DE112018004362T5

DE112018004362T5 - Elektrische permanentmagnet-rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112018004362T5
Application number: DE112018004362.2T
Authority: DE
Inventors: Tomohira Takahashi; Junji Kitao; Yoshihiro Miyama; Masatsugu Nakano; Kosho YAMANE
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US20200220398A1; CN111149281B; WO2019064801A1; JP6903144B2; CN111149281A; JPWO2019064801A1; US11456633B2

Abstract

Es wird eine elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine angegeben, die zum Verbessern eines Schlussdrehmoments entsprechend der Summe aus Magnetmoment und Reluktanzmoment imstande ist. Ein Rotor der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine weist einen Rotorkern, eine Mehrzahl von in dem Rotorkern eingebetteten Magneten und Magnetschlitze auf. Jeder der Magnetschlitze ist in einem Kernbereich ausgebildet, der ein Bereich zwischen Magneten der Mehrzahl von Magneten, die einen Magnetpol bilden, und einem Spalt ist. Die Magnetschlitze sind Bereiche mit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität als die magnetische Permeabilität des Kernbereichs. Das eine Ende von jedem der Magnetschlitze, das näher an der äußeren Peripherie des Rotors ist, in einem Teil des Kernbereichs auf Seiten der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung des Rotors positioniert ist, wobei die Kraft auf den Rotor durch Energiebeaufschlagung der Spulen aufgebracht wird, und zwar bezogen auf die Magnetpolmitte des einen Magnetpols, und das andere Ende, das näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors ist, auf der Magnetpolmitte oder in einem Teil des Kernbereichs auf einer Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft bezogen auf die Magnetpolmitte positioniert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine, die Permanentmagneten verwendet.
Stand der Technik
Eine elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die Vorteile hinsichtlich einer Größen-Verkleinerung und einer Erhöhung der Ausgangsleistung bietet, wird in vielen Fällen als elektrische Rotationsmaschine für gewerbliche Verwendungen und als elektrische Rotationsmaschine für Elektrofahrzeuge und für Hybridfahrzeuge verwendet. Unter den oben beschriebenen elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschinen können dann, wenn die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine eine solche Struktur aufweist, dass Permanentmagneten in einem Rotorkern eingebettet sind, zwei Arten von Drehmoment erhalten werden können.
Genauer gesagt: Ein Magnetmoment wird vom magnetischen Induktionsfluss von den Permanentmagneten erzeugt, und ein Reluktanzmoment wird von einem magnetischer Reluktanzfluss von einem Stator erzeugt. Das sich schließlich ergebende Drehmoment des Motors wird durch die Summe der zwei Arten von Drehmomenten bestimmt.
Die oben beschriebene elektrische Rotationsmaschine, die eine allgemeine Struktur hat, ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass Stromphasenwinkel β, bei welchen die oben erwähnten zwei Arten von Drehmoment Scheitelwerte haben, voneinander verschieden sind. Genauer gesagt: Das Magnetmoment hat einen positiven Scheitelwert, wenn β = 0° gegeben ist, und das Reluktanzmoment hat einen positiven Scheitelwert, wenn β = 45° gegeben ist. Demzufolge taucht ein Scheitelwert des Gesamtmoments auf, wenn β größer als 0° ist oder wenn β kleiner als 45° ist.
Genauer gesagt: Zur Stromsteuerung des Motors muss, wenn ein Maximalmoment erzeugt werden soll, der Stromphasenwinkel mit einem Stromphasenwinkel β vorgegeben sein, bei welchem keine der zwei Arten von Drehmoment seinen Scheitelwert hat. Demzufolge wird der Wert des Maximalmoment manchmal kleiner als die Summe der Scheitelwerte der zwei Arten von Drehmoment.
Es wurde indessen eine Konstruktion vorgeschlagen, bei welcher der Rotor Durchgangslöcher hat, wobei jedes davon eine Schlitzform aufweist, zum Ablenken des magnetischen Induktionsflusses von den Permanentmagneten in Richtung eines Stators in Rotationsrichtung des Rotors (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Ferner wurde bereits eine Konstruktion mit zwei Schlitzen in einem Kernbereich eines Rotors vorgeschlagen, der sich auf der Außenumfangsseite von Magnet-Einführungslöchern befindet. Die Schlitze sind in Richtung der Rotormagnetpol-Mittellinie nur auf einer Rotorumkehrrichtungs-Seite der Rotormagnetpol-Mittellinie gebohrt (siehe beispielsweise Patentliteratur 2).
Ferner wurde schon eine Konstruktion vorgeschlagen, bei welcher ein Luftspalt mit einer vorbestimmten Schnittform in einen Rotor gebildet ist, und zwar an einer solchen Position, dass er eine Phase der Phasenverzögerung in Hinblick auf die d-Achse hat, die der Richtung des magnetischen Flusses der Permanentmagnete entspricht (siehe beispielsweise Patentliteratur 3).
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP H11-206046 A (Seiten 2 bis 5, 2)
Patentliteratur 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP H11-178255 A (Seiten 2 bis 4, 2)
Patentliteratur 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP H2012-023904 A (Seiten 4 bis 10, 2)

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei den in der Patentliteratur 1 bis 3 offenbarten Konstuktionen wird ein Positionszusammenhang zwischen dem Pfad des magnetischen Induktionsflusses und dem Pfad des magnetischen Reluktanzflusses so verändert, dass der Stromphasenwinkel β, bei welchem das Magnetmoment den Scheitlwert hat, und der Stromphasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment seinen Scheitelwert, relativ näher zueinander vorgegeben werden können. Der Luftspalt zum Lokalisieren des magnetischen Induktionsflusses ist jedoch an einer Position vorhanden, bei welcher der Pfad des magnetischen Reluktanzflusses blockiert ist, was zur Verringerung des Reluktanzflusses selbst führt. Demzufolge ist das sich ergebende Drehmoment manchmal verringert.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine anzugeben, die zum Verbessern des Gesamtmoments aus Magnetmoment und Reluktanzmoment imstande ist.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine angegeben, die Folgendes aufweist:

einen Stator, der einen Statorkern und Spulen aufweist; und
einen Rotor, der auf der Innenseite des Stators mit einem Spalt angeordnet ist, der ein Mikrospalt ist, und der drehbar ist,
wobei der Rotor Folgendes aufweist:
- einen Rotorkern;
- eine Mehrzahl von Magneten, die in dem Rotorkern eingebettet sind; und

Magnetschlitze, die jeweils in einem Kernbereich des Rotorkerns ausgebildet sind, der ein Bereich ist, der sich zwischen den Magneten zum Ausbilden von einem Magnetpol der Mehrzahl von Magente und dem Spalt befindet, wobei die Magnetschlitze Bereiche sind, die eine niedrigere magnetische Permeabilität haben als die magnetische Permeabilität des Kernbereichs,
wobei das eine der Enden von jedem der Magnetschlitze in Längsrichtung des Magnetschlitzes, der sich näher an der äußeren Peripherie des Rotors als ein anderes Ende befindet, in dem Teil des Kernbereichs positioniert ist, der sich auf Seiten der gleichen Richtung der Kraft in Umfangsrichtung des Rotors befindet, wobei die Kraft auf den Rotor durch ein Drehmoment ausgeübt wird, und zwar in Hinblick auf die Magnetpolmitte des einen Magnetpols,
wobei das andere der Enden von jedem der Magnetschlitze, das sich näher an der Rotationsachsenmitte des Rotors befindet, auf der Magnetpolmitte oder in einem Teil des Kernbereichs positioniert ist, der sich auf der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft in Umfangsrichtung befindet, wobei die Kraft von dem Moment aufgebracht wird, und zwar im Hinblick auf die Magnetpolmitte, und
wobei die Fläche des Teils des Kernbereichs, der sich auf Seiten der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft in Hinblick auf den Magnetschlitz befindet, kleiner ist als die Fläche des Teils des Kernbereichs, der sich auf der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft in Hinblick auf den Magnetschlitz befindet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu imstande, das Gesamtmoment aus dem Magnetmoment und dem Reluktanzmoment zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht in Längsrichtung einer elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Rotationsachsenrichtung enthält.
2 ist eine Schnittansicht der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Graph zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Position des magnetischen Flusses in Umfangsrichtung und der magnetischen Spalt-Flussdichte, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Graph zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen Phase und Moment, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Schnittansicht der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Graph zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen Phase und Moment, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar für jede Wicklungsart.
10 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
25 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
26 ist eine Schnittansicht eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
28 ist eine Schnittansicht der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
29 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
30 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
31 ist eine Schnittansicht der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
32 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
33 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
34 ist eine Schnittansicht der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
35 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
36 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
37 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptbereichs des Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Darstellung der Grundstruktur ist, gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
38 ist eine Schnittansicht in Längsrichtung einer elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Rotationsachsenrichtung enthält.
39 ist eine Schnittansicht eines Rotors senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
40 ist eine Schnittansicht des Rotors senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur der elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
41 ist eine Schnittansicht eines Rotors senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht in Längsrichtung einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zur Realisierung der vorliegenden Erfindung, die eine Rotationsachsenrichtung enthält.
Gemäß 1 weist eine elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 einen Rahmen 13, Lagerschalen 15 und eine Drehwelle 16 auf. Die Lagerschalen 15 sind an beiden Endflächen des Rahmens 13 in Rotationsachsenrichtung angeordnet, und sie sind so konfiguriert, dass sie Lager 14 auf der radialen Innenseite lagern. Ferner weist die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 einen Rotor 20 und eine Stator 10 auf. Der Rotor 20 ist so gelagert, dass er um die Rotationsachse der Drehwelle 16 als deren Mittelpunkt rotieren kann, wobei die Lager 14 dazwischen eingefügt sind. Der Stator 10 ist fest an einem Innenumfang des Rahmens 13 fixiert, und er ist auf der radialen Außenseite des Rotors 20 mit einem dazwischenliegenden Luftspalt angeordnet.
2 ist eine Schnittansicht der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung einer Grundstruktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1, die in 2 dargestellt ist, weist den Stator 10 und den Rotor 20 mit einer Säulenform auf, der auf der Innenseite des Stators 10 angeordnet ist. Der Rotor 20 ist so angeordnet, dass er vom Stator 10 mit einem Spalt 50 dazwischen beabstandet angeordnet ist, der ein Mikrospalt ist, und demzufolge ist der Rotor 20 so konfiguriert, dass er drehbar ist.
Der Stator 10 weist einen Statorkern 11 und Spulen 12 auf. Der Statorkern 11 hat beispielsweise eine zylindrische Form und ist in der zylindrischen Form beispielsweise durch Laminieren einer Mehrzahl von dünnen elektromagnetischen Stahlblechen hergestellt, die jeweils eine Ringform haben, und zwar in Axialrichtung der Drehwelle 16 des Rotors 20.
Ferner hat er Statorkern 11 eine Kernrückseite 111 und achtzehn Zahnbereiche 112. Die Kernrückseite 111 hat eine Ringform und befindet sich auf der äußeren peripheren Seite des Statorkerns 11. Die Zahnbereiche 112 stehen von der Kernrückseite 111 in Richtung der inneren peripheren Seite vor, und sie sind so ausgebildet, dass sie voneinander in der Umfangsrichtung des Statorkerns 11 beabstandet sind.
Die Spulen 12 sind um die Zahnbereiche 112 des Statorkerns 11 mit Isolatoren dazwischen gewickelt, und sie sind in Nuten zwischen den Zahnbereichen 112 montiert. Für die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform ist eine konzentrierte Wicklungsstruktur als Beispiel beschrieben. Die konzentrierte Wicklungsstruktur ist eine Struktur, bei welcher eine Spule um einen Zahnbereich 112 gewickelt ist. Demzufolge sind zwei Spulen in jeder Nut zwischen den Zahnbereichen 112 aufgenommen.
Der Rotor 20 weist einen Rotorkern 21, vierundzwangzig Permanentmagneten 22 und die Drehwelle 16 auf. Die Drehwelle 16 ist am Zentrum des Rotorkerns 21 fixiert, und ihre beiden Enden werden von den Lagern 14 gelagert, die an den Lagerschalen 15 des Rahmens 13 angebracht sind, so dass sie drehbar ist. Der Rotor 20 ist im Zentrum hohl. In 2 sind zur besseren Verständlichkeit der Beschreibung der Rahmen 13, die Lagerschalen 15 und die Lager 14 weggelassen.
Die vierundzwanzig Permanentmagneten 22 sind in Löchern eingebettet, die in dem Rotorkern 21 ausgebildet sind. Der Rotorkern 21 hat zwölf Magnetpole. Ein Magnetpol wird von zwei Permanentmagneten 22 gebildet, die in dem Rotorkern 21 eingebettet sind. Jeder der zwei Permanentmagneten 22 zum Ausbilden von einem Magnetpol hat eine Rechteckform, und die zwei Permanentmagneten sind in einem V-förmigen Muster angeordnet, so dass sie von Seiten des Rotationsachsenzentrums des Rotors 20 in Richtung einer äußeren peripheren Seite offen sind.
Die Permanentmagnete 22 sind so angeordnet, dass zwölf Sätze, die jeweils aus zwei Permanentmagneten 22 gebildet sind, die in einem V-förmigen Muster angeordnet sind, in dem Rotorkern 21 gleichmäßig in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist jeder der Permanentmagnete 22 magnetisiert, und zwar im rechten Winkel bezogen auf die Seiten in Längsrichtung eines entsprechenden der Permanentmagnete 22.
Die Permanentmagnete 22 sind in dem Rotorkern 21 so angeordnet, dass der Permanentmagnet 22, der mit einem magnetischen Fluss von der radial inneren Seite des Rotorkerns 21 in Richtung der radial äußeren Seite des Rotorkerns 21 magnetisiert ist, und der Permanentmagnet 22, der mit einem magnetischen Fluss von der radial äußeren Seite des Rotorkerns 21 in Richtung der radial inneren Seite des Rotorkerns 21 magnetisiert ist, für jeden Satz abwechselnd angeordnet sind.
Mit der V-förmigen Magnetstruktur, die zwei Permanentmagnete 22 verwendet, ist es einfach, gleichzeitig das Magnetmoment und das Reluktanzmoment zu nutzen. Ferner ist in den meisten Fällen ein Rotorkernbereich zwischen jedem der Permanentmagnete 22 und dem Spalt 50 vorhanden. Demzufolge wird eine große Wirkung erzielt, wenn Magnetschlitze 25 ausgebildet werden. Ferner ist das Konzept einfach. Wenn es jedoch Herstellungsbeschränkungen gibt, kann beispielsweise die Anzahl von Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols und die Form und Position eines jeden der Permanentmagnete 22 verändert werden.
Der Rotor 20 rotiert um die oben erwähnte Rotationsachse als dessen Zentrum rotiert, und zwar durch Energiebeaufschlagung der Spulen 12, so dass sich ein rotierendes elektrisches Feld ausbildet. Die Rotationsrichtung wird bei dieser Ausführungsform als Gegenuhrzeigerrichtung angenommen.
Ferner soll die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform zum Leistungslaufbetrieb verwendet werden. Der Leistungslaufbetrieb ist ein Betrieb zum Umwandeln von elektrischer Energie zur Energiebeaufschlagung der Spulen 12 in kinetische Energie zur Rotation des Rotors 20. Dessen detaillierte Beschreibung ist hier weggelassen, da der Leistungslaufbetrieb nicht die Hauptidee der vorliegenden Erfindung ist. Ferner ist bei dieser Ausführungsform die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung, die an den Rotor 20 durch die Energiebeaufschlagung der Spulen 12 ausgeübt wird, die gleiche wie die Rotationsrichtung des Rotors 20.
Ferner erfolgt bei dieser Ausführungsform die Beschreibung - als ein Beispiel - der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, bei welcher der Stator 10 achtzehn Zahnbereiche 112 aufweist und der Rotor 20 zwölf Magnetpole aufweist, genauer gesagt: die Beschreibung der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine mit einem 2:3-Verhältnis als Verhältnis der Anzahl von Magnetpolen zur Anzahl von Nuten.
Flussbarrieren 26 sind in dem Rotorkern 21 so ausgebildet, dass es wahrscheinlich ist, dass ein magnetischer Induktionsfluss 31 von den Permanentmagneten 22 mit der Seite des Stators 10 über den Spalt 50 gekoppelt wird. Bei dieser Ausführungsform sind die Flussbarrieren 26 so ausgebildet, dass sie auf Seiten beider Enden von jedem der Permanentmagnete 22 in der Längsrichtung positioniert sind. Als Ergebnis kann die Erzeugung eines solchen Pfades des magnetischen Induktionsflusses 31, der in dem Rotorkern 21 geschlossen wird, unterbunden werden.
Ferner sind in dem Rotorkern 21 die Magnetschlitze 25 ausgebildet, die aus einem Material mit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität als der magnetischen Permeabilität des Rohmaterials selbst zum Ausbilden des Rotorkerns 21 gebildet sind. Genauer gesagt: Ein Bereich von jedem der Magnetschlitze 25 ist ein Bereich mit niedriger magnetischer Permeabilität, der eine niedrigere magnetische Permeabilität als diejenige eines Bereichs des Rotorkerns 21 hat.
Der Bereich von jedem der Magnetschlitze 25 braucht nur der Bereich mit niedrigerer magnetischer Permeabilität zu sein, die eine niedrigere magnetische Permeabilität als diejenige des Bereichs des Rotorkerns 21 hat, und er kann demzufolge auch ein Luftspalt sein. Ferner können die Magnetschlitze 25 beispielsweise mit einem Harz oder einem wärmeableitenden Material gefüllt sein, das eine niedrigere magnetische Permeabilität hat als diejenige des Bereichs des Rotorkerns 21, so dass die Stärke des Rotorkerns 21 erhöht wird oder die Kühlwirkung für den Rotorkern 21 und die Permanentmagnete 22 verbessert wird.
Im Allgemeinen hat das zum Ausbilden des Rotorkerns 21 verwendete Material eine höhere magnetische Permeabilität als diejenige von Luft. Selbst wenn der Luftspalt ohne Verwendung eines anderen Materials ausgebildet wird, kann der Bereich mit niedriger magnetischer Permeabilität, der eine niedrigere magnetische Permeabilität hat als diejenige des Rotorkerns 21, als der Bereich von jedem der Magnetschlitze 25 ausgebildet werden.
Der Rotorkern 21, der die Magnetschlitze 25 aufweist, wird in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist eine vergrößerte Ansicht von 2, hauptsächlich für einen Teil des Rotors 20, der einen Magnetpol bildet, und zwar bei der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform.
Der Magnetschlitz 25 ist aus einem Material mit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität als derjenigen des Rotorkerns 21 gebildet, wie oben beschrieben. Der Magnetschlitz 25 hat eine langgestreckte Form, die von der Nähe der Permanentmagnete 22 zur Nähe des Spalts 50 verläuft.
Der Magnetschlitz 25 ist mit einer Neigung in einem Bereich des Rotorkerns 21 gebildet, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 befindet, zum Ausbilden eines Magnetpols und des Spalts 50. Der Magnetschlitz 25 ist so ausgebildet, dass das eine der Enden des Magnetschlitzes 25 in der Längsrichtung, das sich näher an der äußeren Peripherie des Rotors 20 befindet als ein anderes Ende, in einem Teil des Bereichs des Rotorkerns 21 gebildet ist, der sich auf Seiten der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung befindet, wobei die Kraft auf den Rotor 20 durch ein Moment ausgeübt wird, und zwar in Hinblick auf die Magnetpolmitte, die ein Zentrum des Magnetpols zum Ausbilden von einem Magnetpol ist.
Ferner ist der Magnetschlitz 25 so ausgebildet, dass das andere Ende in Längsrichtung, das sich an einer Position befindet, die näher an der Mitte der Rotationsachse des Rotors 20 ist als das eine Ende, auf der Magnetpolmitte oder in einem Teil des Bereichs des Rotorkerns 21 positioniert ist, der sich auf einer Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft in Umfangsrichtung befindet, wobei die Kraft auf den Rotor 20 durch Energiebeaufschlagung der Spulen 12 ausgeübt wird, und zwar in Bezug auf die Magnetpolmitte. Die Enden entsprechen hier den beiden Enden des Magnetschlitzes 25 in Längsrichtung, genauer gesagt: Sie entsprechen den Seiten an beiden Enden.
Der Rotorkernbereich, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 zum Ausbilden des einen Magnetpols und dem Spalt 50 befindet, wird separat als ein Bereich beschrieben, der sich auf Seiten der gleichen Richtung befindet wie die Kraftrichtung, die oben beschrieben ist, und ein Bereich, der sich auf der Seite gegenüber der Kraftrichtung befindet, die oben beschrieben ist, bezogen auf den Magnetschlitz 25. In diesem Fall ist die Fläche des Bereichs auf Seiten der gleichen Richtung wie die Kraftrichtung, wie oben beschrieben, in Bezug auf den Magnetschlitz 25 kleiner als die Fläche des Bereichs auf der Seite gegenüber der Kraftrichtung, wie oben beschrieben, in Bezug auf den Magnetschlitz 25. Jeder der Bereiche wird beispielsweise durch die äußere periphere Seite des Rotors, die Magnetfluss-Erzeugungsseiten des Magneten und den Magnetschlitz gebildet.
Wenn der Endpunkt an dem Ende des Magnetschlitzes 25, das sich näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors 20 befindet, als Endpunkt A dargestellt ist, und der Endpunkt an dem Ende, das sich näher an der äußeren Peripherie des Rotors 20 befindet, als Endpunkt B dargestellt wird, wird eine gerade Linie zum gedachten Verbinden des Endpunkts A und des Endpunkts B als eine gerade Linie AB bezeichnet. Der Schnittpunkt zwischen der geraden Linie AB und der Oberfläche des Rotors 20 wird als Schnittpunkt C bezeichnet.
Der Endpunkt A wird in diesem Fall als ein Punkt an dem Ende dargestellt, der sich am nächsten auf der Magnetseite oder einer Verlängerungslinie der Magnetseite befindet. Wenn es eine Mehrzahl von Punkten gibt, die der Endpunkt A sein können, wird der Punkt als der Endpunkt A vorgegeben, der sich im Zentrum befindet, oder der Punkt, der sich am nächsten am Zentrum in der Anordnung der Punkte befindet.
Ferner wird der Endpunkt B als der Punkt dargestellt, der sich am nächsten an der Oberfläche des Rotors 20 an dem Ende befindet. Wenn es eine Mehrzahl von Punkten gibt, die der Endpunkt B sein können, wird der Punkt als der Endpunkt B vorgegeben, der sich im Zentrum befindet, oder der Punkt, der sich am nächsten am Zentrum in der Anordnung der Punkte befindet.
Wenn das Rotationsachsenzentrum des Rotors 20 mit O bezeichnet wird, dann wird eine Linie zum gedachten Verbinden des Schnittpunkts C mit dem Rotationsachsenzentrum O durch eine gerade Linie OC dargestellt. Der Schnittpunkt zwischen einer Verlängerungslinie einer gerade Linie zum gedachten Verbinden eines Endpunkts auf einer Endseite des Permanentmagneten 22, der sich auf einer Vorderseite der geraden Linie OC in Rotationsrichtung befindet, die sich auf der radial äußersten Seite befindet, und dem Rotationsachsenzentrum O, sowie die Oberfläche des Rotors 20 auf der Verlängerungslinie, wird als Schnittpunkt D bezeichnet.
Der Schnittpunkt zwischen einer Verlängerungslinie einer geraden Linie zum gedachten Verbinden eines Endpunkts auf einer Endseite des Permanentmagneten 22 der sich auf einer Rückwärtsseite der geraden Linie OC in Rotationsrichtung während der Zeit des Leistungslaufbetriebs befindet, die sich auf der radial äußersten Seite befindet, und dem Rotationsachsenzentrum O, sowie die Oberfläche des Rotors 20 auf der Verlängerungslinie, wird als Schnittpunkt E bezeichnet.
In den Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols wird die Gesamtlänge sämtlicher Teile der Magnetfluss-Erzeugungsseiten der Permanentmagnete 22, die sich auf der Vorderseite der geraden Linie AB in Rotationsrichtung befinden, mit X bezeichnet. Ferner wird die Gesamtlänge eines Teils der Magnetfluss-Erzeugungsseite des Permanentmagneten 22, der sich auf der Rückwärtsseite der geraden Linie AB in Rotationsrichtung zur Zeit des Leistungslaufbetriebs befindet, mit Y bezeichnet.
In diesem Fall erfüllt die Form des Magnetschlitzes 25 den mathematischen Ausdruck (1), wobei ein Bogen CD zum Verbinden des Schnittpunkts C und des Schnittpunkts D, die Gesamtlänge X, ein Bogen CE zum Verbinden des Schnittpunkts C und des Schnittpunkts E sowie die Gesamtlänge Y verwendet werden.
[Mathematischer Ausdruck 1] $\frac{X}{a r c C D} > \frac{Y}{a r c C E}$
Ferner kann der Rotorkern 21, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols und dem Spalt 50 befindet, von der geraden Linie AB in einen Kernbereich 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung zum Zeitpunkt des Leistungslaufbetriebs und einen Kernbereich 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung zur Zeit des Leistungslaufbetriebs geteilt werden. In diesem Fall ist die Fläche des Kernbereichs 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung kleiner als die Fläche des Kernbereichs 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung.
Es wird nachstehend der Zustand der magnetischen Flüsse beschrieben, die Quellen für die Erzeugung des Drehmoments sind. Es ist wahrscheinlich, dass der magnetische Induktionsfluss 31, der aus Teilen der Magnetfluss-Erzeugungsseiten der Permanentmagnete 22 erzeugt wird, die sich auf der Vorderseite der geraden Linie AB in Rotationsrichtung befinden, vom Rotorkern 21 zum Spalt 50 fließt. Dessen Richtung wird jedoch durch den Magnetschlitz 25 beschränkt, der eine niedrigere magnetische Permeabilität hat als diejenige des Rotorkerns 21.
Mit der Form des Magnetschlitzes 25, die die oben beschriebene Bedingung erfüllt, wird der magnetische Induktionsfluss 31 auf der Vorderseite in Rotationsrichtung im Kernbereich 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung lokalisiert. Im Ergebnis kann der Stromphasenwinkel, bei welchem das Magnetmoment einen positiven Scheitelwert hat, größer vorgegeben werden als der Stromphasenwinkel gemäß dem Stand der Technik.
Ferner ist der Pfad des magnetischen Reluktanzflusses 32, der wahrscheinlich durch den Rotorkern 21 vom Statorkern 11 aus über den Spalt 50 fließt, vom Magnetschlitz 25 mit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität als derjenigen des Rotorkerns 21 beschränkt. Dann geht der magnetische Reluktanzfluss 32 durch den Kernbereich 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung, ohne dass er den Kernbereich 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung erreicht. Im Ergebnis kann der Stromphasenwinkel, bei welchem das Reluktanzmoment einen positiven Scheitelwert hat, kleiner vorgegeben werden als ein Stromphasenwinkel gemäß dem Stand der Technik.
Ferner ist die Fläche des Kernbereichs 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung größer als die Fläche des Kernbereichs 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung. Selbst wenn der Magnetschlitz 25 ausgebildet wird, wird daher der magnetische Reluktanzfluss 32 nicht verringert. Demzufolge kann das Reluktanzmoment erzeugt werden, das gleich groß wie dasjenige im Fall ohne den Magnetschlitz 25 ist.
Demzufolge wird die Differenz zwischen dem Stromphasenwinkel, bei welchem das Magnetmoment seinen positiven Scheitelwert hat, und dem Stromphasenwinkel, bei welchem das Reluktanzmoment seinen positiven Scheitelwert hat, schließlich verringert. Demzufolge kann das Gesamtmoment zur Zeit des Leistungslaufbetriebs verbessert werden.
4 zeigt die Verteilung der magnetischen Spalt-Flussdichte mit dem magnetischen Induktionsfluss 31 für eine Periode eines elektrischen Winkels (für zwei Magnetpole) unter einem nicht-energiebeaufschlagten Zustand, der unter Verwendung eines Finite-Elemente-Verfahrens analysiert wird. Auf der horizontalen Achse ist die Position in Umfangsrichtung abgetragen, und auf der vertikalen Achse die magnetische Flussdichte des Spalts 50.
Die gepunktete Linie in dem Graphen von 4 gibt den Zusammenhang zwischen der Position in Umfangsrichtung und der magnetischen Spalt-Flussdichte ohne die Magnetschlitze 25 an. Ferner gibt die durchgezogene Linie den Zusammenhang zwischen der Position in Umfangsrichtung und der magnetischen Spalt-Flussdichte mit den Magnetschlitzen 25 an. Für den Fall, dass die Magnetschlitze 25 ausgebildet sind, weicht die magnetische Spalt-Flussdichte in einem Magnetpol in der Rotationsrichtung 20 zur Zeit des Leistungslaufbetriebs ab, und zwar verglichen mit dem Fall einer Anordnung ohne die Magnetschlitze 25.
5 ist ein Graph, der eine Momentänderung bezogen auf den Stromphasenwinkel β unter der Bedingung zeigt, dass der Stromwert konstant ist, was unter Verwendung eines Finite-Elemente-Verfahrens analysiert wird. Auf der horizontalen Achse ist der Stromphasenwinkel β aufgetragen, und auf der vertikalen Achse ist das Drehmoment aufgetragen. In dem Graphen sind das Magnetmoment, das Reluktanzmoment und das Gesamtmoment davon gezeigt. Jede der gepunkteten Linien in 5 gibt Ergebnisse an, die im Fall ohne die Magnetschlitze 25 erhalten werden. Ferner gibt jede der durchgezogenen Linien in 5 Ergebnisse an, die im Fall mit den Magnetschlitzen 25 erhalten werden.
Im Gesamtmoment, das der Summe aus Magnetmoment und Reluktanzmoment entspricht, ist der Stromphasenwinkel β, bei welchem der Scheitelwert erscheint, im Fall mit den Magnetschlitzen 25 kleiner als im Fall ohne die Magnetschlitze 25. Ferner nimmt der Scheitelwerte des Gesamtmoments selbst zu. Das Folgende kann angenommen werden. Bisher hat das Magnetmoment seinen positiven Scheitelwert, wenn der Stromphasenwinkel β = 0 gegeben ist, und das Reluktanzmoment hat seinen positiven Scheitelwert, wenn der Stromphasenwinkel β = 45 gegeben ist. Mit den Magnetschlitzen 25 wird die Differenz zwischen dem Stromphasenwinkel β, bei welchem das Magnetmoment seinen positiven Scheitelwert hat, und dem Stromphasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment seinen positiven Scheitelwert hat, verringert, und demzufolge wird das Gesamtmoment verbessert.
Selbst wenn die Struktur verändert wird, indem der Magnetschlitz 25 in einem Bereich ausgebildet wird, der eine Relationsbedingung bzw. Zusammenhangsbedingung zwischen der Fläche des Kernbereichs 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung und der Fläche des Kernbereichs 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung erfüllt, die oben beschrieben sind, oder den mathematischen Ausdruck (1) erfüllt, kann die Differenz zwischen dem Stromphasenwinkel für das Magnetmoment und dem Stromphasenwinkel für das Reluktanzmoment verringert werden. Demzufolge kann das Gesamtmoment aus Magnetmoment und Reluktanzmoment der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine während der Durchführung des Leistungslaufbetriebs verbessert werden.
Zweite Ausführungsform
6 ist eine Schnittansicht der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung einer Grundstruktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 6 sind die Konfigurationen, die mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen gemäß 2 bezeichnet sind, die gleichen oder entsprechende Konfigurationen, und deren Beschreibung wird hier weggelassen. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Konfiguration der jeweiligen Magnetschlitze 25 und die Betriebsumgebung der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Struktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine zur Verwendung für den Leistungslaufbetrieb beschrieben. Die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform soll für einen Regenerationsbetrieb bzw. Rückgewinnungsbetrieb verwendet werden. Der Regenerationsbetrieb ist ein Betrieb zum Umwandeln von kinetischer Energie, die auf den Rotor 20 einwirkt, in elektrische Energie, so dass die elektrische Energie an den Anschlüssen der Spulen 12 extrahiert wird. In diesem Fall wirkt die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 als Stromgenerator. Der Betrieb der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine als Stromgenerator ist nicht die Hauptidee der vorliegenden Erfindung, und demzufolge wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen.
Die Struktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. Wie in 6 dargestellt, weist - ähnlich zur ersten Ausführungsform - die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß dieser Ausführungsform den Stator 10 und den Rotor 20 mit einer Säulenform auf, der auf der Innenseite des Stators 10 angeordnet ist. Der Rotor 20 ist so angeordnet, dass er vom Stator 10 mit dem Spalt 50 dazwischen beabstandet ist, der ein Mikrospalt ist, und demzufolge ist der Rotor 20 so konfiguriert, dass er drehbar ist.
Der Stator 10 weist den Statorkern 11 und die Spulen 12 auf. Der Statorkern 11 hat beispielsweise eine zylindrische Form und ist in der zylindrischen Form beispielsweise durch Laminieren einer Mehrzahl von dünnen elektromagnetischen Stahlblechen hergestellt, die jeweils eine Ringform haben, und zwar in Axialrichtung der Drehwelle des Rotors 20.
Die Spulen 12 sind um die Zahnbereiche 112 des Statorkerns 11 mit Isolatoren dazwischen gewickelt, und sie sind in Nuten zwischen den Zahnbereichen 112 montiert. Für die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform ist eine konzentrierte Wicklungsstruktur als Beispiel beschrieben.
Der Rotor 20 weist den Rotorkern 21, die vierundzwanzig Permanentmagneten 22 und die Drehwelle 16 auf. Die Drehwelle 16 ist am Zentrum des Rotorkerns 21 fixiert, und ihre beiden Enden werden von den Lagern 14 (nicht dargestellt) gelagert, die an den Lagerschalen 15 (nicht dargestellt) des Rahmens 13 (nicht dargestellt) angebracht sind, so dass sie drehbar ist. Ferner sind die Flussbarrieren 26 in dem Rotorkern 21 ausgebildet, um einen solchen Magnetflusspfad des magnetischen Induktionsflusses 31 zu unterbinden, der den magnetischen Fluss im Rotorkern schließt, so dass es wahrscheinlich ist, dass der magnetische Induktionsfluss 31 mit der Seite des Stators 10 über den Spalt 50 gekoppelt wird. Sogar bei dieser Ausführungsform in 6 ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem die Flussbarrieren 26 auf beiden Endseiten von jedem der Permanentmagnete 22 in der Längsrichtung ausgebildet sind.
Der Rotor 20 nimmt die kinetische Energie von außen entgegen, so dass er rotiert. Die Rotationsrichtung wird bei dieser Ausführungsform als die Gegenuhrzeigerrichtung angenommen. Die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung, die auf den Rotor 20 durch die Energiebeaufschlagung der Spulen 12 ausgeübt wird, ist zur Zeit des Regenerationsbetriebs entgegengesetzt zu der Rotationsrichtung des Rotors 20. Genauer gesagt: Das Moment, das von der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 selbst zur Zeit des Regenerationsbetriebs ausgeübt wird, wirkt so, dass es das Moment von außen aufhebt.
Ferner erfolgt bei dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 die Beschreibung eines Beispiels, bei welchem der Stator 10 achtzehn Zahnbereiche 112 aufweist und der Rotor 20 zwölf Magnetpole aufweist, genauer gesagt: Das Verhältnis der Anzahl von Magnetpolen zur Anzahl von Nuten beträgt 2:3.
Die Konfiguration des Magnetschlitzes 25 bei dieser Ausführungsform wird im Einzelnen unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine vergrößerte Ansicht von 6, hauptsächlich für einen Teil des Rotors 20, der einen Magnetpol bildet, und zwar bei der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1.
Der Magnetschlitz 25 ist aus einem Material mit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität als derjenigen des Rotorkerns 21 gebildet, und er hat eine langgestreckte Form, die von der Nähe der Permanentmagnete 22 zur Nähe des Spalts 50 verläuft.
Der Magnetschlitz 25 ist mit einer Neigung in einem Bereich des Rotorkerns 21 gebildet, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 befindet, zum Ausbilden eines Magnetpols und des Spalts 50. Der Magnetschlitz 25 ist so ausgebildet, dass das eine der Enden in der Längsrichtung, das sich näher an der äußeren Peripherie des Rotors 20 befindet als das andere Ende, in einem Teil des Bereichs des Rotorkerns 21 befindet, der sich zwischen der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft, die auf den Rotor durch die Energiebeaufschlagung 12 der Spule ausgeübt wird, zur Zeit des Regenerationsbetriebs und einer Magnetpolmitte befindet, die ein Zentrum des Magnetpols zum Ausbilden von einem Magnetpol ist.
Ferner ist der Magnetschlitz 25 so ausgebildet, dass das andere Ende in Längsrichtung, das sich an einer Position befindet, die näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors 20 ist als das eine Ende, in der Magnetpolmitte oder in einem Teil des Bereichs des Rotorkerns 21 positioniert ist, der sich zwischen einer Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft in Umfangsrichtung und der Magnetpolmitte befindet, wobei die Kraft auf den Rotor 20, wie oben beschrieben, durch das Moment ausgeübt wird.
Der Rotorkernbereich, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 zum Ausbilden des einen Magnetpols und dem Spalt 50 befindet, wird separat als ein Bereich beschrieben, der sich zwischen der Seite der gleichen Richtung wie der Kraftrichtung, die oben beschrieben ist, und dem Magnetschlitz 25 einem Bereich, der sich auf der Seite gegenüber der Kraftrichtung befindet, die oben beschrieben ist, und dem Magnetschlitz 25 befindet.
In diesem Fall ist die Fläche des Bereichs zwischen der Seite der gleichen Richtung wie der Kraftrichtung, wie oben beschrieben, und dem Magnetschlitz 25 kleiner als die Fläche des Bereichs zwischen der Seite gegenüber der Kraftrichtung, wie vorstehend beschrieben, und dem Magnetschlitz 25. Jeder der Bereiche wird beispielsweise durch die äußere periphere Seite des Rotors 20, die Magnetfluss-Erzeugungsseiten des Magneten 22 und den Magnetschlitz 25 gebildet.
Der Endpunkt auf dem Ende des Magnetschlitzes 25, der sich näher an der Rotationsachse befindet, wird als Endpunkt A bezeichnet, und der Endpunkt auf der äußeren peripheren Seite wird als Endpunkt B bezeichnet. Der Schnittpunkt zwischen einer Verlängerungslinie einer geraden Linie AB, die eine gerade Linie zum gedachten Verbinden des Endpunkts A mit dem Endpunkt B ist, und der Oberfläche des Rotors 20 auf der Verlängerungslinie ist als Schnittpunkt C bezeichnet. Die Enden bedeuten hier Endseiten des Magnetschlitzes 25 in Längsrichtung, und der Endpunkt A hier ist als ein Punkt vorgegeben, der am nächsten auf der Magnetseite oder einer Verlängerungslinie der Magnetseite am Ende des Magnetschlitzes ist.
Wenn es eine Mehrzahl von Punkten gibt, die der Endpunkt A sein können, wird der Punkt als der Endpunkt A vorgegeben, der sich im Zentrum befindet, oder der Punkt, der sich am nächsten am Zentrum in der Anordnung der Punkte befindet. Ferner wird der Endpunkt B als der Punkt dargestellt, der sich am nächsten an der Oberfläche des Rotors 20 an dem Ende befindet. Wenn es eine Mehrzahl von Punkten gibt, die der Endpunkt B sein können, wird der Punkt als der Endpunkt B vorgegeben, der sich im Zentrum befindet, oder der Punkt, der sich am nächsten am Zentrum in der Anordnung der Punkte befindet.
Wenn das Rotationsachsenzentrum des Rotors 20 mit einem Rotationsachsenzentrum O bezeichnet wird, so wird eine Linie zum gedachten Verbinden des Schnittpunkts C mit dem Rotationsachsenzentrum O durch eine gerade Linie OC dargestellt. Der Schnittpunkt zwischen einer Verlängerungslinie einer geraden Linie zum gedachten Verbinden eines Endpunkts auf einer Endseite des Permanentmagneten 22, der sich auf der Vorderseite in Rotationsrichtung des Rotors 20 befindet, die sich auf der radial äußersten Seite befindet, und dem Rotationsachsenzentrum O, sowie der Oberfläche des Rotors 20 auf der Verlängerungslinie, wird als Schnittpunkt D bezeichnet.
Der Schnittpunkt zwischen einer Verlängerungslinie einer geraden Linie zum gedachten Verbinden eines Endpunkts auf einer Endseite des Permanentmagneten 22, der sich auf einer Rückwärtsseite der geraden Linie OC in Rotationsrichtung befindet, die sich auf der radial äußersten Seite befindet, und dem Rotationsachsenzentrum O, sowie die Oberfläche des Rotors 20 auf der Verlängerungslinie, wird als Schnittpunkt E bezeichnet.
In den Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols ist die Gesamtlänge, die die Summe der Länge eines Teils der Magnetfluss-Erzeugungsseite des Magneten ist, die sich auf der Vorderseite der geraden Linie AB in Rotationsrichtung zur Zeit der Regenerationsbetriebs befindet, mit X bezeichnet. Ferner ist die Gesamtlänge, die die Summe der Längen sämtlicher Teile der Magnetfluss-Erzeugungsseiten der Magnete ist, die sich auf der Rückseite der geraden Linie AB in Rotationsrichtung zur Zeit des Regenerationsbetriebs befindet, mit Y bezeichnet.
In diesem Fall erfüllt die Form des Magnetschlitzes 25 den mathematischen Ausdruck (2), wobei ein Bogen CD zum Verbinden des Schnittpunkts C und des Schnittpunkts D, die Gesamtlänge X, ein Bogen CE zum Verbinden des Schnittpunkts C und des Schnittpunkts E sowie die Gesamtlänge Y verwendet werden.
[Mathematischer Ausdruck 2] $\frac{X}{a r c C D} < \frac{Y}{a r c C E}$
Ferner erfolgt die Beschreibung des Rotorkerns 21, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 und dem Spalt 50 befindet, geteilt durch die gerade Linie in einen Kernbereich 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung zur Zeit des Regenerationsbetriebs und einen Kernbereich 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung zur Zeit des Regenerationsbetriebs. In diesem Fall ist die Fläche des Kernbereichs 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung größer als die Fläche des Kernbereichs 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung.
Es wird nachstehend der Zustand der magnetischen Flüsse beschrieben, die Quellen für die Erzeugung des Drehmoments sind, und zwar unter Bezugnahme auf 7. Es ist wahrscheinlich, dass der magnetische Induktionsfluss 31 der von den Magnetfluss-Erzeugungsseiten der Permanentmagnete 22 erzeugt wird, die sich auf der Rückseite der geraden Linie AB in Rotationsrichtung befinden, zur Zeit des Regenerationsbetriebs vom Rotorkern 21 zum Spalt 50 fließt. Die Richtung des magnetischen Flusses wird jedoch durch den Magnetschlitz 25 beschränkt, der eine niedrigere magnetische Permeabilität als diejenige des Rotorkerns 21 hat.
Genauer gesagt: Der magnetischer Induktionsfluss 31 wird im Kernbereich 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung lokalisiert. Im Ergebnis kann der Stromphasenwinkel β, bei welchem das Magnetmoment seinen negativen Scheitelwert hat, so verringert werden, dass er kleiner ist als der Stromphasenwinkel β im Stand der Technik.
Ferner wird der Pfad des magnetischen Reluktanzflusses 32, der wahrscheinlich vom Statorkern 11 aus über den Spalt 50 fließt, vom Magnetschlitz 25 mit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität als derjenigen des Rotorkerns 21 beschränkt, und der magnetische Reluktanzfluss 32 geht durch den Kernbereich 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung, während der Kernbereich 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung vermieden wird. Im Ergebnis kann der Stromphasenwinkel, bei welchem das Reluktanzmoment seinen negativen Scheitelwert hat, so erhöht werden, dass er größer ist als der Stromphasenwinkel im Stand der Technik.
Ferner ist die Fläche des Kernbereichs 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung größer als die Fläche des Kernbereichs 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung. Selbst wenn der Magnetschlitz 25 ausgebildet wird, so wird dadurch der magnetische Reluktanzfluss 32 nicht verringert. Demzufolge kann ein Reluktanzmoment erzeugt werden, das gleich groß wie dasjenige im Fall ohne den Magnetschlitz 25 ist.
Selbst wenn die Struktur verändert wird, indem der Magnetschlitz 25 in einem Bereich ausgebildet wird, der eine Relationsbedingung bzw. Zusammenhangsbedingung zwischen der Fläche des Kernbereichs 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung und der Fläche des Kernbereichs 21B auf der Rückseite in Rotationsrichtung erfüllt, die oben beschrieben sind, oder den mathematischen Ausdruck (2) erfüllt, kann die Differenz zwischen dem Stromphasenwinkel für das Magnetmoment und dem Stromphasenwinkel für das Reluktanzmoment verringert werden. Demzufolge kann das Gesamtmoment aus Magnetmoment und Reluktanzmoment der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine während Durchführung des Regenerationsbetriebs verbessert werden.
Bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist als Beispiel unter Bezugnahme auf 2 und 6 beschrieben, dass der Rotor 20 zwölf Magnetpole hat und der Stator 10 achtzehn Zahnbereiche 112 hat, genauer gesagt, dass das Verhältnis der Anzahl von Magnetpolen zur Anzahl von Nuten 2:3 beträgt. Das Verhältnis der Anzahl von Magnetpolen zur Anzahl von Nuten braucht jedoch nicht immer 2:3 zu betragen. Das Verhältnis der Anzahl von Magnetpolen zur Anzahl von Nuten kann auch beispielsweise 8:9 oder 10:12 betragen. Das Verhältnis von 8:9 oder das Verhältnis von 10:12 hat eine größere Wirkung bei der Zunahme des Wicklungsfaktors im Vergleich zum Verhältnis von 2:3, und es kann das Drehmoment verbessern und eine Drehmoment-Pulsation unterbinden.
Wie in 8 veranschaulicht, kann die Struktur des Stators 10 auch eine verteilte Wicklungsstruktur mit zweiundsiebzig Zähnen sein. Die verteilte Wicklungsstruktur ist eine Struktur, bei welcher eine Spule durch Wickeln zwischen einer Nut und einer um Eins von einer benachbarten Nut entfernte Nut gebildet wird. Die Anordnung der Spulen wird auf der Basis einer Kombination der Anzahl von Magnetpolen und der Anzahl von Nutzen geändert.
Ferner kann die elektrische Rotationsmaschine ein Verhältnis von der Anzahl von Magnetpolen zur Anzahl von Nuten haben, das verschieden von dem in 8 gezeigten ist. Selbst in diesem Fall kann eine Drehmoment-Verbesserung ähnlich derjenigen der oben beschriebenen konzentrierten Wicklungsstruktur erwartet werden. Wenn die Magnetschlitze 25 ausgebildet werden, ist jedoch die konzentrierte Wicklungsstruktur der verteilten Wicklungsstruktur in Bezug auf die Ausübung des Reluktanzmoments überlegen.
9 ist ein Graph zum Darstellen der Ergebnisse des Drehmoments in Bezug auf den Stromphasenwinkel β, der unter einer Bedingung analysiert wird, bei welcher der Stromwert konstant ist, und zwar unter Verwendung eines Finite-Elemente-Verfahrens für jede von der konzentrierten Wicklungsstruktur gemäß 2 und der verteilten Wicklungsstruktur gemäß 8. Bei jeder von der konzentrierten Wicklungsstruktur und der verteilten Wicklungsstruktur sind die Permanentmagnete 22 in den Bereichen entfernt, und die Bereiche, in welchen die Permanentmagnete 22 entfernt sind, sind als Flussbarrieren 26 ausgebildet. Genauer gesagt: Die Analyse wurde unter der Bedingung durchgeführt, dass das Magnetmoment nicht erzeugt wurde und nur das Reluktanzmoment erzeugt wurde.
Die horizontale Achse des Graphen in 9 zeigt den Stromphasenwinkel β, und die vertikale Achse zeigt das Drehmoment. Die mit den gepunkteten Linien in dem Graphen angezeigten Ergebnisse sind Ergebnisse ohne die Verwendung der Magnetschlitze 25, und die mit den durchgezogenen Linien angezeigten Ergebnisse sind Ergebnisse mit den Magnetschlitzen 25.
Bei der konzentrierten Wicklungsstruktur ist für den Fall, dass die Magnetschlitze 25 ausgebildet sind, der Maximalwert des Reluktanzmoments bezogen auf den Stromphasenwinkel β größer als in dem Fall, wenn die Magnetschlitze 25 nicht ausgebildet sind. Indessen gilt für die verteilte Wicklungsstruktur Folgendes: Für den Fall, dass die Magnetschlitze 25 ausgebildet sind, ist der Maximalwert des Reluktanzmoments bezogen auf den Stromphasenwinkel β kleiner als für den Fall, dass die Magnetschlitze 25 nicht ausgebildet sind.
Selbst bei der konzentrierten Wicklungsstruktur, mit welcher das Reluktanzmoment bislang nicht vollständig ausgeübt wird, wird der Pfad des magnetischen Reluktanzflusses von den Magnetschlitzen 25 verändert, um das Reluktanzmoment zu verbessern. Obwohl nicht dargestellt, kann die elektrische Rotationsmaschine auch eine Außenrotorstruktur haben.
Ferner kann beispielsweise die Anzahl von Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols und die Form oder die Position von jedem der Permanentmagnete 22 verändert werden. Beispielsweise selbst wenn die Anzahl von Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols mit Eins vorgegeben ist, wie in 10 und 11 dargestellt, und selbst wenn die Anzahl von Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols mit Drei vorgegeben ist, wie in 12 und 13 dargestellt, werden die gleichen Wirkungen erzielt wie bei jeder der Strukturen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform.
Wie in 14 und 15 dargestellt, zum Darstellen eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, kann außerdem der Neigungswinkel eines jeden der Magnetschlitze 25 in Bezug auf die Rotationsrichtung verringert werden. Wie in 16 und 17 veranschaulicht, kann außerdem der Neigungswinkel von jedem der Magnetschlitze 25 in Bezug auf die Rotationsrichtung vergrößert werden.
Wenn der Neigungswinkel des Magnetschlitzes 25 geeignet verändert wird, und zwar mit den erfüllten, oben erwähnten Bedingungen für die Position, bei welcher der Magnetschlitz 25 ausgebildet ist, wird die Wirkung zum wirksamen Ausüben eines hohen Drehmoments erfüllt, ohne dass eine magnetische Sättigung mit dem magnetischen Induktionsfluss 31 in der Kernbereich 21A auf der Vorderseite in Rotationsrichtung hervorgerufen wird. Es ist bevorzugter, dass die Veränderung des Neigungswinkels des Magnetschlitzes 25 um einen solchen Grad angepasst wird, dass die magnetische Sättigung nicht hervorgerufen wird.
Wie in 18 und 19 zum Veranschaulichen eines Modifikationsbeispiels der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, kann ferner jeder der Magnetschlitze 25 mit einer gekrümmten Form ausgebildet sein, die in Richtung der Seite des Rotationsachsenzentrums konvex ist, anstatt linear ausgebildet zu sein, oder, wie in 20 und 21 veranschaulicht, kann jeder der Magnetschlitze 25 mit einer gekrümmten Form ausgebildet sein, die in Richtung der äußeren peripheren Seite konvex ist, anstatt linear ausgebildet zu sein.
Sogar in diesem Fall wird mit den erfüllten, oben erwähnten Bedingungen für die Position, an welchen der Magnetschlitz 25 ausgebildet wird, die Form von jedem der Magnetschlitze 25 geeignet verändert. Im Ergebnis wird die Wirkung zum wirksamen Ausüben eines hohen Drehmoments erfüllt, indem die Form von jedem der Magnetschlitze 25 geeignet verändert wird, ohne dass die magnetische Sättigung mit dem magnetischen Induktionsfluss 31 verursacht wird.
Ferner kann der Magnetschlitz 25 eine solche Form haben, dass das ein rotationsachsenzentrumseitiger Endpunkt a des Magnetschlitzes 25 in Kontakt mit dem Permanentmagneten 22 oder der Flussbarriere 26 ist, wie in 22 und 23 dargestellt, oder er kann eine solche Form haben, dass ein außenperipherieseitiger Endpunkt b des Magnetschlitzes 25 in Kontakt mit dem Spalt 50 ist, wie in 24 und 25 veranschaulicht.
Ferner kann der Magnetschlitz 25 eine solche Form haben, dass der außenperipherieseitige Endpunkt b des Magnetschlitzes 25 in Kontakt mit dem Spalt 50 ist und der rotationsachsenzentrumseitige Endpunkt a des Magnetschlitzes 25 in Kontakt mit dem Permanentmagneten 22 oder der Flussbarriere 26 ist, wie in 26 und 27 dargestellt. Auf diese Weise kann zusätzlich zu der oben erwähnten Wirkung, dass das Drehmoment verbessert wird, der magnetische Streufluss unterbunden werden, so dass ein hohes Drehmoment ausgeübt wird.
Außerdem sind bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die longitudinalen Längen der zwei Permanentmagnete 22 zum Ausbilden der V-Form so vorgegeben, dass sie zueinander gleich groß sind. Mit der Vorgabe der gleichen Größe für die Permanentmagnete 22 können die Kosten für die Magnete verringert werden.
Ferner können die Arten der zwei Permanentmagnete 22 geändert werden. Wenn beispielsweise die Remanenzflussdichte des Permanentmagneten 22 auf Seiten der Erzeugung der Richtung der Kraft in Umfangsrichtung, die auf den Rotor 20 durch die Energiebeaufschlagung der Spulen 12 ausgeübt wird, vergrößert wird, dann weicht die magnetische Spalt-Flussdichte in einem Magnetpol in der Rotationsrichtung des Rotors 20 zur Zeit des Leistungslaufbetriebs ab, und sie weicht in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors 20 zur Zeit des Regenerationsbetriebs ab. Demzufolge kann die Differenz zwischen dem Stromphasenwinkel β, bei welchem das Magnetmoment seinen Scheitelwert hat, und dem Stromphasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment seinen Scheitelwert hat, verringert werden, und folglich kann das Gesamtmoment weiter verbessert werden.
Ferner ist bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform eine Innenrotortyp-Struktur beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch bei einer Außenrotortyp-Struktur angewendet werden.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Konfiguration des Rotorkerns 21. Diese Ausführungsform wird nachstehend beschrieben, wobei die Beschreibung der gleichen Konfigurationen wie denjenigen der ersten Ausführungsform weggelassen ist.
28 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung einer Grundstruktur einer elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 28 sind die Konfigurationen, die mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen gemäß 2 bezeichnet sind, die gleichen oder entsprechende Konfigurationen, und deren Beschreibung wird hier weggelassen.
Die in elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1, die in 28 dargestellt ist, weist - ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform - den Stator 10 und den Rotor 20 mit Säulenform auf, der auf der Innenseite des Stators 10 angeordnet ist. Der Rotor 20 ist so angeordnet, dass er vom Stator 10 durch einen Spalt 50 dazwischen beabstandet ist, der ein Mikrospalt ist, und demzufolge ist der Rotor 20 so konfiguriert, dass er drehbar ist.
Der Stator 10 weist den Statorkern 11 und die Spulen 12 auf. Der Statorkern 11 hat beispielsweise eine zylindrische Form und ist in der zylindrischen Form beispielsweise durch Laminieren einer Mehrzahl von dünnen elektromagnetischen Stahlblechen hergestellt, die jeweils eine Ringform haben, und zwar in Axialrichtung der Drehwelle des Rotors 20.
Der Rotor 20 weist den Rotorkern 21, die vierundzwanzig Permanentmagneten 22 und die Drehwelle 16 auf. Die Drehwelle 16 ist am Zentrum des Rotorkerns 21 fixiert, und ihre beiden Enden werden von den Lagern 14 (nicht dargestellt) gelagert, die an den Lagerschalen 15 (nicht dargestellt) des Rahmens 13 (nicht dargestellt) angebracht sind, so dass sie drehbar ist.
Der Rotor 20 rotiert um die oben erwähnte Rotationsachse als dessen Zentrum, und zwar durch Energiebeaufschlagung der Spulen 12, so dass sich ein rotierendes elektrisches Feld ausbildet. Die Rotationsrichtung wird bei dieser Ausführungsform als die Gegenuhrzeigerrichtung angenommen. Ferner soll die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform zum Leistungslaufbetrieb verwendet werden.
Die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß dieser Ausführungsform ist als eine für einen Leistungslaufbetrieb verwendete beschrieben, wie bei der ersten Ausführungsform. Wenn die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß dieser Ausführungsform für den Regenerationsbetrieb verwendet wird, so wird die gleiche Konfiguration wie diejenige der zweiten Ausführungsform bei dieser Ausführungsform verwendet, so dass die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine für den Regenerationsbetrieb verwendet wird.
Ferner erfolgt bei dieser Ausführungsform die Beschreibung mit einem Beispiel, bei welchem der Stator 10 achtzehn Zahnbereiche 112 hat und der Rotor 20 zwölf Magnetpole hat, genauer gesagt: das Verhältnis der Anzahl von Magnetpolen zur Anzahl von Nuten beträgt 2:3.
Die Beschreibung erfolgt in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 29. 29 ist eine vergrößerte Ansicht von 28, hauptsächlich für einen Teil des Rotors 20, der einen Magnetpol bildet, und zwar bei der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1.
Der Rotorkern 21 weist Flussbarrieren 26 auf, wie in 29 dargestellt. Die Flussbarrieren 26 sind so ausgebildet, dass verhindert wird, dass sich ein Verschränkungspfad des magnetischen Induktionsflusses in dem Rotorkern 21 schließt, und es ist wahrscheinlich, dass der magnetische Induktionsfluss mit der Seite des Stators 10 über den Spalt 50 verschränkt bzw. verbunden wird. Bei dieser Ausführungsform sind die Flussbarrieren 26 an Magnetenden von jedem der Permanentmagnete 22 ausgebildet, wobei jeder der Permanentmagnete 22 eine Rechteckform hat, und zwar in der Längsrichtung.
Genauer gesagt: Jeder der Permanentmagnete 22 ist in einem Loch eingebettet, das in dem Rotorkern 21 ausgebildet ist, und zwar auf eine solche Weise, dass dessen beide Enden in der Längsrichtung zwischen den Flussbarrieren 26 eingebettet sind. Wie bei den Modifikationsbeispielen der ersten Ausführungsform beschrieben, kann die Form jedes der Permanentmagneten 22 verändert werden, und der Positionszusammenhang zwischen den Flussbarrieren 26 und dem Permanentmagneten 22, wie bei dieser Ausführungsform beschrieben, kann verändert werden. Ferner kann bei dieser Ausführungsform eine der Flussbarrieren 26 weggelassen werden, die für jeden der Permanentmagnete 22 ausgebildet ist, der sich am Ende auf Seiten des Rotationsachsenzentrums befindet.
Ein Teil des Rotorkerns 21, der sich zwischen den Flussbarrieren 26 und dem Spalt 50 befindet, weist eine äußere Brücke 41 auf der Vorderseite und eine äußere Brücke 42 auf der Rückseite auf. Die äußere Brücke 41 auf der Vorderseite befindet sich auf der Vorderseite in Rotationsrichtung im Leistungslaufbetrieb, und die äußere Brücke 42 auf der Rückseite befindet sich auf der Rückseite in Rotationsrichtung im Leistungslaufbetrieb.
Wie in 29 dargestellt, ist bei dieser Ausführungsform die Dicke der äußeren Brücke 41 auf der Vorderseite in Radialrichtung des Rotorkerns 21 größer als die Dicke der äußeren Brücke 42 auf der Rückseite in Radialrichtung. Mit der oben beschriebenen Dicke wird die Phase des magnetischen Induktionsflusses 31 im vorwärtsseitigen Kernbereich 21A in Rotationsrichtung zur Vorderseite in Rotationsrichtung verlagert. Im Ergebnis kann ein höheres Drehmoment ausgeübt werden.
Wenn die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die eine Konfiguration entsprechend der zweiten Ausführungsform aufweist, für den Regenerationsbetrieb verwendet wird, kann ferner die Dicke der äußeren Brücke 42 auf der Rückseite in Radialrichtung größer sein als die Dicke der äußeren Brücke 41 auf der Vorderseite in Radialrichtung, wie in 30 dargestellt. Selbst in diesem Fall kann die Stärke des magnetischen Induktionsflusses 31 lokalisiert werden, der durch die äußeren Brücken 41 und 42 geht.
Genauer gesagt: Die Dicke von einer der äußeren Brücken 41 und 42 in Radialrichtung, die sich in Richtung der Neigung des Magnetschlitzes 25 von Seiten des Rotationsachsenzentrums des Rotors 20 in Richtung der äußeren peripheren Seite des Rotors 20 befindet, wird erhöht, so dass der magnetische Induktionsfluss 31 verändert wird.
Demzufolge kann der magnetische Induktionsfluss lokalisiert werden, indem die Dicke der äußeren Brücken 41 und 42 in Radialrichtung verändert wird. Demzufolge kann ein hohes Drehmoment wirksam ausgeübt werden.
Zusätzlich zu der gleichen Wirkung, dass das Drehmoment verbessert wird, wie bei der ersten Ausführungsform erhalten, kann daher ein hohes Drehmoment wirksamer ausgeübt werden.
Vierte Ausführungsform
31 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung einer Grundstruktur einer elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 31 sind Konfigurationen, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie diejenigen in den Zeichnungen, auf die zur Beschreibung der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschinen 1 bei der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform Bezug genommen wird, die gleichen oder entsprechende Konfigurationen, und deren Beschreibung wird hier weggelassen. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Konfiguration von jedem der Magnetschlitze 25 und die Konfiguration einer später noch beschriebenen Mittelbrücke 43.
Der Zusammenhang zwischen dem Magnetschlitz 25 und der Mittelbrücke 43 wird unter Bezugnahme auf 32 beschrieben. 32 ist eine vergrößerte Ansicht von 31, hauptsächlich für einen Teil des Rotors 20, der einen Magnetpol bildet, und zwar bei der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform.
In vielen Fällen, in welchen eine V-förmige Magnetstruktur verwendet wird, die zwei Permanentmagnete 22 aufweist, ist die Mittelbrücke 43 in der Nähe der Unterseite der V-Form ausgebildet, wie in 32 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Mittelbrücke 43 in der Nähe der Position des Endpunkts A des Magnetschlitzes 25 auf Seiten des Rotationsachsenzentrums in Umfangsrichtung ausgebildet.
Genauer gesagt: Ein Ende des einen der zwei Permanentmagnete 22 zum Ausbilden der V-Form, das sich auf der Vorderseite in Rotationsrichtung zur Zeit des Leistungslaufbetriebs befindet, wird durch einen Endpunkt F dargestellt. Der Endpunkt F befindet sich auf der am weitesten hintenliegenden Rückseite des einen Permanentmagneten 22 in Rotationsrichtung. Ein Ende des Permanentmagneten 22, der sich auf der Rückseite in Rotationsrichtung zur Zeit des Leistungslaufbetriebs befindet, das sich auf der am weitesten vom liegenden Vorderseite in Rotationsrichtung befindet, ist als Endpunkt G dargestellt.
Eine gerade Linie zum gedachten Verbinden des Rotationsachsenzentrums O des Rotors 20 mit dem Endpunkt F ist als eine gerade Linie OF dargestellt. Ferner ist eine gerade Linie zum gedachten Verbinden des Rotationsachsenzentrums O mit dem Endpunkt G als eine gerade Linie OG dargestellt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Endpunkt A des Magnetschlitzes 25 auf Seiten des Rotationsachsenzentrums zwischen der geraden Linie OF und der geraden Linie OG positioniert ist.
Der Endpunkt A des Magnetschlitzes 25, der nahe dem Rotationsachsenzentrum des Rotors 20 liegt, ist in der Nähe einer Position der Mittelbrücke 43 in Umfangsrichtung positioniert, wie oben beschrieben. Im Ergebnis werden die Belastungen auf den Rotor 20, der eine Hochgeschwindigkeits-Rotation durchführt, auf einfache Weise unterbunden. Wie in 33 dargestellt, ist es noch bevorzugter, wenn der Abstand zwischen dem Endpunkt A des Magnetschlitzes 25 auf Seiten des Rotationsachsenzentrums und jedem der Permanentmagnete 22 oder der Flussbarriere 26, die auf Seiten des Rotationsachsenzentrums in der Längsrichtung des Permanentmagneten 22 ausgebildet ist, kleiner vorgegeben ist als die Breite der Mittelbrücke 43 in Umfangsrichtung. Auf diese Weise kann das Streuen des magnetischen Induktionsfluss 31 unterbunden werden, und es kann wirksam ein hohes Drehmoment ausgeübt werden.
Zusätzlich zu der Wirkung, dass das Drehmoment verbessert wird, wie bei der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform, wird die Wirkung erzielt, dass ein höheres Drehmoment ausgeübt wird.
Fünfte Ausführungsform
34 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, die eine Darstellung einer Grundstruktur einer elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine ist, gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 34, sind Konfigurationen, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie diejenigen in den Zeichnungen, auf die zur Beschreibung der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschinen 1 bei der ersten Ausführungsform, der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform Bezug genommen wird, die gleichen oder entsprechende Konfigurationen, und deren Beschreibung wird hier weggelassen. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Konfiguration von jedem der Magnetschlitze 25 und die Konfiguration der Permanentmagnete 22.
Die Konfiguration der Magnete dieser Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 35 beschrieben. 35 ist eine vergrößerte Ansicht von 34, hauptsächlich für einen Teil des Rotors 20, der einen Magnetpol bildet, und zwar bei der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform.
Die V-förmige Magnetstruktur, inklusive zweier Permanentmagnete 22, wird verwendet, wie in 35 dargestellt, und die Permanentmagnete 22 sind in dem Rotorkern 21 eingebettet. Es wird als Beispiel angenommen, dass jeder der Permanentmagnete 22 eine Rechteckform hat. In diesem Fall können die zwei Permanentmagnete 22 in einen Permanentmagneten 22A und einen Permanentmagneten 22B klassifiziert werden. Der Permanentmagnet 22A befindet sich auf der Vorderseite in Rotationsrichtung zur Zeit des Leistungslaufbetriebs des Rotors 20, und der Permanentmagnet 22B befindet sich auf der Rückseite in Rotationsrichtung zur Zeit des Leistungslaufbetriebs.
Bei dieser Ausführungsform haben die zwei Magnete zum Ausbilden der V-Form unterschiedliche Längen in der Längsrichtung. Genauer gesagt: Die Länge entlang jeder Langseite des Magnets 22A auf der Vorderseite ist größer vorgegeben als die Länge jeder Langseite des Magnets 22B auf der Rückseite. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die magnetische Sättigung abgemildert werden, und es wird die Wirkung erhalten, dass ein höheres Drehmoment erzeugt wird.
Ferner können die Längen der Langseiten der zwei Permanentmagnete 22 zum Ausbilden der V-Form so vorgegeben werden, dass die Länge jeder Langseite des Magneten 22B auf der Rückseite größer ist als die Länge jeder Langseite des Magneten 22A auf der Vorderseite, wie in 36 dargestellt. Selbst in diesem Fall kann die magnetische Sättigung abgemildert werden, und es wird die Wirkung erzielt, dass ein höheres Drehmoment erzeugt wird.
Wie in 37 dargestellt, kann ferner der Magnetschlitz 25 in der Mitte unterbrochen sein. Der Magnetschlitz 25 hat eine schlitzquerende Brücke an einer Zwischenposition in Längsrichtung des Magnetschlitzes 25. Die schlitzquerende Brücke ist so ausgebildet, dass sie den Magnetschlitz 25 teilt. Der Magnetschlitz 25 wird von der schlitzquerenden Brücke in zwei Teile geteilt.
Zusätzlich zu der Wirkung, dass das Drehmoment verbessert wird, wie bei der ersten Ausführungsform, der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform, wird auch die Wirkung erfüllt, dass ein höheres Drehmoment ausgeübt wird.
Wie bei der ersten Ausführungsform, der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform ist bei dieser Ausführungsform eine elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 beschrieben, die für den Leistungslaufbetrieb verwendet werden soll. Wenn die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 jedoch für den Regenerationsbetrieb verwendet wird, kann die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine 1 für den Regenerationsbetrieb verwendet werden, indem bei dieser Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie diejenige der zweiten Ausführungsform verwendet wird.
Sechste Ausführungsform
38 ist eine Schnittansicht in Längsrichtung einer elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Rotationsachsenrichtung enthält. 39 ist ferner eine Schnittansicht einschließlich eines Rotors 20A entlang einer Ebene senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 40 ist eine Schnittansicht einschließlich eines Rotors 20B entlang einer Ebene senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine, gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 38, 39 und 40 sind die mittels den gleichen Bezugszeichen wie denjenigen in den Zeichnungen bezeichneten Konfigurationen, auf welche zur Beschreibung der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschinen gemäß der ersten und dritten bis fünften Ausführungsform Bezug genommen wird, die gleichen oder entsprechende Konfigurationen, und deren Beschreibung wird hier weggelassen. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und dritten bis fünften Ausführungsform durch die Konfigurationen des Rotors 20A und des Rotors 20B.
Bei der sechsten Ausführungsform sind der Rotor 20A und der Rotor 20B als Mehrzahl von Rotoren an einer gemeinsamen Drehwelle fixiert. Genauer gesagt: Der Rotor ist in zwei Schichten in dessen Axialrichtung geteilt. Noch genauer gesagt: Wie in 38 gezeigt, sind die Mehrzahl von Rotoren 20A und 20B so angeordnet, dass sie in der Rotationsachsenrichtung in Kontakt miteinander gehalten werden, während deren Rotationsachsen miteinander in Übereinstimmung gebracht sind.
Die Positionen der Permanentmagnete 22 in dem Rotor 20A sind mit den Positionen der Permanentmagnete 22 in dem Rotor 20B in Umfangsrichtung in Übereinstimmung gebracht. Indessen sind die Formen und Positionen der Magnetschlitze 25A, die in dem Rotor 20A gebildet sind, und diejenigen der Magnetschlitze 25B, die in dem Rotor 20B ausgebildet sind, bei Betrachtung der Magnetschlitze 25A und der Magnetschlitze 25B entlang der Rotationsachsenrichtung voneinander verschieden.
Jeder der Magnetschlitze 25A, die in dem Rotor 20A gebildet sind, und der Magnetschlitze 25B, die in dem Rotor 20B ausgebildet sind, hat eine langgestreckte Form, die von der Nähe eines entsprechenden der Permanentmagnete 22 zur Nähe des Spalts 50 verläuft. Wie bei der ersten Ausführungsform ist jeder der Magnetschlitze 25A und 25B so ausgebildet, dass eines der beiden Enden des Magnetschlitzes 25 in Längsrichtung, das sich näher an der äußeren Peripherie des Rotors 20A befindet als ein weiteres Ende, in einem Bereich des Rotorkerns 21 positioniert ist, der sich zwischen der gleichen Seite wie die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung und der Magnetpolmitte befindet, die die Mitte des Magnetpols zum Ausbilden eines Pols ist, wobei die Kraft vom Rotor 20A mittels des Drehmoments ausgeübt wird.
Ferner ist das andere der Enden des Magnetschlitzes 25 in Längsrichtung, das sich näher an der Seite des Rotationsachsenzentrums des Rotors 20A befindet als das andere Ende, auf der Magnetpolmitte oder in einem Bereich des Rotorkerns 21A positioniert, der sich zwischen der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft in Umfangsrichtung und der Magnetpolmitte befindet, wobei die Kraft auf den Rotor 20 durch Energiebeaufschlagung der Spulen 12 übertragen wird. Jeder der Magnetschlitze 25A, die in dem Rotor 20A ausgebildet sind, und jeder der Magnetschlitze 25B, die in dem Rotor 20B ausgebildet sind, unterscheiden sich voneinander in der Form und der Position in Axialrichtung.
Jeder der Magnetschlitze 25A des Rotors 20A, dargestellt in 39, ist so ausgebildet, dass die Längsrichtung eines jeden der Magnetschlitze 25A eine Neigung in Bezug auf die Radialrichtung des Rotors 20A hat. Indessen ist jeder der Magnetschlitze 25B des Rotors 20B, dargestellt in 40, so ausgebildet, dass die Längsrichtung eines jeden der Magnetschlitze 25B nur eine kleine Neigung in Bezug auf die Radialrichtung des Rotors 20B hat.
Wenn die Form oder die Position eines jeden der Magnetschlitze 25 verändert wird, ändern sich die Phasen und Amplituden des Rastmoments, die Drehmoment-Welligkeit (Rippel) und die elektromagnetische Erregungskraft. Mit einer Kombination aus einer Mehrzahl von Arten von Rotoren mit Magnetschlitzen 25A, 25B, die so ausgebildet sind, dass sie unterschiedliche Formen oder Positionen haben, können demzufolge das Rastmoment, die Drehmoment-Welligkeit und die elektromagnetische Erregungskraft aufgehoben werden.
Ferner brauchen die Länge des Rotors 20A und die Länge des Rotors 20B in Axialrichtung nur bestimmt zu werden, um das Rastmoment, die Drehmoment-Welligkeit und die elektromagnetische Erregungskraft aufzuheben, und sie brauchen nicht mit der gleichen Länge vorgegeben zu sein. Ferner sind die Permanentmagnete 22 bei der sechsten Ausführungsform, bei Betrachtung entlang der Rotationsachsenrichtung, an den gleichen Positionen angeordnet. Demzufolge kann eine gemeinsame Einführungsarbeit erreicht werden, die für die Permanentmagneten 22 durchgeführt wird.
Wie bei der ersten Ausführungsform und der dritten bis fünften Ausführungsform ist bei der sechsten Ausführungsform eine elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine beschrieben, die für den Leistungslaufbetrieb verwendet werden soll. Wenn die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine jedoch für den Regenerationsbetrieb verwendet wird, kann die elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine für den Regenerationsbetrieb verwendet werden, indem bei der sechsten Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie diejenige der zweiten Ausführungsform verwendet wird. Ferner werden zwei oder mehr Arten von Rotoren kombiniert.
Mit zunehmender Anzahl von Arten von Rotoren, die kombiniert werden sollen, können das Rastmoment, die Drehmoment-Welligkeit und die elektromagnetische Erregungskraft weiter verringert werden. Ferner ist eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Magnetschlitze 25A und die Magnetschlitze 25B in Form und Position in Axialrichtung voneinander verschieden sind. Die Magnetschlitze 25A und die Magnetschlitze 25B können jedoch auch nur in der Form in Axialrichtung voneinander verschieden sein. Ferner können die Magnetschlitze 25A und die Magnetschlitze 25B auch nur in der Position in Axialrichtung voneinander verschieden sein.
Siebte Ausführungsform
41 ist eine Schnittansicht inklusive eines Rotors 20C entlang einer Ebene senkrecht zur Rotationsachsenrichtung, und sie ist eine Darstellung der Grundstruktur einer elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 41 sind die mit den gleichen Bezugszeichen wie denjenigen in den Zeichnungen bezeichneten Konfigurationen, auf welche zur Beschreibung der elektrischen Permanentmagnet-Rotationsmaschinen gemäß der ersten und dritten bis fünften Ausführungsform Bezug genommen wird, die gleichen oder entsprechende Konfigurationen, und deren Beschreibung wird hier weggelassen. Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und dritten bis sechsten Ausführungsform durch die Magnetschlitze 25C und 25D auf dem Querschnitt des Rotors 20C.
Bei der siebten Ausführungsform hat ein Rotorkern 21C des Rotors 20C eine Mehrzahl von Arten von Magnetschlitzen 25C und 25D, die sich voneinander in Form und Position unterscheiden. Jeder der Magnetschlitze 25C und 25D ist in einem Bereich des Rotorkerns 21C gebildet, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 zum Ausbilden eines Magnetpols und dem Spalt 50 befindet. Zwei Arten von Magnetschlitzen 25C und 25D sind abwechselnd in Umfangsrichtung des Rotors 20C angeordnet. Jeder der Magnetschlitze 25C und 25D, die in dem Rotor 20C gebildet sind, hat eine langgestreckte Form, die von der Nähe der Permanentmagnete 22 zur Nähe des Spalts 50 verläuft.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist das eine der Enden von jedem der Magnetschlitze 25C und 25D in Längsrichtung, das sich näher an der äußeren Peripherie des Rotors 20C befindet als das andere Ende, in einem Teil des Bereichs des Rotorkerns 21C positioniert, der sich zwischen der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung und der Magnetpolmitte befindet, die die Mitte des Magnetpols zum Ausbilden eines Magnetpols ist, wobei die Kraft auf den Rotor 20C mittels des Drehmoments ausgeübt wird.
Ferner ist das andere der Enden von jedem der Magnetschlitze 25C und 25D in Längsrichtung, das sich näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors 20C befindet als das eine Ende, in der Magnetpolmitte oder in einem Teil des Bereichs des Rotorkerns 21C positioniert, der sich zwischen den Permanentmagneten 22 und dem Spalt 50 befindet, und zwischen der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft in Umfangsrichtung und der Magnetpolmitte, wobei die Kraft auf den Rotor 20 durch Energiebeaufschlagung der Spulen 12 übertragen wird.
Jeder der Magnetschlitze 25C ist so ausgebildet, dass die Längsrichtung von jedem der Magnetschlitze 25C eine Neigung bezogen auf die Radialrichtung des Rotors 20C hat. Indessen ist jeder der Magnetschlitze 25D so ausgebildet, dass die Längsrichtung jedes Magnetschlitzes 25D nur eine kleine Neigung bezogen auf die Radialrichtung des Rotors 20C hat. Wenn die Form oder die Position der jeweiligen Magnetschlitze verändert wird, ändern sich die Phasen und Amplituden des Rastmoments, die Drehmoment-Welligkeit (Rippel) und die elektromagnetische Erregungskraft. Mit der Kombination der Mehrzahl von Arten von Magnetschlitzen 25C und 25D, die in Form oder Position voneinander verschieden sind, in einem Rotor, können das Rastmoment, die Drehmoment-Welligkeit und die elektromagnetische Erregungskraft aufgehoben werden.
Mit der Kombination von zwei Arten von Magnetschlitzen 25C und 25D, die in Form oder Position voneinander verschieden sind, in einem Rotor, können das Rastmoment, die Drehmoment-Welligkeit und die elektromagnetische Erregungskraft verringert werden. Ferner können drei oder mehr Arten von Magnetschlitzen kombiniert werden. Mit zunehmender Anzahl von Arten, die kombiniert werden sollen, können das Rastmoment, die Drehmoment-Welligkeit und die elektromagnetische Erregungskraft weiter verringert werden.
Ferner können - wie bei der sechsten Ausführungsform - eine Mehrzahl von Rotoren 20C so angeordnet sein, dass sie miteinander in Axialrichtung in Kontakt gehalten werden. Im Gegensatz zur sechsten Ausführungsform, wo die Mehrzahl von Arten von Rotoren 20A und 20B verwendet werden, kann in diesem Fall derselbe Rotorkern 21C verwendet werden. Demzufolge können die Kosten im Vergleich zu denjenigen bei der sechsten Ausführungsform verringert werden.
Obwohl die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung oben spezifisch unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben sind, ist es für Fachleute ersichtlich, dass verschiedenartige Modifikationen verwendet werden können, und zwar auf der Basis der technischen Grundkonzepte und Lehren der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine
10: Stator
11: Statorkern
12: Spule
13: Rahmen
14: Lager
15: Lagerschale
16: Drehwelle
20: Rotor
20A: Rotor
20B: Rotor
20C: Rotor
21: Rotorkern
21C: Rotorkern
21A: Kernbereich auf der Vorderseite in Rotationsrichtung
21B: Kernbereich auf der Rückseite in Rotationsrichtung
22: Permanentmagnet
22A: Magnet auf der Vorderseite
22B: Magnet auf der Rückseite
25: Magnetschlitz
25A: Magnetschlitz
25B: Magnetschlitz
25C: Magnetschlitz
25D: Magnetschlitz
26: Flussbarriere
31: magnetischer Induktionsfluss
32: magnetischer Reluktanzfluss
41: äußere Brücke auf der Rückseite
42: äußere Brücke auf der Rückseite
43: Mittelbrücke
50: Spalt
111: Kernrückseite
112: Zahnbereich

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

JP H11206046 A [0008]
JP H11178255 A [0008]
JP H2012023904 A [0008]

Claims

Elektrische Permanentmagnet-Rotationsmaschine, die Folgendes aufweist: einen Stator, der einen Statorkern und Spulen aufweist; einen Rotor, der derart angeordnet ist, dass er dem Stator mit einem Spalt gegenüberliegt, der ein Mikrospalt ist, und der drehbar ist, wobei der Rotor Folgendes aufweist: einen Rotorkern; eine Mehrzahl von Magneten, die in dem Rotorkern eingebettet sind; und Magnetschlitze, die jeweils in einem Kernbereich des Rotorkerns ausgebildet sind, der ein Bereich ist, der sich zwischen den Magneten zum Ausbilden von einem Magnetpol der Mehrzahl von Magente und dem Spalt befindet, wobei die Magnetschlitze Bereiche sind, die eine niedrigere magnetische Permeabilität haben als die magnetische Permeabilität des Kernbereichs, wobei die Fläche eines Teils des Kernbereichs, der sich zwischen der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung des Rotors und dem Magnetschlitz befindet, der in dem Kernbereich ausgebildet ist, wobei die Kraft auf den Rotor durch Energiebeaufschlagung der Spulen ausgeübt wird, kleiner ist als die Fläche eines Teils des Bereichs, der sich zwischen einer Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft und dem Magnetschlitz befindet, der in dem Kernbereich ausgebildet ist.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei jeder der Magnetschlitze ein Ende näher an einer äußeren Peripherie des Rotors und ein Ende näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors aufweist, wobei das eine der Enden des Magnetschlitzes, das sich näher an der äußeren Peripherie des Rotors befindet als das andere der Enden, in dem Teil des Kernbereichs positioniert ist, der sich zwischen der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft in Umfangsrichtung und der Magnetpolmitte des einen Magnetpols befindet, wobei die Kraft auf den Rotor durch Energiebeaufschlagung der Spulen übertragen wird, und wobei das andere der Enden von jedem der Magnetschlitze, das sich näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors als das eine Ende befindet, in der Magnetpolmitte oder in dem Teil des Kernbereichs positioniert ist, der sich zwischen der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft in Umfangsrichtung und der Magnetpolmitte befindet, wobei die Kraft auf den Rotor durch Energiebeaufschlagung der Spulen übertragen wird.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis der Länge der äußeren peripheren Seite des Rotors zur Gesamtlänge sämtlicher Erzeugungsseiten für magnetischen Induktionsfluss der Magneten zum Ausbilden des Teils des Kernbereichs, der sich zwischen der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft und dem Magnetschlitz befindet, der in dem Kernbereich ausgebildet ist, kleiner ist als das Verhältnis der Länge der äußeren peripheren Seite des Rotors zur Gesamtlänge sämtlicher Erzeugungsseiten für magnetischen Induktionsfluss der Magneten zum Ausbilden des Teils des Kernbereichs, der sich zwischen der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft und dem Magnetschlitz befindet, der in dem Kernbereich ausgebildet ist.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnete zum Ausbilden des einen Magnetpols in einem V-förmigen Muster ausgebildet sind.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Endpunkt von jedem der Magnetschlitze, der sich näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors befindet, zwischen der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft und einer Verlängerungslinie einer geraden Linie zum gedachten Verbinden eines Endes von dem einen der Magnete zum Ausbilden des einen Magnetpols positioniert ist, wobei sich der Magnet zwischen der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft und der Magnetpolmitte befindet.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Endpunkt von jedem Magnetschlitz, der sich näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors befindet, zwischen der Seite der gleichen Richtung der Kraft und einer Verlängerungslinie einer geraden Linie zum gedachten Verbinden eines Endes von dem einen der Magnete zum Ausbilden des einen Magnetpols positioniert ist, wobei sich der Magnet zwischen der Seite gegenüber Richtung wie die Richtung der Kraft und der Magnetpolmitte befindet.
Rotationsmaschine nach Anspruch 6, wobei der Abstand zwischen einem Ende jedes Magnetschlitzes, das sich näher am Rotationsachsenzentrum des Rotors befindet, und jedem der Magnete kürzer ist als die Breite einer Mittelbrücke, die sich zwischen den Magneten zum Ausbilden des einen Magnetpols in Umfangsrichtung befindet.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Dicke einer äußeren Brücke, die sich zwischen dem einen Ende der Magnete zum Ausbilden des einen Magnetpols, das sich auf der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft befindet, und einer äußeren Peripherie des Kernbereichs verschieden ist von der Dicke einer äußeren Brücke, die sich zwischen dem anderen Ende des Magneten, das sich auf der Seite entgegengesetzt zur Richtung der Kraft befindet, und der äußeren Peripherie des Kernbereichs befindet.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Länge von einem der Magnete, der sich auf der Seite der gleichen Richtung wie die Richtung der Kraft befindet, in Längsrichtung des einen Magneten die gleiche ist wie die Länge eines anderen der Magnete, der sich auf der Seite gegenüber der Richtung der Kraft in Längsrichtung des anderen Magneten befindet.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die eine Struktur aufweist, bei welcher das Verhältnis der Anzahl von Magnetpolen des Rotors zur Anzahl von Nuten des Stators 2:3 beträgt.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Rotor eine Mehrzahl der Rotoren aufweist, wobei die Mehrzahl von Rotoren in Rotationsachsenrichtung angeordnet sind, so dass die Rotationsachsen der Mehrzahl von Rotoren miteinander übereinstimmen, und wobei die Magnetschlitze der Mehrzahl von Rotoren für jeden der Rotoren in zumindest einer von der Form und der Position verschieden sind, und zwar bei Betrachtung entlang der Rotationsachsenrichtung.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest eine von der Form und der Position von jedem der Magnetschlitze zwischen mindestens zwei Magnetpolen in dem Rotor verschieden ist.