Die Spulengehäuseaussparung 47 weist darin angeordnet ein Spulenende 54 der Statorwicklung 51 des Stators 50 auf, die später ausführlich beschrieben wird. Die Gehäuseaussparungen 46 und 47 sind benachbart zueinander in der axialen Richtung angeordnet. Anders ausgedrückt ist ein Abschnitt der Lagereinheit 20 derart angeordnet, dass er das Spulenende 54 der Statorwicklung 51 in der axialen Richtung überlappt. Dies ermöglicht es der rotierenden elektrischen Maschine 10, eine in der axialen Richtung verringerte Länge aufzuweisen.In the structure of the intermediate section described above 45 points the rotor 40 an annular recess in the bearing housing 46 on that in an inner section of the intermediate section 45 is shaped and radially the attachment portion 44 surrounds. The bearing housing recess 46 has a portion of the storage unit 20th arranged on it. The rotor 40 also has a spool housing recess 47 on that in an outer section of the intermediate section 45 is shaped and the bearing housing recess 46 radially surrounds. The coil housing recess 47 has a coil end disposed therein 54 the stator winding 51 of the stator 50 which will be described in detail later. The housing recesses 46 and 47 are arranged adjacent to each other in the axial direction. In other words, is a section of the storage unit 20th arranged so that it has the coil end 54 the stator winding 51 overlaps in the axial direction. This enables the rotating electrical machine 10th to have a reduced length in the axial direction.
Der Zwischenabschnitt 45 erstreckt sich oder hängt nach außen über von der Drehwelle 11 in der radialen Richtung. Der Zwischenabschnitt 45 ist mit einer Kontaktvermeidungseinrichtung ausgerüstet, die sich in der axialen Richtung erstreckt und einen physikalischen Kontakt mit dem Spulenende 54 der Statorwicklung 51 des Stators 50 vermeidet. Der Zwischenabschnitt 45 ist ebenfalls als Überhang bezeichnet.The intermediate section 45 extends or hangs outward from the rotating shaft 11 in the radial direction. The intermediate section 45 is equipped with a contact avoidance device that extends in the axial direction and physical contact with the coil end 54 the stator winding 51 of the stator 50 avoids. The intermediate section 45 is also referred to as an overhang.
Das Spulenende 54 kann radial nach innen oder nach außen gebogen werden, um einen verringerte axiale Abmessung aufzuweisen, wodurch eine Verringerung der axialen Länge des Stators 50 ermöglicht wird. Eine Richtung, in der das Spulenende 54 gebogen wird, wird vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Einbau davon in den Rotor 40 bestimmt. In dem Fall, in dem der Stator 50 radial innerhalb des Rotors 40 eingebaut wird, wird ein Abschnitt des Spulenendes 54, der in den Rotor 40 eingesetzt wird, vorzugsweise radial nach innen gebogen. Ein Spulenende, das entgegengesetzt zu dem Spulenende 54 ist, kann entweder nach innen oder nach außen gebogen werden, wird jedoch vorzugsweise zu einer äußeren Seite hin gebogen, wo es ausreichend Raum im Hinblick auf die Herstellung davon gibt.The coil end 54 can be bent radially inward or outward to have a reduced axial dimension, thereby reducing the axial length of the stator 50 is made possible. A direction in which the coil end 54 is bent, preferably depending on the installation thereof in the rotor 40 certainly. In the case where the stator 50 radially inside the rotor 40 is installed, a section of the coil end 54 that in the rotor 40 is used, preferably bent radially inwards. A coil end that is opposite to the coil end 54 can be bent either inwards or outwards, but is preferably bent to an outer side where there is sufficient space for the manufacture thereof.
Die Magneteinheit 42, die als ein magnetischer Abschnitt arbeitet, ist aus einer Vielzahl von Permanentmagneten gebildet, die radial innerhalb des Zylinders 43 angeordnet sind, so dass sie unterschiedliche Magnetpole aufweisen, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung davon angeordnet sind. Die Magneteinheit 42 weist somit eine Vielzahl von Magnetpolen auf, die in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Die Magneteinheit 42 wird ebenfalls später ausführlich besch rieben.The magnet unit 42 , which works as a magnetic section, is formed from a plurality of permanent magnets that are radially inside the cylinder 43 are arranged so that they have different magnetic poles which are alternately arranged in a circumferential direction thereof. The magnet unit 42 thus has a plurality of magnetic poles, which are arranged in the circumferential direction. The magnet unit 42 will also be described in detail later.
Der Stator 50 ist radial innerhalb des Rotors 40 angeordnet. Der Stator 50 weist die Statorwicklung 51, die im Wesentlichen in einer zylindrischen (ringförmigen) Form gewickelt ist, und einen Statorkern 52 auf, der als ein Basiselement verwendet wird, das radial innerhalb der Statorwicklung 51 angeordnet ist. Die Statorwicklung 51 ist angeordnet, um der ringförmigen Magneteinheit 42 über einen gegebenen Luftspalt dazwischen zugewandt zu sein. Die Statorwicklung 51 weist eine Vielzahl von Phasenwicklungen auf, von denen jede aus einer Vielzahl von Leitern gebildet ist, die mit einer gegebenen Teilung (pitch) weg voneinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind und miteinander zusammengesetzt sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Drei-Phasen-Wicklungen verwendet: eine, die eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung aufweist, und eine andere, die eine X-Phasen-Wicklung, eine Y-Phasen-Wicklung und eine Z-Phasen-Wicklung aufweist, um die Statorwicklung 51 als eine Sechs-Phasen-Wicklung zu vervollständigen.The stator 50 is radially inside the rotor 40 arranged. The stator 50 points the stator winding 51 which is wound substantially in a cylindrical (ring-like) shape, and a stator core 52 that is used as a base element that is radially inside the stator winding 51 is arranged. The stator winding 51 is arranged around the annular magnet unit 42 to face across a given air gap in between. The stator winding 51 has a plurality of phase windings, each of which is formed from a plurality of conductors arranged with a given pitch away from each other in the circumferential direction and assembled together. According to this embodiment, two three-phase windings are used: one, which has a U-phase winding, a V-phase winding and a W-phase winding, and another which has an X-phase winding, a Y-phase winding and a Z-phase winding, around the stator winding 51 to complete as a six-phase winding.
Der Statorkern 52 ist durch einen ringförmigen Stapel von magnetischen Stahlblechen geformt, die aus einem weichmagnetischen Material gebildet sind und radial innerhalb der Statorwicklung 51 montiert sind. Die magnetischen Stahlbleche sind beispielsweise Siliziumnitrid-Stahlbleche, die durch Hinzufügen eines kleinen Anteils (beispielsweise 3%) von Siliziumnitrid zu Eisen gebildet sind. Die Statorwicklung 51 entspricht einer Ankerwicklung. Der Statorkern 52 entspricht einem Ankerkern.The stator core 52 is formed by an annular stack of magnetic steel sheets, which are formed from a soft magnetic material and radially inside the stator winding 51 are mounted. The magnetic steel sheets are, for example, silicon nitride steel sheets which are formed by adding a small amount (e.g. 3%) of silicon nitride to iron. The stator winding 51 corresponds to an armature winding. The stator core 52 corresponds to an anchor core.
Die Statorwicklung 51 überlappt den Statorkern 52 in der radialen Richtung und weist einen Spulenseitenabschnitt 53, der radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet ist, und Spulenenden 54 und 55 auf, die an Enden des Statorkerns 52 in der axialen Richtung überhängen. Der Spulenseitenabschnitt 53 ist dem Statorkern 52 und der Magneteinheit 42 des Rotors 40 in der radialen Richtung zugewandt. Der Stator 50 ist innerhalb des Rotors 40 angeordnet. Das Spulenende 54, das eines (d.h., das obere, wie in der Zeichnung gezeigt) der axial entgegengesetzten Spulenenden 54 und 55 ist und nahe an der Lagereinheit 20 angeordnet ist, ist in der Spulengehäuseaussparung 47 angeordnet, die durch die Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 abgegrenzt ist. Der Stator 50 ist ebenfalls später ausführlich beschrieben.The stator winding 51 overlaps the stator core 52 in the radial direction and has a coil side portion 53 that is radially outside of the stator core 52 is arranged, and coil ends 54 and 55 on that at ends of the stator core 52 overhang in the axial direction. The coil side section 53 is the stator core 52 and the magnet unit 42 of the rotor 40 facing in the radial direction. The stator 50 is inside the rotor 40 arranged. The coil end 54 which is one (ie, the top, as shown in the drawing) of the axially opposite coil ends 54 and 55 and is close to the storage unit 20th is arranged, is in the bobbin case recess 47 arranged by the magnet holder 41 of the rotor 40 is delimited. The stator 50 is also described in detail later.
Die Wechselrichtereinheit 60 weist eine Einheitsbasis 61, die an dem Gehäuse 30 unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen wie Bolzen gesichert ist, und eine Vielzahl von elektrischen Komponenten 62 auf, die auf der Einheitsbasis 61 montiert sind. Die Einheitsbasis 61 ist beispielsweise aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff (CFRP) gebildet. Die Einheitsbasis 61 weist eine Endplatte 63, die an einer Flanke der Öffnung 33 des Gehäuses 30 gesichert ist, und ein Gehäuse 64 auf, das einstückig mit der Endplatte 63 geformt ist und sich in der axialen Richtung erstreckt. Die Endplatte 63 weist eine in der Mitte davon geformte kreisförmige Öffnung 65 auf. Das Gehäuse 64 erstreckt sich von einer Umfangskante der Öffnung 65 nach oben.The inverter unit 60 has a unity basis 61 that on the housing 30th secured using fasteners such as bolts, and a variety of electrical components 62 on that on a unit basis 61 are mounted. The unit base 61 is formed, for example, from a carbon fiber reinforced plastic (CFRP). The unit base 61 has an end plate 63 that are on a flank of the opening 33 of the housing 30th is secured, and a housing 64 on that integrally with the end plate 63 is shaped and extends in the axial direction. The end plate 63 has a circular opening formed in the middle thereof 65 on. The housing 64 extends from a peripheral edge of the opening 65 up.
Der Stator 50 ist an einer äußeren Umfangsoberfläche des Gehäuses 64 angeordnet. Insbesondere ist ein äußerer Durchmesser des Gehäuses 64 derart ausgewählt, dass er identisch mit oder etwas kleiner als ein innerer Durchmesser des Statorkerns 52 ist. Der Statorkern 52 ist an der äußeren Seite des Gehäuses 64 angebracht, um eine Einheit zu vervollständigen, die aus dem Stator 50 und der Einheitsbasis 61 gebildet ist. Die Einheitsbasis 61 ist an dem Gehäuse 30 gesichert, so dass der Stator 50 mit dem Gehäuse 30 in einer Bedingung vereinigt wird, in der der Statorkern 52 in dem Gehäuse 64 eingebaut ist.The stator 50 is on an outer peripheral surface of the housing 64 arranged. In particular, an outer diameter of the housing 64 selected to be identical to or slightly smaller than an inner diameter of the stator core 52 is. The stator core 52 is on the outside of the case 64 attached to complete a unit coming out of the stator 50 and the unit base 61 is formed. The unit base 61 is on the housing 30th secured so that the stator 50 with the housing 30th is united in one condition in which the stator core 52 in the housing 64 is installed.
Der Statorkern 52 kann an die Einheitsbasis 61 gebondet, schrumpfgepasst oder pressgepasst werden, wodurch eine Positionsverschiebung des Statorkerns 52 in Bezug auf die Einheitsbasis 61 sowohl in der Umlaufrichtung als auch in der axialen Richtung beseitigt wird.The stator core 52 can to the unit base 61 bonded, shrink fit, or press fit, causing a shift in position of the stator core 52 in terms of the unit base 61 is eliminated both in the circumferential direction and in the axial direction.
Das Gehäuse 64 weist einen radial inneren Speicherraum auf, in dem die elektrischen Komponenten 62 angeordnet sind. Die elektrischen Komponenten 62 sind derart angeordnet, dass sie die Drehwelle 11 innerhalb des Speicherraums umgeben. Das Gehäuse 64 fungiert als ein Speicherraumformungsabschnitt. Die elektrischen Komponenten 62 weisen Halbleitermodule 66, eine Steuerungsplatine 67 und ein Kondensatormodul 68 auf, die eine Wechselrichterschaltung bilden.The housing 64 has a radially inner storage space in which the electrical components 62 are arranged. The electrical components 62 are arranged so that they have the rotating shaft 11 surrounded within the storage space. The housing 64 acts as a storage space shaping section. The electrical components 62 have semiconductor modules 66 , a control board 67 and a capacitor module 68 which form an inverter circuit.
Die Einheitsbasis 61 dient als eine Statorhalteeinrichtung (d.h. eine Ankerhalteeinrichtung), die radial innerhalb des Stators 50 angeordnet ist und den Stator 50 festhält. Das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 grenzen ein Motorgehäuse für die rotierende elektrische Maschine 10 ab. In dem Motorgehäuse ist die Festhalteeinrichtung 23 an einem ersten Ende des Gehäuses 30 gesichert, das entgegengesetzt zu einem zweiten Ende des Gehäuses 30 durch den Rotor 40 in der axialen Richtung entgegengesetzt ist. Das zweite Ende des Gehäuses 30 und die Einheitsbasis 61 sind zusammengesetzt. Beispielsweise ist in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wie einem Elektroautomobil das Motorgehäuse an einer Seite des Fahrzeugs angebracht, um die rotierende elektrische Maschine 10 in das Fahrzeug einzubauen.The unit base 61 serves as a stator retainer (ie, an armature retainer) that is radially inside the stator 50 is arranged and the stator 50 holds on. The housing 30th and the unit base 61 limit a motor housing for the rotating electrical machine 10th from. The holding device is in the motor housing 23 at a first end of the housing 30th secured, the opposite of a second end of the housing 30th through the rotor 40 is opposite in the axial direction. The second end of the case 30th and the unit base 61 are composed. For example, in an electrically powered vehicle such as an electric automobile, the motor housing is attached to one side of the vehicle around the rotating electrical machine 10th to be installed in the vehicle.
Die Wechselrichtereinheit 60 ist ebenfalls unter Verwendung von 6, die eine auseinandergezogene Ansicht ist, zusätzlich zu den 1 bis 5 beschrieben.The inverter unit 60 is also using 6 which is an exploded view, in addition to 1 to 5 described.
Das Gehäuse 64 der Einheitsbasis 61 weist einen Zylinder 71 und eine Endoberfläche 72 auf, die eine von Enden des Zylinders 71 ist, die einander in der axialen Richtung des Zylinders 71 entgegengesetzt sind (d.h., das Ende des Gehäuses 64, das nahe an der Lagereinheit 20 ist). Das Ende des Zylinders 71, das der Endoberfläche 72 in der axialen Richtung gegenüberliegt, ist geformt, um vollständig zu der Öffnung 65 der Endplatte 63 offen zu sein. Die Endoberfläche 72 weist in der Mitte davon die kreisförmige Öffnung 73 auf, durch die die Drehwelle 11 einsetzbar ist. Die Öffnung 73 weist darin eingepasst ein Dichtungselement 171 auf, das hermetisch einen Luftspalt zwischen der Öffnung 73 und dem äußeren Umfang der Drehwelle 11 abdichtet. Das Dichtungselement 171 ist vorzugsweise beispielsweise durch eine harzhaltige verschiebbare Dichtung verwirklicht.The housing 64 the unit base 61 has a cylinder 71 and an end surface 72 on that one from ends of the cylinder 71 is facing each other in the axial direction of the cylinder 71 are opposite (ie, the end of the case 64 that is close to the storage unit 20th is). The end of the cylinder 71 that of the end surface 72 opposite in the axial direction is shaped to completely face the opening 65 the end plate 63 to be open. The end surface 72 has the circular opening in the middle of it 73 through which the rotary shaft 11 can be used. The opening 73 has a sealing element fitted therein 171 on that hermetically an air gap between the opening 73 and the outer periphery of the rotating shaft 11 seals. The Sealing element 171 is preferably realized, for example, by a resin-containing sliding seal.
Der Zylinder 71 des Gehäuses 64 dient als eine Unterteilung, die den Rotor 40 und den Stator 50, die radial außerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind, von den elektrischen Komponenten 62 isoliert, die radial innerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind. Der Rotor 40, der Stator 50 und die elektrischen Komponenten 62 sind radial innerhalb und außerhalb des Zylinders 71 angeordnet.The cylinder 71 of the housing 64 serves as a subdivision that the rotor 40 and the stator 50 that are radially outside the cylinder 71 are arranged by the electrical components 62 isolated radially inside the cylinder 71 are arranged. The rotor 40 , the stator 50 and the electrical components 62 are radially inside and outside the cylinder 71 arranged.
Die elektrischen Komponenten 62 sind elektrische Vorrichtungen, die die Wechselrichterschaltung aufbauen, die mit einer Motorfunktion und einer Generatorfunktion ausgerüstet ist. Die Motorfunktion besteht darin, einen elektrischen Strom den Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 in einer gegebenen Abfolge zuzuführen, um den Rotor 40 zu drehen. Die Generatorfunktion besteht darin, dass ein Drei-Phasen-Wechselstrom, der durch die Statorwicklung 51 in Reaktion auf die Drehung der Drehwelle 11 fließt, zu empfangen und elektrische Leistung zu erzeugen und auszugeben. Die elektrischen Komponenten 62 können entwickelt sein, entweder die Motorfunktion oder die Generatorfunktion durchzuführen. In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, dient die Generatorfunktion als eine regenerative Funktion zur Ausgabe einer regenerierten elektrischen Leistung.The electrical components 62 are electrical devices that build the inverter circuit, which is equipped with a motor function and a generator function. The motor function is to supply an electrical current to the phase windings of the stator winding 51 feed in a given sequence to the rotor 40 to turn. The generator function is a three-phase alternating current flowing through the stator winding 51 in response to the rotation of the rotating shaft 11 flows, receive and generate and output electrical power. The electrical components 62 can be designed to perform either the engine function or the generator function. In a case where the rotating electrical machine 10th When used as a power source for a vehicle, the generator function serves as a regenerative function for outputting a regenerated electric power.
Insbesondere weisen die elektrischen Komponenten 62, wie es in 4 demonstriert ist, ein hohles zylindrisches Kondensatormodul 68, das um die Drehwelle 11 angeordnet ist, und Halbleitermodule 66 auf, die an dem Kondensatormodul 68 montiert sind. Das Kondensatormodul 68 weist eine Vielzahl von Glättungskondensatoren 68a auf, die parallel zueinander geschaltet sind. Insbesondere ist jeder der Kondensatoren 68a durch einen gestapelten Folienkondensator, der aus einer Vielzahl von Folienkondensatoren gebildet ist, die in einer Trapezform im Querschnitt gestapelt sind, verwirklicht. Das Kondensatormodul 68 ist aus zwölf Kondensatoren 68a aufgebaut, die in einer ringförmigen Form angeordnet sind.In particular, the electrical components 62 as it is in 4th a hollow cylindrical capacitor module is demonstrated 68 that around the rotating shaft 11 is arranged, and semiconductor modules 66 on that on the capacitor module 68 are mounted. The capacitor module 68 has a variety of smoothing capacitors 68a which are connected in parallel to each other. In particular, each of the capacitors 68a realized by a stacked film capacitor which is formed from a multiplicity of film capacitors which are stacked in a trapezoidal shape in cross section. The capacitor module 68 is made up of twelve capacitors 68a constructed, which are arranged in an annular shape.
Die Kondensatoren 68a können hergestellt werden durch Vorbereiten einer langen Folie, die eine gegebene Breite aufweist und aus einem Stapel von Folien hergestellt ist, und Schneiden der langen Folie in gleichschenklige Trapeze, von denen jedes eine Höhe aufweist, die identisch zu der Breite der langen Folie ist, und deren kurze Basen und lange Basen abwechselnd angeordnet sind. Elektroden sind an den auf diese Weise produzierten Kondensatorvorrichtungen angebracht, um die Kondensatoren 68a zu vervollständigen.The capacitors 68a can be made by preparing a long sheet having a given width and made from a stack of sheets and cutting the long sheet into isosceles trapezoids each having a height identical to the length of the long sheet, and whose short bases and long bases are arranged alternately. Electrodes are attached to the capacitor devices produced in this way, around the capacitors 68a to complete.
Das Halbleitermodul 66 weist beispielsweise einen Halbleiterschalter wie einen MOSFET oder einen IGBT auf und ist im Wesentlichen in einer ebenen Form. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10, wie es vorstehend beschrieben worden ist, mit zwei Sätzen von Drei-Phasen-Wicklungen ausgerüstet und weist die Wechselrichterschaltungen, jeweils eine für jeden Satz der Drei-Phasen-Wicklungen, auf. Die elektrischen Komponenten 62 weisen daher insgesamt zwölf Halbleitermodule 66 auf, die in einer Ringform angeordnet sind, um eine Halbleitermodulgruppe 66A aufzubauen.The semiconductor module 66 has, for example, a semiconductor switch such as a MOSFET or an IGBT and is essentially in a flat shape. According to this embodiment, the rotating electrical machine 10th , as described above, is equipped with two sets of three-phase windings and has the inverter circuits, one for each set of the three-phase windings. The electrical components 62 therefore have a total of twelve semiconductor modules 66 arranged in a ring shape around a semiconductor module group 66A build up.
Die Halbleitermodule 66 sind zwischen dem Zylinder 61 des Gehäuses 64 und dem Kondensatormodul 68 angeordnet. Die Halbleitermodulgruppe 66A weist eine äußere Umfangsoberfläche auf, die in Kontakt mit einer inneren Umfangsoberfläche des Zylinders 61 versetzt ist. Die Halbleitermodulgruppe 66A weist ebenfalls eine innere Umfangsoberfläche auf, die in Kontakt mit einer äußeren Umfangsoberfläche des Kondensatormoduls 68 versetzt ist. Dies bewirkt, dass Wärme, wie sie in den Halbleitermodulen 66 erzeugt wird, auf die Endplatte 63 durch das Gehäuse 64 übertragen wird, so dass sie von der Endplatte 63 abgeleitet wird.The semiconductor modules 66 are between the cylinder 61 of the housing 64 and the capacitor module 68 arranged. The semiconductor module group 66A has an outer peripheral surface in contact with an inner peripheral surface of the cylinder 61 is offset. The semiconductor module group 66A also has an inner peripheral surface that is in contact with an outer peripheral surface of the capacitor module 68 is offset. This causes heat like that in the semiconductor modules 66 is generated on the end plate 63 through the housing 64 is transferred so that it from the end plate 63 is derived.
Die Halbleitermodulgruppe 66A weist vorzugsweise Abstandshalter 69 auf, die radial außerhalb der äußeren Umfangsoberfläche davon, d.h. zwischen den Halbleitermodulen 66 und dem Zylinder 71, angeordnet sind. Eine Kombination der Kondensatormodule 68 ist derart angeordnet, dass sie einen regelmäßigen zwölfeckigen Schnitt aufweist, der sich senkrecht zu der axialen Richtung davon erstreckt, während der innere Umfang des Zylinders 71 einen kreisförmigen Schnitt in Querrichtung aufweist. Die Abstandshalter 69 sind daher jeweils derart geformt, dass sie eine flache innere Umfangsoberfläche und eine gekrümmte äußere Umfangsoberfläche aufweisen. Die Abstandshalter 69 können alternativ einstückig miteinander in einer Ringform geformt sein und radial außerhalb der Halbleitermodule 66A angeordnet sein. Die Abstandshalter 69 sind thermisch hochleitend und sind beispielsweise aus Metall wie Aluminium oder einer wärmeableitenden Gelfolie gebildet. Der innere Umfang des Zylinders 71 kann alternativ derart geformt sein, dass er einen zwölfeckigen Schnitt in Querrichtung wie die Kondensatormodule 68 aufweist. In diesem Fall sind die Abstandshalter 69 jeweils derart geformt, dass sie eine flache innere Umfangsoberfläche und eine flache äußere Umfangsoberfläche aufweisen.The semiconductor module group 66A preferably has spacers 69 on that radially outside the outer peripheral surface thereof, that is, between the semiconductor modules 66 and the cylinder 71 are arranged. A combination of the capacitor modules 68 is arranged so as to have a regular pentagonal section extending perpendicular to the axial direction thereof while the inner circumference of the cylinder 71 has a circular cross section. The spacers 69 are therefore each shaped to have a flat inner peripheral surface and a curved outer peripheral surface. The spacers 69 can alternatively be formed in one piece in a ring shape and radially outside the semiconductor modules 66A be arranged. The spacers 69 are highly thermally conductive and are made, for example, of metal such as aluminum or a heat-dissipating gel film. The inner circumference of the cylinder 71 can alternatively be shaped such that it has a twelve-sided cross-sectional cut like the capacitor modules 68 having. In this case, the spacers 69 each shaped to have a flat inner peripheral surface and a flat outer peripheral surface.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Zylinder 71 des Gehäuses 64 darin geformt einen Kühlmittelpfad 74 auf, durch den Kühlmittel fließt. Die in den Halbleitermodulen 66 erzeugte Wärme wird ebenfalls zu dem Kühlmittel, das in dem Kühlmittelpfad 74 fließt, freigegeben. Anders ausgedrückt ist das Gehäuse 64 mit einem Kühlmechanismus ausgerüstet. Der Kühlmittelpfad 74 ist, wie es deutlich in 3 und 4 veranschaulicht ist, in einer ringförmigen Form geformt und umgibt die elektrischen Komponenten 62 (d.h. die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68). Die Halbleitermodule 66 sind entlang der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders 71 angeordnet. Der Kühlmittelpfad 74 ist derart gelegt, dass er die Halbleitermodule 66 in der radialen Richtung überlappt.According to this embodiment, the cylinder 71 of the housing 64 formed a coolant path therein 74 through which coolant flows. The one in the semiconductor modules 66 generated heat also becomes the coolant contained in the Coolant path 74 flows, released. In other words, the housing 64 equipped with a cooling mechanism. The coolant path 74 is how it clearly in 3rd and 4th is illustrated, shaped in an annular shape and surrounding the electrical components 62 (ie the semiconductor modules 66 and the capacitor module 68 ). The semiconductor modules 66 are along the inner peripheral surface of the cylinder 71 arranged. The coolant path 74 is laid out in such a way that it is the semiconductor modules 66 overlapped in the radial direction.
Der Stator 50 ist außerhalb des Zylinders 71 angeordnet. Die elektrischen Komponenten 62 sind innerhalb des Zylinders 71 angeordnet. Diese Anordnung bewirkt, dass die Wärme von dem Stator 50 zu der äußeren Seite des Zylinders 71 übertragen wird und ebenfalls von den elektrischen Komponenten 62 (beispielsweise den Halbleitermodulen 66) zu der inneren Seite des Zylinders 71 übertragen wird. Es ist ebenfalls möglich, gleichzeitig den Stator 50 und die Halbleitermodule 66 zu kühlen, wodurch eine Ableitung thermischer Energie, die durch die Wärmeerzeugungselemente der rotierenden elektrischen Maschine 10 erzeugt wird, zu begünstigen.The stator 50 is outside the cylinder 71 arranged. The electrical components 62 are inside the cylinder 71 arranged. This arrangement causes the heat from the stator 50 to the outside of the cylinder 71 is transmitted and also from the electrical components 62 (for example the semiconductor modules 66 ) to the inside of the cylinder 71 is transmitted. It is also possible to use the stator at the same time 50 and the semiconductor modules 66 to cool, thereby dissipating thermal energy by the heat generating elements of the rotating electrical machine 10th is generated to favor.
Weiterhin ist zumindest eines der Halbleitermodule 66, die einen Teil oder alle der Wechselrichterschaltungen bilden, die zur Speisung der Statorwicklung 51 dienen, um die rotierende elektrische Maschine anzutreiben, in einer Region angeordnet, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Vorzugsweise kann eines der Halbleitermodule 66 vollständig innerhalb der Region angeordnet sein, die durch den Statorkern 52 umgeben ist. Weiter vorzugsweise können alle Halbleitermodule 66 vollständig in der Region angeordnet sein, die durch den Statorkern 52 umgeben ist.Furthermore, at least one of the semiconductor modules 66 which form part or all of the inverter circuits used to feed the stator winding 51 serve to drive the rotating electrical machine, arranged in a region defined by the stator core 52 is surrounded, the radially outside of the cylinder 71 of the housing 64 is arranged. Preferably one of the semiconductor modules 66 be located entirely within the region defined by the stator core 52 is surrounded. All semiconductor modules can further preferably 66 fully located in the region by the stator core 52 is surrounded.
Zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 ist in einer Region angeordnet, die durch den Kühlmittelpfad 74 umgeben ist. Vorzugsweise können alle Halbleitermodule 66 in einer Region angeordnet sein, die durch ein Joch 141 umgeben ist.At least a section of the semiconductor modules 66 is located in a region through the coolant path 74 is surrounded. Preferably all semiconductor modules 66 be located in a region defined by a yoke 141 is surrounded.
Die elektrischen Komponenten 62 weisen ein Isolierblech 75, das an einer von axial gegenüberliegenden Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 angeordnet ist, und ein Verdrahtungsmodul 76 auf, das an der anderen Endoberfläche des Kondensatormoduls 68 angeordnet ist. Das Kondensatormodul 68 weist zwei axial entgegengesetzte Endoberflächen auf: eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche. Die erste Endoberfläche des Kondensatormoduls 68, die näher an der Lagereinheit 20 ist, ist der Endoberfläche 72 des Gehäuses 64 zugewandt und ist durch das Isolierblech 75 auf die Endoberfläche 72 gelegt. Die zweite Endoberfläche des Kondensatormoduls 68, die näher an der Öffnung 65 ist, weist das darauf montierte Verdrahtungsmodul 76 auf.The electrical components 62 have an insulating sheet 75 that on one of axially opposite end surfaces of the capacitor module 68 is arranged, and a wiring module 76 on that on the other end surface of the capacitor module 68 is arranged. The capacitor module 68 has two axially opposite end surfaces: a first end surface and a second end surface. The first end surface of the capacitor module 68 that are closer to the storage unit 20th is, is the end surface 72 of the housing 64 facing and is through the insulating sheet 75 on the end surface 72 placed. The second end surface of the capacitor module 68 that are closer to the opening 65 the wiring module mounted on it 76 on.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist einen aus Harz gebildeten kreisförmigen plattenförmigen Körper 76a und eine Vielzahl von Sammelschienen 76b und 76c auf, die in dem Körper 76a eingebettet sind. Die Sammelschienen 76b und 76c verbinden die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68 elektrisch miteinander. Insbesondere sind die Halbleitermodule 66 mit Verbindungsstiften 66a ausgerüstet, die sich von axialen Enden davon erstrecken. Die Verbindungsstifte 66a sind mit den Sammelschienen 76b radial außerhalb des Körpers 76a verbunden. Die Sammelschienen 76c erstrecken sich weg von dem Kondensatormodul 68 radial außerhalb des Körpers 76a und weisen obere Enden auf, die mit Verdrahtungselementen 79 verbunden sind (siehe 2).The wiring module 76 has a circular plate-shaped body made of resin 76a and a variety of busbars 76b and 76c on that in the body 76a are embedded. The busbars 76b and 76c connect the semiconductor modules 66 and the capacitor module 68 electrically with each other. In particular, the semiconductor modules 66 with connecting pins 66a equipped extending from axial ends thereof. The connecting pins 66a are with the busbars 76b radially outside the body 76a connected. The busbars 76c extend away from the capacitor module 68 radially outside the body 76a and have upper ends with wiring elements 79 are connected (see 2nd ).
Das Kondensatormodul 68 weist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, das Isolierblech 75 auf der ersten Endoberfläche darauf montiert auf. Das Kondensatormodul 68 weist ebenfalls das Verdrahtungsmodul 76 auf der zweiten Endoberfläche davon montiert auf. Das Kondensatormodul 68 weist daher zwei Wärmeableitungspfade auf, die sich von den ersten und zweiten Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 zu der Endoberfläche 72 und dem Zylinder 71 erstrecken. Insbesondere ist ein Wärmeableitungspfad definiert, der sich von der ersten Endoberfläche zu der Endoberfläche 72 erstreckt. Ein Wärmeableitungspfad ist definiert, der sich von der zweiten Endoberfläche zu dem Zylinder 71 erstreckt. Dies ermöglicht, dass die Wärme von den Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 außer der äußeren Umfangsoberfläche, auf der die Halbleitermodule 66 angeordnet sind, freigegeben wird. Anders ausgedrückt ist es möglich, die Wärme nicht nur in der radialen Richtung abzuleiten, sondern ebenfalls in der axialen Richtung.The capacitor module 68 has, as described above, the insulating sheet 75 mounted on it on the first end surface. The capacitor module 68 also shows the wiring module 76 mounted on the second end surface of it. The capacitor module 68 therefore has two heat dissipation paths that extend from the first and second end surfaces of the capacitor module 68 to the end surface 72 and the cylinder 71 extend. In particular, a heat dissipation path is defined that extends from the first end surface to the end surface 72 extends. A heat dissipation path is defined that extends from the second end surface to the cylinder 71 extends. This allows the heat from the end surfaces of the capacitor module 68 except for the outer peripheral surface on which the semiconductor modules 66 are arranged, is released. In other words, it is possible to dissipate the heat not only in the radial direction but also in the axial direction.
Das Kondensatormodul 68 ist von einer hohlen zylindrischen Form und weist die Drehwelle 11 darin zu einem gegebenen Intervall weg von dem inneren Umfang des Kondensatormoduls 68 angeordnet auf, so dass Wärme, die durch das Kondensatormodul 68 erzeugt wird, von dem hohlen zylindrischen Raum abgeleitet wird. Die Drehung der Drehwelle 11 produziert üblicherweise eine Luftströmung, wodurch Kühlwirkungen verbessert werden.The capacitor module 68 is of a hollow cylindrical shape and has the rotating shaft 11 therein at a given interval away from the inner periphery of the capacitor module 68 arranged on so that heat by the capacitor module 68 is generated from which hollow cylindrical space is derived. The rotation of the rotating shaft 11 usually produces an air flow, which improves cooling effects.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist eine daran angebrachte scheibenförmige Steuerungsplatine 67 auf. Die Steuerungsplatine 67 weist eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB) auf, auf der gegebene Verdrahtungsmuster geformt sind und die ebenfalls ICs und eine Steuerungsvorrichtung 77 aufweist, die darauf montiert sind. Die Steuerungsvorrichtung 77 dient als eine Steuerungseinrichtung und ist aus einem Mikrocomputer gebildet. Die Steuerungsplatine 67 ist an dem Verdrahtungsmodul 76 unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen wie Schrauben gesichert. Die Steuerungsplatine 67 weist eine in der Mitte davon geformte Öffnung 67a auf, durch die die Drehwelle 11 gelangt.The wiring module 76 has a disk-shaped control board attached to it 67 on. The control board 67 comprises a printed circuit board (PCB) on which given wiring patterns are formed, and also ICs and a control device 77 has mounted on it. The control device 77 serves as a control device and is off a microcomputer. The control board 67 is on the wiring module 76 secured using fasteners such as screws. The control board 67 has an opening formed in the middle thereof 67a through which the rotary shaft 11 reached.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf, die einander in der axialen Richtung, das heißt, in einer Dickenrichtung des Verdrahtungsmoduls 76 entgegengesetzt sind. Die erste Oberfläche ist dem Kondensatormodul 68 zugewandt. Das Verdrahtungsmodul 76 weist die auf der zweiten Oberfläche davon montierte Steuerungsplatine 67 auf. Die Sammelschienen 76c des Verdrahtungsmoduls 76 erstrecken sich von einer der Oberflächen der Steuerungsplatine 67 zu der anderen. Die Steuerungsplatine 67 kann Ausschnitte aufweisen, um ein physikalisches Eingreifen mit den Sammelschienen 76c zu vermeiden. Beispielsweise kann die Steuerungsplatine 67 Ausschnitte aufweisen, die in Abschnitten der kreisförmigen äußeren Kante davon geformt sind.The wiring module 76 has a first surface and a second surface facing each other in the axial direction, that is, in a thickness direction of the wiring module 76 are opposite. The first surface is the capacitor module 68 facing. The wiring module 76 has the control board mounted on the second surface thereof 67 on. The busbars 76c of the wiring module 76 extend from one of the surfaces of the control board 67 to the other. The control board 67 may have cutouts to physically engage the busbars 76c to avoid. For example, the control board 67 Have cutouts formed in portions of the circular outer edge thereof.
Die elektrischen Komponenten 62 sind, wie es bereits beschrieben worden ist, innerhalb des Raums angeordnet, der durch das Gehäuse 64 umgeben ist. Das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50 sind außerhalb des Raums in der Form von Schichten angeordnet. Diese Struktur dient zur Abschirmung gegenüber elektromagnetische Störung, die in den Wechselrichterschaltungen erzeugt wird. Insbesondere arbeitet die Wechselrichterschaltung zur Steuerung von Schaltvorgängen der Halbleitermodule 66 in einer PWM-Steuerungsbetriebsart unter Verwendung einer gegebenen Trägerfrequenz. Die Schaltvorgänge erzeugen üblicherweise elektromagnetische Störung, gegen die das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50, die außerhalb der elektrischen Komponenten 62 angeordnet sind, abschirmen.The electrical components 62 are, as has already been described, arranged within the space through the housing 64 is surrounded. The housing 30th , the rotor 40 and the stator 50 are arranged outside the room in the form of layers. This structure serves to shield against electromagnetic interference that is generated in the inverter circuits. In particular, the inverter circuit works to control switching processes of the semiconductor modules 66 in a PWM control mode using a given carrier frequency. The switching operations usually generate electromagnetic interference against which the housing 30th , the rotor 40 and the stator 50 that are outside of the electrical components 62 are arranged to shield.
Weiterhin ist zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 innerhalb der Region angeordnet, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 sich befindet, wodurch nachteilige Wirkungen von Magnetfluss, der durch die Halbleitermodule 66 an der Statorwicklung 51 erzeugt wird, im Vergleich zu einem Fall minimiert werden, in dem die Halbleitermodule 66 und die Statorwicklung 51 ohne den dazwischen angeordneten Statorkern 52 angeordnet sind. Der durch die Statorwicklung 51 erzeugte Magnetfluss beeinträchtigt auch kaum die Halbleitermodule 66. Es ist effektiver, dass die Gesamtheit der Halbleitermodule 66 sich in der Region befindet, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Wenn zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 durch den Kühlmittelpfad 74 umgeben ist, bietet dies den Vorteil, dass verhindert wird, dass die durch die Statorwicklung 51 oder die Magneteinheit 42 produzierte Wärme die Halbleitermodule 66 erreicht.Furthermore, at least a section of the semiconductor modules 66 arranged within the region by the stator core 52 is surrounded, the radially outside of the cylinder 71 of the housing 64 is located, causing adverse effects of magnetic flux through the semiconductor modules 66 on the stator winding 51 is minimized compared to a case in which the semiconductor modules 66 and the stator winding 51 without the stator core arranged in between 52 are arranged. The one through the stator winding 51 generated magnetic flux hardly affects the semiconductor modules 66 . It is more effective that the entirety of the semiconductor modules 66 is in the region defined by the stator core 52 is surrounded, the radially outside of the cylinder 71 of the housing 64 is arranged. If at least a portion of the semiconductor modules 66 through the coolant path 74 This has the advantage that it is prevented from being surrounded by the stator winding 51 or the magnet unit 42 heat produced the semiconductor modules 66 reached.
Der Zylinder 71 weist die Durchgangsöffnungen 78 auf, die nahe der Endplatte 63 geformt sind, und durch die die Verdrahtungselemente 79 (siehe 2) verlaufen, um den Stator 50, der außerhalb des Zylinders 71 angeordnet ist, und die elektrischen Komponenten 62 zu verbinden, die innerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind. Die Verdrahtungselemente 79 sind, wie es in 2 veranschaulicht ist, mit Enden der Statorwicklung 51 und den Sammelschienen 76c des Verdrahtungsmoduls 76 unter Verwendung von Krimpen oder Schweißtechniken verbunden. Die Verdrahtungselemente 79 sind beispielsweise durch Sammelschienen verwirklicht, deren Verbindungsoberflächen vorzugsweise abgeflacht sind. Eine einzelne Durchgangsöffnung 78 oder eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 78 sind vorzugsweise vorgesehen. Dieses Ausführungsbeispiel weist zwei Durchgangsöffnungen 78 auf. Die Verwendung der zwei Durchgangsöffnungen 78 begünstigt die Leichtigkeit, mit der Anschlüsse, die sich von den zwei Sätzen der Drei-Phasen-Wicklungen erstrecken, durch die Verdrahtungselemente 79 verbunden werden, und ist geeignet, um mehrphasige Drahtverbindungen zu erzielen.The cylinder 71 has the through openings 78 on that near the end plate 63 are formed, and through which the wiring elements 79 (please refer 2nd ) run around the stator 50 that is outside the cylinder 71 is arranged, and the electrical components 62 to connect that inside the cylinder 71 are arranged. The wiring elements 79 are like it in 2nd is illustrated with ends of the stator winding 51 and the busbars 76c of the wiring module 76 connected using crimps or welding techniques. The wiring elements 79 are realized, for example, by busbars, the connecting surfaces of which are preferably flattened. A single opening 78 or a variety of through openings 78 are preferably provided. This embodiment has two through openings 78 on. The use of the two through openings 78 favors the ease with which terminals extending from the two sets of three-phase windings through the wiring elements 79 are connected, and is suitable to achieve multi-phase wire connections.
Der Rotor 40 und der Stator 50 sind, wie es bereits gemäß 4 beschrieben worden ist, innerhalb des Gehäuses 30 in dieser Reihenfolge in einer radial nach innen gerichteten Richtung angeordnet. Die Wechselrichtereinheit 60 ist radial innerhalb des Stators 50 angeordnet. Wenn ein Radius des inneren Umfangs des Gehäuses 30 als d definiert ist, befinden sich der Rotor 40 und der Stator 50 radial außerhalb zu einem Abstand von d × 0,705 weg von dem Drehzentrum des Rotors 40. Wenn eine Region, die sich radial innerhalb des inneren Umfangs des Stators 50 (d.h. der inneren umlaufenden Oberfläche des Statorkerns 52) befindet, als eine erste Region X1 definiert ist, und eine Region, die sich radial von dem inneren Umfang des Stators 50 zu dem Gehäuse 30 erstreckt, als eine zweite Region X2 definiert ist, ist eine Fläche eines Querschnitts der ersten Region X1 größer als derjenige der zweiten Region X2 eingestellt. Wie es in einer Region, in der die Magneteinheit 42 des Rotors 40 die Statorwicklung 51 überlappt, gesehen wird, ist das Volumen der ersten Region X1 größer als das der zweiten Region X2.The rotor 40 and the stator 50 are, as already according to 4th has been described within the housing 30th arranged in this order in a radially inward direction. The inverter unit 60 is radial inside the stator 50 arranged. If a radius of the inner circumference of the housing 30th is defined as d, the rotor is located 40 and the stator 50 radially outward at a distance d × 0.705 away from the center of rotation of the rotor 40 . If a region that is radially within the inner circumference of the stator 50 (ie the inner circumferential surface of the stator core 52 ) is located as a first region X1 and a region that is radial from the inner circumference of the stator 50 to the housing 30th extends as a second region X2 is an area of a cross section of the first region X1 larger than that of the second region X2 set. Like it is in a region where the magnet unit 42 of the rotor 40 the stator winding 51 overlapped, seen is the volume of the first region X1 larger than that of the second region X2 .
Der Rotor 40 und der Stator 50 sind als eine magnetische Schaltungskomponentenbaugruppe gebildet. In dem Gehäuse 30 ist die erste Region X1, die sich radial innerhalb der inneren Umfangsoberfläche der magnetischen Schaltungskomponentenbaugruppe befindet, im Volumen größer als die Region X2, die sich zwischen der inneren Umfangsoberfläche der magnetischen Schaltungskomponentenbaugruppe und dem Gehäuse 30 in der radialen Richtung befindet.The rotor 40 and the stator 50 are formed as a magnetic circuit component assembly. In the case 30th is the first region X1 , which is located radially inside the inner peripheral surface of the magnetic circuit component assembly, is larger in volume than the region X2 that are between the inner Circumferential surface of the magnetic circuit component assembly and the housing 30th located in the radial direction.
Nachstehend sind die Strukturen des Rotors 40 und des Stators 50 ausführlicher besch rieben.Below are the structures of the rotor 40 and the stator 50 described in more detail.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die mit einem Stator mit einem ringförmigen Statorkern ausgerüstet sind, der aus einem Stapel von Stahlblechen gebildet ist, und eine Statorwicklung aufweist, die in einer Vielzahl von Nuten gewickelt ist, die in einer Umlaufrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Insbesondere weist der Statorkern Zähne auf, die sich in einer radialen Richtung davon zu einem gegebenen Intervall weg von einem Joch erstrecken. Jede Nut ist zwischen zwei radial benachbarten Zähnen geformt. In jeder Nut ist eine Vielzahl von Leitern in der radialen Richtung in der Form von Schichten angeordnet, um die Statorwicklung zu formen.Typical rotating electrical machines are known which are equipped with a stator having an annular stator core which is formed from a stack of steel sheets and which has a stator winding which is wound in a plurality of slots which are arranged in a circumferential direction of the stator core. In particular, the stator core has teeth that extend away from a yoke in a radial direction thereof at a given interval. Each groove is formed between two radially adjacent teeth. A plurality of conductors are arranged in the radial direction in the form of layers in each groove to form the stator winding.
Jedoch weist die vorstehend beschriebene Statorstruktur ein Risiko auf, dass, wenn die Statorwicklung gespeist wird, eine Erhöhung der magnetomotorischen Kraft in der Statorwicklung zu einer magnetischen Sättigung in den Zähnen des Statorkerns führen kann, wodurch eine Drehmomentdichte in der rotierenden elektrischen Maschine beschränkt wird. Anders ausgedrückt wird in Betracht gezogen, dass Drehfluss, wie er durch die Speisung der Statorwicklung des Statorkerns erzeugt wird, sich an den Zähnen konzentriert, was ein Risiko aufweist, dass eine magnetische Sättigung verursacht wird.However, the stator structure described above has a risk that when the stator winding is powered, an increase in the magnetomotive force in the stator winding may result in magnetic saturation in the teeth of the stator core, thereby limiting a torque density in the rotating electrical machine. In other words, it is contemplated that rotary flux generated by feeding the stator winding of the stator core will concentrate on the teeth, with a risk of causing magnetic saturation.
Allgemein sind IPM- (Innen-Permanent-Magnet-) Rotoren bekannt, die eine Struktur aufweisen, bei der Permanentmagnete auf einer d-Achse eines d-q-Achsen-Koordinatensystems angeordnet sind, und ein Rotorkern auf einer q-Achse des d-q-Achsen-Koordinatensystems versetzt ist. Eine Erregung einer Statorwicklung nahe der d-Achse wird bewirken, dass ein erregter Magnetfluss von einem Stator zu einem Rotor entsprechend den Fleming'schen Regeln fließt. In general, IPM (inner permanent magnet) rotors are known which have a structure in which permanent magnets are arranged on a d-axis of a dq-axis coordinate system and a rotor core on a q-axis of the dq-axis Coordinate system is offset. Excitation of a stator winding near the d-axis will cause an excited magnetic flux to flow from a stator to a rotor according to Fleming's rules.
Dies bewirkt das breite Auftreten einer magnetischen Sättigung in dem Rotorkern auf der q-Achse.This causes the magnetic saturation to appear widely in the rotor core on the q-axis.
7 zeigt eine Drehmomentdiagrammdarstellung, die eine Beziehung zwischen einer Amperewindung (AT), die eine durch die Statorwicklung erzeugte magnetomotorische Kraft repräsentiert, und einer Drehmomentdichte (Nm/L) darstellt. Eine gestrichelte Linie gibt Charakteristiken einer typischen rotierenden elektrischen Maschine mit IPM-Rotor an. 7 zeigt, dass in der typischen rotierenden elektrischen Maschine eine Erhöhung der magnetomotorischen Kraft in dem Stator ein Auftreten einer magnetischen Sättigung an zwei Stellen verursachen wird: dem Zahn zwischen den Nuten und dem q-Achsen-Rotor (d.h. dem Rotorkern auf der q-Achse), wodurch eine Erhöhung des Drehmoments beschränkt wird. Auf diese Weise wird ein Entwurfswert der Amperewindung in der typischen rotierenden elektrischen Maschine auf A1 beschränkt. 7 Fig. 12 is a torque diagram showing a relationship between an amp winding (AT) representing a magnetomotive force generated by the stator winding and a torque density (Nm / L). A dashed line indicates characteristics of a typical rotating electrical machine with an IPM rotor. 7 shows that in the typical rotating electrical machine an increase in the magnetomotive force in the stator will cause magnetic saturation to occur in two places: the tooth between the grooves and the q-axis rotor (ie the rotor core on the q-axis) , which limits an increase in torque. In this way, a design value of the ampere turn in the typical rotating electrical machine is limited to A1.
Um das vorstehend beschriebenen Problem gemäß diesem Ausführungsbeispiel abzumildern, ist die rotierende elektrische Maschine 10 entworfen, um eine zusätzliche Struktur aufzuweisen, wie es nachstehend beschrieben ist, um die Beschränkung zu beseitigen, die aufgrund der magnetischen Sättigung auftritt. Insbesondere ist als eine erste Maßnahme der Stator 50 entworfen, eine nutenlose Struktur aufzuweisen, um die magnetische Sättigung zu beseitigen, die in den Zähnen des Statorkerns des Stators auftritt, und ebenfalls einen SPM-(Oberflächen-Permanent-Magnet-) Rotor zu verwenden, um die magnetische Sättigung zu beseitigen, die in einem q-Achsen-Kern des IPM-Rotors auftritt. Die erste Maßnahme dient zur Beseitigung der vorstehend beschriebenen zwei Stellen, an denen die magnetische Sättigung auftritt, jedoch kann dies zu einer Verringerung des Drehmoments in einer Region mit niedrigem Strom führen (siehe eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 7). Zur Abmilderung dieses Problems wird als eine zweite Maßnahme eine polare anisotrope Struktur angewendet, um einen Magnetpfad von Magneten in der Magneteinheit 42 des Rotors 40 zu erhöhen, um eine Magnetkraft zu verbessern, damit ein Magnetfluss in dem SPM-Rotor erhöht wird, um die Drehmomentverringerung zu minimieren.In order to alleviate the problem described above according to this exemplary embodiment, the rotating electrical machine is 10th designed to have an additional structure, as described below, to remove the limitation that occurs due to magnetic saturation. In particular, the stator is a first measure 50 designed to have a grooveless structure to remove the magnetic saturation that occurs in the teeth of the stator core of the stator, and also to use an SPM (surface permanent magnet) rotor to remove the magnetic saturation that is present in the stator a q-axis core of the IPM rotor occurs. The first measure is to eliminate the two locations described above where magnetic saturation occurs, but this can result in a decrease in torque in a low current region (see an alternate long and short dash line in FIG 7 ). To alleviate this problem, as a second measure, a polar anisotropic structure is used to create a magnetic path of magnets in the magnet unit 42 of the rotor 40 increase to improve magnetic force to increase magnetic flux in the SPM rotor to minimize torque reduction.
Zusätzlich wird als eine dritte Maßnahme eine abgeflachte Leiterstruktur angewendet, um eine Dicke von Leitern des Spulenseitenabschnitts 53 der Statorwicklung 51 in der radialen Richtung des Stators 50 zu verringern, um die Drehmomentverringerung zu kompensieren. Es ist denkbar, dass die vorstehend beschriebene magnetkraftverstärkte polare anisotrope Struktur zu einem Fluss von einem großen Wirbelstrom in der Statorwicklung 51 führt, die der Magneteinheit 42 zugewandt ist. Die dritte Maßnahme dient jedoch dazu, die abgeflachte Leiterstruktur anzuwenden, bei der die Leiter eine verringerte Dicke in der radialen Richtung aufweisen, wodurch die Erzeugung des Wirbelstroms in der Statorwicklung 51 in der radialen Richtung minimiert wird. Auf diese Weise wird erwartet, dass die vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Strukturen, wie es durch eine durchgezogene Linie in 7 gezeigt ist, stark die Drehmomentcharakteristiken unter Verwendung von Hochmagnetkraft-Magneten verbessern und ebenfalls ein Risiko der Erzeugung eines großen Wirbelstroms, der aus der Verwendung der Hochmagnetkraft-Magneten resultiert, behebt.In addition, as a third measure, a flattened conductor structure is applied to a thickness of conductors of the coil side portion 53 the stator winding 51 in the radial direction of the stator 50 decrease to compensate for the torque reduction. It is conceivable that the magnetic force-reinforced polar anisotropic structure described above leads to a flow of a large eddy current in the stator winding 51 leads the magnet unit 42 is facing. However, the third measure is to apply the flattened conductor structure in which the conductors have a reduced thickness in the radial direction, thereby generating the eddy current in the stator winding 51 is minimized in the radial direction. In this way, it is expected that the above-described first to third structures as indicated by a solid line in FIG 7 is shown to greatly improve the torque characteristics using high magnetic force magnets and also eliminate a risk of large eddy current generation resulting from the use of high magnetic force magnets.
Zusätzlich wird als eine vierte Maßnahme eine Magneteinheit angewendet, die eine polare anisotrope Struktur aufweist, um eine Magnetdichteverteilung zu erzeugen, die sich einer Sinuswelle annähert. Dies erhöht einen Sinuswellenübereinstimmungsanteil unter Verwendung einer Impulssteuerung, wie es später beschrieben ist, um das Drehmoment zu verbessern, und führt ebenfalls zu einer moderaten Änderung in dem Magnetfluss, wodurch ein Wirbelstromverlust (d.h., ein Kupferverlust, der durch Wirbelstrom verursacht wird) im Vergleich zu radialen Magneten minimiert wird. In addition, as a fourth measure, a magnet unit is used which has a polar anisotropic structure in order to generate a magnetic density distribution which approximates a sine wave. This increases a sine wave match rate using pulse control, as described later, to improve torque, and also results in a moderate change in magnetic flux, thereby reducing eddy current loss (i.e., copper loss caused by eddy current) radial magnet is minimized.
Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil ist nachstehend beschrieben. Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil kann durch Vergleichen einer Wellenform, eines Zyklus und eines Spitzenwerts einer Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung, die durch tatsächliches Bewegen eines Magnetflussfühlers auf einer Oberfläche eines Magneten gemessen wird, mit denjenigen einer Sinuswelle hergeleitet werden. Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil ist durch einen Anteil einer Amplitude einer primären Wellenform, die eine Wellenform einer Grundwelle in einer rotierenden elektrischen Maschine ist, zu derjenigen der tatsächlich gemessenen Wellenform, das heißt einer Amplitude der Summe der Grundwelle und einer Oberschwingungskomponente, gegeben. Eine Erhöhung des Sinuswellenübereinstimmungsanteils wird bewirken, dass die Wellenform in der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung sich der Wellenform der Sinuswelle annähert. Wenn ein elektrischer Strom einer primären Sinuswelle von einem Wechselrichter einer rotierenden elektrischen Maschine zugeführt wird, die mit Magneten ausgerüstet ist, die einen verbesserten Sinuswellenübereinstimmungsanteil aufweisen, wird dies die Erzeugung eines großen Ausmaßes von Drehmoment bewirken, kombiniert mit der Tatsache, dass die Wellenform in der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung des Magneten nahe an der Wellenform einer Sinuswelle ist. Die Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung kann alternativ unter Verwendung einer elektromagnetischen Analyse entsprechend den Maxwell-Gleichungen hergeleitet werden.The sine wave match percentage is described below. The sine wave match percentage can be derived by comparing a waveform, a cycle, and a peak surface magnetic flux density distribution measured by actually moving a magnetic flux sensor on a surface of a magnet with that of a sine wave. The sine wave matching part is given by a part of an amplitude of a primary waveform, which is a waveform of a fundamental wave in a rotating electrical machine, to that of the actually measured waveform, that is, an amplitude of the sum of the fundamental wave and a harmonic component. Increasing the sine wave match percentage will cause the waveform in the surface magnetic flux density distribution to approximate the waveform of the sine wave. When an electric current of a primary sine wave is supplied from an inverter to a rotating electrical machine equipped with magnets that have an improved sine wave conformance ratio, this will cause a large amount of torque to be generated, combined with the fact that the waveform in the Surface magnetic flux density distribution of the magnet is close to the waveform of a sine wave. The surface magnetic flux density distribution can alternatively be derived using an electromagnetic analysis according to the Maxwell equations.
Als eine fünfte Maßnahme ist die Statorwicklung 51 entworfen, eine Leiterstrangstruktur aufzuweisen, die aus einem Bündel von Drähten gebildet ist. In der Leiterstrangstruktur der Statorwicklung 51 sind die Drähte parallel zueinander geschaltet, wodurch das Fließen eines hohen Stroms oder einer hohen Größe von Strom in der Statorwicklung 51 ermöglicht wird und ebenfalls ein Wirbelstrom, der in den Leitern auftritt, die in der Umlaufrichtung des Stators 50 verbreitert sind, effektiver als bei der dritten Maßnahme minimiert wird, bei der die Leiter in der radialen Richtung abgeflacht sind, da jeder der Drähte eine verringerte Querschnittsfläche aufweist. Die Verwendung des Bündels der Drähte wird das Auftreten eines Wirbelstroms aufgrund eines Magnetflusses aufheben, der entsprechend dem Ampereschen Schaltungsgesetz in Reaktion auf die magnetomotorische Kraft auftritt, die durch die Leiter erzeugt wird.A fifth measure is the stator winding 51 designed to have a conductor line structure formed from a bundle of wires. In the conductor string structure of the stator winding 51 the wires are connected in parallel to each other, causing a high current or a large amount of current to flow in the stator winding 51 is enabled and also an eddy current that occurs in the conductors in the direction of rotation of the stator 50 are broadened more effectively than the third measure, in which the conductors are flattened in the radial direction, since each of the wires has a reduced cross-sectional area. The use of the bundle of wires will cancel out the occurrence of an eddy current due to a magnetic flux that occurs according to Ampere's circuit law in response to the magnetomotive force generated by the conductors.
Die Verwendung der vierten und fünften Maßnahmen minimiert den Wirbelstromverlust, der aus der hohen magnetischen Kraft resultiert, die durch die Hochmagnetkraft-Magneten erzeugt wird, die durch die zweite Maßnahme bereitgestellt sind, und verbessert ebenfalls das Drehmoment.The use of the fourth and fifth measures minimizes the eddy current loss resulting from the high magnetic force generated by the high magnetic force magnets provided by the second measure and also improves the torque.
Die nutenlose Struktur des Stators 50, die abgeflachte Leiterstruktur der Statorwicklung 51 und die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 sind nachstehend beschrieben. Die nutenlose Struktur des Stators 50 und die abgeflachte Leiterstruktur der Statorwicklung 51 sind zunächst beschrieben. 8 zeigt eine Querschnittsansicht, die den Rotor 40 und den Stator 50 veranschaulicht. 9 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht, die den Rotor 40 und den Stator 50 in 8 veranschaulicht. 10 zeigt eine Querschnittsansicht des Stators 50, die entlang der Linie X-X in 11 genommen ist. 11 zeigt eine Längsschnittansicht des Stators 50. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Statorwicklung 51. 8 und 9 geben Richtungen der Magnetisierung der Magnete der Magneteinheit 42 unter Verwendung von Pfeilen an.The slotless structure of the stator 50 , the flattened conductor structure of the stator winding 51 and the polar anisotropic structure of the magnet unit 42 are described below. The slotless structure of the stator 50 and the flattened conductor structure of the stator winding 51 are described first. 8th shows a cross-sectional view showing the rotor 40 and the stator 50 illustrated. 9 shows a partially enlarged view showing the rotor 40 and the stator 50 in 8th illustrated. 10th shows a cross-sectional view of the stator 50 that along the line XX in 11 is taken. 11 shows a longitudinal sectional view of the stator 50 . 12th shows a perspective view of the stator winding 51 . 8th and 9 give directions of magnetization of the magnets of the magnet unit 42 using arrows.
Der Statorkern 52 ist, wie es deutlich in 8 bis 11 veranschaulicht ist, von einer zylindrischen Form und aus einer Vielzahl von Magnetstahlblechen aufgebaut, die in der axialen Richtung des Statorkerns 52 gestapelt sind, um eine gegebene Dicke in einer radialen Richtung des Statorkerns 52 aufzuweisen. Die Statorwicklung 51 ist an dem äußeren Umfang des Statorkerns 52 montiert, der dem Rotor 40 zugewandt ist. Die äußere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52, die dem Rotor 40 zugewandt ist, dient als ein Leitermontageabschnitt (d.h. eine Leiterfläche). Die äußere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 ist als eine gekrümmte Oberfläche ohne irgendwelche Irregularitäten geformt. Eine Vielzahl von Leitergruppen 81 sind an der äußeren Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Statorkerns 52 angeordnet. Der Statorkern 52 fungiert als ein Gegenjoch, das ein Abschnitt eines Magnetkreises ist, der arbeitet, um dem Rotor 40 zu drehen. Der Stator 50 ist entworfen, eine Struktur aufzuweisen, bei der ein Zahn (d.h. ein Kern), der aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut ist, nicht zwischen jeweiligen zweien der Leitergruppen 81 angeordnet ist, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind (d.h. die nutenlose Struktur). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Harzmaterial des Dichtungselements 57 in dem Raum oder der Spalte 56 zwischen jeweiligen benachbarten zweien der Leitergruppen 81 angeordnet. Anders ausgedrückt weist der Stator 50 ein Leiter-zu-Leiter-Element auf, das zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet ist, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung des Stators 50 angeordnet sind, und aus einem nichtmagnetischen Material aufgebaut sind. Die Leiter-zu-Leiter-Elemente dienen als die Dichtungselemente 57. Bevor die Dichtungselemente 57 zum Dichten der Lücken 56 platziert werden, werden die Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung radial außerhalb des Statorkerns 52 zu einem gegebenen Intervall weg voneinander durch die Spalte 56, die Leiter-zu-Leiter-Regionen sind, angeordnet. Dies ergibt die nutenlose Struktur des Stators 50. Anders ausgedrückt ist jede der Leitergruppen 81, wie es später ausführlich beschrieben ist, aus zwei Leitern 82 aufgebaut. Ein Intervall zwischen jeweiligen zweien der Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung des Stators 50 angeordnet sind, ist lediglich durch ein nichtmagnetisches Material belegt. Das nichtmagnetische Material, auf das sich hier bezogen wird, weist ein nichtmagnetisches Gas wie Luft oder eine nichtmagnetische Flüssigkeit auf. In der nachfolgenden Beschreibung sind die Dichtungselemente 57 ebenfalls als Leiter-zu-Leiter-Elemente bezeichnet.The stator core 52 is how it clearly in 8th to 11 is illustrated, of a cylindrical shape and made up of a plurality of magnetic steel sheets in the axial direction of the stator core 52 are stacked to a given thickness in a radial direction of the stator core 52 to show. The stator winding 51 is on the outer circumference of the stator core 52 mounted the rotor 40 is facing. The outer peripheral surface of the stator core 52 that the rotor 40 facing serves as a conductor mounting section (ie, a conductor surface). The outer peripheral surface of the stator core 52 is shaped as a curved surface without any irregularities. A variety of leader groups 81 are on the outer peripheral surface of the stator core 52 at given intervals away from each other in the circumferential direction of the stator core 52 arranged. The stator core 52 acts as a counter yoke, which is a portion of a magnetic circuit that works around the rotor 40 to turn. The stator 50 is designed to have a structure in which a tooth (ie, a core) made of a soft magnetic material is not between respective two of the conductor groups 81 is arranged, which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction (ie the grooveless structure). According to this embodiment, a resin material of the sealing member 57 in the room or column 56 between respective neighboring two of the conductor groups 81 arranged. In other words, the stator points 50 a wire-to-wire element on between the wire groups 81 is arranged adjacent to each other in the circumferential direction of the stator 50 are arranged, and are made of a non-magnetic material. The wire-to-wire elements serve as the sealing elements 57 . Before the sealing elements 57 to seal the gaps 56 are placed, the leader groups 81 in the circumferential direction radially outside the stator core 52 at a given interval away from each other through the column 56 , which are conductor-to-conductor regions. This results in the slotless structure of the stator 50 . In other words, each of the leader groups is 81 , as will be described in detail later, from two conductors 82 built up. An interval between every two of the leader groups 81 that are adjacent to each other in the circumferential direction of the stator 50 are only occupied by a non-magnetic material. The non-magnetic material referred to here comprises a non-magnetic gas such as air or a non-magnetic liquid. In the description below are the sealing elements 57 also referred to as conductor-to-conductor elements.
Die Struktur, wie sich hierin darauf bezogen wird, bei der die Zähne jeweils zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sind, die in der Umlaufrichtung regelmäßig angeordnet sind, bedeutet, dass jeder der Zähne eine gegebene Dicke in der radialen Richtung aufweist und eine gegebene Breite in der Umlaufrichtung des Stators 50 aufweist, so dass ein Abschnitt des Magnetkreises, das heißt ein magnetischer Magnetpfad, zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 liegt. Im Gegensatz dazu bedeutet die Struktur, bei der kein Zahn zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 liegt, dass es keinen Magnetkreis zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 gibt.The structure, as referred to herein, in which the teeth are each between the conductor groups 81 which are regularly arranged in the circumferential direction means that each of the teeth has a given thickness in the radial direction and a given width in the circumferential direction of the stator 50 has, so that a portion of the magnetic circuit, that is, a magnetic magnetic path, between the adjacent conductor groups 81 lies. In contrast, the structure means that there is no tooth between the adjacent conductor groups 81 lies that there is no magnetic circuit between the adjacent conductor groups 81 gives.
Die Statorwicklung (d.h. die Ankerwicklung) 51 weist, wie es in 10 veranschaulicht ist, eine gegebene Dicke T2 (die nachstehend auch als erste Abmessung bezeichnet ist) und eine Breite W2 (die nachstehend auch als eine zweite Abmessung bezeichnet ist) auf. Die Dicke T2 ist durch einen minimalen Abstand zwischen einer äußeren Seitenoberfläche und einer inneren Seitenoberfläche der Statorwicklung 51 gegeben, die einander in der radialen Richtung des Stators 50 gegenüberliegen. Die Breite W2 ist durch eine Abmessung eines Abschnitts der Statorwicklung 51 gegeben, die als eine der mehreren Phasen (d.h. der U-Phase, der V-Phase, der W-Phase, der X-Phase, der Y-Phase und der Z-Phase gemäß diesem Ausführungsbeispiel) der Statorwicklung 51 in der Umlaufrichtung fungiert. Insbesondere ist in einem Fall, in dem die zwei Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung gemäß 10 angeordnet sind, als eine der drei Phasen, beispielsweise die U-Phasen-Wicklung, dienen, ein Abstand zwischen in Umlaufrichtung äußersten Enden der zwei in Umlaufrichtung benachbarten Leitergruppen 81 die Breite W2. Die Dicke T2 ist kleiner als die Breite W2.The stator winding (ie the armature winding) 51, as shown in FIG 10th a given thickness is illustrated T2 (also referred to below as the first dimension) and a width W2 (also referred to below as a second dimension). The fat T2 is by a minimal distance between an outer side surface and an inner side surface of the stator winding 51 given each other in the radial direction of the stator 50 opposite. The width W2 is by dimension of a portion of the stator winding 51 given as one of the multiple phases (ie, the U phase, the V phase, the W phase, the X phase, the Y phase and the Z phase according to this embodiment) of the stator winding 51 acts in the orbital direction. In particular, in a case where the two conductor groups 81 that are adjacent to each other in the circumferential direction 10th are arranged, serve as one of the three phases, for example the U-phase winding, a distance between the outermost ends in the circumferential direction of the two conductor groups adjacent in the circumferential direction 81 the width W2 . The fat T2 is smaller than the width W2 .
Die Dicke T2 ist vorzugsweise kleiner als die Summe der Breiten der zwei Leitergruppen 81 innerhalb der Breite W2 eingestellt. Falls die Statorwicklung 51 (genauer der Leiter 82) entworfen ist, einen echten kreisförmigen Querschnitt, einen ovalen Querschnitt oder einen polygonalen Querschnitt aufzuweisen, kann der Querschnitt des Leiters 82, der in der radialen Richtung des Stators 50 genommen ist, geformt sein, eine maximale Abmessung W12 in der radialen Richtung des Stators 50 und eine maximale Abmessung W11 in der Umlaufrichtung des Stators 50 aufzuweisen.The fat T2 is preferably less than the sum of the widths of the two conductor groups 81 within the width W2 set. If the stator winding 51 (more precisely the leader 82 ) is designed to have a true circular cross section, an oval cross section or a polygonal cross section, the cross section of the conductor can 82 that in the radial direction of the stator 50 taken, shaped, a maximum dimension W12 in the radial direction of the stator 50 and a maximum dimension W11 in the circumferential direction of the stator 50 to show.
Die Statorwicklung 51 ist, wie es aus 10 und 11 hervorgeht, durch die Dichtungselemente 57 abgedichtet, die durch einen synthetischen Harzverguss geformt sind. Insbesondere werden die Statorwicklung 51 und der Statorkern 52 in eine Form zusammen eingesetzt, wenn die Dichtungselemente 57 durch das Harz vergossen werden. Das Harz kann als ein nichtmagnetisches Material oder ein Äquivalent davon betrachtet werden, dessen Bs (Sättigungsmagnetflussdichte) Null ist.The stator winding 51 is how it looks 10th and 11 emerges through the sealing elements 57 sealed, which are molded by a synthetic resin potting. In particular, the stator winding 51 and the stator core 52 used in a mold together when the sealing elements 57 be shed by the resin. The resin can be regarded as a non-magnetic material or an equivalent thereof, whose Bs (saturation magnetic flux density) is zero.
Wenn ein Querschnitt in 10 betrachtet wird, sind die Dichtungselemente 57 bereitgestellt, indem synthetisches Harz in die Spalte 56 zwischen den Leitergruppen 81 platziert wird. Die Dichtungselemente 57 dienen als Isolatoren, die zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sind. Anders ausgedrückt fungiert jedes der Dichtungselemente 57 als ein Isolator in einer der Spalten 56. Die Dichtungselemente 57 belegen eine Region, die sich radial außerhalb des Statorkerns 52 befindet und alle Leitergruppen 81 aufweist, anders ausgedrückt, die derart definiert ist, dass sie eine Abmessung aufweist, die größer als jede der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung ist.If a cross section in 10th considered are the sealing elements 57 provided by adding synthetic resin to the column 56 between the leader groups 81 is placed. The sealing elements 57 serve as isolators between the conductor groups 81 are arranged. In other words, each of the sealing elements functions 57 as an insulator in one of the columns 56 . The sealing elements 57 occupy a region that is radially outside the stator core 52 and all leader groups 81 in other words, defined to have a dimension larger than each of the conductor groups 81 in the radial direction.
Wenn ein Längsschnitt in 11 betrachtet wird, liegen die Dichtungselemente 57 derart, dass eine Region einschließlich der Windungen 84 der Statorwicklung 51 belegt wird. Radial innerhalb der Statorwicklung 51 liegen die Dichtungselemente 57 in einer Region einschließlich zumindest eines Abschnitts der axial entgegengesetzten Enden des Statorkerns 52. In diesem Fall ist die Statorwicklung 51 vollständig durch das Harz abgedichtet, mit Ausnahme der Enden jeder Phasenwicklung, d.h., von Anschlüssen, die mit den Wechselrichterschaltungen verbunden sind.If a longitudinal cut in 11 is considered, the sealing elements are 57 such that a region including the turns 84 the stator winding 51 is occupied. Radially inside the stator winding 51 are the sealing elements 57 in a region including at least a portion of the axially opposite ends of the stator core 52 . In this case, the stator winding 51 fully sealed by the resin, except for the ends of each phase winding, that is, terminals connected to the inverter circuits.
Die Struktur, bei der die Dichtungselemente 57 in der Region einschließlich der Enden des Statorkerns 52 angeordnet sind, ermöglicht es den Dichtungselementen 57, den Stapel der Stahlbleche des Statorkerns 52 nach innen in der axialen Richtung zusammenzudrücken. Anders ausgedrückt arbeiten die Dichtungselemente 57, um den Stapel der Stahlbleche des Statorkerns 52 fest zurückzuhalten. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die innere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 nicht unter der Verwendung von Harz abgedichtet, jedoch kann die Gesamtheit des Statorkerns 52 einschließlich der inneren Umfangsoberfläche unter Verwendung von Harz abgedichtet werden.The structure in which the sealing elements 57 in the region including the ends of the Stator core 52 are arranged, enables the sealing elements 57 , the stack of steel sheets of the stator core 52 compress inward in the axial direction. In other words, the sealing elements work 57 to the stack of steel sheets of the stator core 52 hold back firmly. According to this embodiment, the inner peripheral surface of the stator core 52 not sealed using resin, however, the entirety of the stator core 52 including the inner peripheral surface can be sealed using resin.
In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, sind die Dichtungselemente 57 vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Fluorharz, Epoxidharz, PPS-Harz, PEEK-Harz, LCP-Harz, Siliziumharz, PAI-Harz oder PI-Harz aufgebaut. Im Hinblick auf einen linearen Ausdehnungskoeffizienten zur Minimierung eines Bruchs der Dichtungselemente 57 aufgrund einer Expansionsdifferenz sind die Dichtungselemente 57 vorzugsweise aus demselben Material wie eine äußere Folie der Leiter der Statorwicklung 51 aufgebaut. Das Siliziumharz, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient das doppelte oder mehr der anderen Harze ist, wird vorzugsweise von dem Material der Dichtungselemente 57 ausgeschlossen. In einem Fall elektrischer Produkte, wie Elektrofahrzeugen, die nicht mit einer Verbrennungsmaschine ausgerüstet sind, kann PPO-Harz, Phenol-Harz oder FRP-Harz verwendet werden, die 180°C widerstehen, mit Ausnahme in Feldern, in denen erwartet wird, dass eine Umgebungstemperatur der rotierenden elektrischen Maschine niedriger als 100°C ist.In a case where the rotating electrical machine 10th used as a power source for a vehicle are the sealing elements 57 preferably made of a heat-resistant fluororesin, epoxy resin, PPS resin, PEEK resin, LCP resin, silicon resin, PAI resin or PI resin. With regard to a linear expansion coefficient to minimize breakage of the sealing elements 57 due to an expansion difference, the sealing elements 57 preferably made of the same material as an outer film of the conductor of the stator winding 51 built up. The silicon resin, whose coefficient of linear expansion is twice or more of the other resins, is preferably made from the material of the sealing elements 57 locked out. In a case of electrical products, such as electric vehicles, that are not equipped with an internal combustion engine, PPO resin, phenol resin or FRP resin that withstand 180 ° C can be used, except in fields where it is expected that one Ambient temperature of the rotating electrical machine is lower than 100 ° C.
Das Ausmaß von Drehmoment, das von der rotierenden elektrischen Maschine 10 abgegeben wird, ist üblicherweise proportional zu dem Ausmaß eines Magnetflusses. In einem Fall, in dem ein Statorkern mit Zähnen ausgerüstet ist, wird eine maximale Größe von Magnetfluss in dem Statorkern in Abhängigkeit von der Sättigungsmagnetflussdichte in den Zähnen beschränkt, während in einem Fall, in dem der Statorkern nicht mit Zähnen ausgerüstet ist, die maximale Größe des Magnetflusses in dem Statorkern nicht beschränkt ist. Eine derartige Struktur ist daher nützlich zur Erhöhung einer Größe von elektrischem Strom, der der Statorwicklung 51 zugeführt wird, um das Ausmaß von Drehmoment zu erhöhen, das durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird.The amount of torque from the rotating electrical machine 10th is usually proportional to the magnitude of a magnetic flux. In a case where a stator core is equipped with teeth, a maximum size of magnetic flux in the stator core is restricted depending on the saturation magnetic flux density in the teeth, while in a case where the stator core is not equipped with teeth, the maximum size of the magnetic flux in the stator core is not limited. Such a structure is therefore useful for increasing an amount of electric current, that of the stator winding 51 is supplied to increase the amount of torque generated by the rotating electrical machine 10th is produced.
Dieses Ausführungsbeispiel wendet die nutenlose Struktur an, bei der der Stator 50 nicht mit Zähnen ausgerüstet ist, was zu einer Verringerung in der Induktivität des Stators 50 führt. Insbesondere weist ein Stator einer typischen rotierenden elektrischen Maschine, bei der Leiter in Nuten angeordnet sind, die durch Zähne voneinander isoliert sind, eine Induktivität von angenähert 1 mH auf, wohingegen der Stator 50 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine verringerte Induktivität von 5 bis 60 µH aufweist. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Bauart mit äußerem Rotor, weist jedoch eine verringerte Induktivität des Stators 50 auf, so dass eine mechanische Zeitkonstante Tm verringert ist. Anders ausgedrückt ist die rotierende elektrische Maschine 10 in der Lage, ein hohes Ausmaß an Drehmoment auszugeben, und ist entworfen, einen verringerten Wert der mechanischen Zeitkonstante Tm aufzuweisen. Wenn Trägheit als J definiert ist, Induktivität als L definiert ist, eine Drehmomentkonstante als Kt definiert ist und eine gegenelektromotorische Kraftkonstante als Ke definiert ist, wird die mechanische Zeitkonstante Tm entsprechend der Gleichung Tm = (J × L) / (Kt × Ke) berechnet. Dies zeigt, dass eine Verringerung der Induktivität L zu einer Verringerung der mechanischen Zeitkonstanten Tm führen wird.This embodiment uses the slotless structure in which the stator 50 is not equipped with teeth, which leads to a reduction in the inductance of the stator 50 leads. In particular, a stator of a typical rotating electrical machine, in which conductors are arranged in grooves which are insulated from one another by teeth, has an inductance of approximately 1 mH, whereas the stator 50 according to this embodiment has a reduced inductance of 5 to 60 µH. The rotating electrical machine 10th According to this embodiment is an outer rotor type, but has a reduced inductance of the stator 50 so that a mechanical time constant Tm is reduced. In other words, the rotating electrical machine 10th capable of outputting a large amount of torque and is designed to have a reduced value of the mechanical time constant Tm. When inertia is defined as J, inductance is defined as L, a torque constant is defined as Kt, and a counter electromotive force constant is defined as Ke, the mechanical time constant Tm is calculated according to the equation Tm = (J × L) / (Kt × Ke) . This shows that a reduction in the inductance L will lead to a reduction in the mechanical time constant Tm.
Jede der Halbleitergruppen 81, die radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet sind, ist aus einer Vielzahl von Leitern 82 aufgebaut, deren Querschnitt von einer abgeflachten rechteckigen Form ist und die aneinander in der radialen Richtung des Statorkerns 52 angeordnet sind. Jeder der Leiter 82 ist derart ausgerichtet, dass er einen Querschnitt aufweist, der die Beziehung erfüllt: radiale Abmessung < Umlaufabmessung. Dies bewirkt, dass jede der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung dünn ist. Eine leitende Region der Leitergruppe 81 erstreckt sich ebenfalls innerhalb einer Region, die durch Zähne eines typischen Stators belegt ist. Dies erzeugt eine Struktur mit abgeflachter leitender Region, bei der eine Schnittfläche von jedem der Leiter 82 in der Umlaufrichtung erhöht ist, wodurch ein Risiko behoben wird, dass die Größe von thermischer Energie durch eine Verringerung in der Querschnittsfläche eines Leiters aufgrund des Abflachens des Leiters erhöht werden kann. Eine Struktur, bei der eine Vielzahl von Leitern in der Umlaufrichtung angeordnet sind und parallel zueinander geschaltet sind, wird üblicherweise einer Verringerung der Querschnittsfläche der Leiter durch eine Dicke einer Beschichtungsschicht der Leiter unterzogen, weist jedoch Vorteile auf, die aus denselben Gründen wie vorstehend beschrieben erhalten werden. In der nachfolgenden Beschreibung ist jede der Leitergruppen 81 oder jeder der Leiter 82 ebenfalls als leitendes Element bezeichnet.Each of the semiconductor groups 81 that are radially outside of the stator core 52 are made up of a variety of conductors 82 constructed, the cross section of which is of a flattened rectangular shape and which are against each other in the radial direction of the stator core 52 are arranged. Each of the leaders 82 is oriented in such a way that it has a cross section that satisfies the relationship: radial dimension <circumferential dimension. This causes each of the leader groups 81 is thin in the radial direction. A leading region of the leader group 81 also extends within a region covered by teeth of a typical stator. This creates a flattened conductive region structure with an intersection of each of the conductors 82 is increased in the circumferential direction, thereby eliminating a risk that the amount of thermal energy can be increased by reducing the cross sectional area of a conductor due to the flattening of the conductor. A structure in which a plurality of conductors are arranged in the circumferential direction and connected in parallel with each other is usually subjected to a reduction in the cross-sectional area of the conductors by a thickness of a coating layer of the conductors, but has advantages obtained for the same reasons as described above will. In the description below is each of the leader groups 81 or each of the leaders 82 also referred to as a conductive element.
Der Stator 50 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist, wie es bereits beschrieben worden ist, entworfen, keine Nuten aufzuweisen, wodurch ermöglicht wird, die Statorwicklung 51 derart zu entworfen, dass sie eine leitende Region eines gesamten Umlaufabschnitts des Stators 50 aufweist, die größer als eine nichtleitende Region ist, die nicht durch die Statorwicklung 51 in dem Stator 50 belegt wird. In typischen rotierenden elektrischen Maschinen für Fahrzeuge ist ein Verhältnis der leitenden Region/der nichtleitenden Region üblicherweise eins oder weniger. Im Gegensatz dazu weist dieses Ausführungsbeispiel die Leitergruppen 81 auf, die angeordnet sind, eine leitende Region aufzuweisen, die im Wesentlichen identisch mit der Größe oder größer als die nichtleitende Region ist. Falls die Leiterregion, wie sie in 10 veranschaulicht ist, die durch den Leiter 82 belegt ist (d.h., der gerade Abschnitt 83, der später ausführlich beschrieben wird) in der Umlaufrichtung als WA definiert ist, und eine Leiter-zu-Leiter-Region, die ein Intervall zwischen jeweiligen benachbarten zweien der Leiter 82 ist, als WB definiert ist, ist die Leiterregion WA größer als die Leiter-zu-Leiter-Region WB in der Umlaufrichtung.The stator 50 According to this embodiment, as has already been described, it is designed not to have slots, thereby enabling the stator winding 51 designed to be a conductive region of an entire circumferential portion of the stator 50 that is larger than a non-conductive region that is not through the stator winding 51 in the stator 50 is occupied. In typical rotating electrical machines for vehicles, a ratio of the conductive region / the non-conductive region is usually one or less. In contrast, this embodiment has the conductor groups 81 arranged to have a conductive region that is substantially the same size or larger than the non-conductive region. If the ladder region as in 10th is illustrated by the leader 82 is occupied (ie the straight section 83 , which will be described later in detail) in the circumferential direction as WA is defined, and a conductor-to-conductor region, which is an interval between respective adjacent two of the conductors 82 is as WB is defined is the leader region WA larger than the head-to-head region WB in the direction of rotation.
Die Leitergruppe 81 der Statorwicklung 51 weist eine Dicke in der radialen Richtung davon auf, die kleiner als eine Umlaufbreite eines Abschnitts der Statorwicklung 51 ist, der in einer Region von einem Magnetpol liegt und als eine der Phasen der Statorwicklung 51 dient. In der Struktur, bei der jeder der Leitergruppen 81 aus zwei Leitern 82 aufgebaut ist, die in der Form von zwei Schichten gestapelt sind, die aufeinander in der radialen Richtung liegen, und die zwei Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung innerhalb einer Region von einem Magnetpol für jede Phase angeordnet sind, ist eine Beziehung von Tc × 2 < Wc × 2 erfüllt, wobei Tc die Dicke von jedem der Leiter 82 in der radialen Richtung ist und Wc die Breite von jeder der Leiter 82 in der Umlaufrichtung ist. In einer anderen Struktur, bei der jede der Leitergruppen 81 aus zwei Leitern 82 aufgebaut ist, und jede der Leitergruppen 81 innerhalb der Region von einem Magnetpol für jede Phase liegt, ist vorzugsweise eine Beziehung Tc × 2 < Wc erfüllt. Anders ausgedrückt ist in der Statorwicklung 51, die entworfen ist, Leiterabschnitte (d.h. die Leitergruppen 81) aufzuweisen, die zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind, die Dicke von jedem Leiterabschnitt (d.h. der Leitergruppe 81) in der radialen Richtung kleiner als die Breite eines Abschnitts der Statorwicklung 51 eingestellt, der in der Region von einem Magnetpol für jede Phase in der Umlaufrichtung liegt.The leader group 81 the stator winding 51 has a thickness in the radial direction thereof that is smaller than an orbital width of a portion of the stator winding 51 which is in a region of a magnetic pole and as one of the phases of the stator winding 51 serves. In the structure where each of the leader groups 81 from two ladders 82 is constructed, which are stacked in the form of two layers which lie one on top of the other in the radial direction, and the two conductor groups 81 A relationship of Tc × 2 <Wc × 2 is satisfied in the circumferential direction within a region of a magnetic pole for each phase, where Tc is the thickness of each of the conductors 82 in the radial direction and Wc is the width of each of the conductors 82 in the orbital direction. In a different structure where each of the leader groups 81 from two ladders 82 is built up, and each of the leader groups 81 a relationship Tc × 2 <Wc is preferably satisfied within the region of one magnetic pole for each phase. In other words, in the stator winding 51 that is designed to have ladder sections (ie the ladder groups 81 ) arranged at a given interval away from each other in the circumferential direction, the thickness of each conductor section (ie the conductor group 81 ) smaller in the radial direction than the width of a section of the stator winding 51 which is in the region of one magnetic pole for each phase in the circumferential direction.
Anders ausgedrückt ist jeder der Leiter 82 vorzugsweise derart geformt, dass er die Dicke Tc in der radialen Richtung hat, die kleiner als die Breite Wc in der Umlaufrichtung ist. Die Dicke 2Tc von jeder der Leitergruppen 81 ist aus einem Stapel von zwei Leitern 82 in der radialen Richtung gebildet, die vorzugsweise kleiner als die Breite Wc von jeder der Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung ist.In other words, everyone is the leader 82 preferably shaped to have the thickness Tc in the radial direction that is smaller than the width Wc in the circumferential direction. The thickness 2Tc of each of the conductor groups 81 is from a stack of two conductors 82 formed in the radial direction, which is preferably smaller than the width Wc of each of the conductor groups 81 in the orbital direction.
Das Ausmaß von Drehmoment, das von der rotierenden elektrischen Maschine 10 produziert wird, ist im Wesentlichen umgekehrt proportional zu der Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung. Die Leitergruppen 81, die radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet sind, sind, wie es vorstehend beschrieben worden ist, entworfen, eine Dicke aufzuweisen, die in der radialen Richtung verringert ist. Dieser Entwurf ist nützlich bei der Erhöhung des Ausmaßes von Drehmoment, das von der rotierenden elektrischen Maschine 10 abgegeben wird. Dies liegt daran, dass ein Abstand zwischen der Magneteinheit 42 des Rotors 40 und dem Statorkern 52 (d.h., ein Abstand, in dem kein Eisen vorhanden ist) verringert werden kann, um den magnetischen Widerstandswert zu verringern. Dies ermöglicht es, eine Magnetflussverkettung in dem Statorkern 52, der durch die Permanentmagneten produziert wird, zu erhöhen, um das Drehmoment zu verbessern.The amount of torque from the rotating electrical machine 10th is essentially inversely proportional to the thickness of the stator core 52 in the radial direction. The leader groups 81 that are radially outside of the stator core 52 , as described above, are designed to have a thickness that is reduced in the radial direction. This design is useful in increasing the amount of torque from the rotating electrical machine 10th is delivered. This is because there is a distance between the magnet unit 42 of the rotor 40 and the stator core 52 (ie, a distance where there is no iron) can be reduced to decrease the magnetic resistance. This enables magnetic flux linkage in the stator core 52 that is produced by the permanent magnets to increase the torque.
Die Verringerung der Dicke der Leitergruppen 81 begünstigt die Leichtigkeit, mit der ein Magnetfluss, der aus den Leitergruppen 81 streut, in dem Statorkern 52 gesammelt wird, wodurch verhindert wird, dass der Magnetfluss nach außerhalb des Statorkerns 52 heraus streut, ohne dass er zur Verbesserung des Drehmoments verwendet wird. Dies vermeidet einen Abfall in der Magnetkraft aufgrund der Streuung des Magnetflusses und erhöht die Magnetflussverkettung in dem Statorkern 52, der durch die Permanentmagneten produziert wird, wodurch das Drehmoment verbessert wird.Reducing the thickness of the conductor groups 81 favors the ease with which a magnetic flux comes out of the conductor groups 81 scatters in the stator core 52 is collected, thereby preventing the magnetic flux from going outside the stator core 52 scatters out without being used to improve the torque. This avoids a drop in the magnetic force due to the scatter of the magnetic flux and increases the magnetic flux linkage in the stator core 52 , which is produced by the permanent magnets, which improves the torque.
Jeder der Leiter 82 ist aus einem beschichteten Leiter aufgebaut, der durch Abdecken der Oberfläche eines Leiterkörpers 82a mit einer Beschichtung 82b geformt wird. Die Leiter 82, die aufeinander in der radialen Richtung gestapelt sind, sind daher voneinander isoliert. Gleichermaßen sind die Leiter 82 von dem Statorkern 52 isoliert. Die Isolierbeschichtung 82b kann eine Beschichtung jedes Drahts 86 sein, wie es nachstehend ausführlich beschrieben ist, in einem Fall, in dem jeder Draht 86 aus einem Draht mit einer selbstklebenden Beschichtung gebildet ist, oder kann durch einen zusätzlichen Isolator gebildet werden, der auf einer Beschichtung jedes Drahts 86 angeordnet ist. Jede Phasenwicklung, die durch die Leiter 82 gebildet wird, ist durch die Beschichtung 82b mit Ausnahme eines freigelegten Abschnitts davon zu Verbindungszwecken isoliert. Der freigelegte Abschnitt weist beispielsweise einen Eingangs- oder einen Ausgangsanschluss oder einen Neutralpunkt im Falle einer Sternschaltung auf. Die Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind, sind fest miteinander unter Verwendung von Harz oder selbstklebendem beschichteten Draht fest aneinandergeheftet, wodurch das Risiko eines Isolationsdurchbruchs, einer mechanischen Vibration oder Störung minimiert wird, die durch Reiben der Leiter 82 verursacht werden.Each of the leaders 82 is made up of a coated conductor by covering the surface of a conductor body 82a with a coating 82b is formed. The ladder 82 stacked on top of each other in the radial direction are therefore isolated from each other. The leaders are alike 82 from the stator core 52 isolated. The insulating coating 82b can be a coating of any wire 86 be as described in detail below in a case where each wire 86 is formed from a wire with a self-adhesive coating, or can be formed by an additional insulator, which is on a coating of each wire 86 is arranged. Every phase winding through the conductor 82 is formed by the coating 82b isolated for connection purposes except for an exposed portion thereof. The exposed section has, for example, an input or an output connection or a neutral point in the case of a star connection. The leader groups 81 which are adjacent to each other in the radial direction are firmly adhered together using resin or self-adhesive coated wire, thereby minimizing the risk of insulation breakdown, mechanical vibration or interference caused by rubbing the conductors 82 caused.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Leiterkörper 82a aus einer Sammlung von einer Vielzahl von Drähten 86 gebildet. Insbesondere ist der Leiterkörper 82a, wie aus 13 hervorgeht, aus einem Strang der verdrillten Drähte 86 gebildet. Jeder der Drähte 86 ist, wie es aus 14 hervorgeht, aus einem Bündel einer Vielzahl dünner leitender Fasern 87 gebildet. Beispielsweise ist jeder der Drähte 86 aus einem Komplex von CNT- (Kohlenstoffnanoröhren-) Fasern gebildet. Die CNT-Fasern weisen Bor-enthaltende Mikrofasern auf, bei denen zumindest ein Teil von Kohlenstoff mit Bor ersetzt ist. Statt der CNT-Fasern, die kohlenstoffbasierte Mikrofasern sind, kann eine dampfgewachsene Kohlenstofffaser (VGCF, vapor grown carbon fiber) verwendet werden, jedoch wird die CNT-Faser vorgezogen. Die Oberfläche des Drahts 86 ist mit einer Schicht von isolierendem Polymer wie Emaille bedeckt. Die Oberfläche des Drahts 86 ist vorzugsweise mit einer Emaillebeschichtung wie einer Polyimid-Beschichtung oder einer Amid-Imid-Beschichtung bedeckt. According to this embodiment, the conductor body 82a from a collection of a variety of wires 86 educated. In particular, the conductor body 82a how out 13 emerges from a strand of twisted wires 86 educated. Each of the wires 86 is how it looks 14 emerges from a bundle of a large number of thin conductive fibers 87 educated. For example, each of the wires 86 formed from a complex of CNT (carbon nanotube) fibers. The CNT fibers have boron-containing microfibers in which at least some of the carbon is replaced with boron. Instead of the CNT fibers, which are carbon-based microfibers, a vapor grown carbon fiber (VGCF) can be used, but the CNT fiber is preferred. The surface of the wire 86 is covered with a layer of insulating polymer like enamel. The surface of the wire 86 is preferably covered with an enamel coating such as a polyimide coating or an amide-imide coating.
Die Leiter 82 bilden n-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51. Die Drähte 86 von jedem der Leiter 82 (d.h. des Leitungskörpers 82a) sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeder der Leiter 82 weist einen oder mehrere Abschnitte auf, die durch Verdrillen der Drähte 86 geformt sind und einen oder mehrere Abschnitte einer entsprechenden einen der Phasenwicklungen definieren. Ein Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 ist größer als von jedem der Drähte 86. Anders ausgedrückt weisen die jeweiligen benachbarten zwei Drähte 86 einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte 86 benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte 86 weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung des Drahts 86 auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist größer als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Jeder der Leiter 82 kann durch eine Anordnung von Drähten, d.h. der verdrillten Drähte 86, die mit Isolierelementen bedeckt sind, deren erster elektrischer spezifischer Widerstand sehr hoch ist, gebildet sein. Der Leiterkörper 82a von jedem der Leiter 82 ist aus einem Strang der verdrillten Drähte 86 gebildet.The ladder 82 form n-phase windings of the stator winding 51 . The wires 86 from each of the leaders 82 (ie the line body 82a) are in contact with each other. Each of the leaders 82 has one or more sections formed by twisting the wires 86 are shaped and define one or more sections of a corresponding one of the phase windings. A resistance value between the twisted wires 86 is larger than each of the wires 86 . In other words, the respective adjacent two wires 86 a first electrical resistivity in a direction in which the wires 86 are arranged adjacent to each other. Each of the wires 86 has a second electrical resistivity in a longitudinal direction of the wire 86 on. The first electrical resistivity is greater than the second electrical resistivity. Each of the leaders 82 can by an arrangement of wires, ie the twisted wires 86 , which are covered with insulating elements, the first electrical resistivity of which is very high. The ladder body 82a from each of the leaders 82 is from a strand of twisted wires 86 educated.
Der Leiterkörper 82a ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, aus den verdrillten Drähten 86 gebildet, wodurch ein in jedem der Drähte 86 erzeugter Wirbelstrom reduziert wird, was einen Wirbelstrom in dem Leiterkörper 82a reduziert. Jeder der Drähte 86 ist verdrillt, wodurch bewirkt wird, dass jeder der Drähte 86 Abschnitte aufweist, in denen Richtungen eines angelegten Magnetfeldes entgegengesetzt zueinander sind, was eine gegenelektromotorische Kraft aufhebt. Dies führt zu einer Reduktion des Wirbelstroms. Insbesondere ist jeder der Drähte 86 aus den leitenden Fasern 87 gebildet, wodurch ermöglicht wird, dass die leitenden Fasern 87 dünn sind, und ebenfalls ermöglicht wird, dass die Anzahl der Male, wie oft die leitenden Fasern 87 verdrillt werden, erhöht wird, was die Reduktion des Wirbelstroms verbessert.The ladder body 82a is, as described above, from the twisted wires 86 formed, creating one in each of the wires 86 generated eddy current is reduced, resulting in an eddy current in the conductor body 82a reduced. Each of the wires 86 is twisted, causing each of the wires 86 Has sections in which directions of an applied magnetic field are opposite to each other, which cancels a counter electromotive force. This leads to a reduction in the eddy current. In particular, each of the wires 86 from the conductive fibers 87 formed, which allows the conductive fibers 87 are thin, and also allows the number of times the number of times the conductive fibers 87 be twisted, is increased, which improves the reduction of the eddy current.
Wie die Drähte 86 voneinander isoliert werden, ist nicht auf die vorstehend beschriebene Verwendung der Polymerisolierschicht begrenzt, sondern es kann ein Kontaktwiderstandswert verwendet werden, um einem Stromfluss zwischen den Drähten 86 zu widerstehen. Anders ausgedrückt wird der vorstehend beschriebene Vorteil durch eine Differenz im Potential aufgrund einer Differenz zwischen dem Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 und dem Widerstandswert von jedem der Drähte 86 erhalten, solange wie der Widerstandswert zwischen den Drähten 86 größer als derjenige von jedem der Drähte 86 ist. Beispielsweise kann der Kontaktwiderstandswert erhöht werden, indem eine Produktionsausrüstung für die Drähte 86 und eine Produktionsausrüstung für den Stator 50 (d.h. den Anker) der rotierenden elektrischen Maschine 10 als diskrete Vorrichtungen verwendet werden, um zu bewirken, dass die Drähte 86 während einer Transportzeit oder einer Arbeitspause oxidiert werden.Like the wires 86 Insulated from each other is not limited to the use of the polymer insulating layer described above, but a contact resistance value can be used to prevent current flow between the wires 86 to resist. In other words, the advantage described above is due to a difference in potential due to a difference between the resistance value between the twisted wires 86 and the resistance value of each of the wires 86 received as long as the resistance value between the wires 86 larger than that of each of the wires 86 is. For example, the contact resistance value can be increased by using production equipment for the wires 86 and production equipment for the stator 50 (ie the anchor) of the rotating electrical machine 10th used as discrete devices to cause the wires 86 be oxidized during a transport period or a work break.
Jeder der Leiter 82 ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, von einer Niedrigprofilform oder einer abgeflachten rechteckigen Form im Querschnitt. Die Leiter 82, bei denen es sich um mehr als einen handelt, sind in der radialen Richtung angeordnet. Jeder der Leiter 82 ist aus einem Strang der Drähte 86 gebildet, die jeweils durch einen selbstklebenden Beschichtungsdraht geformt sind, der beispielsweise eine Aufschmelzungs- oder Bondschicht oder eine Isolierschicht ausgerüstet ist, und die mit dem zusammen verschmolzenen Bondschichten verdrillt sind. Jeder der Leiter 82 kann alternativ durch Formen von verdrillten Drähten ohne eine Bondschicht oder verdrillten selbstklebenden Beschichtungsdrähten in eine gewünschte Form unter Verwendung von synthetischem Harz gebildet werden. Die Isolierbeschichtung 82b von jedem der Leiter 82 kann eine Dicke von 80 µm bis 100 µm aufweisen, die dicker als diejenige einer Beschichtung eines typischen Drahts ist (d.h. 5 µm bis 40 µm). In diesem Fall wird ein erforderliches Ausmaß von Isolierung zwischen den Leitern 82 erzielt, selbst wenn keine Isolierfolie zwischen den Leitern 82 angeordnet wird.Each of the leaders 82 is, as described above, of a low profile shape or a flattened rectangular shape in cross section. The ladder 82 that are more than one are arranged in the radial direction. Each of the leaders 82 is from a strand of wires 86 formed, which are each formed by a self-adhesive coating wire, which is equipped, for example, a melting or bonding layer or an insulating layer, and which are twisted with the fused together bonding layers. Each of the leaders 82 can alternatively be formed by molding twisted wires without a bonding layer or twisted self-adhesive coating wires into a desired shape using synthetic resin. The insulating coating 82b from each of the leaders 82 can have a thickness of 80 µm to 100 µm which is thicker than that of a coating of a typical wire (ie 5 µm to 40 µm). In this case there is a required amount of insulation between the conductors 82 achieved even if there is no insulating film between the conductors 82 is arranged.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die Isolierbeschichtung 82b ein höheres Ausmaß von Isolierung als die Isolierschicht des Drahts 86 aufweist, um eine Isolierung zwischen den Phasenwicklungen zu erzielen. Beispielsweise weist die Polymerisolierschicht des Drahts 86 eine Dicke von beispielsweise 5 µm auf. In diesem Fall ist die Dicke der Isolierbeschichtung 82b des Leiters 82 vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie 80 µm bis 100 µm ist, um die Isolierung zwischen den Phasenwicklungen zu erzielen.It is also preferable that the insulating coating 82b a higher degree of insulation than the insulating layer of the wire 86 has a To achieve insulation between the phase windings. For example, the polymer insulation layer of the wire 86 a thickness of, for example, 5 µm. In this case, the thickness of the insulating coating 82b of the leader 82 preferably selected to be 80 µm to 100 µm in order to achieve insulation between the phase windings.
Jeder der Leiter 82 kann alternativ aus einem Bündel von nicht verdrillten Drähten 86 gebildet werden. Kurz gesagt kann jeder der Leiter 82 aus einem Bündel der Drähte 86 gebildet werden, bei denen die gesamten Längen verdrillt sind, bei denen Abschnitte verdrillt sind, oder bei denen die gesamten Längen nicht verdrillt sind. Jeder der Leiter 82, die den Leiterabschnitt bilden, ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, aus einem Bündel der Drähte 86 gebildet. Der Widerstandswert zwischen den Drähten 86 ist größer als der von jedem der Drähte 86.Each of the leaders 82 can alternatively be made from a bundle of non-twisted wires 86 be formed. In short, everyone can be the leader 82 from a bundle of wires 86 are formed in which the entire lengths are twisted, in which sections are twisted, or in which the entire lengths are not twisted. Each of the leaders 82 as described above is made up of a bundle of wires 86 educated. The resistance value between the wires 86 is larger than that of each of the wires 86 .
Die Leiter 82 sind jeweils gebogen und in einem gegebenen Muster in der Umlaufrichtung der Statorwicklung 51 angeordnet, wodurch die Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 geformt werden. Die Statorwicklung 51 weist, wie es in 12 veranschaulicht ist, den Spulenseitenabschnitt 53 und die Spulenenden 54 und 55 auf. Die Leiter 82 weisen die geraden Abschnitte 83 auf, die sich gerade in der axialen Richtung der Statorwicklung 51 erstrecken und den Spulenseitenabschnitt 53 bilden. Die Leiter 82 weisen die Windungen 84, die außerhalb des Spulenseitenabschnitts 53 angeordnet sind, in der axialen Richtung auf, und bilden die Spulenenden 54 und 55. Jeder der Leiter 82 ist aus einer wellenförmigen Leiterabfolge gebildet, die durch abwechselndes Anordnen der geraden Abschnitte 83 und der Windungen 84 geformt ist. Die geraden Abschnitte 83 sind derart angeordnet, dass sie der Magneteinheit 42 in der radialen Richtung zugewandt sind. Die geraden Abschnitte 83 sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander angeordnet und miteinander unter Verwendung der Windungen 84 zusammengesetzt, die sich außerhalb der Magneteinheit 42 in der axialen Richtung befinden. Die geraden Abschnitte 83 entsprechen einem dem Magneten zugewandten Abschnitt.The ladder 82 are each bent and in a given pattern in the direction of rotation of the stator winding 51 arranged, whereby the phase windings of the stator winding 51 be shaped. The stator winding 51 points out how it is in 12th is illustrated, the coil side portion 53 and the coil ends 54 and 55 on. The ladder 82 point the straight sections 83 on that is just in the axial direction of the stator winding 51 extend and the coil side portion 53 form. The ladder 82 point the turns 84 that are outside the coil side section 53 are arranged in the axial direction, and form the coil ends 54 and 55 . Each of the leaders 82 is formed from a wave-shaped conductor sequence, which is arranged by alternating the straight sections 83 and the turns 84 is shaped. The straight sections 83 are arranged so that they are the magnet unit 42 are facing in the radial direction. The straight sections 83 are arranged at a given interval away from each other and with each other using the turns 84 composed which is outside the magnet unit 42 are in the axial direction. The straight sections 83 correspond to a section facing the magnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 51 in der Form einer ringförmigen verteilten Wicklung geformt. In dem Spulenseitenabschnitt 53 sind die geraden Abschnitte 83 zu einem Intervall weg voneinander angeordnet, das jedem Polpaar der Magneteinheit 42 für jede Phase entspricht. In jedem der Spulenenden 54 und 55 sind die geraden Abschnitte 83 für jede Phase durch die Windung 84 miteinander zusammengesetzt, die von einer V-Form ist. Die geraden Abschnitte 83, die für jedes Polpaar gepaart sind, sind entgegengesetzt zueinander in einer Richtung des Flusses von elektrischem Strom. Jeweils zwei der geraden Abschnitte 83, die durch jede der Windungen 84 zusammengesetzt sind, sind zwischen dem Spulenende 54 und dem Spulenende 55 unterschiedlich. Die Verbindungen der geraden Abschnitte 83 durch die Windungen 84 sind in der Umlaufrichtung an jedem der Spulenenden 54 und 55 angeordnet, um die Statorwicklung in einer hohlen zylindrischen Form zu vervollständigen.According to this embodiment, the stator winding 51 shaped in the form of an annular distributed winding. In the coil side section 53 are the straight sections 83 arranged at an interval away from each other that each pair of poles of the magnet unit 42 for each phase. In each of the coil ends 54 and 55 are the straight sections 83 for each phase through the turn 84 assembled together, which is of a V shape. The straight sections 83 that are paired for each pole pair are opposite to each other in a direction of flow of electric current. Two of the straight sections each 83 through each of the turns 84 are composed between the coil end 54 and the coil end 55 differently. The connections of the straight sections 83 through the turns 84 are in the circumferential direction at each of the coil ends 54 and 55 arranged to complete the stator winding in a hollow cylindrical shape.
Genauer ist die Statorwicklung 51 aus zwei Paaren der Leiter 82 für jede Phase aufgebaut. Die Statorwicklung 51 ist mit einem ersten Drei-Phasen-Wicklungssatz, der die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung aufweist, und einem zweiten Drei-Phasen-Wicklungssatz ausgerüstet, der die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung aufweist. Der erste Drei-Phasen-Wicklungssatz und der zweite Drei-Phasen-Wicklungssatz sind benachbart zueinander in der radialen Richtung in der Form von zwei Schichten angeordnet. Wenn die Anzahl der Phasen der Statorwicklung 51 als S (d.h. 6 gemäß diesem Ausführungsbeispiel) definiert ist, die Anzahl der Leiter 82 für jede Phase als m definiert ist, werden 2 × S × m = 2Sm Leiter 82 für jedes Polpaar in der Statorwicklung 51 verwendet. Die rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derart entworfen, dass die Anzahl der Phasen S 6 ist, die Anzahl m 4 ist, und 8 Polpaare verwendet werden. 6 × 4 × 8 = 192 Leiter 82 sind in der Umlaufrichtung des Statorkerns 52 angeordnet.The stator winding is more precise 51 from two pairs of ladders 82 built for each phase. The stator winding 51 is equipped with a first three-phase winding set, which has the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding, and a second three-phase winding set, which has the X-phase winding , which has the Y-phase winding and the Z-phase winding. The first three-phase winding set and the second three-phase winding set are arranged adjacent to each other in the radial direction in the form of two layers. If the number of phases of the stator winding 51 is defined as S (ie 6 according to this embodiment), the number of conductors 82 defined as m for each phase, 2 × S × m = 2Sm conductors 82 for each pole pair in the stator winding 51 used. The rotating electrical machine according to this embodiment is designed such that the number of phases is S 6, the number m is 4, and 8 pole pairs are used. 6 × 4 × 8 = 192 conductors 82 are in the direction of rotation of the stator core 52 arranged.
Die Statorwicklung 51 in 12 ist entworfen, den Spulenseitenabschnitt 53 aufzuweisen, der die geraden Abschnitte 82 aufweist, die in der Form von zwei überlappenden Schichten angeordnet sind, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind. Jedes der Spulenenden 54 und 55 weist jeweils zwei der Windungen 84 auf, die sich von den radial überlappenden geraden Abschnitten 82 in entgegengesetzten Umlaufrichtungen erstrecken. Anders ausgedrückt sind die Leiter 82, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind, in der Richtung, in der die Windungen 84 sich erstrecken, entgegengesetzt zueinander, mit Ausnahme der Enden der Statorwicklung 51.The stator winding 51 in 12th is designed the coil side section 53 to have the straight sections 82 which are arranged in the form of two overlapping layers which are arranged adjacent to each other in the radial direction. Each of the coil ends 54 and 55 each has two of the turns 84 on that of the radially overlapping straight sections 82 extend in opposite directions. In other words, the ladder 82 which are arranged adjacent to each other in the radial direction, in the direction in which the turns 84 extend opposite to each other except for the ends of the stator winding 51 .
Eine Wicklungsstruktur der Leiter 82 der Statorwicklung 51 ist nachstehend ausführlich beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Leiter 82, die in der Form einer Wellenwicklung geformt sind, in der Form einer Vielzahl von Schichten (beispielsweise zwei Schichten) vorgesehen, die benachbart zueinander angeordnet sind, oder sich in der radialen Richtung einander überlappen. 15(a) und 15(b) veranschaulichen die Anordnung der Leiter 82, die die n-te Schicht formen. 15(a) zeigt die Konfigurationen des Leiters 82, wenn die Seite der Statorwicklung 51 betrachtet wird. 15(b) zeigt die Konfigurationen der Leiter 82, wie in der axialen Richtung der Statorwicklung 51 betrachtet. In 15(a) und 15(b) sind die Orte der Leitergruppen 81 durch Symbole D1, D2, D3 ... und D9 angegeben. Der Einfachheit der Offenbarung halber zeigen 15(a) und 15(b) lediglich drei Leiter 82, die nachstehend hier als erster Leiter 82_A, zweiter Leiter 82_B und dritter Leiter 82_C bezeichnet sind.A winding structure of the ladder 82 the stator winding 51 is described in detail below. According to this embodiment, the conductors 82 which are shaped in the form of a wave winding, provided in the form of a plurality of layers (e.g. two layers) which are arranged adjacent to each other, or overlap in the radial direction. 15 (a) and 15 (b) illustrate the arrangement of the conductors 82 that form the nth layer. 15 (a) shows the configurations of the conductor 82 if the side of the stator winding 51 is looked at. 15 (b) shows the configurations of the ladder 82 as in the axial direction of the stator winding 51 considered. In 15 (a) and 15 (b) are the locations of the leader groups 81 through symbols D1 , D2 , D3 ... and D9 specified. Show for simplicity of revelation 15 (a) and 15 (b) only three ladder 82 , the following here as the first leader 82_A , second leader 82_B and third leader 82_C are designated.
Die Leiter 82_A bis 82_C weisen die geraden Abschnitte 83 an einen Ort der n-ten Schicht angeordnet auf, anders ausgedrückt, an derselben Position in der Umlaufrichtung. Jeweils zwei der geraden Abschnitte 82, die zu 6 Teilungen (die 3 × m Paaren entsprechen) weg voneinander angeordnet sind, sind durch eine der Windungen 84 miteinander zusammengesetzt. Anders ausgedrückt sind in den Leitern 82_A bis 82_C die äußersten zwei der sieben geraden Abschnitte 83, die in der Umlaufrichtung der Statorwicklung 51 auf demselben Kreis angeordnet sind, der um die Mitte des Rotors 40 definiert ist, unter Verwendung von einer der Windungen 84 miteinander zusammengesetzt. Beispielsweise sind in dem ersten Leiter 82_A die geraden Abschnitte 83, die an den Orten D1 und D7 platziert sind, durch die inverse V-förmige Windung 84 miteinander zusammengesetzt. Die Leiter 82_B und 82_C sind zu einem Intervall angeordnet, das äquivalent zu einem Intervall zwischen jeweils benachbarten zweien der geraden Abschnitte 83 voneinander in der Umlaufrichtung an dem Ort der n-ten Schicht angeordnet ist. In dieser Anordnung sind die Leiter 82_A bis 82_C an einem Ort derselben Schicht platziert, was dadurch zu einem Risiko führt, dass die Windungen 84 davon sich gegenseitig physikalisch beeinträchtigen können. Zur Behebung eines derartigen Risikos ist jede der Windungen 84 der Leiter 82_A bis 82_C gemäß diesem Ausführungsbeispiel geformt, einen Beeinträchtigungsvermeidungsabschnitt aufzuweisen, der geformt ist, indem ein Abschnitt der Windung 84 in der radialen Richtung versetzt ist.The ladder 82_A to 82_C point the straight sections 83 located at a location of the nth layer, in other words, at the same position in the circumferential direction. Two of the straight sections each 82 which are arranged in 6 divisions (corresponding to 3 × m pairs) away from each other are through one of the turns 84 put together. In other words, are in the ladders 82_A to 82_C the outermost two of the seven straight sections 83 that in the direction of rotation of the stator winding 51 are arranged on the same circle around the center of the rotor 40 is defined using one of the turns 84 put together. For example, in the first conductor 82_A the straight sections 83 that in the places D1 and D7 are placed by the inverse V-shaped turn 84 put together. The ladder 82_B and 82_C are arranged at an interval equivalent to an interval between adjacent two of the straight sections 83 from each other in the circumferential direction at the location of the nth layer. The conductors are in this arrangement 82_A to 82_C placed in a location of the same layer, which creates a risk that the turns 84 of which can physically affect each other. Each of the turns is used to remedy such a risk 84 the leader 82_A to 82_C molded in accordance with this embodiment to have an impairment avoidance portion formed by a portion of the turn 84 is offset in the radial direction.
Insbesondere weist die Windung 84 von jedem der Leiter 82_A bis 82_C einen Schrägabschnitt 84a, einen Kopfabschnitt 84b, einen Schrägabschnitt 84c und einen Rückführungsabschnitt 84d auf. Der Schrägabschnitt 84a erstreckt sich in der Umlaufrichtung desselben Kreises (der nachstehend ebenfalls als ein erster Kreis bezeichnet ist). Der Kopfabschnitt 84 erstreckt sich von dem Schrägabschnitt 84a radial innerhalb des ersten Kreises (d.h. in 15(b) aufwärts), um einen anderen Kreis zu erreichen (der nachstehend ebenfalls als ein zweiter Kreis bezeichnet ist). Der Schrägabschnitt 84c erstreckt sich in der Umlaufrichtung des zweiten Kreises. Der Rückführungsabschnitt 84d kehrt von dem zweiten Kreis zurück zu dem ersten Kreis. Der Kopfabschnitt 84b, der Schrägabschnitt 84c und der Rückführungsabschnitt 84d definieren den Beeinträchtigungsvermeidungsabschnitt. Der Schrägabschnitt 84c kann radial außerhalb des Schrägabschnitts 84a angeordnet sein.In particular, the turn has 84 from each of the leaders 82_A to 82_C a sloping section 84a , a head section 84b , an inclined section 84c and a return section 84d on. The sloping section 84a extends in the circumferential direction of the same circle (hereinafter also referred to as a first circle). The head section 84 extends from the sloping section 84a radially within the first circle (ie in 15 (b) to reach another circle (also referred to as a second circle below). The sloping section 84c extends in the circumferential direction of the second circle. The return section 84d returns from the second circle to the first circle. The head section 84b , the sloping section 84c and the return section 84d define the impairment avoidance section. The sloping section 84c can be radially outside of the sloping section 84a be arranged.
Anders ausgedrückt hat jeder der Leiter 82_A bis 82_C die Windung 84 derart geformt, dass sie den Schrägabschnitt 84a und den Schrägabschnitt 84c aufweist, die an entgegengesetzten Seiten des Kopfabschnitts 84b in der Mitte in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Die Orte der Schrägabschnitte 84a und 84b unterscheiden sich voneinander in der radialen Richtung (d.h. einer Richtung senkrecht zu der Zeichnung in 15(a) oder einer vertikalen Richtung in 15(b)). Beispielsweise ist die Windung 84 des ersten Leiters 82_A derart geformt, dass sie sich von dem Ort D1 auf der n-ten Schicht in der Umlaufrichtung erstreckt, an dem Kopfabschnitt 84b, der die Mitte der Umlauflänge der Windung 84 ist, in der radialen Richtung (beispielsweise radial nach innen) gebogen ist, erneut in der Umlaufrichtung gebogen ist, sich erneut in der Umlaufrichtung erstreckt, und dann an dem Rückführungsabschnitt 84d in der radialen Richtung (beispielsweise radial nach außen) gebogen ist, um den Ort D7 auf der n-ten Schicht zu erreichen.In other words, everyone has the leader 82_A to 82_C the swirl 84 shaped so that it has the inclined section 84a and the sloping section 84c having on opposite sides of the head portion 84b are arranged in the center in the circumferential direction. The locations of the sloping sections 84a and 84b differ from each other in the radial direction (ie a direction perpendicular to the drawing in FIG 15 (a) or a vertical direction in 15 (b) ). For example, the turn 84 of the first leader 82_A shaped so that it differs from the place D1 extends on the nth layer in the circumferential direction, on the head portion 84b which is the center of the orbital length of the turn 84 is bent in the radial direction (e.g., radially inward), is bent again in the circumferential direction, extends again in the circumferential direction, and then at the return portion 84d is bent in the radial direction (e.g. radially outward) to the location D7 to reach on the nth layer.
Mit den vorstehend beschriebenen Anordnungen sind die Schrägabschnitte 84a der Leiter 82_A bis 82_C vertikal oder abwärts in der Reihenfolge des ersten Leiters 82_A, des zweiten Leiters 82_B und des dritten Leiters 82_C angeordnet. Die Kopfabschnitte 84b ändern die Reihenfolge der Orte der Leiter 82_A bis 82_C in der vertikalen Richtung, so dass die Schrägabschnitte 84c vertikal oder abwärts in der Reihenfolge des dritten Leiters 82_C, des zweiten Leiters 82_B und des ersten Leiters 82_A angeordnet sind. Diese Anordnung erzielt eine Anordnung der Leiter 82_A bis 82_C in der Umlaufrichtung ohne irgendeine physikalische Beeinträchtigung zueinander.With the arrangements described above, the inclined sections 84a the leader 82_A to 82_C vertically or downwards in the order of the first conductor 82_A , the second leader 82_B and the third leader 82_C arranged. The head sections 84b change the order of the locations of the ladder 82_A to 82_C in the vertical direction so that the sloping sections 84c vertically or downwards in the order of the third conductor 82_C , the second leader 82_B and the first leader 82_A are arranged. This arrangement achieves an arrangement of the conductors 82_A to 82_C in the orbital direction without any physical interference to each other.
In der Struktur, in der die Leiter 82 derart gelegt sind, dass sie sich einander in der radialen Richtung überlappen, um die Leitergruppe 81 zu formen, sind die Windungen 84, die zu einem radial innersten und einem radial äußersten der geraden Abschnitte 83 führen, die die zwei oder mehr Schichten formen, vorzugsweise radial außerhalb der geraden Abschnitte 83 angeordnet. In einem Fall, in dem die Leiter 83, die die zwei oder mehr Schichten formen, in derselben radialen Richtung nahe an Grenzen zwischen Enden der Windungen 84 und der geraden Abschnitte 83 gebogen werden, sind die Leiter 83 vorzugsweise derart geformt, dass die Isolierung dazwischen aufgrund einer physikalischen Beeinträchtigung der Leiter 83 zueinander nicht verschlechtert wird.In the structure in which the ladder 82 are laid so that they overlap each other in the radial direction to the conductor group 81 to shape are the coils 84 leading to a radially innermost and a radially outermost of the straight sections 83 guide, which form the two or more layers, preferably radially outside of the straight sections 83 arranged. In a case where the ladder 83 forming the two or more layers in the same radial direction close to boundaries between ends of the turns 84 and the straight sections 83 are bent are the ladder 83 preferably shaped such that the insulation between them due to physical impairment of the conductor 83 to each other is not deteriorated.
In dem Beispiel von 15(a) und 15(b) sind die Leiter 82, die aufeinander in der radialen Richtung gelegt sind, radial an den Rückführungsabschnitten 84d der Windungen 84 an dem Ort D7 bis D9 gebogen. Es ist zweckmäßig, dass der Leiter 82 der n-ten Schicht und der Leiter 82 der n + 1-ten Schicht, wie es in 16 veranschaulicht ist, zu voneinander unterschiedlichen Krümmungsradien gebogen werden. Insbesondere wird vorzugsweise der Krümmungsradius R1 des Leiters 82 der n-ten Schicht derart ausgewählt, dass er kleiner als der Krümmungsradius R2 des Leiters 82 der n + 1-ten Schicht ist.In the example of 15 (a) and 15 (b) are the leaders 82 that are placed on each other in the radial direction, radially on the return portions 84d of the turns 84 at the place D7 to D9 bent. It is appropriate that the leader 82 the nth layer and the conductor 82 the n + 1th layer, as in 16 is illustrated, are bent to mutually different radii of curvature. In particular, it is preferred the radius of curvature R1 of the leader 82 the nth layer is selected such that it is smaller than the radius of curvature R2 of the leader 82 the n + 1th layer.
Zusätzlich werden radiale Verlagerungen des Leiters 82 der n-ten Schicht und des Leiters 82 der n + 1-ten Schicht vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie unterschiedlich voneinander sind. Wenn die Größe der radialen Verlagerung des Leiters 82 der n-ten Schicht als S1 definiert ist und die Größe der radialen Verlagerung des Leiters 82 der n + 1-ten Schicht, die sich radial außerhalb der n-ten Schicht befindet, als S2 definiert ist, wird die Größe der radialen Verlagerung S1 vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie größer als die Größe der radialen Verlagerung S2 ist.In addition, there are radial displacements of the conductor 82 the nth layer and the conductor 82 the n + 1-th layer is preferably selected such that they are different from one another. If the amount of radial displacement of the conductor 82 the nth layer is defined as S1 and the size of the radial displacement of the conductor 82 The n + 1th layer, which is located radially outside the nth layer, is defined as S2, the size of the radial displacement S1 preferably selected such that they are larger than the size of the radial displacement S2 is.
Die vorstehend beschriebene Anordnung der Leiter 82 beseitigt das Risiko einer gegenseitigen Beeinträchtigung, wodurch ein erforderliches Ausmaß an Isolierung zwischen den Leitern 82 gewährleistet wird, selbst wenn die in der radialen Richtung aufeinandergelegten Leiter 82 in der gleichen Richtung gebogen werden.The arrangement of the conductors described above 82 eliminates the risk of mutual interference, creating a required level of insulation between the conductors 82 is ensured even if the conductors are placed on top of each other in the radial direction 82 be bent in the same direction.
Die Struktur der Magneteinheit 42 des Rotors 40 ist nachstehend beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Magneteinheit 42 aus Permanentmagneten gebildet, bei denen eine Remanenzflussdichte Br = 1,0 T ist und eine intrinsische Koerzitivkraft Hcj = 400 kA/m ist. Die gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Permanentmagnete werden durch gesinterte Magnete verwirklicht, die geformt werden, indem Körner von magnetischem Material gesintert werden und diese in eine gegebene Form verdichtet werden, und die die nachfolgenden Spezifikationen aufweisen. Die intrinsische Koerzitivkraft Hcj auf einer J-H-Kurve ist 400 kA/m oder mehr. Die Remanenzflussdichte Br auf der J-H-Kurve ist 1,0 T oder mehr. Magnete, die derart entworfen sind, dass, wenn 5.000 bis 10.000 AT durch eine Phasen-zu-Phasen-Erregung angelegt wird, ein magnetischer Abstand zwischen Polpaaren, d.h. zwischen einem N-Pol und einen S-Pol, anders ausgedrückt eines Pfads, in dem ein Magnetfluss zwischen dem N-Pol und dem S-Pol fließt, ein Abschnitt, der in dem Magnet liegt, eine Länge von 25 mm aufweist, können verwendet werden, um eine Beziehung von Hcj = 10.000 A zu erfüllen, ohne dass sie entmagnetisiert werden.The structure of the magnet unit 42 of the rotor 40 is described below. According to this embodiment, the magnet unit 42 formed from permanent magnets in which a residual flux density Br = 1.0 T and an intrinsic coercive force Hcj = 400 kA / m. The permanent magnets used in this embodiment are realized by sintered magnets which are formed by sintering grains of magnetic material and compacting them into a given shape, and which have the following specifications. The intrinsic coercive force Hcj on a JH curve is 400 kA / m or more. The residual flux density Br on the JH curve is 1.0 T or more. Magnets designed such that when 5,000-10,000 AT is applied by phase-to-phase excitation, a magnetic distance between pole pairs, ie, between an N pole and an S pole, in other words, a path, in that a magnetic flux flows between the N-pole and the S-pole, a portion which is in the magnet and has a length of 25 mm can be used to satisfy a relationship of Hcj = 10,000 A without being demagnetized will.
Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 42 derart ausgelegt, dass eine Sättigungsmagnetflussdichte Js 1,2 T oder mehr ist, eine Körnungsgröße 10 µm oder weniger ist und eine Beziehung von Js × α ≥ 1,0 T erfüllt wird, wobei α ein Ausrichtungsverhältnis ist.In other words, the magnet unit 42 designed such that a saturation magnetic flux density Js is 1.2 T or more, a grain size is 10 µm or less, and a relationship of Js × α ≥ 1.0 T is satisfied, where α is an alignment ratio.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 42 nachstehend beschrieben. Die Magneteinheit 42 (d.h. die Magnete) weist ein Merkmal auf, dass Js eine Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T erfüllt. Anders ausgedrückt können Magnete, die in der Magneteinheit 42 verwendet werden, FeNi-Magnete sein, die NdFe11TiN, Nd2Fe14B, Sm2Fe17N3 oder L10-Kristalle aufweisen. Es ist zu beachten, dass Samarium-Kobalt-Magnete wie SmCo5, FePt, Dy2Fe14B oder CoPt-Magnete nicht verwendet werden können. Wenn Magnete, bei denen hohe Js-Charakteristiken von Neodym etwas verloren sind, jedoch ein hohes Ausmaß von Koerzitivkraft von Dy gewährleistet wird, unter Verwendung von schweren Seltene-Erden-Dysprosium, wie in homotopischen Legierungen wie Dy2Fe14B und Nd2Fe14B gelegentlich eine Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T erfüllen, können diese in der Magneteinheit 42 verwendet werden. Eine derartige Magnetbauart ist ebenfalls nachstehend als [Nd1 - xDyx] 2Fe14B] bezeichnet. Weiterhin kann ein Magnet, der verschiedene Arten von Zusammensetzungen kontaktiert, anders ausgedrückt ein Magnet, der aus zwei oder mehr Arten von Materialien gebildet ist, wie FeNi und Sm2Fe17N3 verwendet werden, um eine Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T zu erfüllen. Ein gemischter Magnet, der durch Hinzufügen einer kleinen Menge von beispielsweise Dy2Fe14B, bei dem Js < 1 T gilt, zu einem Nd2Fe14B-Magneten, bei dem Js = 1,6 T gilt, was bedeutet, dass Js ausreichend ist, um die Koerzitivkraft zu verbessern, kann ebenfalls verwendet werden, um die Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T zu erfüllen.In addition, the magnet unit 42 described below. The magnet unit 42 (ie the magnets) has a characteristic that Js satisfies a relationship of 2.15 T ≥ Js ≥ 1.2 T. In other words, magnets can be in the magnet unit 42 be used, FeNi magnets, which have NdFe11TiN, Nd2Fe14B, Sm2Fe17N3 or L10 crystals. Please note that samarium cobalt magnets such as SmCo5, FePt, Dy2Fe14B or CoPt magnets cannot be used. However, if magnets in which high Js characteristics of neodymium are somewhat lost but a high degree of coercive force of Dy are ensured using heavy rare earth dysprosium such as in homotopic alloys such as Dy2Fe14B and Nd2Fe14B, an occasional relationship of 2, 15 T ≥ Js ≥ 1.2 T, they can be in the magnet unit 42 be used. Such a magnetic design is also referred to below as [Nd1 - xDyx] 2Fe14B]. Furthermore, a magnet that contacts different types of compositions, in other words, a magnet formed of two or more types of materials such as FeNi and Sm2Fe17N3 can be used to have a relationship of 2.15 T ≥ Js ≥ 1.2 T to fulfill. A mixed magnet obtained by adding a small amount of, for example, Dy2Fe14B, where Js <1 T, to an Nd2Fe14B magnet, where Js = 1.6 T, which means that Js is sufficient to increase the coercive force can also be used to satisfy the relationship of 2.15 T ≥ Js ≥ 1.2 T.
Bei Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine bei einer Temperatur außerhalb eines Temperaturbereich menschlicher Aktivitäten, die höher als beispielsweise 60°C ist, was beispielsweise Temperaturen von Wüsten überschreitet, innerhalb einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, in der die Temperatur im Sommer auf bis zu 80°C steigen kann, enthält der Magnet vorzugsweise FeNi- oder Sm2Fe17N3-Komponenten, die weniger abhängig von der Temperatur sind. Dies liegt daran, dass Motorcharakteristiken stark durch temperaturabhängige Faktoren davon im Motorbetrieb innerhalb eines Bereichs von angenähert - 40°C, was innerhalb eines Bereichs ist, das durch Kommunen in Nordeuropa erfahren wird, bis zu 60°C oder mehr, was in einer Wüstenregion erfahren wird, oder bei 180 bis 240°C, die eine Wärmewiderstandstemperatur von Emaillebeschichtung ist, geändert werden, was zu einer Schwierigkeit bei Erzielung eines erforderlichen Steuerungsbetriebs unter Verwendung derselben Motoransteuerungsvorrichtung führt. Die Verwendung von FeNi, das die vorstehend beschriebenen L10-Kristalle enthält, oder Sm2Fe17N3-Magneten wird zu einer Verringerung bei der Last auf einer Motoransteuerungsvorrichtung führen, da Charakteristiken davon temperaturabhängige Faktoren aufweisen, die niedriger als eine Hälfte derjenigen von Nd2Fe14B-Magneten sind.When using the rotating electrical machine at a temperature outside a temperature range of human activities, which is higher than, for example, 60 ° C, which exceeds temperatures of deserts, for example, inside a passenger compartment of a vehicle, in which the temperature in summer increases up to 80 ° C , the magnet preferably contains FeNi or Sm2Fe17N3 components, which are less dependent on the temperature. This is because engine characteristics are strongly approximated by temperature dependent factors thereof in engine operation within a range of - 40 ° C, which is within a range experienced by municipalities in Northern Europe, up to 60 ° C or more, which is experienced in a desert region will be changed, or at 180 to 240 ° C, which is a heat resistance temperature of enamel coating, which leads to a difficulty in achieving a required control operation using the same motor drive device. The use of FeNi containing the L10 crystals described above or Sm2Fe17N3 magnets will result in a reduction in load on a motor driver because characteristics thereof have temperature dependent factors that are less than half that of Nd2Fe14B magnets.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 42 entwickelt, das vorstehend beschriebene Magnetgemisch zu verwenden, so dass eine Partikelgröße von Feinpulver, bevor es magnetisch ausgerichtet wird, niedriger als oder gleich 10 µm ist, und höher als oder gleich wie eine Größe von Partikeln einer einzelnen Domäne ist. Die Koerzitivkraft eines Magneten wird üblicherweise durch Verringern der Größe der Pulverpartikel davon auf einige Hundert nm erhöht. In den letzten Jahren wurden kleinstmögliche Partikel verwendet. Wenn die Partikel des Magneten zu klein sind, wird BHmax (d.h. das maximale Energieprodukt) des Magneten aufgrund von Oxidation davon verringert. Es ist somit vorzuziehen, dass die Partikelgröße des Magneten höher als oder gleich wie der Größe der Partikel mit einzelner Domäne ist. Es ist bekannt, dass dadurch, dass die Partikelgröße lediglich bis zu der Größe der Partikel einer einzelnen Domäne ist, die Koerzitivkraft des Magneten erhöht wird. Die Partikelgröße, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf den Durchmesser oder die Größe von Feinpulverpartikeln in einem magnetischen Ausrichtungsvorgang bei Herstellungsprozessen der Magnete. In addition, the magnet unit 42 developed to use the magnetic mixture described above so that a particle size of fine powder before it is magnetically aligned is less than or equal to 10 µm and greater than or equal to a size of particles of a single domain. The coercive force of a magnet is usually increased by reducing the size of the powder particles thereof to a few hundred nm. The smallest possible particles have been used in recent years. If the particles of the magnet are too small, BHmax (ie the maximum energy product) of the magnet is reduced due to oxidation thereof. It is therefore preferable that the particle size of the magnet be larger than or equal to the size of the single domain particles. It is known that since the particle size is only up to the size of the particles of a single domain, the coercive force of the magnet is increased. The particle size as used here refers to the diameter or the size of fine powder particles in a magnetic alignment process in manufacturing processes of the magnets.
Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 der Magneteinheit 42 sind jeweils aus gesinterten Magneten gebildet, die geformt werden, indem magnetisches Pulver bei hohen Temperaturen gebrannt oder erhitzt wird, und dieses verdichtet wird. Das Sintern wird erzielt, um Bedingungen zu erfüllen, in denen die Sättigungsmagnetisierung Js der Magneteinheit 42 1,2 T (Tesla) oder mehr ist, die Partikelgröße des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 10 µm oder weniger ist, und Js × α größer oder gleich wie 1,0 T (Tesla) ist, wobei α ein Ausrichtungsverhältnis ist. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 werden jeweils ebenfalls gesintert, um die nachfolgenden Bedingungen zu erfüllen. Durch Durchführen der magnetischen Ausrichtung in dem magnetischen Ausrichtungsvorgang in den Herstellungsprozessen des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 haben diese ein Ausrichtungsverhältnis, was sich von der Definition einer Ausrichtung einer Magnetkraft in einem Magnetisierungsvorgang für isotrope Magnete unterscheidet. Die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist entworfen, die Sättigungsmagnetisierung Js größer als oder gleich 1,2 T und das Ausrichtungsverhältnis α des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 derart aufzuweisen, dass es hoch ist, um eine Beziehung von Jr ≥ Js × α ≥ 1,0 T zu erfüllen. Das Ausrichtungsverhältnis α, wie es hier verwendet wird, ist in der nachfolgenden Weise definiert. Wenn jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 sechs leichte Achsen der Magnetisierung aufweist, fünf der leichten Achsen der Magnetisierung in derselben Richtung A10 ausgerichtet sind, und die restliche der leichten Achsen der Magnetisierung in der Richtung B10 ausgerichtet ist, die gegenüber der Richtung A10 um 90 Grad gewinkelt ist, wird eine Beziehung von α = 5/6 erfüllt. Alternativ dazu ist, wenn jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 sechs leichte Achsen der Magnetisierung aufweist, fünf der leichten Achsen der Magnetisierung in derselben Richtung A10 ausgerichtet sind, und die restliche der leichten Achsen der Magnetisierung in der Richtung B10 ausgerichtet ist, die um 45 Grad gegenüber der Richtung A10 gewinkelt ist, eine Beziehung von α = (5 + 0,707)/6 erfüllt, da eine Komponente, die in der Richtung A10 ausgerichtet ist, durch cos 45° = 0,707 ausgedrückt wird. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils, wie es vorstehend beschrieben worden ist, unter Verwendung von Sintertechniken gebildet, jedoch können sie in einer anderen Weise produziert werden, solange wie die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann ein Verfahren des Formens eines MQ3-Magneten verwendet werden.The first magnet 91 and the second magnet 92 the magnet unit 42 are each formed from sintered magnets that are formed by burning or heating magnetic powder at high temperatures and compacting it. The sintering is achieved to meet conditions in which the saturation magnetization Js of the magnet unit 42 1.2 T (Tesla) or more is the particle size of the first magnet 91 and the second magnet 92 Is 10 µm or less, and Js × α is greater than or equal to 1.0 T (Tesla), where α is an alignment ratio. The first magnet 91 and the second magnet 92 are also sintered to meet the following conditions. By performing the magnetic alignment in the magnetic alignment process in the manufacturing processes of the first magnet 91 and the second magnet 92 they have an orientation ratio, which differs from the definition of an orientation of a magnetic force in a magnetization process for isotropic magnets. The magnet unit 42 According to this embodiment, the saturation magnetization Js is designed to be greater than or equal to 1.2 T and the orientation ratio α of the first magnet 91 and the second magnet 92 such that it is high to satisfy a relationship of Jr ≥ Js × α ≥ 1.0T. The orientation ratio α as used here is defined in the following manner. If everyone of the first magnet 91 and the second magnet 92 has six easy axes of magnetization, five of the easy axes of magnetization in the same direction A10 are aligned, and the rest of the easy axes of magnetization in the direction B10 which is oriented towards the direction A10 is angled by 90 degrees, a relationship of α = 5/6 is satisfied. Alternatively, if each of the first magnets 91 and the second magnet 92 has six easy axes of magnetization, five of the easy axes of magnetization in the same direction A10 are aligned, and the rest of the easy axes of magnetization in the direction B10 which is oriented 45 degrees from the direction A10 is angled, a relationship of α = (5 + 0.707) / 6 is satisfied since a component is in the direction A10 is aligned, is expressed by cos 45 ° = 0.707. The first magnet 91 and the second magnet 92 according to this embodiment, as described above, are each formed using sintering techniques, but they can be produced in another way as long as the conditions described above are satisfied. For example, a method of molding an MQ3 magnet can be used.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden Permanentmagnete verwendet, die magnetisch ausgerichtet werden, um die leichte Achse der Magnetisierung davon zu steuern, wodurch ermöglicht wird, dass eine Magnetkreislänge innerhalb der Magnete länger als diejenige innerhalb typischer linear ausgerichteter Magnete ist, die eine Magnetflussdichte von 1,0 T oder mehr erzeugen. Anders ausgedrückt kann die Magnetkreislänge für ein Polpaar in den Magneten gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Magneten mit einem kleinen Volumen erzielt werden. Zusätzlich ist ein Bereich von umkehrbarem Flussverlust in den Magneten nicht verloren, wenn schädlich hohen Temperaturen ausgesetzt, im Vergleich zu der Verwendung typischer linear ausgerichteter Magnete. Die Erfinder dieser Anmeldung haben herausgefunden, dass Charakteristiken, die ähnlich zu denjenigen von anisotropen Magneten sind, selbst unter Verwendung von Magneten gemäß dem Stand der Technik erhalten werden.According to this embodiment, permanent magnets are used that are magnetically aligned to control the easy axis of magnetization thereof, thereby allowing a magnetic circuit length within the magnets to be longer than that within typical linearly aligned magnets that have a magnetic flux density of 1.0 T. or generate more. In other words, the magnetic circuit length for a pair of poles in the magnets according to this embodiment can be achieved using magnets with a small volume. In addition, an area of reversible flux loss in the magnets is not lost when exposed to deliberately high temperatures compared to the use of typical linearly aligned magnets. The inventors of this application have found that characteristics similar to those of anisotropic magnets are obtained even using prior art magnets.
Die leichte Achse der Magnetisierung repräsentiert eine Kristallausrichtung, bei der ein Kristall leicht in einem Magneten zu magnetisieren ist. Die Ausrichtung der leichten Achse der Magnetisierung in dem Magneten, wie es sich hier darauf bezogen wird, ist eine Richtung, in der ein Orientierungsverhältnis 50% oder mehr ist, wobei das Ausrichtungsverhältnis das Ausmaß, zu dem leichte Achsen der Magnetisierung von Kristallen zueinander ausgerichtet sind, oder eine Richtung eines Durchschnitts von magnetischen Ausrichtungen in dem Magneten angibt.The easy axis of magnetization represents a crystal orientation in which a crystal is easily magnetized in a magnet. The orientation of the easy axis of magnetization in the magnet, as referred to here, is a direction in which an orientation ratio is 50% or more, the orientation ratio being the extent to which easy axes of magnetization of crystals are aligned with each other , or indicates a direction of an average of magnetic orientations in the magnet.
Die Magneteinheit 42 ist, wie es deutlich in 8 und 9 veranschaulicht ist, von einer ringförmigen Form und innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 (insbesondere radial innerhalb des Zylinders 43) angeordnet. Die Magneteinheit 42 ist mit den ersten Magneten 91 und den zweiten Magneten 92 ausgerüstet, die jeweils aus einem polaren anisotropen Magneten gebildet sind. Jeder der ersten Magnete 91 und jeder der zweiten Magnete 92 unterscheiden sich in der Polarität voneinander. Die ersten Magnete 91 und die zweiten Magnete 92 sind abwechselnd in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 angeordnet. Jeder der ersten Magnete 91 ist entwickelt, einen Abschnitt aufzuweisen, der einen N-Pol nahe der Statorwicklung 51 erzeugt. Jeder der zweiten Magnete 92 ist entwickelt, einen Abschnitt aufzuweisen, der einen S-Pol nahe der Statorwicklung 51 erzeugt. Die ersten Magnete 91 und die zweiten Magnete 92 sind beispielsweise jeweils aus einem Permanent-Seltene-Erden-Magneten wie einem Neodym-Magneten gebildet.The magnet unit 42 is how it clearly in 8th and 9 is illustrated, of an annular shape and within the magnet holder 41 (especially radially inside the cylinder 43 ) arranged. The magnet unit 42 is with the first magnets 91 and the second magnet 92 equipped, which are each formed from a polar anisotropic magnet. Each of the first magnets 91 and each of the second magnets 92 differ from each other in polarity. The first magnets 91 and the second magnets 92 are alternating in the direction of rotation of the magnet unit 42 arranged. Each of the first magnets 91 is designed to have a section that has an N pole near the stator winding 51 generated. Each of the second magnets 92 is designed to have a section that has an S pole near the stator winding 51 generated. The first magnets 91 and the second magnets 92 are formed, for example, from a permanent rare earth magnet such as a neodymium magnet.
Jeder der Magnete 91 und 92 ist entwickelt, eine Richtung der Magnetisierung (auf die sich nachstehend ebenfalls als eine Magnetisierungsrichtung bezogen wird) aufzuweisen, die sich in einer ringförmigen Form zwischen einer d-Achse (d.h. einer Direkt-Achse) und einer q-Achse (d.h. einer Quer-Achse) in einem bekannten d-q-Koordinatensystem erstreckt, wobei die d-Achse die Mitte eines Magnetpols repräsentiert und die q-Achse eine magnetische Grenze zwischen dem N-Pol und dem S-Pol repräsentiert, anders ausgedrückt, wo eine Dichte des Magnetflusses null Tesla ist. In jedem der Magnete 91 und 92 ist die Magnetisierungsrichtung in der radialen Richtung der ringförmigen Magneteinheit 42 nahe an der d-Achse ausgerichtet, und ist ebenfalls in der Umlaufrichtung der ringförmigen Magneteinheit 42 näher an der q-Achse ausgerichtet. Diese Anordnung ist nachstehend ebenfalls ausführlich beschrieben. Jeder der Magnete 91 und 92 weist, wie aus 9 hervorgeht, einen ersten Abschnitt 250 und zwei zweite Abschnitte 260 auf, die an entgegengesetzten Seiten des ersten Abschnitts 250 in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 angeordnet sind. Anders ausgedrückt befindet sich der erste Abschnitt 250 näher an der d-Achse, als es die zweiten Abschnitte 260 sind. Die zweiten Abschnitte 260 sind näher an der q-Achse angeordnet, als es der erste Abschnitt 250 ist. Die Richtung, in der die leichte Achse der Magnetisierung 300 sich in dem ersten Abschnitt 250 erstreckt, ist stärker parallel zu der d-Achse ausgerichtet, als die Richtung, in der die leichte Achse der Magnetisierung 310 sich in dem zweiten Abschnitt 260 erstreckt. Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 42 derart entwickelt, dass ein Winkel θ11, den die leichte Achse der Magnetisierung 300 in dem ersten Abschnitt 250 mit der d-Achse bildet, derart ausgewählt, dass er kleiner als ein Winkel θ12 ist, den die leichte Achse der Magnetisierung 310 in dem zweiten Abschnitt 260 mit der q-Achse bildet.Each of the magnets 91 and 92 is designed to have a direction of magnetization (also referred to hereinafter as a magnetization direction) that is in an annular shape between a d-axis (ie a direct axis) and a q-axis (ie a transverse axis) ) extends in a known dq coordinate system, the d axis representing the center of a magnetic pole and the q axis representing a magnetic boundary between the N pole and the S pole, in other words where a density of the magnetic flux is zero Tesla . In each of the magnets 91 and 92 is the magnetization direction in the radial direction of the annular magnet unit 42 aligned close to the d-axis, and is also in the circumferential direction of the annular magnet unit 42 aligned closer to the q axis. This arrangement is also described in detail below. Each of the magnets 91 and 92 shows how 9 emerges a first section 250 and two second sections 260 on that on opposite sides of the first section 250 in the direction of rotation of the magnet unit 42 are arranged. In other words, the first section is located 250 closer to the d-axis than the second sections 260 are. The second sections 260 are located closer to the q axis than the first section 250 is. The direction in which the easy axis of magnetization 300 themselves in the first section 250 extends is oriented more parallel to the d-axis than the direction in which the easy axis of magnetization 310 themselves in the second section 260 extends. In other words, the magnet unit 42 developed so that an angle θ11 The easy axis of magnetization 300 in the first section 250 forms with the d-axis, selected so that it is smaller than an angle θ12 is the easy axis of magnetization 310 in the second section 260 with the q-axis.
Genauer repräsentiert, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (d.h. einem Anker) zu der Magneteinheit 42 hin auf der d-Achse als positiv definiert ist, der Winkel θ11 einen Winkel, den die leichte Achse der Magnetisierung 300 mit der d-Achse bildet. Gleichermaßen repräsentiert, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (d.h. dem Anker) zu der Magneteinheit 42 hin auf der q-Achse als positiv definiert ist, der Winkel θ12 einen Winkel, den die leichte Achse der Magnetisierung 310 mit der q-Achse bildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der Winkel θ11 und der Winkel θ12 jeweils auf 90° oder weniger eingestellt. Jede der leichten Achsen der Magnetisierung 300 und 310, wie sich hier darauf bezogen wird, ist in der nachfolgenden Weise definiert. Wenn in jedem der Magnete 91 und 92 eine erste der leichten Achsen der Magnetisierung in einer Richtung A11 ausgerichtet ist und eine zweite der leichten Achsen der Magnetisierung in einer Richtung B11 ausgerichtet ist, ist ein absoluter Wert des Kosinus eines Winkels θ, den die Richtung A11 und die Richtung B11 miteinander bilden (d.h. | cos θ |) als die leichte Achse der Magnetisierung 300 oder die leichte Achse der Magnetisierung 310 definiert.More precisely represented when a direction from the stator 50 (ie an anchor) to the magnet unit 42 towards the d axis is defined as positive, the angle θ11 an angle the easy axis of magnetization 300 forms with the d-axis. Likewise, if represented by a direction from the stator 50 (ie the anchor) to the magnet unit 42 towards the q axis is defined as positive, the angle θ12 an angle the easy axis of magnetization 310 with the q-axis. According to this embodiment, the angle θ11 and the angle θ12 each set to 90 ° or less. Any of the easy axes of magnetization 300 and 310 How it is referred to here is defined in the following manner. If in each of the magnets 91 and 92 a first of the easy axes of magnetization in one direction A11 is aligned and a second of the easy axes of magnetization in one direction B11 is an absolute value of the cosine of an angle θ the direction A11 and the direction B11 form with each other (ie | cos θ |) as the easy axis of magnetization 300 or the easy axis of magnetization 310 Are defined.
Die Magnete 91 unterscheiden sich in der leichten Achse der Magnetisierung von den Magneten 92 in Regionen, die näher an der d-Achse und der q-Achse sind. Insbesondere ist in der Region nahe der d-Achse die Richtung der leichten Achse der Magnetisierung angenähert parallel zu der d-Achse ausgerichtet, wohingegen in der Region nahe an der q-Achse die Richtung der leichten Achse der Magnetisierung angenähert senkrecht zu der q-Achse ausgerichtet ist. Ringförmige Magnetpfade werden entsprechend den Richtungen der leichten Achsen der Magnetisierung erzeugt. In jedem der Magnete 91 und 92 kann die leichte Achse der Magnetisierung in der Region nahe an der d-Achse parallel zu der d-Achse ausgerichtet sein, wohingegen die leichte Achse der Magnetisierung in der Region nahe an der q-Achse senkrecht zu der q-Achse ausgerichtet sein kann.The magnets 91 differ from the magnets in the easy axis of magnetization 92 in regions closer to the d-axis and the q-axis. In particular, in the region near the d-axis, the direction of the easy axis of magnetization is approximately parallel to the d-axis, whereas in the region near the q-axis the direction of the easy axis of magnetization is approximately perpendicular to the q-axis is aligned. Annular magnetic paths are generated according to the directions of the easy axes of magnetization. In each of the magnets 91 and 92 For example, the easy axis of magnetization in the region near the d-axis may be aligned parallel to the d-axis, whereas the easy axis of magnetization in the region near the q-axis may be perpendicular to the q-axis.
Jeder der Magnete 91 und 92 ist derart geformt, dass er eine erste Umfangsoberfläche, die dem Stator 50 zugewandt ist (d.h., eine untere Oberfläche gemäß 9, auf die sich ebenfalls als eine statorseitige äußere Oberfläche bezogen wird), und eine zweite Umfangsoberfläche aufweist, die der q-Achse in der Umlaufrichtung zugewandt ist. Die ersten und zweiten Umfangsoberflächen fungieren als Magnetflusseinwirkungsoberflächen, in die und aus denen Magnetfluss fließt. Die Magnetpfade werden jeweils derart erzeugt, dass sie sich zwischen den Magnetflusseinwirkungsoberflächen erstrecken (d.h., zwischen der statorseitigen äußeren Oberfläche und der zweiten Umfangsoberfläche, die der q-Achse zugewandt ist).Each of the magnets 91 and 92 is shaped such that it has a first peripheral surface facing the stator 50 facing (ie, a bottom surface according to 9 , which is also referred to as a stator-side outer surface), and has a second peripheral surface facing the q-axis in the circumferential direction. The first and second peripheral surfaces function as magnetic flux exposure surfaces into and from which magnetic flux flows. The magnetic paths are each generated such that they extend between the magnetic flux exposure surfaces (ie, between the stator side outer surface and the second circumferential surface facing the q axis).
In der Magneteinheit 42 fließt ein Magnetfluss in einer ringförmigen Form zwischen jeweils benachbarten zweien der N-Pole und der S-Pole der Magnete 91 und 92, so dass jeder der Magnetpfade eine erhöhte Länge im Vergleich mit beispielsweise radial anisotropen Magneten aufweist. Eine Verteilung der Magnetflussdichte wird daher eine Form zeigen, die ähnlich zu einer Sinuswelle ist, wie es in 17 veranschaulicht ist. Dies begünstigt eine Konzentration von Magnetfluss um die Mitte des Magnetpols, im Gegensatz zu einer Verteilung einer Magnetflussdichte eines radialen anisotropen Magneten, die in 18 als ein Vergleichsbeispiel demonstriert ist, wodurch ermöglicht wird, dass das Ausmaß von Drehmoment, das durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird, erhöht wird. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Verteilung der Magnetflussdichte aufweist, die von derjenigen eines typischen Halbach-Array-Magneten verschieden ist. In 17 und 18 gibt eine horizontale Achse den elektrischen Winkel an, wohingegen eine vertikale Achse die Magnetflussdichte angibt. 90° auf der horizontalen Achse repräsentiert die d-Achse (d.h. die Mitte des Magnetpols). 0° und 180° auf der horizontalen Achse repräsentieren die q-Achse.In the magnet unit 42 A magnetic flux flows in an annular shape between adjacent two of the N poles and the S poles of the magnets 91 and 92 so that each of the magnetic paths has an increased length compared to, for example, radial has anisotropic magnets. A distribution of the magnetic flux density will therefore show a shape that is similar to a sine wave, as in FIG 17th is illustrated. This favors a concentration of magnetic flux around the center of the magnetic pole, as opposed to a distribution of a magnetic flux density of a radial anisotropic magnet, which in 18th is demonstrated as a comparative example, thereby allowing the amount of torque generated by the rotating electrical machine 10th is generated, is increased. It was also found that the magnet unit 42 according to this embodiment has the distribution of the magnetic flux density that is different from that of a typical Halbach array magnet. In 17th and 18th a horizontal axis indicates the electrical angle, whereas a vertical axis indicates the magnetic flux density. 90 ° on the horizontal axis represents the d-axis (ie the center of the magnetic pole). 0 ° and 180 ° on the horizontal axis represent the q axis.
Dementsprechend fungiert die vorstehend beschriebene Struktur, von jedem der Magnete 91 und 92, den Magnet-Magnetfluss davon auf der d-Achse zu verbessern und eine Änderung in dem Magnetfluss nahe der q-Achse zu reduzieren. Dies ermöglicht es, die Magnete 91 und 92 zu produzieren, die eine gleichförmige Änderung in dem Oberflächenmagnetfluss von der q-Achse zu der d-Achse auf jedem Magnetpol aufweisen.Accordingly, the structure described above functions of each of the magnets 91 and 92 to improve the magnetic magnetic flux thereof on the d-axis and to reduce a change in the magnetic flux near the q-axis. This enables the magnets 91 and 92 to produce that have a uniform change in surface magnetic flux from the q-axis to the d-axis on each magnetic pole.
Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil in der Verteilung der Magnetflussdichte ist vorzugsweise beispielsweise auf 40% oder mehr eingestellt. Dies verbessert die Größe des Magnetflusses um die Mitte einer Wellenform der Verteilung der Magnetflussdichte im Vergleich zu einem radial ausgerichteten Magneten oder einem parallel ausgerichteten Magneten, bei denen der Sinuswellenübereinstimmungsanteil angenähert 30% ist. Durch Einstellen des Sinuswellenübereinstimmungsanteils auf 60% oder mehr wird die Wellenform im Vergleich zu einem konzentrierten Magnetfluss-Array, wie das Halbach-Array, verbessert.The sine wave matching part in the distribution of the magnetic flux density is preferably set to 40% or more, for example. This improves the magnitude of the magnetic flux around the center of a waveform of the distribution of the magnetic flux density compared to a radially aligned magnet or a parallel aligned magnet in which the sine wave match ratio is approximately 30%. By setting the sine wave match percentage to 60% or more, the waveform is improved compared to a concentrated magnetic flux array such as the Halbach array.
In dem in 18 demonstrierten radialen anisotropen Magneten ändert sich die Magnetflussdichte scharf nahe der q-Achse. Je schärfer die Änderung in der Magnetflussdichte ist, desto stärker wird ein Wirbelstrom, der in der Statorwicklung 51 erzeugt wird, sich erhöhen. Der Magnetfluss nahe an der Statorwicklung 51 ändert sich ebenfalls scharf. Im Gegensatz dazu weist die Verteilung der Magnetflussdichte gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Wellenform auf, die eine Sinuswelle annähert. Eine Änderung in der Magnetflussdichte nahe der q-Achse ist daher kleiner als diejenige in dem radialen anisotropen Magneten nahe der q-Achse. Dies minimiert die Erzeugung des Wirbelstroms.In the in 18th demonstrated radial anisotropic magnets, the magnetic flux density changes sharply near the q axis. The sharper the change in the magnetic flux density, the stronger an eddy current that is in the stator winding 51 is generated, increase. The magnetic flux close to the stator winding 51 also changes sharply. In contrast, the distribution of the magnetic flux density according to this embodiment has a waveform approximating a sine wave. A change in the magnetic flux density near the q-axis is therefore smaller than that in the radial anisotropic magnet near the q-axis. This minimizes the eddy current generation.
Die Magneteinheit 42 erzeugt einen Magnetfluss, der senkrecht zu der Magnetflusseinwirkungsoberfläche 280 nahe an dem Stator 50 nahe der d-Achse (d.h. der Mitte des Magnetpols) in jedem der Magnete 91 und 92 ausgerichtet ist. Ein derartiger Magnetfluss erstreckt sich in einer Bogenform weiter weg von der d-Achse, wenn er die Magnetflusseinwirkungsoberfläche 280 nahe zu dem Stator 50 verlässt. Je senkrechter zu der Magnetflusseinwirkungsoberfläche der Magnetfluss sich erstreckt, umso stärker ist der Magnetfluss. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, derart entworfen, jede der Leitergruppen 81 so zu formen, dass sie eine verringerte Dicke in der radialen Richtung haben, so dass die radiale Mitte von jeder der Leitergruppen 81 sich nahe an der Magnetflusseinwirkungsoberfläche der Magneteinheit 42 befindet, wodurch bewirkt wird, dass von dem Rotor 40 ein starker Magnetfluss an den Stator 50 angelegt wird.The magnet unit 42 generates a magnetic flux that is perpendicular to the magnetic flux exposure surface 280 close to the stator 50 near the d-axis (ie the center of the magnetic pole) in each of the magnets 91 and 92 is aligned. Such a magnetic flux extends in an arc shape further away from the d-axis when it is the magnetic flux exposure surface 280 close to the stator 50 leaves. The perpendicular to the magnetic flux exposure surface the magnetic flux extends, the stronger the magnetic flux. The rotating electrical machine 10th according to this embodiment, as described above, each of the conductor groups is designed in such a way 81 to shape so that they have a reduced thickness in the radial direction so that the radial center of each of the conductor groups 81 close to the magnetic flux exposure surface of the magnet unit 42 located, causing the rotor 40 a strong magnetic flux to the stator 50 is created.
Der Stator 50 weist den zylindrischen Statorkern 52 radial innerhalb der Statorwicklung 51, das heißt auf der zu dem Rotor 40 entgegengesetzten Seite der Statorwicklung 51 angeordnet auf. Dies bewirkt, dass der sich aus der Magnetflusseinwirkungsoberfläche von jedem der Magnete 91 und 92 sich erstreckende Magnetfluss durch den Statorkern 52 angezogen wird, so dass er durch den Magnetpfad zirkuliert, der teilweise den Statorkern 52 enthält. Dies ermöglicht eine Optimierung der Ausrichtung des Magnetflusses und des Mag netpfads.The stator 50 has the cylindrical stator core 52 radially inside the stator winding 51 , that is on the to the rotor 40 opposite side of the stator winding 51 arranged on. This causes the magnetic flux exposure surface of each of the magnets 91 and 92 extending magnetic flux through the stator core 52 is attracted so that it circulates through the magnetic path, which is partially the stator core 52 contains. This enables the alignment of the magnetic flux and the magnetic path to be optimized.
Schritte zum Zusammenbau der Lagereinheit 20, des Gehäuses 30, des Rotors 40, des Stators 50 und der Wechselrichtereinheit 60, die in 5 veranschaulicht sind, sind nachstehend als ein Herstellungsverfahren der rotierenden elektrischen Maschine 10 beschrieben. Die Wechselrichtereinheit 60 ist, wie es in 6 veranschaulicht ist, mit der Einheitsbasis 61 und den elektrischen Komponenten 62 ausgerüstet. Es werden Betriebsprozesse einschließlich Installationsprozesse für die Einheitsbasis 61 und die elektrischen Komponenten 62 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Anordnung des Stators 50 und der Wechselrichtereinheit 60 als eine erste Einheit bezeichnet. Eine Baugruppe der zweiten Lagereinheit 20, des Gehäuses 30 und des Rotors 40 wird als eine zweite Einheit bezeichnet.Steps to assemble the storage unit 20th , the housing 30th , the rotor 40 , the stator 50 and the inverter unit 60 , in the 5 are shown below as a manufacturing method of the rotary electric machine 10th described. The inverter unit 60 is how it is in 6 is illustrated with the unit base 61 and the electrical components 62 equipped. There will be operational processes including installation processes for the unit base 61 and the electrical components 62 described. In the following description, an arrangement of the stator 50 and the inverter unit 60 referred to as a first unit. An assembly of the second storage unit 20th , the housing 30th and the rotor 40 is referred to as a second unit.
Die Herstellungsprozesse weisen auf:
- einen ersten Schritt des Einbaus der elektrischen Komponenten 62 radial innerhalb der Einheitsbasis 61;
- einen zweiten Schritt des Einbaus der Einheitsbasis 61 radial innerhalb des Stators 50, um die erste Einheit zu bilden;
- einen dritten Schritt des Einsetzens des Anbringungsabschnitts 44 des Rotors 40 in die Lagereinheit 20, die in dem Gehäuse 30 eingebaut ist, um die zweite Einheit zu bilden;
- einen vierten Schritt des Einbaus der ersten Einheit radial innerhalb der zweiten Einheit; und
- einen fünften Schritt des Befestigens des Gehäuses 30 und der Einheitsbasis 61 miteinander. Die Reihenfolge, in der die vorstehend beschriebenen Schritte durchgeführt werden, ist der erste Schritt → der zweite Schritt → der dritte Schritt → der vierte Schritt → der fünfte Schritt.
The manufacturing processes have: - a first step of installing the electrical components 62 radially within the unit base 61 ;
- a second step of installing the unit base 61 radially inside the stator 50 to form the first unit;
- a third step of inserting the attachment portion 44 of the rotor 40 in the Storage unit 20th that in the housing 30th is built in to form the second unit;
- a fourth step of installing the first unit radially within the second unit; and
- a fifth step of attaching the housing 30th and the unit base 61 together. The order in which the steps described above are carried out is the first step → the second step → the third step → the fourth step → the fifth step.
In dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren werden die Lagereinheit 20, das Gehäuse 30, der Rotor 40, der Stator 50 und die Wechselrichtereinheit 60 als eine Vielzahl von Unter-Baugruppen zusammengebaut, und die Unter-Baugruppen werden zusammengebaut, wodurch die Handhabung davon sowie das Erzielen einer Vervollständigung der Untersuchung jeder Unter-Baugruppe begünstigt wird. Dies ermöglicht eine Erstellung einer effizienten Zusammenbaulinie und begünstigt somit eine Mehrfachproduktproduktionsplanung.In the manufacturing process described above, the storage unit 20th , the housing 30th , the rotor 40 , the stator 50 and the inverter unit 60 assembled as a plurality of subassemblies, and the subassemblies are assembled, thereby favoring handling thereof and achieving completion of the examination of each subassembly. This enables the creation of an efficient assembly line and thus favors multi-product production planning.
In dem ersten Schritt wird ein hochwärmeleitendes Material an der radialen Innenseite der Einheitsbasis 61 und/oder der radialen Außenseite der elektrischen Komponenten 62 angebracht oder geklebt. Darauffolgend können die elektrischen Komponenten an der Einheitsbasis 61 montiert werden. Dies erzielt eine effiziente Übertragung von Wärme, wie sie durch die Halbleitermodule 66 erzeugt wird, zu der Einheitsbasis 61.In the first step, a highly thermally conductive material is placed on the radial inside of the unit base 61 and / or the radial outside of the electrical components 62 attached or glued. Subsequently, the electrical components on the unit base 61 to be assembled. This achieves an efficient transfer of heat, as it does through the semiconductor modules 66 is generated to the unit base 61 .
In dem dritten Schritt kann ein Einsetzvorgang für den Rotor 40 erzielt werden, wobei das Gehäuse 30 und der Rotor 40 koaxial zueinander angeordnet sind. Insbesondere werden das Gehäuse 30 und der Rotor 40 zusammengebaut, während das Gehäuse 30 oder der Rotor 40 entlang eines Montagegestells geschoben wird, das die äußere Umfangsoberfläche des Rotors 40 (d.h. die äußere Umfangsoberfläche der Magnethalteeinrichtung 41) oder die innere Umfangsoberfläche des Rotors 40 (d.h. die innere Umfangsoberfläche der Magneteinheit 42) in Bezug auf beispielsweise die innere Umfangsoberfläche des Gehäuses 30 positioniert. Dies erzielt den Zusammenbau von schwergewichtigen Teilen ohne Ausübung einer unausgeglichenen Last auf die Lagereinheit 20. Dies führt zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Betriebs der Lagereinheit 20.In the third step, an insertion process for the rotor 40 be achieved with the housing 30th and the rotor 40 are arranged coaxially to each other. In particular, the housing 30th and the rotor 40 assembled while the housing 30th or the rotor 40 is slid along a mounting frame that the outer peripheral surface of the rotor 40 (ie, the outer peripheral surface of the magnet holder 41 ) or the inner peripheral surface of the rotor 40 (ie the inner peripheral surface of the magnet unit 42 ) with respect to, for example, the inner peripheral surface of the housing 30th positioned. This achieves the assembly of heavy weight parts without exerting an unbalanced load on the bearing unit 20th . This leads to an improvement in the reliability of the operation of the storage unit 20th .
In dem vierten Schritt können die erste Einheit und die zweite Einheit eingebaut werden, während sie koaxial zueinander platziert werden. Insbesondere werden die erste Einheit und die zweite Einheit eingebaut, während die erste Einheit oder die zweite Einheit entlang eines Montagegestells geschoben wird, das die innere Umfangsoberfläche der Einheitsbasis 61 in Bezug auf beispielsweise die innere Umfangsoberfläche des Rotors 40 und des Anbringungsabschnitts 44 positioniert. Dies erzielt den Einbau der ersten und zweiten Einheiten ohne irgendwelche physikalischen Behinderungen dazwischen mit einem kleinen Freiraum zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50, wobei Risiken für Defekte beseitigt werden, die durch den Einbau verursacht werden, wie eine physikalische Beschädigung an der Statorwicklung 51 oder eine Beschädigung an den Permanentmagneten.In the fourth step, the first unit and the second unit can be installed while being placed coaxially with each other. Specifically, the first unit and the second unit are installed while the first unit or the second unit is being slid along a mounting frame that defines the inner peripheral surface of the unit base 61 with respect to, for example, the inner peripheral surface of the rotor 40 and the mounting section 44 positioned. This achieves the installation of the first and second units with no physical interference between them with a small clearance between the rotor 40 and the stator 50 , eliminating risks for defects caused by installation, such as physical damage to the stator winding 51 or damage to the permanent magnets.
Die vorstehend beschriebenen Schritte können alternativ geplant werden als zweiter Schritt → dritter Schritt → vierter Schritt → fünfter Schritt → erster Schritt. In dieser Reihenfolge werden die besonderen elektrischen Komponenten 62 zum Schluss eingebaut, wodurch eine Spannung an den elektrischen Komponenten in den Einbauprozessen minimiert wird.The steps described above can alternatively be planned as a second step → third step → fourth step → fifth step → first step. In this order, the special electrical components 62 finally installed, which minimizes voltage on the electrical components in the installation processes.
Die Struktur eines Steuerungssystems zur Steuerung eines Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist nachstehend beschrieben. 19 zeigt ein elektrisches Schaltbild des Steuerungssystems für die rotierende elektrische Maschine 10. 20 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das Steuerungsschritte veranschaulicht, die durch die Steuerungseinrichtung 110 durchgeführt werden.The structure of a control system for controlling an operation of the rotating electrical machine 10th is described below. 19th shows an electrical circuit diagram of the control system for the rotating electrical machine 10th . 20th shows a functional block diagram illustrating control steps performed by the control device 110 be performed.
19 veranschaulicht zwei Sätze von Drei-Phasen-Wicklungen 51a und 51b. Die Drei-Phasen-Wicklung 51a weist eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung auf. Die Drei-Phasen-Wicklung 51b weist eine X-Phasen-Wicklung, eine Y-Phasen-Wicklung und eine Z-Phasen-Wicklung auf. Ein erster Wechselrichter 101 und ein zweiter Wechselrichter 102 sind jeweils als elektrische Leistungswandler für die Drei-Phasen-Wicklungen 51a und 51b vorgesehen. Die Wechselrichter 101 und 102 sind aus Brückenschaltungen gebildet, mit so vielen oberen und unteren Zweigen, wie es Phasenwicklungen gibt. Der den Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 zugeführte Strom wird durch Ein- oder Ausschalten von Schaltern (d.h. Halbleiterschaltern) reguliert, die in den oberen und unteren Zweigen montiert sind. 19th illustrates two sets of three-phase windings 51a and 51b . The three-phase winding 51a has a U-phase winding, a V-phase winding and a W-phase winding. The three-phase winding 51b has an X-phase winding, a Y-phase winding and a Z-phase winding. A first inverter 101 and a second inverter 102 are each used as an electrical power converter for the three-phase windings 51a and 51b intended. The inverters 101 and 102 are made up of bridge circuits, with as many upper and lower branches as there are phase windings. The phase windings of the stator winding 51 supplied current is regulated by turning on or off switches (ie semiconductor switches) mounted in the upper and lower branches.
Eine Gleichspannungsleistungsversorgung 103 und ein Glättungskondensator 104 sind parallel zu den Wechselrichtern 101 und 102 geschaltet. Die Gleichspannungsleistungsversorgung 103 ist beispielsweise aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen gebildet. Die Schalter der Wechselrichter 101 und 102 entsprechen den Halbleitermodulen 66 gemäß 1. Der Kondensator 104 entspricht dem Kondensatormodul 68 gemäß 1.A DC power supply 103 and a smoothing capacitor 104 are parallel to the inverters 101 and 102 switched. The DC power supply 103 is formed, for example, from a large number of cells connected in series. The switches of the inverters 101 and 102 correspond to the semiconductor modules 66 according to 1 . The condenser 104 corresponds to the capacitor module 68 according to 1 .
Die Steuerungseinrichtung 110 ist mit einem Mikrocomputer ausgerüstet, der aus einer CPU und Speichern gebildet ist, und zur Durchführung einer Speisungssteuerung durch Ein- oder Ausschalten von Schaltern der Wechselrichter 101 und 102 unter Verwendung verschiedener Arten von gemessenen Informationen, die in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemessen werden, oder Anforderungen nach einer Motorbetriebsart oder eine Generatorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 arbeitet. Die Steuerungseinrichtung 110 entspricht der in 6 gezeigten Steuerungsvorrichtung 77. Die gemessenen Informationen bezüglich der rotierenden elektrischen Maschine 10 weisen beispielsweise eine Winkelposition (d.h. einen elektrischen Winkel) des Rotors 40, die durch einen Winkelpositionssensor wie einen Resolver gemessen wird, eine Leistungsversorgungsspannung (d.h., eine Spannung, die an die Wechselrichter angelegt wird), die durch einen Spannungssensor gemessen wird, und einen elektrischen Strom auf, der jeder der Phasenwicklungen zugeführt wird, wie er durch einen Stromsensor gemessen wird. Die Steuerungseinrichtung 110 produziert ein Betriebssignal zum Betrieb von jedem der Schalter der Wechselrichter 101 und 102 und gibt dieses aus. Eine Anforderung nach einer elektrischen Leistungserzeugung ist eine Anforderung zum Antrieb der rotierenden elektrischen Maschine 10 in einer regenerativen Betriebsart, beispielsweise in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug angewendet wird.The control device 110 is equipped with a microcomputer, which is made up of a CPU and memories, and for carrying out a Power control by switching the inverters on or off 101 and 102 using different types of measured information in the rotating electrical machine 10th are measured, or requirements for a motor mode or a generator mode of the rotating electrical machine 10th is working. The control device 110 corresponds to that in 6 shown control device 77 . The measured information regarding the rotating electrical machine 10th have, for example, an angular position (ie an electrical angle) of the rotor 40 measured by an angular position sensor such as a resolver, a power supply voltage (ie, a voltage applied to the inverters) measured by a voltage sensor, and an electric current supplied to each of the phase windings as supplied by a current sensor is measured. The control device 110 produces an operating signal to operate each of the switches of the inverters 101 and 102 and outputs this. A request for electrical power generation is a request to drive the rotating electrical machine 10th in a regenerative mode, for example in a case where the rotating electrical machine 10th is applied as a power source for a vehicle.
Der erste Wechselrichter 101 ist mit einem Reihenschaltungsteil, der aus einem Oberzweigschalter Sp und einem Unterzweigschalter Sn aufgebaut ist, für jede der Drei-Phasen-Wicklungen ausgerüstet: die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung. Die Oberzweigschalter Sp sind mit Hochpotentialanschlüssen davon an einem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Die Unterzweigschalter Sn sind an deren Niedrigpotentialanschlüssen mit einem negativen Anschluss (d.h. Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Zwischenverbindungen der Oberzweigschalter Sp und der Unterzweigschalter Sn sind mit Enden der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung verbunden. Die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung sind in Form einer Sternschaltung (d.h. Y-Verbindung) verbunden. Die anderen Enden der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung sind miteinander an einem Neutralpunkt verbunden.The first inverter 101 is equipped with a series connection part, which is composed of an upper branch switch Sp and a lower branch switch Sn, for each of the three-phase windings: the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding. The upper branch switches Sp are with high potential connections thereof to a positive connection of the DC power supply 103 connected. The sub-branch switches Sn are at their low potential connections with a negative connection (ie ground) of the DC power supply 103 connected. Interconnections of the upper branch switch Sp and the lower branch switch Sn are connected to ends of the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding. The U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding are connected in the form of a star connection (ie Y connection). The other ends of the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding are connected to each other at a neutral point.
Der zweite Wechselrichter 102 ist wie der erste Wechselrichter 101 mit einem Reihenschaltungsteil, der aus einem Oberzweigschalter Sp und einem Unterzweigschalter Sn aufgebaut ist, für jede der Drei-Phasen-Wicklungen ausgerüstet: die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung. Die Oberzweigschalter Sp sind an deren Hochpotentialanschlüssen mit dem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Die Unterzweigschalter Sn sind an deren Niedrigpotentialanschlüssen mit dem negativen Anschluss (d.h. Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Zwischenverbindungen der Oberzweigschalter Sp und der Unterzweigschalter Sn sind mit Enden der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung verbunden. Die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung sind in der Form einer Sternschaltung (d.h. Y-Verbindung) verbunden. Die anderen Enden der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung sind miteinander an einem Neutralpunkt verbunden.The second inverter 102 is like the first inverter 101 equipped with a series connection part, which is composed of an upper branch switch Sp and a lower branch switch Sn, for each of the three-phase windings: the X-phase winding, the Y-phase winding and the Z-phase winding. The upper branch switches Sp are at their high potential connections with the positive connection of the DC power supply 103 connected. The sub-branch switches Sn are at their low potential connections with the negative connection (ie ground) of the DC power supply 103 connected. Interconnections of the upper branch switch Sp and the lower branch switch Sn are connected to ends of the X-phase winding, the Y-phase winding and the Z-phase winding. The X-phase winding, the Y-phase winding and the Z-phase winding are connected in the form of a star connection (ie Y connection). The other ends of the X-phase winding, the Y-phase winding and the Z-phase winding are connected to each other at a neutral point.
20 veranschaulicht einen Stromregelungsbetrieb zur Steuerung von elektrischen Strömen, die der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung zugeführt werden, und einen Stromregelungsbetrieb zur Steuerung von elektrischen Strömen, die der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung zugeführt werden. Der Steuerungsbetrieb für die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung ist zunächst beschrieben. Gemäß 20 verwendet eine Strombefehlsbestimmungseinrichtung 111 ein Drehmoment-dq-Kennfeld zur Bestimmung von Strombefehlswerten für die d-Achse und die q-Achse unter Verwendung eines Drehmomentbefehlswerts in der Motorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 (der ebenfalls als Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert bezeichnet ist), eines Drehmomentbefehlswerts in der Generatorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 (der ebenfalls als Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert bezeichnet ist) und einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die durch Differenzieren eines elektrischen Winkels θ in Bezug auf die Zeit hergeleitet wird. Die Strombefehlsbestimmungseinrichtung 111 wird von den U-, V- und W-Phasen-Wicklungen und den X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen geteilt. Der Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert ist ein regenerativer Drehmomentbefehlswert in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle eines Fahrzeugs verwendet wird. 20th illustrates a current control operation for controlling electric currents supplied to the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding, and a current control operation for controlling electric currents supplied to the X-phase winding, the Y-phase winding and the Z-phase winding. The control operation for the U-phase winding, the V-phase winding and the W-phase winding is described first. According to 20th uses a current command determiner 111 a torque dq map for determining current command values for the d-axis and the q-axis using a torque command value in the motor mode of the rotating electrical machine 10th (also referred to as a motor mode torque command value), a torque command value in the generator mode of the rotating electrical machine 10th (also referred to as a generator mode torque command value) and an electrical angular velocity ω derived by differentiating an electrical angle θ with respect to time. The current command determiner 111 is shared by the U, V and W phase windings and the X, Y and Z phase windings. The generator mode torque command value is a regenerative torque command value in a case where the rotating electrical machine 10th is used as a power source of a vehicle.
Eine d-q-Umwandlungseinrichtung 112 arbeitet zur Umwandlung von Strömen (d.h. Drei-Phasen-Strömen), wie sie durch Stromsensoren gemessen werden, die für die jeweiligen Phasenwicklungen montiert sind, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom, die Komponenten in einem zweidimensionalen rotierenden Kartesischen Koordinatensystem sind, in dem die d-Achse als eine Richtung einer Achse eines Magnetfeldes oder einer Feldrichtung definiert ist.A dq converter 112 works to convert currents (ie, three-phase currents), as measured by current sensors mounted for the respective phase windings, into a d-axis current and a q-axis current, the components in a two-dimensional rotating Are Cartesian coordinate system in which the d-axis is defined as a direction of an axis of a magnetic field or a field direction.
Eine d-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 113 bestimmt eine Befehlsspannung für die d-Achse als eine Stellgröße, um den d-Achsen-Strom in Übereinstimmung mit dem Strombefehlswert für die d-Achse in einer Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Eine q-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 114 bestimmt eine Befehlsspannung für die q-Achse als eine Stellgröße, um den q-Achsen-Strom in Übereinstimmung mit dem Strombefehlswert für die q-Achse in einer Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Die Regelungsvorrichtungen 113 und 114 berechnen die Befehlsspannung als eine Funktion einer Abweichung von jedem des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms von einem entsprechenden der Strombefehlswerte unter Verwendung von PI-Rückkopplungstechniken. AD axis current control device 113 determines a command voltage for the d-axis as a manipulated variable to bring the d-axis current in accordance with the current command value for the d-axis in a feedback mode. A q-axis current control device 114 determines a command voltage for the q-axis as a manipulated variable to bring the q-axis current in accordance with the current command value for the q-axis in a feedback mode. The control devices 113 and 114 calculate the command voltage as a function of a deviation of each of the d-axis current and the q-axis current from a corresponding one of the current command values using PI feedback techniques.
Der Drei-Phasen-Wandler 115 arbeitet zur Umwandlung der Befehlswerte für die d-Achse und die q-Achse in Befehlswerte für die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Wicklungen. Jede der Vorrichtungen 111 bis 115 ist als eine Regelungseinrichtung zur Durchführung eines Regelungsbetriebs für einen Grundwellenstrom in der d-q-Transformationstheorie entwickelt. Die Befehlsspannungen für die U-Phasen-, die V-Phasen- und die W-Phasen-Wicklungen sind Regelungswerte.The three-phase converter 115 works to convert the command values for the d-axis and the q-axis into command values for the U-phase, V-phase and W-phase windings. Each of the devices 111 to 115 is developed as a control device for carrying out a control operation for a fundamental wave current in the dq transformation theory. The command voltages for the U-phase, V-phase and W-phase windings are control values.
Eine Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 verwendet den bekannten Dreieckwellenträgervergleich zur Erzeugung von Betriebssignalen für den ersten Wechselrichter 101 als eine Funktion der Drei-Phasen-Befehlsspannungen. Insbesondere arbeitet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 zur Erzeugung von Schalterbetriebssignalen (d.h. Tastgradsignalen) für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen (d.h. die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen) unter einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals, wie eines Dreieckwellensignals.An operating signal generator 116 uses the well-known triangular wave carrier comparison to generate operating signals for the first inverter 101 as a function of the three-phase command voltages. In particular, the operating signal generating device works 116 to generate switch operating signals (ie duty cycle signals) for the upper and lower branches for the three-phase windings (ie the U, V and W phase windings) under PWM control based on a comparison of signal levels which by normalizing the three-phase command voltages using the power supply voltage with a level of a carrier signal such as a triangular wave signal.
Die gleiche Struktur, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ist für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen vorgesehen. Ein d-q-Umwandlungseinrichtung 122 arbeitet zur Umwandlung von Strömen (d.h. Drei-Phasen-Strömen), wie sie durch für die jeweiligen Phasenwicklungen montierte Stromsensoren gemessen werden, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom, die Komponenten in dem zweidimensionalen rotierenden Kartesischen Koordinatensystem sind, in dem die d-Achse als die Richtung der Achse des Magnetfeldes definiert ist.The same structure as described above is provided for the X, Y and Z phase windings. A dq converter 122 works to convert currents (ie, three-phase currents), as measured by current sensors mounted for the respective phase windings, into a d-axis current and a q-axis current, which are components in the two-dimensional rotating Cartesian coordinate system , in which the d-axis is defined as the direction of the axis of the magnetic field.
Eine d-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 123 bestimmt eine Befehlsspannung für die d-Achse. Eine q-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 124 bestimmt eine Befehlsspannung für die q-Achse. Ein Drei-Phasen-Wandler 125 arbeitet zur Umwandlung der Befehlswerte für die d-Achse und die q-Achse in Befehlswerte für die X-Phase-, Y-Phase und Z-Phasen-Wicklungen. Eine Betriebssignalerzeugungseinrichtung 126 erzeugt Betriebssignale für den zweiten Wechselrichter 102 als eine Funktion der Drei-Phasen-Befehlsspannungen. Insbesondere arbeitet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 126 zur Erzeugung von Schalterbetriebssignalen (d.h. Tastgradsignalen) für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen (d.h. die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen) auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals wie eines Dreieckwellensignals.AD axis current control device 123 determines a command voltage for the d-axis. A q-axis current control device 124 determines a command voltage for the q-axis. A three-phase converter 125 works to convert the command values for the d-axis and the q-axis into command values for the X-phase, Y-phase and Z-phase windings. An operating signal generator 126 generates operating signals for the second inverter 102 as a function of the three-phase command voltages. In particular, the operating signal generating device works 126 to generate switch operating signals (ie duty cycle signals) for the upper and lower branches for the three-phase windings (ie the X, Y and Z-phase windings) based on a comparison of signal levels obtained by normalizing the three Phase command voltages are derived using the power supply voltage with a level of a carrier signal such as a triangular wave signal.
Eine Ansteuerungseinrichtung 117 arbeitet zum Ein- oder Ausschalten der Schalter Sp und Sn in den Wechselrichtern 101 und 102 in Reaktion auf die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 116 und 126 erzeugten Schalterbetriebssignale.A control device 117 works to switch the Sp and Sn switches on or off in the inverters 101 and 102 in response to that by the operational signal generating means 116 and 126 generated switch operating signals.
Nachstehend ist ein Drehmomentregelungsbetrieb beschrieben. Dieser Betrieb dient zur Erhöhung einer Abgabe (Ausgangsleistung) der rotierenden elektrischen Maschine 10 und zum Reduzieren eines Drehmomentverlusts in der rotierenden elektrischen Maschine 10 beispielsweise in einem Bereich mit hoher Geschwindigkeit und hoher Ausgangsleistung, in dem Ausgangsspannungen aus den Wechselrichtern 101 und 102 ansteigen. Die Steuerungseinrichtung 110 wählt einen des Drehmomentregelungsbetriebs und des Stromregelungsbetriebs aus und führt den ausgewählten Betrieb als eine Funktion einer Betriebsbedingung der rotierenden elektrischen Maschine 10 durch.A torque control operation is described below. This operation serves to increase an output (output power) of the rotating electrical machine 10th and to reduce torque loss in the rotating electrical machine 10th for example in an area with high speed and high output power, in which output voltages from the inverters 101 and 102 increase. The control device 110 selects one of the torque control operation and the current control operation, and performs the selected operation as a function of an operating condition of the rotating electrical machine 10th by.
21 zeigt den Drehmomentregelungsbetrieb für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen und den Drehmomentregelungsbetrieb für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen. In 21 beziehen sich dieselben Bezugszeichen, wie sie in 20 angewendet werden, auf dieselben Teile, und deren ausführliche Erläuterung entfällt hier. Zunächst ist der Steuerungsbetrieb für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen beschrieben. 21 shows the torque control operation for the U, V and W phase windings and the torque control operation for the X, Y and Z phase windings. In 21 refer to the same reference numerals as in 20th applied to the same parts, and their detailed explanation is omitted here. First, the control operation for the U, V and W phase windings is described.
Eine Spannungsamplitudenberechnungseinrichtung 127 arbeitet zur Berechnung eines Spannungsamplitudenbefehls, der ein Befehlswert einer Größe eines Spannungsvektors ist, als eine Funktion des Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswerts oder des Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswerts für die rotierende elektrische Maschine 10 und der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die durch Differenzieren des elektrischen Winkels θ in Bezug auf die Zeit hergeleitet wird.A voltage amplitude calculator 127 works to calculate a voltage amplitude command, which is a command value of a magnitude of a voltage vector, as a function of the motor mode torque command value or the generator mode torque command value for the rotating electrical machine 10th and the electrical angular velocity ω, which by Differentiating the electrical angle θ with respect to time is derived.
Die Drehmomentberechnungseinrichtung 128a arbeitet zum Schätzen eines Drehmomentwerts in der U-Phase, der V-Phase oder der W-Phase als eine Funktion des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 112 umgewandelt werden. Die Drehmomentberechnungseinrichtung 128a kann entworfen sein, den Spannungsamplitudenbefehl unter Verwendung eines Kennfeldes zu berechnen, in dem Beziehungen zwischen dem d-Achsen-Strom, dem q-Achsen-Strom und dem Spannungsbefehlswert aufgelistet sind.The torque calculation device 128a works to estimate a torque value in the U-phase, V-phase or W-phase as a function of the d-axis current and the q-axis current by the dq converter 112 being transformed. The torque calculation device 128a can be designed to calculate the voltage amplitude command using a map that lists relationships between the d-axis current, the q-axis current, and the voltage command value.
Eine Drehmomentregelungseinrichtung 129a berechnet einen Spannungsphasenbefehl, der ein Befehlswert für eine Phase des Spannungsvektors ist, als eine Stellgröße, um den geschätzten Drehmomentwert in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert in der Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Insbesondere berechnet die Drehmomentregelungseinrichtung 129a den Spannungsphasenbefehl als eine Funktion einer Abweichung des geschätzten Drehmomentwerts von dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert unter Verwendung von PI-Rückkopplungstechniken.A torque control device 129a calculates a voltage phase command, which is a command value for a phase of the voltage vector, as a manipulated variable to bring the estimated torque value in accordance with the engine mode torque command value or the generator mode torque command value in the feedback mode. In particular, the torque control device calculates 129a the voltage phase command as a function of a deviation of the estimated torque value from the engine mode torque command value or the generator mode torque command value using PI feedback techniques.
Eine Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130a arbeitet zur Erzeugung des Betriebssignals für den ersten Wechselrichter 101 unter Verwendung des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ. Insbesondere berechnet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130a die Befehlswerte für die Drei-Phasen-Wicklungen auf der Grundlage des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ und erzeugt dann Schaltbetriebssignale für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen mittels einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals wie eines Dreieckwellensignals.An operating signal generator 130a works to generate the operating signal for the first inverter 101 using the voltage amplitude command, the voltage phase command and the electrical angle θ . In particular, the operating signal generating device calculates 130a the command values for the three-phase windings based on the voltage amplitude command, the voltage phase command and the electrical angle θ and then generates switching operation signals for the upper and lower branches for the three-phase windings by PWM control based on a comparison of signal levels derived by normalizing the three-phase command voltages using the power supply voltage to a level one Carrier signal like a triangular wave signal.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130a kann alternativ entworfen sein, die Schaltbetriebssignale unter Verwendung von Impulsmusterinformationen, bei denen es sich um Kennfeldinformationen bezüglich Beziehungen zwischen dem Spannungsamplitudenbefehl, dem Spannungsphasenbefehl, dem elektrischen Winkel θ und dem Schaltbetriebssignal handelt, des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen.The operating signal generating device 130a alternatively, the switching operation signals may be designed using pulse pattern information, which is map information regarding relationships between the voltage amplitude command, the voltage phase command, the electrical angle θ and the switching operation signal, the voltage amplitude command, the voltage phase command, and the electrical angle θ to create.
Dieselbe Struktur, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ist für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen vorgesehen. Eine Drehmomentberechnungseinrichtung 128b arbeitet zum Schätzen eines Drehmomentwerts in der X-Phase, der Y-Phase oder der Z-Phase als eine Funktion des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 122 umgewandelt werden.The same structure as described above is provided for the X, Y and Z phase windings. A torque calculator 128b works to estimate a torque value in the X-phase, the Y-phase or the Z-phase as a function of the d-axis current and the q-axis current by the dq converter 122 being transformed.
Die Drehmomentregelungseinrichtung 129b berechnet einen Spannungsphasenbefehl als eine Stellgröße, um den geschätzten Drehmomentwert in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert in der Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Insbesondere berechnet die Drehmomentregelungseinrichtung 129b den Spannungsphasenbefehl als eine Funktion einer Abweichung des geschätzten Drehmomentwerts von dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert unter Verwendung von PI-Rückkopplungstechniken.The torque control device 129b calculates a voltage phase command as a manipulated variable to bring the estimated torque value in accordance with the engine mode torque command value or the generator mode torque command value in the feedback mode. In particular, the torque control device calculates 129b the voltage phase command as a function of a deviation of the estimated torque value from the engine mode torque command value or the generator mode torque command value using PI feedback techniques.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130b arbeitet zur Erzeugung des Betriebssignals für den zweiten Wechselrichter 102 unter Verwendung des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ. Insbesondere berechnet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130b die Befehlswerte für die Drei-Phasen-Wicklungen auf der Grundlage des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ und erzeugt dann die Schaltbetriebssignale für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen mittels einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals wie eines Dreieckwellensignals. Die Ansteuerungseinrichtung 117 arbeitet dann zum Ein- oder Ausschalten der Schalter Sp und Sn für die Drei-Phasen-Wicklungen in den Wechselrichtern 101 und 102 in Reaktion auf die Schaltbetriebssignale, die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 130a und 130b hergeleitet werden.The operating signal generating device 130b works to generate the operating signal for the second inverter 102 using the Voltage amplitude command, voltage phase command and electrical angle θ . In particular, the operating signal generating device calculates 130b the command values for the three-phase windings based on the voltage amplitude command, the voltage phase command and the electrical angle θ and then generates the switching operation signals for the upper and lower branches for the three-phase windings by means of PWM control based on a comparison of signal levels derived by normalizing the three-phase command voltages using the power supply voltage with one level a carrier signal such as a triangular wave signal. The control device 117 then works to turn the switches on or off Sp and Sn for the three-phase windings in the inverters 101 and 102 in response to the switching operation signals generated by the operation signal generation means 130a and 130b be derived.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130b kann alternativ entworfen sein, die Schaltbetriebssignale unter Verwendung von Impulsmusterinformationen, bei denen es sich um Kennfeldinformationen bezüglich Beziehungen zwischen dem Spannungsamplitudenbefehl, dem Spannungsphasenbefehl, dem elektrischen Winkel θ und dem Schaltbetriebssignal handelt, des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen.The operating signal generating device 130b alternatively, the switching operation signals may be designed using pulse pattern information, which is map information regarding relationships between the voltage amplitude command, the voltage phase command, the electrical angle θ and the switching operation signal, the voltage amplitude command, the voltage phase command, and the electrical angle θ to create.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist ein Risiko auf, dass eine Erzeugung eines axialen Stroms zu einer elektrischen Erosion in dem Lager 21 oder 22 führen kann. Wenn beispielsweise die Statorwicklung 51 in Reaktion auf den Schaltbetrieb erregt oder aberregt wird, kann eine kleine Schaltzeitlücke (d.h. ein Schaltungleichgewicht) auftreten, was zu einer Verzerrung des Magnetflusses führt, was zu einer elektrischen Erosion in den Lagern 21 und 22 führt, die die Drehwelle 11 festhalten. Die Verzerrung des Magnetflusses hängt von der Induktivität des Stators 50 ab und erzeugt eine elektromotorische Kraft, die in der axialen Richtung ausgerichtet ist, was zu einem dielektrischen Durchbruch in den Lagern 21 oder 22 führt, so dass sich eine elektrische Erosion zu entwickelt.The rotating electrical machine 10th has a risk of generating an axial current causing electrical erosion in the bearing 21 or 22 can lead. If, for example, the stator winding 51 When energized or de-energized in response to the switching operation, a small switching time gap (ie, switching imbalance) can occur, which leads to distortion of the magnetic flux, which leads to electrical erosion in the bearings 21 and 22 that leads to the rotating shaft 11 hold tight. The distortion of the magnetic flux depends on the inductance of the stator 50 and generates an electromotive force that is oriented in the axial direction, resulting in a dielectric breakdown in the bearings 21 or 22 leads to electrical erosion.
Zur Vermeidung der elektrischen Erosion ist dieses Ausführungsbeispiel entwickelt, drei Maßnahmen vorzunehmen, wie sie nachstehend beschrieben sind. Die erste Erosionsvermeidungsmaßnahme besteht darin, die Induktivität zu reduzieren, indem der Stator 50 entworfen wird, eine kernlose Struktur aufzuweisen, und ebenfalls den Magnetfluss in der Magneteinheit 42 derart zu formen, dass er gleichförmig ist, um die elektrische Erosion zu minimieren. Die zweite Erosionsvermeidungsmaßnahme besteht darin, die Drehwelle in einer freitragenden Form festzuhalten, um die elektrische Erosion zu minimieren. Die dritte Erosionsvermeidungsmaßnahme besteht darin, die ringförmige Statorwicklung 51 und den Statorkern 52 unter Verwendung von Gusstechniken unter Verwendung eines Gussmaterials zu vereinigen, um die elektrische Erosion zu minimieren. Die ersten bis dritten Erosionsvermeidungsmaßnahmen sind nachstehend ausführlich beschrieben.In order to avoid electrical erosion, this exemplary embodiment has been developed to take three measures as described below. The first erosion prevention measure is to reduce the inductance by using the stator 50 is designed to have a coreless structure and also the magnetic flux in the magnet unit 42 to be shaped to be uniform to minimize electrical erosion. The second erosion prevention measure is to hold the rotating shaft in a cantilever shape to minimize electrical erosion. The third measure to prevent erosion is the ring-shaped stator winding 51 and the stator core 52 using casting techniques using a casting material to minimize electrical erosion. The first to third erosion prevention measures are described in detail below.
In der ersten Erosionsvermeidungsmaßnahme ist der Stator 50 entworfen, keine Zähne in Spalten zwischen den Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung aufzuweisen. Die Dichtungselemente 57, die aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sind, sind in den Spalten zwischen den Leitergruppen 81 anstelle von Zähnen (Eisenkernen) angeordnet (siehe 10). Dies führt zu einer Verringerung der Induktivität des Stators 50, wodurch die Verzerrung von Magnetfluss minimiert wird, die durch die Schaltzeitlücke verursacht wird, die bei Erregung der Statorwicklung 51 auftritt, um die elektrische Erosion in den Lagern 21 und 22 zu reduzieren. Die Induktivität auf der d-Achse ist vorzugsweise kleiner als diejenige auf der q-Achse.The stator is in the first erosion prevention measure 50 designed, no teeth in gaps between the conductor groups 81 in the direction of circulation. The sealing elements 57 formed of a non-magnetic material are in the gaps between the conductor groups 81 arranged instead of teeth (iron cores) (see 10th ). This leads to a reduction in the inductance of the stator 50 , which minimizes the distortion of magnetic flux caused by the switching time gap that occurs when the stator winding is excited 51 occurs to the electrical erosion in the bearings 21 and 22 to reduce. The inductance on the d-axis is preferably smaller than that on the q-axis.
Zusätzlich ist jeder der Magnete 91 und 92 magnetisch derart ausgerichtet, dass ihre leichte Achse der Magnetisierung, die nahe der d-Achse ausgerichtet ist, stärker parallel zu der d-Achse als diejenige nahe der q-Achse ist (siehe 9). Dies stärkt den Magnetfluss auf der d-Achse, was zu einer gleichförmigen Änderung des Oberflächenmagnetflusses (d.h. einer Erhöhung oder Verringerung des Magnetflusses) von der q-Achse zu der d-Achse an jedem Magnetpol der Magnete 91 und 92 führt. Dies minimiert eine plötzliche Spannungsänderung aufgrund des Schaltungleichgewichts, um die elektrische Erosion zu vermeiden.In addition, each of the magnets 91 and 92 magnetically aligned such that their easy axis of magnetization aligned near the d axis is more parallel to the d axis than that near the q axis (see 9 ). This strengthens the magnetic flux on the d-axis, resulting in a uniform change in the surface magnetic flux (ie, an increase or decrease in the magnetic flux) from the q-axis to the d-axis at each magnetic pole of the magnets 91 and 92 leads. This minimizes a sudden change in voltage due to circuit imbalance to avoid electrical erosion.
In der zweiten Erosionsvermeidungsmaßnahme ist die rotierende elektrische Maschine 10 derart entworfen, dass deren Lager 21 und 22 weg von der axialen Mitte des Rotors 40 zu einem der Enden des Rotors 40 angeordnet sind, die einander in der axialen Richtung davon entgegengesetzt sind (siehe 2). Dies minimiert das Risiko der elektrischen Erosion im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Vielzahl von Lagern außerhalb von axialen Enden eines Rotors angeordnet sind. Anders ausgedrückt führt in der Struktur, in der der Rotor Enden aufweist, die durch die Lager festgehalten werden, eine Erzeugung eines Hochfrequenz-Magnetflusses zu der Erzeugung eines geschlossenen Kreises, der sich durch den Rotor, den Stator und die Lager (die axial außerhalb des Rotors angeordnet sind) erstreckt. Dies führt zu einem Risiko, dass der axiale Strom zu der elektrischen Erosion in den Lagern führen kann. Im Gegensatz dazu wird der Rotor 40 durch die Vielzahl der Lager 21 und 22 in der freitragenden Form festgehalten, so dass der vorstehend beschriebene geschlossene Kreis nicht auftritt, wodurch die elektrische Erosion in den Lagern 21 und 22 minimiert wird.The second electrical erosion prevention measure is the rotating electrical machine 10th designed such that their bearings 21 and 22 away from the axial center of the rotor 40 to one of the ends of the rotor 40 are arranged which are opposite to each other in the axial direction thereof (see 2nd ). This minimizes the risk of electrical erosion compared to a case where a plurality of bearings are arranged outside of the axial ends of a rotor. In other words, in the structure in which the rotor has ends that are held in place by the bearings, generation of high frequency magnetic flux results in the creation of a closed circuit that extends through the rotor, the stator and the bearings (which are axially outside of the Rotors are arranged) extends. This leads to a risk that the axial current can lead to electrical erosion in the bearings. In contrast, the rotor 40 due to the large number of bearings 21 and 22 held in the cantilever form so that the closed loop described above does not occur, causing electrical erosion in the bearings 21 and 22 is minimized.
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen einseitigen Anordnung der Lager 21 und 22 weist die rotierende elektrische Maschine 10 ebenfalls die nachfolgende Struktur auf. In der Magnethalteeinrichtung 41 ist der Zwischenabschnitt 45, der sich in der radialen Richtung des Rotors 40 erstreckt, mit einer Kontaktvermeidungseinrichtung ausgerüstet, die sich axial erstreckt, um einen physikalischen Kontakt mit dem Stator 50 zu vermeiden (siehe 2). Dies ermöglicht, dass ein geschlossener Kreis, durch den der axiale Strom durch die Magnethalteeinrichtung 41 fließt, verlängert wird, um den Widerstandswert davon zu erhöhen. Dies minimiert das Risiko für die elektrische Erosion der Lager 21 und 22.In addition to the one-sided arrangement of the bearings described above 21 and 22 points the rotating electrical machine 10th also the following structure. In the magnet holder 41 is the intermediate section 45 that is in the radial direction of the rotor 40 extends, equipped with a contact avoidance device that extends axially to make physical contact with the stator 50 to avoid (see 2nd ). This enables a closed circuit through which the axial current flows through the magnet holder 41 flows, is extended to increase the resistance value thereof. This minimizes the risk of electrical erosion of the bearings 21 and 22 .
Die Festhalteeinrichtung 23 für die Lagereinheit 20 ist an dem Gehäuse 30 gesichert und befindet sich an einer axialen Endseite des Rotors 40, während das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 (d.h. die Statorhalteeinrichtung) an dem anderen axialen Ende des Rotors 40 miteinander zusammengesetzt sind (siehe 2). Diese Anordnungen erzielen in geeigneter Weise die Struktur, bei der die Lager 21 und 22 jeweils lediglich an einem des Endes der Länge der Drehwelle 11 angeordnet sind. Zusätzlich ist die Einheitsbasis 61 mit der Drehwelle 11 durch das Gehäuse 30 verbunden, so dass die Einheitsbasis 61 sich elektrisch weg von der Drehwelle 11 befindet. Ein Isolierelement wie ein Harz kann zwischen der Einheitsbasis 61 und dem Gehäuse 30 angeordnet werden, um die Einheitsbasis 61 und die Drehwelle 11 elektrisch weiter voneinander entfernt zu platzieren. Dies minimiert ebenfalls das Risiko für die elektrische Erosion der Lager 21 und 22.The holding device 23 for the storage unit 20th is on the housing 30th secured and is located on an axial end side of the rotor 40 while the housing 30th and the unit base 61 (ie the stator holder) at the other axial end of the rotor 40 are put together (see 2nd ). These arrangements suitably achieve the structure in which the bearings 21 and 22 only at one of the ends of the length of the rotating shaft 11 are arranged. In addition, the unit base 61 with the rotating shaft 11 by the casing 30th connected so that the unit base 61 electrically away from the rotating shaft 11 located. An insulating member such as a resin can be placed between the unit base 61 and the housing 30th arranged to be the unit base 61 and the rotating shaft 11 to place electrically further apart. This also minimizes the risk of electrical erosion of the bearings 21 and 22 .
Die einseitige Anordnung der Lager 21 und 22 in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel verringert die an die Lager 21 und 22 angelegte axiale Spannung und verringert ebenfalls die Potentialdifferenz zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50. Eine Verringerung in der Potentialdifferenz, die an die Lager 21 und 22 angelegt wird, wird somit ohne Verwendung einer leitenden Schmierung in den Lagern 21 und 22 erzielt. Die leitende Schmierung enthält üblicherweise Feinpartikel wie Kohlenstoffpartikel, was somit zu einem Risiko für die Erzeugung von akustischen Geräuschen führt. Zur Behebung des vorstehend beschriebenen Problems verwendet dieses Ausführungsbeispiel eine nichtleitende Schmierung in den Lagern 21 und 22, um die akustischen Geräusche in den Lagern 21 und 22 zu minimieren. Beispielsweise ist es in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 mit einem elektrischen Fahrzeug verwendet wird, üblicherweise erforderlich, Maßnahmen zur Beseitigung der akustischen Geräusche vorzunehmen. Dieses Ausführungsbeispiel ist in der Lage, eine derartige Maßnahme in geeigneter Weise vorzunehmen.The one-sided arrangement of the bearings 21 and 22 in the rotating electrical machine 10th according to this embodiment reduces the to the bearings 21 and 22 applied axial voltage and also reduces the potential difference between the rotor 40 and the stator 50 . A decrease in the potential difference applied to the bearings 21 and 22 is therefore created without the use of conductive lubrication in the bearings 21 and 22 achieved. The conductive lubrication usually contains fine particles such as carbon particles, which leads to a risk of generating acoustic noises. To solve the problem described above, this embodiment uses non-conductive lubrication in the bearings 21 and 22 to the acoustic noises in the bearings 21 and 22 to minimize. For example, it is in a case where the rotating electrical machine 10th is used with an electric vehicle, usually necessary to take measures to eliminate the acoustic noise. This embodiment is able to take such a measure in a suitable manner.
In der dritten Erosionsvermeidungsmaßnahme werden die Statorwicklung 51 und der Statorkern 52 unter Verwendung eines Gussmaterials zusammen vereinigt, um einen Positionsfehler der Statorwicklung 51 in dem Stator 50 zu minimieren (siehe 11). Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist entworfen, keine Leiter-zu-Leiter-Elemente (beispielsweise Zähne) zwischen den Leitergruppen 81 aufzuweisen, die in der Umlaufrichtung der Statorwicklung 51 angeordnet sind, was somit zu Bedenken bezüglich des Positionsfehlers oder einer Fehlausrichtung der Statorwicklung 51 führt. Die Fehlausrichtung des Leiters der Statorwicklung 51 kann minimiert werden, indem die Statorwicklung 51 und der Statorkern 52 in dem Verguss vereinigt werden. Dies beseitigt Risiken für eine Verzerrung von Magnetfluss aufgrund der Fehlausrichtung der Statorwicklung 51 und der elektrischen Erosion in den Lagern 21 und 22, die aus der Verzerrung des Magnetflusses resultiert.In the third erosion avoidance measure, the stator winding 51 and the stator core 52 united using a cast material to make a stator winding position error 51 in the stator 50 to minimize (see 11 ). The rotating electrical machine 10th According to this embodiment, no wire-to-wire elements (e.g. teeth) are designed between the wire groups 81 to have in the direction of rotation of the stator winding 51 are arranged, thus raising concerns about the positional error or misalignment of the stator winding 51 leads. The misalignment of the conductor of the stator winding 51 can be minimized by the stator winding 51 and the stator core 52 be united in the encapsulation. This eliminates risks of magnetic flux distortion due to misalignment of the stator winding 51 and electrical erosion in the bearings 21 and 22 resulting from the distortion of the magnetic flux.
Die Einheitsbasis 61, die als ein Gehäuse zum festen Fixieren des Statorkerns 52 dient, ist aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) gebildet, wodurch eine elektrische Entladung zu der Einheitsbasis 61 im Vergleich dazu minimiert wird, wenn die Einheitsbasis 61 aus Aluminium gebildet ist, wodurch die elektrische Erosion vermieden wird.The unit base 61 that as a housing for firmly fixing the stator core 52 is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), which creates an electrical discharge to the unit base 61 compared to minimized when the unit base 61 is made of aluminum, thereby avoiding electrical erosion.
Eine zusätzliche Erosionsvermeidungsmaßnahme kann vorgenommen werden, um zumindest einen des äußeren Laufrings 25 und des inneren Laufrings 26 von jedem der Lager 21 und 22 unter Verwendung eines keramischen Materials zu bilden, oder alternativ eine Isolierhülse außerhalb des äußeren Laufrings 26 einzubauen.An additional erosion avoidance measure can be taken to at least one of the outer race 25th and the inner race 26 from each of the camps 21 and 22 using a ceramic material, or alternatively, an insulating sleeve outside the outer race 26 to install.
Andere Ausführungsbeispiele sind nachstehend im Hinblick auf Unterschiede zwischen diesen und dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.Other embodiments are described below in terms of differences between them and the first embodiment.
ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIELSECOND EMBODIMENT
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 des Rotors 40 geändert und ist nachstehend ausführlich beschrieben.According to this embodiment, the polar anisotropic structure of the magnet unit 42 of the rotor 40 changed and is described in detail below.
Die Magneteinheit 42 ist, wie es deutlich in 22 und 23 veranschaulicht ist, unter Verwendung eines Magnet-Arrays gebildet, das als Halbach-Array bezeichnet ist. Insbesondere ist die Magneteinheit 42 mit ersten Magneten 131 und zweiten Magneten 132 ausgerüstet. Die ersten Magnete 131 weisen eine Magnetisierungsrichtung (d.h. eine Ausrichtung eines Magnetisierungsvektors davon) auf, die in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist. Die zweiten Magnete 132 weisen eine Magnetisierungsrichtung (d.h. eine Ausrichtung des Magnetisierungsvektors davon) auf, die in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist. Die ersten Magnete 131 sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung regelmäßig angeordnet. Jeder der zweiten Magnete 132 ist zwischen den ersten Magneten 131 angeordnet, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung sind. Die erste Magnete 131 und die zweiten Magnete 132 sind jeweils durch einen Seltene-Erden-Permanentmagnet wie einen Neodym-Magnet verwirklicht.The magnet unit 42 is how it clearly in 22 and 23 is illustrated using a magnetic array called a Halbach array. In particular, the magnet unit 42 with first magnets 131 and second magnet 132 equipped. The first magnets 131 have a magnetization direction (ie, an orientation of a magnetization vector thereof) that is in the radial direction of the magnet unit 42 is aligned. The second magnets 132 have a magnetization direction (ie, an orientation of the magnetization vector thereof) that is in the circumferential direction of the magnet unit 42 is aligned. The first magnets 131 are regularly arranged away from each other in the circumferential direction at a given interval. Each of the second magnets 132 is between the first magnets 131 arranged which are adjacent to each other in the circumferential direction. The first magnet 131 and the second magnets 132 are each realized by a rare earth permanent magnet such as a neodymium magnet.
Die ersten Magnete 131 sind weg voneinander in der Umlaufrichtung derart angeordnet, dass sie N-Pole und S-Pole aufweisen, die an radial inneren Abschnitten davon erzeugt werden und dem Stator 50 zugewandt sind. Die N-Pole und die S-Pole sind abwechselnd in der Umlaufrichtung angeordnet. Die zweiten Magnete 132 sind derart angeordnet, dass sie N-Pole und S-Pole aufweisen, die abwechselnd benachbart zu den ersten Magneten 131 in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Der Zylinder 43, der die Magnete 131 und 132 umgibt, kann aus einem weichmagnetischen Kern geformt sein, der aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, und der als ein Gegenkern fungiert. Die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derart entworfen, dass sie die leichte Achse der Magnetisierung in derselben Weise wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf die d-Achse und die q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem ausgerichtet aufweist.The first magnets 131 are arranged away from each other in the circumferential direction so as to have N poles and S poles generated at radially inner portions thereof and the stator 50 are facing. The N poles and the S poles are alternately arranged in the circumferential direction. The second magnets 132 are arranged to have N poles and S poles which are alternately adjacent to the first magnets 131 are arranged in the circumferential direction. The cylinder 43 who the magnets 131 and 132 surrounds, may be formed from a soft magnetic core, which is formed from a soft magnetic material, and which functions as a counter core. The magnet unit 42 according to this embodiment is designed to be the easy axis of the Magnetization aligned in the same manner as in the first embodiment with respect to the d-axis and the q-axis in the dq-axis coordinate system.
Magnetische Elemente 133, von denen jedes aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, sind radial außerhalb der ersten Magnete 131, anders ausgedrückt, nahe an dem Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 angeordnet. Jedes der magnetischen Elemente 133 kann aus einem magnetischen Stahlblech, Weicheisen oder Pulverkernmaterial gebildet sein. Jedes der magnetischen Elemente 133 weist eine Länge auf, die identisch zu derjenigen des ersten Magneten 131 (insbesondere eine Länge eines äußeren Umfangs des ersten Magneten 131) in der Umlaufrichtung ist. Eine Baugruppe, die aus jedem der ersten Magnete 131 und einem entsprechenden der magnetischen Elemente 133 aufgebaut ist, weist eine Dicke auf, die identisch zu derjenigen des zweiten Magneten 132 in der radialen Richtung ist. Anders ausgedrückt weist jeder der ersten Magnete 131 eine Dicke auf, die um diejenige des magnetischen Elements 133 in der radialen Richtung kleiner als diejenige des zweiten Magneten 132 ist. Die Magnete 131 und 132 sowie die magnetischen Elemente 133 sind fest aneinander unter Verwendung von beispielsweise Klebemitteln gesichert. In der Magneteinheit 42 ist die radiale Außenseite der ersten Magnete 131 von dem Stator 50 weg gewandt. Die magnetischen Elemente 133 befinden sich an der entgegengesetzten Seite der ersten Magnete 131 in Bezug auf den Stator 50 in der radialen Richtung (d.h. weiter weg von dem Stator 50).Magnetic elements 133 , each of which is formed from a soft magnetic material, are radially outside of the first magnets 131 in other words, close to the cylinder 43 the magnetic holding device 41 arranged. Each of the magnetic elements 133 can be formed from a magnetic steel sheet, soft iron or powder core material. Each of the magnetic elements 133 has a length identical to that of the first magnet 131 (In particular, a length of an outer circumference of the first magnet 131 ) is in the direction of rotation. An assembly made up of each of the first magnets 131 and a corresponding one of the magnetic elements 133 has a thickness that is identical to that of the second magnet 132 in the radial direction. In other words, each of the first magnets points 131 a thickness around that of the magnetic element 133 smaller in the radial direction than that of the second magnet 132 is. The magnets 131 and 132 as well as the magnetic elements 133 are firmly secured to one another using, for example, adhesives. In the magnet unit 42 is the radial outside of the first magnets 131 from the stator 50 turned away. The magnetic elements 133 are on the opposite side of the first magnets 131 in relation to the stator 50 in the radial direction (ie further away from the stator 50 ).
Jedes der magnetischen Elemente 133 weist einen Nutkeil 134 in einer konvexen Form auf, der an dem äußeren Umfang davon geformt ist und von dem magnetischen Element 133 radial nach außen vorspringt, anders ausgedrückt, in den Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 vorspringt. Der Zylinder 43 weist Keilnuten 135 auf, die in einer inneren Umfangsoberfläche davon in einer konkaven Form geformt sind und in denen die Nutkeile 134 der magnetischen Elemente 133 eingepasst sind. Die vorspringende Form der Nutkeile 134 ist konturiert, um mit der Aussparungsform der Keilnuten 135 übereinzustimmen. Es sind so viele Keilnuten 135 wie die Nutkeile 134 der magnetischen Elemente 133 geformt. Der Eingriff zwischen den Nutkeilen 134 und den Keilnuten 135 dient zur Beseitigung einer Fehlausrichtung oder einer Positionsabweichung der ersten Magnete 131, der zweiten Magnete 132 und der Magnethalteeinrichtung 41 in der Umlaufrichtung (d.h. einer Drehrichtung). Die Nutkeile 134 und die Keilnuten 135 (d.h. Konvexitäten und Konkavitäten) können entweder auf den Zylindern 43 der Magnethalteeinrichtung 41 oder in den magnetischen Elementen 133 jeweils geformt werden. Insbesondere können die magnetischen Elemente 133 die Keilnuten 135 in dem äußeren Umfang davon aufweisen, während der Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 die Nutkeile 134 an dem inneren Umfang davon geformt aufweisen kann.Each of the magnetic elements 133 has a slot wedge 134 in a convex shape formed on the outer periphery thereof and by the magnetic member 133 in other words, protrudes radially outwards into the cylinder 43 the magnetic holding device 41 protrudes. The cylinder 43 has keyways 135 on which are formed in an inner peripheral surface thereof in a concave shape and in which the splines 134 of the magnetic elements 133 are fitted. The projecting shape of the keyways 134 is contoured to match the recess shape of the keyways 135 agree. There are so many keyways 135 like the wedges 134 of the magnetic elements 133 shaped. The engagement between the keyways 134 and the keyways 135 is used to eliminate misalignment or positional deviation of the first magnets 131 , the second magnet 132 and the magnet holder 41 in the direction of rotation (ie a direction of rotation). The slot wedges 134 and the keyways 135 (ie convexities and concavities) can either be on the cylinders 43 the magnetic holding device 41 or in the magnetic elements 133 are each shaped. In particular, the magnetic elements 133 the keyways 135 have in the outer periphery thereof while the cylinder 43 the magnetic holding device 41 the slot wedges 134 may have molded on the inner periphery thereof.
Die Magneteinheit 42 weist die ersten Magnete 131 und die zweiten Magnete 132 auf, die abwechselnd angeordnet sind, um die Magnetflussdichte in den ersten Magneten 131 zu erhöhen. Dies führt zu einer Konzentration von Magnetfluss auf einer Oberfläche der Magneteinheit 42, um den Magnetfluss nahe an dem Stator 50 zu verbessern.The magnet unit 42 has the first magnets 131 and the second magnets 132 on, which are arranged alternately to the magnetic flux density in the first magnet 131 to increase. This leads to a concentration of magnetic flux on a surface of the magnetic unit 42 to keep the magnetic flux close to the stator 50 to improve.
Die Anordnung der magnetischen Elemente 133, die radial außerhalb der ersten Magnete 131, anders ausgedrückt weiter weg von dem Stator 50 angeordnet sind, reduziert eine teilweise magnetische Sättigung, die radial außerhalb der ersten Magnete 131 auftritt, wodurch ein Risiko einer Entmagnetisierung in den ersten Magneten 131 aufgrund der magnetischen Sättigung behoben wird. Dies führt zu einer Erhöhung in der Magnetkraft, die durch die Magneteinheit 42 erzeugt wird. Anders ausgedrückt wird die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel derart betrachtet, dass sie Abschnitte aufweist, die üblicherweise der Entmagnetisierung unterzogen werden und mit den magnetischen Elementen 133 ersetzt werden.The arrangement of the magnetic elements 133 that are radially outside of the first magnet 131 In other words, further away from the stator 50 are arranged, reduces a partial magnetic saturation that is radially outside the first magnets 131 occurs, creating a risk of demagnetization in the first magnet 131 due to magnetic saturation. This leads to an increase in the magnetic force caused by the magnet unit 42 is produced. In other words, the magnet unit 42 considered according to this embodiment in such a way that it has sections which are usually subjected to demagnetization and with the magnetic elements 133 be replaced.
24(a) und 24(b) zeigen Darstellungen, die Strömungen von Magnetfluss in der Magneteinheit 42 demonstrieren. 24(a) veranschaulicht eine herkömmliche Struktur, bei der die Magneteinheit 42 nicht mit den magnetischen Elementen 133 ausgerüstet ist. 24(b) veranschaulicht die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel, bei der die Magneteinheit 42 mit den magnetischen Elementen 133 ausgerüstet ist. 24(a) und 24(b) sind linear entwickelte Ansichten des Zylinders 43 der Magnethalteeinrichtung 41 und der Magneteinheit 42. Die unteren Seiten von 24(a) und 24(b) sind näher an dem Stator 50, wohingegen die oberen Seiten davon weiter weg von dem Stator 50 sind. 24 (a) and 24 (b) show representations, the flows of magnetic flux in the magnet unit 42 to demonstrate. 24 (a) illustrates a conventional structure in which the magnet unit 42 not with the magnetic elements 133 is equipped. 24 (b) illustrates the structure according to this embodiment in which the magnet unit 42 with the magnetic elements 133 is equipped. 24 (a) and 24 (b) are linearly developed views of the cylinder 43 the magnetic holding device 41 and the magnet unit 42 . The bottom pages of 24 (a) and 24 (b) are closer to the stator 50 , whereas the upper sides thereof further away from the stator 50 are.
In der in 24(a) gezeigten Struktur sind eine Magnetflusseinwirkungsoberfläche von jedem der ersten Magnete 131 und eine Seitenoberfläche von jedem der zweiten Magnete 132 in Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders 43 platziert. Eine Magnetflusseinwirkungsoberfläche von jedem der zweiten Magnete 132 ist in Kontakt mit der Seitenoberfläche von einem der ersten Magnete 131 platziert. Eine derartige Anordnung bewirkt die Erzeugung eines kombinierten Magnetflusses in dem Zylinder 43. Der kombinierte Magnetfluss besteht aus einem Magnetfluss F1, der außerhalb des zweiten Magneten 132 verläuft und dann in die Oberfläche des ersten Magneten 131 eintritt, der den Zylinder 43 berührt, und einem Magnetfluss, der im Wesentlichen parallel zu dem Zylinder 43 verläuft und einen Magnetfluss F2 anzieht, der durch den zweiten Magneten 132 erzeugt wird. Dies führt zu einem Risiko, dass die magnetische Sättigung nahe der Oberfläche eines Kontakts zwischen dem ersten Magneten 131 und dem zweiten Magneten 132 in dem Zylinder 43 auftreten kann.In the in 24 (a) The structure shown is a magnetic flux exposure surface of each of the first magnets 131 and a side surface of each of the second magnets 132 in contact with the inner peripheral surface of the cylinder 43 placed. A magnetic flux exposure surface of each of the second magnets 132 is in contact with the side surface of one of the first magnets 131 placed. Such an arrangement causes a combined magnetic flux to be generated in the cylinder 43 . The combined magnetic flux consists of a magnetic flux F1 that is outside the second magnet 132 runs and then into the surface of the first magnet 131 that enters the cylinder 43 touches, and a magnetic flux that is substantially parallel to the cylinder 43 runs and a magnetic flux F2 that attracts by the second Magnets 132 is produced. This leads to a risk that the magnetic saturation near the surface of a contact between the first magnet 131 and the second magnet 132 in the cylinder 43 can occur.
In der Struktur gemäß 24(b), bei der jedes der magnetischen Elemente 133 zwischen der Magnetflusseinwirkungsoberfläche des ersten Magneten 131 und dem inneren Umfang des Zylinders 43, der weiter weg von dem Stator 50 ist, angeordnet ist, wird zugelassen, dass der Magnetfluss durch das magnetische Element 133 verläuft. Dies minimiert die magnetische Sättigung in dem Zylinder 43 und erhöht eine Widerstandsfähigkeit gegenüber der Entmagnetisierung.According to the structure 24 (b) where each of the magnetic elements 133 between the magnetic flux exposure surface of the first magnet 131 and the inner circumference of the cylinder 43 which is further away from the stator 50 is arranged, the magnetic flux is allowed to pass through the magnetic element 133 runs. This minimizes the magnetic saturation in the cylinder 43 and increases resistance to demagnetization.
Die Struktur gemäß 24(b) fungiert im Gegensatz zu 24(a) zur Beseitigung des Magnetflusses F2, der die magnetische Sättigung begünstigt. Dies verbessert effektiv die Beständigkeit in dem gesamten Magnetkreis, wodurch die Stabilität in den Eigenschaften des Magnetkreises unter einer erhöhten Temperatur gewährleistet wird.The structure according to 24 (b) acts contrary to 24 (a) to eliminate the magnetic flux F2 that favors magnetic saturation. This effectively improves the durability in the entire magnetic circuit, thereby ensuring the stability in the properties of the magnetic circuit under an elevated temperature.
Im Vergleich zu radialen Magneten, die in herkömmlichen SPM-Rotoren verwendet werden, weist die Struktur gemäß 24(b) eine erhöhte Länge des Magnetpfades auf, der durch den Magneten verläuft. Dies führt zu einem Anstieg in der Beständigkeit des Magneten, was die Magnetkraft verbessert, um das Drehmoment zu erhöhen. Weiterhin konzentriert sich der Magnetfluss auf die Mitte der d-Achse, wodurch ein Sinuswellenübereinstimmungsanteil erhöht wird. Insbesondere kann die Erhöhung des Drehmoments effektiv erzielt werden, indem die Wellenform des Stroms unter einer PWM-Steuerung auf eine Sinus- oder Trapezwelle geformt wird oder 120°-Erregungsschalt-ICs verwendet werden.Compared to radial magnets that are used in conventional SPM rotors, the structure has according to 24 (b) an increased length of the magnetic path that runs through the magnet. This leads to an increase in the durability of the magnet, which improves the magnetic force to increase the torque. Furthermore, the magnetic flux concentrates on the center of the d-axis, which increases a sine wave matching ratio. In particular, the increase in torque can be effectively achieved by shaping the waveform of the current under PWM control to a sine or trapezoidal wave or using 120 ° excitation switching ICs.
In einem Fall, in dem der Statorkern 52 aus magnetischen Stahlblechen gebildet ist, ist die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung davon vorzugsweise die Hälfte oder größer als die Hälfte der Dicke der Magneteinheit 42 in der radialen Richtung. Beispielsweise ist es vorzuziehen, dass die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung größer als die Hälfte der Dicke der ersten Magnete 131 ist, die an der Pol-zu-Pol-Mitte in der Magneteinheit 42 angeordnet sind. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung kleiner als die der Magneteinheit 42 ist. In diesem Fall ist ein Magnet-Magnetfluss angenähert 1 T, wohingegen die Sättigungsmagnetflussdichte in dem Statorkern 52 2 T ist. Die Streuung von Magnetfluss nach innerhalb des inneren Umfangs des Statorkerns 52 wird vermieden, indem die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung derart ausgewählt wird, dass sie größer als die Hälfte von derjenigen der Magneteinheit 42 ist.In a case where the stator core 52 is made of magnetic steel sheets, is the thickness of the stator core 52 in the radial direction thereof, preferably half or greater than half the thickness of the magnet unit 42 in the radial direction. For example, it is preferable that the thickness of the stator core 52 greater than half the thickness of the first magnets in the radial direction 131 is that at the pole-to-pole center in the magnet unit 42 are arranged. It is also preferable that the thickness of the stator core 52 smaller in the radial direction than that of the magnet unit 42 is. In this case, a magnetic magnetic flux is approximately 1 T, whereas the saturation magnetic flux density in the stator core 52 2T is. The scattering of magnetic flux within the inner circumference of the stator core 52 is avoided by the thickness of the stator core 52 in the radial direction is selected to be larger than half that of the magnet unit 42 is.
Magnete, die angeordnet sind, die Halbach-Struktur oder die polare anisotrope Struktur aufzuweisen, weisen üblicherweise einen bogenförmigen Magnetpfad auf, so dass der Magnetfluss proportional zu einer Dicke von denjenigen der Magnete erhöht werden kann, die einen Magnetfluss in der Umlaufrichtung handhaben. In einer derartigen Struktur angenommen, dass der durch den Statorkern 52 strömende Magnetfluss den Magnetfluss, der in der Umlaufrichtung strömt, nicht überschreitet. Anders ausgedrückt kann, wenn der durch die Magnete erzeugte Magnetfluss 1 T ist, während ein eisenhaltiges Metall, dessen Sättigungsmagnetflussdichte 2 T ist, um den Statorkern 52 zu bilden, eine leichtgewichtige und kompakte elektrische rotierende elektrische Maschine produziert werden, indem die Dicke des Statorkerns 52 derart ausgewählt wird, dass sie größer als die Hälfte derjenigen der Magnete ist. Das Entmagnetisierungsfeld wird üblicherweise durch den Stator 50 auf das durch die Magnete produzierte Magnetfeld ausgeübt, so dass der durch die Magnete produzierte Magnetfluss 0,9 T oder weniger sein wird. Die magnetische Permeabilität des Statorkerns kann daher in geeigneter Weise gehalten werden, indem die Dicke des Statorkerns derart ausgewählt wird, dass sie die Hälfte von derjenigen der Magnete ist.Magnets that are arranged to have the Halbach structure or the polar anisotropic structure usually have an arcuate magnetic path, so that the magnetic flux can be increased in proportion to a thickness of those of the magnets that handle a magnetic flux in the circumferential direction. In such a structure, it is assumed that the stator core 52 flowing magnetic flux does not exceed the magnetic flux flowing in the circumferential direction. In other words, if the magnetic flux generated by the magnets is 1 T, while an iron-containing metal whose saturation magnetic flux density is 2 T, around the stator core 52 to form a lightweight and compact electrical rotating electrical machine can be produced by the thickness of the stator core 52 is selected such that it is greater than half that of the magnets. The demagnetizing field is usually generated by the stator 50 applied to the magnetic field produced by the magnets, so that the magnetic flux produced by the magnets will be 0.9 T or less. The magnetic permeability of the stator core can therefore be appropriately maintained by selecting the thickness of the stator core to be half that of the magnets.
Modifikationen der vorstehend beschriebenen Struktur sind nachstehend beschrieben.Modifications to the structure described above are described below.
MODIFIKATION 1MODIFICATION 1
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die äußere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 eine gekrümmte Oberfläche ohne irgendwelche Irregularitäten auf. Die Vielzahl der Leitergruppen 81 sind zu einem gegebenen Intervall voneinander weg auf der äußeren Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 angeordnet. Diese Anordnung kann geändert werden. Beispielsweise ist der in 25 veranschaulichte Statorkern 52 mit einem kreisförmigen ringförmigen Joch 141 und Vorsprüngen 142 ausgerüstet. Das Joch 141 befindet sich auf der dem Rotor 40 in der radialen Richtung entgegengesetzten Seite (d.h., der unteren Seite, wie in der Zeichnung betrachtet) der Statorwicklung 51. Jeder der Vorsprünge 142 springt in einen Spalt zwischen jeweiligen zweien der geraden Abschnitte 83 vor, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Die Vorsprünge 142 sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung radial außerhalb des Jochs 141, d.h. nahe an dem Rotor 40, angeordnet. Jede der Leitergruppen 81 der Statorwicklung 51 ist in Eingriff mit den Vorsprüngen 142 in der Umlaufrichtung, anders ausgedrückt werden die Vorsprünge 142 als Positioniereinrichtungen zum Positionieren der Leitergruppen 81 verwendet und sind in der Umlaufrichtung regelmäßig angeordnet. Die Vorsprünge 142 entsprechen den Leiter-zu-Leiter-Elementen.According to the embodiment described above, the outer peripheral surface of the stator core has 52 a curved surface without any irregularities. The multitude of leader groups 81 are away from each other on the outer peripheral surface of the stator core at a given interval 52 arranged. This arrangement can be changed. For example, the in 25th illustrated stator core 52 with a circular ring-shaped yoke 141 and ledges 142 equipped. The yoke 141 is on the rotor 40 opposite side of the stator winding in the radial direction (ie, the lower side as viewed in the drawing) 51 . Each of the ledges 142 jumps into a gap between any two of the straight sections 83 before, which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction. The tabs 142 are radially outside the yoke at a given interval away from each other in the circumferential direction 141 , ie close to the rotor 40 , arranged. Each of the leader groups 81 the stator winding 51 is in engagement with the protrusions 142 in the direction of rotation, in other words, the protrusions 142 as positioning devices for positioning the conductor groups 81 used and are regularly arranged in the direction of rotation. The tabs 142 correspond to the conductor-to-conductor elements.
Eine radiale Dicke von jedem der Vorsprünge 142 von dem Joch 141, anders ausgedrückt ein Abstand W, wie er in 25 veranschaulicht ist, zwischen der inneren Oberfläche 320 der geraden Abschnitte 82, die in Kontakt mit dem Joch 141 versetzt sind, und der Spitze des Vorsprungs 412 in der radialen Richtung des Jochs 141 wird derart ausgewählt, dass sie kleiner als eine Hälfte einer radialen Dicke (wie durch H1 in der Zeichnung angegeben) der geraden Abschnitte 83 ist, die benachbart zu dem Joch 141 in der radialen Richtung angeordnet sind. Anders ausgedrückt belegen nichtleitende Elemente (d.h. die Dichtungselemente 57) vorzugsweise jeweils drei Viertel einer Abmessung (d.h. Dicke) T1 (d.h., das Doppelte der Dicke der Leiter 82, anders ausgedrückt, einen minimalen Abstand zwischen der Oberfläche 320 der Leitergruppe 81, die in Kontakt mit dem Statorkern 52 versetzt ist, und der Oberfläche 330 der Leitergruppe 81, die dem Rotor 40 zugewandt ist) der Leitergruppen (d.h. Leitern) 81 in der radialen Richtung der Statorwicklung 51 (d.h. des Statorkerns 52). Eine derartige Auswahl der Dicke der Vorsprünge 142 bewirkt, dass jeder der Vorsprünge 142 nicht als ein Zahn zwischen den Leitergruppen 81 (d.h. den geraden Abschnitten 83), die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind, fungiert, so dass es keine Magnetpfade gibt, die üblicherweise durch die Zähne geformt werden würden. Die Vorsprünge 142 müssen nicht notwendigerweise zwischen jeweiligen in Umlaufrichtung zwei benachbarten aller Leitergruppen 81 angeordnet sein, jedoch kann ein einzelner Vorsprung 142 zumindest zwischen zweien der Leitergruppen 81 angeordnet werden, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Beispielsweise können die Vorsprünge 142 weg voneinander in der Umlaufrichtung zu gleichen Intervallen angeordnet werden, die jeweils einer gegebenen Anzahl der Leitergruppen 81 entsprechen. Jeder der Vorsprünge 142 kann entworfen werden, irgendeine Form aufzuweisen, wie eine Rechteckform oder eine Bogenform. A radial thickness of each of the protrusions 142 from the yoke 141 , in other words, a distance W as he is in 25th is illustrated between the inner surface 320 of the straight sections 82 that are in contact with the yoke 141 are offset, and the tip of the projection 412 in the radial direction of the yoke 141 is selected to be less than half a radial thickness (as indicated by H1 indicated in the drawing) of the straight sections 83 that is adjacent to the yoke 141 are arranged in the radial direction. In other words, non-conductive elements occupy (ie the sealing elements 57 ) preferably three quarters of a dimension (ie thickness) T1 (ie, twice the thickness of the ladder 82 in other words, a minimal distance between the surface 320 the leader group 81 that are in contact with the stator core 52 is offset, and the surface 330 the leader group 81 that the rotor 40 facing) of the leader groups (ie leaders) 81 in the radial direction of the stator winding 51 (ie the stator core 52 ). Such a choice of the thickness of the protrusions 142 causes each of the protrusions 142 not as a tooth between the leader groups 81 (ie the straight sections 83 ), which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction, so that there are no magnetic paths that would normally be formed by the teeth. The tabs 142 do not necessarily have to be between two neighboring conductor groups in the direction of rotation 81 can be arranged, however, a single projection 142 at least between two of the leader groups 81 are arranged, which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction. For example, the projections 142 be arranged away from each other in the circumferential direction at equal intervals, each of a given number of conductor groups 81 correspond. Each of the ledges 142 can be designed to have any shape, such as a rectangular shape or an arc shape.
Die geraden Abschnitte 83 können alternativ in einer einzelnen Schicht auf der äußeren Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 angeordnet werden. In einem breiten Sinne kann die Dicke der Vorsprünge 142 von dem Joch 141 in der radialen Richtung kleiner als die Hälfte von derjenigen der geraden Abschnitte 83 in der radialen Richtung sein.The straight sections 83 can alternatively be in a single layer on the outer peripheral surface of the stator core 52 to be ordered. In a broad sense, the thickness of the protrusions 142 from the yoke 141 in the radial direction is less than half that of the straight sections 83 be in the radial direction.
Wenn ein imaginärer Kreis, dessen Mitte sich in der axialen Mitte der Drehwelle 11 befindet und der durch die radialen Mitten der geraden Abschnitte 83 verläuft, die benachbart zu dem Joch 141 in der radialen Richtung platziert sind, definiert ist, kann jeder der Vorsprünge 142 geformt sein, lediglich innerhalb des imaginären Kreises vorzuspringen, anders ausgedrückt, nicht radial nach außerhalb des imaginären Kreises zu dem Rotor 40 hin vorzuspringen.If an imaginary circle, the center of which is in the axial center of the rotating shaft 11 located and through the radial centers of the straight sections 83 runs that is adjacent to the yoke 141 are placed in the radial direction, each of the protrusions 142 shaped to protrude only within the imaginary circle, in other words, not radially outward of the imaginary circle to the rotor 40 to jump forward.
Die vorstehend beschriebene Struktur, bei der die Vorsprünge 142 die begrenzte Dicke in der radialen Richtung aufweisen und nicht als Zähne in den Spalten zwischen den geraden Abschnitten 83 fungieren, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind, ermöglicht, dass die benachbarten geraden Abschnitte 83 näher aneinander angeordnet werden, als im Vergleich zu einem Fall, in dem Zähne in den Spalten zwischen den geraden Abschnitten 83 vorgesehen sind. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Schnittfläche des Leiterkörpers 82a, wodurch eine bei Erregung der Statorwicklung 51 erzeugte Wärme reduziert wird. Das Fehlen der Zähne ermöglicht eine Beseitigung der magnetischen Sättigung, um die Größe von elektrischem Strom zu erhöhen, der der Statorwicklung 51 zugeführt wird. Es ist jedoch möglich, die nachteiligen Wirkungen, die aus einer Erhöhung der Wärmemenge, die durch die Erhöhung von der Statorwicklung 51 zugeführtem elektrischen Strom erzeugt wird, zu verringern. Die Statorwicklung 51 weist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Windungen 84 auf, die in der radialen Richtung verschoben sind und mit den Behinderungsvermeidungsabschnitten mit den benachbarten Windungen 84 ausgerüstet sind, wodurch eine Anordnung der Windungen 84 weg voneinander in der radialen Richtung ermöglicht wird. Dies verbessert die Wärmeableitung von den Windungen 84. Die vorstehend beschriebene Struktur ist fähig, die Wärmeableitungsfähigkeit des Stators 50 zu verbessern.The structure described above in which the protrusions 142 have the limited thickness in the radial direction and not as teeth in the gaps between the straight sections 83 act, which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction, allows the adjacent straight sections 83 be arranged closer to each other than in a case where teeth are in the gaps between the straight sections 83 are provided. This enables the sectional area of the conductor body to be increased 82a , causing a when the stator winding is excited 51 generated heat is reduced. The lack of teeth allows elimination of magnetic saturation to increase the amount of electrical current that the stator winding 51 is fed. However, it is possible to have the adverse effects resulting from an increase in the amount of heat caused by the increase from the stator winding 51 supplied electrical current is generated to reduce. The stator winding 51 has the turns as described above 84 that are shifted in the radial direction and with the obstruction avoiding portions with the adjacent turns 84 are equipped, thereby arranging the turns 84 away from each other in the radial direction is enabled. This improves heat dissipation from the turns 84 . The structure described above is capable of the heat dissipation ability of the stator 50 to improve.
Die radiale Dicke der Vorsprünge 142 muss nicht durch die Abmessung H1 gemäß 25 beschränkt werden, solange wie das Joch 141 des Statorkerns 52 und die Magneteinheit 42 (d.h. jeder der Magnete 91 und 92) des Rotors 40 zu einem gegebenen Abstand weg voneinander angeordnet sind. Insbesondere kann die radiale Dicke der Vorsprünge 142 größer als oder gleich wie die Abmessung H1 gemäß 25 sein, solange wie das Joch 141 und die Magneteinheit 42 2 mm oder mehr voneinander weg angeordnet sind. Beispielsweise können in einem Fall, in dem die radiale Dicke des geraden Abschnitts 83 größer als 2 mm ist und jede der Leitergruppen 81 aus zwei Leitern 82 aufgebaut sind, die in der radialen Richtung gestapelt sind, jeder der Vorsprünge 142 derart geformt sein, dass er eine Region belegt, die von der Hälfte der Dicke des geraden Abschnitts 83, der das Joch 141 nicht berührt, d.h. der Dicke des Leiters 82, der sich weiter weg von dem Joch 141 befindet, reicht. In diesem Fall werden die vorstehend beschriebenen Vorteile erhalten, indem die leitende Schnittfläche der Leitergruppen 81 erhöht wird, solange wie die radiale Dicke der Vorsprünge 142 zumindest H1 × 3/2 ist.The radial thickness of the protrusions 142 doesn't have to go through the dimension H1 according to 25th be limited as long as the yoke 141 of the stator core 52 and the magnet unit 42 (ie each of the magnets 91 and 92 ) of the rotor 40 are spaced from each other at a given distance. In particular, the radial thickness of the projections 142 greater than or equal to the dimension H1 according to 25th be as long as the yoke 141 and the magnet unit 42 2 mm or more away from each other. For example, in a case where the radial thickness of the straight section 83 is larger than 2 mm and each of the conductor groups 81 from two ladders 82 are constructed that are stacked in the radial direction, each of the protrusions 142 be shaped to occupy a region half the thickness of the straight portion 83 who the yoke 141 not touched, ie the thickness of the conductor 82 that is further away from the yoke 141 is enough. In this case, the advantages described above are obtained by the conductive intersection of the conductor groups 81 is increased as long as the radial thickness of the protrusions 142 is at least H1 × 3/2.
Der Statorkern 52 kann derart entworfen werden, dass er die in 26 veranschaulichte Struktur aufweist. 26 lässt die Dichtungselemente 57 weg, jedoch können die Dichtungselemente 57 verwendet werden. Der Einfachheit halber veranschaulicht 26 die Magneteinheit 42 und den Statorkern 52 derart, dass sie linear angeordnet sind.The stator core 52 can be designed in such a way that it 26 has illustrated structure. 26 leaves the sealing elements 57 gone, however, the sealing elements 57 be used. Illustrated for simplicity 26 the magnet unit 42 and the stator core 52 such that they are arranged linearly.
In der Struktur gemäß 26 weist der Stator 50 die Vorsprünge 142 als Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jeder zwischen jeweils zweien der Leiter 82 (d.h. den geraden Abschnitten 83) angeordnet ist, die in der Umlaufrichtung benachbart zueinander sind. Der Stator 50 ist mit den Vorsprüngen 350 ausgerüstet, von denen jeder magnetisch entlang einem der Magnetpole (d.h. einem N-Pol oder einem S-Pol) der Magneteinheit 42 arbeitet, wenn die Statorwicklung 51 erregt wird. Die Abschnitte 350 erstrecken sich in der Umlaufrichtung des Stators 50. Wenn jeder der Abschnitte 350 eine Länge Wn in der Umlaufrichtung des Stators 50 aufweist, die Summe der Breiten der Vorsprünge 142, die in einem Bereich dieser Länge Wn liegen (d.h. die Gesamtabmessung der Vorsprünge 412 in der Umlaufrichtung des Stators 50 in dem Bereich der Länge Wn) als Wt definiert ist, die Sättigungsmagnetflussdichte der Vorsprünge 412 als Bs definiert ist, eine Breite der Magneteinheit 42, die äquivalent zu einem der Magnetpole der Magneteinheit 42 ist, in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 als Wm definiert ist, und die Remanenzflussdichte in der Magneteinheit 42 als Br definiert ist, werden die Vorsprünge 142 aus einem magnetischen Material gebildet, die eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br ... (1) erfüllen.According to the structure 26 points the stator 50 the ledges 142 as conductor-to-conductor elements, each between each of two of the conductors 82 (ie the straight sections 83 ) is arranged, which are adjacent to each other in the circumferential direction. The stator 50 is with the ledges 350 equipped, each magnetically along one of the magnetic poles (ie, an N pole or an S pole) of the magnet unit 42 works when the stator winding 51 is excited. The sections 350 extend in the circumferential direction of the stator 50 . If each of the sections 350 a length Wn in the circumferential direction of the stator 50 has the sum of the widths of the protrusions 142 that are in an area of this length Wn lie (ie the total dimension of the protrusions 412 in the circumferential direction of the stator 50 in the range of length Wn ) as Wt is defined, the saturation magnetic flux density of the protrusions 412 as Bs is defined, a width of the magnet unit 42 , which is equivalent to one of the magnetic poles of the magnetic unit 42 is in the direction of rotation of the magnet unit 42 as World Cup is defined, and the remanent flux density in the magnet unit 42 as Br is defined, the protrusions 142 made of a magnetic material satisfying a relationship of Wt × Bs ≤ Wm × Br ... (1).
Der Bereich Wn ist derart definiert, dass er diejenigen von Leitergruppen 81 enthält, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind und die einander während der Erregung davon überlappen. Es ist zweckmäßig, dass eine Referenz (d.h. eine Grenze), die bei der Definition des Bereichs Wn verwendet wird, in die Mitte des Spalts 56 zwischen den Leitergruppen 81 gesetzt wird. Beispielsweise weisen in der in 26 veranschaulichten Struktur die Vielzahl der Leitergruppen 81, die in dem Bereich Wn liegen, erste, zweite, dritte und vierte Leitergruppen 81 auf, wobei die erste Leitergruppe 81 am nächsten an der magnetischen Mitte des N-Pols ist. Der Bereich Wn ist derart definiert, dass er die Gesamtheit dieser vier Leitergruppen 81 aufweist. Enden (d.h. äußere Grenzen) des Bereichs Wn sind derart definiert, dass sie in den Mitten der Spalte 56 liegen.The area Wn is defined in such a way that it is that of leader groups 81 includes which are arranged adjacent to each other in the circumferential direction and which overlap each other during excitation thereof. It is useful to have a reference (ie a limit) to help define the range Wn is used in the middle of the gap 56 between the leader groups 81 is set. For example, in the in 26 structure illustrated the multitude of leader groups 81 that in the area Wn lie, first, second, third and fourth leader groups 81 on, the first leader group 81 is closest to the magnetic center of the N pole. The area Wn is defined in such a way that it covers all of these four leader groups 81 having. Ends (ie, outer boundaries) of the range Wn are defined in the middle of the column 56 lie.
Gemäß 26 enthält der Bereich Wn die Hälfte des Vorsprungs 142 innerhalb jedes der Enden davon. Die Gesamtheit der vier Vorsprünge 142 liegt in dem Bereich Wn. Wenn die Breite von jedem der Vorsprünge 142 (d.h. einer Abmessung des Vorsprungs 142 in der Umlaufrichtung des Stators 50, anders ausgedrückt, ein Intervall zwischen den benachbarten Spulengruppen 81) als A definiert ist, erfüllt die Summe von Breiten Wt der Vorsprünge 142, die in dem Bereich Wn liegen, die Beziehung von: Wt = 1/2 A + A + A + A + 1/2 A = 4 A.According to 26 contains the area Wn half the lead 142 inside each of the ends of it. The entirety of the four tabs 142 lies in the area Wn . If the width of each of the protrusions 142 (ie a dimension of the protrusion 142 in the circumferential direction of the stator 50 In other words, an interval between the adjacent groups of coils 81 ) is defined as A, the sum of widths Wt the ledges 142 that in the area Wn the relationship of: Wt = 1/2 A + A + A + A + 1/2 A = 4 A.
Insbesondere sind die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Form von verteilten Wicklungen gebildet. In der Statorwicklung 51 ist die Anzahl der Vorsprünge 142 für jeden Pol der Magneteinheit 42, d.h. die Anzahl der Spalte 56 jeweils zwischen den benachbarten Leitergruppen 81, gewählt als „die Anzahl von Phasen × Q“, wobei Q die Anzahl der Leiter 82 für jede Phase ist, die in Kontakt mit dem Statorkern 52 platziert sind. Anders ausgedrückt ist in dem Fall, in dem die Leiter 82 in der radialen Richtung des Rotors 40 gestapelt sind, um jeweils die Leitergruppen 81 zu bilden, Q die Anzahl der inneren der Leiter 82 der Leitergruppen 81 für jede Phase. In diesem Fall werden, wenn die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51 in einer gegebenen Sequenz erregt werden, die Vorsprünge 142 für zwei der Drei-Phasen innerhalb jedes Pols magnetisch erregt. Die Gesamtumlaufrichtungsbreite Wt der Vorsprünge 142, die bei Erregung der Statorwicklung 51 erregt werden, innerhalb eines Bereichs jedes Pols der Magneteinheit 42 erfüllt daher eine Beziehung von „die Anzahl der erregten Phasen × Q × A = 2 × 2 × A“, wobei A die Breite von jedem der Vorsprünge 142 (d.h. des Spalts 56) in der Umlaufrichtung ist.In particular, the three-phase windings are the stator winding 51 formed in the form of distributed windings according to this embodiment. In the stator winding 51 is the number of protrusions 142 for each pole of the magnet unit 42 , ie the number of columns 56 between the neighboring conductor groups 81 , chosen as "the number of phases × Q", where Q is the number of conductors 82 for each phase that is in contact with the stator core 52 are placed. In other words, in the case where the ladder 82 in the radial direction of the rotor 40 are stacked around the conductor groups 81 to form Q the number of inner of the ladder 82 of the leader groups 81 for each phase. In this case, when the three-phase windings of the stator winding 51 in a given sequence, the protrusions are excited 142 magnetically excited for two of the three phases within each pole. The total orbital width Wt the ledges 142 that when the stator winding is excited 51 be excited within a range of each pole of the magnet unit 42 therefore satisfies a relationship of “the number of excited phases × Q × A = 2 × 2 × A”, where A is the width of each of the protrusions 142 (ie the gap 56 ) is in the direction of rotation.
Die Gesamtbreite Wt wird in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt. Zusätzlich sind die Vorsprünge 142 des Statorkerns 52 aus magnetischem Material gebildet, das die vorstehend beschriebene Gleichung (1) erfüllt. Die Gesamtbreite Wt wird ebenfalls als äquivalent zu einer Abmessung in Umlaufrichtung betrachtet, bei der erwartet wird, dass die relative magnetische Permeabilität größer als eins innerhalb jedes Pols ist. Die Gesamtbreite Wt kann alternativ als eine Breite in Umlaufrichtung der Vorsprünge 142 in jedem Pol mit einem gewissen Spielraum bestimmt werden. Insbesondere kann, da die Anzahl der Vorsprünge 142 für jeden Pol der Magneteinheit 42 durch die Anzahl der Phasen × Q gegeben ist, die Breite der Vorsprünge 142 in jedem Pol (d.h. die Gesamtbreite Wt) gegeben sein durch die Anzahl der
Phasen × Q × A = 3 × 2 × A = 6A.The total width Wt is determined in the manner described above. In addition, the protrusions 142 of the stator core 52 formed of magnetic material which satisfies the equation (1) described above. The total width Wt is also considered equivalent to a dimension in the orbital direction where the relative magnetic permeability is expected to be greater than one within each pole. The total width Wt can alternatively be as a width in the circumferential direction of the protrusions 142 can be determined in each pole with a certain margin. In particular, because of the number of protrusions 142 for each pole of the magnet unit 42 given by the number of phases × Q, the width of the protrusions 142 in each pole (ie the total width Wt ) given by the number of
Phases × Q × A = 3 × 2 × A = 6A.
Die verteilte Wicklung, wie sich hier darauf bezogen wird, bedeutet, dass es ein Paar von Polen (d.h. den N-Pol und den S-Pol) der Statorwicklung 51 für jedes Paar der Magnetpole gibt. Das Paar der Pole der Statorwicklung 51, wie sich hier darauf bezogen wird, ist aus den zwei geraden Abschnitten 83, in denen elektrischer Strom in entgegengesetzten Richtungen fließt, und der Windung 84 gebildet, die elektrisch diese miteinander verbindet. Es sei bemerkt, dass eine gesehnte bzw. schrittverkürzte Wicklung (short pitch winding) oder eine Durchmesserwicklung (full pitch winding) als ein Äquivalent der verteilten Wicklung betrachtet werden kann, solange wie diese die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt.The distributed winding, as referred to here, means that there is a pair of poles (ie the N pole and the S pole) of the stator winding 51 for each pair of magnetic poles there. The pair of poles of the stator winding 51 how it is referred to here is from the two straight sections 83 , in which electric current flows in opposite directions, and the winding 84 formed that electrically connects them together. It should be noted that a short pitch winding or a full pitch winding as an equivalent of the distributed one Winding can be considered as long as it meets the conditions described above.
Nachstehend ist der Fall einer konzentrierten Wicklung beschrieben. Die konzentrierte Wicklung, wie sich hier darauf bezogen wird, bedeutet, dass die Breite jedes Paars von Magnetpolen sich von derjenigen jedes Paars der Pole der Statorwicklung 51 unterscheidet. Ein Beispiel für die konzentrierte Wicklung weist eine Struktur auf, bei der es drei Leitergruppen 81 für jedes Paar der Magnetpole gibt, bei der es drei Leitergruppen 81 für zwei Paare von Magnetpolen gibt, bei der es neun Leitergruppen 81 für vier Paare von Magnetpolen gibt, oder bei der es neun Leitergruppen 81 für fünf Paare von Magnetpolen gibt.The case of a concentrated winding is described below. The concentrated winding, as referred to herein, means that the width of each pair of magnetic poles differs from that of each pair of the poles of the stator winding 51 differs. An example of the concentrated winding has a structure in which there are three conductor groups 81 for each pair of magnetic poles where there are three conductor groups 81 for two pairs of magnetic poles with nine conductor groups 81 for four pairs of magnetic poles, or where there are nine conductor groups 81 for five pairs of magnetic poles there.
In dem Fall, in dem die Statorwicklung 51 in der Form der konzentrierten Wicklung gebildet ist, wird, wenn die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51 in einer gegebenen Sequenz erregt werden, ein Abschnitt der Statorwicklung 51 für zwei Phasen erregt. Dies bewirkt eine magnetische Erregung der Vorsprünge 142 für zwei Phasen. Die Breite Wt in Umlaufrichtung der Vorsprünge 142, die bei Erregung der Statorwicklung magnetisch erregt werden, in einem Bereich jedes Pols der Magneteinheit 42 ist durch Wt = A × 2 gegeben. Die Breite Wt wird auf diese Weise bestimmt. Die Vorsprünge 142 sind aus magnetischem Material gebildet, das die vorstehend beschriebene Gleichung (1) erfüllt. In dem vorstehend beschriebenen Fall der konzentrierten Wicklung ist die Summe der Breiten der Vorsprünge 142, die in der Umlaufrichtung des Stators 50 innerhalb einer Region, die durch die Leitergruppen 81 für dieselbe Phase umgeben ist, als A definiert. Die Abmessung Wm in der konzentrierten Wicklung ist gegeben durch [gesamter Umlauf einer Oberfläche der Magneteinheit 42, die dem Luftspalt zugewandt ist] × [Anzahl der Phasen] ÷ [die Anzahl der verteilten Leitergruppen 81].In the case where the stator winding 51 is formed in the form of the concentrated winding, when the three-phase windings of the stator winding 51 a portion of the stator winding are excited in a given sequence 51 excited for two phases. This causes the projections to be magnetically excited 142 for two phases. The width Wt in the circumferential direction of the projections 142 , which are magnetically excited when the stator winding is excited, in a region of each pole of the magnet unit 42 is given by Wt = A × 2. The width Wt is determined in this way. The tabs 142 are made of magnetic material which satisfies the above-described equation (1). In the case of the concentrated winding described above, the sum of the widths of the protrusions 142 that in the circumferential direction of the stator 50 within a region by the leader groups 81 is surrounded for the same phase as A Are defined. The dimension World Cup in the concentrated winding is given by [total revolution of a surface of the magnet unit 42 facing the air gap] × [number of phases] ÷ [the number of conductor groups distributed 81 ].
Üblicherweise weist ein Neodym-Magnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet oder ein Ferrit-Magnet, dessen Wert von BH höher als oder gleich wie 20 [MGOe (kJ / m3)] ein Bd = 1,0 T oder mehr auf. Eisen weist Br = 2,0 T oder mehr auf. Die Vorsprünge 142 des Statorkerns 52 können daher aus magnetischem Material gebildet sein, das eine Beziehung von Wt < 1/2 × Wm erfüllt, um einen Hochleistungsmotor zu verwirklichen.Usually a neodymium magnet, a samarium-cobalt magnet or a ferrite magnet has a value of bra higher than or equal to 20 [MGOe (kJ / m 3 )] a Bd = 1.0 T or more. Iron has Br = 2.0 T or more. The tabs 142 of the stator core 52 can therefore be made of magnetic material that satisfies a relationship of Wt <1/2 × Wm to realize a high performance motor.
In einem Fall, in dem jeder der Leiter 82, wie später beschrieben ist, mit einer äußeren Beschichtungsschicht 182 ausgerüstet ist, können die Leiter 82 in der Umlaufrichtung des Statorkerns mit den äußeren Beschichtungsschichten 182 in Kontakt miteinander versetzt angeordnet werden. In diesem Fall kann die Breite Wt als Null oder als äquivalent zu der Dicke der äußeren Beschichtungsschichten 182 der Leiter 82 betrachtet werden, die einander berühren.In a case where each of the leaders 82 , as described later, with an outer coating layer 182 the ladder 82 in the circumferential direction of the stator core with the outer coating layers 182 placed in contact with each other. In this case, the width Wt as zero or equivalent to the thickness of the outer coating layers 182 the leader 82 be considered that touch each other.
Die in 25 oder 26 veranschaulichte Struktur ist derart entworfen, dass sie Leiter-zu-Leiter-Elemente (d.h. die Vorsprünge 142) aufweist, deren Größe zu klein für den durch den Magneten produzierten Magnetfluss in dem Rotor 40 ist. Der Rotor 40 wird durch einen Oberflächenpermanentmagnetrotor verwirklicht, der eine flache Oberfläche und eine niedrige Induktivität aufweist, und weist keine Schenkelpole im Hinblick auf einen magnetischen Widerstandswert auf. Eine derartige Struktur ermöglicht eine Verringerung der Induktivität des Stators 50, wodurch ein Risiko für eine Verzerrung des Magnetflusses reduziert wird, die durch die Schaltzeitlücke in der Statorwicklung 51 verursacht wird, was die elektrische Erosion der Lager 21 und 22 minimiert.In the 25th or 26 The illustrated structure is designed to have wire-to-wire elements (ie the protrusions 142 ) whose size is too small for the magnetic flux produced by the magnet in the rotor 40 is. The rotor 40 is realized by a surface permanent magnet rotor, which has a flat surface and a low inductance, and has no salient poles with regard to a magnetic resistance value. Such a structure enables the inductance of the stator to be reduced 50 , which reduces a risk of magnetic flux distortion caused by the switching time gap in the stator winding 51 what causes the electrical erosion of the bearings 21 and 22 minimized.
MODIFIKATION 2MODIFICATION 2
Der Stator 50, der mit den Leiter-zu-Leiter-Elementen ausgerüstet ist, die gebildet sind, um die vorstehend beschriebene Gleichung zu erfüllen, kann entworfen sein, die nachfolgende Struktur aufzuweisen. Gemäß 27 ist der Statorkern 52 mit den Zähnen 143 als Leiter-zu-Leiter-Elemente ausgerüstet, die in einem äußeren Umfangsabschnitt (einem oberen Abschnitt, wie in der Zeichnung betrachtet) des Statorkerns 52 geformt sind. Die Zähne 143 springen von dem Joch 141 vor und sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Statorkerns 52 angeordnet. Jeder der Zähne 143 weist eine Dicke auf, die identisch zu derjenigen der Leitergruppe 81 in der radialen Richtung ist. Die Zähne 143 weisen Seitenoberflächen auf, die in Kontakt mit den Leitern 82 der Leitergruppen 81 versetzt sind. Die Zähne 143 können alternativ von den Leitern 82 über Spalte beabstandet sein.The stator 50 equipped with the wire-to-wire elements formed to satisfy the equation described above can be designed to have the following structure. According to 27 is the stator core 52 with teeth 143 equipped as conductor-to-conductor elements in an outer peripheral portion (an upper portion as viewed in the drawing) of the stator core 52 are shaped. The teeth 143 jump from the yoke 141 before and are away from each other in the circumferential direction of the stator core at a given interval 52 arranged. Each of the teeth 143 has a thickness identical to that of the conductor group 81 in the radial direction. The teeth 143 have side surfaces in contact with the conductors 82 of the leader groups 81 are offset. The teeth 143 can alternatively from the ladders 82 be spaced apart by gaps.
Die Zähne 143 sind geformt, eine beschränkte Breite in der Umlaufrichtung aufzuweisen. Insbesondere weist jeder der Zähne 143 einen Statorzahn auf, der sehr dünn für das Volumen der Magnete ist. Eine derartige Struktur der Zähne 143 dient zur Erzielung einer Sättigung durch den durch den Magneten produzierten Magnetfluss bei 1,8 T oder mehr, um die Permeabilität zu reduzieren, wodurch die Induktivität verringert wird.The teeth 143 are shaped to have a limited width in the circumferential direction. In particular, each of the teeth has 143 a stator tooth that is very thin for the volume of the magnets. Such a structure of the teeth 143 serves to achieve saturation by the magnetic flux produced by the magnet at 1.8 T or more to reduce permeability, thereby reducing inductance.
Wenn eine Oberflächenfläche der Magnetflusseinwirkungsoberfläche der Magneteinheit 42, die dem Stator 50 zugewandt ist, für jeden Pol als Sm definiert ist und eine Remanenzflussdichte der Magneteinheit 42 als Br definiert ist, wird der Magnetfluss in der Magneteinheit 42 Sm × Br sein. Eine Oberflächenfläche von jedem der Zähne 143, die dem Rotor 40 zugewandt sind, ist als St definiert. Die Anzahl der Leiter 83 für jede Phase ist als m definiert. Wenn die Zähne 143 für zwei Phasen innerhalb eines Bereichs von einem Pol bei Erregung der Statorwicklung 51 magnetisch erregt werden, ist der Magnetfluss in dem Stator 50 ausgedrückt durch St × m × 2 × Bs. Die Verringerung der Induktivität kann erzielt werden, indem die Abmessungen der Zähne 143 derart ausgewählt werden, dass die folgende Beziehung erfüllt wird:
When a surface area of the magnetic flux acting surface of the magnet unit 42 that the stator 50 facing, is defined as Sm for each pole and a remanent flux density of the magnet unit 42 as Br is defined, the magnetic flux in the magnet unit 42 Sm × Br. A surface area of each of the teeth 143 that the rotor 40 facing is defined as St. The number of conductors 83 for each phase is defined as m. If the teeth 143 for two phases within a range from a pole when the stator winding is excited 51 magnetically excited, is the magnetic flux in the stator 50 expressed by St × m × 2 × Bs. The reduction in inductance can be achieved by the dimensions of the teeth 143 be selected such that the following relationship is satisfied:
In einem Fall, in dem die Abmessung der Magneteinheit 42 identisch zu derjenigen des Zahns 143 in der axialen Richtung ist, kann die vorstehend beschriebene Gleichung (2) als eine Gleichung (3) umgeschrieben werden mit Wst × m × 2 × Bs < Wm × Br, wobei Wm die Umlaufbreite der Magneteinheit 42 für jeden Pol ist und Wst die Umlaufbreite der Zähne 143 ist. Beispielsweise wird, wenn Bs = 2 T, Br = 1 T und m = 2 gilt, die Gleichung (3) Wst < Wm/8 sein. In diesem Fall kann die Verringerung der Induktivität erzielt werden, indem die Breite Wst der Zähne 143 derart ausgewählt wird, dass sie kleiner als ein Achtel (1/8) der Breite Wm der Magneteinheit 42 für einen Pol ist. Wenn m eins ist, wird die Breite Wst der Zähne 143 vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie kleiner als ein Viertel (1/4) der Breite Wm der Magneteinheit 42 für einen Pol ist.In a case where the dimension of the magnet unit 42 identical to that of the tooth 143 in the axial direction, the above-described equation (2) can be rewritten as an equation (3) with Wst × m × 2 × Bs <Wm × Br, where World Cup the orbital width of the magnet unit 42 for each pole is the circumferential width of the teeth 143 is. For example, if Bs = 2 T, Br = 1 T, and m = 2, the equation (3) will be Wst <Wm / 8. In this case, the reduction in inductance can be achieved by the width Wst of the teeth 143 is selected to be less than one eighth ( 1/8 ) the width World Cup the magnet unit 42 for a pole. If m is one, the width wst of the teeth 143 preferably selected to be less than a quarter ( 1/4 ) the width World Cup the magnet unit 42 for a pole.
„Wst × m × 2“ in der Gleichung (3) entspricht einer Umlaufbreite der Zähne 143, die bei Erregung der Statorwicklung 51 magnetisch erregt werden, in einem Bereich von einem Pol der Magneteinheit 42.“Wst × m × 2” in equation (3) corresponds to an orbital width of the teeth 143 that when the stator winding is excited 51 be magnetically excited in a range of one pole of the magnet unit 42 .
Die Struktur gemäß 27 ist, wie gemäß 25 und 26, mit den Leiter-zu-Leiter-Elementen (d.h. den Zähnen 143) ausgerüstet, die eine sehr geringe Größe für den durch den Magneten produzierten Magnetfluss in dem Rotor 40 aufweisen. Eine derartige Struktur ist in der Lage, die Induktivität des Stators 50 zu reduzieren, um ein Risiko für eine Verzerrung des Magnetflusses aufgrund der Schaltzeitlücke in der Statorwicklung 51 zu beheben, was die Wahrscheinlichkeit der elektrischen Erosion der Lager 21 und 22 minimiert. Es sei bemerkt, dass die Definitionen der Parameter, wie Wt, Wn, A und Bs, die mit dem Stator 50 verknüpft sind, oder Parameter, wie Wm und Br, die mit der Magneteinheit 42 verknüpft sind, sich auf diejenigen gemäß der vorstehend beschriebenen Modifikation 1 beziehen können.The structure according to 27 is how according to 25th and 26 , with the wire-to-wire elements (ie the teeth 143 ), which is a very small size for the magnetic flux produced by the magnet in the rotor 40 exhibit. Such a structure is able to control the inductance of the stator 50 reduce to a risk of distortion of the magnetic flux due to the switching time gap in the stator winding 51 fix what the likelihood of electrical erosion of the bearings 21 and 22 minimized. It should be noted that the definitions of the parameters, such as Wt , Wn , A and Bs that with the stator 50 are linked, or parameters like World Cup and Br that with the magnet unit 42 are linked, can refer to those according to modification 1 described above.
MODIFIKATION 3MODIFICATION 3
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel weist die Dichtungselemente 57 auf, die die Statorwicklung 51 abdecken und eine Region einschließlich aller Leitergruppen 81 radial außerhalb des Statorkerns 52 belegen, anders ausgedrückt in einer Region liegen, in der die Dicke der Dichtungselemente 57 größer als diejenige der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung ist. Diese Anordnung der Dichtungselemente 57 kann geändert werden. Beispielsweise können die Dichtungselemente 57, wie es in 28 veranschaulicht ist, derart entworfen sein, dass die Leiter 82 teilweise nach außerhalb der Dichtungselemente 57 vorspringen. Insbesondere sind die Dichtungselemente 57 derart angeordnet, dass Abschnitte der Leiter 82, die radial äußerste Abschnitte der Leitergruppen 81 sind, nach außerhalb der Dichtungselemente 57 zu dem Stator 50 hin freigelegt sind. In diesem Fall kann die Dicke der Dichtungselemente 57 in der radialen Richtung identisch zu oder kleiner als diejenige der Leitergruppen 81 sein.The embodiment described above has the sealing elements 57 on the the stator winding 51 cover and a region including all leader groups 81 radially outside the stator core 52 prove, in other words, in a region in which the thickness of the sealing elements 57 larger than that of the leader groups 81 in the radial direction. This arrangement of the sealing elements 57 can be changed. For example, the sealing elements 57 as it is in 28 is illustrated, designed such that the ladder 82 partly to the outside of the sealing elements 57 project. In particular, the sealing elements 57 arranged such that sections of the ladder 82 , the radially outermost sections of the conductor groups 81 are outside the sealing elements 57 to the stator 50 are exposed. In this case, the thickness of the sealing elements 57 in the radial direction identical to or smaller than that of the conductor groups 81 be.
MODIFIKATION 4MODIFICATION 4
Der Stator 50 kann, wie es in 29 veranschaulicht ist, derart entworfen sein, da er nicht die Dichtungselemente 57 aufweist, die die Leitergruppen 81, d.h. die Statorwicklung 51, abdecken. In diesem Fall wird ein Spalt zwischen den benachbarten Leitergruppen 81, die in der Umlaufrichtung angeordnet sind, ohne ein Leiter-zu-Leiter-Element dazwischen erzeugt. Anders ausgedrückt wird kein Leiter-zu-Leiter-Element zwischen den in der Umlaufrichtung angeordneten Leitergruppen 81 angeordnet. Luft kann in den Spalten zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sein. Die Luft kann als ein nichtmagnetisches Element oder ein Äquivalent davon betrachtet werden, dessen Bs Null (0) ist.The stator 50 can like it in 29 is designed to be designed as it does not have the sealing elements 57 which has the leader groups 81 , ie the stator winding 51 , cover. In this case there will be a gap between the adjacent conductor groups 81 which are arranged in the circumferential direction without a conductor-to-conductor element in between. In other words, no conductor-to-conductor element between the conductor groups arranged in the circumferential direction 81 arranged. Air can escape in the gaps between the conductor groups 81 be arranged. The air can be considered as a non-magnetic element or an equivalent thereof Bs Zero ( 0 ) is.
MODIFIKATION 5MODIFICATION 5
Die Leiter-zu-Leiter-Elemente des Stators 50 können aus einem anderen nichtmagnetischen Material als Harz gebildet sein. Beispielsweise kann ein nichtmetallisches Material wie SUS304, das ein austenitischer rostfreier Stahl ist, verwendet werden.The conductor-to-conductor elements of the stator 50 can be formed from a non-magnetic material other than resin. For example, a non-metallic material such as SUS304, which is an austenitic stainless steel, can be used.
MODIFIKATION 6MODIFICATION 6
Der Stator 50 kann entworfen sein, den Statorkern 52 nicht aufzuweisen. Insbesondere ist der Stator 50 aus der in 12 gezeigten Statorwicklung 51 gebildet. Die Statorwicklung 51 des Stators 50 kann mit einem Dichtungselement abgedeckt werden. Der Stator 50 kann alternativ entworfen sein, eine ringförmige Wicklungsfesthalteeinrichtung, die aus einem nichtmagnetischen Material wie einem synthetischen Harz gebildet ist, anstelle des Statorkerns 52, der aus weichmagnetischem Material gebildet ist, aufzuweisen.The stator 50 can be designed the stator core 52 not to show. In particular, the stator 50 from the in 12th stator winding shown 51 educated. The stator winding 51 of the stator 50 can be covered with a sealing element. The stator 50 may alternatively be designed, an annular coil retainer made of a non-magnetic material such as a synthetic resin instead of the stator core 52 , which is formed from soft magnetic material.
MODIFIKATION 7MODIFICATION 7
Die Struktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet die Magnete 91 und 92, die in der Umlaufrichtung angeordnet sind, um die Magneteinheit 42 des Rotors 40 zu bilden. Die Magneteinheit 42 kann unter Verwendung eines ringförmigen Permanentmagneten gebildet werden. Beispielsweise ist, wie es in 30 veranschaulicht ist, ein ringförmiger Magnet 95 an einem radial inneren Umfang des Zylinders 43 der Magnethalteeinrichtung 41 gesichert. Der ringförmige Magnet 95 ist mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Magnetpolen ausgerüstet, deren Polaritäten abwechselnd in der Umlaufrichtung des ringförmigen Magneten 95 angeordnet sind. Der Magnet 95 liegt einstückig sowohl auf der d-Achse als auch auf der q-Achse. Der ringförmige Magnet 95 weist eine magnetische Ausrichtung, die in der radialen Richtung auf der d-Achse jedes Magnetpols gerichtet ist, und eine magnetische Ausrichtung auf, die in der Umlaufrichtung auf der q-Achse zwischen den Magnetpolen gerichtet ist, wodurch bogenförmige Magnetpfade erzeugt werden.The structure according to the first embodiment uses the magnets 91 and 92 which are arranged in the circumferential direction to the magnet unit 42 of the rotor 40 to build. The magnet unit 42 can be made using an annular Permanent magnets are formed. For example, as it is in 30th an annular magnet is illustrated 95 on a radially inner circumference of the cylinder 43 the magnetic holding device 41 secured. The ring-shaped magnet 95 is equipped with a large number of different magnetic poles, the polarities of which alternate in the direction of rotation of the ring-shaped magnet 95 are arranged. The magnet 95 lies in one piece on both the d-axis and the q-axis. The ring-shaped magnet 95 has a magnetic orientation directed in the radial direction on the d-axis of each magnetic pole and a magnetic orientation directed in the circumferential direction on the q-axis between the magnetic poles, thereby generating arcuate magnetic paths.
Der ringförmige Magnet 95 kann entworfen sein, eine leichte Achse der Magnetisierung, die parallel oder fast parallel zu der d-Achse gerichtet ist, nahe der d-Achse aufzuweisen, und ebenfalls eine leichte Achse der Magnetisierung, die senkrecht oder fast senkrecht zu der q-Achse gerichtet ist, nahe der q-Achse aufzuweisen, wodurch die bogenförmigen Magnetpfade erzeugt werden.The ring-shaped magnet 95 can be designed to have an easy axis of magnetization directed parallel or almost parallel to the d-axis near the d-axis, and also an easy axis of magnetization directed perpendicular or almost perpendicular to the q-axis to have near the q axis, thereby creating the arcuate magnetic paths.
MODIFIKATION 8MODIFICATION 8
Diese Modifikation unterscheidet sich im Betrieb der Steuerungseinrichtung 110 gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel oder den Modifikationen. Nachstehend sind lediglich Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.This modification differs in the operation of the control device 110 compared to the embodiment described above or the modifications. Only differences from the first embodiment are described below.
Nachstehend sind unter Bezugnahme auf 31 die Betriebe der in 20 veranschaulichten Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 116 und 126 und der in 21 veranschaulichten Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 130a und 130b beschrieben. Die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 116, 126, 130a und 130b ausgeführten Betriebe sind im Wesentlichen identisch zueinander. Daher ist nachstehend der Einfachheit halber lediglich der Betrieb der Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 beschrieben.Below are with reference to 31 the establishments of the in 20th illustrated operating signal generating devices 116 and 126 and the in 21 illustrated operating signal generating devices 130a and 130b described. The by the operating signal generating devices 116 , 126 , 130a and 130b Established companies are essentially identical to one another. Therefore, for the sake of simplicity, only the operation of the operating signal generating device is below 116 described.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 weist eine Trägererzeugungseinrichtung 116a, einen U-Phasen-Vergleicher 116bU, einen V-Phasen-Vergleicher 116bV und einen W-Phasen-Vergleicher 116bW auf. Die Trägererzeugungseinrichtung 116a erzeugt das Trägersignal SigC in der Form eines Dreieckwellensignals und gibt es aus.The operating signal generating device 116 has a carrier generating device 116a , a U-phase comparator 116bU , a V-phase comparator 116bV and a W-phase comparator 116bW on. The carrier generation device 116a generates the carrier signal SigC in the form of a triangular wave signal and outputs it.
Die U-, V- und W-Phasen-Vergleicher 116bU, 116bV und 116bW empfangen das von der Trägererzeugungseinrichtung 116a ausgegebene Trägersignal SigC und die durch die Drei-Phasen-Umwandlungseinrichtung 115 produzierten U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen. Die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen werden beispielsweise in der Form einer Sinuswelle produziert und um 120° in der elektrischen Phase zueinander versetzt ausgegeben.The U, V and W phase comparators 116bU , 116bV and 116bW receive this from the carrier generating device 116a output carrier signal SigC and that by the three-phase converter 115 produced U, V and W phase command voltages. The U-, V- and W-phase command voltages are produced, for example, in the form of a sine wave and output at 120 ° to one another in the electrical phase.
Die U-, V- und W-Phasen-Vergleicher 116bU, 116bV und 116bW vergleichen die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen mit dem Trägersignal SigC, um Betriebssignale für die Schalter Sp und Sn der oberen und unteren Zweige in dem ersten Wechselrichter 101 für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen unter einer PWM- (Pulsbreitenmodulations-) Steuerung zu erzeugen. Insbesondere arbeitet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 zur Erzeugung von Betriebssignalen für die Schalter Sp und Sn der oberen und unteren Zweige für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen unter der PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel des Trägersignals SigC. Die Ansteuerungseinrichtung 117 spricht auf die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 ausgegebenen Betriebssignale an, um die Schalter Sp und Sn in dem ersten Wechselrichter 101 für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen ein- oder auszuschalten.The U, V and W phase comparators 116bU , 116bV and 116bW compare the U, V and W phase command voltages with the carrier signal SigC to provide operating signals for the switches Sp and Sn of the upper and lower branches in the first inverter 101 for the U, V and W phase windings under PWM (Pulse Width Modulation) control. In particular, the operating signal generating device works 116 for generating operating signals for the switches Sp and Sn of the upper and lower branches for the U, V and W phase windings under PWM control on the basis of a comparison of signal levels obtained by normalizing the U, V and W-phase command voltages are derived using the power supply voltage, with a level of the carrier signal SigC. The control device 117 speaks to that by the operating signal generating device 116 output operating signals to the switches Sp and Sn in the first inverter 101 for the U, V and W phase windings on or off.
Die Steuerungseinrichtung 110 ändert die Trägerfrequenz fc des Trägersignals SigC, d.h. eine Schaltfrequenz für jeden der Schalter Sp und Sn. Die Trägerfrequenz fc wird derart geändert, dass sie in einem Niedrigdrehmomentbereich oder einem Hochgeschwindigkeitsbereich in der rotierenden elektrischen Maschine 10 höher ist, und dass sie alternativ in einem Hochdrehmomentbereich in der rotierenden elektrischen Maschine 10 niedriger ist. Diese Änderung wird erzielt, um eine Verschlechterung bei der Leichtigkeit der Steuerung des durch jede der U-, V- und W-Phasen-Wicklungen fließenden elektrischen Stroms zu minimieren.The control device 110 changes the carrier frequency fc of the carrier signal SigC, ie a switching frequency for each of the switches Sp and Sn. The carrier frequency fc is changed to be in a low torque range or a high speed range in the rotating electrical machine 10th is higher and that it is alternatively in a high torque range in the rotating electrical machine 10th is lower. This change is made to minimize deterioration in the ease of control of the electric current flowing through each of the U, V and W phase windings.
Kurz gesagt dient die kernlose Struktur des Stators 50 zum Reduzieren der Induktivität des Stators 50. Die Reduktion der Induktivität führt üblicherweise zu einer Verringerung der elektrischen Zeitkonstante in der rotierenden elektrischen Maschine 10. Dies führt zu einem Risiko, dass Welligkeit von Strom, der durch jede der Phasenwicklungen fließt, erhöht werden kann, was zu einer Verschlechterung bei der Leichtigkeit der Steuerung des durch die Phasenwicklung fließenden Stroms führt, was eine Steuerungsabweichung verursacht. Die nachteiligen Wirkungen der vorstehend beschriebenen Verschlechterung bei der Leichtigkeit der Steuerung werden üblicherweise höher, wenn der Strom (beispielsweise ein Effektivwert des Stroms), der durch die Wicklung fließt, in einem Niedrigstrombereich liegt, als wenn der Strom in einem Hochstrombereich liegt. Zur Behebung eines derartigen Problems ist die Steuerungseinrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel entworfen, die Trägerfrequenz fc zu ändern.In short, the coreless structure of the stator serves 50 to reduce the inductance of the stator 50 . The reduction in the inductance usually leads to a reduction in the electrical time constant in the rotating electrical machine 10th . This leads to a risk that ripple of current flowing through each of the phase windings can be increased, resulting in deterioration in the ease of control of the current flowing through the phase winding, which causes a control deviation. The adverse effects of the deterioration in the ease of control described above tend to be higher when the current (for example, an effective value of the current) flowing through the winding is in a low current range than when the current is in a high current range. The control device is used to remedy such a problem 110 designed according to this embodiment to change the carrier frequency fc.
Wie die Trägerfrequenz fc zu ändern ist, ist nachstehend unter Bezugnahme auf 32 beschrieben. Dieser Betrieb der Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 wird durch die Steuerungseinrichtung 110 zyklisch zu einem gegebenen Intervall ausgeführt.How to change the carrier frequency fc is below with reference to FIG 32 described. This operation of the operating signal generating device 116 is by the control device 110 executed cyclically at a given interval.
Zunächst wird in Schritt S10 bestimmt, ob der durch jede der Drei-Phasen- Wicklungen 51a fließende elektrische Strom in dem Niedrigstrombereich liegt. Diese Bestimmung wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob das jetzt durch die rotierende elektrische Maschine 10 produzierte Drehmoment in dem Niedrigdrehmomentbereich liegt. Eine derartige Bestimmung kann entsprechend einem ersten Verfahren oder einem zweiten Verfahren, die nachstehend beschrieben sind, erzielt werden.First in step S10 determines whether the through each of the three-phase windings 51a flowing electrical current is in the low current range. This determination is made to determine whether this is now due to the rotating electrical machine 10th produced torque is in the low torque range. Such a determination can be made according to a first method or a second method described below.
ERSTES VERFAHRENFIRST PROCEDURE
Der geschätzte Drehmomentwert der rotierenden elektrischen Maschine 10 wird unter Verwendung des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 112 umgewandelt werden, berechnet. Wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Drehmomentwert niedriger als ein Drehmomentschwellwert ist, wird daraus geschlossen, dass der durch die Wicklung 51a fließende Strom in dem Niedrigstrombereich liegt. Wenn alternativ dazu bestimmt wird, dass der geschätzte Drehmomentwert höher als oder gleich wie der Drehmomentschwellwert ist, wird daraus geschlossen, dass der Strom in dem Hochstrombereich liegt. Der Drehmomentschwellwert ist beispielsweise derart ausgewählt, dass er die Hälfte des Ausmaßes eines Startdrehmoments (das ebenfalls als verriegeltes Rotordrehmoment bezeichnet ist) in der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist.The estimated torque value of the rotating electrical machine 10th is made using the d-axis current and the q-axis current by the dq converter 112 be converted, calculated. If it is determined that the estimated torque value is less than a torque threshold, it is concluded that that by the winding 51a flowing current is in the low current range. Alternatively, if it is determined that the estimated torque value is greater than or equal to the torque threshold, it is concluded that the current is in the high current range. For example, the torque threshold is selected such that it is half the magnitude of a starting torque (which is also referred to as locked rotor torque) in the rotating electrical machine 10th is.
ZWEITES VERFAHRENSECOND PROCEDURE
Wenn bestimmt wird, dass ein durch einen Winkelsensor gemessener Drehwinkel des Rotors 40 höher als oder gleich wie ein Geschwindigkeitsschwellwert ist, wird bestimmt, dass der durch die Wicklung 51a fließende Strom in dem Niedrigstrombereich liegt, das heißt, in dem Hochgeschwindigkeitsbereich. Der Geschwindigkeitsschwellwert kann derart ausgewählt sein, dass er eine Drehgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist, wenn ein durch die rotierende elektrische Maschine 10 produziertes maximales Drehmoment gleich dem Drehmomentschwellwert ist.If it is determined that an angle of rotation of the rotor measured by an angle sensor 40 is higher than or equal to a speed threshold, it is determined that by the winding 51a flowing current is in the low current range, that is, in the high speed range. The speed threshold value can be selected such that it is a rotational speed of the rotating electrical machine 10th is when a by the rotating electrical machine 10th maximum torque produced is equal to the torque threshold.
Wenn in Schritt S10 eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Strom in dem Hochstrombereich liegt, geht die Routine zu Schritt S11 über, wobei die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt wird.If in step S10 If a NO answer is received, which means that the current is in the high current range, the routine goes to step S11 above, the carrier frequency fc being set to the first frequency fL.
Wenn alternativ dazu in Schritt S10 eine JA-Antwort erhalten wird, geht die Routine zu Schritt S12 über, wobei die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt wird, die höher als die erste Frequenz fL ist.Alternatively, in step S10 if a YES answer is received, the routine goes to step S12 above, the carrier frequency fc being set to the second frequency fH, which is higher than the first frequency fL.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird, wenn der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen fließende Strom in dem Niedrigstrombereich liegt, die Trägerfrequenz fc derart ausgewählt, dass sie höher als diejenige ist, wenn der Strom in dem Hochstrombereich liegt. Die Schaltfrequenz für die Schalter Sp und Sn wird daher in dem Niedrigstrombereich erhöht, wodurch ein Anstieg in der Stromwelligkeit minimiert wird, um die Stabilität bei der Steuerung des Stroms zu gewährleisten.As is apparent from the above description, when the current flowing through each of the three-phase windings is in the low current range, the carrier frequency fc is selected to be higher than that when the current is in the high current range. The switching frequency for the switches Sp and Sn is therefore increased in the low current range, thereby minimizing an increase in the current ripple to ensure the stability in the control of the current.
Wenn der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen fließende Strom in dem Hochstrombereich liegt, wird die Trägerfrequenz fc derart ausgewählt, dass sie niedriger als diejenige ist, wenn der Strom in dem Hochstrombereich liegt. Der durch die Wicklung fließende Strom in dem Hochstrombereich weist üblicherweise eine Amplitude auf, die größer als diejenige ist, wenn der Strom in dem Niedrigstrombereich liegt, so dass der Anstieg der Stromwelligkeit aufgrund der Reduktion der Induktivität eine geringe Auswirkung auf die Leichtigkeit der Steuerung des Stroms aufweist. Es ist daher möglich, die Trägerfrequenz fc in dem Hochstrombereich derart einzustellen, dass sie niedriger als diejenige in dem Niedrigstrombereich ist, wodurch ein Schaltverlust in den Wechselrichtern 101 und 102 reduziert wird.When the current flowing through each of the three-phase windings is in the high current range, the carrier frequency fc is selected to be lower than that when the current is in the high current range. The current flowing through the winding in the high current range usually has an amplitude greater than that when the current is in the low current range, so that the increase in current ripple due to the reduction in inductance has little effect on the ease of current control having. It is therefore possible to set the carrier frequency fc in the high current range to be lower than that in the low current range, causing switching loss in the inverters 101 and 102 is reduced.
Diese Modifikation kann die nachfolgenden Modi verwirklichen.This modification can implement the following modes.
Wenn in Schritt S10 in 32 eine JA-Antwort erhalten wird, wenn die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt ist, kann die Trägerfrequenz fc allmählich von der ersten Frequenz fL auf die zweite Frequenz fH geändert werden.If in step S10 in 32 a YES answer is obtained, when the carrier frequency fc is set to the first frequency fL, the carrier frequency fc can be gradually changed from the first frequency fL to the second frequency fH.
Alternativ dazu kann, wenn in Schritt S10 eine NEIN-Antwort erhalten wird, wenn die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt ist, die Trägerfrequenz fc allmählich von der zweiten Frequenz fH auf die erste Frequenz fL geändert werden.Alternatively, if in step S10 a NO response is obtained when the carrier frequency fc is set to the second frequency fH, the carrier frequency fc is gradually changed from the second frequency fH to the first frequency fL.
Die Betriebssignale für die Schalter können alternativ unter Verwendung von SVM (Raumvektormodulation (Space Vector Modulation)) anstelle von PWM erzeugt werden. Die vorstehend beschriebene Änderung der Schaltfrequenz kann ebenfalls durchgeführt werden.The operating signals for the switches can alternatively be generated using SVM (Space Vector Modulation) instead of PWM. The one described above The switching frequency can also be changed.
MODIFIKATION 9MODIFICATION 9
Gemäß jedem Ausführungsbeispiel sind zwei Paare von Leitern, die die Leitergruppen 81 für jede Phase bauen, wie es in 33(a) veranschaulicht ist, parallel zueinander angeordnet. 33(a) zeigt eine Darstellung, die eine elektrische Verbindung der ersten und zweiten Leiter 88a und 88b veranschaulicht, die die zwei Paare von Leitern sind. Die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b können alternativ, wie es in 33(b) veranschaulicht ist, im Gegensatz zu der Verbindung gemäß 33(a) in Reihe miteinander verbunden sein.According to each embodiment, there are two pairs of conductors that make up the conductor groups 81 build for each phase as it is in 33 (a) is illustrated, arranged parallel to each other. 33 (a) shows a diagram showing an electrical connection of the first and second conductors 88a and 88b illustrates which are the two pairs of conductors. The first and second leaders 88a and 88b can alternatively like it in 33 (b) is illustrated, in contrast to the connection according to 33 (a) be connected in series.
Drei oder mehr Paare von Leitern können in der Form von mehreren Schichten gestapelt werden. 34 veranschaulicht vier Paare von Leitern: erste bis vierte Leiter 88a bis 88d, die gestapelt sind. Der erste Leiter 88a, der zweite Leiter 88b, der dritte Leiter 88c und der vierte Leiter 88d sind in dieser Reihenfolge von dem Statorkern 52 in der radialen Richtung angeordnet.Three or more pairs of conductors can be stacked in the form of multiple layers. 34 illustrates four pairs of leaders: first to fourth leaders 88a to 88d that are stacked. The first leader 88a , the second leader 88b , the third leader 88c and the fourth leader 88d are from the stator core in that order 52 arranged in the radial direction.
Die dritten und vierten Leiter 88c und 88d sind, wie es in 33(c) veranschaulicht ist, parallel zueinander verbunden. Der erste Leiter 88a ist mit einem der Verbindungspunkte der dritten und vierten Leiter 88c und 88d verbunden. Der zweite Leiter 88b ist mit dem anderen Verbindungspunkt der dritten und vierten Leiter 88c und 88d verbunden. Die Parallelverbindung der Leiter führt üblicherweise zu einer Verringerung der Stromdichte dieser Leiter, wodurch thermische Energie, die bei Speisung der Leiter erzeugt wird, minimiert wird. Dementsprechend sind in der Struktur, bei der eine zylindrische Statorwicklung in einem Gehäuse (d.h. der Einheitsbasis 61) mit dem darin geformten Kühlpfad 74 eingebaut ist, die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b, die nicht parallel zueinander verbunden sind, nahe an dem Statorkern 52 angeordnet, der in Kontakt mit der Einheitsbasis 61 platziert ist, wohingegen die dritten und vierten Leiter 88c und 88d, die parallel zueinander verbunden sind, weiter weg von dem Statorkern 52 angeordnet sind. Diese Anordnung gleicht die Kühlfähigkeit der Leiter 88a bis 88d, die in der Form von mehreren Schichten gestapelt sind, aus.The third and fourth leaders 88c and 88d are like it in 33 (c) is illustrated, connected in parallel. The first conductor 88a is with one of the connection points of the third and fourth conductors 88c and 88d connected. The second leader 88b is the third and fourth conductors with the other connection point 88c and 88d connected. The parallel connection of the conductors usually leads to a reduction in the current density of these conductors, as a result of which thermal energy which is generated when the conductors are supplied is minimized. Accordingly, in the structure in which a cylindrical stator winding in a housing (ie the unit base 61 ) with the cooling path formed in it 74 is installed, the first and second conductors 88a and 88b that are not connected in parallel to each other, close to the stator core 52 arranged in contact with the unit base 61 is placed, whereas the third and fourth conductors 88c and 88d connected in parallel to each other further from the stator core 52 are arranged. This arrangement equalizes the cooling ability of the conductors 88a to 88d that are stacked in the form of multiple layers.
Die Leitergruppe 81 mit den ersten bis vierten Leitern 88a bis 88d kann eine Dicke in der radialen Richtung aufweisen, die kleiner als eine Umlaufbreite der Leitergruppen 81 für eine Phase innerhalb einer Region eines Pols ist.The leader group 81 with the first to fourth conductors 88a to 88d can have a thickness in the radial direction that is smaller than an orbital width of the conductor groups 81 for a phase within a region of a pole.
MODIFIKATION 10MODIFICATION 10
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann alternativ entworfen sein, eine Struktur mit innerem Rotor (d.h. eine innendrehende Struktur) aufzuweisen. In diesem Fall kann der Stator 50 beispielsweise radial außerhalb innerhalb des Gehäuses 30 montiert sein, während der Rotor 40 auf der radialen Innenseite innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet sein kann. Die Wechselrichtereinheit 60 kann an einer oder beiden axialen Seiten des Stators 50 oder des Rotors 40 montiert sein. 35 zeigt eine Querschnittsansicht des Rotors 40 und des Stators 50. 36 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die teilweise den Rotor 40 und den Stator 50 gemäß 35 veranschaulicht.The rotating electrical machine 10th may alternatively be designed to have an internal rotor structure (ie, an internal rotating structure). In this case, the stator 50 for example radially outside inside the housing 30th be mounted while the rotor 40 on the radial inside inside the housing 30th can be arranged. The inverter unit 60 can be on one or both axial sides of the stator 50 or the rotor 40 be mounted. 35 shows a cross-sectional view of the rotor 40 and the stator 50 . 36 shows an enlarged view, partially the rotor 40 and the stator 50 according to 35 illustrated.
Die Innenrotorstruktur gemäß 35 und 36 ist im Wesentlichen identisch zu der Außenrotorstruktur gemäß 8 und 9 mit der Ausnahme des Entwurfs des Rotors 40 und des Stators 50 in der radialen Richtung. Kurz gesagt ist der Stator 50 mit der Statorwicklung 51, die die abgeflachte Leiterstruktur aufweist, und dem Statorkern 52 ohne Zähne ausgerüstet. Die Statorwicklung 51 ist radial innerhalb des Statorkerns 52 eingebaut. Der Statorkern 52 wie die Außenrotorstruktur, weist irgendeine der nachfolgenden Strukturen auf.
- (A) Der Stator 50 weist die Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Für die Leiter-zu-Leiter-Elemente wird magnetisches Material verwendet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breite der Leiter-zu-Leiter-Elemente in der Umlaufrichtung innerhalb eines Magnetpols ist, Bs die Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist, Wm eine Breite der Magneteinheit äquivalent zu einem Magnetpol in der Umlaufrichtung ist, und Br die Remanenzflussdichte in der Magneteinheit ist.
- (B) Der Stator 50 weist die Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Die Leiter-zu-Leiter-Elemente sind jeweils aus einem nichtmagnetischen Material gebildet.
- (C) Der Stator 50 weist kein Leiter-zu-Leiter-Element auf, das zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist.
The inner rotor structure according to 35 and 36 is essentially identical to the outer rotor structure according to FIG 8th and 9 with the exception of the design of the rotor 40 and the stator 50 in the radial direction. In short, the stator 50 with the stator winding 51 , which has the flattened conductor structure, and the stator core 52 equipped without teeth. The stator winding 51 is radial inside the stator core 52 built-in. The stator core 52 like the outer rotor structure, has any of the following structures. - (A) The stator 50 has the conductor-to-conductor elements, each of which is arranged between the conductor sections in the circumferential direction. Magnetic material is used for the conductor-to-conductor elements, which satisfies a relationship of Wt × Bs ≤ Wm × Br, where Wt a width of the conductor-to-conductor elements in the circumferential direction within a magnetic pole, Bs is the saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements, World Cup a width of the magnetic unit is equivalent to a magnetic pole in the circumferential direction, and Br is the residual flux density in the magnet unit.
- (B) The stator 50 has the conductor-to-conductor elements, each of which is arranged between the conductor sections in the circumferential direction. The conductor-to-conductor elements are each made of a non-magnetic material.
- (C) The stator 50 does not have a conductor-to-conductor element which is arranged between the conductor sections in the circumferential direction.
Das Gleiche gilt für die Magnete 91 und 92 der Magneteinheit 42. Insbesondere ist die Magneteinheit 42 aus den Magneten 91 und 92 aufgebaut, von denen jeder magnetisch derart ausgerichtet ist, dass er die leichte Achse der Magnetisierung aufweist, die nahe der d-Achse derart gerichtet ist, dass sie stärker parallel zu der d-Achse ist, als diejenige nahe der q-Achse, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist. Die Einzelheiten der Magnetisierungsrichtung in jedem der Magnete 91 und 92 sind dieselben wie vorstehend beschrieben. Die Magneteinheit 42 kann der ringförmige Magnet 95 sein (siehe 30).The same applies to the magnets 91 and 92 the magnet unit 42 . In particular, the magnet unit 42 from the magnets 91 and 92 each of which is magnetically oriented to have the easy axis of magnetization that is near the d-axis so that it is more parallel to the d-axis than that near the q-axis that is on the limit of the magnetic poles is defined. The details of the direction of magnetization in each of the magnets 91 and 92 are the same as described above. The magnet unit 42 can the ring-shaped magnet 95 be (see 30th ).
37 zeigt eine Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10, die entworfen ist, die Innenrotorstruktur aufzuweisen. 37 entspricht 2. Unterschiede gegenüber der Struktur gemäß 2 sind nachstehend kurz beschrieben. Gemäß 37 ist der ringförmige Stator 50 innerhalb des Gehäuses 30 festgehalten. Der Rotor 40 ist innerhalb des Stators 50 mit einem Luftspalt dazwischen derart angeordnet, dass er drehbar ist. Die Lager 21 und 22 sind, wie gemäß 2, gegenüber der axialen Mitte des Rotors 40 in der axialen Richtung des Rotors 40 versetzt, so dass der Rotor 40 in der freitragenden Form festgehalten wird. Der Wechselrichter 60 ist innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 montiert. 37 shows a longitudinal sectional view of the rotating electrical machine 10th that is designed to have the inner rotor structure. 37 corresponds 2nd . Differences from the structure according to 2nd are briefly described below. According to 37 is the ring-shaped stator 50 inside the case 30th captured. The rotor 40 is inside the stator 50 with an air gap between them so that it is rotatable. Camps 21 and 22 are as per 2nd , opposite the axial center of the rotor 40 in the axial direction of the rotor 40 offset so the rotor 40 is held in the cantilever form. The inverter 60 is inside the magnet holder 41 of the rotor 40 assembled.
38 veranschaulicht die Innenrotorstruktur der rotierenden elektrischen Maschine 10, die sich von der vorstehend beschriebenen unterscheidet. Das Gehäuse 30 weist die Drehwelle 11 auf, die durch die Lager 21 und 22 festgehalten wird, so dass sie drehbar ist. Der Rotor 40 ist an der Drehwelle 11 gesichert. Wie die Struktur gemäß 2 ist jeder der Lager 21 und 22 gegenüber der axialen Mitte des Rotors 40 in der axialen Richtung des Rotors 40 versetzt. Der Rotor 40 ist mit der Magnethalteeinrichtung 41 und der Magneteinheit 42 ausgerüstet. 38 illustrates the internal rotor structure of the rotating electrical machine 10th which differs from that described above. The housing 30th points the rotating shaft 11 on that through the camp 21 and 22 is held so that it is rotatable. The rotor 40 is on the rotating shaft 11 secured. How the structure according 2nd is each of the camps 21 and 22 opposite the axial center of the rotor 40 in the axial direction of the rotor 40 transferred. The rotor 40 is with the magnetic holding device 41 and the magnet unit 42 equipped.
Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß 38 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 37 dahingehend, dass die Wechselrichtereinheit 60 nicht radial innerhalb des Rotors 40 angeordnet ist. Die Magnethalteeinrichtung 41 ist mit der Drehwelle 11 radial innerhalb der Magneteinheit 42 zusammengesetzt. Der Stator 50 ist mit der Statorwicklung 51 und dem Statorkern 52 ausgerüstet und an dem Gehäuse 30 gesichert. Es sei bemerkt, dass die Definitionen von Parametern wie Wt, Wn, Wm und Bs, die mit dem Stator 50 verknüpft sind, oder Parametern wie θ11, θ12, X1, X2, Wm und Br, die mit der Magneteinheit 42 verknüpft sind, sich auf diejenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel oder der Modifikation 1 beziehen können.The rotating electrical machine 10th according to 38 differs from that according to 37 in that the inverter unit 60 not radially inside the rotor 40 is arranged. The magnetic holding device 41 is with the rotating shaft 11 radially inside the magnet unit 42 composed. The stator 50 is with the stator winding 51 and the stator core 52 equipped and on the housing 30th secured. It should be noted that the definitions of parameters such as Wt , Wn , World Cup and Bs that with the stator 50 linked, or parameters like θ11 , θ12 , X1 , X2 , World Cup and Br that with the magnet unit 42 are linked, can refer to those according to the above-described first embodiment or modification 1.
MODIFIKATION 11MODIFICATION 11
Die Innenrotorstruktur einer rotierenden elektrischen Maschine, die sich von der vorstehend beschriebenen unterscheidet, ist nachstehend beschrieben. 39 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine 200. 40 zeigt eine Schnittseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine 200. In der nachfolgenden Beschreibung beruht eine vertikale Richtung auf der Ausrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 200.The inner rotor structure of a rotating electrical machine that is different from that described above is described below. 39 shows an exploded view of a rotating electrical machine 200 . 40 shows a sectional side view of the rotating electrical machine 200 . In the following description, a vertical direction is based on the orientation of the rotating electrical machine 200 .
Die rotierende elektrische Maschine 200 weist, wie es in 39 und 40 veranschaulicht ist, den Stator 203 und den Rotor 204 auf. Der Stator 203 ist mit einem ringförmigen Statorkern 201 und einer mehrphasigen Statorwicklung 202 ausgerüstet. Der Rotor 204 ist innerhalb des Statorkerns 201 derart angeordnet, dass er drehbar ist. Der Stator 203 arbeitet als ein Anker. Der Rotor 204 arbeitet als ein Feldmagnet. Der Statorkern 201 ist aus einem Stapel von Silizium-Stahlblechen gebildet. Die Statorwicklung 202 ist in dem Statorkern 201 eingebaut. Obwohl nicht veranschaulicht, ist der Rotor 204 mit einem Rotorkern und einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet, die in Form einer Magneteinheit angeordnet sind. Der Rotorkern weist darin geformt eine Vielzahl von Öffnungen auf, die zu gleichen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Rotorkerns angeordnet sind. Die Permanentmagnete, die derart magnetisiert sind, dass sie abwechselnd geänderte Magnetisierungsrichtungen in benachbarten Magnetpolen aufweisen, sind in den Öffnungen des Rotorkerns angeordnet. Die Permanentmagnete der Magneteinheit können wie gemäß 23 derart entworfen sein, dass sie eine Halbach-Array-Struktur oder eine ähnliche Struktur aufweisen. Die Permanentmagnete der Magneteinheit können alternativ aus anisotropen Magneten gebildet sein, wie es unter Bezugnahme auf 9 oder 30 beschrieben worden ist, bei denen die magnetische Ausrichtung (d.h. die Magnetisierungsrichtung) sich in einer Bogenform zwischen der d-Achse, die auf der magnetischen Mitte definiert ist, und der q-Achse erstreckt, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist.The rotating electrical machine 200 points out how it is in 39 and 40 is illustrated, the stator 203 and the rotor 204 on. The stator 203 is with an annular stator core 201 and a multi-phase stator winding 202 equipped. The rotor 204 is inside the stator core 201 arranged so that it is rotatable. The stator 203 works as an anchor. The rotor 204 works as a field magnet. The stator core 201 is formed from a stack of silicon steel sheets. The stator winding 202 is in the stator core 201 built-in. Although not illustrated, the rotor is 204 equipped with a rotor core and a variety of permanent magnets, which are arranged in the form of a magnet unit. The rotor core has a plurality of openings formed therein, which are arranged at equal intervals away from each other in the circumferential direction of the rotor core. The permanent magnets, which are magnetized in such a way that they have alternately changed magnetization directions in adjacent magnetic poles, are arranged in the openings of the rotor core. The permanent magnets of the magnet unit can be used as per 23 be designed to have a Halbach array structure or a similar structure. The permanent magnets of the magnet unit can alternatively be formed from anisotropic magnets, as described with reference to FIG 9 or 30th in which the magnetic orientation (ie, the direction of magnetization) extends in an arc shape between the d-axis defined on the magnetic center and the q-axis defined on the boundary of the magnetic poles.
Der Stator 203 kann derart gebildet sein, dass er eine der nachfolgenden Strukturen aufweist.
- (A) Der Stator 203 weist Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Für die Leiter-zu-Leiter-Elemente wird magnetisches Material verwendet, das eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breite der Leiter-zu-Leiter-Elemente in der Umlaufrichtung innerhalb eines Magnetpols ist, Bs die Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist, Wm eine Breite der Magneteinheit äquivalent zu einem Magnetpol in der Umlaufrichtung ist, und Br die Remanenzflussdichte in der Magneteinheit ist.
- (B) Der Stator 203 weist die Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Die Leiter-zu-Leiter-Elemente sind jeweils aus einem nichtmagnetischen Material gebildet.
- (C) Der Stator 203 weist kein Leiter-zu-Leiter-Element auf, das zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist.
The stator 203 can be formed in such a way that it has one of the following structures. - (A) The stator 203 has conductor-to-conductor elements, each of which is arranged between conductor sections in the circumferential direction. Magnetic material that has a relationship of is used for the conductor-to-conductor elements Wt × Bs ≤ World Cup × Br met, whereby Wt a width of the conductor-to-conductor elements in the circumferential direction within a magnetic pole, Bs is the saturation magnetic flux density of the conductor-to-conductor elements, World Cup a width of the magnetic unit is equivalent to a magnetic pole in the circumferential direction, and Br is the residual flux density in the magnet unit.
- (B) The stator 203 has the conductor-to-conductor elements, each of which is arranged between the conductor sections in the circumferential direction. The conductor-to-conductor elements are each made of a non-magnetic material.
- (C) The stator 203 does not have a conductor-to-conductor element which is arranged between the conductor sections in the circumferential direction.
Der Rotor 204 weist die Magneteinheit auf, die aus einer Vielzahl von Magneten aufgebaut ist, von denen jeder magnetisch derart ausgerichtet ist, dass er die leichte Achse der Magnetisierung aufweist, die nahe der d-Achse derart gerichtet ist, dass sie stärker parallel zu der d-Achse ist, als diejenige nahe der q-Achse, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist.The rotor 204 has the magnet unit, which is composed of a multiplicity of magnets, each of which is magnetically oriented to have the easy axis of magnetization that is near the d-axis so that it is more parallel to the d-axis than that near the q-axis that is on the boundary the magnetic poles is defined.
Ein ringförmiger Wechselrichterkasten 211 ist an einer Endseite einer Achse der rotierenden elektrischen Maschine 200 angeordnet. Der Wechselrichterkasten 211 weist eine untere Oberfläche auf, die in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Statorkerns 201 versetzt ist. Der Wechselrichterkasten 211 weist darin angeordnet eine Vielzahl von Leistungsmodulen 212, die eine Wechselrichterschaltung bilden, Glättungskondensatoren 213, die zur Reduktion einer Variation in der Spannung oder dem Strom (d.h. einer Welligkeit) arbeiten, die aus Schaltvorgängen von Halbleiterschaltern resultiert, eine Steuerungsplatine 214, die mit einer Steuerungseinrichtung ausgerüstet ist, einen Stromsensor 215, der zum Messen eines Phasenstroms arbeitet, und einen Resolverstator 216 auf, der als ein Drehgeschwindigkeitssensor für den Rotor 204 arbeitet. Die Leistungsmodule 212 sind mit IGBTs, die als Halbleiterschalter dienen, und Dioden ausgerüstet.A ring-shaped inverter box 211 is on one end side of an axis of the rotating electrical machine 200 arranged. The inverter box 211 has a lower surface that is in contact with an upper surface of the stator core 201 is offset. The inverter box 211 arranged therein a plurality of power modules 212 that form an inverter circuit, smoothing capacitors 213 that work to reduce a variation in voltage or current (ie, ripple) resulting from switching operations of semiconductor switches, a control board 214 , which is equipped with a control device, a current sensor 215 that works to measure a phase current and a resolver stator 216 on that as a rotational speed sensor for the rotor 204 is working. The power modules 212 are equipped with IGBTs, which serve as semiconductor switches, and diodes.
Der Wechselrichterkasten 211 weist einen Leistungsverbinder 217 auf, der an einer Umlaufkante davon zur Verbindung mit einer Gleichstromschaltung für eine in einem Fahrzeug montiere Batterie angeordnet ist. Der Wechselrichterkasten 211 weist ebenfalls einen Signalverbinder 218 auf, der an der Umlaufkante davon angeordnet ist, um eine Übertragung von Signalen zwischen der rotierenden elektrischen Maschine 200 und einer in dem Fahrzeug eingebauten Steuerungseinrichtung zu erzielen. Der Wechselrichterkasten 211 ist mit einer oberen Abdeckung 219 abgedeckt. Die durch die in dem Fahrzeug eingebaute Batterie produzierte Gleichstromleistung wird in den Leistungsverbinder 217 eingegeben, durch die Schalter der Leistungsmodule 212 in einen Wechselstrom umgewandelt und dann zu Phasenwicklungen der Statorwicklung 202 zugeführt.The inverter box 211 has a power connector 217 on, which is arranged on a peripheral edge thereof for connection to a DC circuit for a battery mounted in a vehicle. The inverter box 211 also has a signal connector 218 located on the circumferential edge thereof for transmission of signals between the rotating electrical machine 200 and to achieve a control device installed in the vehicle. The inverter box 211 is with a top cover 219 covered. The direct current power produced by the battery installed in the vehicle is in the power connector 217 entered by the switches of the power modules 212 converted to an alternating current and then to phase windings of the stator winding 202 fed.
Eine Lagereinheit 221 und ein ringförmiger hinterer Kasten 222 sind an der zu dem Wechselrichterkasten 211 entgegengesetzten Endseite der Achse des Statorkerns angeordnet. Die Lagereinheit 221 hält eine Drehwelle des Rotors 204 fest, so dass sie drehbar ist. Der hintere Kasten 222 weist die darin angeordnete Lagereinheit 221 auf. Die Lagereinheit 221 ist beispielsweise mit zwei Lagern ausgerüstet und gegenüber der Mitte der Länge des Rotors 204 zu einem der Enden der Länge des Rotors 204 hin versetzt. Die Lagereinheit 221 kann alternativ entwickelt sein, eine Vielzahl von Lagern aufzuweisen, die an beiden Endseiten des Statorkerns 201 angeordnet sind, die zueinander in der axialen Richtung entgegengesetzt sind, so dass die Lager beide Enden der Drehwelle festhalten. Der hintere Kasten 222 ist an einem Getriebekasten oder einem Getriebe des Fahrzeugs unter Verwendung von Bolzen befestigt, wodurch die rotierende elektrische Maschine 200 an dem Fahrzeug gesichert wird.A storage unit 221 and an annular rear box 222 are on the to the inverter box 211 opposite end side of the axis of the stator core. The storage unit 221 holds a rotating shaft of the rotor 204 firmly so that it is rotatable. The rear box 222 has the storage unit arranged therein 221 on. The storage unit 221 is, for example, equipped with two bearings and opposite the center of the length of the rotor 204 to one of the ends of the length of the rotor 204 moved there. The storage unit 221 may alternatively be designed to have a plurality of bearings on either end of the stator core 201 are arranged which are opposite to each other in the axial direction so that the bearings hold both ends of the rotary shaft. The rear box 222 is attached to a gear box or a transmission of the vehicle using bolts, which makes the rotating electrical machine 200 is secured to the vehicle.
Der Wechselrichterkasten 211 weist darin geformt einen Kühlflusspfad 211a auf, durch den ein Kühlmedium fließt. Der Kühlflusspfad 211a ist durch Schließen einer ringförmigen Aussparung, die in einer unteren Oberfläche des Wechselrichterkastens 211 geformt ist, durch eine obere Oberfläche des Statorkerns 201 definiert. Der Kühlflusspfad 211a umgibt ein Spulenende der Statorwicklung 202. Der Kühlflusspfad 211a weist Modulkästen 212a der Leistungsmodule 212 auf, die darin angeordnet sind. Gleichermaßen weist der hintere Kasten 222 darin geformt einen Kühlflusspfad 222a auf, der ein Spulenende der Statorwicklung 202 umgibt. Der Kühlflusspfad 222a ist durch Schließen einer ringförmigen Aussparung, die in einer oberen Oberfläche des hinteren Kastens 222 geformt ist, durch eine untere Oberfläche des Statorkerns 201 definiert. Es sei bemerkt, dass die Definition von Parametern, wie Wt, Wn, Wm und Bs, die mit dem Stator 50 verknüpft sind, oder Parametern, wie θ11, θ12, X1, X2, Wm und Br, die mit der Magneteinheit 42 verknüpft sind, sich auf diejenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel oder der Modifikation 1 beziehen können.The inverter box 211 has a cooling flow path formed therein 211a through which a cooling medium flows. The cooling flow path 211a is by closing an annular recess in a lower surface of the inverter box 211 is formed by an upper surface of the stator core 201 Are defined. The cooling flow path 211a surrounds a coil end of the stator winding 202 . The cooling flow path 211a shows module boxes 212a of the power modules 212 which are arranged in it. Likewise, the rear box points 222 formed a cooling flow path therein 222a on the one coil end of the stator winding 202 surrounds. The cooling flow path 222a is by closing an annular recess in an upper surface of the rear box 222 is formed by a lower surface of the stator core 201 Are defined. It should be noted that the definition of parameters such as Wt , Wn , World Cup and Bs that with the stator 50 linked, or parameters like θ11 , θ12 , X1 , X2 , World Cup and Br that with the magnet unit 42 are linked, can refer to those according to the above-described first embodiment or modification 1.
MODIFIKATION 12MODIFICATION 12
In der vorstehend beschriebenen Diskussion wurde sich auf rotierende elektrische Maschinen der Bauart mit umlaufendem Feld bezogen, jedoch kann eine rotierende elektrische Maschine der Bauart mit umlaufendem Anker verkörpert werden. 41 veranschaulicht eine rotierende elektrische Maschine 230 der Bauart mit umlaufendem Anker.In the discussion described above, rotating field type electrical machines have been referred to, however a rotating armature type electrical machine may be embodied. 41 illustrates a rotating electrical machine 230 the design with all-round anchor.
Die rotierende elektrische Maschine 230 gemäß 41 weist ein Lager 232 auf, das durch die Gehäuse 231a und 231b festgehalten wird. Das Lager 232 hält eine Drehwelle 233 derart fest, dass sie drehbar ist. Das Lager 232 ist beispielsweise aus einem ölimprägnierten Lager gebildet, bei dem poröses Metall mit Öl imprägniert wird. Die Drehwelle 233 weist daran gesichert den Rotor 234 auf, der als ein Anker arbeitet. Der Rotor 234 weist einen Rotorkern 235 und eine mehrphasige Rotorwicklung 236 auf, die an einem äußeren Umfang des Rotorkerns 235 gesichert ist. Der Rotorkern 235 des Rotors 234 ist entworfen, eine nutenlose Struktur aufzuweisen. Die mehrphasige Rotorwicklung 236 weist eine abgeflachte Leiterstruktur auf, wie sie vorstehend beschrieben worden ist. Anders ausgedrückt ist die mehrphasige Rotorwicklung 236 geformt, eine Fläche für jede Phase aufzuweisen, die eine Abmessung in der Umlaufrichtung aufweist, die größer als diejenige in der radialen Richtung ist.The rotating electrical machine 230 according to 41 assigns a camp 232 on that through the casing 231a and 231b is held. The warehouse 232 holds a rotating shaft 233 so tight that it can be rotated. The warehouse 232 is formed, for example, from an oil-impregnated bearing, in which porous metal is impregnated with oil. The rotating shaft 233 has the rotor secured to it 234 on that works as an anchor. The rotor 234 has a rotor core 235 and a multi-phase rotor winding 236 on that on an outer circumference of the rotor core 235 is secured. The rotor core 235 of the rotor 234 is designed to have a grooveless structure. The multi-phase rotor winding 236 has a flattened conductor structure as described above. In other words, the multi-phase rotor winding 236 shaped to have an area for each phase that is one dimension in the circumferential direction, which is larger than that in the radial direction.
Der Stator 237 ist radial außerhalb des Rotors 234 angeordnet. Der Stator 237 arbeitet als ein Feldmagnet. Der Stator 237 weist den Statorkern 238 und die Magneteinheit 239 auf. Der Statorkern 238 ist an dem Gehäuse 231a gesichert. Die Magneteinheit 239 ist an einem inneren Umfang des Statorkerns 238 angebracht. Die Magneteinheit 239 ist aus einer Vielzahl von Magneten aufgebaut, die derart angeordnet sind, dass sie Magnetpole aufweisen, die abwechselnd in der Umlaufrichtung regelmäßig angeordnet sind. Wie die vorstehend beschriebene Magneteinheit 42 ist die Magneteinheit 239 magnetisch derart ausgerichtet, dass deren leichte Achse der Magnetisierung, die nahe der d-Achse gerichtet ist, stärker parallel zu der d-Achse als diejenige nahe der q-Achse ist, die auf einer Grenze zwischen den Magnetpolen definiert ist. Die Magneteinheit 239 ist mit magnetisch ausgerichteten gesinterten Neodym-Magneten ausgerüstet, deren intrinsische Koerzitivkraft 400 [kA/m] oder mehr beträgt und dessen Remanenzflussdichte als 1,0 [T] oder mehr beträgt.The stator 237 is radially outside the rotor 234 arranged. The stator 237 works as a field magnet. The stator 237 points the stator core 238 and the magnet unit 239 on. The stator core 238 is on the housing 231a secured. The magnet unit 239 is on an inner circumference of the stator core 238 appropriate. The magnet unit 239 is composed of a plurality of magnets which are arranged in such a way that they have magnetic poles which are arranged alternately in the direction of rotation. Like the magnet unit described above 42 is the magnet unit 239 magnetically aligned such that their easy axis of magnetization directed near the d-axis is more parallel to the d-axis than that near the q-axis defined on a boundary between the magnetic poles. The magnet unit 239 is equipped with magnetically aligned sintered neodymium magnets, whose intrinsic coercive force 400 is [kA / m] or more and the residual flux density is more than 1.0 [T] or more.
Die rotierende elektrische Maschine 230 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist als ein zweipoliger kernloser Bürstenmotor mit drei Spulen entwickelt. Die Mehr-Phasen-Rotorwicklung 236 ist aus drei Spulen gebildet. Die Magneteinheit 239 ist entwickelt, zwei Pole aufzuweisen. Ein Verhältnis der Anzahl der Pole und der Anzahl der Spulen in typischen Bürstenmotoren beträgt 2:3, 4:10 oder 4:21 in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung.The rotating electrical machine 230 according to this embodiment is developed as a two-pole coreless brush motor with three coils. The multi-phase rotor winding 236 is made up of three coils. The magnet unit 239 is designed to have two poles. A ratio of the number of poles and the number of coils in typical brush motors is 2: 3, 4:10 or 4:21 depending on the intended use.
Eine Drehwelle 233 weist einen daran gesicherten Kommutator 241 auf. Eine Vielzahl von Bürsten 242 sind radial außerhalb des Kommutators 241 angeordnet. Der Kommutator 241 ist elektrisch mit der Mehr-Phasen-Rotorwicklung 236 durch Leiter 234 verbunden, die in der Drehwelle 233 eingebettet sind. Der Kommutator 241, die Bürsten 242 und die Leiter 243 werden zur Zufuhr eines Gleichstroms zu der Mehr-Phasen-Rotorwicklung 236 verwendet. Der Kommutator 241 ist aus einer Vielzahl von Sektionen aufgebaut, die in Umlaufrichtung davon in Abhängigkeit von der Anzahl der Phasen der Mehrphasen-Rotorwicklung 236 regelmäßig angeordnet sind. Die Bürsten 242 können mit einer Gleichstromleistungsversorgung wie einer Speicherbatterie unter Verwendung elektrischer Drähte oder unter Verwendung eines Anschlussblocks verbunden sein.A rotating shaft 233 has a commutator secured to it 241 on. A variety of brushes 242 are radially outside the commutator 241 arranged. The commutator 241 is electrical with the multi-phase rotor winding 236 by ladder 234 connected that in the rotating shaft 233 are embedded. The commutator 241 who have favourited Brushes 242 and the ladder 243 are used to supply a direct current to the multi-phase rotor winding 236 used. The commutator 241 is made up of a large number of sections, depending on the number of phases of the multi-phase rotor winding 236 are arranged regularly. The brushes 242 can be connected to a DC power supply such as a storage battery using electrical wires or using a terminal block.
Die Drehwelle 233 weist eine Harz-Zwischenscheibe 244 auf, die zwischen dem Lager 232 und dem Kommutator 241 angeordnet ist. Die Harz-Zwischenscheibe 244 dient als Dichtungselement, um ein Streuen von Öl zu minimieren, das aus dem Lager 232, das durch ein ölimprägniertes Lager verwirklicht ist, zu dem Kommutator 241 heraus leckt.The rotating shaft 233 has a resin washer 244 on that between the camp 232 and the commutator 241 is arranged. The resin washer 244 serves as a sealing element to minimize oil spillage from the bearing 232 realized by an oil-impregnated bearing to the commutator 241 licks out.
MODIFIKATION 13MODIFICATION 13
Jeder der Leiter 82 der Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann entworfen sein, einen Stapel von isolierenden Beschichtungen oder Schichten aufzuweisen, die aufeinandergelegt sind. Beispielsweise kann jeder der Leiter 82 durch Abdecken eines Bündels einer Vielzahl von mit einer Isolierschicht abgedeckten Leitern (d.h. Drähten) mit einer Isolierschicht gebildet werden, so dass die Isolierschicht (d.h. eine innere Isolierschicht) von jedem der Leiter 82 mit der Isolierschicht (d.h. einer äußeren Isolierschicht) des Bündels abgedeckt ist. Die äußere Isolierschicht ist vorzugsweise entworfen, eine Isolierfähigkeit aufzuweisen, die größer als diejenige der inneren Isolierschicht ist. Insbesondere ist die Dicke der äußeren Isolierschicht derart ausgewählt, dass sie größer als diejenige der inneren Isolierschicht ist. Beispielsweise weist die äußere Isolierschicht eine Dicke von 100 µm auf, wohingegen die innere Isolierschicht eine Dicke von 40 µm aufweist. Alternativ dazu kann die äußere Isolierschicht eine Permittivität aufweisen, die niedriger als diejenige der inneren Isolierschicht ist. Jeder der Leiter 82 kann irgendeine der vorstehend beschriebenen Strukturen aufweisen. Jeder Draht ist vorzugsweise aus einer Sammlung von leitenden Elementen oder Fasern gebildet.Each of the leaders 82 the stator winding 51 the rotating electrical machine 10th can be designed to have a stack of insulating coatings or layers that are stacked. For example, each of the leaders 82 by covering a bundle of a plurality of conductors (ie wires) covered with an insulating layer with an insulating layer so that the insulating layer (ie an inner insulating layer) of each of the conductors 82 is covered with the insulating layer (ie an outer insulating layer) of the bundle. The outer insulating layer is preferably designed to have an insulating ability that is greater than that of the inner insulating layer. In particular, the thickness of the outer insulating layer is selected such that it is greater than that of the inner insulating layer. For example, the outer insulating layer has a thickness of 100 μm, whereas the inner insulating layer has a thickness of 40 μm. Alternatively, the outer insulating layer may have a permittivity lower than that of the inner insulating layer. Each of the leaders 82 may have any of the structures described above. Each wire is preferably formed from a collection of conductive elements or fibers.
Wie aus der vorstehenden Diskussion hervorgeht, wird die rotierende elektrische Maschine 10 in einem Hochspannungssystem eines Fahrzeugs durch Erhöhung der Isolierfähigkeit der äußersten Schicht des Leiters 82 nützlich. Die vorstehend beschriebene Struktur ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine 10 unter Niedrigdruckbedingungen wie im Hochland betrieben werden kann.As is apparent from the discussion above, the rotating electrical machine 10th in a high voltage system of a vehicle by increasing the insulating ability of the outermost layer of the conductor 82 useful. The structure described above enables the rotating electrical machine 10th can be operated under low pressure conditions such as in the highlands.
MODIFIKATION 14MODIFICATION 14
Jeder der Leiter 82, der mit einem Stapel einer Vielzahl von Isolierschichten ausgerüstet ist, kann derart entworfen sein, dass ein Linearexpansionskoeffizient und/oder ein Ausmaß der Adhäsionsfestigkeit sich zwischen der äußeren und der inneren der Isolierschichten unterscheiden/unterscheidet. Die Leiter 82 gemäß dieser Modifikation sind in 42 veranschaulicht.Each of the leaders 82 equipped with a stack of a plurality of insulating layers may be designed such that a coefficient of linear expansion and / or a degree of adhesive strength differ between the outer and inner layers of the insulating layers. The ladder 82 according to this modification are in 42 illustrated.
Gemäß 42 weist der Leiter 82 eine Vielzahl von (in der Zeichnung vier) Drähten 181, die äußere Beschichtungsschicht 182 (d.h. eine äußere Isolierschicht), mit der die Drähte 181 abgedeckt sind, und die beispielsweise aus Harz gebildet sind, und die Zwischenschicht 183 (d.h. eine Zwischenisolierschicht) auf, die um jede der Drähte 181 innerhalb der äußeren Beschichtungsschicht 182 angeordnet ist. Jeder der Drähte 181 weist einen leitenden Abschnitt 181a, der aus Kupfermaterial gebildet ist, und eine Leiterbeschichtungsschicht (d.h. eine innere Isolierschicht) auf, die aus einem elektrischen Isoliermaterial gebildet ist. Die äußere beschichtete Schicht 182 dient zum elektrischen Isolieren zwischen Phasenwicklungen der Statorwicklung. Jeder der Drähte 181 ist vorzugsweise aus einer Sammlung von leitenden Elementen oder Fasern gebildet.According to 42 instructs the leader 82 a variety of (four in the drawing) wires 181 , the outer coating layer 182 (ie an outer layer of insulation) with which the wires 181 are covered, and which are made of resin, for example, and the intermediate layer 183 (ie, an intermediate insulation layer) on each of the wires 181 inside the outer coating layer 182 is arranged. Each of the wires 181 has a conductive section 181a , which is formed of copper material, and a conductor coating layer (ie an inner Insulating layer), which is formed from an electrical insulating material. The outer coated layer 182 is used for electrical insulation between phase windings of the stator winding. Each of the wires 181 is preferably formed from a collection of conductive elements or fibers.
Die Zwischenschicht 183 weist einen Linearexpansionskoeffizienten auf, der höher als derjenige der beschichteten Schicht 181b ist, jedoch niedriger als derjenige der äußeren beschichteten Schicht 182. Anders ausgedrückt ist der Linearexpansionskoeffizient der Leiter 82 von der inneren Seite zu einer äußeren Seite davon hin erhöht. Typischerweise ist die äußere beschichtete Schicht 182 entworfen, einen Linearexpansionskoeffizienten aufzuweisen, der höher als derjenige der beschichteten Schicht 181b ist. Die Zwischenschicht 183 weist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, einen Linearexpansionskoeffizienten auf, der zwischen denjenigen der beschichteten Schicht 181b und der äußeren beschichteten Schicht 182 ist und somit als ein Kissen dient, um ein Risiko zu beseitigen, dass die inneren und äußeren Schichten gleichzeitig beschädigt werden können.The intermediate layer 183 has a coefficient of linear expansion higher than that of the coated layer 181b is, however, lower than that of the outer coated layer 182 . In other words, the coefficient of linear expansion is the conductor 82 raised from the inner side to an outer side thereof. Typically the outer coated layer 182 designed to have a coefficient of linear expansion higher than that of the coated layer 181b is. The intermediate layer 183 has, as described above, a coefficient of linear expansion that is between that of the coated layer 181b and the outer coated layer 182 and thus serves as a cushion to eliminate a risk that the inner and outer layers can be damaged at the same time.
Jeder der Drähte 181 des Leiters 82 weist den leitenden Abschnitt 181a und die beschichtete Schicht 181b auf, die an den leitenden Abschnitt 181a geklebt ist. Die beschichtete Schicht 181b und die Zwischenschicht 183 sind ebenfalls zusammen verklebt. Die Zwischenschicht 183 und die äußere beschichtete Schicht 182 sind zusammen verklebt. Derartige Verbindungen weisen Adhäsionsfestigkeiten auf, die sich zu einer unteren Seite des Leiters 82 hin verringern. Anders ausgedrückt ist die Adhäsionsfestigkeit zwischen dem leitenden Abschnitt 181a und der beschichteten Schicht 181b niedriger als diejenige zwischen der beschichteten Schicht 181b und der Zwischenschicht 183 und zwischen der Zwischenschicht 183 und den äußeren beschichteten Schichten 182. Die Adhäsionsfestigkeit zwischen der beschichteten Schicht 181b und der Zwischenschicht 183 kann höher als oder identisch zu derjenigen zwischen der Zwischenschicht 183 und den äußeren beschichteten Schichten 182 sein. Üblicherweise kann die Adhäsionsfestigkeit zwischen beispielsweise zwei beschichteten Schichten als eine Funktion einer Zugfestigkeit gemessen werden, die erforderlich ist, um die beschichteten Schichten voneinander abzulösen. Die Adhäsionsfestigkeit des Leiters 82 wird in der vorstehend beschriebenen Weise ausgewählt, um das Risiko zu minimieren, dass die inneren und äußeren Schichten aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren des Leiters 82 bei Erwärmung oder Kühlung zusammen beschädigt werden können.Each of the wires 181 of the leader 82 points the conductive section 181a and the coated layer 181b on that to the conductive section 181a is glued. The coated layer 181b and the intermediate layer 183 are also glued together. The intermediate layer 183 and the outer coated layer 182 are glued together. Such connections have adhesive strengths that extend to a lower side of the conductor 82 decrease. In other words, the adhesive strength is between the conductive portion 181a and the coated layer 181b lower than that between the coated layer 181b and the intermediate layer 183 and between the intermediate layer 183 and the outer coated layers 182 . The adhesive strength between the coated layer 181b and the intermediate layer 183 can be higher than or identical to that between the intermediate layer 183 and the outer coated layers 182 be. Typically, the adhesive strength between, for example, two coated layers can be measured as a function of a tensile strength required to detach the coated layers from one another. The adhesion strength of the conductor 82 is selected in the manner described above to minimize the risk that the inner and outer layers due to a temperature difference between the inside and outside of the conductor 82 can be damaged together when heated or cooled.
Üblicherweise führt eine Wärmeerzeugung oder eine Temperaturänderung in der rotierenden elektrischen Maschine zu Kupferverlusten aufgrund der Wärme aus dem leitenden Abschnitt 181a des Drahts 181 und aus einem Eisenkern. Diese zwei Arten von Verlusten resultieren von der Wärme, die von dem leitenden Abschnitt 181a in dem Leiter 82 oder von außerhalb des Leiters 82 übertragen wird. Die Zwischenschicht 183 weist keine Wärmequelle auf. Die Zwischenschicht 183 weist die Adhäsionsfestigkeit auf, die als ein Kissen für die beschichtete Schicht 181b und die äußere beschichtete Schicht 182 dient, wodurch das Risiko beseitigt wird, dass die beschichtete Schicht 181b und die äußere beschichtete Schicht 182 gleichzeitig beschädigt werden können. Dies ermöglicht eine Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine unter Bedingungen wie in Fahrzeugen, bei denen eine Widerstandsfähigkeit gegenüber hohem Druck erforderlich ist, oder die Temperatur sich stark ändert.Usually, heat generation or a temperature change in the rotating electrical machine leads to copper losses due to the heat from the conductive section 181a of the wire 181 and from an iron core. These two types of losses result from the heat from the conductive section 181a in the conductor 82 or from outside the conductor 82 is transmitted. The intermediate layer 183 has no heat source. The intermediate layer 183 has the adhesive strength that acts as a cushion for the coated layer 181b and the outer coated layer 182 serves to eliminate the risk that the coated layer 181b and the outer coated layer 182 can be damaged at the same time. This enables the rotating electrical machine to be used in conditions such as in vehicles where high pressure resistance is required or the temperature changes greatly.
Zusätzlich kann der Draht 181 aus Lackdraht mit einer Schicht (d.h. der beschichteten Schicht 181b), die mit Harz beschichtet ist, wie PA, PI oder PAI, gebildet sein. Gleichermaßen ist die äußere beschichtete Schicht 182 außerhalb des Drahts 181 vorzugsweise aus PA, PI und PAI gebildet und weist eine große Dicke auf. Dies minimiert ein Risiko für ein Brechen der äußeren beschichteten Schicht 182, das durch eine Differenz im Linearexpansionskoeffizienten verursacht wird. Anstelle der Verwendung von PA, PI, PAI zur Fertigung der äußeren beschichteten Schicht 182 mit einer großen Dicke wird Material wie PPS, PEEK, Fluor, Polycarbonat, Silizium, Epoxid, Polyethylen, Naphthalat oder LCP, das eine dielektrische Permittivität aufweist, die niedriger als diejenige von PI oder PAI ist, vorzugsweise verwendet, um die Leiterdichte der rotierenden elektrischen Maschine zu erhöhen. Die Verwendung eines derartigen Harzes verbessert die Isolierfähigkeit der äußeren beschichten Schicht 182, selbst wenn sie eine Dicke aufweist, die kleiner als oder gleich wie diejenige der beschichteten Schicht 181b ist, und erhöht die Belegung des leitenden Abschnitts. Üblicherweise weist das vorstehend beschriebene Harz ein Ausmaß von elektrischer Permittivität auf, das höher als diejenige von einer Isolierschicht von Lackdraht ist. Selbstverständlich gibt es ein Beispiel, bei dem der Formungszustand oder Additive zu einer Verringerung in der elektrischen Permittivität davon führen. Üblicherweise ist PPS und PEEK höher im Linearexpansionskoeffizienten als eine Lackschicht, jedoch niedriger als eine andere Art von Harz und ist somit lediglich für die äußere der zwei Schichten nützlich.In addition, the wire 181 made of enamelled wire with one layer (ie the coated layer 181b) that is coated with resin, such as PA, PI or PAI. Likewise, the outer layer is coated 182 outside of the wire 181 preferably formed from PA, PI and PAI and has a large thickness. This minimizes the risk of the outer coated layer breaking 182 caused by a difference in the coefficient of linear expansion. Instead of using PA, PI, PAI to manufacture the outer coated layer 182 with a large thickness, material such as PPS, PEEK, fluorine, polycarbonate, silicon, epoxy, polyethylene, naphthalate or LCP, which has a dielectric permittivity lower than that of PI or PAI, is preferably used to control the conductor density of the rotating electrical Raise machine. The use of such a resin improves the insulating ability of the outer coated layer 182 , even if it has a thickness less than or equal to that of the coated layer 181b and increases the occupancy of the conductive section. Usually, the resin described above has a degree of electrical permittivity higher than that of an insulating layer of enamelled wire. Of course, there is an example in which the molding state or additives lead to a decrease in the electrical permittivity thereof. Typically, PPS and PEEK are higher in the coefficient of linear expansion than a lacquer layer, but lower than another type of resin and are therefore only useful for the outer of the two layers.
Die Adhäsionsfestigkeit der zwei Arten von beschichteten Schichten, die außerhalb des Drahts 181 angeordnet sind (d.h. die Zwischenisolierschicht und die äußere Isolierschicht), zu der Lackschicht des Drahts 181 ist vorzugsweise niedriger als diejenige zwischen dem Kupferdraht und der Lackschicht des Drahts 181, wodurch ein Risiko minimiert wird, dass die Lackschicht und die vorstehend beschriebenen zwei Arten von beschichteten Schichten gleichzeitig beschädigt werden.The adhesive strength of the two types of coated layers that are outside the wire 181 are arranged (ie the intermediate insulating layer and the outer insulating layer) to the lacquer layer of the wire 181 is preferably lower than that between the copper wire and the lacquer layer of the wire 181 , which minimizes a risk that the paint layer and those described above two types of coated layers can be damaged at the same time.
In einem Fall, in dem der Stator mit einem Wasserkühlungsmechanismus, einem Flüssigkeitskühlungsmechanismus oder einem Luftkühlungsmechanismus ausgerüstet ist, wird daran gedacht, dass thermische Spannung oder eine Stoßbelastung zuerst auf den äußeren beschichteten Schichten 182 ausgeübt werden. Die thermische Spannung oder die Stoßbelastung wird dadurch verringert, dass die Isolierschicht des Drahts 181 und die zwei vorstehend beschriebenen Arten von beschichteten Schichten miteinander gebondet werden, selbst wenn die Isolierschicht aus Harz gebildet ist, das sich von denjenigen der vorstehenden zwei Arten von beschichteten Schichten unterscheidet. Anders ausgedrückt kann die vorstehend beschriebene Isolierstruktur erzeugt werden, indem ein Draht (d.h. ein Lackdraht) und ein Luftspalt platziert werden und ebenfalls Fluor, Polycarbonat, Silizium, Epoxid, Polyethylen-Naphthalat oder LCP angeordnet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Klebemittel, das aus Epoxid gebildet ist, eine niedrige elektrische Permittivität aufweist und ebenfalls einen niedrigen Linearexpansionskoeffizienten aufweist, vorzugsweise verwendet, um die äußere beschichtete Schicht und die innere beschichtete Schicht miteinander zu bonden. Dies beseitigt einen Bruch der beschichteten Schichten, der durch Reibung aufgrund von Vibration des leitenden Abschnitts oder Bruchs der äußeren beschichteten Schicht aufgrund einer Differenz im Linearexpansionskoeffizienten als auch der mechanischen Festigkeit verursacht wird.In a case where the stator is equipped with a water cooling mechanism, a liquid cooling mechanism, or an air cooling mechanism, it is thought that thermal stress or a shock load is first applied to the outer coated layers 182 be exercised. The thermal stress or the impact load is reduced by the fact that the insulating layer of the wire 181 and the two types of coated layers described above are bonded to each other even if the insulating layer is made of resin different from those of the above two types of coated layers. In other words, the insulating structure described above can be produced by placing a wire (ie a enamelled wire) and an air gap and also arranging fluorine, polycarbonate, silicon, epoxy, polyethylene naphthalate or LCP. In this case, an adhesive made of epoxy, having a low electrical permittivity and also having a low coefficient of linear expansion is preferably used to bond the outer coated layer and the inner coated layer together. This eliminates breakage of the coated layers caused by friction due to vibration of the conductive portion or breakage of the outer coated layer due to a difference in the coefficient of linear expansion as well as the mechanical strength.
Die äußerste Schicht, die dazu dient, die mechanische Festigkeit oder Sicherheit des Leiters 82 mit der vorstehend beschriebenen Struktur zu gewährleisten, ist vorzugsweise aus einem Harzmaterial wie Epoxid, PPS, PEEK oder LCP gebildet, das leicht zu formen ist und eine zu der Lackschicht ähnliche dielektrische Konstante oder ähnlichen Linearexpansionskoeffizienten aufweist, typischerweise in einem finalen Prozess für eine Statorwicklung.The outermost layer, which serves the mechanical strength or safety of the conductor 82 with the structure described above is preferably formed from a resin material such as epoxy, PPS, PEEK or LCP, which is easy to mold and has a dielectric constant or linear expansion coefficient similar to the lacquer layer, typically in a final process for a stator winding.
Typischerweise wird Harzverguss unter Verwendung von Urethan oder Silizium gebildet. Ein derartiges Harz weist jedoch einen Linearexpansionskoeffizienten auf, der angenähert das Doppelte desjenigen anderer Arten von Harz ist, was zu einem Risiko führt, dass thermische Spannung erzeugt wird, wenn das Harz dem Harzverguss unterzogen wird, so dass es geschert wird. Das vorstehend beschriebene Harz ist ungeeignet zur Verwendung, wenn bei 60 V oder mehr die Isoliererfordernisse schwerwiegend sind. Der endgültige Isolationsprozess zur Fertigung der äußersten Schicht unter Verwendung von Einspritzgusstechniken mit Epoxid, PPS, PEEK oder LCP erfüllt die vorstehend beschriebenen Erfordernisse.Typically, resin encapsulation is formed using urethane or silicon. However, such a resin has a coefficient of linear expansion which is approximately double that of other types of resin, resulting in a risk that thermal stress is generated when the resin is subjected to resin molding so that it is sheared. The resin described above is unsuitable for use when the insulation requirements are severe at 60 V or more. The final isolation process to manufacture the outermost layer using injection molding techniques with epoxy, PPS, PEEK or LCP meets the requirements described above.
Andere Modifikationen sind nachstehend beschrieben.Other modifications are described below.
Der Abstand DM zwischen einer Oberfläche der Magneteinheit 42, die dem Anker zugewandt ist, und der axialen Mitte des Rotors in der radialen Richtung kann derart ausgewählt werden, dass er 50 mm oder mehr ist. Beispielsweise kann der Abstand DM, wie es in 4 veranschaulicht ist, zwischen der radialen inneren Oberfläche der Magneteinheit 42 (d.h. der ersten und zweiten Magnete 91 und 92) und der Mitte der Achse des Rotors 40 derart ausgewählt werden, dass er 50 mm oder mehr ist.The distance DM between a surface of the magnet unit 42 facing the armature and the axial center of the rotor in the radial direction can be selected to be 50 mm or more. For example, the distance DM as it is in 4th between the radial inner surface of the magnet unit 42 (ie the first and second magnets 91 and 92 ) and the center of the axis of the rotor 40 be selected to be 50 mm or more.
Die kleine nutenlose Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, deren Ausgangsleistung einige zehn oder hundert Watt beträgt, ist bekannt, was für Modelle verwendet wird. Die Erfinder dieser Anmeldung haben keine Beispiele gesehen, bei denen die nutenlose Struktur mit großen industriellen rotierenden elektrischen Maschinen verwendet wird, deren Ausgangsleistung mehr als 10 kW ist. Die Erfinder haben den Grund dafür untersucht.The small, slotless structure of the rotating electrical machine, the output of which is a few tens or hundreds of watts, is known what is used for models. The inventors of this application have not seen any examples in which the slotless structure is used with large industrial rotating electrical machines whose output power is more than 10 kW. The inventors have investigated the reason for this.
Moderne größere rotierende elektrische Maschinen sind in vier Hauptarten kategorisiert: einen Bürstenmotor, einen Kurzschlussläufer-Induktionsmotor, einen Permanentmagnet-Synchronmotor, einen Reluktanzmotor.Modern larger rotating electrical machines are categorized into four main types: a brush motor, a squirrel-cage induction motor, a permanent magnet synchronous motor, a reluctance motor.
Bürstenmotoren wird ein Erregungsstrom unter Verwendung von Bürsten zugeführt. Große Bürstenmotoren weisen daher eine zunehmende Größe von Bürsten auf, was zu einer komplexen Wartung davon führt. Mit der außerordentlichen Entwicklung der Halbleitertechnologie wurden bürstenlose Motoren wie Induktionsmotoren stattdessen verwendet. In dem Feld kleiner Motoren, ist ebenfalls eine große Anzahl von kernlosen Motoren im Hinblick auf ein niedriges Trägheitsmoment oder ökonomische Effizienz auf den Markt gebracht worden.Brush motors are supplied with an excitation current using brushes. Large brush motors therefore have an increasing size of brushes, which leads to complex maintenance thereof. With the extraordinary development of semiconductor technology, brushless motors such as induction motors have been used instead. In the field of small motors, a large number of coreless motors have also been put on the market in view of a low moment of inertia or economic efficiency.
Kurzschlussläufer-Induktionsmotoren arbeiten nach dem Prinzip, dass ein Magnetfeld, das durch eine Primärstatorwicklung erzeugt wird, durch einen Sekundärstatorkern empfangen wird, um einen induzierten Stromleiter der Bracket-Bauart zuzuführen, wodurch ein magnetisches Reaktionsfeld erzeugt wird, um Drehmoment zu erzeugen. Im Hinblick auf eine kleine Größe und hohen Wirkungsgrad der Motoren ist es unzweckmäßig, dass der Stator und der Rotor derart entworfen werden, dass sie keine Eisenkerne aufweisen.Squirrel cage induction motors operate on the principle that a magnetic field generated by a primary stator winding is received by a secondary stator core to supply an induced current conductor of the bracket type, creating a magnetic reaction field to generate torque. In view of the small size and high efficiency of the motors, it is inappropriate that the stator and the rotor are designed in such a way that they have no iron cores.
Reluktanzmotoren sind Motoren, die entworfen sind, um eine Änderung in der Reluktanz in einem Eisenkern zu verwenden. Es ist somit im Prinzip unzweckmäßig, dass der Eisenkern weggelassen wird.Reluctance motors are motors that are designed to use a change in reluctance in an iron core. In principle, it is therefore inappropriate for the iron core to be left out.
In den letzten Jahren haben Permanentmagnet-Synchronmotoren einen IPM-(Innenpermanentmagnet-) Rotor verwendet. Insbesondere verwenden die meisten großen Motoren einen IPM-Rotor, solange es keine speziellen Umstände gibt. In recent years, permanent magnet synchronous motors have used an IPM (inner permanent magnet) rotor. In particular, most large motors use an IPM rotor as long as there are no special circumstances.
IPM-Motoren weisen Eigenschaften auf, dass sowohl Magnetdrehmoment als auch Reluktanzdrehmoment erzeugt wird. Das Verhältnis zwischen dem Magnetdrehmoment und dem Reluktanzdrehmoment wird zeitlich unter Verwendung eines Wechselrichters gesteuert. Aus diesen Gründen wird gedacht, dass die IPM-Motoren kompakt sind und in der Fähigkeit, gesteuert zu werden, exzellent sind.IPM motors have properties that both magnetic torque and reluctance torque are generated. The relationship between the magnet torque and the reluctance torque is timed using an inverter. For these reasons, it is thought that the IPM motors are compact and excellent in the ability to be controlled.
Entsprechend einer Analyse durch die Erfinder wird Drehmoment auf der Oberfläche eines Rotors, der das Magnetdrehmoment und das Reluktanzdrehmoment erzeugt, gemäß 43 als eine Funktion des Abstands DM zwischen der Oberfläche der Magneteinheit, die dem Anker zugewandt ist, und der Mitte der Achse des Rotors, d.h. des Radius eines Statorkerns eines typischen Innenrotors, ausgedrückt, der auf der horizontalen Achse angegeben ist.According to an analysis by the inventors, torque is generated on the surface of a rotor that generates the magnetic torque and the reluctance torque 43 as a function of distance DM between the surface of the magnet unit facing the armature and the center of the axis of the rotor, that is, the radius of a stator core of a typical inner rotor, which is indicated on the horizontal axis.
Das Potential des Magnetdrehmoments, wie aus der nachfolgenden Gleichung (eq1) hervorgeht, hängt von der Stärke eines durch einen Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes ab, wohingegen das Potential des Reluktanzdrehmoments, wie aus der nachfolgenden Gleichung (eq2) hervorgeht, von dem Ausmaß der Induktivität, insbesondere auf der q-Achse, abhängt.
The potential of the magnetic torque, as shown in the following equation (eq1), depends on the strength of a magnetic field generated by a permanent magnet, whereas the potential of the reluctance torque, as shown in the following equation (eq2), depends on the extent of the inductance, in particular on the q axis.
Ein Vergleich zwischen der Stärke eines durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes und des Grads der Induktivität einer Wicklung unter Verwendung des Abstands DM zeigt, dass die Stärke des durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes, d.h. die Größe des Magnetflusses Ψ proportional zu der Gesamtfläche einer Oberfläche des Permanentmagneten ist, die dem Stator zugewandt ist. In dem Falle eines zylindrischen Stators ist eine derartige Gesamtfläche eine Fläche einer zylindrischen Oberfläche des Permanentmagneten. Technisch gesagt, weist der Permanentmagnet einen N-Pol und einen S-Pol auf, ist die Größe des Magnetflusses Ψ proportional zu der Hälfte der Fläche der zylindrischen Oberfläche. Die Fläche der zylindrischen Oberfläche ist proportional zu dem Radius der zylindrischen Oberfläche und der Länge der zylindrischen Oberfläche. Wenn die Länge der zylindrischen Oberfläche konstant ist, ist die Fläche der zylindrischen Oberfläche proportional zu dem Radius der zylindrischen Oberfläche.A comparison between the strength of a magnetic field generated by the permanent magnet and the degree of inductance of a winding using the distance DM shows that the strength of the magnetic field generated by the permanent magnet, ie the size of the magnetic flux Ψ, is proportional to the total area of a surface of the permanent magnet facing the stator. In the case of a cylindrical stator, such an entire area is an area of a cylindrical surface of the permanent magnet. Technically speaking, if the permanent magnet has an N pole and an S pole, the magnitude of the magnetic flux fluss is proportional to half the area of the cylindrical surface. The area of the cylindrical surface is proportional to the radius of the cylindrical surface and the length of the cylindrical surface. If the length of the cylindrical surface is constant, the area of the cylindrical surface is proportional to the radius of the cylindrical surface.
Die Induktivität Lq der Wicklung hängt von der Form des Eisenkerns ab, jedoch ist deren Empfindlichkeit niedrig und eher proportional zu dem Quadrat der Anzahl der Windungen der Statorwicklung, so dass sie stark abhängig von der Anzahl der Windungen ist. Die Induktivität L wird ausgedrückt durch eine Beziehung von L = µ · N2 × S/δ, wobei µ die Permeabilität eines Magnetkreises ist, N die Anzahl der Windungen ist, S eine Schnittfläche des Magnetkreises ist und δ eine effektive Länge des Magnetkreises ist. Die Anzahl der Windungen der Wicklung hängt von der Größe des durch die Wicklung belegten Raums ab. In dem Fall eines zylindrischen Motors hängt die Anzahl der Windungen daher von der Größe des durch die Wicklung des Stators belegten Raums, anders ausgedrückt Flächen von Nuten in dem Stator, ab. Die Nut ist, wie es in 44 veranschaulicht ist, rechteckig, so dass die Fläche der Nut proportional zu dem Produkt von a und b ist, wobei a die Breite der Nut in der Umlaufrichtung ist und b die Länge der Nut in der radialen Richtung ist.The inductance Lq of the winding depends on the shape of the iron core, but its sensitivity is low and rather proportional to the square of the number of turns of the stator winding, so that it is strongly dependent on the number of turns. The inductance L is expressed by a relationship of L = µ · N 2 × S / δ, where µ is the permeability of a magnetic circuit, N is the number of turns, S is a sectional area of the magnetic circuit and δ is an effective length of the magnetic circuit. The number of turns of the winding depends on the size of the space occupied by the winding. In the case of a cylindrical motor, the number of turns therefore depends on the size of the space occupied by the winding of the stator, in other words areas of slots in the stator. The groove is like it in 44 is illustrated as rectangular, so that the area of the groove is proportional to the product of a and b, where a is the width of the groove in the circumferential direction and b is the length of the groove in the radial direction.
Die Breite der Nut in der Umlaufrichtung wird mit einer Erhöhung des Durchmessers des Zylinders groß, so dass die Breite proportional zu dem Durchmesser des Zylinders ist. Die Länge der Nut in der radialen Richtung ist proportional zu dem Durchmesser des Zylinders. Die Fläche der Nut ist daher proportional zu dem Quadrat des Durchmessers des Zylinders. Es geht aus der vorstehend beschriebenen Gleichung (eq2) hervor, dass das Reluktanzdrehmoment proportional zu dem Quadrat des Stroms in dem Stator ist. Das Leistungsvermögen der rotierenden elektrischen Maschine hängt daher davon ab, wieviel Strom in der rotierenden elektrischen Maschine fließen kann, das heißt, hängt von den Flächen der Nuten in dem Stator ab. Die Reluktanz ist daher proportional zu dem Quadrat des Durchmessers des Zylinders für einen Zylinder einer konstanten Menge. Auf der Grundlage dieser Tatsache ist eine Beziehung des Magnetdrehmoments und des Reluktanzdrehmoments zu dem Abstand DM durch Diagramme in 43 gezeigt.The width of the groove in the circumferential direction becomes large with an increase in the diameter of the cylinder, so that the width is proportional to the diameter of the cylinder. The length of the groove in the radial direction is proportional to the diameter of the cylinder. The area of the groove is therefore proportional to the square of the diameter of the cylinder. It can be seen from equation (eq2) described above that the reluctance torque is proportional to the square of the current in the stator. The performance of the rotating electrical machine therefore depends on how much current can flow in the rotating electrical machine, that is, depends on the areas of the slots in the stator. The reluctance is therefore proportional to the square of the diameter of the cylinder for a cylinder of a constant amount. Based on this, there is a relationship of the magnetic torque and the reluctance torque to the distance DM through diagrams in 43 shown.
Das Magnetdrehmoment wird, wie es in 43 gezeigt ist, linear als eine Funktion des Abstands DM erhöht, während das Reluktanzdrehmoment in der Form einer quadratischen Funktion als eine Funktion des Abstands DM erhöht wird. 43 zeigt, dass, wenn der Abstand DM klein ist, das magnetische Drehmoment dominant ist, wohingegen das Reluktanzdrehmoment mit einer Erhöhung des Durchmessers des Statorkerns dominanter wird. Die Erfinder dieser Anmeldung kamen zu dem Schluss, dass ein Schnittpunkt der Linien, die das magnetische Drehmoment und das Reluktanzdrehmoment in 43 ausdrücken, nahe 50 mm liegt, was der Radius des Statorkerns ist. Es scheint, dass es für einen Motor, dessen Ausgangsleistung 10 kW ist und dessen Statorkern einen Radius von sehr viel mehr als 50 mm ist, schwierig ist, den Statorkern wegzulassen, da die Verwendung des Reluktanzdrehmoments heute allgemein verbreitet ist. Dies ist einer der Gründe, warum die nutenlose Struktur in großen Motoren nicht verwendet wird.The magnetic torque is as it is in 43 is shown linearly as a function of distance DM increases while the reluctance torque in the form of a quadratic function as a function of distance DM is increased. 43 shows that when the distance DM is small, the magnetic torque is dominant, whereas the reluctance torque becomes more dominant with an increase in the diameter of the stator core. The inventors of this application came to the conclusion that an intersection of the lines representing the magnetic torque and the reluctance torque in 43 express, is close to 50 mm, which is the Radius of the stator core is. It seems that it is difficult for an engine whose output power is 10 kW and whose stator core has a radius much larger than 50 mm to omit the stator core since the use of reluctance torque is widely used today. This is one of the reasons why the slotless structure is not used in large engines.
Eine rotierende elektrische Maschine, die einen Eisenkern in dem Stator verwendet, ist stets einem Problem ausgesetzt, das mit der magnetischen Sättigung des Eisenkerns verknüpft ist. Insbesondere weisen rotierende elektrische Maschinen der Radialspaltbauart einen Längsschnitt der Drehwelle auf, die von einer Ventilatorform für jeden Magnetpol ist, so dass je weiter innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine, umso kleiner die Breite eines Magnetkreises ist, so dass innere Abmessungen von Zähnen, die Nuten in dem Kern bilden, ein Faktor für die Begrenzung des Leistungsvermögens der rotierenden elektrischen Maschine werden. Selbst wenn ein Hochleistungs-Permanentmagnet verwendet wird, wird die Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Permanentmagneten zu einer Schwierigkeit bei der Erzeugung eines erforderlichen Ausmaßes eines Leistungsvermögens des Permanentmagneten führen. Es ist notwendig, den Permanentmagneten derart zu entwerfen, dass er einen erhöhten Innendurchmesser aufweist, um ein Risiko für die Erzeugung der magnetischen Sättigung zu beseitigen, was zu einer erhöhten Größe der rotierenden elektrischen Maschine führt.A rotating electrical machine that uses an iron core in the stator is always faced with a problem associated with the magnetic saturation of the iron core. In particular, rotating electrical machines of the radial gap type have a longitudinal section of the rotary shaft, which is of a fan shape for each magnetic pole, so that the further inside the rotating electrical machine, the smaller the width of a magnetic circuit, so that internal dimensions of teeth, the grooves in form the core, become a factor for limiting the performance of the rotating electrical machine. Even if a high-performance permanent magnet is used, the generation of magnetic saturation in the permanent magnet will lead to a difficulty in generating a required level of performance of the permanent magnet. It is necessary to design the permanent magnet so that it has an increased inner diameter in order to eliminate a risk of generating the magnetic saturation, which leads to an increased size of the rotating electrical machine.
Beispielsweise ist eine typische rotierende elektrische Maschine mit einer verteilten Drei-Phasen-Wicklung derart entworfen, dass drei bis sechs Zähne zur Erzeugung einer Strömung eines Magnetflusses für jeden Magnetpol dienen, ist jedoch dem Risiko ausgesetzt, dass der Magnetfluss sich auf einen führenden der Zähne in der Umlaufrichtung konzentrieren kann, wodurch bewirkt wird, dass der Magnetfluss nicht gleichförmig in den drei bis sechs Zähnen fließt. Beispielsweise konzentriert sich der Fluss des Magnetflusses auf einen oder zwei der Zähne, so dass der eine oder die zwei der Zähne, in denen die magnetische Sättigung auftritt, sich in der Umlaufrichtung mit der Drehung des Rotors bewegen, was zu einem Faktor führen kann, der eine Nutenwelligkeit (slot ripple) verursacht.For example, a typical rotating electrical machine with a distributed three-phase winding is designed such that three to six teeth are used to generate a flow of magnetic flux for each magnetic pole, but is at risk of the magnetic flux affecting a leading one of the teeth in the direction of rotation, causing the magnetic flux to not flow uniformly in the three to six teeth. For example, the flux of the magnetic flux concentrates on one or two of the teeth, so that one or two of the teeth in which the magnetic saturation occurs move in the orbital direction with the rotation of the rotor, which can lead to a factor that slot ripple.
Aus den vorstehend beschriebenen Gründen ist es erforderlich, die Zähne in der nutenlosen Struktur der rotierenden elektrischen Maschine wegzulassen, deren Abstand DM 50 mm oder mehr ist, um das Risiko für die Erzeugung der magnetischen Sättigung zu beseitigen. Das Weglassen der Zähne führt jedoch zu einer Erhöhung im magnetischen Widerstandswert in Magnetkreisen des Rotors und des Stators, wodurch das durch die rotierende elektrische Maschine erzeugte Drehmoment verringert wird. Der Grund für eine derartige Erhöhung des magnetischen Widerstandswerts ist, dass es beispielsweise einen großen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator gibt. Die nutenlose Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, deren Abstand DM 50 mm oder mehr ist, weist daher Raum zur Verbesserung auf, um das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen. Es gibt zahlreiche Vorteile zur Verwendung der vorstehend beschriebenen Drehmomenterhöhungsstruktur in der nutenlosen Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, dessen Abstand DM 50 mm oder mehr ist.For the reasons described above, it is necessary to omit the teeth in the grooveless structure of the rotating electrical machine, their spacing DM Is 50 mm or more to eliminate the risk of magnetic saturation generation. However, the omission of the teeth leads to an increase in the magnetic resistance value in magnetic circuits of the rotor and the stator, as a result of which the torque generated by the rotating electrical machine is reduced. The reason for such an increase in the magnetic resistance value is that there is, for example, a large air gap between the rotor and the stator. The slotless structure of the rotating electrical machine, its distance DM Is 50 mm or more, therefore, has room for improvement to increase the output torque. There are numerous advantages to using the torque increasing structure described above in the grooveless structure of the rotating electrical machine, its spacing DM Is 50 mm or more.
Nicht nur rotierende elektrische Maschinen der Außenrotorbauart, sondern ebenfalls rotierende elektrische Maschine der Innenrotorbauart werden vorzugsweise derart entworfen, dass sie den Abstand DM von 50 mm oder mehr zwischen der Oberfläche der Magneteinheit, die dem Anker zugewandt ist, und der Mitte der Achse des Rotors in der radialen Richtung aufweisen.Not only rotating electrical machines of the outer rotor type, but also rotating electrical machines of the inner rotor type are preferably designed such that they cover the distance DM of 50 mm or more between the surface of the magnet unit facing the armature and the center of the axis of the rotor in the radial direction.
Die Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann entworfen sein, lediglich den einzelnen geraden Abschnitt 83 des Leiters 82 aufzuweisen, der in der radialen Richtung angeordnet ist. Alternativ kann beispielsweise eine Vielzahl gerader Abschnitte 83, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs gerade Abschnitte 83, aufeinander in der radialen Richtung gestapelt sein.The stator winding 51 the rotating electrical machine 10th can be designed just the single straight section 83 of the leader 82 to have, which is arranged in the radial direction. Alternatively, for example, a plurality of straight sections 83 , for example three, four, five or six straight sections 83 , be stacked on top of each other in the radial direction.
Beispielsweise weist die in 2 veranschaulichte Struktur die sich außerhalb der Enden der Länge der rotierenden elektrischen Maschine 10 erstreckende Drehwelle 11 auf, jedoch kann sie alternativ entworfen sein, die Drehwelle 11 aufzuweisen, die lediglich an einem der Enden nach außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 10 vorspringt. In diesem Fall ist es ratsam, dass ein Abschnitt der Drehwelle 11, der durch die Lagereinheit 20 in der freitragenden Form festgehalten wird, sich an einem der Enden der rotierenden elektrischen Maschine befindet, und dass die Drehwelle 11 an einem derartigen Ende der rotierenden elektrischen Maschine nach außerhalb vorspringt. Diese Struktur bewirkt, dass die Drehwelle 11 nicht nach innerhalb der Wechselrichtereinheit 60 vorspringt, was ermöglicht, dass ein breiter Innenraum der Wechselrichtereinheit 60, d.h. des Zylinders 71, verwendet werden kann.For example, in 2nd illustrated structure which is outside the ends of the length of the rotating electrical machine 10th extending rotary shaft 11 on, however, it can alternatively be designed, the rotating shaft 11 to have that only at one of the ends outside the rotating electrical machine 10th protrudes. In this case, it is advisable that a section of the rotating shaft 11 by the storage unit 20th is held in the cantilever form, is located at one of the ends of the rotating electrical machine, and that the rotary shaft 11 protrudes outside at such an end of the rotating electrical machine. This structure causes the rotating shaft 11 not inside the inverter unit 60 protrudes, which allows a wide interior of the inverter unit 60 , ie the cylinder 71 , can be used.
Die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine 10 verwendet eine nichtleitende Schmierung in den Lagern 21 und 22, kann jedoch alternativ entworfen sein, eine leitende Schmierung in den Lagern 21 und 22 aufzuweisen. Beispielsweise kann leitende Schmierung verwendet werden, die metallische Partikel oder Kohlenstoffpartikel enthält.The structure of the rotating electrical machine described above 10th uses non-conductive lubrication in the bearings 21 and 22 , however, can alternatively be designed with conductive lubrication in the bearings 21 and 22 to show. For example, conductive lubrication containing metallic particles or carbon particles can be used.
Ein Lager oder Lager können an lediglich einem oder beiden axialen Enden des Rotors 40 zum Festhalten der Drehwelle 11 derart, dass sie drehbar ist, montiert werden. Beispielsweise kann die Struktur gemäß 1 ein oder mehrere Lager aufweisen, die lediglich an einer Seite oder entgegengesetzten Seiten der Wechselrichtereinheit 60 in der axialen Richtung montiert sind.A bearing or bearings can be on only one or both axial ends of the rotor 40 to hold the rotating shaft 11 such that it can be rotated. For example, the structure according to 1 have one or more bearings that are only on one side or opposite sides of the inverter unit 60 are mounted in the axial direction.
Die Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 der rotierenden elektrischen Maschine 10 weist den Zwischenabschnitt 45 auf, der mit der inneren Schulter 49a und der ringförmigen äußeren Schulter 49b ausgerüstet ist, jedoch kann die Magnethalteeinrichtung 41 alternativ entworfen sein, einen flachen Zwischenabschnitt 45 ohne die Schultern 49a und 49b aufzuweisen.The magnetic holding device 41 of the rotor 40 the rotating electrical machine 10th points the intermediate section 45 on the one with the inner shoulder 49a and the annular outer shoulder 49b is equipped, however, the magnetic holding device 41 alternatively, be designed a flat intermediate section 45 without the shoulders 49a and 49b to show.
Der Leiterkörper 82a von jedem der Leiter 82 der Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist aus einer Sammlung der Drähte 86 gebildet, kann jedoch alternativ durch Verwendung eines quadratischen Leiters mit einem rechteckigen Querschnitt geformt sein. Der Leiter 82 kann alternativ unter Verwendung eines kreisförmigen Leiters mit einem kreisförmigen Querschnitt oder einem ovalen Querschnitt gebildet sein.The ladder body 82a from each of the leaders 82 the stator winding 51 the rotating electrical machine 10th is from a collection of wires 86 formed, but may alternatively be formed using a square conductor with a rectangular cross-section. The leader 82 may alternatively be formed using a circular conductor having a circular cross-section or an oval cross-section.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist die radial innerhalb des Stators 50 angeordnete Wechselrichtereinheit 60 auf, kann jedoch alternativ entworfen sein, die Wechselrichtereinheit 60 nicht innerhalb des Stators 50 angeordnet aufzuweisen. Dies ermöglicht es dem Stator 50, einen radial inneren Freiraum aufzuweisen, in dem andere Teile als die Wechselrichtereinheit 60 montiert werden können.The rotating electrical machine 10th points the radially inside the stator 50 arranged inverter unit 60 on, but alternatively, the inverter unit can be designed 60 not inside the stator 50 arranged to have. This enables the stator 50 to have a radially inner clearance in which parts other than the inverter unit 60 can be assembled.
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann entworfen sein, das Gehäuse 30 nicht aufzuweisen. In diesem Fall kann der Rotor 40 oder der Stator 50 durch ein Rad oder ein anderes Teil eines Fahrzeugs festgehalten werden.The rotating electrical machine 10th can be designed the housing 30th not to show. In this case, the rotor 40 or the stator 50 held by a wheel or other part of a vehicle.
Obwohl diese Offenbarung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsbeispiele zur Erleichterung eines besseren Verständnisses davon diskutiert worden ist, sollte beachtet werden, dass die Erfindung in verschiedenerlei Weise ohne Abweichen von dem Prinzip der Erfindung verkörpert werden kann. Daher sollte diese Offenbarung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Modifikationen der gezeigten Ausführungsbeispiele umfasst, die ohne Abweichen von dem Prinzip dieser Offenbarung verkörpert werden können, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt ist.Although this disclosure has been discussed in terms of preferred embodiments to facilitate a better understanding thereof, it should be noted that the invention can be embodied in various ways without departing from the principle of the invention. Therefore, this disclosure should be understood to include all possible embodiments and modifications to the embodiments shown, which can be embodied without departing from the principle of this disclosure as set out in the accompanying claims.
