DE112018006717T5

DE112018006717T5 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112018006717T5
Application number: DE112018006717.3T
Authority: DE
Inventors: Yuki Takahashi; Kazuya Iwase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-09-10
Also published as: US11664693B2; CN111566904B; CN111566904A; US20200328640A1

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine (10) umfasst eine Felderzeugungseinrichtung (40) und einen Anker (50). Eine Magneteinheit (42) umfasst erste Magnete (1131) und zweite Magnete (1132). Jeder erste Magnet weist einen Magnetpfad auf, der nach einer entsprechenden radialen Richtung ausgerichtet ist. Jeder zweite Magnet weist einen Magnetpfad auf, der nach einer Umfangsrichtung ausgerichtet ist. Die ersten Magnete sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete ist zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet. Ein Ankerkernelement ist radial auf der Magneteinheit gestapelt. Die Magneteinheit und das Ankerkernelement sind konfiguriert, die nachstehende Beziehung Br × Ma ≤ Bsc × Wsc zu erfüllen. In der Beziehung stellt Br eine Restflussdichte der Magneteinheit dar, Ma stellt eine Entfernung einer weiter weg liegenden Umfangsoberfläche jedes der ersten Magnete in der Umfangsrichtung dar, Bsc stellt eine Sättigungsmagnetflussdichte des Ankerkernelements dar und Bsc stellt eine Dicke des Ankerkernelements in der zugehörigen radialen Richtung dar.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht den Vorteil der Priorität aus den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2017-255080 , die am 28. Dezember 2017 eingereicht wurde, Nr. 2018-140738, die am 26. Juli 2018 eingereicht wurde, und Nr. 2018-166446, die am 5. September 2018 eingereicht wurde, wobei die Offenbarung jeder dieser Anmeldungen hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen rotierende elektrische Maschinen.
Hintergrund
Innenliegender-Dauermagnet-(IPM-)Rotoren für beispielsweise rotierende elektrische Maschinen sind allgemein verbreitet. Ein derartiger IPM-Rotor umfasst einen Rotorkern, der aus einem Stapel von elektromagnetischen Stahlblechen besteht. Der Rotorkern weist in sich definiert Magneteinbaulöcher auf, wobei Magnete in den jeweiligen Magneteinbaulöchern eingebaut sind.
Beispielsweise offenbart die Patentdruckschrift 1 eine Technologie, die die Form jedes Magneteinbauloches gestaltet, um hierdurch ein Magnetfeld in einer Richtung, die entgegengesetzt zu einer Richtung eines Magnetflusses von einem Rotor zu einem Stator ist, zu verringern, wobei somit ein Magnetfluss, der mit dem Stator verbunden ist, vergrößert wird. Eine derartige rotierend elektrische Maschine ist ausgelegt, die Form jedes Dauermagneten, des Rotors und des Stators zu optimieren, um hierdurch darauf abzuzielen, eine Verbesserung einer Leistungsfähigkeit der rotierenden elektrischen Maschine und eine Verbesserung eines Widerstands des Dauermagneten gegen eine Entmagnetisierung ins Gleichgewicht zu bringen.
Zitierungsliste
Patentdruckschrift

Patentdruckschrift 1
Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-093859

Kurzzusammenfassung
Zusätzlich zu IPM-Rotoren sind Oberflächendauermagnet-(SPM-)Rotoren für rotierende elektrische Maschinen verwendet worden. Wie eine rotierende elektrische Maschine mit IPM ist eine rotierende elektrische Maschine mit SPM ausgelegt, die Form jedes Dauermagneten, des Rotors und des Stators zu optimieren, um hierdurch darauf abzuzielen, eine Verbesserung einer Leistungsfähigkeit der rotierenden elektrischen Maschine und eine Verbesserung eines Widerstands des Dauermagneten gegen ein Entmagnetisierungsfeld ins Gleichgewicht zu bringen.
Beispielsweise ist eine rotierende elektrische Maschine bekannt, die eine Hallbach-Anordnung von Dauermagneten mit einer höheren Magnetflussdichte umfasst. Nachstehend wird eine derartige Hallbach-Anordnung von Dauermagneten ausführlich beschrieben.
Spezifisch umfassen Dauermagneten, die in einer derartigen Hallbach-Anordnung einer rotierenden elektrischen Maschine angeordnet sind, erste Dauermagnete und zweite Dauermagnete. Jeder der ersten Dauermagnete weist einen Magnetpfad auf, der in einer entsprechenden radialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine ausgerichtet ist. Jeder der zweiten Dauermagnete weist einen Magnetpfad auf, der in eine Umfangsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine gerichtet ist.
Die ersten Dauermagnete sind in der Umfangsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet, und die zweiten Dauermagnete sind jeweils zwischen einem entsprechenden Paar von benachbarten ersten Dauermagneten angeordnet. Diese Anordnung der ersten und zweiten Dauermagnete ermöglicht es der rotierenden elektrischen Maschine, eine höhere Magnetdichte, die zu einem Stator der rotierenden elektrischen Maschine hin gerichtet ist, eine kleinere Größe und eine höhere Ausgabe aufzuweisen.
Eine rotierende elektrische Maschine, die eine Hallbach-Anordnung von Dauermagneten umfasst, kann unglücklicherweise einen Leckfluss von einer weiter von dem Stator weg liegenden Seite jedes Dauermagneten aufweisen, was in einer Verringerung der Magnetflussdichte von einer näheren Seite des entsprechenden Dauermagneten zu dem Stator resultiert.
In Anbetracht der vorstehend angegebenen Umstände zielt die Offenbarung darauf ab, hauptsächlich rotierende elektrische Maschinen bereitzustellen, von denen jede eine höhere Magnetflussdichte aufweist.
Verschiedene Ausgestaltungen, die in dieser Spezifikation offenbart sind, verwenden jeweils technische Maßnahmen, die voneinander unterschiedlich sind, um jeweilige Aufgaben zu erreichen. Diese Aufgaben, Merkmale und Wirkungen, die in dieser Spezifikation offenbart sind, sind unter Bezugnahme auf die nachstehende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Figuren klarer besch rieben.
Die Maßnahme 1A ist eine rotierende elektrische Maschine, die eine Felderzeugungseinrichtung umfasst, die eine Magneteinheit umfasst. Die Magneteinheit weist eine Vielzahl von Magnetpolen auf, deren Polaritäten abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Anker, der ein Mehrphasenankerwicklungselement umfasst. Ein Element aus der Felderzeugungseinrichtung und dem Anker dient als ein Rotor der rotierenden elektrischen Maschine.
Die Magneteinheit umfasst eine Vielzahl von ersten Magneten und eine Vielzahl von zweiten Magneten. Jeder der ersten Magnete weist einen Magnetpfad auf, der auf eine entsprechende radiale Richtung ausgerichtet ist. Jeder der zweiten Magnete weist einen Magnetpfad auf, der auf eine Umfangsrichtung ausgerichtet ist. Die ersten Magnete sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet.
Jeder der zweiten Magnete ist zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet. Der Anker umfasst ein ringförmiges Ankerkernelement, das aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist und angeordnet ist, weiter von dem Anker entfernt zu sein, als es die Magneteinheit davon ist. Das Ankerkernelement ist radial auf die Magneteinheit gestapelt. Jeder der ersten Magnete weist eine von dem Anker weiter weg liegende Umfangsoberfläche auf. Die Magneteinheit und das Ankerkernelement sind konfiguriert, die nachstehend genannte Beziehung zu erfüllen: $Br \times Ma \leq Bsc \times Wsc$
wobei:

Br eine Restflussdichte der Magneteinheit darstellt;

Diese Gestaltung der ersten und zweiten Magnete ermöglicht es, dass die Magneteinheit eine näherungsweise sinusförmige Magnetflussdichteverteilung aufweist, was es ermöglicht, einen höheren Drehmomentpegel, einen kleineren Wirbelstromverlust und kleinere Drehmomentwelligkeiten zu erreichen.
Diese Gestaltung der ersten und zweiten Magnete kann verursachen, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Magnetfluss von der weiter weg liegenden Seite der Magneteinheit von dem Anker leckt. Um sich mit einem derartigen Lecken zu befassen, ist das ringförmige Ankerkernelement, das aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, vorzugsweise bei der von dem Anker weiter weg liegenden Seite der Magneteinheit angebracht, sodass das ringförmige Ankerkernelement radial auf der Magneteinheit gestapelt ist.
Das ringförmige Ankerkernelement, das auf der Magneteinheit gestapelt ist, weist vorzugsweise eine radiale Dicke auf, die so dünn wie möglich ist, für eine kleine Größe der rotierenden elektrischen Maschine und/oder für ein großes Volumen einer radial innen liegenden Region des Rotors. Eine übermäßig dünne Dicke des ringförmigen Ankerkernelements kann jedoch in einem Magnetflusslecken aus der gestapelten Struktur der Magneteinheit und dem ringförmigen Ankerkernelement resultieren.
Von diesem Standpunkt aus resultiert eine Verwendung der ersten und zweiten Magnete, die die Beziehung gemäß Br × Ma ≤ Bsc × Wsc erfüllen, in der rotierenden elektrischen Maschine, die eine dünnere radiale Dicke hiervon aufweist, während ein Magnetflusslecken verringert wird.
In der Maßnahme 2A weist der erste Magnet oder der zweite Magnet eine erste Scherbeanspruchung in einer zugehörigen radialen Richtung auf, wobei das Ankerkernelement eine zweite Scherbeanspruchung in der zugehörigen radialen Richtung aufweist. Die Magneteinheit und das Ankerkernelement sind konfiguriert, die nachstehend genannte Beziehung zu erfüllen: $Tr \times Ma<Ts \times Wsc$
wobei:

Tr die erste Scherbeanspruchung des ersten Magneten oder des zweiten Magneten in der zugehörigen radialen Richtung darstellt; und
Ts die zweite Scherbeanspruchung des Ankerkernelements in der zugehörigen radialen Richtung darstellt.

Die ersten und zweiten Magnete, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, verursachen, dass Zentrifugalkräfte individuell von den jeweiligen ersten und zweiten Magneten erzeugt werden, während der Rotor sich dreht. Wenn die rotierende elektrische Maschine bei einem Fahrzeug angewendet wird, können Vibrationen beziehungsweise Schwingungen der ersten und zweiten Magnete aufgrund von Vibrationen beziehungsweise Schwingungen des Fahrzeugs, das auf einer holprigen Straße fährt, verursachen, dass jeder der ersten und zweiten Magnete eine entsprechende Kraft auf das ringförmige Ankerkernelement aufbringt.
Das ringförmige Ankerkernelement benötigt somit geeignete Vorspannungen gegen die vorstehend genannten externen Kräfte, die von den jeweiligen ersten und zweiten Magneten aufgebracht werden. Das heißt, wenn die Vorspannungen, das heißt Scherbeanspruchungen des ringförmigen Ankerkernelements kleiner als die externen Kräfte, die darauf aufgebracht werden, wären, ist es möglicherweise wahrscheinlich, dass das ringförmige Ankerkernelement abschert.
Von diesem Standpunkt aus sind die ersten und zweiten Magnete und das ringförmige Ankerkernelement konfiguriert, die Beziehung Tr x Ma < Ts x Wsc zu erfüllen. Dies ermöglicht es, dass das ringförmige Ankerkernelement eine dünnere Dicke aufweist, während die ersten und zweiten Magnete und das ringförmige Ankerkernelement eine geeignete Stärke aufweisen, das heißt, die ersten oder zweiten Magnete zuverlässig halten.
In der Maßnahme 3A weist die Magneteinheit eine intrinsische Koerzitivfeldstärke von 400kA/m oder mehr auf, wobei sie eine Restflussdichte von 1,0 T oder mehr aufweist.
Dies ermöglicht es, dass jeder Magnet der Magneteinheit einen höheren Pegel einer Magnetflussdichte aufweist. Insbesondere ermöglichen es die ersten oder zweiten Magnete und das ringförmige Ankerkernelement, die die Beziehung gemäß Br × Ma ≤ Bsc × Wsc erfüllen, dass ein Magnetflusslecken auf effektive Weise verringert wird.
In der Maßnahme 4A, die von einer der Maßnahmen 1A bis 3A abhängt, umfasst das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Anker weist eine aus einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration auf. Die erste Konfiguration weist Leiter-zu-Leiter-Elemente auf. Jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements angeordnet. Die zweite Konfiguration weist kein Leiter-zu-Leiter-Element zwischen jedem benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements auf. Jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist aus einem eines magnetischen Materials und eines nicht-magnetischen Materials hergestellt. Das magnetische Material erfüllt die nachstehend genannte Beziehung: $Wt \times Bs \leq Wm \times Br$
wobei:

Wt eine Gesamtumfangsbreite von einem oder mehreren der Leiter-zu-Leiter-Elemente darstellt, die innerhalb eines Bereichs von einem der Magnetpole der Magneteinheit liegen;
Bs eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente darstellt;
Wm eine Umfangsbreite eines Abschnitts der Magneteinheit darstellt, der äquivalent zu einem der Magnetpole der Magneteinheit ist; und
Br die Restflussdichte der Magneteinheit darstellt.

Dies verhindert eine Magnetflusssättigung in dem Anker, während die Magnetflussdichte verbessert wird, wobei somit eine Drehmomentbeschränkung aufgrund der magnetischen Sättigung beseitigt wird.
In der Maßnahme 5A, die von einer der Maßnahmen 1A bis 4A abhängt, umfasst das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Jedes der leitfähigen Elemente ist aus einem Bündel aus einer Vielzahl von Drähten hergestellt. Jedes benachbarte Paar der Drähte des Bündels weist einen ersten spezifischen elektrischen Widerstand auf. Jeder der Drähte weist einen zweiten spezifischen elektrischen Widerstand auf, wobei der erste spezifische elektrische Widerstand höher ist als der zweite spezifische elektrische Widerstand.
Eine Verwendung der Magneteinheit, die eine nahezu sinusförmige Magnetflussdichteverteilung und jedes der leitfähigen Elemente aufweist, das aus einem Bündel aus einer Vielzahl von Drähten hergestellt ist, ermöglicht es, einen kleineren Wirbelstromverlust in den leitfähigen Elementen zu erreichen.
In der Maßnahme 6A, die von einer der Maßnahmen 1A bis 5A abhängt, umfasst das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Jedes der leitfähigen Elemente weist eine Dicke in der zugehörigen radialen Richtung auf, wobei die Leiterelemente einen Abschnitt aufweisen, der in einer Region von einem des Magnetpols für jede Phase in der Umfangsrichtung liegt. Der Abschnitt der Leiterelemente weist eine Breite in der Umfangsrichtung auf, wobei die Dicke jedes der leitfähigen Elemente eingestellt ist, um kleiner als die Breite des Abschnitts des Leiterelements zu sein.
Diese Maßnahme 6A erreicht einen kleineren Wirbelstromverlust in den leitfähigen Elementen, während ein höherer Drehmomentpegel erreicht wird.
Innenliegender-Dauermagnet-(IPM-)Rotoren beispielsweise für rotierende elektrische Maschinen sind weit verbreitet. Ein derartiger IPM-Rotor umfasst einen Rotorkern, der aus einem Stapel von elektromagnetischen Stahlblechen besteht. Der Rotorkern weist darin definiert Magneteinbaulöcher auf, wobei Magnete in den jeweiligen Magneteinbaulöchern eingebaut sind.
Magnete, die für einen derartigen Rotor verwendet werden, sind beispielsweise in der Patentdruckschrift 2 offenbart, die der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2017-99071 entspricht. Die Patentdruckschrift 2 offenbart derartige Magnete, die jeweils eine Oberflächenmagnetflussdichteverteilung aufweisen, die nahe an einem sinusförmigen Signalverlauf ist. Eine Verwendung der Magnete, die in der Patentdruckschrift 2 offenbart sind, resultiert in einer allmählicheren Magnetflussänderung als die von radialen Magneten, wobei ein Wirbelstromverlust verringert wird. Eine Verwendung der Magnete, die in der Patentdruckschrift 2 offenbart sind, verbessert ebenso die Magnetflussdichte, während Drehmomentwelligkeiten verringert werden.
Jeder Magnet, der in der Patentdruckschrift 2 offenbart ist, weist gekrümmte Magnetpfade auf. Ein Verfahren zum Magnetisieren eines Magneten, sodass der magnetisierte Magnet gekrümmte Magnetpfade aufweist, muss eine spezifische Prozedur beispielsweise zum Ausrichten von leichten Magnetisierungsachsen in dem Magneten umfassen, um jeweils entlang zugehörigen entworfenen gekrümmten Linien zu sein; diese spezifische Prozedur ist nicht notwendigerweise für ein Verfahren zum Magnetisieren eines Magneten erforderlich, sodass der Magnet lineare Magnetpfade aufweist.
Das heißt, eine Herstellung eines Magneten, der gekrümmte Magnetpfade aufweist, kann mehr Zeit benötigen als eine Herstellung eines Magneten, der lineare Magnetpfade aufweist.
Die nachstehende Offenbarung, die ausgelegt worden ist, sich mit einem derartigen Problem zu befassen, zielt darauf ab, rotierende elektrische Maschinen bereitzustellen, von denen jede in der Lage ist, auf einfache Weise eine Magneteinheit bereitzustellen, die eine Oberflächenmagnetflussdichteverteilung aufweist, die nahe an einem sinusförmigen Signalverlauf ist.
Die Maßnahme 1B ist eine rotierende elektrische Maschine, die eine Felderzeugungseinrichtung umfasst, die eine Magneteinheit umfasst. Die Magneteinheit weist eine Vielzahl von Magnetpolen auf, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Anker, der ein mehrphasiges Ankerwicklungselement umfasst. Ein Element aus der Felderzeugungseinrichtung und dem Anker dient als ein Rotor, der rotierenden elektrischen Maschine.
Die Magneteinheit umfasst eine Vielzahl von ersten Magneten und eine Vielzahl von zweiten Magneten. Jeder der ersten Magnete weist einen linearen ersten Magnetisierungsvektor auf, wobei jeder der zweiten Magnete einen linearen zweiten Magnetisierungsvektor aufweist. Die ersten Magnete sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete ist zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet. Der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten Magnete ist auf eine entsprechende radiale Richtung des Rotors ausgerichtet oder auf eine Richtung ausgerichtet, die in Richtung einer d-Achse in Bezug auf die entsprechende radiale Richtung geneigt ist, wobei die d-Achse eine Mitte eines entsprechenden der Magnetpole darstellt. Der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete ist angeordnet, um näher an der Umfangsrichtung angeordnet zu sein, als es der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten Magnete ist.
Die ersten Magnete sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet, wobei jeder der zweiten Magnete zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet ist. Eine Ausrichtung jedes ersten Magneten, sodass der erste Magnet als ein parallel ausgerichteter Magnet konfiguriert ist, um lineare Magnetvektoren, das heißt Magnetisierungsrichtungen entlang einer d-Achse aufzuweisen, kann darin resultieren, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Magnetflussdichte mit der d-Achse konvergiert. Insbesondere kann die Anordnung, bei der die Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet ist, um radial innerhalb des Ankers zu sein, verursachen, dass ein derartiges Problem ausgeprägter wird.
Von diesem Standpunkt aus ist der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten Magnete nach einer entsprechenden radialen Richtung des Rotors ausgerichtet oder nach einer Richtung ausgerichtet, die in Richtung einer d-Achse in Bezug auf die entsprechende radiale Richtung geneigt ist; die d-Achse stellt eine Mitte eines entsprechenden der Magnetpole dar.
Dies macht es einfacher, dass die Magnetflussdichte mit der entsprechenden d-Achsen-Seite konvergiert, obwohl die ersten und zweiten Magnete, die alle lineare Magnetisierungsvektoren aufweisen, verwendet werden. Dies resultiert darin, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung jedes der ersten Magnete näher an einem sinusförmigen Signalverlauf ist.
In der Maßnahme 2B, die von der Maßnahme 1B abhängt, ist der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete in Richtung des Ankers in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung geneigt, wobei die vorbestimmte Richtung senkrecht zu einer q-Achse ist, wobei die Q-Achse eine Magnetpolgrenze eines entsprechenden der Magnetpole darstellt.
Eine Ausrichtung jedes zweiten Magneten, sodass der zweite Magnet als ein parallel ausgerichteter Magnet konfiguriert ist, um lineare Magnetvektoren entlang einer Richtung aufzuweisen, die senkrecht zu der q-Achse ist, kann darin resultieren, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Magnetflussdichte mit der d-Achse konvergiert. Insbesondere kann die Anordnung, bei der die Felderzeugungseinrichtung angeordnet ist, um radial innerhalb des Ankers zu sein, verursachen, dass ein derartiges Problem ausgeprägter wird.
Von diesem Standpunkt aus ist der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete in Richtung des Ankers in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung geneigt, wobei die vorbestimmte Richtung senkrecht zu der q-Achse ist.
Dies macht es einfacher, dass die Magnetflussdichte mit der entsprechenden d-Achsen-Seite konvergiert, obwohl die ersten und zweiten Magnete, die alle lineare Magnetisierungsvektoren aufweisen, verwendet werden. Dies resultiert darin, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung jedes der zweiten Magnete näher an einem sinusförmigen Signalverlauf ist.
Die Maßnahme 3B ist eine rotierende elektrische Maschine, die eine Felderzeugungseinrichtung umfasst, die eine Magneteinheit umfasst. Die Magneteinheit weist eine Vielzahl von Magnetpolen auf, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Anker, der ein mehrphasiges Ankerwicklungselement umfasst. Ein Element aus der Felderzeugungseinrichtung und dem Anker dient als ein Rotor der rotierenden elektrischen Maschine.
Die Magneteinheit umfasst eine Vielzahl von ersten Magneten und eine Vielzahl von zweiten Magneten. Jeder der ersten Magnete weist einen linearen ersten Magnetisierungsvektor auf, wobei jeder der zweiten Magnete einen linearen zweiten Magnetisierungsvektor aufweist. Die ersten Magnete sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete ist zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet. Der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete ist in Richtung des Ankers in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung geneigt. Die vorbestimmte Richtung ist senkrecht zu einer q-Achse. Die q-Achse stellt eine Magnetpolgrenze eines entsprechenden der Magnetpole dar.
Der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten Magnete ist angeordnet, um näher an einer entsprechenden radialen Richtung zu sein, als es der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete ist.
Ein Ausrichten jedes zweiten Magneten, sodass der zweite Magnet als ein parallel ausgerichteter Magnet konfiguriert ist, um lineare Magnetisierungsvektoren entlang einer Richtung aufzuweisen, die senkrecht zu einer q-Achse ist, kann darin resultieren, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Magnetflussdichte mit der d-Achse konvergiert. Insbesondere kann die Anordnung, bei der die Felderzeugungseinrichtung angeordnet ist, um radial innerhalb des Ankers zu sein, verursachen, dass ein derartiges Problem ausgeprägter wird.
Von diesem Standpunkt aus ist der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete in Richtung des Ankers in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung geneigt, wobei die vorbestimmte Richtung senkrecht zu der q-Achse ist.
Dies macht es einfacher, dass die Magnetflussdichte mit der entsprechenden d-Achse-Seite konvergiert, obwohl die ersten und zweiten Magnete, die alle lineare Magnetisierungsvektoren aufweisen, verwendet werden. Dies resultiert darin, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung jedes der zweiten Magnete näher an einem sinusförmigen Signalverlauf ist.
In der Maßnahme 4B, die von einer der Maßnahmen 1B bis 3B abhängt, umfassen die ersten Magnete erste A-Magnete und erste B-Magnete. Der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten A-Magnete ist von einer Gegenankerseite des entsprechenden ersten A-Magneten auf eine Ankerseite hiervon gerichtet, wobei der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der ersten B-Magnete von der Statorseite der entsprechenden ersten B-Magnete zu der Gegenstatorseite hiervon gerichtet ist. Die ersten A-Magnete und die ersten B-Magnete sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet.
Der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete ist radial um einen Mittelpunkt herum angeordnet, wobei der Mittelpunkt auf eine Gegenankerseite des entsprechenden zweiten Magneten gesetzt ist. Der Mittelpunkt jedes zweiten Magneten ist gesetzt, um näher an dem entsprechenden benachbarten ersten B-Magneten als an dem entsprechenden benachbarten ersten A-Magneten zu sein.
Ein Ausrichten jedes zweiten Magneten, sodass der zweite Magnet als ein parallel ausgerichteter Magnet konfiguriert ist, um Magnetflussvektoren aufzuweisen, die parallel zueinander sind, kann in unzureichenden Längen einiger Magnetpfade in Abhängigkeit von der Größe oder Form (das heißt Krümmung) des zweiten Magneten resultieren. Von diesem Standpunkt aus ist der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete als eine radiale Ausrichtung ausgelegt, die radial um einen Mittelpunkt herum angeordnet ist, wobei der Mittelpunkt auf eine Gegenankerseite des entsprechenden zweiten Magneten gesetzt ist. Der Mittelpunkt jedes zweiten Magneten ist gesetzt, um näher an dem entsprechenden benachbarten ersten B-Magneten als an dem entsprechenden benachbarten ersten A-Magneten zu sein.
Dies ermöglicht es, dass die Länge jedes Magnetvektors jedes zweiten Magneten länger ist, während jeder Magnetvektor näher in Richtung der Ankerseite geneigt ist, als es eine Richtung, die senkrecht zu einer q-Achse ist, ist; die q-Achse stellt eine Magnetpolgrenze eines entsprechenden der Magnetpole dar.
In der Maßnahme 5B, die von einer der Maßnahmen 1B bis 3B abhängt, umfassen die ersten Magnete erste A-Magnete und erste B-Magnete. Der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten A-Magnete ist von einer Gegenankerseite des entsprechenden ersten A-Magneten zu einer Ankerseite hiervon gerichtet, wobei der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der ersten B-Magnete von der Statorseite der entsprechenden ersten B-Magnete zu der Gegenstatorseite hiervon gerichtet ist.
Die ersten A-Magnete und die ersten B-Magnete sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete, der zwischen dem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet ist, umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt ist angeordnet, um benachbart zu dem ersten A-Magneten zu sein, wobei der zweite Abschnitt angeordnet ist, um benachbart zu dem ersten B-Magneten zu sein.
Der zweite Magnetisierungsvektor in dem ersten Abschnitt, der angeordnet ist, um benachbart zu dem entsprechenden ersten A-Magneten zu sein, ist in Richtung der Ankerseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt. Die vorbestimmte Richtung ist senkrecht zu der q-Achse, die der Magnetpolgrenze des entsprechenden der Magnetpole darstellt. Der zweite Magnetisierungsvektor in dem zweiten Abschnitt, der angeordnet ist, um benachbart zu dem entsprechenden ersten B-Magneten zu sein, ist in Richtung der Ankerseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt; die vorbestimmte Richtung ist senkrecht zu der q-Achse.
Jeder der zweiten Magnete umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt in der Umfangsrichtung. Der zweite Magnetisierungsvektor in dem ersten Abschnitt, der angeordnet ist, um benachbart zu dem entsprechenden ersten A-Magneten zu sein, ist in Richtung der Ankerseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt. Die vorbestimmte Richtung ist senkrecht zu der q-Achse. Der zweite Magnetisierungsvektor in dem zweiten Abschnitt, der angeordnet ist, um benachbart zu dem entsprechenden ersten B-Magneten zu sein, ist in Richtung der Gegenankerseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt; die vorbestimmte Richtung ist senkrecht zu der q-Achse.
Dies ermöglicht es, dass die Magnetisierungsvektoren näher an einer gekrümmten Linie entlang der Umfangsrichtung sind, um hierdurch die Länge jedes Magnetpfades zu vergrößern, wobei es ermöglicht wird, eine Magnetflussdichte auf der d-Achse zu verbessern. Dies ermöglicht ebenso, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung jedes der zweiten Magnete näher an einem sinusförmigen Signalverlauf ist.
In der Maßnahme 6B, die von einer der Maßnahmen 1B bis 5B abhängt, umfasst der erste Magnetisierungsvektor eine Vielzahl von ersten Magnetisierungsvektoren in jedem der ersten A-Magnete, wobei jeder der ersten Magnetisierungsvektoren in jedem der ersten A-Magnete um einen Winkel in Bezug auf die d-Achse geneigt ist. Der Winkel wird größer, wenn jeder der ersten Magnetisierungsvektoren weiter weg von der d-Achse zu liegen kommt.
Dies verbessert die Magnetflussdichte auf der d-Achse, während es ermöglicht wird, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung näher an einem sinusförmigen Signalverlauf ist.
In der Maßnahme 7B, die von einer der Maßnahmen 1B bis 6B abhängt, ist die Felderzeugungseinrichtung angeordnet, um radial innerhalb des Ankers zu sein.
Dies ermöglicht es, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung viel näher an einem sinusförmigen Signalverlauf ist.
In der Maßnahme 8B weist die Magneteinheit eine intrinsische Koerzitivfeldstärke von 400 kA/m oder mehr auf, wobei sie eine Restflussdichte von 1,0 T oder mehr aufweist.
Dies erreicht einen höheren Drehmomentpegel.
In der Maßnahme 9B, die von einer der Maßnahmen 1B bis 8B abhängt, umfasst das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Jedes der leitfähigen Elemente weist eine radiale Dicke auf und weist eine Umfangsbreite für jede Phase innerhalb eines der Magnetpole der Magneteinheit auf. Die radiale Dicke jedes der leitfähigen Elemente ist kleiner als die Umfangsbreite des entsprechenden der leitfähigen Elemente für jede Phase innerhalb eines der Magnetpole der Magneteinheit.
Dies erreicht einen kleineren Wirbelstromverlust in den leitfähigen Elementen und einen höheren Drehmomentpegel.
In der Maßnahme 10B, die von einer der Maßnahmen 1B bis 9B abhängt, umfasst das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen, die dem Anker gegenüberliegen und die bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Anker weist eine aus einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration auf. Die erste Konfiguration weist Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, wobei jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements angeordnet ist. Die zweite Konfiguration weist kein Leiter-zu-Leiter-Element zwischen jedem benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements auf. Jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist aus einem eines magnetischen Materials und eines nicht magnetischen Materials hergestellt, wobei das magnetische Material die nachstehende Beziehung erfüllt: $Wt \times Bs \leq Wm \times Br$
wobei:

Dies beseitigt eine Beschränkung des Drehmoments aufgrund einer magnetischen Sättigung.
In der Maßnahme 11B, die von einer der Maßnahmen 1B bis 10B abhängt, umfasst das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Jedes der leitfähigen Elemente ist aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten hergestellt. Jedes benachbarte Paar der Drähte des Bündels weist einen ersten spezifischen elektrischen Widerstand auf. Jeder der Drähte weist einen zweiten spezifischen elektrischen Widerstand auf, wobei der erste spezifische elektrische Widerstand höher als der zweite spezifische elektrische Widerstand ist.
Dies erreicht einen kleineren Wirbelstromverlust in den leitfähigen Elementen.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische longitudinale Schnittdarstellung einer rotierenden elektrischen Maschine.
2 zeigt eine longitudinale Schnittdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine.
3 zeigt eine Schnittdarstellung, die entlang der Linie III-III in 2 entnommen ist.
4 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils von 3.
5 zeigt eine Explosionsdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine.
6 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Wechselrichtereinheit.
7 zeigt ein grafisches Drehmomentdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Amperewindung und einer Drehmomentdichte in einer Statorwicklung darstellt.
8 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Rotors und eines Stators.
9 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils von 8.
10 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Stators.
11 zeigt eine longitudinale Schnittdarstellung eines Stators.
12 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Statorwicklung.
13 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Leiters.
14 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Struktur eines Drahts veranschaulicht.
15 zeigt eine Darstellung, die die Gestaltung von Leitern bei der n-ten Schichtposition zeigt.
16 zeigt eine Seitendarstellung, die Leiter bei der n-ten Schichtposition und der (n+1)-ten Schichtposition zeigt.
17 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in einem Magneteinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
18 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in einer Magneteinheit eines Vergleichsbeispiels darstellt.
19 zeigt ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines Steuerungssystems für eine rotierende elektrische Maschine.
20 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das einen Stromregelungsbetrieb einer Steuerungsvorrichtung zeigt.
21 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das einen Drehmomentregelungsbetrieb der Steuerungsvorrichtung zeigt.
22 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Rotors und eines Stators in dem zweiten Ausführungsbeispiel.
23 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung eines Teils von 22.
24 zeigt eine Darstellung, die ein Fließen eines Magnetflusses in einer Magneteinheit darstellt.
25 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Rotors und eines Stators in dem dritten Ausführungsbeispiel.
26 zeigt eine Darstellung, die ein Fließen eines Magnetflusses in einer Magneteinheit darstellt.
27 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Rotors und eines Stators in dem vierten Ausführungsbeispiel.
28 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in dem vierten Ausführungsbeispiel.
29 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in einem Vergleichsbeispiel.
30 zeigt eine Darstellung, die schematisch Magnetvektoren in der Magneteinheit veranschaulicht.
31 zeigt einen Graphen, der schematisch eine Beziehung zwischen einer Oberflächenmagnetflussverteilung und einem elektrischen Winkel veranschaulicht.
32 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in dem fünften Ausführungsbeispiel.
33 zeigt eine Darstellung, die schematisch Magnetvektoren in der Magneteinheit in dem fünften Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
34 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in dem sechsten Ausführungsbeispiel.
35 zeigt eine Darstellung, die schematisch Magnetvektoren in der Magneteinheit in dem sechsten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
36 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in einem anderen Ausführungsbeispiel.
37 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in dem siebten Ausführungsbeispiel.
38 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators in einer Modifikation 1.
39 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators in der Modifikation 1.
40 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators in einer Modifikation 2.
41 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators in einer Modifikation 3.
42 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stators in einer Modifikation 4.
43 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Rotors und eines Stators in einer Modifikation 7.
44 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das einen Abschnitt von Betrieben einer Betätigungssignalerzeugungseinrichtung in einer Modifikation 8 veranschaulicht.
45 zeigt ein Flussdiagramm, dass einen Ablauf von Schritten darstellt, um einen Trägerfrequenzänderungsbetrieb auszuführen.
46 zeigt eine Darstellung, die Verbindungen von Leitern veranschaulicht, die eine Leitergruppe in einer Modifikation 9 bilden.
47 zeigt eine Darstellung, die einen Stapel von vier Paaren von Leitern in einer Modifikation 9 veranschaulicht.
48 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Innenrotortyp-Rotors und eines Stators in einer Modifikation 10.
49 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung eines Teils von 48.
50 zeigt eine longitudinale Schnittdarstellung einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps.
51 zeigt eine longitudinale Schnittdarstellung, die schematisch eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps veranschaulicht.
52 zeigt eine Darstellung, die eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps in einer Modifikation 11 veranschaulicht.
53 zeigt eine Darstellung, die eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps in der Modifikation 11 veranschaulicht.
54 zeigt eine Darstellung, die eine Struktur eines Drehankertyps einer rotierenden elektrischen Maschine in einer Modifikation 12 veranschaulicht.
55 zeigt eine Schnittdarstellung, die eine Struktur eines Leiters in einer Modifikation 14 veranschaulicht.
56 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Reluktanzdrehmoment, einem Magnetdrehmoment und einer Entfernung DM veranschaulicht.
57 zeigt eine Darstellung, die Zähne veranschaulicht.
58 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in einer anderen Modifikation.
59 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Magneteinheit in einer weiteren Modifikation.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Ausführungsbeispiele werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Teile der Ausführungsbeispiele, die funktional oder strukturell einander entsprechen oder miteinander verbunden sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen oder durch Bezugszeichen bezeichnet, die in der Hunderterstelle voneinander unterschiedlich sind. Die entsprechenden oder miteinander verbundenen Teile können sich auf die Erklärung in den anderen Ausführungsbeispielen beziehen.
Die rotierende elektrische Maschine in den Ausführungsbeispielen ist konfiguriert, um beispielsweise als eine Leistungsquelle für Fahrzeuge verwendet zu werden. Die rotierende elektrische Maschine kann jedoch weit gestreut für industrielle, kraftfahrzeugbezogene, häusliche, büroautomationsbezogene oder spielbezogene Anwendungen verwendet werden. In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die gleichen oder äquivalente Teile durch die gleichen Bezugszeichen in der Zeichnung bezeichnet, wobei eine ausführliche Erklärung hiervon weggelassen wird.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine rotierende elektrische Maschine 10 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein synchroner Mehrphasenwechselstrommotor, der eine Außenrotorstruktur (das heißt eine Außendrehstruktur) aufweist. Der Entwurf der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist in den 1 bis 5 veranschaulicht.
1 zeigt eine perspektivische longitudinale Schnittdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine 10. 2 zeigt eine longitudinale Schnittdarstellung entlang der Drehwelle 11 der rotierenden elektrischen Maschine 10. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung (das heißt eine Schnittdarstellung, die entlang der Linie III-III in 2 entnommen ist) der rotierenden elektrischen Maschine 10 senkrecht zu der Drehwelle 11.
4 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung von 3. 5 zeigt eine Explosionsdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine 10. 3 lässt eine Schraffur, die einen Abschnitt mit Ausnahme der Drehwelle 11 zeigt, zur Vereinfachung der Zeichnung weg. In der nachstehenden Diskussion wird eine Längsrichtung der Drehwelle 11 ebenso als eine axiale Richtung bezeichnet. Eine radiale Richtung von der Mitte der Drehwelle 11 wird vereinfacht als eine radiale Richtung bezeichnet. Eine Richtung entlang einem Umfang der Drehwelle 11 um die zugehörige Mitte herum wird vereinfacht als eine Umfangsrichtung bezeichnet.
Die rotierende elektrische Maschine 10 umfasst eine Lagereinheit 20, ein Gehäuse 30, einen Rotor 40, einen Stator 50 und eine Wechselrichtereinheit 60. Diese Elemente sind koaxial zueinander gemeinsam mit der Drehwelle 11 angeordnet und in einer vorgegebenen Abfolge zusammengebaut, um die rotierende elektrische Maschine 10 fertigzustellen. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem Rotor 40, der als eine Magnetfelderzeugungseinrichtung oder ein Feldsystem arbeitet, und dem Stator 50 ausgestattet, der als ein Anker arbeitet, und ist als eine rotierende elektrische Maschine eines Drehfeldtyps konstruiert.
Die Lagereinheit 20 umfasst zwei Lager 21 und 22, die entfernt voneinander in der axialen Richtung angeordnet sind, und eine Halteeinrichtung 23, die die Lager 21 und 22 hält. Die Lager 21 und 22 sind beispielsweise durch Radialkugellager implementiert, von denen jedes den äußeren Laufring 25, den inneren Laufring 26 und eine Vielzahl von Kugeln 27 umfasst, die zwischen dem äußeren Laufring 25 und dem inneren Laufring 26 angeordnet sind. Die Halteeinrichtung 23 weist eine zylindrische Form auf. Die Lager 21 und 22 sind radial innerhalb der Halteeinrichtung 23 angeordnet. Die Drehwelle 11 und der Rotor 40 werden radial innerhalb der Lager 21 und 22 gehalten, um drehbar zu sein. Die Lager 21 und 22 werden als ein Satz von Lagern verwendet, um die Drehwelle 11 drehbar zu halten.
Jedes der Lager 21 und 22 hält die Kugeln 27 unter Verwendung einer Halteeinrichtung, die nicht gezeigt ist, um einen Abstand zwischen den Kugeln 27 konstant zu halten. Jedes der Lager 21 und 22 ist mit Dichtungen bei axial oberen und unteren Enden der Halteeinrichtung ausgestattet und weist ebenso ein nicht leitfähiges Schmiermittel (beispielsweise ein nicht leitfähiges Ureaseschmiermittel) auf, das innerhalb der Dichtungen eingefügt ist. Die Position des inneren Laufrings 26 ist mechanisch durch einen Abstandhalter, um eine konstante innere Vorkomprimierung bei dem inneren Laufring 26 auszuüben, in der Form einer vertikalen Konvexität gesichert.
Das Gehäuse 30 umfasst eine zylindrische Umfangswand 31. Die Umfangswand 31 weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, die in einer zugehörigen axialen Richtung zueinander entgegengesetzt sind. Die Umfangswand 31 weist eine Endoberfläche 32 bei dem ersten Ende und die Öffnung 33 in dem zweiten Ende auf. Die Öffnung 33 belegt die gesamte Fläche des zweiten Endes. Die Endoberfläche 32 weist in der zugehörigen Mitte ausgebildet ein kreisförmiges Loch 34 auf.
Die Lagereinheit 20 wird in das Loch 34 eingefügt und unter Verwendung einer Befestigungseinrichtung, wie beispielsweise einer Schraube oder einer Niete, fixiert. Der Rotor 40, der eine hohle zylindrische Form aufweist, und der Stator 50, der eine hohle zylindrische Form aufweist, sind in einem Innenraum angeordnet, der durch die Umfangswand 31 und die Endoberfläche 32 innerhalb des Gehäuses 30 definiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10 von einen Außenrotortyp, sodass der Stator 50 radial innerhalb des zylindrischen Rotors 40 in dem Gehäuse 30 angeordnet ist. Der Rotor 40 wird durch einen Abschnitt der Drehwelle 11 nahe bei der Endoberfläche 32 in der axialen Richtung in einer freitragenden Form gehalten.
Der Rotor 40 umfasst eine hohle zylindrische magnetische Halteeinrichtung 40 und eine ringförmige Magneteinheit 42, die radial innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 angeordnet ist. Die Magnethalteeinrichtung 41 weist im Wesentlichen eine Becherform auf und arbeitet als ein Magnethalteelement. Die Magnethalteeinrichtung 41 umfasst einen Zylinder 43, einen Anbringabschnitt 44, der eine zylindrische Form aufweist und bezüglich eines Durchmessers kleiner als der Zylinder 43 ist, und einen Zwischenabschnitt 45, der den Zylinder 43 und den Anbringabschnitt 44 miteinander verbindet. Der Zylinder 43 weist die Magneteinheit 42 auf, die bei einer zugehörigen Innenumfangsoberfläche befestigt ist.
Die Magnethalteeinrichtung 41 ist aus kaltgewalztem Stahl (SPCC), Schmiedestahl oder kohlenstofffaserverstärktem Plastik (CFRP) hergestellt, die einen erforderlichen Grad einer mechanischen Stärke aufweisen.
Der Anbringabschnitt 44 weist ein Durchgangsloch 44a auf, wobei die Drehwelle 11 durch das Durchgangsloch 44a des Anbringabschnitts 44 hindurchgeht. Der Anbringabschnitt 44 ist bei einem Abschnitt der Drehwelle 11, die innerhalb des Durchgangslochs 44a angeordnet ist, befestigt. Anders ausgedrückt ist die Magnethalteeinrichtung 41 bei der Drehwelle 11 durch den Anbringabschnitt 44 befestigt.
Der Anbringabschnitt 44 kann vorzugsweise mit der Drehwelle 11 unter Verwendung von Konkavitäten und Konvexitäten, wie beispielsweise einer Keilverbindung oder einer Federverbindung, durch Schweißen oder durch Krimpen verbunden werden, sodass der Rotor 40 sich zusammen mit der Drehwelle 11 dreht.
Die Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 sind radial außerhalb des Anbringabschnitts 44 befestigt. Die Lagereinheit 21 ist, wie es vorstehend beschrieben ist, bei der Endoberfläche 32 des Gehäuses 30 fixiert, sodass die Drehwelle 11 und der Rotor 40 durch das Gehäuse 30 gehalten werden, um drehbar zu sein. Der Rotor 40 ist somit innerhalb des Gehäuses 30 drehbar.
Der Rotor 40 ist mit dem Anbringabschnitt 44 ausgestattet, der lediglich bei einem von zugehörigen Enden, die zueinander in der axialen Richtung des Rotors 40 entgegengesetzt sind, angeordnet ist. Dies macht den Rotor 40 bei der Drehwelle 11 freitragend. Der Anbringabschnitt 44 des Rotors 40 wird drehbar bei zwei Halterungspunkten unter Verwendung der Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20, die entfernt voneinander in der axialen Richtung angeordnet sind, gehalten.
Anders ausgedrückt wird der Rotor 40 gehalten, um drehbar zu sein, wobei die zwei Lager 21 und 22 verwendet werden, die bei einer Entfernung voneinander in der axialen Richtung bei einem der axial entgegengesetzten Enden der Magnethalteeinrichtung 41 getrennt sind. Dies stellt die Stabilität bei einer Drehung des Rotors 40 sicher, obwohl der Rotor 40 bei der Drehwelle 11 freitragend ist. Der Rotor 40 wird durch die Lager 21 und 22 bei Positionen gehalten, die von der Mitte zwischen den axial entgegengesetzten Enden des Rotors 40 in der zugehörigen axialen Richtung dazwischen entfernt sind.
Das Lager 22 der Lagereinheit 20, das näher bei der Mitte des Rotors 40 angeordnet ist (ein unteres der Lager 21 und 22 in der Zeichnung), weist Lücken zwischen jedem der äußeren und inneren Laufringe 25 und 26 und den Kugeln 27 auf, wobei das Lager 21 der Lagereinheit 20, das weiter von der Mitte des Rotors 40 entfernt angeordnet ist (das heißt ein oberes der Lager 21 und 22), Lücken zwischen jedem der äußeren und inneren Laufringe 25 und 26 und den Kugeln 27 aufweist. Diese Lücken des Lagers 22 sind bezüglich einer Abmessung von diesen Lücken des Lagers 21 unterschiedlich.
Beispielsweise ist das Lager 22 näher bei der Mitte des Rotors 40 bezüglich der Abmessung der Lücken größer als das Lager 21. Dies minimiert negative Effekte auf die Lagereinheit 20, die aus einer Verformung des Rotors 40 oder einer mechanischen Vibration beziehungsweise Schwingung des Rotors 40 aufgrund einer Unwucht entstehen, die sich aus einer Toleranz von Teilen bei einer Position der Lagereinheit 20 nahe bei der Mitte des Rotors 40 ergibt.
Spezifisch ist das Lager 22 näher bei der Mitte des Rotors 40 konstruiert, Abmessungen der Lücken oder Spiele aufzuweisen, die unter Verwendung einer Vorkomprimierung vergrößert werden, wodurch die Vibration beziehungsweise Schwingung, die in der freitragenden Struktur erzeugt wird, absorbiert wird.
Die Vorkomprimierung kann entweder durch eine fixierte Positionsvorbelastung oder eine konstante Druckvorbelastung bereitgestellt werden. In dem Fall der fixierten Positionsvorbelastung ist der äußere Laufring 25 jedes der Lager 21 und 22 mit der Halteeinrichtung 23 unter Verwendung einer Presspassung oder eines Schweißens verbunden. Der innere Laufring 26 jedes der Lager 21 und 22 ist mit der Drehwelle 11 durch eine Presspassung oder ein Schweißen verbunden. Die Vorkomprimierung kann erzeugt werden, indem der äußere Laufring 25 des Lagers 21 weg von dem inneren Laufring 26 des Lagers 21 in der axialen Richtung platziert wird, oder indem alternativ hierzu der äußere Laufring 25 des Lagers 22 weg von dem inneren Laufring 26 des Lagers 22 in der axialen Richtung platziert wird.
In dem Fall der konstanten Druckvorbelastung ist eine Vorbelastungsfeder, wie beispielsweise ein Federring 24, zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 angeordnet, um die Vorbelastung zu erzeugen, die von einer Region zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 in Richtung des äußeren Laufrings 25 des Lagers 22 in der axialen Richtung gerichtet ist. In diesem Fall ist der innere Laufring 26 jedes des Lagers 21 und des Lagers 22 mit der Drehwelle 11 unter Verwendung eines Presspassens oder eines Bondens verbunden. Der äußere Laufring 25 des Lagers 21 oder des Lagers 22 ist entfernt von dem äußeren Laufring 25 durch einen vorgegebenen Freiraum angeordnet. Diese Struktur übt einen Druck, wie er durch die Vorbelastungsfeder erzeugt wird, auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 22 aus, um den äußeren Laufring 25 weg von dem Lager 21 zu drängen. Der Druck wird dann durch die Drehwelle 11 übertragen, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 in Richtung des Lagers 22 zu drängen, wodurch der äußere Laufring 25 jedes der Lager 21 und 22 weg von dem zugehörigen inneren Laufring 26 in der axialen Richtung gebracht wird, um die Vorbelastung auf die Lager 21 und 22 in der gleichen Art und Weise wie bei der fixierten Positionsvorbelastung auszuüben.
Die konstante Druckvorbelastung muss nicht notwendigerweise den Federduck, wie es in 2 veranschaulicht ist, auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 22 ausüben, sondern kann alternativ hierzu erzeugt werden, indem der Federdruck auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 21 ausgeübt wird. Das Ausüben der Vorbelastung auf die Lager 21 und 22 kann alternativ hierzu erreicht werden, indem der innere Laufring 26 eines der Lager 21 und 22 weg von der Drehwelle 11 über einen vorgegebenen Freiraum dazwischen platziert wird und der äußere Laufring 25 jedes der Lager 21 und 22 mit der Halteeinrichtung 23 unter Verwendung eines Presspassens oder eines Bondens verbunden wird.
Ferner wird in dem Fall, in dem der Druck erzeugt wird, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 weg von dem Lager 22 zu bringen, ein derartiger Druck vorzugsweise zusätzlich auf den inneren Laufring 26 des Lagers 22 weg von dem Lager 21 ausgeübt. Umgekehrt wird in dem Fall, in dem der Druck erzeugt wird, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 nahe an das Lager 22 zu bringen, ein derartiger Druck vorzugsweise zusätzlich auf den inneren Laufring 26 des Lagers 22 ausgeübt, um es nahe an das Lager 21 zu bringen.
In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 beispielsweise als eine Leistungsquelle eines Fahrzeugs verwendet wird, gibt es eine Möglichkeit, dass eine mechanische Schwingung beziehungsweise Vibration, die eine Komponente aufweist, die in eine Richtung ausgerichtet ist, in der die Vorbelastung erzeugt wird, auf die die Vorbelastung erzeugende Struktur ausgeübt werden kann oder das eine Richtung, in der die Schwerkraft auf ein Objekt wirkt, auf das die Vorbelastung aufgebracht wird, geändert werden kann. Um ein derartiges Problem abzumildern, wird die fixierte Positionsvorbelastung vorzugsweise in dem Fall verwendet, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 in einem Fahrzeug angebracht wird.
Der Zwischenabschnitt 45 umfasst eine ringförmige innere Schulter 49a und eine ringförmige äußere Schulter 49b.
Die äußere Schulter 49b ist außerhalb der inneren Schulter 49a in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 angeordnet. Die innere Schulter 49a und die äußere Schulter 49b sind voneinander in der axialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 getrennt. Diese Gestaltung resultiert in einem teilweisen Überlappen zwischen dem Zylinder 43 und dem Anbringabschnitt 44 in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45. Anders ausgedrückt ragt der Zylinder 43 aus einem Basisendabschnitt (das heißt einem unteren Abschnitt, wenn er in der Zeichnung betrachtet wird) des Anbringabschnitts 44 in der axialen Richtung heraus. Die Struktur in diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht es, dass der Rotor 40 durch die Drehwelle 11 bei einer Position gehalten wird, die näher bei dem Schwerpunkt des Rotors 40 ist, als in einem Fall, bei dem der Zwischenabschnitt 45 geformt ist, um ohne eine Schulter flach zu sein, wodurch die Stabilität in einem Betrieb des Rotors 40 sichergestellt wird.
In der vorstehend beschriebenen Struktur des Zwischenabschnitts 45 weist der Rotor 40 eine ringförmige Lagergehäusevertiefung 46 auf, die in einen inneren Abschnitt des Zwischenabschnitts 45 ausgebildet ist und den Anbringabschnitt 44 radial umgibt. Die Lagergehäusevertiefung 46 weist einen Abschnitt der Lagereinheit 20 auf, die darin angeordnet ist.
Der Rotor 40 weist eine Spulengehäusevertiefung 47 auf, die in einem äußeren Abschnitt des Zwischenabschnitts 45 ausgebildet ist und radial die Lagergehäusevertiefung 46 umgibt. Die Spulengehäusevertiefung 47 weist darin angeordnet das Spulende 54 einer Statorspule 51 des Stators 50 auf, was nachstehend ausführlich beschrieben wird. Die Gehäusevertiefungen 46 und 47 sind benachbart zueinander in der axialen Richtung angeordnet. Anders ausgedrückt ist ein Abschnitt der Lagereinheit 20 gelegt, das Spulenende 54 der Statorspule 51 in der axialen Richtung zu überlappen. Dies ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine 10 eine Länge aufweist, die in der axialen Richtung verkleinert ist.
Der Zwischenabschnitt 45 erstreckt sich von der Drehwelle 11 in der radialen Richtung und hängt nach außen darüber. Der Zwischenabschnitt 45 ist mit einer Kontaktvermeidungseinrichtung ausgestattet, die sich in der axialen Richtung erstreckt und einen physikalischen Kontakt mit dem Spulenende 54 der Statorspule 51 des Stators 50 vermeidet. Der Zwischenabschnitt 54 wird ebenso als ein Überhang bezeichnet.
Das Spulenende 54 kann radial nach innen oder nach außen gebogen sein, um eine verkleinerte axiale Abmessung aufzuweisen, wodurch es ermöglicht wird, dass die axiale Länge des Stators 50 verkleinert wird. Eine Richtung, in der das Spulenende 54 gebogen ist, wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Einbau hiervon in dem Rotor 40 bestimmt. In dem Fall, in dem der Stator 50 radial innerhalb des Rotors 40 eingebaut ist, wird ein Abschnitt des Spulenendes 54, der in den Rotor 40 eingefügt wird, vorzugsweise radial nach innen gebogen. Ein Spulenende, das zu dem Spulenende 54 entgegengesetzt ist, kann entweder nach innen oder nach außen gebogen werden, wobei es aber im Hinblick auf die Produktion hiervon zu bevorzugen ist, zu einer außen liegenden Seite zu biegen, wo es genug Platz gibt.
Die Magneteinheit 42, die als ein Magnetabschnitt arbeitet, ist aus einer Vielzahl von Dauermagneten gebildet, die radial innerhalb des Zylinders 43 angeordnet sind, um unterschiedliche Magnetpole aufzuweisen, die abwechselnd in einer zugehörigen Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Magneteinheit 42 weist somit eine Vielzahl von Magnetpolen auf, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Magneteinheit 42 wird ebenso ausführlich nachstehend beschrieben.
Der Stator 50 ist radial innerhalb des Rotors 40 angeordnet. Der Stator 50 umfasst die Statorspule 51, die in einer im Wesentlichen zylindrischen (ringförmigen) Form gewickelt ist, und einen Statorkern 52, der als ein Basiselement verwendet wird, das radial innerhalb der Statorspule 51 angeordnet ist. Die Statorspule 51 ist angeordnet, um der ringförmigen Magneteinheit 42 über einen vorgegebenen Luftspalt dazwischen gegenüberzuliegen. Die Statorspule 51 umfasst eine Vielzahl von Phasenwicklungen, von denen jede aus einer Vielzahl von Leitern hergestellt ist, die bei vorgegebenen Abständen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind und miteinander verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es erste und zweite Sätze von Drei-Phasen-Wicklungen:

Der erste Satz umfasst eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung, und der zweite Satz umfasst eine X-Phasen-Wicklung, eine Y-Phasen-Wicklung und eine Z-Phasen-Wicklung. Die Statorspule 51 verwendet diese ersten und zweiten Sätze von Drei-Phasen-Wicklungen, um als eine Sechs-Phasen-Spule zu dienen.

Der Statorkern 52 wird durch einen ringförmigen Stapel von magnetischen Stahlplatten gebildet, die aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sind und radial innerhalb der Statorspule 51 angebracht sind. Die magnetischen Stahlplatten sind beispielsweise Siliziumnitrid-Stahlplatten, die hergestellt werden, indem ein kleiner Prozentsatz (beispielsweise 3%) von Siliziumnitrideisen hinzugefügt wird. Die Statorspule 51 entspricht einer Ankerwicklung. Der Statorkern 52 entspricht einem Ankerkern.
Die Statorspule 51 überlappt den Statorkern 52 in der radialen Richtung und umfasst einen Spulenseitenabschnitt 53, der radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet ist, sowie die Spulenenden 54 und 55, die über jeweilige Enden des Statorkerns 52 in der axialen Richtung überhängen. Der Spulenseitenabschnitt 53 liegt dem Statorkern 52 sowie der Magneteinheit 42 des Rotors 40 in der radialen Richtung gegenüber. Der Stator 50 ist innerhalb des Rotors 40 angeordnet. Das Spulenende 54, das eines (das heißt ein oberes, wenn es in der Zeichnung betrachtet wird) der axial entgegengesetzten Spulenenden 54 und 55 ist und nahe bei der Lagereinheit 20 angeordnet ist, ist in der Spulengehäusevertiefung 47 angeordnet, die durch die Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 definiert ist. Der Stator 50 wird ebenso nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Wechselrichtereinheit 60 umfasst eine Einheitsbasis 61, die an dem Gehäuse 30 unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise Bolzen beziehungsweise Schrauben, befestigt ist, und eine Vielzahl von elektrischen Komponenten 62, die an der Einheitsbasis 61 angebracht sind. Die Einheitsbasis 61 ist beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Plastik (CFRP) hergestellt. Die Basiseinheit 61 umfasst eine Endplatte 63, die an einem Rand der Öffnung 33 des Gehäuses 30 befestigt ist, und ein Gehäuse 64, das integral mit der Endplatte 63 ausgebildet ist und sich in der axialen Richtung erstreckt. Die Endplatte 63 weist eine kreisförmige Öffnung 65 auf, die in der zugehörigen Mitte ausgebildet ist. Das Gehäuse 64 erstreckt sich nach oben von einem Umfangsrand der Öffnung 65.
Der Stator 50 ist bei einer Außenumfangsoberfläche des Gehäuses 64 angeordnet. Spezifisch wird ein Außendurchmesser des Gehäuses 64 ausgewählt, um identisch mit dem oder ein wenig größer als der Innendurchmesser des Statorkerns 52 zu sein. Der Statorkern 52 ist bei der äußeren Seite des Gehäuses 64 angebracht, um eine Einheit zu vervollständigen, die aus dem Stator 50 und der Einheitsbasis 61 gebildet wird. Die Einheitsbasis 61 ist an dem Gehäuse 30 befestigt, sodass der Stator 50 mit dem Gehäuse 30 in einem Zustand vereinigt ist, bei dem der Statorkern 52 bei dem Gehäuse 64 eingebaut ist.
Der Statorkern 52 kann an die Einheitsbasis 61 gebondet durch einen Schrumpfpresssitz oder eine Presspassung an die Einheitsbasis 61 befestigt werden, wodurch eine Positionsverschiebung des Statorkerns 52 in Bezug auf die Einheitsbasis 61 sowohl in der Umfangsrichtung als auch in der axialen Richtung beseitigt wird.
Das Gehäuse 64 weist einen radial inneren Speicherraum auf, in dem die elektrischen Komponenten 62 angeordnet sind. Die elektrischen Komponenten 62 sind angeordnet, um die Drehwelle 11 innerhalb des Speicherraums zu umgeben. Das Gehäuse 64 fungiert als ein Speicherraumbildungsabschnitt. Die elektrischen Komponenten 62 umfassen Halbleitermodule 66, eine Steuerungsplatine 67 und ein Kondensatormodul 68, die eine Wechselrichterschaltung bilden.
Die Einheitsbasis 61 dient als eine Statorhalteeinrichtung (das heißt eine Ankerhalteeinrichtung), die radial innerhalb des Stators 50 angeordnet ist und den Stator 50 hält. Das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 definieren ein Motorgehäuse für die rotierende elektrische Maschine 10. In dem Motorgehäuse ist die Halteeinrichtung 23 bei einem ersten Ende des Gehäuses 30, das zu einem zweiten Ende des Gehäuses 30 über den Rotor 40 in der axialen Richtung entgegengesetzt ist, befestigt. Das zweite Ende des Gehäuses 30 und die Einheitsbasis 61 sind miteinander verbunden. Beispielsweise ist in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wie beispielsweise einem elektrischen Kraftfahrzeug, das Motorgehäuse bei einer Seite des Fahrzeugs angebracht, um die rotierende elektrische Maschine 10 in dem Fahrzeug einzubauen.
Die Wechselrichtereinheit 60 wird ebenso unter Verwendung von 6, die eine Explosionsdarstellung ist, zusätzlich zu den 1 bis 5 beschrieben.
Das Gehäuse 64 der Einheitsbasis 61 umfasst einen Zylinder 71 und eine Endoberfläche 72, die eine von Enden des Zylinders 71 ist, die zueinander in der axialen Richtung des Zylinders 71 entgegengesetzt sind (das heißt ein Ende des Gehäuses 64, das näher an der Lagereinheit 20 ist). Das Ende des Zylinders 71, das zu der Endoberfläche 72 in der axialen Richtung entgegengesetzt ist, ist geformt, um sich zu der Öffnung 65 der Endplatte 63 vollständig zu öffnen.
Die Endoberfläche 72 weist in der zugehörigen Mitte ausgebildet ein kreisförmiges Loch 73 auf, durch das die Drehwelle 11 einfügbar ist. Das Loch 73 weist darin eingepasst ein Dichtungselement 171 auf, das einen Luftspalt zwischen dem Loch 73 und dem Außenumfang der Drehwelle 11 hermetisch abdichtet. Das Dichtungselement 171 wird vorzugsweise beispielsweise durch eine harzartige gleitfähige Dichtung implementiert. Der Zylinder 71 des Gehäuses 64 dient als eine Unterteilung, die den Rotor 40 und den Stator 50, die radial außerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind, von den elektrischen Komponenten 62, die radial innerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind, isoliert. Der Rotor 40, der Stator 50 und die elektrischen Komponenten 62 sind angeordnet, um radial von der Innenseite des Zylinders 71 zu der Außenseite ausgerichtet zu sein.
Die elektrischen Komponenten 62 sind elektrische Vorrichtungen, die die Wechselrichterschaltung bilden, die mit einer Motorfunktion und einer Generatorfunktion ausgestattet ist. Die Motorfunktion dient dazu, einen elektrischen Strom zu den Phasenwicklungen der Statorspule 51 in einer vorgegebenen Abfolge zu liefern, um den Rotor 40 zu drehen. Die Generatorfunktion dient dazu, einen Drei-Phasen-Wechselstrom, der durch die Statorspule 51 in Reaktion auf eine Drehung der Drehwelle 11 fließt, zu empfangen und eine elektrische Leistung zu erzeugen und auszugeben. Die elektrischen Komponenten 62 können konstruiert sein, um eine aus der Motorfunktion und der Generatorfunktion auszuführen. In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, dient die Generatorfunktion als eine regenerative Funktion beziehungsweise Rekuperationsfunktion, um eine regenerierte elektrische Leistung auszugeben.
Spezifisch umfassen die elektrischen Komponenten 62, wie es in 4 dargestellt ist, das Kondensatormodul 68, das eine hohle zylindrische Form aufweist, das um die Drehwelle 11 herum angeordnet ist, und die Halbleitermodule 66, die bei der Außenumfangsoberfläche des Kondensatormoduls 68 angebracht sind. Das Kondensatormodul 68 weist eine Vielzahl von Glättungskondensatoren 68a auf, die parallel zueinander geschaltet sind.
Spezifisch ist jeder der Kondensatoren 68a durch einen Stapelfolienkondensator implementiert, der aus einer Vielzahl von Folienkondensatoren gebildet ist, die in einer trapezförmigen Form im Querschnitt gestapelt sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwölf Kondensatoren 68a ringförmig angeordnet, um das Kondensatormodul 68 zu bilden.
Die Kondensatoren 68a können hergestellt werden, indem eine lange Folie, die eine vorgegebene Breite aufweist und aus einem Stapel von Folien hergestellt ist, vorbereitet wird und die lange Folie in gleichschenklige Trapeze geschnitten wird, von denen jedes eine Höhe aufweist, die identisch mit der Breite der langen Folie ist, und deren kurze Basen und lange Basen abwechselnd angeordnet sind. Ein Anbringen von Elektroden an die so erzeugten Kondensatorvorrichtungen ermöglicht es, dass die Kondensatoren 68a vervollständigt werden.
Jedes Halbleitermodul 66 umfasst beispielsweise einen Halbleiterschalter, wie beispielsweise einen MOSFET oder einen IGBT, und weist somit eine im Wesentlichen ebene Form auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10 wie es vorstehend beschrieben ist, mit den ersten und zweiten Sätzen von Drei-Phasen-Wicklungen ausgestattet, wobei sie die Wechselrichterschaltungen aufweist, eine für jede der Drei-Phasen-Wicklungen. Die elektrischen Komponenten 62 umfassen folglich insgesamt zwölf Halbleitermodule 66, die in einer ringförmigen Form angeordnet sind, um eine Halbleitermodulgruppe 66A zu bilden.
Die Halbleitermodule 66 sind zwischen den Zylinder 71 des Gehäuses 64 und das Kondensatormodul 68 zwischengebracht. Die Halbleitermodulgruppe 66A weist eine Außenumfangsoberfläche auf, die in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche des Zylinders 71 platziert ist. Die Halbleitermodulgruppe 66A weist ebenso eine Innenumfangsoberfläche auf, die in Kontakt mit einer Außenumfangsoberfläche des Kondensatormoduls 68 platziert ist. Dies verursacht, dass Wärme, die in den Halbleitermodulen 66 erzeugt wird, zu der Endplatte 63 durch das Gehäuse 64 übertragen wird, sodass sie von der Endplatte 63 abgeleitet wird.
Die Halbleitermodulgruppe 66A weist vorzugsweise Abstandshalter 69 auf, die radial außerhalb der zugehörigen Außenumfangsoberfläche angeordnet sind, das heißt zwischen den Halbleitermodulen 66 und dem Zylinder 71.
Eine Kombination der Kondensatormodule 68 ist eingerichtet, einen regelmäßigen zwölfeckigen Abschnitt aufzuweisen, der sich senkrecht zu der axialen Richtung hiervon erstreckt, während der Innenumfang des Zylinders 71 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Abstandhalter 69 sind folglich jeweils geformt, eine flache Innenumfangsoberfläche und eine gekrümmte Außenumfangsoberfläche aufzuweisen.
Die Abstandshalter 69 können alternativ hierzu integral miteinander in einer ringförmigen Form ausgebildet sein und radial außerhalb der Halbleitermodulgruppe 66A angeordnet sein. Die Abstandshalter 69 sind in hohem Maße thermisch leitfähig und beispielsweise aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, oder einer wärmeableitenden Gelfolie hergestellt. Der Innenumfang des Zylinders 71 kann alternativ hierzu geformt sein, einen zwölfeckigen Querschnitt wie die Kondensatormodule 68 aufzuweisen. In diesem Fall sind die Abstandshalter 69 jeweils vorzugsweise geformt, eine flache Innenumfangsoberfläche und eine flache Außenumfangsoberfläche aufzuweisen.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Zylinder 71 des Gehäuses 64 darin ausgebildet einen Kühlmittelpfad 74 auf, durch den ein Kühlmittel fließt. Die Wärme, die in den Halbleitermodulen 66 erzeugt wird, wird ebenso zu dem Kühlmittel freigegeben, das in dem Kühlmittelpfad 74 fließt. Anders ausgedrückt ist das Gehäuse 64 mit einem Kühlungsmechanismus ausgestattet. Der Kühlmittelpfad 74 ist, wie es eindeutig in den 3 und 4 veranschaulicht ist, in einer ringförmigen Form ausgebildet und umgibt die elektrischen Komponenten 62 (das heißt die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68). Die Halbleitermodule 66 sind entlang der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 71 angeordnet. Der Kühlmittelpfad 74 ist gelegt, um die Halbleitermodule 66 in der radialen Richtung zu überlappen.
Der Stator 50 ist außerhalb des Zylinders 71 angeordnet. Die elektrischen Komponenten 62 sind innerhalb des Zylinders 71 angeordnet. Diese Gestaltung verursacht, dass die Wärme von dem Stator 50 zu der Außenseite des Zylinders 71 übertragen wird und ebenso von den elektrischen Komponenten 62 (beispielsweise den Halbleitermodulen 66) zu der Innenseite des Zylinders 71 übertragen wird. Es ist möglich, den Stator 50 und die Halbleitermodule 66 gleichzeitig zu kühlen, wodurch eine Ableitung von thermischer Energie, die durch Wärmeerzeugungselemente der rotierenden elektrischen Maschine 10 erzeugt wird, vereinfacht wird.
Ferner ist zumindest eines der Halbleitermodule 66, die einen Teil oder die Gesamtheit der Wechselrichterschaltungen bilden, die dazu dienen, die Statorspule 51 mit Energie zu versorgen, um die rotierende elektrische Maschine anzutreiben, in einer Region angeordnet, die durch den Statorkern 52 umgeben wird, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Vorzugsweise kann eines der Halbleitermodule 66 vollständig innerhalb der Region, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, angeordnet sein. Weiter bevorzugt können alle Halbleitermodule 66 vollständig in der Region angeordnet sein, die durch den Statorkern 52 umgeben wird.
Zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 ist in einer Region angeordnet, die durch den Kühlmittelpfad 74 umgeben wird. Vorzugsweise können alle Halbleitermodule 66 in einer Region angeordnet sein, die durch das Joch 141 umgeben wird.
Die elektrischen Komponenten 62 umfassen ein isolierendes Blatt 75, das auf einer von axial entgegengesetzten Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 angeordnet ist, und ein Verdrahtungsmodul 76, das bei der anderen Endoberfläche des Kondensatormoduls 68 angeordnet ist. Das Kondensatormodul 68 weist zwei axial entgegengesetzte Endoberflächen auf: eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche. Die erste Endoberfläche des Kondensatormoduls 68, die näher an der Lagereinheit 20 ist, liegt der Endoberfläche 72 des Gehäuses 64 gegenüber und ist auf die Endoberfläche 72 über das isolierende Blatt 75 gelegt. Die zweite Endoberfläche des Kondensatormoduls 68, die näher an der Öffnung 65 ist, weist das Verdrahtungsmodul 76 auf, das daran angebracht ist.
Das Verdrahtungsmodul 76 umfasst einen aus Harz beziehungsweise Kunststoff hergestellten kreisförmigen plattenförmigen Körper 76a und eine Vielzahl von Stromschienen 76b und 76c, die in dem Körper 76a eingebettet sind.
Die Stromschienen 76b und 76c verbinden die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68 elektrisch miteinander. Spezifisch sind die Halbleitermodule 66 mit Verbindungsstiften 66a ausgestattet, die sich von zugehörigen axialen Enden erstrecken. Die Verbindungsstifte 66a verbinden sich mit den Stromschienen 76b radial außerhalb des Körpers 76a. Die Stromschienen 76c erstrecken sich weg von dem Kondensatormodul 68 radial außerhalb des Körpers 76a und weisen obere Enden auf, die sich mit den Verdrahtungselementen 79 verbinden (siehe 2).
Das Kondensatormodul 68 weist, wie es vorstehend beschrieben ist, das isolierende Blatt 75 auf, das auf der zugehörigen ersten Endoberfläche angebracht ist. Das Kondensatormodul 68 weist ebenso das Verdrahtungsmodul 76 auf, das bei der zugehörigen zweiten Endoberfläche angebracht ist. Das Kondensatormodul 68 weist folglich erste und zweite Wärmeableitungspfade auf, die sich jeweils von dem ersten und zweiten Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 zu der Endoberfläche 72 und dem Zylinder 71 erstrecken.
Spezifisch ist der erste Wärmeableitungspfad definiert, der sich von der ersten Endoberfläche zu der Endoberfläche 72 erstreckt. Der zweite Wärmeableitungspfad ist definiert, der sich von der zweiten Endoberfläche zu dem Zylinder 71 erstreckt. Dies ermöglicht es, dass die Wärme von den Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 anders als zu der Außenumfangsoberfläche, bei der die Halbleitermodule 66 angeordnet sind, freigegeben wird. Anders ausgedrückt ist es möglich, die Wärme nicht nur in der radialen Richtung, sondern auch in der axialen Richtung abzuleiten.
Das Kondensatormodul 68 weist eine hohle zylindrische Form auf, wobei die Drehwelle 11 innerhalb des Kondensatormoduls 68 bei einem vorgegebenen Intervall entfernt von dem Innenumfang des Kondensatormoduls 68 angeordnet ist, sodass Wärme, die durch das Kondensatormodul 68 erzeugt wird, von der hohlen zylindrischen Form abgeleitet wird. Die Drehung der Drehwelle 11 erzeugt üblicherweise einen Luftstrom, wodurch Kühlungseffekte verbessert werden.
Die Steuerungsplatine 67, die eine scheibenförmige Form aufweist, ist bei dem Verdrahtungsmodul 76 angebracht. Die Steuerungsplatine 67 umfasst eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB), auf der vorgegebene Verdrahtungsmuster ausgebildet sind, wobei sie ebenso ICs und die Steuerungsvorrichtung 77, die daran angebracht ist, aufweist. Die Steuerungsvorrichtung 77 dient als eine Steuerungseinrichtung und umfasst einen Mikrocomputer. Die Steuerungsplatine 67 ist an dem Verdrahtungsmodul 76 unter Verwendung einer Befestigungseinrichtung, wie beispielsweise Schrauben, befestigt. Die Steuerungsplatine 67 weist in der zugehörigen Mitte ausgebildet ein Loch 67a auf, durch das die Drehwelle 11 hindurch geht.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf, die zueinander in der axialen Richtung, das heißt einer Dickenrichtung des Verdrahtungsmoduls 76 entgegengesetzt sind. Die erste Oberfläche liegt dem Kondensatormodul 68 gegenüber. Das Verdrahtungsmodul 76 weist die Steuerungsplatine 67 auf, die auf der zugehörigen zweiten Oberfläche angebracht ist. Die Stromschienen 76c des Verdrahtungsmoduls 76 erstrecken sich von einer der Oberflächen der Steuerungsplatine 67 zu der anderen. Die Steuerungsplatine 67 kann Ausschnitte zur Vermeidung einer physikalischen Störung mit den Stromschienen 76c aufweisen. Beispielsweise kann die Steuerungsplatine 67 die Ausschnitte aufweisen, die in Abschnitten des zugehörigen kreisförmigen Außenrandes ausgebildet sind.
Die elektrischen Komponenten 62 sind, wie es bereits beschrieben ist, innerhalb eines Raums angeordnet, der durch das Gehäuse 64 umgeben ist. Das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50 sind außerhalb des Raums in der Form von Schichten angeordnet. Diese Struktur dient dazu, gegen ein elektromagnetisches Rauschen abzuschirmen, das in den Wechselrichterschaltungen erzeugt wird.
Spezifisch arbeitet jede Wechselrichterschaltung, um Schaltbetriebe der entsprechenden Halbleitermodule 66 in einer PWM-Steuerungsbetriebsart unter Verwendung einer vorgegebenen Trägerfrequenz zu steuern. Die Schaltbetriebe erzeugen üblicherweise ein elektromagnetisches Rauschen, gegen das das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50, die außerhalb der elektrischen Komponenten 62 angeordnet sind, abschirmen.
Ferner ist zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 innerhalb der Region angeordnet, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist, wodurch negative Effekte eines Magnetflusses, der durch die Halbleitermodule 66 erzeugt wird, auf die Statorspule im Vergleich mit einem Fall, bei dem die Halbleitermodule 66 und die Statorspule 51 angeordnet sind, ohne dass der Statorkern 52 dazwischen angeordnet ist, minimiert werden.
Der Magnetfluss, der durch die Statorspule 51 erzeugt wird, beeinflusst ebenso schwerlich die Halbleitermodule 66. Es ist effektiver, dass die Gesamtheit der Halbleitermodule 66 in der Region angeordnet ist, die durch den Statorkern 52 umgeben wird, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Wenn zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 durch den Kühlmittelpfad 74 umgeben werden kann, bietet dies einen Vorteil, dass verhindert wird, dass die Wärme, die durch die Statorspule 51 oder die Magneteinheit 42 erzeugt wird, die Halbleitermodule 66 erreicht.
Der Zylinder 71 weist Durchgangslöcher 78 auf, die nahe der Endplatte 63 ausgebildet sind und durch die die Verdrahtungselemente 79 (siehe 2) jeweils hindurchgehen, um den Stator 50, der außerhalb des Zylinders 71 angeordnet ist, und die elektrischen Komponenten 62, die innerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind, elektrisch zu verbinden. Die Verdrahtungselemente 79 verbinden, wie es in 2 veranschaulicht ist, sich mit Enden der Statorspule 51 und mit den Stromschienen 76c des Verdrahtungsmoduls 76 unter Verwendung von Krimp- oder Schweißtechniken.
Die Verdrahtungselemente 79 werden beispielsweise durch Stromschienen implementiert, deren Verbindungsoberflächen vorzugsweise abgeflacht sind. Ein einzelnes Durchgangsloch 78 oder eine Vielzahl von Durchgangslöchern 78 ist vorzugsweise bereitgestellt. Dieses Ausführungsbeispiel weist zwei Durchgangslöcher 78 auf. Die Verwendung der zwei Durchgangslöcher 78 vereinfacht die Leichtigkeit, mit der Anschlüsse, die sich von den zwei Sätzen der Drei-Phasen-Wicklungen erstrecken, durch die Verdrahtungselemente 79 verbunden werden, wobei sie für ein Erreichen von Mehrfachphasenverdrahtungsverbindungen geeignet ist.
Der Rotor 40 und der Stator 50 sind, wie es bereits in 4 beschrieben ist, innerhalb des Gehäuses 30 in dieser Reihenfolge in einer radial nach innen gerichteten Richtung angeordnet. Die Wechselrichtereinheit 60 ist radial innerhalb des Stators 50 angeordnet.
Wenn ein Radius des Innenumfangs des Gehäuses 30 als d definiert ist, sind der Rotor 40 und der Stator 50 radial außerhalb einer Entfernung d x 0,705 entfernt von der Drehungsmitte des Rotors 40 angeordnet. Wenn eine Region, die radial innerhalb des Innenumfangs des Stators 50 (das heißt der Innenumfangsoberfläche des Statorkerns 52) angeordnet ist, als eine erste Region X1 definiert ist und eine Region, die sich radial von dem Innenumfang des Stators 50 zu dem Gehäuse 30 erstreckt, als eine zweite Region X2 definiert ist, ist eine Fläche eines Querschnitts der ersten Region X1 größer eingestellt als die der zweiten Region X2. Wie es in einer Region betrachtet wird, in der die Magneteinheit 42 des Rotors 40 die Statorspule 51 überlappt, ist das Volumen der ersten Region X1 größer als das der zweiten Region X2.
Der Rotor 40 und der Stator 50 sind als eine Magnetkreiskomponentenbaugruppe hergestellt. In dem Gehäuse 30 ist die erste Region XI, die radial innerhalb der Innenumfangsoberfläche der Magnetkreiskomponentenbaugruppe angeordnet ist, bezüglich eines Volumens größer als die Region X2, die zwischen der Innenumfangsoberfläche der Magnetkreiskomponentenbaugruppe und dem Gehäuse 30 in der radialen Richtung liegt.
Als Nächstes werden die Strukturen 40 und des Stators 50 nachstehend ausführlicher beschrieben.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die mit einem Stator mit einem ringförmigen Statorkern ausgestattet sind; der ringförmige Statorkern ist aus einem Stapel von Stahlplatten hergestellt. Der Stator weist Statorwicklungen auf, die in einer Vielzahl von Schlitzen gewickelt sind, die in einer Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Spezifisch weist der Statorkern Zähne auf, die sich jeweils in eine entsprechende radiale Richtung hiervon bei einem entsprechenden vorgegebenen Intervall weg von einem Joch erstrecken. Jeder Schlitz ist zwischen einem entsprechenden Paar von zwei radial benachbarten Zähnen ausgebildet. In jedem Schlitz ist eine Vielzahl von Leitern in der radialen Richtung in der Form von Schichten angeordnet, um die Statorwicklungen zu bilden.
Die vorstehend beschriebene Statorstruktur weist jedoch eine Möglichkeit auf, dass, wenn die Statorwicklungen mit Energie versorgt werden, eine Vergrößerung einer magnetmotorischen Kraft, die auf den mit Energie versorgten Statorwicklungen beruht, in einer magnetischen Sättigung in den Zähnen des Statorkerns resultieren kann, wodurch eine Drehmomentdichte in der rotierenden elektrischen Maschine eingeschränkt wird. Anders ausgedrückt kann sich ein Drehfluss, der durch die Energieversorgung der Statorwicklungen des Statorkerns erzeugt wird, bei den Zähnen konzentrieren, was in einer Möglichkeit resultiert, eine magnetische Sättigung zu verursachen.
Im Allgemeinen sind IPM-(Interior Permanent Magnet beziehungsweise Innenliegender-Dauermagnet-)Rotoren bekannt, die eine Struktur aufweisen, bei der Dauermagnete auf einer d-Achse eines d-q-Achsen-Koordinatensystems in einem Rotorkern angeordnet sind, wobei ein Abschnitt des Rotorkerns auf einer q-Achse des d-q-Achsen-Koordinatensystems platziert ist. Eine Anregung einer Statorwicklung nahe der d-Achse verursacht, dass ein angeregter Magnetfluss von einem Stator zu einem Rotor entsprechend der Regel von Fleming fließt. Dies verursacht, dass eine magnetische Sättigung weitgehend in dem Rotorkern auf der q-Achse auftritt.
7 zeigt ein grafisches Dehmomentdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Amperewindung (AT), die eine magnetomotorische Kraft darstellt, die durch eine Statorwicklung erzeugt wird, und einer Drehmomentdichte (Nm/L) darstellt. Eine gestrichelte Linie gibt eine Kennlinie einer typischen rotierenden elektrischen Maschine mit IPM-Rotor an. 7 zeigt, dass in der typischen rotierenden elektrischen Maschine eine Zunahme in der magnetmotorischen Kraft in einem Stator verursachen wird, dass eine magnetische Sättigung bei zwei Stellen auftritt; eine der zwei Stellen ist jeder Zahn zwischen dem entsprechenden benachbarten Paar von Schlitzen, und die andere hiervon ist ein q-Achsen-Kern, der ein Abschnitt des Rotorkerns auf der q-Achse ist. Dies kann in einer Beschränkung einer Zunahme des Drehmoments resultieren. Auf diese Weise ist ein Entwurfswert der Amperewindung bei A1 in der typischen rotierenden elektrischen Maschine beschränkt.
Um das vorstehend beschriebene Problem in diesem Ausführungsbeispiel abzumildern, ist die rotierende elektrische Maschine 10 ausgelegt, eine zusätzliche Struktur aufzuweisen, wie es nachstehend beschrieben wird, die darauf abzielt, die Beschränkung, die aus der magnetischen Sättigung entsteht, zu beseitigen.
Spezifisch ist als eine erste Maßnahme der Stator 50 ausgelegt, eine schlitzfreie Struktur zur Beseitigung der magnetischen Sättigung, die in den Zähnen des Statorkerns des Stators auftritt, aufzuweisen und ebenso einen SPM-(surface permanent magnet beziehungsweise Oberflächendauermagnet-)Rotor zur Beseitigung der magnetischen Sättigung zu verwenden, die in einem q-Achsen-Kern des IPM-Rotors auftritt. Die erste Maßnahme dient dazu, die vorstehend beschriebenen zwei Stellen, bei denen die magnetische Sättigung auftritt, zu beseitigen, wobei sie jedoch in einer Abnahme eines Drehmoments in einer Niedrigstromregion resultieren kann (siehe eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 7).
Zur Abmilderung dieses Problems setzt als eine zweite Maßnahme die rotierende elektrische Maschine 10 eine polare anisotrope Struktur ein, um einen Magnetpfad von Magneten in der Magneteinheit 42 des Rotors 40 zu vergrößern, um hierdurch eine Magnetkraft zu verbessern. Dies wird in einer Zunahme eines Magnetflusses in dem SPM-Rotor resultieren, um die Drehmomentabnahme zu minimieren.
Zusätzlich setzt die rotierende elektrische Maschine 10 als eine dritte Maßnahme eine abgeflachte Leiterstruktur ein, um eine Dicke von Leitern des Spulenseitenabschnitts 53 der Statorspule 51 in der radialen Richtung des Stators 50 für eine Kompensation der Drehmomentabnahme zu verkleinern. Die vorstehend genannte magnetkraftverstärkende polare anisotrope Struktur würde in einem Fließen eines großen Wirbelstroms in der Statorspule 51, die der Magneteinheit 42 gegenüberliegt, resultieren.
Von diesem Standpunkt aus dient die dritte Maßnahme dazu, die abgeflachte Leiterstruktur einzusetzen, bei der die Leiter eine verkleinerte Dicke in der radialen Richtung aufweisen, wodurch die Erzeugung des Wirbelstroms in der Statorspule 51 in der radialen Richtung minimiert wird. Es wird erwartet, wie es durch eine durchgezogene Linie in 7 angegeben ist, dass die vorstehend genannten ersten bis dritten Strukturen in großem Umfang die Drehmomentkennlinie unter Verwendung von Magneten mit hoher Magnetkraft verbessern und ebenso ein Risiko einer Erzeugung eines großen Wirbelstroms, der aus der Verwendung der Magnete mit hoher Magnetkraft resultiert, abmildern.
Zusätzlich setzt die rotierende elektrische Maschine 10 als eine vierte Maßnahme eine Magneteinheit ein, die eine polare anisotrope Struktur aufweist, um eine Magnetdichteverteilung zu erzeugen, die sich einer Sinuswelle annähert. Dies vergrößert einen Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz unter Verwendung einer Impulssteuerung, wie es nachstehend beschrieben wird, um hierdurch das Drehmoment zu verbessern, wobei es ebenso in einer moderaten Änderung eines Magnetflusses resultiert, wodurch ein Wirbelstromverlust (das heißt ein Kupferverlust, der durch einen Wirbelstrom verursacht wird) im Vergleich mit radialen Magneten minimiert wird.
Der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz wird nachstehend beschrieben.
Der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz kann hergeleitet werden, indem ein Signalverlauf, ein Zyklus und ein Spitzenwert einer Oberflächenmagnetflussdichteverteilung, die gemessen wird, indem eine Magnetflusssonde auf einer Oberfläche eines Magneten tatsächlich bewegt wird, mit denen einer Sinuswelle verglichen werden. Der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz wird durch einen Prozentsatz einer Amplitude eines primären Signalverlaufs, der ein Signalverlauf einer Grundwelle in einer rotierenden elektrischen Maschine ist, zu der eines tatsächlich gemessenen Signalverlaufs, das heißt einer Amplitude der Summe der Grundwelle und von Oberwellenkomponenten gegeben.
Eine Zunahme in dem Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz wird verursachen, dass der Signalverlauf in der Oberflächenmagnetflussdichteverteilung sich dem Signalverlauf der Sinuswelle annähert. Wenn ein elektrischer Strom einer primären Sinuswelle durch einen Wechselrichter an eine rotierende elektrische Maschine geliefert wird, die mit Magneten ausgestattet ist, die einen verbesserten Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz aufweisen, wird dies verursachen, dass ein großer Drehmomentgrad erzeugt wird, kombiniert mit der Tatsache, dass der Signalverlauf der Oberflächenmagnetflussdichteverteilung des Magneten nahe an dem Signalverlauf einer Sinuswelle ist. Die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung kann alternativ hierzu unter Verwendung einer elektromagnetischen Analyse entsprechend den Maxwellschen Gleichungen hergeleitet werden.
Als eine fünfte Maßnahme ist die Statorspule 51 ausgelegt, eine Leiterstrangstruktur aufzuweisen, die aus einem Bündel von Drähten hergestellt ist. In der Leiterstrangstruktur der Statorspule 51 sind die Drähte parallel zueinander gestaltet, wobei somit ermöglicht wird, dass ein hoher Strom oder ein großer Strombetrag in der Statorspule 51 fließt, und ebenso ein Wirbelstrom, der in den Leitern auftritt, die in der Umfangsrichtung des Stators 50 ausgeweitet sind, effektiver minimiert wird als in der dritten Maßnahme, in der die Leiter in der radialen Richtung abgeflacht sind, da jeder der Drähte eine verkleinerte Querschnittsfläche aufweist.
Die Verwendung des Bündels der Drähte hebt einen Wirbelstrom auf, der aus einem Magnetfluss entsteht, der entsprechend dem Ampereschen Gesetz in Reaktion auf die magnetomotorische Kraft, die durch die Leiter erzeugt wird, auftritt.
Die Verwendung der vierten und fünften Maßnahmen minimiert den Wirbelstromverlust, der aus der hohen Magnetkraft resultiert, die durch die Magnete mit hoher Magnetkraft erzeugt wird, die durch die zweite Maßnahme bereitgestellt werden, wobei sie ebenso das Drehmoment verbessern.
Die schlitzfreie Struktur des Stators 50, die abgeflachte Leiterstruktur der Statorspule 51 und die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 werden nachstehend beschrieben.
Die schlitzfreie Struktur des Stators 50 und die abgeflachte Leiterstruktur der Statorspule 51 werden zuerst diskutiert. 8 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die den Rotor 40 und den Stator 50 veranschaulicht. 9 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung, die den Rotor 40 und den Stator 50 in 8 veranschaulicht. 10 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Stators 50, die entlang der Linie X-X in 11 entnommen ist. 11 zeigt eine longitudinale Schnittdarstellung des Stators 50. 12 zeigt eine perspektivische Darstellung der Statorspule 51. Die 8 und 9 geben Richtungen einer Magnetisierung von Magneten der Magneteinheit 42 unter Verwendung von Pfeilen an.
Der Statorkern 52 weist, wie es eindeutig in den 8 bis 11 veranschaulicht ist, eine zylindrische Form auf und umfasst eine Vielzahl von magnetischen Stahlplatten, die in der axialen Richtung des Statorkerns 52 gestapelt sind, um eine vorgegebene Dicke in einer radialen Richtung des Statorkerns 52 aufzuweisen. Die Statorspule 51 ist an dem Außenumfang des Statorkerns 52 angebracht, der dem Rotor 40 gegenüberliegt. Die Außenumfangsoberfläche des Statorkerns 52, die dem Rotor 40 gegenüberliegt, dient als ein Leiteranbringabschnitt (das heißt ein Leiterbereich). Die Außenumfangsoberfläche des Statorkerns 52 ist als eine gekrümmte Oberfläche ohne irgendwelche Unregelmäßigkeiten geformt.
Eine Vielzahl von Leitergruppen 81 ist auf der Außenumfangsoberfläche des Statorkerns 52 bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung des Statorkerns 52 angeordnet. Der Statorkern 52 fungiert als ein rückwärtiges Joch, das ein Abschnitt eines Magnetkreises ist, der arbeitet, um den Rotor 40 zu drehen. Der Stator 50 ist ausgelegt, eine Struktur aufzuweisen, in der kein Zahn (das heißt kein Abschnitt eines Kerns), der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, zwischen jedem Paar von benachbarten Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung angeordnet ist (das heißt die schlitzfreie Struktur).
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Harzmaterial beziehungsweise Kunststoffmaterial des Dichtungselements 57 in dem Raum oder der Lücke 56 zwischen jedem Paar von benachbarten Leitergruppen 81 angeordnet. Anders ausgedrückt weist der Stator 50 ein Leiter-zu-Leiter-Element auf, das zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet ist, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung des Stators 50 angeordnet sind, und aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist. Die Leiter-zu-Leiter-Elemente dienen als die Dichtungselemente 57.
Bevor die Dichtungselemente 57 platziert werden, um die Lücken 56 abzudichten, werden die Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung radial außerhalb des Statorkerns 52 bei einem vorgegebenen Intervall entfernt voneinander über die Lücken 56, die Leiter-zu-Leiter-Regionen sind, angeordnet. Dies bildet die schlitzfreie Struktur des Stators 50. Anders ausgedrückt ist jeder der Leitergruppen 81, wie es nachstehend ausführlich beschrieben wird, aus zwei Leitern 82 gebildet. Ein Intervall zwischen jeweils zwei der Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung des Stators 50 angeordnet sind, wird nur durch ein nichtmagnetisches Material belegt. Das nichtmagnetische Material, auf das hier Bezug genommen wird, umfasst ein nichtmagnetisches Gas, wie beispielsweise Luft, oder eine nichtmagnetische Flüssigkeit. In der nachstehenden Beschreibung werden die Dichtungselemente 57 ebenso als Leiter-zu-Leiter-Elemente bezeichnet.
Die Struktur, auf die hier Bezug genommen wird, in der jeder der Zähne zwischen dem entsprechenden benachbarten Paar der Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, angeordnet ist, bedeutet, dass jeder der Zähne eine vorgegebene Dicke in der radialen Richtung und eine vorgegebene Breite in der Umfangsrichtung des Stators 50 aufweist, so dass ein Abschnitt des Magnetkreises, das heißt ein Magnet-Magnetpfad, zwischen jedem benachbarten Paar der Leitergruppen 81 liegt.
Im Gegensatz dazu bedeutet die Struktur, in der kein Zahn zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 liegt, dass es keinen Magnetkreis zwischen jedem benachbarten Paar der Leitergruppen 81 gibt.
Die Statorspule (das heißt eine Ankerspule) 51 weist, wie es in 10 veranschaulicht ist, eine vorgegebene Dicke T2 (die nachstehend auch als eine erste Abmessung bezeichnet wird) und eine Breite W2 (die nachstehend auch als eine zweite Abmessung bezeichnet wird) auf. Die Dicke T2 wird durch eine minimale Entfernung zwischen einer Außenseitenoberfläche und einer Innenseitenoberfläche der Statorspule 51 vorgegeben, die zueinander in der radialen Richtung des Stators 50 entgegengesetzt sind.
Die Breite W2 wird durch eine Abmessung eines Abschnitts der Statorspule 51 vorgegeben, der als eine von mehreren Phasen (das heißt die U-Phase, die V-Phase, die W-Phase, die X-Phase, die Y-Phase und die Z-Phase in diesem Ausführungsbeispiel) der Statorspule 51 in der Umfangsrichtung fungiert. Spezifisch ist in einem Fall, in dem ein benachbartes Paar der Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung in 10 als eine entsprechende der drei Phasen dient, beispielsweise die U-Phasen-Wicklung, eine Entfernung zwischen umfänglich am weitesten außen liegenden Enden der Leitergruppen 81 des umfänglich benachbarten Paars der Leitergruppen 81 die Breite W2. Die Dicke T2 ist kleiner als die Breite W2.
Die Dicke T2 ist vorzugsweise kleiner eingestellt als die Summe der Breiten der zwei Leitergruppen 81 innerhalb der Breite W2. Wenn die Statorspule 51 (genauer gesagt der Leiter 82) ausgelegt ist, einen wirklich kreisförmigen Querschnitt, einen ovalen Querschnitt oder einen mehreckigen Querschnitt aufzuweisen, kann der Querschnitt des Leiters 82, der in der radialen Richtung des Stators 50 entnommen ist, geformt sein, eine maximale Abmessung W12 in der radialen Richtung des Stators 50 und eine maximale Abmessung W11 in der Umfangsrichtung des Stators 50 aufzuweisen.
Die Statorspule 51 ist, wie es in den 10 und 11 gesehen werden kann, durch die Dichtungselemente 57 abgedichtet, die durch eine synthetische Harzform gebildet werden. Spezifisch werden die Statorspule 51 und der Statorkern 52 in einer Form zusammengebaut, wenn die Dichtungselemente 52 durch das Harz geformt werden. Das Harz kann als ein nichtmagnetisches Material oder als ein Äquivalent hiervon, dessen Bs (Sättigungsmagnetflussdichte) null ist, betrachtet werden.
Wenn ein Querschnitt in 10 betrachtet wird, werden die Dichtungselemente 57 bereitgestellt, indem ein synthetisches Harz bzw. Kunststoff in die Lücken 56 zwischen die Leitergruppen 81 platziert wird. Die Dichtungselemente 57 dienen als Isolatoren, die zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sind. Anders ausgedrückt fungiert jedes der Dichtungselemente 57 als ein Isolator in einer der Lücken 56. Die Dichtungselemente 57 belegen eine Region, die radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet ist und alle Leitergruppen 81 umfasst, anders ausgedrückt, die definiert ist, eine Dickenabmessung aufzuweisen, die größer ist als die jeder der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung.
Wenn ein longitudinaler Schnitt in 11 betrachtet wird, liegen die Dichtungselemente 57, um eine Region zu belegen, die die Windungen 84 der Statorspule 51 umfasst. Radial innerhalb der Statorspule 51 liegen die Dichtungselemente 57 in einer Region, die zumindest einen Abschnitt der axial entgegengesetzten Enden des Statorkerns 52 umfasst. In diesem Fall ist die Statorspule 51 vollständig durch das Harz mit Ausnahme der Enden für jede Phasenwicklung, das heißt von Anschlüssen, die mit den Wechselrichterschaltungen verbunden werden, abgedichtet bzw. versiegelt.
Die Struktur, in der die Dichtungselemente 57 in der Region angeordnet sind, die die Enden des Statorkerns 52 umfasst, ermöglicht es, dass die Dichtungselemente 57 den Stapel der Stahlplatten des Statorkerns 52 nach innen in der axialen Richtung komprimieren. Anders ausgedrückt arbeiten die Dichtungselemente 57, um den Stapel der Stahlplatten des Statorkerns 52 fest zu halten. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenumfangsoberfläche des Statorkerns 52 nicht unter Verwendung eines Harzes abgedichtet bzw. versiegelt, wobei jedoch die Gesamtheit des Statorkerns 52, die die Innenumfangsoberfläche umfasst, unter Verwendung eines Harzes abgedichtet bzw. versiegelt werden kann.
In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, sind die Dichtungselemente 57 vorzugsweise aus einem hoch wärmebeständigen Fluorharz, einem Epoxidharz, einem PPS-Harz, einem PEEK-Harz, einem LCP-Harz, einem Silikonharz, einem PAI-Harz oder einem PI-Harz hergestellt. Im Hinblick auf einen linearen Ausdehnungskoeffizienten zur Minimierung eines Brechens des Dichtungselements 57 aufgrund einer Ausdehnungsdifferenz sind die Dichtungselemente 57 vorzugsweise aus dem gleichen Material wie dem einer äußeren filmartigen Schicht der Leiter der Statorspule 51 hergestellt. Das Silikonharz, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient zweimal so groß oder mehr wie die von anderen Harzen ist, wird vorzugsweise aus dem Material der Dichtungselemente 57 ausgeschlossen. In einem Fall von elektrischen Produkten, wie beispielsweise elektrischen Fahrzeugen, die mit keiner Verbrennungskraftmaschine ausgestattet sind, kann PPO-Harz, ein Phenolharz oder ein FRP-Harz, das 180 °C widersteht, verwendet werden, mit Ausnahme von Gebieten, in denen erwartet wird, dass eine Umgebungstemperatur der elektrischen Maschine niedriger als 100 °C ist.
Der Drehmomentgrad, der durch die rotierende elektrische Maschine 10 ausgegeben wird, ist üblicherweise proportional zu dem Magnetflussgrad. In einem Fall, in dem ein Statorkern mit Zähnen ausgestattet ist, ist ein maximaler Magnetflussbetrag in dem Statorkern in Abhängigkeit von der Sättigungsmagnetflussdichte in den Zähnen beschränkt, während in einem Fall, in dem der Statorkern nicht mit Zähnen ausgestattet ist, der maximale Magnetflussbetrag in dem Statorkern nicht beschränkt ist. Eine derartige Struktur ist folglich zur Vergrößerung eines Betrags eines elektrischen Stroms, der der Statorspule 51 zugeführt wird, nützlich, um den Drehmomentgrad, der durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird, zu vergrößern.
Dieses Ausführungsbeispiel setzt die schlitzfreie Struktur ein, bei der der Stator 50 nicht mit Zähnen ausgestattet ist, wodurch eine Verkleinerung einer Induktivität des Stators 50 die Folge ist. Spezifisch weist ein Stator einer typischen rotierenden elektrischen Maschine, bei der Leiter in Schlitzen angeordnet sind, die durch Zähne voneinander isoliert sind, eine Induktivität von näherungsweise 1 mH auf, während der Stator 50 in diesem Ausführungsbeispiel eine verkleinerte Induktivität von 5 bis 60 µH aufweist. Die rotierende elektrische Maschine 10 in diesem Ausführungsbeispiel ist von einem Außenrotortyp, wobei sie aber eine verkleinerte Induktivität des Stators 50 aufweist, um eine mechanische Zeitkonstante Tm zu verkleinern. Anders ausgedrückt ist die rotierende elektrische Maschine 10 in der Lage, einen hohen Drehmomentgrad auszugeben, und ist ausgelegt, einen verkleinerten Wert der mechanischen Zeitkonstante Tm aufzuweisen. Wenn eine Trägheit als J definiert ist, eine Induktivität als L definiert ist, eine Drehmomentkonstante als Kt definiert ist und eine gegenelektromotorische Kraftkonstante als Ke definiert ist, wird die mechanische Zeitkonstante Tm entsprechend der Gleichung Tm = (J x L)/(Kt x Ke) berechnet. Dies zeigt, dass eine Verkleinerung in der Induktivität L in einer Verkleinerung der mechanischen Zeitkonstante Tm resultiert.
Jede der Leitergruppen 81, die radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet sind, ist aus einer Vielzahl von Leitern 82 hergestellt, deren Querschnitt eine abgeflachte rechteckige Form aufweist und die übereinander in der radialen Richtung des Statorkerns 52 angeordnet sind. Jeder der Leiter 82 ist ausgerichtet, einen Querschnitt aufzuweisen, der eine Beziehung aus radialer Abmessung < Umfangsabmessung erfüllt. Dies verursacht, dass jede der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung dünn ist. Eine leitfähige Region der Leitergruppe 81 erstreckt sich ebenso innerhalb einer Region, die durch Zähne eines typischen Stators belegt wird. Dies erzeugt eine Struktur mit abgeflachter leitfähiger Region, in der eine Schnittfläche jedes der Leiter 82 in der Umfangsrichtung vergrößert ist, wodurch eine Möglichkeit abgeschwächt wird, dass der Betrag einer thermischen Energie durch eine Verkleinerung in einer Schnittfläche eines Leiters, die aus einem Abflachen des Leiters entsteht, vergrößert werden kann. Eine Struktur, in der eine Vielzahl von Leitern in der Umfangsrichtung angeordnet ist und parallel zueinander geschaltet ist, unterliegt üblicherweise einer Verkleinerung einer Schnittfläche der Leiter um eine Dicke einer Beschichtungsschicht der Leiter, wobei sie jedoch Vorteile aufweist, die aus den gleichen Gründen erreicht werden, wie sie vorstehend beschrieben sind. In der nachstehenden Beschreibung wird jede der Leitergruppen 81 oder jeder der Leiter 82 auch als ein leitfähiges Element bezeichnet.
Der Stator 50 in diesem Ausführungsbeispiel ist, wie es bereits beschrieben ist, ausgelegt, keine Schlitze aufzuweisen, wodurch es ermöglicht wird, dass die Statorspule 51 ausgelegt ist, eine leitfähige Region eines gesamten Umfangsabschnitts des Stators 50 aufzuweisen, die bezüglich einer Größe größer ist als eine nicht leitfähige Region, die durch die Statorspule 51 in dem Stator 50 unbesetzt ist.
In typischen rotierenden elektrischen Maschinen für Fahrzeuge ist ein Verhältnis der leitfähigen Region / der nicht leitfähigen Region üblicherweise eins oder weniger. Im Gegensatz dazu weist dieses Ausführungsbeispiel die Leitergruppen 81 auf, die eingerichtet sind, die leitfähige Region aufzuweisen, die im Wesentlichen identisch bezüglich einer Größe mit der nicht leitfähigen Region oder bezüglich einer Größe größer als die nicht leitfähige Region ist. Wenn die Leiterregion, wie sie in 10 veranschaulicht ist, durch den Leiter 82 (das heißt den geraden Abschnitt 83, der nachstehend ausführlich beschrieben wird) in der Umfangsrichtung belegt ist, als WA definiert ist und eine Leiter-zu-Leiter-Region, die ein Intervall zwischen jeweils benachbarten zwei der Leiter 82 ist, als WB definiert ist, ist die Leiterregion WA bezüglich einer Größe größer als die Leiter-zu-Leiter-Region WB in der Umfangsrichtung.
Die Leitergruppe 81 der Statorspule 51 weist eine Dicke in der zugehörigen radialen Richtung auf, die kleiner als einen Umfangsbreite eines Abschnitts der Statorspule 51 ist, der in einer Region eines Magnetpols liegt und als eine der Phasen der Statorspule 51 dient.
In der Struktur, in der jede der Leitergruppen 81 aus den zwei Leitern 2 gebildet ist, die in der Form von zwei Schichten gestapelt sind, die übereinander in der radialen Richtung liegen, und die zwei Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung innerhalb einer Region eines Magnetpols für jede Phase angeordnet sind, wird eine Beziehung entsprechend Tc x 2 < Wc x 2 erfüllt, wobei Tc die Dicke der Leiter 82 in der radialen Richtung ist und Wc die Breite jedes der Leiter 82 in der Umfangsrichtung ist.
In einer anderen Struktur, in der jede der Leitergruppen 81 aus den zwei Leitern 82 gebildet ist und jede der Leitergruppen 81 innerhalb der Region eines Magnetpols für jede Phase liegt, wird vorzugsweise eine Beziehung entsprechend Tc x 2 < Wc erfüllt.
Anders ausgedrückt wird in der Statorspule 51, die ausgelegt ist, Leiterabschnitte (das heißt die Leitergruppen 81) aufzuweisen, die bei einem vorgegebenen Intervall entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind, die Dicke jedes Leiterabschnitts (das heißt der Leitergruppe 81) in der radialen Richtung kleiner eingestellt als die Breite eines Abschnitts der Statorspule 51, der in der Region eines Magnetpols für jede Phase in der Umfangsrichtung liegt.
Anders ausgedrückt ist jeder der Leiter 82 vorzugsweise geformt, die Dicke Tc in der radialen Richtung aufzuweisen, die kleiner als die Breite Wc in der Umfangsrichtung ist. Die Dicke 2Tc jeder der Leitergruppen 81, von denen jede aus einem Stapel von zwei Leitern 82 in der radialen Richtung gebildet ist, ist vorzugsweise kleiner als die Breite Wc jeder der Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung.
Der Drehmomentgrad, der durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird, ist im Wesentlichen umgekehrt proportional zu der Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung. Die Leitergruppen 81, die radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet sind, sind, wie es vorstehend beschrieben ist, ausgelegt, die Dicke aufzuweisen, die in der radialen Richtung verkleinert ist. Diese Gestaltung ist bei einer Vergrößerung des Drehmomentgrads, der durch die rotierende elektrische Maschine 10 ausgegeben wird, nützlich. Der Grund hierfür ist, dass eine Entfernung zwischen der Magneteinheit 42 des Rotors 40 und dem Statorkern 52 (das heißt eine Entfernung, in der es kein Eisen gibt) verkleinert werden kann, um den magnetischen Widerstand zu verkleinern. Dies ermöglicht es, dass ein Verbindungsmagnetfluss in dem Statorkern 52, der durch die Dauermagnete erzeugt wird, vergrößert wird, um das Drehmoment zu verbessern.
Die Verkleinerung in der Dicke der Leitergruppen 81 vereinfacht die Einfachheit, mit der ein Magnetflusslecken aus den Leitergruppen 81 in dem Statorkern 52 gesammelt wird, wodurch verhindert wird, dass der Magnetfluss aus dem Statorkern 52 leckt, ohne für eine Verbesserung des Drehmoments verwendet zu werden. Dies vermeidet einen Abfall der Magnetkraft, die aus dem Lecken des Magnetflusses entsteht, und vergrößert den Verbindungsmagnetfluss in dem Statorkern 52, der durch die Dauermagnete erzeugt wird, wodurch das Drehmoment verbessert wird.
Jeder der Leiter 82 ist aus einem beschichteten Leiter hergestellt, der gebildet wird, indem die Oberfläche des Leiterkörpers 82a mit der Beschichtung 82b bedeckt wird. Die Leiter 82, die aufeinander in der radialen Richtung gestapelt sind, sind folglich voneinander isoliert. Auf ähnliche Weise sind die Leiter 82 von dem Statorkern 52 isoliert.
Die isolierende Beschichtung 82b kann, wie es nachstehend ausführlich beschrieben wird, eine Beschichtung jedes Drahts 86 in einem Fall sein, in dem jeder Draht 86 aus einem Draht mit einer selbsthaftenden Beschichtung hergestellt ist, oder sie kann durch einen zusätzlichen Isolator hergestellt werden, der auf einer Beschichtung jedes Drahts 86 aufgebracht wird. Jede Phasenwicklung, die aus den Leitern 82 gebildet wird, wird durch die Beschichtung 82b mit Ausnahme eines freigelegten Abschnitts hiervon für Verbindungszwecke isoliert. Der freigelegte Abschnitt umfasst beispielsweise einen Eingangs- oder einen Ausgangsanschluss oder einen Neutralpunkt bzw. Sternpunkt im Fall einer Sternverbindung. Die Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind, sind fest aneinander unter Verwendung eines Harzes oder eines selbsthaftenden beschichteten Drahts angehaftet, wodurch eine Möglichkeit eines Isolationsversagens, einer mechanischen Vibration oder eines Rauschens bzw. Geräusches, das durch Reiben der Leiter 82 verursacht wird, minimiert wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leiterkörper 82a aus einer Ansammlung einer Vielzahl von Drähten 86 hergestellt. Spezifisch ist der Leiterkörper 82a, wie es in 13 gesehen werden kann, aus einem Strang von Drähten 86 hergestellt, die verdrillt sind. Jeder der Drähte 86 ist, wie es in 14 gesehen werden kann, aus einem Bündel einer Vielzahl von dünnen leitfähigen Fasern 86 hergestellt.
Beispielsweise ist jeder der Drähte 86 aus einem Komplex von CNT-(Kohlenstoffnanoröhrchen-)Fasern hergestellt. Die CNT-Fasern umfassen Bor beinhaltende Mikrofasern, in denen zumindest ein Anteil von Kohlenstoff durch Bor ersetzt ist. Anstelle der CNT-Fasern, die Kohlenstoff basierte Mikrofasern sind, kann eine durch Dampf gewachsene Kohlenstofffaser (VGCF) verwendet werden, wobei jedoch die CNT-Faser zu bevorzugen ist. Die Oberfläche des Drahts 86 ist mit einer Schicht aus einem isolierenden Polymer bedeckt, wie beispielsweise ein Lack. Die Oberfläche des Drahts 86 ist vorzugsweise mit einer Lackbeschichtung, wie beispielsweise einer Polyimid-Beschichtung oder einer Amid-Imid-Beschichtung, bedeckt.
Die Leiter 82 bilden n-Phasen-Wicklungen der Statorspule 51. Die Drähte 86 jedes der Leiter 82, das heißt der Leiterkörper 82a jedes der Leiter 82 sind in Kontakt miteinander platziert. Jeder der Leiter 82 weist einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte auf, der/die durch Verdrillen der Drähte 86 gebildet wird und einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte einer entsprechenden der Phasenwicklungen definieren. Ein Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 ist größer als der jeder der Drähte 86. Anders ausgedrückt weisen die jeweiligen benachbarten zwei Drähte 86 einen ersten spezifischen elektrischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte 86 benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte 86 weist einen zweiten spezifischen elektrischen Widerstand in einer Längsrichtung des Drahts 86 auf.
Der erste spezifische elektrische Widerstand ist größer als der zweite spezifische elektrische Widerstand. Jeder der Leiter 82 kann aus einer Baugruppe von Drähten, das heißt den verdrillten Drähten 86, die mit isolierenden Elementen bedeckt sind, deren erster spezifischer elektrischer Widerstand sehr hoch ist, hergestellt werden. Der Leiterkörper 82a jedes der Leiter 82 ist aus einem Strang der verdrillten Drähte 86 hergestellt.
Der Leiterkörper 82a ist, wie es vorstehend beschrieben ist, aus den verdrillten Drähten 86 hergestellt, wodurch ein Wirbelstrom, der in jedem der Drähte 86 erzeugt wird, verringert wird, was einen Wirbelstrom in dem Leiterkörper 82a verringert. Jeder der Drähte 86 ist verdrillt, wodurch verursacht wird, dass jeder der Drähte 86 Abschnitte aufweist, bei denen Richtungen eines angelegten Magnetfelds entgegengesetzt zueinander sind, was eine gegenelektromotorische Kraft aufhebt. Dies resultiert in einer Verringerung des Wirbelstroms. Insbesondere ist jeder der Drähte 86 aus den leitfähigen Fasern 87 hergestellt, wodurch es ermöglicht wird, dass die leitfähigen Fasern 87 dünn sind, wobei es ebenso ermöglicht wird, dass die Anzahl von Malen, die die leitfähigen Fasern 87 verdrillt werden, vergrößert wird, was die Verringerung des Wirbelstroms verbessert.
Die Art und Weise, wie die Drähte 86 voneinander isoliert werden, ist nicht auf die vorstehend beschriebene Verwendung der isolierenden Polymerschicht begrenzt, sondern der Kontaktwiderstand kann verwendet werden, um einem Fließen eines Stroms zwischen den Drähten 86 zu widerstehen. Anders ausgedrückt wird der vorstehend beschriebene Vorteil durch eine Potenzialdifferenz erhalten, die aus der Differenz zwischen dem Widerstand zwischen den verdrillten Drähten 86 und dem Widerstand jedes der Drähte 86 entsteht, solange der Widerstand zwischen den Drähten 86 größer ist als der jedes der Drähte 86. Beispielsweise kann der Kontaktwiderstand vergrößert werden, indem ein Produktionsgerät für die Drähte 86 und ein Produktionsgerät für den Stator 50 (das heißt einen Anker) zu der rotierenden elektrischen Maschine 10 als diskrete Vorrichtungen verwendet werden, um zu verursachen, dass die Drähte 86 während einer Transportzeit oder eines Arbeitsintervalls oxidiert werden.
Jeder der Leiter 82 weist, wie es vorstehend beschrieben ist, ein niedriges Profil oder eine abgeflachte rechteckige Form im Querschnitt auf. Die Leiter 82 sind in der radialen Richtung angeordnet. Jeder der Leiter 82 ist aus einem Strang der Drähte 86 hergestellt, von denen jeder durch einen selbstanhaftenden Beschichtungsdraht gebildet wird, der beispielsweise mit einer Schmelz- oder Verbindungsschicht oder einer isolierenden Schicht ausgestattet ist, und die mit den Verbindungsschichten, die miteinander verschmolzen sind, verdrillt werden. Jeder der Leiter 82 kann alternativ hierzu hergestellt werden, indem verdrillte Drähte ohne Verbindungsschicht oder verdrillte selbstanhaftende Beschichtungsdrähte in einer gewünschten Form unter Verwendung eines synthetischen Harzes gebildet werden. Die isolierende Beschichtung 82b jedes der Leiter 82 kann eine Dicke von 80 µm bis 100 µm aufweisen, was größer als die einer Beschichtung eines typischen Drahts (das heißt 5 µm bis 40 µm) ist. In diesem Fall wird ein erforderlicher Isolierungsgrad zwischen den Leitern 82 erreicht, auch wenn keine isolierende Folie zwischen die Leiter 82 zwischengebracht ist.
Es ist ebenso empfehlenswert, dass die isolierende Beschichtung 82b bezüglich eines Isolationsgrads höher als die isolierende Schicht des Drahts 86 ist, um eine Isolation zwischen den Phasenwicklungen zu erreichen. Beispielsweise weist die isolierende Polymerschicht des Drahts 86 eine Dicke von beispielsweise 5 µm auf. In diesem Fall wird die Dicke der isolierenden Beschichtung 82b des Leiters 82 vorzugsweise ausgewählt, um 80 µm bis 100 µm zu sein, um die Isolation zwischen den Phasenwicklungen zu erreichen.
Jeder der Leiter 82 kann alternativ hierzu aus einem Bündel von unverdrillten Drähten 86 hergestellt werden. Kurz gesagt kann jeder der Leiter 82 aus einem Bündel der Drähte 86 hergestellt werden, deren gesamte Längen verdrillt sind, deren Abschnitte verdrillt sind oder deren gesamte Längen unverdrillt sind. Jeder der Leiter 82, die den Leiterabschnitt bilden, ist, wie es vorstehend beschrieben ist, aus einem Bündel der Drähte 86 hergestellt. Der Widerstand zwischen den Drähten 86 ist größer als der jedes der Drähte 86.
Die Leiter 82 werden jeweils gebogen und in einem vorgegebenen Muster in der Umfangsrichtung der Statorspule 51 angeordnet, wodurch die Phasenwicklungen der Statorspule 51 gebildet werden. Die Statorspule 51 umfasst, wie es in 12 veranschaulicht ist, den Spulenseitenabschnitt 53 und die Spulenenden 54 und 55. Die Leiter 82 weisen die geraden Sektionen 83 auf, die sich gerade in der axialen Richtung der Statorspule 51 erstrecken und den Spulenseitenabschnitt 53 bilden.
Die Leiter 82 weisen die Windungen 84 auf, die außerhalb des Spulenseitenabschnitts 53 in der axialen Richtung angeordnet sind und die Spulenenden 54 und 55 bilden. Jeder der Leiter 82 ist aus einer wellenförmigen Sehne eines Leiters hergestellt, die durch ein abwechselndes Anordnen der geraden Sektionen 83 und der Windungen 84 gebildet wird. Die geraden Sektionen 83 sind angeordnet, um der Magneteinheit 42 in der radialen Richtung gegenüberzuliegen. Die geraden Sektionen 83 sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander angeordnet und miteinander unter Verwendung der Windungen 84, die außerhalb der Magneteinheit 42 in der axialen Richtung angeordnet sind, verbunden. Die geraden Sektionen 83 entsprechen einem einem Magneten gegenüberliegenden Abschnitt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Statorspule 51 in der Form einer ringförmigen verteilten Spule geformt. In dem Spulenseitenabschnitt 53 sind die geraden Sektionen 83 bei Intervallen entfernt voneinander für jede Phase angeordnet; jedes der Intervalle entspricht einem entsprechenden Polpaar der Magneteinheit 42.
In jedem der Spulenenden 54 und 55 sind die geraden Sektionen 83 für jede Phase miteinander durch die Windungen 84 verbunden, von denen jede eine V-Form aufweist. Die geraden Sektionen 83, die für jedes Polpaar gepaart sind, sind in einer Fließrichtung des elektrischen Stroms zueinander entgegengesetzt.
Eine Kombination von Paaren von geraden Sektionen 83, die miteinander durch eine entsprechende Windung 84 verbunden sind, in dem Spulenende 53 unterscheidet sich von einer Kombination von Paaren von geraden Sektionen 83, die jeweils miteinander durch eine entsprechende Windung 84 verbunden sind, in dem Spulenende 54. Die Verbindungen der geraden Sektionen 83 durch die Windungen 84 sind in der Umfangsrichtung bei jedem der Spulenenden 54 und 55 angeordnet, um die Statorwicklung in einer hohlen zylindrischen Form zu vervollständigen.
Genauer gesagt wird die Statorspule 51 aus zwei Paaren der Leiter 82 für jede Phase gebildet. Die Statorspule 51 ist mit einem ersten Drei-Phasen-Wicklungssatz, der die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung umfasst, und einem zweiten Drei-Phasen-Wicklungssatz ausgestattet, der die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung umfasst. Der erste Drei-Phasen-Wicklungssatz und der zweite Drei-Phasen-Wicklungssatz sind benachbart zueinander in der radialen Richtung in der Form von zwei Schichten angeordnet. Wenn die Anzahl von Phasen der Statorspule 51 als S (das heißt 6 in diesem Ausführungsbeispiel) definiert ist, die Anzahl von Leitern 82 für jede Phase als m definiert ist, werden 2 × S × m = 2Sm Leiter 82 für jedes Polpaar in der Statorspule 51 verwendet. Die rotierende elektrische Maschine in diesem Ausführungsbeispiel ist derart ausgelegt, dass die Anzahl von Phasen S 6 ist, die Anzahl m 4 ist und 8 Polpaare verwendet werden. 6 × 4 × 8 = 192 Leiter 82 sind in der Umfangsrichtung des Statorkerns 52 angeordnet.
Die Statorspule 51 in 12 ist ausgelegt, den Spulenseitenabschnitt 53 aufzuweisen, der die geraden Sektionen 82 aufweist, die in der Form von zwei überlappenden Schichten angeordnet sind, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind. Jedes der Spulenenden 54 und 55 weist jeweils zwei der Windungen 84 auf, die sich von den radial überlappenden geraden Sektionen 82 in entgegengesetzte Umfangsrichtungen erstrecken. Anders ausgedrückt sind die Leiter 82, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind, in einer Richtung, in der die Windungen 84 sich erstrecken, mit Ausnahme von Enden der Statorspule 51 entgegengesetzt zueinander.
Eine Wicklungsstruktur der Leiter 82 der Statorspule 51 wird nachstehend ausführlich beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Leiter 82, die in der Form einer Wellenwicklung ausgebildet sind, in der Form einer Vielzahl von Schichten (beispielsweise zwei Schichten) angeordnet, die benachbart zueinander oder miteinander überlappend in der radialen Richtung angeordnet sind.
15(a) und 15(b) veranschaulichen die Gestaltung der Leiter 82, die die n-te Schicht bilden. 15(a) zeigt die Konfiguration der Leiter 82, wenn die Seite der Statorspule 51 betrachtet wird. 15(b) zeigt die Konfiguration der Leiter 82, wenn sie in der axialen Richtung der Statorspule 51 betrachtet werden. In den 15(a) und 15(b) sind Positionen der Leitergruppen 81 durch Symbole D1, D2, D3 ... und D9 angegeben. Zur Vereinfachung der Offenbarung zeigen die 15(a) und 15(b) lediglich drei Leiter 82, die nachstehend als der erste Leiter 82_A, der zweite Leiter 82_B und der dritte Leiter 82_C bezeichnet werden.
Die Leiter 82_A bis 82_C weisen die geraden Sektionen 83 auf, die bei einer Position der n-ten Schicht angeordnet sind, anders ausgedrückt bei der gleichen Position in der radialen Richtung. Jeweils zwei der geraden Sektionen 82, die bei 6 Abständen (entsprechend 3xm Paaren) entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sind durch eine der Windungen 84 verbunden. Anders ausgedrückt sind in jedem der Leiter 82_A bis 82_C die zwei am weitesten außen liegenden geraden Sektionen der sieben geraden Sektionen 83, die in der Umfangsrichtung der Statorspule 51 auf dem gleichen Kreis angeordnet sind, der um die Mitte des Rotors 40 herum definiert ist, miteinander unter Verwendung von einer der Windungen 84 verbunden. Beispielsweise sind in dem ersten Leiter 82_A die geraden Sektionen 83, die bei den jeweiligen Positionen D1 und D7 platziert sind, miteinander durch die umgekehrte V-förmige Windung 84 verbunden.
Der Leiter 82_B ist bei der gleichen Position der n-ten Schicht angeordnet, wobei er um einen Abstand in Bezug auf den Leiter 82_A umfänglich verschoben ist, und der Leiter 82_C ist bei der gleichen Position der n-ten Schicht angeordnet, wobei er um einen Abstand in Bezug auf den Leiter 82_B umfänglich verschoben ist.
In dieser Gestaltung sind die Leiter 82_A bis 82_C bei einer Position der gleichen Schicht platziert, wodurch sich eine Möglichkeit ergibt, dass die zugehörigen Windungen 84 möglicherweise physikalisch einander stören. Um eine derartige Möglichkeit abzumildern, ist jede der Windungen 84 der Leiter 82_A bis 82_C in diesem Ausführungsbeispiel geformt, einen Störungsvermeidungsabschnitt aufzuweisen, der gebildet wird, indem ein Abschnitt der entsprechenden Windung 84 in der radialen Richtung versetzt wird.
Spezifisch umfasst die Windung 84 jeder der Leiter 82_A bis 82_C einen schrägen Abschnitt 84a, einen Kopfabschnitt 84b, einen schrägen Abschnitt 84c und einen Rückführungsabschnitt 84d. Der schräge Abschnitt 84a erstreckt sich in der Umfangsrichtung des gleichen Kreises (der auch als ein erster Kreis bezeichnet wird). Der Kopfabschnitt 84 erstreckt sich von dem schrägen Abschnitt 84a radial innerhalb des ersten Kreises (das heißt nach oben in 15(b)), um einen anderen Kreis (der auch als ein zweiter Kreis bezeichnet wird) zu erreichen.
Der schräge Abschnitt 84c erstreckt sich in der Umfangsrichtung des zweiten Kreises. Der Rückführungsabschnitt 84d kehrt von dem zweiten Kreis zurück zu dem ersten Kreis. Der Kopfabschnitt 84b, der schräge Abschnitt 84c und der Rückführungsabschnitt 84d definieren den Störungsvermeidungsabschnitt. Der schräge Abschnitt 84c kann radial außerhalb des schrägen Abschnitts 84a angeordnet sein.
Anders ausgedrückt weist jeder der Leiter 82_A bis 82_C die Windung 84 auf, die geformt ist, den schrägen Abschnitt 84a und den schrägen Abschnitt 84c aufzuweisen, die auf entgegengesetzten Seiten des Kopfabschnitts 84b bei der Mitte in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Positionen der schrägen Abschnitte 84a und 84b unterscheiden sich voneinander in der radialen Richtung (das heißt einer Richtung, die senkrecht zu der Zeichnung gemäß 15(a) ist, oder eine vertikale Richtung in 15(b)).
Beispielsweise ist die Windung 84 des ersten Leiters 82_A geformt, sich von der Position B1 auf der n-ten Schicht in der Umfangsrichtung zu erstrecken, bei dem Kopfabschnitt 84b, der die Mitte der Umfangslänge der Windung 84 ist, in der radialen Richtung gebogen zu werden (beispielsweise radial nach innen), wieder in der Umfangsrichtung gebogen zu werden, sich wieder in die Umfangsrichtung zu erstrecken und dann bei dem Rückführungsabschnitt 84d in der radialen Richtung gebogen zu werden (beispielsweise radial nach außen), um die Position D7 auf der n-ten Schicht zu erreichen.
Mit den vorstehend beschriebenen Anordnungen sind die schrägen Abschnitte 84a der Leiter 82_A bis 82_C vertikal oder nach unten in der Reihenfolge des ersten Leiters 82_A, des zweiten Leiters 82_B und des dritten Leiters 82_C angeordnet. Die Kopfabschnitte 84b ändern die Reihenfolge der Positionen der Leiter 82_A bis 82_C in der vertikalen Richtung, so dass die schrägen Abschnitte 84c vertikal oder nach unten in der Reihenfolge des dritten Leiters 82_C, des zweiten Leiters 82_B und des ersten Leiters 82_A angeordnet sind. Diese Gestaltung erreicht eine Anordnung der Leiter 82_A bis 82_C in der Umfangsrichtung ohne eine physikalische Störung miteinander.
In der Struktur, in der die Leiter 82 gelegt sind, um einander in der radialen Richtung zu überlappen, um die Leitergruppe 81 zu bilden, sind die Windungen 84, die zu einer radial am weitesten innen liegenden und einer radial am weitesten außen liegenden der geraden Sektionen 83 führen, die die zwei oder mehr Schichten bilden, vorzugsweise radial außerhalb der geraden Sektionen 83 angeordnet. In einem Fall, in dem die Leiter 83, die die zwei oder mehr Schichten bilden, in der gleichen radialen Richtung nahe Grenzen zwischen Enden der Windungen 84 und den geraden Sektionen 83 gebogen sind, sind die Leiter 83 vorzugsweise geformt, um die Isolierung dazwischen aufgrund einer physikalischen Störung der Leiter 83 miteinander nicht zu verschlechtern.
In dem Beispiel gemäß den 15(a) und 15(b) sind die Leiter 82, die aufeinander in der radialen Richtung gelegt sind, bei den Rückführungsabschnitten 84d der Windungen 84 bei der Position D7 bis D9 radial gebogen. Es ist empfehlenswert, dass der Leiter 82 der n-ten Schicht und der Leiter 82 der n+1-ten Schicht bei Krümmungsradien bei Krümmungsradien, die zueinander unterschiedlich sind, gebogen werden, wie es in 16 veranschaulicht ist. Spezifisch wird der Krümmungsradius R1 des Leiters 82 der n-ten Schicht vorzugsweise ausgewählt, um kleiner als der Krümmungsradius R2 des Leiters 82 der n+1-ten Schicht zu sein.
Zusätzlich werden radiale Versetzungen des Leiters 82 der n-ten Schicht und des Leiters 82 der n+1-ten Schicht vorzugsweise ausgewählt, um voneinander unterschiedlich zu sein. Wenn der Betrag eines radialen Versatzes des Leiters 82 der n-ten Schicht als S1 definiert ist und der Betrag des radialen Versatzes des Leiters 82 der n+1-ten Schicht, die radial außerhalb der n+1-ten Schicht angeordnet ist, als S2 definiert ist, wird der Betrag des radialen Versatzes S1 vorzugsweise ausgewählt, um größer als der Betrag des radialen Versatzes S2 zu sein.
Die vorstehend beschriebene Gestaltung der Leiter 82 beseitigt das Risiko einer Störung miteinander, wodurch ein erforderlicher Isolierungsgrad zwischen den Leitern 82 sichergestellt ist, auch wenn die Leiter 82, die aufeinanderliegen, in der radialen Richtung in die gleiche Richtung gebogen werden.
Die Struktur der Magneteinheit 42 des Rotors 40 wird nachstehend beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiels ist die Magneteinheit 42 aus Dauermagneten gebildet, bei denen eine Restflussdichte Br = 1,0 T ist und eine intrinsische Koerzitivfeldstärke Hcj = 400 kA/m ist. Die Dauermagnete, die in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden, sind durch gesinterte Magnete implementiert, die geformt werden, indem Körner eines magnetischen Materials gesintert werden und diese in eine vorgegebene Form gepresst werden, wobei sie die nachstehend genannten Spezifikationen aufweisen. Die intrinsische Koerzitivfeldstärke Hcj auf einer J-H-Kurve beträgt 400 kA/m oder mehr. Die Restflussdichte Br auf der J-H-Kurve beträgt 1,0 T oder mehr. Magnete, die derart ausgelegt sind, dass, wenn 5000 bis 10000 AT daran durch eine Phasenzu-Phasen-Anregung angelegt wird, eine magnetische Entfernung zwischen gepaarten Polen, das heißt zwischen einem N-Pol und einem S-Pol, anders ausgedrückt eines Pfades, in dem ein Magnetfluss zwischen dem N-Pol und dem S-Pol fließt, ein Abschnitt, der in dem Magneten liegt, eine Länge von 25 mm aufweist, können verwendet werden, um eine Beziehung entsprechend Hcj = 10000 A zu erfüllen, ohne entmagnetisiert zu werden.
Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 42 derart konstruiert, dass eine Sättigungsmagnetflussdichte Js 1,2 T oder mehr beträgt, eine Korngröße 10 µm oder weniger beträgt und eine Beziehung von Js × α ≥ 1,0 T erfüllt ist, wobei α ein Ausrichtungsverhältnis beziehungsweise Orientierungsverhältnis ist.
Die Magneteinheit 42 wird zusätzlich nachstehend beschrieben. Die Magneteinheit 42 (das heißt Magnete) weist ein Merkmal auf, dass Js eine Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1.2 T erfüllt. Anders ausgedrückt können Magnete, die in der Magneteinheit 42 verwendet werden, FeNi-Magnete sein, die NdFe11TiN-, Nd2Fe14B-, Sm2Fe17N3- oder L10-Kristalle aufweisen. Es ist anzumerken, dass Samarium-Kobalt-Magnete, wie beispielsweises SmCo5-, FePt-, Dy2Fe14B- oder CoPt-Magnete nicht verwendet werden können. Wenn Magnete, in denen eine hohe Js-Eigenschaft von Neodym ein wenig verloren geht, aber ein hoher Grad einer Koerzitivfeldstärke von Dy unter Verwendung der schweren Seltenen Erden Dysprosium, wie in homotopen Stoffen, wie beispielsweise Dy2Fe14B und Nd2Fe14B, sichergestellt ist, manchmal eine Beziehung von 2.15 T ≥ Js ≥ 1.2 T erfüllen, können sie in der Magneteinheit 42 verwendet werden. Ein derartiger Magnettyp wird nachstehend als [Nd1-xDyx]2Fe14B] bezeichnet. Ferner kann ein Magnet, der unterschiedliche Typen von Zusammensetzungen kontaktiert, anders ausgedrückt ein Magnet, der aus zwei oder mehr Typen von Materialien hergestellt wird, wie beispielsweise FeNi und Sm2Fe17N3, verwendet werden, um eine Beziehung von 2.15 T ≥ Js ≥ 1.2 T zu erfüllen. Ein Mischmagnet, der durch Hinzufügen einer kleinen Menge von beispielsweise Dy2Fe14B, bei dem Js < 1 T ist, zu einem Nd2Fe14B-Magneten, bei dem Js = 1.6T ist, gebildet wird, was bedeutet, dass Js ausreichend ist, um die Koerzitivfeldstärke zu verbessern, kann ebenso verwendet werden, um eine Beziehung von 2.15 T ≥ Js ≥ 1.2 T zu erfüllen.
Bei einer Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine bei einer Temperatur außerhalb eines Temperaturbereichs menschlicher Aktivitäten, der höher als beispielsweise 60°C ist, was beispielsweise Wüstentemperaturen überschreitet, in einem Passagierraum eines Fahrzeugs, in dem die Temperatur auf 80°C im Sommer ansteigen kann, beinhaltet der Magnet vorzugsweise FeNi- oder Sm2Fe17N3-Komponenten, die weniger temperaturabhängig sind. Der Grund hierfür ist, dass Motoreigenschaften in großem Umfang durch temperaturabhängige Faktoren hiervon in Motorbetrieben innerhalb eines Bereichs von näherungsweise -40°, was innerhalb eines Bereichs liegt, der durch Gesellschaften in Nordeuropa erfahren wird, bis 60°C oder mehr, was in einer Wüstenregion erfahren wird, oder bei 180 bis 240°C, was eine Wärmewiderstandstemperatur der Lackbeschichtung ist, geändert, was zu einer Schwierigkeit bei einem Erreichen eines erforderlichen Steuerungsbetriebs unter Verwendung der gleichen Motoransteuerungseinrichtung führt. Die Verwendung von FeNi, das die vorstehend beschriebenen L10-Kristalle beinhaltet, oder von Sm2Fe17N3-Magneten wird in einer Abnahme einer Belastung auf die Motoransteuerungseinrichtung resultieren, da zugehörige Eigenschaften temperaturabhängige Faktoren aufweisen, die kleiner als die Hälfte von denen von Nd2Fe14B-Magneten sind.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 62 konstruiert, die vorstehend beschriebene Magnetmischung zu verwenden, so dass eine Partikelgröße eines feinen Pulvers vor einer magnetischen Ausrichtung kleiner oder gleich 10 µm und größer oder gleich einer Größe von Einbereichsteilchen ist. Die Koerzitivfeldstärke eines Magneten wird üblicherweise vergrößert, indem die Größe von zugehörigen pulverisierten Partikeln auf einige wenige 100 nm verkleinert wird. In jüngster Zeit sind kleinstmögliche Partikel verwendet worden. Wenn die Partikel des Magneten zu klein sind, wird BHmax (das heißt das maximale Energieprodukt) des Magneten aufgrund einer Oxidation hiervon verkleinert. Es ist somit zu bevorzugen, dass die Partikelgröße des Magneten größer oder gleich der Größe der Einbereichsteilchen ist. Es ist bekannt, dass die Partikelgröße, die lediglich bis zu der Größe der Einbereichsteilchen geht, die Koerzitivfeldstärke des Magneten vergrößert. Die Partikelgröße, wie sie hier genannt wird, bezieht sich auf den Durchmesser oder die Größe von fein pulverisierten Partikeln in einem magnetischen Ausrichtungsbetrieb bei Produktionsvorgängen von Magneten.
Die Magneteinheit 42 umfasst einen ersten Magneten 91 und einen zweiten Magneten 92. Jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 der Magneteinheit 42 ist aus einem gesinterten Magneten gebildet, der geformt wird, indem ein magnetisches Pulver bei hohen Temperaturen gebrannt oder erhitzt wird und gepresst wird. Das Sintern wird erreicht, um die Bedingungen zu erfüllen, bei denen die Sättigungsmagnetisierung Js der Magneteinheit 42 1,2 T (Tesla) oder mehr beträgt, die Partikelgröße des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 10 µm oder weniger beträgt und Js × α größer oder gleich 1,0 T (Tesla) ist, wobei α ein Ausrichtungsverhältnis ist.
Jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 wird ebenso gesintert, um die nachstehend genannten Bedingungen zu erfüllen. Indem die magnetische Ausrichtung in dem magnetischen Ausrichtungsbetrieb in den Produktionsvorgängen des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 ausgeführt wird, weisen die ersten und zweiten Magneten 91 und 92 ein Ausrichtungsverhältnis auf, das zu der Definition einer Ausrichtung einer Magnetkraft in einem Magnetisierungsbetrieb für isotrope Magneten unterschiedlich ist. Die Magneteinheit 42 in diesem Ausführungsbeispiel ist ausgelegt, folgendes aufzuweisen:

(1) Die Sättigungsmagnetisierung Js ist größer oder gleich 1,2 T
(2) Das hohe Ausrichtungsverhältnis α jedes des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 erfüllt eine Beziehung von Jr ≥ Js × α ≥ 1.0T.

Das Ausrichtungsverhältnis beziehungsweise Orientierungsverhältnis α, wie es hier bezeichnet wird, ist in der nachstehend beschriebenen Art und Weise definiert.
Wenn jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 sechs leichte Magnetisierungsachsen aufweist, fünf der leichten Magnetisierungsachsen in die gleiche Richtung A10 ausgerichtet sind und die verbleibende eine der leichten Magnetisierungsachsen in die Richtung B10 ausgerichtet ist, die um 90 Grad zu der Richtung A10 abgewinkelt ist, dann ist eine Beziehung von α = 5/6 erfüllt.
Alternativ hierzu ist, wenn jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 sechs leichte Magnetisierungsachsen aufweist, fünf der leichten Magnetisierungsachsen in die gleiche Richtung A10 ausgerichtet sind und die verbleibende eine der leichten Magnetisierungsachsen in die Richtung B10 ausgerichtet ist, die bei 45 Grad zu der Richtung A10 abgewinkelt ist, dann eine Beziehung von α = (5 + 0,707)/6 erfüllt, da eine Komponente, die in die Richtung A10 ausgerichtet ist, durch cos45° = 0,707 ausgedrückt wird. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 in diesem Ausführungsbeispiel werden, wie es vorstehend beschrieben ist, unter Verwendung von Sintertechniken hergestellt, wobei sie jedoch auf eine andere Weise hergestellt werden können, solange die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann ein Verfahren zum Bilden eines MQ3-Magneten verwendet werden.
Dieses Ausführungsbeispiel verwendet Dauermagnete, von denen jeder magnetisch ausgerichtet ist, eine gesteuerte leichte Magnetisierungsachse hiervon aufzuweisen, wodurch es ermöglicht wird, dass eine Magnetkreislänge innerhalb des entsprechenden der Magnete länger ist als die innerhalb eines typischen linear ausgerichteten Magneten, der eine Magnetflussdichte von 1,0 T oder mehr erzeugt.
Anders ausgedrückt ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel, dass die Magnetkreislänge für ein Polpaar in den Magneten in diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Magneten erreicht wird, die ein kleineres Volumen aufweisen. Zusätzlich wird ein Bereich eines reversiblen Flussverlustes in den Magneten nicht verloren, wenn sie sehr hohen Temperaturen unterworfen werden, im Vergleich mit einer Verwendung von typischen linear ausgerichteten Magneten. Die Autoren oder Erfinder dieser Anmeldung haben herausgefunden, dass Eigenschaften, die ähnlich zu denen von anisotropen Magneten sind, auch bei einer Verwendung von Magneten gemäß dem Stand der Technik erhalten werden.
Die leichte Magnetisierungsachse stellt eine Kristallausrichtung dar, in der ein Kristall leicht in einem Magneten zu Magnetisieren ist. Die Ausrichtung der leichten Magnetisierungsachse in dem Magneten, wie sie hier bezeichnet wird, ist eine Richtung, in der ein Ausrichtungsverhältnis beziehungsweise Orientierungsverhältnis 50 % oder mehr ist, wobei das Orientierungsverhältnis den Grad, um den leichte Magnetisierungsachsen von Kristallen aufeinander ausgerichtet sind, oder eine Richtung eines Durchschnittswerte von magnetischen Ausrichtungen in dem Magneten angibt.
Die Magneteinheit 42 weist, wie es eindeutig in den 8 und 9 veranschaulicht ist, eine ringförmige Form auf und ist innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 (spezifisch radial innerhalb des Zylinders 43) angeordnet. Die Magneteinheit 42 ist mit den ersten Magneten 91 und den zweiten Magneten 92 ausgestattet, die jeder aus einem polaren anisotropen Magneten gebildet werden.
Jeder der ersten Magnete 91 und jeder der zweiten Magnete 92 unterscheidet sich bezüglich einer Polarität voneinander. Die ersten Magnete 91 und die zweiten Magnete 92 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 42 angeordnet. Jeder der ersten Magnete 91 ist konstruiert, einen Abschnitt aufzuweisen, der einen N-Pol nahe der Statorspule 91 erzeugt. Jeder der zweiten Magnete 92 ist konstruiert, einen Abschnitt aufzuweisen, der einen S-Pol nahe der Statorspule 91 erzeugt. Die ersten Magnete 91 und die zweiten Magnete 92 sind jeweils beispielsweise aus einem Seltene-Erde-Dauermagneten, wie beispielsweise einem Neodym-Magneten, hergestellt.
Jeder der Magnete 91 und 92 ist konstruiert, eine Richtung einer Magnetisierung (die nachstehend auch als eine Magnetisierungsrichtung bezeichnet wird) aufzuweisen, die sich in einer ringförmigen Form zwischen einer d-Achse (das heißt einer Direkt-Achse) und einer q-Achse (das heißt einer Quadratur-Achse) in einem bekannten d-q-Koordinatensystem erstreckt, wobei die d-Achse die Mitte eines Magnetpols darstellt und die q-Achse eine Magnetgrenze zwischen dem N-Pol und dem S-Pol darstellt, anders ausgedrückt, wo eine Magnetflussdichte null Tesla beträgt. In jedem der Magnete 91 und 92 ist die Magnetisierungsrichtung in der radialen Richtung der ringförmigen Magneteinheit 42 nahe bei der d-Achse ausgerichtet und ebenso in der Umfangsrichtung des ringförmigen Magneten 42 mehr an der q-Achse ausgerichtet.
Diese Gestaltung wird ebenso nachstehend ausführlich beschrieben.
Jeder der Magnete 91 und 92 umfasst, wie es in 9 gesehen werden kann, einen ersten Abschnitt 250 und zwei zweite Abschnitte 260, die auf entgegengesetzten Seiten des ersten Abschnitts 250 in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 42 angeordnet sind. Anders ausgedrückt ist der erste Abschnitt 250 näher an der d-Achse angeordnet, als es die zweiten Abschnitte 260 sind. Die zweiten Abschnitte 260 sind näher an der q-Achse angeordnet, als es der erste Abschnitt 250 ist. Die Richtung, in der die leichte Magnetisierungsachse 300 sich in dem ersten Abschnitt 250 erstreckt, ist paralleler zu der d-Achse als die Richtung ausgerichtet, in der die leichte Magnetisierungsachse 310 sich in den zweiten Abschnitten 260 erstreckt. Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 42 derart konstruiert, dass ein Winkel θ11, den die leichte Magnetisierungsachse 300 in dem ersten Abschnitt 250 mit der d-Achse bildet, ausgewählt wird, um kleiner als ein Winkel θ12 zu sein, den die leichte Magnetisierungsachse 310 in dem zweiten Abschnitt 260 mit der q-Achse bildet.
Genauer gesagt stellt, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (das heißt von einem Anker) in Richtung der Magneteinheit 42 auf der d-Achse als positiv definiert wird, der Winkel θ11 einen Winkel dar, den die leichte Magnetisierungsachse 300 mit der d-Achse bildet. Auf ähnliche Weise stellt, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (das heißt von einem Anker) in Richtung der Magneteinheit 42 auf der q-Achse als positiv definiert ist, der Winkel θ12 einen Winkel dar, den die leichte Magnetisierungsachse 310 mit der q-Achse bildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist jeder des Winkels θ11 und des Winkels θ12 eingestellt, um 90° oder weniger zu sein.
Jede der leichten Magnetisierungsachsen 300 und 310, wie sie hier bezeichnet sind, ist in der nachstehenden Art und Weise definiert. Wenn in jedem der Magnete 91 und 92 eine erste der leichten Magnetisierungsachsen in eine Richtung A11 ausgerichtet ist und eine zweite der leichten Magnetisierungsachsen in eine Richtung B11 ausgerichtet ist, ist ein Absolutwert eines Cosinus eines Winkels θ, den die Richtung A11 und die Richtung B11 miteinander bilden (das heißt |cos θ|) als die leichte Magnetisierungsachse 300 oder die leichte Magnetisierungsachse 310 definiert.
Die Magnete 91 unterscheiden sich in einer leichten Magnetisierungsachse von den Magneten 92 in Regionen nahe der d-Achse und der q-Achse. Spezifisch ist in der Region nahe der d-Achse die Richtung der leichten Magnetisierungsachse näherungsweise parallel zu der d-Achse ausgerichtet, während in der Region nahe der q-Achse die Richtung der leichten Magnetisierungsachse näherungsweise senkrecht zu der q-Achse ausgerichtet ist. Ringförmige Magnetpfade werden entsprechend den Richtungen der leichten Magnetisierungsachsen erzeugt. In jedem der Magnete 91 und 92 kann die leichte Magnetisierungsachse in der Region nahe der d-Achse parallel zu der d-Achse ausgerichtet sein, während die leichte Magnetisierungsachse in der Region nahe der q-Achse senkrecht zu der q-Achse ausgerichtet sein kann.
Jeder der Magnete 91 und 92 ist geformt, eine erste Umfangsoberfläche, die dem Stator 50 gegenüberliegt (das heißt eine untere Oberfläche, die in 9 betrachtet wird, die auch als eine statorseitige äußere Oberfläche bezeichnet wird), und eine zweite Umfangsoberfläche aufzuweisen, die der q-Achse in der Umfangsrichtung gegenüberliegt. Die ersten und zweiten Umfangsoberflächen fungieren als Magnetflusswirkungsoberflächen, in die und aus denen ein Magnetfluss fließt. Die Magnetpfade werden jeweils erzeugt, um sich zwischen den Magnetflusswirkungsoberflächen (das heißt zwischen der statorseitigen äußeren Oberfläche und der zweiten Umfangsoberfläche, die der q-Achse gegenüberliegt) zu erstrecken.
In der Magneteinheit 42 fließt ein Magnetfluss in einer ringförmigen Form zwischen jeweils benachbarten zwei der N-Pole und der S-Pole der Magnete 91 und 92, so dass jeder der Magnetpfade eine vergrößerte Länge im Vergleich beispielsweise mit radialen anisotropen Magneten aufweist. Eine Verteilung der Magnetflussdichte wird folglich eine Form ähnlich zu einer Sinuswelle zeigen, die in 17 veranschaulicht ist. Die vereinfacht eine Konzentration eines Magnetflusses um die Mitte des Magnetpols herum, anders als eine Verteilung einer Magnetflussdichte eines radialen anisotropen Magneten, die in 18 als ein Vergleichsbeispiel dargestellt ist, wodurch es ermöglicht wird, dass der Drehmomentgrad, der durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird, vergrößert wird. Es ist herausgefunden worden, dass die Magneteinheit 42 in diesem Ausführungsbeispiel die Verteilung der Magnetflussdichte aufweist, die sich von der eines typischen Halbach-Anordnungsmagneten unterscheidet. In den 17 und 18 gibt eine horizontale Achse den elektrischen Winkel an, während eine vertikale Achse die Magnetflussdichte angibt. 90° auf der horizontalen Achse stellen die d-Achse (das heißt die Mitte des Magnetpols) dar. 0° und 180° auf der horizontalen Achse stellen die q-Achse dar.
Dementsprechend fungiert die vorstehend beschriebene Struktur jedes der Magneten 91 und 92 dazu, den zugehörigen Magnet-Magnetfluss auf der d-Achse zu verbessern und eine Änderung in einem Magnetfluss nahe der q-Achse zu verringern. Dies ermöglicht es, dass die Magnete 91 und 92 erzeugt werden, die eine glatte Änderung in einem Oberflächenmagnetfluss von der q-Achse zu der d-Achse bei jedem Magnetpol aufweisen.
Der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz in der Verteilung der Magnetflussdichte wird vorzugsweise auf beispielsweise 40 % oder mehr eingestellt. Dies verbessert den Magnetflussbetrag um die Mitte eines Signalverlaufs der Verteilung der Magnetflussdichte im Vergleich mit einem radial ausgerichteten Magneten oder einem parallel ausgerichteten Magneten, bei dem der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz näherungsweise 30 % beträgt. Indem der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz auf 60 % oder mehr eingestellt wird, wird der Betrag des Magnetflusses um die Mitte des Signalverlaufs herum um Vergleich mit einer konzentrierten Magnetflussanordnung, wie beispielsweise der Halbach-Anordnung, verbessert.
In dem radialen aniostropen Magneten, der in 18 veranschaulicht ist, ändert sich die Magnetflussdichte scharf nahe der q-Achse. Je schärfer die Änderung in der Magnetflussdichte ist, desto mehr wird eine Wirbelstromerzeugung in der Statorspule 51 zunehmen. Der Magnetfluss nahe an der Statorspule 51 ändert sich ebenso scharf. Im Gegensatz dazu weist die Verteilung der Magnetflussdichte in diesem Ausführungsbeispiel einen Signalverlauf auf, der sich einer Sinuswelle annähert. Eine Änderung in der Magnetflussdichte nahe der q-Achse ist folglich kleiner als die in dem radialen anisotropen Magneten nahe der q-Achse. Dies minimiert die Erzeugung des Wirbelstroms.
Die Magneteinheit 42 erzeugt einen Magnetfluss, der senkrecht zu der Magnetflusswirkungsoberfläche 280 nahe dem Stator 50 ausgerichtet ist, nahe der d-Achse (das heißt der Mitte des Magnetpols) in jedem der Magnete 91 und 92. Ein derartiger Magnetfluss erstreckt sich in einer Bogenform weiter weg von der d-Achse, wenn er die Magnetflusswirkungsoberfläche 280 nahe dem Stator 50 verlässt. Je senkrechter zu der Magnetflusswirkungsoberfläche sich der Magnetfluss erstreckt, desto stärker ist der Magnetfluss. Die rotierende elektrische Maschine 10 in diesem Ausführungsbeispiel ist, wie es vorstehend beschrieben ist, ausgelegt, jede der Leitergruppen 81 zu formen, um eine verkleinerte Dicke in der radialen Richtung aufzuweisen, so dass die radiale Mitte jeder der Leitergruppen 81 nahe an der Magnetflusswirkungsoberfläche der Magneteinheit 42 angeordnet ist, wodurch verursacht wird, dass der starke Magnetfluss an den Stator 50 von dem Rotor 40 angelegt wird.
Der Stator 50 weist den zylindrischen Statorkern 52 auf, der radial innerhalb der Statorspule 51, das heißt auf der entgegengesetzten Seite der Statorspule 51 zu dem Rotor 40, angeordnet ist. Dies verursacht, dass der Magnetfluss, der sich von der Magnetflusswirkungsoberfläche jedes der Magneten 91 und 92 erstreckt, durch den Statorkern 52 angezogen wird, so dass er durch den Magnetpfad, der den Statorkern 52 teilweise umfasst, zirkuliert. Dies ermöglicht es, dass die Ausrichtung des Magnetflusses und der Magnetpfad optimiert werden.
Schritte zum Zusammenbauen der Lagereinheit 20, des Gehäuses 30, des Rotors 40, des Stators 50 und der Wechselrichtereinheit 60, die in 5 veranschaulicht sind, werden nachstehend als ein Produktionsverfahren der rotierenden elektrischen Maschine 10 beschrieben. Die Wechselrichtereinheit 60 ist, wie es in 6 veranschaulicht ist, mit der Einheitsbasis 61 und den elektrischen Komponenten 62 ausgestattet. Betriebsvorgänge, die Einbauvorgänge für die Einheitsbasis 61 und die elektrischen Komponenten 62 umfassen, werden beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung wird eine Baugruppe aus dem Stator 50 und der Wechselrichtereinheit 60 als eine erste Einheit bezeichnet. Eine Baugruppe aus der Lagereinheit 20, dem Gehäuse 30 und dem Rotor 40 wird als eine zweite Einheit bezeichnet.
Die Produktionsvorgänge umfassen:

einen ersten Schritt zum Einbauen der elektrischen Komponenten 62 radial innerhalb der Einheitsbasis 61;
einen zweiten Schritt zum Einbauen der Einheitsbasis 61 radial innerhalb des Stators 50, um die erste Einheit zu bilden;
einen dritten Schritt zum Einfügen des Anbringabschnitts 44 des Rotors 40 in die Lagereinheit 20, die in dem Gehäuse 30 eingebaut ist, um die zweite Einheit zu bilden;
einen vierten Schritt zum Einbauen der ersten Einheit radial innerhalb der zweiten Einheit; und
einen fünften Schritt zum Befestigen des Gehäuses 30 und der Einheitsbasis 61 aneinander. Die Reihenfolge, in der die vorstehend beschriebenen Schritte ausgeführt werden, ist der erste Schritt → der zweite Schritt → der dritte Schritt → der vierte Schritt → der fünfte Schritt.

In dem vorstehend beschriebenen Produktionsverfahren werden die Lagereinheit 20, das Gehäuse 30, der Rotor 40, der Stator 50 und die Wechselrichtereinheit 60 als eine Vielzahl von Unterbaugruppen zusammengebaut, wobei die Unterbaugruppen zusammengebaut werden, wodurch eine Handhabung hiervon und ein Erreichen einer Endinspektion jeder Unterbaugruppe vereinfacht werden. Dies ermöglicht es, dass eine effiziente Montagelinie etabliert wird, wobei es somit eine Mehrfachproduktproduktionsplanung vereinfacht.
In dem ersten Schritt wird ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf zumindest eine der radialen Innenseite der Einheitsbasis 61 und der radialen Außenseite der elektrischen Komponenten 62 aufgebracht oder angeheftet. Nachfolgend können die elektrischen Komponenten an die Einheitsbasis 61 angebracht werden. Dies erreicht eine effektive Übertragung von Wärme, wenn sie durch die Halbleitermodule 66 erzeugt wird, zu der Einheitsbasis 61.
In dem dritten Schritt kann ein Einfügebetrieb für den Rotor 40 erreicht werden, wobei das Gehäuse 30 und der Rotor 40 koaxial zueinander angeordnet werden. Spezifisch werden das Gehäuse 30 und der Rotor 40 montiert, während ein Element aus dem Gehäuse 30 und dem Rotor 40 entlang einem Montagegestellt gleitet, das die Außenumfangsoberfläche des Rotors 40 (das heißt die Außenumfangsoberfläche der Magnethalteeinrichtung 41) oder die Innenumfangsoberfläche des Rotors 40 (das heißt die Innenumfangsoberfläche der Magneteinheit 42) in Bezug auf beispielsweise die Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 30 positioniert. Dies erreicht die Montage von schwergewichtigen Teilen ohne Ausüben einer unausgeglichenen Belastung auf die Lagereinheit 20. Dies resultiert in einer Verbesserung der Zuverlässigkeit im Betrieb der Lagereinheit 20.
In dem vierten Schritt können die erste Einheit und die zweite Einheit eingebaut werden, während sie koaxial zueinander platziert sind. Spezifisch werden die erste Einheit und die zweite Einheit eingebaut, während eine aus der ersten Einheit und der zweiten Einheit entlang einem Montagegestell gleitet, das die Innenumfangsoberfläche der Einheitsbasis 61 in Bezug auf beispielsweise die Innenumfangsoberflächen des Rotors 40 und des Anbringabschnitts 44 positioniert. Dies erreicht den Einbau der ersten und zweiten Einheiten ohne eine physikalische Störung dazwischen innerhalb eines kleinen Freiraums zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50, wodurch ein Schadensrisiko, das durch den Einbau verursacht wird, wie beispielsweise eine physikalische Beschädigung bei der Statorspule 51 oder eine Beschädigung bei den Dauermagneten, beseitigt wird.
Die vorstehend beschriebenen Schritte können alternativ hierzu als der zweite Schritt → der dritte Schritt → der vierte Schritt → der fünfte Schritt → der erste Schritt geplant werden. In dieser Reihenfolge werden die empfindlichen elektrischen Komponenten 62 abschließend eingebaut, wodurch eine Belastung bei den elektrischen Komponenten in den Einbauvorgängen minimiert wird.
Die Struktur eines Steuerungssystems zur Steuerung eines Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 wird nachstehend beschrieben. 19 zeigt ein elektrisches Schaltungsdiagramm des Steuerungssystems für die rotierende elektrische Maschine 10. 20 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das Steuerungsschritte veranschaulicht, die durch die Steuerungseinrichtung 110 ausgeführt werden.
19 veranschaulicht zwei Sätze von Drei-Phasen-Wicklungen 51a und 51b. Die Drei-Phasen-Wicklungen 51a umfassen eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung. Die Drei-Phasen-Wicklungen 51b umfassen eine X-Phasen-Wicklung, eine Y-Phasen-Wicklung und eine Z-Phasen-Wicklung.
Der erste Wechselrichter 101 und der zweite Wechselrichter 102 sind als elektrische Leistungsumwandlungseinrichtungen für die Drei-Phasen-Wicklungen 51a und 51b jeweils bereitgestellt. Die Wechselrichter 101 und 102 sind aus Brückenschaltungen gebildet mit so vielen oberen und unteren Armen, wie es Phasenwicklungen gibt. Der Strom, der zu den Phasenwicklungen der Statorspule 51 geliefert wird, wird durch ein Einschalten oder Ausschalten von Schaltern (das heißt Halbleiterschaltern), die bei den oberen und unteren Armen angebracht sind, reguliert.
Die Gleichstromleistungszufuhr beziehungsweise dc-Leistungszufuhr 103 und der Glättungskondensator 104 sind parallel zu den Wechselrichtern 101 und 102 geschaltet. Die Gleichstromleistungszufuhr 103 wird beispielsweise aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen gebildet. Die Schalter der Wechselrichter 101 und 102 entsprechen den Halbleitermodulen 66 in 1. Der Kondensator 104 entspricht dem Kondensatormodul 68 in 1.
Die Steuerungseinrichtung 110 ist mit einem Mikrocomputer ausgestattet, der aus einer CPU und Speichern gebildet ist, und arbeitet, um eine Steuerung einer Energieversorgung auszuführen, indem die Schalter der Wechselrichter 101 und 102 unter Verwendung mehrerer Typen von gemessenen Informationen, die in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemessen werden, oder von Anforderungen für eine Motorbetriebsart oder eine Generatorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Die Steuerungseinrichtung 110 entspricht der Steuerungsvorrichtung 77, die in 6 gezeigt ist.
Die gemessenen Informationen bezüglich der rotierenden elektrischen Maschine 10 umfassen beispielsweise eine Winkelposition (das heißt einen elektrischen Winkel) des Rotors 40, die durch einen Winkelpositionssensor gemessen wird, wie beispielsweise ein Drehmelder, eine Leistungszufuhrspannung (das heißt eine Spannung, die in die Wechselrichter eingegeben wird), die durch einen Spannungssensor gemessen wird, und einen elektrischen Strom, der zu jeder der Phasenwicklungen geliefert wird, wie er durch einen Stromsensor gemessen wird. Die Steuerungseinrichtung 110 erzeugt ein Betriebssignal, um jeden der Schalter der Wechselrichter 101 und 102 zu betreiben, und gibt es aus. Eine Anforderung für eine elektrische Leistungserzeugung ist eine Anforderung für ein Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine 10 in einer regenerativen Betriebsart, beispielsweise in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird.
Der erste Wechselrichter 101 ist mit einem in Reihe geschalteten Teil ausgestattet, der aus einem Oberarmschalter Sp und einem Unterarmschalter Sn für jede der Drei-Phasen-Wicklungen: die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen Wicklung gebildet wird. Die Oberarmschalter Sp sind mit Hochpotentialanschlüssen hiervon mit einem positiven Anschluss der Gleichstromleistungszufuhr 103 verbunden. Die Unterarmschalter Sn sind bei Niedrigpotentialanschlüssen hiervon mit einem negativen Anschluss (das heißt mit Masse) der Gleichstromleistungszufuhr 103 verbunden. Zwischenverbindungen der Oberarmschalter Sp und der Unterarmschalter Sn sind mit Enden der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung verbunden. Die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung sind in der Form einer Sternverbindung (das heißt einer Y-Verbindung) verbunden. Die anderen Enden der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung sind miteinander bei einem Neutralpunkt verbunden.
Der zweite Wechselrichter 102 ist wie der erste Wechselrichter 101 mit einem in Reihe geschalteten Teil ausgestattet, der aus einem Oberarmschalter Sp und einem Unterarmschalter Sn für jede der Drei-Phasen-Wicklungen: der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung, gebildet wird. Die Oberarmschalter Sp sind bei Hochpotentialanschlüssen hiervon mit dem positiven Anschluss der Gleichstromleistungszufuhr 103 verbunden. Die Unterarmschalter Sn sind bei Niedrigpotentialanschlüssen hiervon mit dem negativen Anschluss (das heißt Masse) der Gleichstromleistungszufuhr 103 verbunden. Zwischenverbindungen der Oberarmschalter Sp und der Unterarmschalter Sn sind mit Enden der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung verbunden. Die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung sind in der Form einer Sternverbindung (das heißt einer Y-Verbindung) verbunden. Die anderen Enden der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung sind miteinander bei einem Neutralpunkt verbunden.
20 veranschaulicht einen Stromregelungsbetrieb zur Steuerung von elektrischen Strömen, die zu der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung geliefert werden, und einen Stromregelungsbetrieb, um elektrische Ströme zu steuern, die zu der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung geliefert werden. Der Steuerungsbetrieb für die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung wird zuerst beschrieben.
In 20 verwendet eine Strombefehlsbestimmungseinrichtung 111 eine Drehmoment-dq-Abbildung, um Strombefehlswerte für die d-Achse und die q-Achse unter Verwendung eines Drehmomentbefehlswerts in der Motorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 zu bestimmen (was auch als ein Motorbetriebsartdrehmomentbefehlswert bezeichnet wird), einen Drehmomentbefehlswert in der Generatorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 (was als eine Generatorbetriebsartdrehmomentbefehlswert bezeichnet wird) und eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω, die hergeleitet wird, indem ein elektrischer Winkel θ in Bezug auf die Zeit differenziert wird. Die Strombefehlsbestimmungseinrichtung 111 wird zwischen den U-, V- und W-Phasen-Wicklungen sowie den X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen geteilt. Der Generatorbetriebsartdrehmomentbefehlswert ist ein Regeneratives-DrehmomentBefehlswert in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle eines Fahrzeugs verwendet wird.
Eine d-q-Umwandlungseinrichtung 112 arbeitet, um Ströme (das heißt Drei-Phasen-Ströme), die durch Stromsensoren gemessen werden, die für die jeweiligen Phasenwicklungen angebracht sind, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom umzuwandeln, die Komponenten in einem zweidimensionalen rotierenden Kartesischen Koordinatensystem sind, in dem eine d-Achse als eine Richtung einer Achse eines Magnetfelds oder eine Feldrichtung definiert ist.
Die d-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 113 bestimmt eine Befehlsspannung für die d-Achse als eine manipulierte Variable, um den d-Achsen-Strom in Übereinstimmung mit dem Strombefehlswert für die d-Achse in einer Regelungsbetriebsart zu bringen.
Eine q-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 114 bestimmt eine Befehlsspannung für die q-Achse als eine manipulierte Variable, um den q-Achsen-Strom in Übereinstimmung mit dem Strombefehlswert für die q-Achse in einer Regelungsbetriebsart zu bringen. Die Regelungsvorrichtungen 113 und 114 berechnen die Befehlsspannung als eine Funktion einer Abweichung jedes des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms von einem entsprechenden der Strombefehlswerte unter Verwendung von PI-Regelungstechniken.
Eine Drei-Phasen-Umwandlungseinrichtung 115 arbeitet, um die Befehlswerte für die d-Achse und die q-Achse in Befehlswerte für die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Wicklungen umzuwandeln. Jede der Vorrichtungen 111 bis 115 ist als ein Regler konstruiert, um einen Regelungsbetrieb für einen Grundstrom in der d-q-Transformationstheorie auszuführen. Die Befehlsspannungen für die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Wicklungen sind Regelungswerte.
Eine Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 116 verwendet den bekannten Dreieckwellenträgervergleich, um Betätigungssignale für den ersten Wechselrichter 101 als eine Funktion der Drei-Phasen-Befehlsspannungen zu erzeugen. Spezifisch arbeitet die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 116, um Schalterbetätigungssignale (das heißt Betriebszeitsignale) für die oberen und unteren Arme für die Drei-Phasen-Wicklungen (das heißt die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Wicklungen) unter einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Pegeln von Signalen zu erzeugen, die hergeleitet werden, indem die Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungszufuhrspannung mit einem Pegel eines Trägersignals, wie beispielsweise eines Dreieckwellensignals, normalisiert werden.
Die gleiche Struktur wie die vorstehend beschriebene ist für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen bereitgestellt.
Eine d-q-Umwandlungseinrichtung 122 arbeitet, um Ströme (das heißt Drei-Phasen-Ströme), die durch Stromsensoren gemessen werden, die für die jeweiligen Phasenwicklungen angebracht sind, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom umzuwandeln, die Komponenten in dem zweidimensionalen rotierenden Kartesischen Koordinatensystem sind, in dem die d-Achse als die Richtung der Achse des Magnetfelds definiert ist.
Eine d-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 123 bestimmt eine Befehlsspannung für die d-Achse.
Eine q-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 124 bestimmt eine Befehlsspannung für die q-Achse.
Eine Drei-Phasen-Umwandlungseinrichtung 125 arbeitet, um die Befehlswerte für die d-Achse und die q-Achse in Befehlswerte für die X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Wicklungen umzuwandeln.
Eine Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 126 erzeugt Betätigungssignale für den zweiten Wechselrichter 102 als eine Funktion der Drei-Phasen-Befehlsspannungen .
Spezifisch arbeitet die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 126, um Schalterbetätigungssignale (das heißt Betriebszeitsignale) für die oberen und unteren Arme für die Drei-Phasen-Wicklungen (das heißt die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen) auf der Grundlage eines Vergleichs von Pegeln von Signalen zu erzeugen, die hergeleitet werden, indem die Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungszufuhrspannung mit einem Pegel eines Trägersignals, wie beispielsweise eines Dreieckwellensignals, normalisiert werden.
Eine Ansteuerungseinrichtung 117 arbeitet, um die Schalter Sp und Sn in den Wechselrichtern 101 und 102 in Reaktion auf die Schalterbetätigungssignale, die durch die Betätigungssignalerzeugungseinrichtungen 116 und 126 erzeugt werden, ein- oder auszuschalten.
Nachfolgend wird ein Drehmomentregelungsbetrieb beschrieben. Dieser Betrieb dient dazu, eine Ausgabe der rotierenden elektrischen Maschine 10 zu vergrößern und einen Drehmomentverlust in der rotierenden elektrischen Maschine 10 beispielsweise bei einem Hochgeschwindigkeits- und Hochausgabebereich zu verringern, wobei Ausgabespannungen aus den Wechselrichtern 101 und 102 ansteigen. Die Steuerungseinrichtung 110 wählt einen aus dem Drehmomentregelungsbetrieb und dem Stromregelungsbetrieb aus und führt den ausgewählten als eine Funktion einer Betriebsbedingung der rotierenden elektrischen Maschine 10 aus.
21 zeigt den Drehmomentregelungsbetrieb für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen und den Drehmomentregelungsbetrieb für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen. In 21 beziehen sich die gleichen Bezugszeichen wie die, die in 20 eingesetzt werden, auf die gleichen Teile, wobei eine ausführliche Erklärung hiervon weggelassen wird. Der Steuerungsbetrieb für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen wird zuerst beschrieben.
Eine Spannungsamplitudenberechnungseinrichtung 127 arbeitet, um einen Spannungsamplitudenbefehl, der ein Befehlswert eines Grads eines Spannungsvektors ist, als eine Funktion des Motorbetriebsartdrehmomentbefehlswerts oder des Generatorbetriebsartdrehmomentbefehlswerts für die rotierende elektrische Maschine 10 und der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die hergeleitet wird, indem der elektrische Winkel θ in Bezug auf die Zeit differenziert wird, zu berechnen.
Eine Drehmomentberechnungseinrichtung 128a arbeitet, um einen Drehmomentwert in der U-Phase, der V-Phase oder der W-Phase als eine Funktion des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 112 umgewandelt sind, zu schätzen. Die Drehmomentberechnungseinrichtung 128a kann ausgelegt sein, den Spannungsamplitudenbefehl unter Verwendung einer Abbildung zu berechnen, die Beziehungen zwischen dem d-Achsen-Strom, dem q-Achsen-Strom und dem Spannungsamplitudenbefehl auflistet.
Eine Drehmomentregelungseinrichtung 129a berechnet einen Spannungsphasenbefehl, der ein Befehlswert für eine Phase des Spannungsvektors ist, als eine manipulierte Variable, um den geschätzten Drehmomentwert in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebsartdrehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsartdrehmomentbefehlswert in der Regelungsbetriebsart zu bringen. Spezifisch berechnet die Drehmomentregelungseinrichtung 129a den Spannungsphasenbefehl als eine Funktion einer Abweichung des geschätzten Drehmomentwerts von dem Motorbetriebsartdrehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsartdrehmomentbefehlswert unter Verwendung von PI-Regelungstechniken .
Eine Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 130a arbeitet, um das Betätigungssignal für den ersten Wechselrichter 101 unter Verwendung des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen. Spezifisch berechnet die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 130a die Befehlswerte für die Drei-Phasen-Wicklungen auf der Grundlage des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ, wobei sie dann Umschaltbetätigungssignale für die oberen und unteren Arme der Drei-Phasen-Wicklungen mittels einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Pegeln von Signalen erzeugt, die hergeleitet werden, indem die Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungszufuhrspannung mit einem Pegel eines Trägersignals, wie beispielsweise eines Dreieckwellensignals, normalisiert werden.
Die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 130a kann alternativ hierzu ausgelegt sein, die Umschaltbetätigungssignale unter Verwendung von Impulsmusterinformationen, die Abbildungsinformationen bezüglich Beziehungen zwischen dem Spannungsamplitudenbefehl, dem Spannungsphasenbefehl, dem elektrischen Winkel θ und dem Umschaltbetätigungssignal sind, des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen.
Die gleiche Struktur wie die vorstehend beschriebene ist für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen bereitgestellt. Eine Drehmomentberechnungseinrichtung 128b arbeitet, um einen Drehmomentwert in der X-Phase, der Y-Phase oder der Z-Phase als eine Funktion des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 122 umgewandelt sind, zu schätzen.
Eine Drehmomentregelungseinrichtung 129b berechnet einen Spannungsphasenbefehl als eine manipulierte Variable, um den geschätzten Drehmomentwert in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebsartdrehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsartdrehmomentbefehlswert in der Regelungsbetriebsart zu bringen. Spezifisch berechnet die Drehmomentregelungseinrichtung 129b den Spannungsphasenbefehl als eine Funktion einer Abweichung des geschätzten Drehmomentwerts von dem Motorbetriebsartdrehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsartdrehmomentbefehlswert unter Verwendung von PI-Regelungstechniken .
Eine Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 130b arbeitet, um das Betätigungssignal für den zweiten Wechselrichter 102 unter Verwendung des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen. Spezifisch berechnet die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 130b die Befehlswerte für die Drei-Phasen-Wicklungen auf der Grundlage des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ, wobei sie dann die Umschaltbetätigungssignale für die oberen und unteren Arme für die Drei-Phasen-Wicklungen mittels einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Pegeln von Signalen erzeugt, die hergeleitet werden, indem die Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungszufuhrspannung mit einem Pegel eines Trägersignals, wie beispielsweise eines Dreieckwellensignals, normalisiert werden. Die Ansteuerungseinrichtung 117 arbeitet dann, um die Schalter Sp und Sn für die Drei-Phasen-Wicklungen der Wechselrichter 101 und 102 in Reaktion auf die Umschaltbetätigungssignale, die durch die Betätigungssignalerzeugungseinrichtungen 130a und 130b hergeleitet werden, ein- oder auszuschalten.
Die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 130b kann alternativ hierzu ausgelegt sein, die Umschaltbetätigungssignale unter Verwendung von Impulsmusterinformationen, die Abbildungsinformationen bezüglich Beziehungen zwischen dem Spannungsamplitudenbefehl, dem Spannungsphasenbefehl, dem elektrischen Winkel θ und dem Umschaltbetätigungssignal sind, des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist eine Möglichkeit auf, dass eine Erzeugung eines axialen Stroms in einer elektrischen Erosion in dem Lager 21 oder 22 resultieren kann. Beispielsweise kann, wenn die Statorspule 51 in Reaktion auf die Umschaltbetätigung angeregt oder ausgeschaltet wird, eine kleine Umschaltzeitlücke (das heißt ein Umschaltungleichgewicht) auftreten, wodurch eine Verschlechterung des Magnetflusses die Folge ist, was zu der elektrischen Erosion in den Lagern 21 und 22 führen kann, die die Drehwelle 11 halten. Die Verschlechterung des Magnetflusses, die von der Induktivität des Stators 50 abhängt, kann eine elektromotorische Kraft erzeugen, die in die axiale Richtung ausgerichtet ist, was in einen dielektrischen Durchschlag in dem Lager 21 oder 22 resultieren kann, wobei die elektrische Erosion entwickelt wird.
Um die elektrische Erosion zu vermeiden, ist dieses Ausführungsbeispiel konstruiert, drei Maßnahmen zu ergreifen, wie es nachstehend beschrieben ist.
Die erste Erosionsvermeidungsmaßnahme ist, die Induktivität zu verringern, indem der Stator 50 ausgelegt wird, eine kernfreie Struktur aufzuweisen und ebenso den Magnetfluss in der Magneteinheit 42 zu formen, um glatt zu sein, um die elektrische Erosion zu minimieren.
Die zweite Erosionsvermeidungsmaßnahme ist, die Drehwelle in einer freitragenden Form zu halten, um die elektrische Erosion zu minimieren.
Die dritte Erosionsvermeidungsmaßnahme ist, die ringförmige Statorspule 51 und den Statorkern 52 unter Verwendung von Formungstechniken, die ein Formmaterial verwenden, zu vereinigen, um die elektrische Erosion zu minimieren. Die ersten bis dritten Erosionsvermeidungsmaßnahmen werden nachstehend ausführlich beschrieben.
In der ersten Erosionsvermeidungsmaßnahme ist der Stator 50 ausgelegt, keine Zähne in Lücken zwischen den Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung aufzuweisen. Die Dichtungselemente 57, die aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sind, sind in den Lücken zwischen den Leitergruppen 81 anstelle von Zähnen (Eisenkernen) angeordnet (siehe 10). Dies resultiert in einer Verkleinerung der Induktivität des Stators 50, wodurch die Störung des Magnetflusses, die durch die Umschaltzeitlücke verursacht wird, die bei einer Anregung der Statorspule 51 auftritt, minimiert wird, um die elektrische Erosion in den Lagern 21 und 22 zu verringern. Die Induktivität auf der d-Achse ist vorzugsweise kleiner als die auf der q-Achse.
Zusätzlich ist jeder der Magnete 91 und 92 magnetisch ausgerichtet, um eine leichte Magnetisierungsachse aufzuweisen, die nahe der d-Achse ausgerichtet ist, um paralleler zu der d-Achse als die nahe der q-Achse zu sein (siehe 9). Dies verstärkt den Magnetfluss auf der d-Achse, wodurch eine glatte Änderung in dem Oberflächenmagnetfluss (das heißt eine Zunahme oder Abnahme in dem Magnetfluss) von der q-Achse zu der d-Achse bei jedem Magnetpol der Magnete 91 und 92 die Folge ist. Dies minimiert eine plötzliche Spannungsänderung, die aus dem Umschaltungleichgewicht entsteht, um die elektrische Erosion zu vermeiden.
In der zweiten Erosionsvermeidungsmaßnahme ist die rotierende elektrische Maschine 10 ausgelegt, die Lager 21 und 22 aufzuweisen, die entfernt von der axialen Mitte des Rotors 40 in Richtung zu einem der Enden des Rotors 40, die entgegengesetzt zueinander in der axialen Richtung hiervon sind, angeordnet sind (siehe 2). Dies minimiert das Risiko der elektrischen Erosion im Vergleich mit einem Fall, bei dem eine Vielzahl von Lagern außerhalb von axialen Enden eines Rotors angeordnet sind. Anders ausgedrückt resultiert in der Struktur, in der der Rotor Enden aufweist, die durch die Lager gehalten werden, eine Erzeugung eines Hochfrequenzmagnetflusses in eine Erzeugung eines geschlossenen Kreises, der durch den Rotor, den Stator und die Lager sich erstreckt (die axial außerhalb des Rotors angeordnet sind). Dies führt zu einer Möglichkeit, dass der axiale Strom in der elektrischen Erosion in den Lagern resultieren kann. Im Gegensatz dazu wird der Rotor 40 durch die Vielzahl von Lagern 21 und 22 in der freitragenden Form gehalten, sodass der vorstehend genannte geschlossene Kreis nicht auftritt, wodurch die elektrische Erosion in den Lagern 21 und 22 minimiert wird.
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen einseitigen Gestaltung der Lager 21 und 22 weist die rotierende elektrische Maschine 10 ebenso die nachstehend beschriebene Struktur auf. In der Magnethalteeinrichtung 41 ist der Zwischenabschnitt 45, der sich in der radialen Richtung des Rotors 40 erstreckt, mit der Kontaktvermeidungseinrichtung ausgestattet, die sich axial erstreckt, um einen physikalischen Kontakt mit dem Stator 50 zu vermeiden (siehe 2). Dies ermöglicht, dass ein geschlossener Kreis, durch den der axiale Strom durch die Magnethalteeinrichtung 41 fließt, verlängert wird, um den zugehörigen Widerstand zu vergrößern. Dies minimiert das Risiko der elektrischen Erosion der Lager 21 und 22.
Die Halteeinrichtung 23 der Lagereinheit20 ist an dem Gehäuse 30 befestigt und auf einer axialen Endseite des Rotors 40 angeordnet, während das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 (das heißt eine Statorhalteeinrichtung) miteinander bei dem anderen axialen Ende des Rotors 40 verbunden sind (siehe 2). Diese Anordnungen erreichen in geeigneter Weise die Struktur, bei der die Lager 21 und 22 lediglich bei dem einen Ende der Länge der Drehwelle 11 angeordnet sind.
Zusätzlich ist die Einheitsbasis 61 mit der Drehwelle 11 durch das Gehäuse 30 verbunden, sodass die Einheitsbasis 61 elektrisch entfernt von der Drehwelle 11 angeordnet ist. Ein isolierendes Element, wie beispielsweise Harz beziehungsweise Kunststoff, kann zwischen der Einheitsbasis 61 und dem Gehäuse 30 angeordnet werden, um die Einheitsbasis 61 und die Drehwelle 11 elektrisch weiter entfernt voneinander zu platzieren. Dies minimiert ebenso das Risiko der elektrischen Erosion der Lager 21 und 22.
Die einseitige Gestaltung der Lager 21 und 22 in der rotierenden elektrischen Maschine 10 in diesem Ausführungsbeispiel verkleinert die axiale Spannung, die an die Lager 21 und 22 angelegt wird, und verkleinert ebenso die Potentialdifferenz zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50. Eine Verkleinerung der Potentialdifferenz, die an die Lager 21 und 22 angelegt wird, wird somit ohne Verwendung eines leitfähigen Schmiermittels in den Lagern 21 und 22 erreicht. Das leitfähige Schmiermittel beinhaltet üblicherweise feine Partikel, wie beispielsweise Kohlenstoffpartikel, wobei es somit zu einem Risiko einer Erzeugung eines akustischen Geräusches führt. Um das vorstehend genannte Problem abzumildern, verwendet dieses Ausführungsbeispiel ein nicht leitfähiges Schmiermittel in den Lagern 21 und 22, um das akustische Geräusch in den Lagern 21 und 22 zu minimieren. Beispielsweise ist es in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 mit einem elektrischen Fahrzeug verwendet wird, üblicherweise erforderlich, eine Maßnahme zu ergreifen, um das akustische Geräusch zu beseitigen. Dieses Ausführungsbeispiel ist in der Lage, in geeigneter Weise eine derartige Maßnahme zu ergreifen.
In der dritten Erosionsvermeidungsmaßnahme sind die Statorspule 51 und der Statorkern 52 unter Verwendung eines Formmaterials beziehungsweise Gussmaterials miteinander vereinigt, um einen Positionsfehler der Statorspule 51 in dem Stator 50 zu minimieren (siehe 11). Die rotierende elektrische Maschine 10 in diesem Ausführungsbeispiel ist ausgelegt, keine Leiter-zu-Leiter-Elemente (beispielsweise Zähne) zwischen den Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung der Statorspule 51 angeordnet sind, aufzuweisen, was somit zu einer Befürchtung bezüglich des Positionsfehlers oder einer Fehlausrichtung der Statorspule 51 führt. Die Fehlausrichtung des Leiters der Statorspule 51 kann minimiert werden, indem die Statorspule 51 und der Statorkern 52 in der Form vereinigt werden. Dies beseitigt Risiken der Störung des Magnetflusses, die von der Fehlausrichtung der Statorspule 51 entsteht, und der elektrischen Erosion in den Lagern 21 und 22, die von der Störung des Magnetflusses entsteht.
Die Einheitsbasis 61, die als ein Gehäuse dient, um den Statorkern 52 fest zu fixieren, ist aus kohlenstofffaserverstärktem Plastik (CFRP) hergestellt, wodurch eine elektrische Entladung zu der Einheitsbasis 61 im Vergleich mit einem Fall, wenn die Einheitsbasis 61 aus Aluminium hergestellt ist, minimiert wird, wodurch die elektrische Erosion vermieden wird.
Eine zusätzliche Erosionsvermeidungsmaßnahme kann getroffen werden, indem zumindest einer des äußeren Laufrings 25 und des inneren Laufrings 26 jedes der Lager 21 und 22 unter Verwendung eines keramischen Materials hergestellt wird, oder indem alternativ hierzu eine isolierende Hülle außerhalb des äußeren Laufrings 25 eingebaut wird.
Andere Ausführungsbeispiele werden nachstehend hinsichtlich Unterschiede zwischen ihnen selbst und dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
In diesem Ausführungsbeispiel ist die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 des Rotors 40 verändert und wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Magneteinheit 42 ist, wie es eindeutig in den 22 und 23 veranschaulicht ist, unter Verwendung einer Magnetanordnung hergestellt, die als eine Halbach-Anordnung bezeichnet wird.
Spezifisch ist die Magneteinheit 42 mit den ersten Magneten 131 und den zweiten Magneten 132 ausgestattet. Die ersten Magnete 131 weisen eine Magnetisierungsrichtung (das heißt eine Ausrichtung eines Magnetisierungsvektors hiervon) auf, die in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist. Die zweiten Magnete 132 weisen eine Magnetisierungsrichtung (das heißt eine Ausrichtung des zugehörigen Magnetisierungsvektors) auf, die in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist. Die ersten Magnete 131 sind bei einem vorgegebenen Intervall entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete 132 ist zwischen den ersten Magneten 131 angeordnet, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die ersten Magnete 131 und die zweiten Magnete 132 werden jeweils durch einen Seltene-Erde-Dauermagneten implementiert, wie beispielsweise einem Neodym-Magneten.
Die ersten Magnete 131 sind entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet, um N-Pole und S-Pole aufzuweisen, die in radial inneren Abschnitten hiervon erzeugt werden und dem Stator 50 gegenüberliegen. Die N-Pole und die S-Pole sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Die zweiten Magnete 132 sind angeordnet, N-Pole und S-Pole, die abwechselnd benachbart zu den ersten Magneten 131 in der Umfangsrichtung angeordnet sind, aufzuweisen. Der Zylinder 43, der die Magnete 131 und 132 umgibt, kann als ein weichmagnetischer Kern gebildet sein, der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, wobei er als ein rückwärtiger Kern fungiert. Die Magneteinheit 42 in diesem Ausführungsbeispiel ist ausgelegt, eine leichte Magnetisierungsachse aufzuweisen, die in der gleichen Art und Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf die d-Achse und die q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem ausgerichtet ist.
Die Magnetelemente 133, die alle aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sind, sind radial außerhalb der ersten Magnete 131, anders ausgedrückt nahe an dem Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 angeordnet. Jedes der Magnetelemente 133 kann aus einem magnetischen Stahlblech, weichem Eisen oder einem Massekernmaterial hergestellt sein. Jedes der Magnetelemente 133 weist eine Länge auf, die identisch zu der des ersten Magneten 131 (insbesondere eine Länge eines Außenumfangs des ersten Magneten 131) in der Umfangsrichtung ist. Eine Baugruppe, die auf jedem der ersten Magnete 131 und einem entsprechenden der Magnetelemente 133 gebildet wird, weist eine Dicke auf, die identisch zu der des zweiten Magneten 132 in der radialen Richtung ist. Anders ausgedrückt weist jeder der ersten Magnete 131 eine Dicke auf, die um die des Magnetelements 133 in der radialen Richtung kleiner ist als die des zweiten Magneten 132. Die Magnete 131 und 132 und die Magnetelemente 133 sind fest aneinander befestigt, beispielsweise durch ein Haftmittel. In der Magneteinheit 42 blickt die radiale Außenseite der ersten Magnete 131 weg von dem Stator 50. Die Magnetelemente 133 sind auf der zu dem Stator 50 entgegengesetzten Seite der ersten Magnete 131 in der radialen Richtung (das heißt weiter weg von dem Stator 50) angeordnet.
Jedes der Magnetelemente 133 weist die Führungsnase 134 in einer konvexen Form auf, die bei dem zugehörigen Außenumfang ausgebildet ist und radial nach außen von dem Magnetelement 133 herausragt, anders ausgedrückt in den Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 ragt. Der Zylinder 43 weist die Führungsnasennuten 135 auf, die in einer Innenumfangsoberfläche hiervon in einer konkaven Form ausgebildet sind und in die die Führungsnasen 134 der Magnetelemente 133 gepasst werden. Die herausragende Form der Führungsnasen 134 ist profiliert, um mit der vertieften Form der Führungsnasennuten 135 übereinzustimmen. Es werden so viele von den Führungsnasennuten 135 wie Führungsnasen 134 der Magnetelemente 133 ausgebildet. Der Eingriff zwischen den Führungsnasen 134 und den Führungsnasennuten 135 dient dazu, eine Fehlausrichtung oder eine Positionsabweichung der ersten Magnete 131, der zweiten Magnete 132 und der Magnethalteeinrichtung 41 in der Umfangsrichtung (das heißt einer Drehrichtung) zu beseitigen. Die Führungsnasen 134 und die Führungsnasennuten 135 (das heißt Konvexitäten und Konkavitäten) können entweder auf den Zylindern 43 der Magnethalteeinrichtung 41 oder in den Magnetelementen 133 jeweils ausgebildet werden. Spezifisch können die Magnetelemente 133 die Führungsnasennuten 135 in dem zugehörigen Außenumfang aufweisen, während der Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 die Führungsnasen 134 aufweisen kann, die auf dem zugehörigen Innenumfang ausgebildet sind.
Die Magneteinheit 42 weist die ersten Magnete 131 und die zweiten Magnete 132 abwechselnd angeordnet auf, um die Magnetflussdichte in den ersten Magneten 131 zu vergrößern. Dies resultiert in einer Konzentration des Magnetflusses auf einer Oberfläche der Magneteinheit 42, um den Magnetfluss nahe dem Stator 50 zu verbessern.
Die Gestaltung der Magnetelemente 133, die radial außerhalb der ersten Magnete 131 angeordnet sind, anders ausgedrückt weiter entfernt von dem Stator 50 sind, verringert eine teilweise magnetische Sättigung, die radial außerhalb der ersten Magnete 131 auftritt, wodurch ein Risiko einer Entmagnetisierung in den ersten Magneten 131 abgemildert wird, das aus der magnetischen Sättigung entsteht. Dies resultiert in einer Vergrößerung der Magnetkraft, die durch die Magneteinheit 42 erzeugt wird. Anders ausgedrückt wird die Magneteinheit 42 in diesem Ausführungsbeispiel so betrachtet, dass sie Abschnitte aufweist, die üblicherweise der Entmagnetisierung unterworfen sind und mit den Magnetelementen 133 ersetzt werden.
Die 24(a) und 24(b) zeigen Veranschaulichungen, die ein Fließen eines Magnetflusses in der Magneteinheit 42 darstellen. 42(a) veranschaulicht eine herkömmliche Struktur, in der die Magneteinheit 42 nicht mit den Magnetelementen 133 ausgestattet ist. 42(b) veranschaulicht die Struktur in diesem Ausführungsbeispiel, in dem die Magneteinheit 42 mit den Magnetelementen 133 ausgestattet ist. Die 24(a) und 24(b) sind linear entwickelte Darstellungen des Zylinders 43 der Magnethalteeinrichtung 41 und der Magneteinheit 42. Untere Seiten der 24(a) und 24(b) sind nahe an dem Stator 50, während zugehörige obere Seiten weiter weg von dem Stator 50 sind.
In der Struktur, die in 24(a) gezeigt ist, sind eine Magnetflusswirkungsoberfläche jedes der ersten Magnete 131 und eine Seitenoberfläche jedes der zweiten Magnete 132 in Kontakt mit der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 43 platziert. Eine Magnetflusswirkungsoberfläche jedes der zweiten Magnete 132 ist in Kontakt mit der Seitenoberfläche von einem der ersten Magnete 131 platziert. Eine derartige Gestaltung verursacht, dass ein kombinierter Magnetfluss in dem Zylinder 43 erzeugt wird. Der kombinierte Magnetfluss wird aus einem Magnetfluss F1, der außerhalb des zweiten Magneten 132 hindurchgeht und dann in die Oberfläche des ersten Magneten 131, die den Zylinder 43 kontaktiert, eindringt, und einem Magnetfluss gebildet, der im Wesentlichen parallel zu dem Zylinder 43 fließt und einen Magnetfluss F2 anzieht, der durch den zweiten Magneten 132 erzeugt wird. Dies führt zu einer Möglichkeit, dass die magnetische Sättigung nahe der Oberfläche eines Kontakts zwischen dem ersten Magneten 131 und dem zweiten Magneten 132 in dem Zylinder 43 auftreten kann.
In der Struktur in 24(b), in der jedes der Magnetelemente 133 zwischen der Magnetflusswirkungsoberfläche des ersten Magneten 131 und dem Innenumfang des Zylinders 43 weiter weg von dem Stator 50 angeordnet ist, wird es erlaubt, dass der Magnetfluss durch das Magnetelement 133 hindurchgeht. Dies minimiert die magnetische Sättigung in dem Zylinder 43 und vergrößert einen Widerstand gegen die Entmagnetisierung.
Die Struktur in 24(b) fungiert, anders als 24(a), um den Magnetfluss F2 zu beseitigen, der die magnetische Sättigung vereinfacht. Dies verbessert auf effektive Weise die Permeanz in der Gesamtheit des Magnetkreises, wodurch die Stabilität von Eigenschaften des Magnetkreises unter einer erhöhten Temperatur sichergestellt wird.
Im Vergleich mit radialen Magneten, die in herkömmlich SPM-Rotoren verwendet werden, weist die Struktur in 24(b) eine vergrößerte Länge des Magnetpfades auf, der durch den Magneten hindurchgeht. Dies resultiert in einem Anstieg der Permeanz des Magneten, was die Magnetkraft verbessert, um das Drehmoment zu vergrößern. Ferner konzentriert sich der Magnetfluss auf die Mitte der d-Achse, wodurch der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz vergrößert wird. Insbesondere kann die Vergrößerung in dem Drehmoment auf effektive Weise erreicht werden, indem der Signalverlauf des Stroms auf eine Sinus- oder Trapezwelle unter einer PWM-Steuerung oder unter Verwendung von 120°-Anregungsumschalt-ICs geformt wird.
In einem Fall, in dem der Statorkern 52 aus magnetischen Stahlblechen hergestellt ist, ist die Dicke des Statorkerns 52 in der zugehörigen radialen Richtung vorzugsweise die Hälfte oder größer als die Hälfte der Dicke der Magneteinheit 42 in der radialen Richtung. Beispielsweise ist es zu bevorzugen, dass die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung größer als die Hälfte der Dicke des ersten Magneten 131 ist, der bei der Pol-zu-Pol-Mitte in der Magneteinheit 42 angeordnet ist. Es ist ebenso zu bevorzugen, dass die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung kleiner ist als die der Magneteinheit 42. In diesem Fall ist ein Magnet-Magnetfluss näherungsweise 1T, während die Sättigungsmagnetflussdichte in dem Statorkern 52 2T ist. Das Lecken eines Magnetflusses nach innerhalb des Innenumfangs des Statorkerns 52 wird vermieden, indem die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung ausgewählt wird, um größer als die Hälfte von der der Magneteinheit 42 zu sein.
Magnete, die eingerichtet sind, die Halbach-Struktur oder die polare anisotrope Struktur aufzuweisen, weisen üblicherweise einen bogenförmigen Magnetpfad auf, sodass der Magnetfluss proportional zu einer Dicke von einem der Magnete, der einen Magnetfluss in der Umfangsrichtung handhabt, vergrößert werden kann. In einer derartigen Struktur wird der Magnetfluss, der durch den Statorkern 52 fließt, so betrachtet, dass er den Magnetfluss, der in der Umfangsrichtung fließt, nicht überschreitet. Anders ausgedrückt kann, wenn der Magnetfluss, der durch die Magnete erzeugt wird, 1T ist, während eisenhaltiges Metall, dessen Sättigungsmagnetflussdichte 2T beträgt, verwendet wird, um den Statorkern 52 herzustellen, eine leichtgewichtige und kompakte elektrische rotierende Maschine erzeugt werden, indem die Dicke des Statorkerns 52 ausgewählt wird, um größer als die Hälfte von der der Magnete zu sein. Das Entmagnetisierungsfeld wird üblicherweise durch den Stator 50 bei dem Magnetfeld angewendet, das durch die Magnete erzeugt wird, sodass der Magnetfluss, der durch die Magnete erzeugt wird, 0,9 T oder weniger sein wird. Die magnetische Permeabilität des Statorkerns kann folglich in geeigneter Weise gehalten werden, indem die Dicke des Statorkerns ausgewählt wird, um die Hälfte von der der Magnete zu sein.
DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 des Rotors 40 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich mit der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verändert, wobei die veränderte polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Die Magneteinheit 42 ist, wie es eindeutig in den 25 und 26 veranschaulicht ist, unter Verwendung einer Magnetanordnung gebildet, die als eine Halbach-Anordnung bezeichnet wird.
Spezifisch ist die Magneteinheit 42 mit ersten Magneten 1131 und zweiten Magneten 1132 ausgestattet. Die ersten Magnete 1131 weisen eine Magnetisierungsrichtung (das heißt eine Ausrichtung eines zugehörigen Magnetisierungsvektors) auf, die in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist. Die zweiten Magnete 1132 weisen eine Magnetisierungsrichtung (das heißt eine Ausrichtung des zugehörigen Magnetisierungsvektors) auf, die in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist.
Jeder der ersten Magnete 1131 weist die leichte Magnetisierungsachse auf, die in einer entsprechenden radialen Richtung ausgerichtet ist, sodass jeder der ersten Magnete 1131 einen radialen Magnetpfad aufweist, der in die zugehörige leichte Magnetisierungsachse gerichtet ist. Auf ähnliche Weise weist jeder der zweiten Magnete 1132 die leichte Magnetisierungsachse auf, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet ist, sodass jeder der zweiten Magnete 1132 einen Umfangsmagnetpfad aufweist, der in die zugehörige leichte Magnetisierungsachse gerichtet ist.
Die ersten Magnete 1131 der Magneteinheit 42 sind bei einem vorgegebenen Intervall entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete 1132 der Magneteinheit 42 ist zwischen den ersten Magneten 1131 angeordnet, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die ersten Magnete 1131 und die zweiten Magnete 1132 sind jeweils durch einen Seltene-Erde-Dauermagneten, wie beispielsweise einem Neodym-Magneten, implementiert.
Die ersten Magnete 1131 sind entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet, um N-Pole und S-Pole aufzuweisen, die in zugehörigen radial inneren Abschnitten erzeugt werden und dem Stator 50 gegenüberliegen. Die N-Pole und die S-Pole sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Die zweiten Magnete 1132 sind angeordnet, um N-Pole und S-Pole aufzuweisen, die abwechselnd benachbart zu den ersten Magneten 1131 in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Zylinder 43, der die Magnete 1131 und 1132 umgibt, kann als ein weichmagnetischer Kern ausgebildet sein, der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist und der als ein rückwärtiger Kern fungiert.
Die ersten Magnete 1131 und 1132, die abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um die Magneteinheit 42 zu bilden, vergrößern die Magnetflussdichte in den ersten Magneten 1131. Dies resultiert in einer Konzentration des Magnetflusses auf eine Oberfläche der Magneteinheit 42, um den Magnetfluss nahe bei dem Stator 50 zu verbessern.
Die Gestaltung der umfänglich abwechselnden ersten und zweiten Magnete 1131 und 1132 ermöglicht es, dass die Magneteinheit 42 eine näherungsweise sinusförmige Magnetflussdichteverteilung aufweist, was es ermöglicht, einen höheren Drehmomentpegel, einen kleineren Wirbelstromverlust und kleinere Drehmomentwelligkeiten zu erreichen; dieser Wirbelstromverlust kann von einer allmählichen Magnetflussänderung der Magneteinheit 42 resultieren.
Die Gestaltung der umfänglich abwechselnden ersten und zweiten Magnete 1131 und 1132 kann verursachen, dass es wahrscheinlich ist, dass ein Magnetfluss von einer von dem Stator weiter entfernt liegenden Seite der Magneteinheit 42, das heißt dem Anker, leckt. Um sich mit einem derartigen Lecken zu befassen, kann ein ringförmiger Zylinder 43, der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, vorzugsweise bei der weiter von dem Stator entfernt liegenden Seite der Magneteinheit 42 angebracht werden, sodass der ringförmige Zylinder 43 radial auf der Magneteinheit 42 gestapelt wird.
Der Zylinder 43, der auf die Magneteinheit 42 zu stapeln ist, weist vorzugsweise eine radiale Dicke auf, die so dünn wie möglich ist, für eine kleine Größe der rotierenden elektrischen Maschine 10 und/oder für ein großes Volumen einer radial innen liegenden Region des Rotors 40. Eine übermäßig dünne Dicke des Zylinders 43 kann jedoch in einem Magnetflusslecken von der gestapelten Struktur der Magneteinheit 42 und des Zylinders 43 resultieren.
Die Magnete 1131 und 1132, die abwechselnd an der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 43 in der Umfangsrichtung befestigt sind, verursachen Zentrifugalkräfte, die individuell von den jeweiligen Magneten 1131 und 1132 erzeugt werden, während sich der Rotor 40 dreht. Anders ausgedrückt werden die Zentrifugalkräfte, die individuell von den jeweiligen Magneten 1131 und 1132 erzeugt werden, auf den Zylinder 43 aufgebracht, während sich der Rotor 40 dreht.
Wenn die rotierende elektrische Maschine 10 bei einem Fahrzeug angewendet wird, kann eine Vibration beziehungsweise Schwingung der Magnete 1131 und 1132 aufgrund einer Vibration beziehungsweise Schwingung des Fahrzeugs, das auf einer holprigen Straße fährt, verursachen, dass jeder der Magnete 1131 und 1132 eine entsprechende Kraft auf den Zylinder 43 aufbringt.
Der Zylinder 43 muss somit in geeigneter Weise gegen die vorstehend genannten externen Kräfte, die von den jeweiligen Magneten 1131 und 1132 aufgebracht werden, in geeigneter Weise vorbelastet beziehungsweise vorgespannt sein. Das heißt, eine übermäßig dünne Dicke des Zylinders 41 kann möglicherweise die Stärke verkleinern, sodass der Zylinder 43 möglicherweise wahrscheinlich einer Scherung unterliegen kann.
Von diesem Standpunkt aus sind die ersten Magneten 1131 und der Zylinder 43 konfiguriert, die nachstehend genannten ersten und zweiten Bedingungen zu erfüllen.
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Restflussdichte der Magneteinheit 42, das heißt jedes der ersten Magnete 1131 als Br bezeichnet, wobei die Sättigungsmagnetflussdichte als Bsc bezeichnet werden wird. In dem dritten Ausführungsbeispiel weist jeder erste Magnete 1131 eine zu dem Stator nähere Peripherieoberfläche (das heißt eine nähere Umfangsoberfläche) sowie eine weiter von dem Stator weg liegende Peripherieoberfläche (das heißt eine weiter weg liegende Umfangsoberfläche) 1131a auf, wobei die weiter von dem Stator weg liegende Umfangsoberfläche 1131a, die als eine Gegenstatorumfangsoberfläche 1131a bezeichnet wird, eine Entfernung in der Umfangsrichtung aufweist; die Entfernung wird als Ma bezeichnet.
Der Zylinder 43 weist eine Dicke in der radialen Richtung auf; die Dicke wird als Wsc bezeichnet. Jeder erste Magnet 1131 weist eine Scherbeanspruchung (das heißt eine Bruchfestigkeit) in der radialen Richtung auf, die als Tr bezeichnet wird, wobei der Zylinder 43 eine Scherbeanspruchung (das heißt eine Bruchfestigkeit) in der radialen Richtung aufweist, die als Ts bezeichnet wird.
Die erste Bedingung ist, dass jeder erste Magnet 1131 und der Zylinder 43 eine Beziehung von Br × Ma ≤ Bsc × Wsc für eine Verringerung eines Magnetflussleckens erfüllt.
Beispielsweise wird, wenn die effektive Magnetflussdichte der Magneteinheit 42 (genauer gesagt jedes ersten Magneten 1311) 1,0 T ist und die Sättigungsmagnetflussdichte des Zylinders 43 2,0 T ist, ein Wert der Dicke Wsc bestimmt, um die Beziehung von Ma/2 ≤ Wsc zu erfüllen. Das heißt, ein Wert der Dicke Wsc wird eingestellt, um größer oder gleich der Hälfte der Entfernung Ma der Gegenstatorumfangsoberfläche 1131a in der Umfangsrichtung des ersten Magneten 1131 zu sein.
Neodym-Magnete oder SS-FeNi-Magnete werden derzeit als einen höchsten Wert 1,6 T der Sättigungsmagnetflussdichte Js aufweisend betrachtet, wobei verfügbare Magnete einen Wert der Sättigungsmagnetflussdichte von innerhalb nicht mehr als dem Bereich von 1,0 bis 1,5 T einschließlich aufweisen. Auch wenn rotierende elektrische Maschinen oder Linearmotoren entworfen werden, um nicht teure Magnete zu verwenden, oder entworfen werden, um eine große Anzahl von Magneten zu verwenden, wird vorausgesagt, dass sie innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 1,0 T liegen, da sie Herstellungstoleranzen und/oder einen kontaktfreien Luftspalt aufweisen, der ihre Bewegung ermöglicht. Zusätzlich weisen nicht ausgerichtete magnetische Stahlbleche einen Wert der Sättigungsmagnetflussdichte innerhalb des Bereichs von 1,8 bis 1,9 T auf, wobei Stahlbleche, wie beispielsweise SUY, einen Wert von 2,2 T der Sättigungsmagnetflussdichte aufweisen.
Aus den vorstehend genannten Gründen verhindern normalerweise jeder erste Magnet 1131 und der Zylinder 43, die ausgelegt sind, die Beziehung von Ma/2 ≤ Wsc zu erfüllen, ein Magnetflusslecken.
Die zweite Bedingung ist, dass jeder erste Magnet 1131 und der Zylinder 43 die Beziehung von Tr x Ma < Ts x Wsc für ein Veranlassen des Zylinders 43, eine geeignete Stärke aufzuweisen, erfüllen.
Beispielsweise wird, wenn die Scherbeanspruchung des ersten Magneten 1131 in der radialen Richtung 60 MPa ist und die Scherbeanspruchung des Zylinders 43 in der radialen Richtung 240 MPa ist, ein Wert der Dicke Wsc bestimmt, die Beziehung von Ma/4 ≤ Wsc zu erfüllen. Das heißt, ein Wert der Dicke Wsc wird eingestellt, um länger als ein Viertel der Entfernung Ma der Gegenstatorumfangsoberfläche 1131a in der Umfangsrichtung des ersten Magneten 1131 zu sein.
Beispielsweise wird die Dicke Wsc des Zylinders 43 eingestellt, um größer oder gleich der Hälfte der Entfernung Ma der Gegenstatorumfangsoberfläche 1131a in der Umfangsrichtung des ersten Magneten 1131 zu sein, wodurch es ermöglicht wird, die ersten und zweiten Bedingungen zu erfüllen.
Diese Einstellung der Dicke Wsc des Zylinders 43 ermöglicht, dass die Dicke des Rotors 40 dünner wird, während ein Magnetflusslecken in geeigneter Weise verringert wird. Diese Einstellung der Dicke Wsc des Zylinders 43 ermöglicht ebenso, dass die ersten Magnete 1131 und der Zylinder 43 eine geeignete Stärke aufweisen, während die Dicke des Rotors 40 dünner wird, wodurch es ermöglicht wird, die Magnete 1131 und 1132 zuverlässig zu halten.
Die Magnete 1131 und 1132 der Zylinder 43 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können ausgelegt sein, die ersten und zweiten Bedingungen zu erfüllen.
VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Die polare anisotrope Struktur einer Magneteinheit 1042 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu der Magneteinheit 42 gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele verändert, wobei die veränderte polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 1042 nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Die Magneteinheit 1042 des vierten Ausführungsbeispiels ist, wie es in 27 veranschaulicht ist, radial außerhalb des Stators 50 angeordnet, um dem Stator 50 gegenüberzuliegen, was ähnlich zu der Magneteinheit 42 gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist. Wie die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die Magneteinheit 1042 bei der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 43 befestigt.
Die Magneteinheit 1042 ist, wie es in den 27 und 28 veranschaulicht ist, unter Verwendung einer Magnetanordnung hergestellt, die als eine Halbach-Anordnung bezeichnet wird.
Spezifisch umfasst die Magneteinheit 1042 erste Magnete 1010 und zweite Magnete 1020. Jeder der ersten Magnete 1010 weist lineare erste Magnetisierungsvektoren auf, wobei jeder der zweiten Magnete 1020 zweite Magnetisierungsvektoren aufweist. Jeder der ersten Magnetisierungsvektoren weist eine vorgegebene Ausrichtung auf, wobei jeder der zweiten Magnetisierungsvektoren eine vorgegebene Ausrichtung aufweist, die zu der Ausrichtung jedes der ersten Magnetisierungsvektoren unterschiedlich ist.
Das heißt, jeder erste Magnetisierungsvektor der ersten Magnete 1010 ist ausgerichtet, um näher an der entsprechenden radialen Richtung zu sein als jeder zweite Magnetisierungsvektor der zweiten Magnete 1020. Jeder zweite Magnetisierungsvektor der zweiten Magnete 1020 ist ausgerichtet, um näher an der Umfangsrichtung zu sein als der erste Magnetisierungsvektor.
Die ersten Magnete 1010 sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete 1020 ist zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete 1010 in der Umfangsrichtung angeordnet.
Die ersten Magnete 1010 und die zweiten Magnete 1020 des vierten Ausführungsbeispiels sind in der Form eines Bogens in der Umfangsrichtung des Rotors 400 derart angeordnet, dass eines der Umfangsenden jedes ersten Magneten 1010 an ein benachbartes der Umfangsenden eines entsprechenden benachbarten zweiten Magneten 1020 anstößt. Das heißt, die ersten Magnete 1010 und die zweiten Magnete 1020 sind abwechselnd ohne Lücken dazwischen angeordnet, sodass die Magneteinheit 1042 ringförmig, das heißt konzentrisch in Bezug auf den Rotor 40 angeordnet ist.
Jeder der bogenförmigen ersten Magnete 1010 weist die entsprechende d-Achse, die die Mitte des entsprechenden Magnetpols darstellt, bei der zugehörigen Mitte in der Umfangsrichtung auf. Jeder der bogenförmigen zweiten Magnete 1020 weist die entsprechende q-Achse, die eine entsprechende Magnetpolgrenze darstellt, bei der zugehörigen Mitte in der Umfangsrichtung auf.
Nachstehend werden die ersten und zweiten Magnetisierungsvektoren der ersten und zweiten Magnete 1010 und 1020 beschrieben.
Zuerst werden nachstehend eine Gesamtausrichtung der ersten Magnetisierungsvektoren und eine Gesamtausrichtung der zweiten Magnetisierungsvektoren beschrieben.
Die ersten Magnete 1010 jedes umfänglich benachbarten Paars weisen unterschiedliche Gesamtausrichtungen, das heißt entgegengesetzte Gesamtausrichtungen der ersten Magnetisierungsvektoren auf. Spezifisch können die ersten Magnete 1010 des vierten Ausführungsbeispiels in zwei Gruppen kategorisiert werden:

Die ersten Magnete 1010, die in die erste Gruppe kategorisiert werden, von denen jeder die ersten Magnetisierungsvektoren aufweist, die von einer Gegenstatorumfangsoberflächenseite zu der Statorseite, das heißt in die radial innen liegende Richtung ausgerichtet sind, werden auch als erste A-Magnete 1011 bezeichnet. Im Gegensatz dazu werden die ersten Magnete 1010, die in die zweite Gruppe kategorisiert werden, von denen jeder die ersten Magnetisierungsvektoren aufweist, die von der Statorseite zu der Gegenstatorumfangsoberflächenseite ausgerichtet sind, auch als erste B-Magnete 1012 bezeichnet.

Auf ähnliche Weise weisen die zweiten Magnete 1020 jedes umfänglich benachbarten Paars unterschiedliche Ausrichtungen, das heißt entgegengesetzte Ausrichtungen der zweiten Magnetisierungsvektoren auf. Jeder der zweiten Magnetisierungsvektoren der zweiten Magnete 1020 ist ausgerichtet, um von einem entsprechenden benachbarten ersten B-Magneten 1012 zu einem entsprechenden benachbarten ersten A-Magneten 1010 zu fließen. Die zweiten Magnete 1020 des vierten Ausführungsbeispiels können in zwei Gruppen kategorisiert werden:

Die zweiten Magnete 1020, die in die erste Gruppe kategorisiert sind, von denen jeder die zweiten Magnetisierungsvektoren aufweist, die in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn in 28 ausgerichtet sind, werden auch als zweite A-Magnete 1021 bezeichnet. Im Gegensatz dazu werden die zweiten Magnete 1020, die in die zweite Gruppe kategorisiert werden, von denen jeder die zweiten Magnetisierungsvektoren aufweist, die in einer Richtung im Uhrzeigersinn in 28 ausgerichtet sind, auch als zweite B-Magnete 1022 bezeichnet.

Als Nächstes werden nachstehend die die individuellen Richtungen der ersten Magnetisierungsvektoren der ersten Magnete 1010 und die individuellen Richtungen der zweiten Magnetisierungsvektoren der zweiten Magneten 1020 ausführlich beschrieben.
Die ersten Magnetisierungsvektoren jedes ersten A-Magneten 1011, die durch die entsprechenden Umfangspositionen des ersten A-Magneten 1011 hindurchgehen, sind in die entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen gerichtet.
Das heißt, die ersten Magnetisierungsvektoren jedes ersten A-Magneten 1011 erstrecken sich radial in die entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen durch die Mittelachse des Rotors 40. Anders ausgedrückt ist jeder der ersten A-Magnete 1011 als ein radial ausgerichteter Magnet konfiguriert, der magnetische Ausrichtungen in Bezug auf die Mittelachse des Rotors 40 aufweist. Dies resultiert darin, dass der erste Magnetisierungsvektor des ersten A-Magneten 1011 durch die d-Achse als die Mitte des entsprechenden Magnetpols hindurchgeht, wobei er parallel zu der d-Achse ist. Im Gegensatz dazu resultiert dies darin, dass die ersten Magnetisierungsvektoren des ersten A-Magneten 1011 weiter in Richtung der d-Achse geneigt sind, wenn die ersten Magnetisierungsvektoren weiter von der d-Achse entfernt sind.
Auf ähnliche Weise sind die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes ersten B-Magneten 1012, die durch entsprechende Umfangspositionen des zweiten A-Magneten 1012 hindurchgehen, in die entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen gerichtet. Das heißt, die ersten Magnetisierungsvektoren jedes ersten B-Magneten 1012 erstrecken sich radial in die entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen durch die Mittelachse des Rotors 40. Anders ausgedrückt ist jeder der ersten B-Magneten 1012 als ein radial ausgerichteter Magnet konfiguriert, der magnetische Ausrichtungen in Bezug auf die Mittelachse des Rotors 40 aufweist. Dies resultiert darin, dass der erste Magnetisierungsvektor des ersten B-Magneten 1020 durch die d-Achse als die Mitte des entsprechenden Magnetpols hindurchgeht, wobei er parallel zu der d-Achse ist.
Im Gegensatz dazu resultiert dies darin, dass die ersten Magnetisierungsvektoren des ersten B-Magneten 1012 weiter weg von der d-Achse geneigt sind, wenn die ersten Magnetisierungsvektoren weiter von der d-Achse entfernt angeordnet sind.
Die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes zweiten Magneten 1020 sind senkrecht zu der q-Achse gerichtet. Das heißt, jeder der zweiten Magnete 1020 ist als ein parallel ausgerichteter Magnet konfiguriert, der magnetische Ausrichtungen aufweist, die jeweils parallel zu der Richtung sind, die senkrecht zu der entsprechenden q-Achse ist. Dies resultiert darin, dass die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes zweiten Magneten 1020 nicht orthogonal und geneigt zu einer Anstoßoberfläche 1023 sind, die an den entsprechenden benachbarten ersten Magneten 1010 anstößt. Beispielsweise sind die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes zweiten Magneten 1020 zu der Anstoßoberfläche 1023 um einen Winkel θ101 geneigt.
Das heißt, die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes zweiten Magneten 1020 sind zu einer Normalenlinie zu der Anstoßoberfläche 1023 um den Winkel θ101 geneigt, um radial außen weiter weg von dem Stator liegend zu sein. Zusätzlich sind die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes zweiten Magneten 1020 zu einer Anstoßoberfläche 1024 geneigt, die an den entsprechenden benachbarten ersten B-Magneten 1012 anstößt, um radial innen näher an dem Stator zu sein.
Nachstehend wird ausführlich beschrieben, wie die ersten und zweiten Magnetisierungsvektoren zu konfigurieren sind.
Jeder der ersten Magnete 1010 weist leichte Magnetisierungsachsen auf, die in die entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen ausgerichtet sind, wobei er folglich Magnetpfade aufweist, die auf die entsprechenden leichten Magnetisierungsachsen ausgerichtet sind.
Die Magnetpfade, die auf die jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen in jedem ersten A-Magneten 1010 ausgerichtet sind, ermöglichen, dass Magnetisierungsvektoren in Richtung der radial nach innen gerichteten Richtung, das heißt zu der Statorseite ausgerichtet sind; jeder der Magnetisierungsvektoren stellt die Richtung der Magnetisierung dar. Die Magnetpfade, die auf die jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen in jedem ersten B-Magneten 1012 ausgerichtet sind, ermöglichen, dass Magnetisierungsvektoren in Richtung auf die radial nach außen gerichtete Richtung, das heißt die Gegenstatorseite ausgerichtet werden; jeder der Magnetisierungsvektoren stellt die Richtung der Magnetisierung dar.
Jeder der zweiten Magnete 1020 weist leichte Magnetisierungsachsen auf, die ausgerichtet sind, um senkrecht zu der entsprechenden q-Achse zu sein, wobei er folglich Magnetpfade aufweist, die auf die jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen ausgerichtet sind.
Die Magnetpfade, die auf die jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen in jedem zweiten A-Magneten 1021 ausgerichtet sind, ermöglichen, dass Magnetisierungsvektoren in Richtung gegen den Uhrzeigersinn, das heißt in Richtung des jeweiligen benachbarten ersten A-Magneten 1011 ausgerichtet werden. Die Magnetpfade, die entlang der jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen in jedem zweiten B-Magneten 1022 ausgebildet sind, ermöglichen, dass Magnetisierungsvektoren in Richtung des Uhrzeigersinns, das heißt zu dem entsprechenden benachbarten ersten A-Magneten 1011 ausgerichtet werden.
29 veranschaulicht als ein Vergleichsbeispiel eine Magneteinheit 2042, die umfasst

1. Erste Magnete 2010, von denen jeder Magnetisierungsvektoren aufweist, die parallel zu der entsprechenden d-Achse sind,
2. Zweite Magnete 2020, von denen jeder Magnetisierungsvektoren aufweist, die senkrecht zu der entsprechenden q-Achse sind.

Die anderen Informationsteile über die Magneteinheit 2042, wie beispielsweise die Form und Anordnung der Magneteinheit 2042, sind identisch zu denen bezüglich der Magneteinheit 1042.
Die Magnetisierungsvektoren bei jedem Umfangsende des ersten Magneten 2010 entsprechend dem Vergleichsbeispiel sind in Richtung der entsprechenden benachbarten zweiten Magnetseite, das heißt umfänglich nach außen in Bezug auf die entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen mit jeweiligen Winkeln θ102 geneigt. 30(a) zeigt eine Entwicklungsdarstellung des ersten Magneten 2010, die linear ausgeweitet ist. Die Magnetisierungsvektoren bei jedem Umfangsende des ersten Magneten 2010, wie sie in 30(a) veranschaulicht sind, sind mehr in Richtung der entsprechenden benachbarten zweiten Magnetseite, das heißt zu der radial außen liegenden Richtung geneigt, wenn sie näher bei dem entsprechenden Umfangsende sind. Dies kann es für den Magnetfluss des ersten Magneten 2010 schwierig machen, zu der entsprechenden d-Achse zu konvergieren, was in einer Verringerung in dem Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz der Magnetflussdichteverteilung des ersten Magneten 2010 resultiert (siehe eine gestrichelte Kurve in 31).
Im Gegensatz dazu sind die Magnetisierungsvektoren bei jedem Umfangsende des ersten Magneten 1010 der Magneteinheit 1042 entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel parallel zu den entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen. 30(b) zeigt eine Entwicklungsdarstellung des ersten A-Magneten 1011, die linear ausgeweitet ist. Der Magnetisierungsvektor bei einer beliebigen Umfangsposition des ersten A-Magneten 1011 ist, wie es in 30(b) veranschaulicht ist, parallel zu der entsprechenden radialen Richtung. Dies macht es folglich für den Magnetfluss des ersten A-Magneten 1011 einfacher, zu der entsprechenden d-Achse zu konvergieren, was darin resultiert, dass der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz der Magnetflussdichteverteilung des ersten Magneten 2010 höher ist (siehe eine durchgezogene Kurve in 31).
Das vorstehend beschriebene vierte Ausführungsbeispiel weist die nachstehend genannten Vorteile auf:

Die ersten Magnete 1010 sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet, wobei jeder der zweiten Magnete 1020 zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete 1010 in der Umfangsrichtung angeordnet ist. In dieser Anordnung würde es, wenn lineare Magnetisierungsvektoren (das heißt zugehörige Magnetisierungsrichtungen) nach der entsprechenden d-Achse ausgerichtet wären, um eine parallele magnetisierte Ausrichtung bereitzustellen, wie es in 29 als das Vergleichsbeispiel veranschaulicht ist, diese Ausrichtung für den Magnetfluss schwierig machen, zu der entsprechenden d-Achse zu konvergieren. Diese Schwierigkeit bezüglich einer Konvergenz des Magnetflusses auf die entsprechende d-Achse wird ausgeprägter, wenn der Rotor 40 angeordnet ist, um radial weiter innen zu dem Stator 50 zu sein. Diese Schwierigkeit bezüglich einer Konvergenz des Magnetflusses auf die entsprechende d-Achse wird ebenso weiter ausgeprägt, wenn die Anzahl von Magnetpolen des Rotors 40 niedriger ist, sodass der Durchmesser des Rotors 40 kleiner ist.

Von diesem Standpunkt aus sind die Magnetisierungsvektoren des ersten Magneten 1010 jeweils entlang den entsprechenden radialen Richtungen ausgerichtet, um eine radiale magnetisierte Ausrichtung bereitzustellen. Dies macht es für die Magnetflussdichte einfacher, zu der entsprechenden d-Achse-Seite zu konvergieren, obwohl die ersten und zweiten Magnete 1010 und 1020, von denen jeder lineare Magnetisierungsvektoren aufweist, verwendet werden, was darin resultiert, dass die Magnetflussdichteverteilung jedes der ersten und zweiten Magnete 1010 und 1020 näher an einem sinusförmigen Signalverlauf ist. Dies verringert folglich eine Drehmomentwelligkeit und ein Ruckeldrehmoment, die Erzeugung eines Wirbelstroms und einen Wirbelstromverlust.
FÜNFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Das fünfte Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass Magnetisierungsvektoren jedes ersten Magneten 3010 im Vergleich mit denen entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel verändert werden, wobei der veränderte Abschnitt nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Jeder erste Magnetisierungsvektor des ersten Magneten 3010 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel gelangt näher an der parallelen Richtung der entsprechenden radialen Achse, wenn der erste Magnetvektor näher an die entsprechende d-Achse, das heißt die Umfangsmitte des ersten Magneten 3010 kommt. Zusätzlich wird jeder erste Magnetisierungsvektor des ersten Magnete 3010 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel mehr in Richtung der entsprechenden radialen Achse geneigt, wenn der erste Magnetvektor näher an eine der entsprechenden q-Achsen kommt. Das heißt, ein Winkel θ103, der zwischen jedem Magnetisierungsvektor und der entsprechenden radialen Richtung gebildet wird, wird größer, wenn der Magnetisierungsvektor näher an die entsprechende q-Achse kommt. Insbesondere ist der Magnetisierungsvektor auf der entsprechenden d-Achse ausgelegt, parallel zu der entsprechenden radialen Richtung zu sein.
Die ersten Magnete 3010 umfassen erste A-Magnete 3011 und erste B-Magnete 3012, die umfänglich benachbart zueinander sind. Die Richtung jedes Magnetisierungsvektors in dem ersten A-Magneten 3011 ist identisch zu der Richtung jedes Magnetisierungsvektors in dem ersten B-Magneten 3012, wobei ein Neigungswinkel jedes Magnetisierungsvektors in dem ersten A-Magneten 3011 in Bezug auf die entsprechende radiale Richtung identisch zu einem Neigungswinkel jedes Magnetisierungsvektors in dem ersten B-Magneten 3012 ist, mit der Ausnahme, dass die Ausrichtung jedes Magnetisierungsvektors in dem ersten A-Magneten 3011 entgegengesetzt zu der jedes Magnetisierungsvektors in dem ersten B-Magneten 3012 ist.
Nachstehend wird ausführlich beschrieben, wie die ersten und zweiten Magnetisierungsvektoren zu konfigurieren sind. Die leichten Magnetisierungsachsen in jedem ersten Magneten 3010 sind derart ausgerichtet, dass

1. jede der leichten Magnetisierungsachsen näher die parallele Richtung der entsprechenden radialen Achse kommt, wenn die entsprechende der leichten Magnetisierungsachsen näher an die entsprechende d-Achsenseite kommt
2. jede der leichten Magnetisierungsachsen weiter in Richtung der entsprechenden d-Achsen-Seite geneigt wird, wenn die entsprechende der leichten Magnetisierungsachsen näher an eine der entsprechenden q-Achsen kommt.

In dem ersten A-Magneten 3011 sind die Magnetpfade nach jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen ausgerichtet, sodass die Magnetisierungsvektoren in Richtung der radial nach innen gerichteten Seite, das heißt der Statorseite des Rotors ausgerichtet sind.
Im Gegensatz dazu sind in dem zweiten A-Magneten 3012 die Magnetpfade auf die jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen derart ausgerichtet, dass die Magnetisierungsvektoren in Richtung der radial außen liegenden Seite, das heißt der Gegenstatorseite des Rotors ausgerichtet sind.
Jeder der Magnetisierungsvektoren der Magneteinheit 3042 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist weiter in Richtung der entsprechenden d-Achse in Bezug auf die entsprechende radiale Richtung geneigt, wenn der entsprechende der Magnetisierungsvektoren näher an das entsprechende jedes Umfangsendes des ersten Magneten 3010 kommt.
33 zeigt eine Entwicklungsdarstellung des ersten A-Magneten 3011, die linear ausgedehnt ist, gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Wie es in 33 veranschaulicht ist, macht es dies für den Magnetfluss des ersten A-Magneten 3011 einfacher, zu der entsprechenden d-Achse zu konvergieren, im Vergleich mit der Magneteinheit 1042 oder dem Vergleichsbeispiel, das in 29 veranschaulicht ist, was darin resultiert, dass der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz der Magnetflussdichteverteilung des ersten Magneten 2010 höher wird. Dies verringert folglich eine Drehmomentwelligkeit und ein Ruckeldrehmoment, die Erzeugung eines Wirbelstroms und einen Wirbelstromverlust.
SECHSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Die polare anisotrope Struktur einer Magneteinheit 4042 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich mit der Magneteinheit 42 des Rotors 40 verändert, wobei die veränderte polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 4042 nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Die Magneteinheit 4042 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist radial außerhalb des Stators 50 angeordnet, um dem Stator 50 gegenüberzuliegen, was ähnlich zu der Magneteinheit 42 gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist. Wie die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die Magneteinheit 4042 an der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 43 befestigt.
Die Magneteinheit 4042 ist, wie es in 34 veranschaulicht ist, unter Verwendung einer Magnetanordnung, die als eine Halbach-Anordnung bezeichnet wird, gebildet.
Spezifisch umfasst die Magneteinheit 4042 erste Magnete 4010 und zweite Magnete 4020. Jeder der ersten Magnete 4010 weist lineare erste Magnetisierungsvektoren auf, wobei jeder der zweiten Magnete 4020 lineare zweite Magnetisierungsvektoren aufweist. Jeder der ersten Magnetisierungsvektoren weist eine vorgegebene Ausrichtung auf, wobei jeder der zweiten Magnetisierungsvektoren eine vorgegebene Ausrichtung aufweist, die unterschiedlich zu der Ausrichtung jedes der ersten Magnetisierungsvektoren ist.
Das heißt, jeder erste Magnetisierungsvektor der ersten Magnete 4010 ist ausgerichtet, um näher an der entsprechenden radialen Richtung als jeder zweite Magnetisierungsvektor der zweiten Magnete 4020 zu sein. Jeder zweite Magnetisierungsvektor der zweiten Magnete 4020 ist ausgerichtet, um näher an der Umfangsrichtung als jeder erste Magnetisierungsvektor zu sein.
Die ersten Magnete 4010 sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder der zweiten Magnete 4020 ist zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete 4010 in der Umfangsrichtung angeordnet.
Die ersten Magnete 4010 und die zweiten Magnete 4020 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel sind in der Form eines Bogens in der Umfangsrichtung des Rotors 400 derart angeordnet, dass eines der Umfangsenden jedes ersten Magneten 4010 an ein benachbartes von Umfangsenden eines entsprechenden benachbarten zweiten Magneten 4020 anstößt. Das heißt, die ersten Magnete 4010 und die zweiten Magnete 4020 sind abwechselnd ohne Lücken dazwischen angeordnet, sodass die Magneteinheit 1042 ringförmig, das heißt konzentrisch in Bezug auf den Rotor 40 angeordnet ist.
Jeder der bogenförmigen ersten Magnete 4010 weist die entsprechende d-Achse, die die Mitte des entsprechenden Magnetpols darstellt, bei der zugehörigen Mitte in der Umfangsrichtung auf. Jeder der bogenförmigen zweiten Magnete 4020 weist die entsprechende q-Achse, die eine entsprechende Magnetpolgrenze darstellt, bei der zugehörigen Mitte in der Umfangsrichtung auf.
Nachstehend werden die ersten und zweiten Magnetisierungsvektoren der ersten und zweiten Magnete 4010 und 4020 beschrieben.
Zuerst werden nachstehend eine Gesamtausrichtung der ersten Magnetisierungsvektoren und eine Gesamtausrichtung der zweiten Magnetisierungsvektoren beschrieben.
Die ersten Magnete 4010 jedes umfänglich benachbarten Paars weisen unterschiedliche Gesamtausrichtungen, das heißt entgegengesetzte Gesamtausrichtungen der ersten Magnetisierungsvektoren auf. Spezifisch können die ersten Magnete 4010 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel in zwei Gruppen kategorisiert werden:

Die ersten Magnete 4010, die in die erste Gruppe kategorisiert werden, von denen jeder die ersten Magnetisierungsvektoren aufweist, die von der Gegenstatorumfangsoberflächenseite zu der Statorseite, das heißt der radial nach innen gerichteten Richtung ausgerichtet sind, werden auch als erste A-Magnete 4011 bezeichnet. Im Gegensatz dazu werden die ersten Magnete 4010, die in die zweite Gruppe kategorisiert sind, von denen jeder die ersten Magnetisierungsvektoren aufweist, die von der Statorseite zu der Gegenstatorumfangsoberflächenseite ausgerichtet sind, ebenso als erste B-Magnete 4012 bezeichnet.

Auf ähnliche Weise weisen die zweiten Magnete 4020 jedes umfänglich benachbarten Paares unterschiedliche Ausrichtungen, das heißt entgegengesetzte Ausrichtungen der zweiten Magnetisierungsvektoren auf. Jeder der zweiten Magnetisierungsvektoren der zweiten Magnete 4020 ist ausgerichtet, um von einem entsprechenden benachbarten ersten B-Magneten 4012 zu einem entsprechenden benachbarten ersten A-Magneten 4011 zu fließen. Die zweiten Magnete 4020 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel können in zwei Gruppen kategorisiert werden:

Die zweiten Magneten 4020, die in die erste Gruppe kategorisiert werden, von denen jeder die zweiten Magnetisierungsvektoren aufweist, die in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn in 34 ausgerichtet sind, werden auch als zweite A-Magnete 4021 bezeichnet. Im Gegensatz dazu werden die zweiten Magnete 4020, die in die zweite Gruppe kategorisiert werden, von denen jeder die zweiten Magnetisierungsvektoren aufweist, die in eine Richtung im Uhrzeigersinn in 34 ausgerichtet sind, auch als zweite B-Magnete 4022 bezeichnet.

Als Nächstes werden nachstehend die individuellen Richtungen der ersten Magnetisierungsvektoren der ersten Magnete 4010 und die individuellen Richtungen der zweiten Magnetisierungsvektoren der zweiten Magnete 4020 ausführlich beschrieben.
Die ersten Magnetisierungsvektoren jedes ersten A-Magneten 4011 sind parallel zu den entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen gerichtet, wobei die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes ersten B-Magneten 4012 auf ähnliche Weise parallel zu den entsprechenden jeweiligen radialen Richtungen gerichtet sind.
Die zweiten Magnetisierungsvektoren jedes zweiten Magneten 1020 sind in Richtung der Statorseite in Bezug auf die Richtung, die senkrecht zu der q-Achse ist, geneigt. Das heißt, jeder der zweiten Magnete 1020 ist als ein parallel ausgerichteter Magnet konfiguriert, der magnetische Ausrichtungen aufweist, die parallel zu einer vorbestimmten Richtung sind; die vorbestimmte Richtung ist um einen vorbestimmten Winkel θ103 in Bezug auf die Richtung, die senkrecht zu der entsprechenden q-Achse ist, geneigt.
Der vorbestimmte Winkel θ103 jedes zweiten Magnetisierungsvektors, um den der entsprechende zweite Magnetisierungsvektor in Bezug auf die Richtung, die senkrecht zu der entsprechenden q-Achse ist, geneigt ist, wird vorzugsweise eingestellt, um größer oder gleich einem vorbestimmten Winkel θ101 zu sein; der vorbestimmte Winkel θ101 wird zwischen der q-Achse und einer Anstoßoberfläche 4023 gebildet; die Anstoßoberfläche 4023 ist eine Anstoßoberfläche des zweiten Magneten 4020, der an ein entsprechendes benachbartes Umfangsende des benachbarten ersten A-Magneten 4011 anstößt. Das heißt, die Anstoßoberfläche 4023 des zweiten Magneten 4020 ist eine zugehörige Umfangsendoberfläche, die an ein entsprechendes benachbartes Umfangsende des benachbarten ersten A-Magneten 4011 anstößt.
Ein Einstellen des vorbestimmten Winkels θ103 auf einen Wert, der größer oder gleich dem vorbestimmten Winkel θ101 ist, der zwischen der q-Achse und der Anstoßoberfläche 4023 gebildet wird, ermöglicht, dass die zweiten Magnetisierungsvektoren des zweiten Magneten 4020 senkrecht zu der Anstoßoberfläche 4023 oder in Richtung des Stators in Bezug auf die Anstoßoberfläche 4023 geneigt sind. 34 veranschaulicht einen Fall, in dem der vorbestimmte Winkel θ103 identisch zu dem vorbestimmten Winkel θ101 ist, sodass die zweiten Magnetisierungsvektoren des zweiten Magneten 4020 orthogonal zu der Anstoßoberfläche 4023 sind.
Nachstehend wird ausführlich beschrieben, wie die ersten und zweiten Magnetisierungsvektoren zu konfigurieren sind.
Jeder der zweiten Magnete 4020 weist leichte Magnetisierungsachsen auf, die ausgerichtet sind, um den vorbestimmten Winkel θ103 in Bezug auf die Richtung, die senkrecht zu der entsprechenden q-Achse ist, hin zu dem Stator geneigt zu sein, wobei er folglich Magnetpfade aufweist, die entlang der jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen ausgebildet sind.
Die Magnetpfade, die entlang der jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen in jedem zweiten A-Magneten 4021 ausgebildet sind, ermöglichen, dass Magnetisierungsvektoren in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn ausgerichtet werden, wobei die Magnetpfade, die entlang den jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen in jedem zweiten B-Magneten 4022 ausgebildet sind, ermöglichen, dass Magnetisierungsvektoren in die Richtung im Uhrzeigersinn ausgerichtet werden.
Nachstehend wird ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Magneteinheit 4042 und dem Magneten 2042, der als das Vergleichsbeispiel veranschaulicht ist, das in 29 veranschaulicht ist, gezeigt.
Die Magnetisierungsvektoren bei jedem Umfangsende des zweiten Magneten 2020 entsprechend dem Vergleichsbeispiel sind, wie es in 30(a) veranschaulicht ist, zu der Anstoßoberfläche 4023 nicht orthogonal und sind jeweils um den vorbestimmten Winkel θ101 in Bezug auf eine Normalenlinie, die senkrecht zu der Anstoßoberfläche 4023 ist, geneigt. Dies macht es für den Magnetfluss des zweiten Magneten 2023 schwierig, zu der entsprechenden d-Achse zu konvergieren, was in einer Verringerung in dem Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz der Magnetflussdichteverteilung des zweiten Magneten 2020 resultiert. Diese Schwierigkeit bei einer Konvergenz des Magnetflusses zu der entsprechenden d-Achse wird ausgeprägter, wenn die Anzahl von Magnetpolen des Rotors 40 niedriger wird und/oder der Durchmesser der Magneteinheit 2042 kleiner wird (das heißt, die Krümmung der Magneteinheit 2042 wird größer).
Im Gegensatz dazu sind die Magnetisierungsvektoren bei jedem Umfangsende des zweiten Magneten 4020 der Magneteinheit 4042 entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel senkrecht zu der Anstoßoberfläche 4023 oder sind in Richtung des Stators in Bezug auf die Normalenlinie, die senkrecht zu der Anstoßoberfläche 4023 ist, geneigt. 35 zeigt eine Entwicklungsdarstellung des zweiten Magneten 4020, die linear ausgedehnt ist. Dies macht es für den Magnetfluss des zweiten Magneten 4020 einfacher, zu der entsprechenden d-Achse zu konvergieren, was darin resultiert, dass der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz der Magnetflussdichteverteilung des zweiten Magneten 4020 höher ist. Dies verringert folglich eine Drehmomentwelligkeit und ein Ruckeldrehmoment, die Erzeugung eines Wirbelstroms und einen Wirbelstromverlust.
Das sechste Ausführungsbeispiel kann mit dem vierten Ausführungsbeispiel oder dem fünften Ausführungsbeispiel kombiniert werden. Beispielsweise können, wie es in 36 veranschaulicht ist, der zweite Magnet 4020 des sechsten Ausführungsbeispiels und der erste Magnet 1010 des vierten Ausführungsbeispiels miteinander kombiniert werden, um eine Magneteinheit 42 zu bilden.
SIEBTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Das siebte Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass Magnetisierungsvektoren jedes zweiten Magneten 5020 im Vergleich mit denen entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel verändert werden, wobei der veränderte Abschnitt nachstehend ausführlich beschrieben wird. Eine Beschreibung von einem Teil oder mehreren Teilen des siebten Ausführungsbeispiels, die zu denen des sechsten Ausführungsbeispiels identisch sind, im Detail wird hier weggelassen.
Wie es in 37 veranschaulicht ist, ist der zweite Magnet 5020 des siebten Ausführungsbeispiels als ein radial ausgerichteter Magnet konfiguriert. Spezifisch weist der zweite Magnet 5020 Magnetisierungsvektoren auf, die radial um einen Mittelpunkt O ausgerichtet sind, der bei dem Gegenstatorseitenabschnitt (das heißt dem Gegenankerseitenabschnitt oder dem radial außenliegenden Abschnitt) des Rotors 40 definiert ist. Der Mittelpunkt O ist angeordnet, um näher an dem ersten B-Magneten 4012 als an dem ersten A-Magneten 4011 zu sein. Der zweite Magnet 5020 weist Gegenstatorseitenecken auf, wobei eine ausgewählte der Gegenstatorseitenecken, die näher an dem ersten B-Magneten 4012 als die andere der Gegenstatorseitenecken ist, als der Mittelpunkt O entsprechend dem siebten Ausführungsbeispiel definiert wird. Die Magnetisierungsvektoren des zweiten Magneten 5020 sind radial um den Mittelpunkt O herum ausgerichtet.
Nachstehend wird ausführlich beschrieben, wie die zweiten Magnetisierungsvektoren zu konfigurieren sind.
Jeder der zweiten Magnete 5020 weist leichte Magnetisierungsachsen auf, die radial um den Mittelpunkt O herum ausgerichtet sind, wobei er folglich Magnetpfade aufweist, die entlang der jeweiligen leichten Magnetisierungsachsen ausgebildet sind.
Einer der Magnetisierungsvektoren in der Magneteinheit 5042 des siebten Ausführungsbeispiels, der von dem Mittelpunkt O in Richtung einer Ecke P100 des zweiten Magneten 5020 ausgerichtet ist, ist in Richtung der Statorseite, das heißt der radial nach innen gerichteten Seite in Bezug auf die Richtung, die senkrecht zu der q-Achse ist, geneigt. Die Ecke P100 des zweiten Magneten 5020 ist eine Ecke des zweiten Magneten 5020, die näher an dem ersten A-Magneten 4011 und näher an dem Stator ist. Dies ermöglicht es, dass die Länge des Magnetpfades des zweiten Magneten 5020 von dem Mittelpunkt O zu der Ecke P100 länger ist.
Diese Konfiguration des zweiten Magneten 5020 ermöglicht folglich, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass der zweite Magnet 5020 sich entmagnetisiert, wobei sie es für den Magnetfluss des zweiten Magneten 5020 vereinfacht, zu der entsprechenden d-Achse zu konvergieren, was darin resultiert, dass der Sinuswellenübereinstimmungsprozentsatz der Magnetflussdichteverteilung des zweiten Magneten 5020 höher wird. Dies verringert folglich eine Drehmomentwelligkeit und ein Rütteldrehmoment, die Erzeugung eines Wirbelstroms und einen Wirbelstromverlust.
Das siebte Ausführungsbeispiel kann mit dem vierten Ausführungsbeispiel oder dem fünften Ausführungsbeispiel kombiniert werden. Das heißt, der zweite Magnet 5020 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel und der erste Magnet 1010 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel oder der erste Magnet 2010 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel können miteinander kombiniert werden, um eine Magneteinheit zu bilden.
Modifikationen der vorstehend beschriebenen Struktur werden nachstehend beschrieben.
MODIFIKATION 1
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die Außenumfangsoberfläche des Statorkerns 52 eine gekrümmte Oberfläche ohne irgendwelche Unregelmäßigkeiten auf. Die Vielzahl von Leitergruppen 81 ist bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander auf der Außenumfangsoberfläche des Statorkerns 52 angeordnet. Diese Gestaltung kann verändert werden. Beispielsweise ist der Statorkern 52, der in 38 veranschaulicht ist, mit einem runden ringförmigen Joch 141 und Vorsprüngen 142 ausgestattet. Das Joch 141 ist auf der zu dem Rotor 40 entgegengesetzten Seite (das heißt einer unteren Seite, wenn sie in der Zeichnung betrachtet wird) der Statorspule 51 in der radialen Richtung angeordnet. Jeder der Vorsprünge 142 ragt in eine Lücke zwischen jeweils zwei der geraden Sektionen 83 heraus, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Vorsprünge 142 sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung radial außerhalb des Jochs 141, das heißt nahe dem Rotor 40 angeordnet. Jede der Leitergruppen 81 der Statorspule 51 ist in Eingriff mit den Vorsprüngen 142 in der Umfangsrichtung, anders ausgedrückt werden die Vorsprünge 142 als Positionierungseinrichtungen verwendet, um die Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung zu positionieren und anzuordnen. Die Vorsprünge 142 entsprechen Leiter-zu-Leiter-Elementen.
Eine radiale Dicke jedes der Vorsprünge 142 von dem Joch 141, anders ausgedrückt eine Entfernung W, die in 38 veranschaulicht ist, zwischen der Innenoberfläche 320 der geraden Sektionen 82, die in Kontakt mit dem Joch 141 platziert ist, und der Spitze des Vorsprungs 142 in der radialen Richtung des Jochs 141 wird ausgewählt, um kleiner als die Hälfte einer radialen Dicke (die durch H1 in der Zeichnung angegeben ist) der geraden Sektionen 83 zu sein, die benachbart zu dem Joch 141 in der radialen Richtung angeordnet sind. Anders ausgedrückt belegen die nicht leitfähigen Elemente (das heißt die Dichtungselemente 57) vorzugsweise jeweils drei Viertel einer Abmessung (das heißt einer Dicke) T1 (das heißt das Doppelte der Dicke der Leiter 82, anders ausgedrückt eine minimale Entfernung zwischen der Oberfläche 320 der Leitergruppe 81, die in Kontakt mit dem Statorkern 52 platziert ist, und der Oberfläche 330 der Leitergruppe 81, die dem Rotor 40 gegenüberliegt) der Leitergruppen (das heißt der Leiter) 81 in der radialen Richtung der Statorspule 51 (das heißt des Statorkerns 52). Eine derartige Auswahl der Dicke der Vorsprünge 142 verursacht, dass jeder der Vorsprünge 142 nicht als ein Zahn zwischen den Leitergruppen 81 (das heißt den geraden Sektionen 83) fungiert, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sodass es keine Magnetpfade gibt, die üblicherweise durch die Zähne gebildet werden würden. Die Vorsprünge 142 müssen nicht notwendigerweise zwischen jeweils umfänglich benachbarten zwei von allen Leitergruppen angeordnet sein, wobei jedoch ein einzelner Vorsprung 142 zumindest lediglich zwischen zwei der Leitergruppen 81 angeordnet sein kann, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Beispielsweise können die Vorsprünge 142 entfernt voneinander in der Umfangsrichtung bei gleichen Intervallen angeordnet sein, von denen jedes einer vorgegebenen Anzahl der Leitergruppen 81 entspricht. Jeder der Vorsprünge 142 kann ausgelegt sein, eine beliebige Form aufzuweisen, wie beispielsweise ein Rechteck oder eine Bogenform.
Die gerade Sektionen 83 können alternativ hierzu in einer einzelnen Schicht auf der Außenumfangsoberfläche des Statorkerns 52 angeordnet sein. In einem breiten Sinn kann die Dicke der Vorsprünge 142 von dem Joch 141 in der radialen Richtung kleiner als die Hälfte von der der geraden Sektionen 83 in der radialen Richtung sein.
Wenn ein imaginärer Kreis, dessen Mitte bei der axialen Mitte der Drehwelle 11 angeordnet ist und der durch die radialen Mitten der geraden Sektionen 83 hindurchgeht, die benachbart zu dem Joch 141 in der radialen Richtung platziert sind, definiert wird, kann jeder der Vorsprünge 142 geformt sein, um lediglich in den imaginären Kreis herauszuragen, anders ausgedrückt, nicht radial außerhalb des imaginären Kreises in Richtung des Rotors 40 herauszuragen.
Die vorstehend beschriebene Struktur, in der die Vorsprünge 142 die begrenzte Dicke in der radialen Richtung aufweisen und nicht als Zähne in den Lücken zwischen den geraden Sektionen fungieren, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind, ermöglicht es, dass die benachbarten geraden Sektionen enger aneinander im Vergleich mit einem Fall, bei dem Zähne in den Lücken zwischen den geraden Sektionen 83 bereitgestellt sind, angeordnet werden. Dies ermöglicht, dass eine Querschnittsfläche des Leiterkörpers 82a vergrößert wird, wodurch eine Wärme, die bei einer Anregung der Statorspule 51 erzeugt wird, verringert wird. Das Fehlen der Zähne ermöglicht es, dass eine magnetische Sättigung beseitigt wird, um den Betrag eines elektrischen Stroms, der zu der Statorspule 51 geliefert wird, zu vergrößern. Es ist jedoch möglich, die negativen Effekte abzumildern, die aus einer Vergrößerung eines Wärmebetrags entstehen, der durch die Vergrößerung des elektrischen Stroms erzeugt wird, der zu der Statorspule 51 geliefert wird. Die Statorspule 51, die vorstehend beschrieben ist, weist die Windungen 84 auf, die in der radialen Richtung verschoben sind und mit den Störungsvermeidungsabschnitten mit den benachbarten Windungen 84 ausgestattet sind, wodurch es ermöglicht wird, dass die Windungen 84 entfernt voneinander in der radialen Richtung angeordnet sind. Dies verbessert die Wärmeableitung von den Windungen 84. Die vorstehend beschriebene Struktur ist in der Lage, die Wärmeableitungsfähigkeit des Stators 50 zu optimieren.
Die radiale Dicke der Vorsprünge 142 kann nicht durch die Abmessung H1 in 38 beschränkt werden, solange das Joch 141 des Statorkerns 52 und die Magneteinheit 42 (das heißt jeder der Magnete 91 und 92) des Rotors 40 bei vorgegebenen Entfernungen entfernt voneinander angeordnet sind. Spezifisch kann die radiale Dicke der Vorsprünge 142 größer oder gleich der Abmessung H1 in 38 sein, solange das Joch 141 und die Magneteinheit 142 2 mm oder mehr entfernt voneinander angeordnet sind. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem die radiale Dicke der geraden Sektion 83 größer als 2 mm ist und jede der Leitergruppen 81 aus den zwei Leitern 82 gebildet wird, die in der radialen Richtung gestapelt werden, jeder der Vorsprünge 142 geformt sein, eine Region zu belegen, die zu der Hälfte der Dicke der geraden Sektion 83 reicht, der das Joch 141 nicht kontaktiert, das heißt der Dicke des Leiters 82, die weiter weg von dem Joch 141 angeordnet ist. In diesem Fall werden die vorstehend genannten Vorteile erhalten, indem die leitfähige Schnittfläche der Leitergruppen 81 vergrößert wird, solange die radiale Dicke der Vorsprünge 142 zumindest H1×3/2 ist.
Der Statorkern 52 kann ausgelegt sein, die Struktur aufzuweisen, die in 39 veranschaulicht ist. 39 lässt die Dichtungselemente 57 weg, wobei die Dichtungselemente 57 verwendet werden können. 39 veranschaulicht die Magneteinheit 42 und den Statorkern 52, die zur Vereinfachung linear angeordnet sind.
In der Struktur gemäß 39 weist der Stator 50 die Vorsprünge 142 als Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jeder zwischen jeweils zwei der Leiter 82 (das heißt den geraden Sektionen 83) angeordnet ist, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Stator 50 ist mit den Abschnitten 350 ausgestattet, von denen jeder magnetisch zusammen mit einem der Magnetpole (das heißt einem N-Pol oder einem S-Pol) der Magneteinheit arbeitet, wenn die Statorspule 51 angeregt wird. Die Abschnitte 350 erstrecken sich in der Umfangsrichtung des Stators 50. Wenn jeder der Abschnitte 350 eine Länge Wn in der Umfangsrichtung des Stators 50 aufweist, die Summe von Breiten der Vorsprünge 142, die in einem Bereich dieser Länge Wn liegen (das heißt die Gesamtabmessung der Vorsprünge 142 in der Umfangsrichtung des Stators 50 in dem Bereich der Länge Wn) als Wt definiert ist, die Sättigungsmagnetflussdichte der Vorsprünge 412 als Bs definiert ist, eine Breite eines Abschnitts der Magneteinheit, der äquivalent zu einem der Magnetpole der Magneteinheit 42 in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 42 ist, als Wn definiert ist und die Restflussdichte der Magneteinheit 42 als Br definiert ist, sind die Vorsprünge 142 aus einem magnetischen Material hergestellt, das eine Beziehung gemäß Wt × Bs ≤ Wm × Br ... (1) erfüllt.
Der Bereich Wn ist definiert, eine der Leitergruppen 81 zu beinhalten, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind und die sich bezüglich einer Anregungszeit einander überlappen. Es ist empfehlenswert, dass eine Referenz (das heißt eine Grenze), die bei einem Definieren des Bereichs Wn verwendet wird, auf die Mitte der Lücke 56 zwischen den Leitergruppen 81 eingestellt wird. Beispielsweise umfasst in der Struktur, die in 39 veranschaulicht ist, die Vielzahl von Leitergruppen, die in dem Bereich Wn liegen, die ersten, die zweiten, die dritten und die vierten Leitergruppen 81, wobei die erste Leitergruppe 81 am nächsten zu der magnetischen Mitte es N-Pols ist. Der Bereich Wn ist definiert, alle von diesen vier Leitergruppen 81 zu umfassen. Enden (das heißt äußere Grenzen) des Bereichs Wn sind definiert, bei den Mitten der Lücken 56 zu liegen.
In 39 beinhaltet der Bereich Wn die Hälfte des Vorsprungs 142 innerhalb jedes der zugehörigen Enden. Insgesamt vier Vorsprünge 142 liegen in dem Bereich Wn. Wenn die Breite jedes der Vorsprünge 142 (das heißt eine Abmessung des Vorsprungs 142 in der Umfangsrichtung des Stators 50, anders ausgedrückt ein Intervall zwischen den benachbarten Leitergruppen 81) als A definiert ist, erfüllt die Summe der Breiten Wt der Vorsprünge 142, die in dem Bereich Wn liegen, eine Beziehung gemäß Wt = 1/2A + A + A + A + 1/2A = 4A.
Spezifisch sind die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorspule 51 in diesem Ausführungsbeispiel in der Form von verteilten Wicklungen gebildet. In der Statorspule 51 wird die Anzahl der Vorsprünge 142 für jeden Pol der Magneteinheit 42, das heißt die Anzahl der Lücken 56, die jeweils zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 liegen, ausgewählt, um „die Anzahl von Phasen x Q“ zu sein, wobei Q die Anzahl der Leiter 82 für jede Phase ist, die in Kontakt mit dem Statorkern 52 platziert sind. Anders ausgedrückt ist in dem Fall, in dem die Leiter 82 in der radialen Richtung des Rotors 40 gestapelt sind, um jede der Leitergruppen 81 zu bilden, Q die Anzahl der Inneren der Leiter 82 der Leitergruppen 81 für jede Phase. In diesem Fall werden, wenn die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorspule 51 in einer vorgegebenen Sequenz angeregt werden, die Vorsprünge 142 für zwei der Drei-Phasen innerhalb jedes Pols magnetisch angeregt. Die Gesamtumfangsbreite Wt der Vorsprünge 142, die bei einer Anregung der Statorspule 51 innerhalb eines Bereichs jedes Pols der Magneteinheit 42 angeregt werden, erfüllt folglich eine Beziehung gemäß „die Anzahl der angeregten Phase × Q × A = 2 × 2 × A“, wobei A die Breite jedes der Vorsprünge 142 (das heißt der Lücke 56) in der Umfangsrichtung ist.
Die Gesamtbreite Wt wird in der vorstehend beschriebenen Art und Weise bestimmt. Zusätzlich sind die Vorsprünge 142 des Statorkerns 52 aus einem magnetischen Material gebildet, das die vorstehend genannte Gleichung (1) erfüllt. Die Gesamtbreite Wt wird ebenso als Äquivalent zu einer Umfangsabmessung davon betrachtet, wo erwartet wird, dass die relative magnetische Permeabilität größer als eine innerhalb jedes Pols wird. Die Gesamtbreite Wt kann alternativ hierzu als eine Umfangsbreite der Vorsprünge 142 in jedem Pol mit einem gewissen Spielraum bestimmt werden. Spezifisch kann, da die Anzahl der Vorsprünge 142 für jeden Pol der Magneteinheit 42 durch die Anzahl von Phasen x Q vorgegeben ist, die Breite der Vorsprünge 142 in jedem Pol (das heißt die Gesamtbreite Wt) durch die Anzahl von Phasen x Q x A = 3 x 2 x A = 6A vorgegeben werden.
Die verteilte Wicklung, auf die hier Bezug genommen wird, bedeutet, dass es ein Paar von Polen (das heißt den N-Pol und den S-Pol) der Statorspule 51 für jedes Paar von Magnetpolen gibt. Das Paar von Polen der Statorspule 51, auf das hier Bezug genommen wird, wird aus den zwei geraden Sektionen 83, in denen ein elektrischer Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt, und der Windung 84 gebildet, die diese elektrisch miteinander verbindet. Es ist anzumerken, dass eine Wicklung mit verkürzter Schrittweite oder eine Durchmesserwicklung als ein Äquivalent der verteilten Wicklung betrachtet werden kann, solange sie die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt.
Als nächstes wird der Fall einer konzentrierten Wicklung nachstehend beschrieben. Die konzentrierte Wicklung, auf die hier Bezug genommen wird, bedeutet, dass die Breite jedes Paars von Magnetpolen zu der jedes Paars von Polen der Statorspule 51 unterschiedlich ist. Ein Beispiel der konzentrierten Wicklung umfasst eine Struktur, in der es drei Leitergruppen 81 für jedes Paar von Magnetpolen gibt, in der es drei Leitergruppen 81 für zwei Paare von Magnetpolen gibt, in der es neun Leitergruppen 81 für vier Paare von Magnetpolen gibt oder in dem es neun Leitergruppen 81 für fünf Paare von Magnetpolen gibt.
In dem Fall, in dem die Statorspule 51 in der Form der konzentrierten Wicklung gebildet ist, wird, wenn die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorspule 51 in einer vorgegebenen Sequenz angeregt werden, ein Abschnitt, der Statorspule 51 für zwei Phasen angeregt. Dies verursacht, dass die Vorsprünge 142 für zwei Phasen magnetisch angeregt werden. Die Umfangsbreite Wt der Vorsprünge 142, die bei einer Anregung der Statorwicklung in einem Bereich jedes Pols der Magneteinheit 42 magnetisch angeregt wird, wird durch Wt = Ax2 gegeben. Die breite Wt wird auf diese Weise bestimmt. Die Vorsprünge 142 sind aus einem magnetischen Material gebildet, das die vorstehend genannte Gleichung (1) erfüllt. In dem vorstehend beschriebenen Fall der konzentrierten Wicklung ist die Summe der Breiten der Vorsprünge 142, die in der Umfangsrichtung des Stators 50 innerhalb einer Region angeordnet sind, die durch die Leitergruppen 81 für die gleiche Phase umgeben wird, als A definiert. Das Maß Wm in der konzentrierten Wicklung wird durch [ein Gesamtumfang einer Oberfläche der Magneteinheit 42, die dem Luftspalt gegenüberliegt] x [die Anzahl von Phasen] ÷ [die Anzahl der verteilten Leitergruppen 81] gegeben.
Üblicherweise weist ein Neodym-Magnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet oder ein Ferrit-Magnet, deren Wert von BH größer oder gleich 20[MGOe (kJj/ m^3)] ist, Bd = 1,0 T oder mehr auf. Eisen weist Br = 2,0 T oder mehr auf. Die Vorsprünge 142 des Statorkerns 52 können folglich aus einem magnetischen Material gebildet werden, das eine Beziehung entsprechend Wt < 1/2 x Wm erfüllt, um einen Hochleistungsmotor zu verwirklichen.
In einem Fall, in dem jeder der Leiter 82, wie es nachstehend beschrieben ist, mit der äußeren Beschichtungsschicht 182 ausgestattet ist, können die Leiter 82 in der Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sein, wobei die äußeren Beschichtungsschichten 182 in Kontakt miteinander platziert sind. In diesem Fall kann die Breite Wt als null oder äquivalent zu den Dicken der äußeren Beschichtungsschichten 182 der Leiter 82, die einander kontaktieren, betrachtet werden.
Die Struktur, die in 38 oder 39 veranschaulicht ist, ist ausgelegt, Leiter-zu-Leiter-Elemente (das heißt die Vorsprünge 142) aufzuweisen, die bezüglich einer Größe zu klein sind für den durch einen Magneten erzeugten Magnetfluss in dem Rotor 40. Der Rotor 40 wird durch einen Oberflächendauermagnetrotor implementiert, der eine flache Oberfläche und eine niedrige Induktivität aufweist, wobei er keinen Schenkelpol hinsichtlich eines Magnetwiderstands aufweist. Eine derartige Struktur ermöglicht es, dass die Induktivität des Stators 50 verkleinert wird, wodurch das Risiko einer Verschlechterung des Magnetflusses, die durch die Umschaltzeitlücke in der Statorspule 51 verursacht wird, verringert wird, was die elektrische Erosion in den Lagern 21 und 22 minimiert.
MODIFIKATION 2
Der Stator 50, der mit den Leiter-zu-Leiter-Elementen ausgestattet ist, die gebildet sind, um die vorstehend genannte Gleichung zu erfüllen, kann ausgelegt sein, die nachstehend beschriebene Struktur aufzuweisen. In 40 ist der Statorkern 52 mit den Zähnen 143 als Leiter-zu-Leiter-Elementen ausgestattet, die in einem Außenumfangsabschnitt (einem oberen Abschnitt, wenn er in der Zeichnung betrachtet wird) des Statorkerns 52 ausgebildet sind. Die Zähne 143 ragen von dem Joch 141 hervor und sind bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung des Statorkerns 52 angeordnet. Jeder der Zähne 143 weist eine Dicke auf, die identisch ist mit der der Leitergruppe 81 in der radialen Richtung. Die Zähne 143 weisen Seitenoberflächen auf, die in Kontakt mit den Leitern 82 der Leitergruppen 81 platziert sind. Die Zähne 143 können alternativ hierzu durch Lücken von den Leitern 82 entfernt angeordnet sein.
Die Zähne 143 sind geformt, eine eingeschränkte Breite in der Umfangsrichtung aufzuweisen. Spezifisch weist jeder der Zähne 143 einen Statorzahn auf, der für das Volumen der Magnete sehr dünn ist. Eine derartige Struktur der Zähne 143 dient dazu, eine Sättigung durch den durch einen Magneten erzeugten Magnetfluss bei 1,8 T oder mehr zu erreichen, um die Permeanz zu verringern, wodurch die Induktivität verkleinert wird.
Wenn ein Oberflächenbereich einer Magnetflusswirkungsoberfläche der Magneteinheit 42, die dem Stator 50 für jeden Pol gegenüberliegt, als Sm definiert ist und die Restflussdichte der Magneteinheit 42 als Br definiert ist, wird der Magnetfluss in der Magneteinheit 42 Sm x Br sein. Ein Oberflächenbereich jedes der Zähne 143, der dem Rotor 40 gegenüberliegt, ist als St definiert. Die Anzahl der Leiter 83 für jede Phase ist als m definiert. Wenn die Zähne 143 für zwei Phasen innerhalb eines Bereichs eines Pols bei einer Anregung der Statorspule 51 magnetisch angeregt werden, wird der Magnetfluss des Stators 50 durch St × m × 2 × Bs ausgedrückt. Die Verkleinerung der Induktivität kann erreicht werden, indem die Abmessungen der Zähne 143 ausgewählt werden, um eine Beziehung gemäß St × m × 2 × Bs < Sm × Br... (2) zu erfüllen.
In einem Fall, in dem die Abmessung der Magneteinheit 42 identisch mit der der Zähne 143 in der axialen Richtung ist, kann die vorstehend genannte Gleichung (2) als eine Gleichung (3) gemäß Wst × m × 2 × Bs < Wm × Br umgeschrieben werden, wobei Wm die Umfangsbreite der Magneteinheit 42 für jeden Pol ist und Wst die Umfangsbreite der Zähne 143 ist. Beispielsweise wird, wenn Bs = 2 T ist, Br = 1 T ist und m = 2 ist, die Gleichung (3) Wst < Wm/8 sein. In diesem Fall kann die Verkleinerung einer Induktivität erreicht werden, indem die Breite Wst der Zähne 143 ausgewählt wird, um kleiner als ein Achtel (1/8) der Breite Wm der Magneteinheit 42 für einen Pol zu sein. Wenn m eins ist, ist die Breite Wst der Zähne 143 vorzugsweise ausgewählt, um kleiner als ein Viertel (1/4) der breite Wm der Magneteinheit 42 für einen Pol zu sein. „Wst × m × 2“ in der Gleichung (3) entspricht einer Umfangsbreite der Zähne 143, die bei einer Anregung der Statorspule 51 in einem Bereich eines Pols der Magneteinheit 42 magnetisch angeregt wird.
Die Struktur in 40 ist wie in den 38 und 39 mit den Leiter-zu-Leiter-Elementen (das heißt den Zähnen 143) ausgestattet, die bezüglich einer Größe für den durch einen Magneten erzeugten Magnetfluss in dem Rotor 40 sehr klein sind. Eine derartige Struktur ist in der Lage, die Induktivität des Stators 50 zu verringern, um ein Risiko einer Störung des Magnetflusses abzumildern, die aus der Umschaltzeitlücke in der Statorspule 51 entsteht, was die Wahrscheinlichkeit der elektrischen Erosion der Lager 21 und 22 minimiert. Es ist anzumerken, dass die Definitionen von Parametern, wie beispielsweise Wt, Wn, A, und Bs, die mit dem Stator 50 verbunden sind, oder von Parametern, wie beispielsweise Wm und Br, die mit der Magneteinheit 42 verbunden sind, sich auf die in der vorstehend beschriebenen Modifikation 1 beziehen können.
MODIFIKATION 3
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel weist die Dichtungselemente 57 auf, die die Statorspule 51 abdecken und eine Region, die alle Leitergruppen 81 umfasst, radial außerhalb des Statorkerns 52 belegen, anders ausgedrückt in einer Region liegen, in der die Dicke der Dichtungselemente 57 größer ist als die der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung. Diese Gestaltung der Dichtungselemente 57 kann verändert werden. Beispielsweise können die Dichtungselemente 57, wie es in 41 veranschaulicht ist, derart ausgelegt sein, dass die Leiter 82 teilweise aus den Dichtungselementen 57 herausragen. Spezifisch sind die Dichtungselemente 57 derart angeordnet, dass Abschnitte der Leiter 82, die radial am weitesten außen liegende Abschnitte der Leitergruppe 81 sind, außerhalb der Dichtungselemente 57 in Richtung des Stators 50 freigelegt sind. In diesem Fall kann die Dicke der Dichtungselemente 57 in der radialen Richtung identisch mit der oder kleiner als die der Leitergruppen 81 sein.
MODIFIKATION 4
Der Stator 50 kann, wie es in 42 veranschaulicht ist, ausgelegt sein, die Dichtungselemente 57, die die Leitergruppen 81, das heißt die Statorspule 51 abdecken, nicht aufzuweisen. In diesem Fall wird eine Lücke zwischen den benachbarten Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung ohne ein Leiter-zu-Leiter-Element dazwischen angeordnet sind, erzeugt. Anders ausgedrückt ist kein Leiter-zu-Leiter-Element zwischen den Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, angeordnet. Luft kann in den Lücken zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sein. Die Luft kann als ein nichtmagnetisches Element oder als ein zugehöriges Äquivalent, dessen Bs null (0) ist, betrachtet werden.
MODIFIKATION 5
Die Leiter-zu-Leiter-Elemente des Stators 50 können aus einem nichtmagnetischen Material, das zu einem Harz beziehungsweise Kunststoff unterschiedlich ist, gebildet werden. Ein Beispiel ist ein nichtmetallisches Material, wie beispielsweise SUS304, das ein austenitischer nichtrostender Stahl ist.
MODIFIKATION 6
Der Stator 50 kann ausgelegt sein, den Statorkern 52 nicht aufzuweisen. Spezifisch ist der Stator 50 aus der Statorspule gebildet, die in 12 gezeigt ist. Die Statorspule 51 des Stators 50 kann mit einem Dichtungselement bedeckt sein. Der Stator 50 kann alternativ hierzu ausgelegt sein, eine ringförmige Wicklungshalteeinrichtung aufzuweisen, die aus einem nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise einem synthetischen Harz, anstelle des Statorkerns 52 gebildet ist, der aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist.
MODIFIKATION 7
Die Struktur in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet die Magnete 91 und 92, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um die Magneteinheit 42 des Rotors 40 zu bilden. Die Magneteinheit 42 kann unter Verwendung eines ringförmigen Dauermagneten hergestellt werden. Beispielsweise ist der ringförmige Magnet 95, wie es in 43 veranschaulicht ist, an einem radial inneren Umfang des Zylinders 43 der Magnethalteeinrichtung 41 befestigt. Der ringförmige Magnet 95 ist mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Magnetpolen ausgestattet, deren Polaritäten abwechselnd in der Umfangsrichtung des ringförmigen Magneten 95 angeordnet sind. Der Magnet 95 liegt integral sowohl auf der d-Achse als auch der q-Achse. Der ringförmige Magnet 95 weist eine magnetische Ausrichtung, die in die radiale Richtung auf der d-Achse jedes Magnetpols gerichtet ist, und eine magnetische Ausrichtung auf, die in die Umfangsrichtung auf der q-Achse zwischen den Magnetpolen gerichtet ist, wodurch bogenförmige Magnetpfade erzeugt werden.
Der ringförmige Magnet 95 kann ausgelegt sein, eine leichte Magnetisierungsachse aufzuweisen, die parallel oder nahezu parallel zu der d-Achse nahe der d-Achse gerichtet ist, und ebenso eine leichte Magnetisierungsachse aufzuweisen, die senkrecht oder nahezu senkrecht zu der q-Achse nahe der q-Achse gerichtet ist, wodurch die bogenförmigen Magnetpfade erzeugt werden.
MODIFIKATION 8
Diese Modifikation unterscheidet sich in einem Betrieb der Steuerungseinrichtung 110 von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel oder den Modifikationen. Lediglich Unterschiede zu denen in dem ersten Ausführungsbeispiel werden nachstehend beschrieben.
Die Betriebe der Betätigungssignalerzeugungseinrichtungen 116 und 126, die in 20 veranschaulicht sind, und der Betätigungssignalerzeugungseinrichtungen 130a und 130b, die in 21 veranschaulicht sind, werden zuerst nachstehend unter Verwendung von 44 beschrieben. Die Betriebe, die durch die Betätigungssignalerzeugungseinrichtungen 116, 126, 130a und 130b ausgeführt werden, sind grundsätzlich identisch zueinander. Lediglich der Betrieb der Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 116 wird folglich nachstehend zur Vereinfachung beschrieben.
Die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 116 umfasst die Trägererzeugungseinrichtung 116a, die U-Phasen-Vergleichseinrichtung 116bU, die V-Phasen-Vergleichseinrichtung 116bV und die W-Phasen-Vergleichseinrichtung 116bW. Die Trägererzeugungseinrichtung 116a erzeugt das Trägersignal SigC in der Form eines Dreieckwellensignals und gibt es aus.
Die U-, V- und W-Phasen-Vergleichseinrichtungen 116bU, 116bV und 116bW empfangen das Trägersignal SigC, das durch die Trägererzeugungseinrichtung 116a ausgegeben wird, sowie die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen, die durch die Drei-Phasen-Umwandlungseinrichtung 115 erzeugt werden. Die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen werden beispielsweise in der Form einer Sinuswelle erzeugt und 120° aus der elektrischen Phase zueinander ausgegeben.
Die U-, V- und W-Phasen-Vergleichseinrichtungen 116bU, 116bV und 116bW vergleichen die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen mit dem Trägersignal SigC, um Betätigungssignale für die Schalter Sp und Sn der oberen und unteren Arme des ersten Wechselrichters 101 für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen unter einer PWM-(Impulsbreitenmodulations-)Steuerung zu erzeugen. Spezifisch arbeitet die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 116, um Betätigungssignale für die Schalter Sp und Sn der oberen und unteren Arme für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen unter der PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Pegeln von Signalen, die hergeleitet werden, indem die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungszufuhrspannung normalisiert werden, mit einem Pegel des Trägersignals SigC zu erzeugen. Die Ansteuerungseinrichtung 117 reagiert auf die Betätigungssignale, die durch die Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 116 ausgegeben werden, um die Schalter Sp und Sn in dem ersten Wechselrichter 101 für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen ein- oder auszuschalten.
Die Steuerungseinrichtung 110 ändert die Trägerfrequenz fc des Trägersignals SigC, das heißt eine Schaltfrequenz für jeden der Schalter Sp und Sn. Die Trägerfrequenz fc wird geändert, um in einem niedrigen Drehmomentbereich oder einem Hochgeschwindigkeitsbereich in der rotierenden elektrischen Maschine 10 höher zu sein, und alternativ hierzu in einem hohen Drehmomentbereich in der rotierenden elektrischen Maschine 10 niedriger zu sein. Diese Änderung wird erreicht, um eine Verschlechterung einer Einfachheit einer Steuerung eines elektrischen Stroms, der durch jede der U-, V- und W-Phasen-Wicklungen fließt, zu minimieren.
Kurz gesagt dient die kernfreie Struktur des Stators 50 dazu, die Induktivität in dem Stator 50 zu verringern. Die Verringerung der Induktivität resultiert üblicherweise in einer Verkleinerung einer elektrischen Zeitkonstante in der rotierenden elektrischen Maschine 10. Dies führt zu einer Möglichkeit, dass eine Welligkeit eines Stroms, der durch jede der Phasen-Wicklungen fließt, vergrößert werden kann, wodurch die Verschlechterung der Einfachheit der Steuerung des Stroms, der durch die Phasenwicklung fließt, die Folge ist, was eine Steuerungsabweichung verursacht. Die negativen Effekte der vorstehend genannten Verschlechterung auf die Einfachheit der Steuerung werden üblicherweise höher, wenn der Strom (beispielsweise ein Effektivwert des Stroms), der durch die Wicklung fließt, in einer niedrigen Stromregion liegt, als wenn der Strom in einem hohen Strombereich liegt. Um ein derartiges Problem abzumildern, ist die Steuerungseinrichtung 110 in diesem Ausführungsbeispiel ausgelegt, die Trägerfrequenz fc zu ändern.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 45 beschrieben, wie die Trägerfrequenz fc zu ändern ist. Dieser Betrieb der Betätigungssignalerzeugungseinrichtung 116 wird durch die Steuerungseinrichtung 110 zyklisch bei einem vorgegebenen Intervall ausgeführt.
Zuerst wird in Schritt S10 bestimmt, ob ein elektrischer Strom, der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen 51a fließt, in dem niedrigen Strombereich liegt. Diese Bestimmung wird ausgeführt, um zu bestimmen, ob ein Drehmoment, das jetzt durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird, in dem niedrigen Drehmomentbereich liegt. Eine derartige Bestimmung kann gemäß dem ersten Verfahren oder dem zweiten Verfahren erreicht werden, wie es nachstehend beschrieben ist.
ERSTES VERFAHREN
Der geschätzte Drehmomentwert der rotierenden elektrischen Maschine 10 wird unter Verwendung des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 112 umgewandelt werden, berechnet. Wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Drehmomentwert niedriger als ein Drehmomentschwellenwert ist, wird daraus geschlossen, dass der Strom, der durch die Wicklung 51a fließt, in dem niedrigen Strombereich liegt. Alternativ hierzu wird, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Drehmomentwert größer oder gleich dem Drehmomentschwellenwert ist, daraus geschlossen, dass der Strom in dem hohen Strombereich liegt. Der Drehmomentschwellenwert wird ausgewählt, um beispielsweise die Hälfte des Grades eines Startdrehmoments (auch als Anzugmoment bezeichnet) in der rotierenden elektrischen Maschine 10 zu sein.
ZWEITES VERFAHREN
Wenn bestimmt wird, dass ein Drehwinkel des Rotors 40, der durch einen Winkelsensor gemessen wird, größer oder gleich einem Geschwindigkeitsschwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Strom, der durch die Wicklung 51a fließt, in dem niedrigen Strombereich, das heißt in dem Hochgeschwindigkeitsbereich liegt. Der Geschwindigkeitsschwellenwert kann ausgewählt werden, um einer Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 10 zu sein, wenn ein maximales Drehmoment, das durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird, gleich dem Drehmomentschwellenwert ist.
Wenn eine NEIN-Antwort in Schritt S10 erhalten wird, was bedeutet, dass der Strom in dem hohen Strombereich liegt, schreitet die Routine daraufhin zu Schritt S11 voran, wobei die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt wird.
Alternativ hierzu schreitet, wenn eine JA-Antwort in Schritt S10 erhalten wird, die Routine daraufhin zu Schritt S12 voran, wobei die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt wird, die höher als die erste Frequenz fL ist.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird die Trägerfrequenz fc, wenn der Strom, der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen fließt, in dem niedrigen Strombereich liegt, ausgewählt, um höher zu sein als die, wenn der Strom in dem hohen Strombereich liegt. Die Schaltfrequenz für die Schalter Sp und Sn wird folglich in dem niedrigen Strombereich vergrößert, wodurch ein Anstieg in einer Stromwelligkeit minimiert wird, um die Stabilität bei einer Steuerung des Stroms sicherzustellen.
Wenn der Strom, der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen fließt, in dem hohen Strombereich liegt, wird die Trägerfrequenz fc ausgewählt, um niedriger zu sein als die, wenn der Strom in dem niedrigen Strombereich liegt. Der Strom, der durch die Wicklung in dem hohen Strombereich fließt, weist üblicherweise eine Amplitude auf, die größer ist als die, wenn der Strom in dem niedrigen Strombereich liegt, sodass der Anstieg in der Stromwelligkeit, die von der Verringerung der Induktivität verursacht wird, einen geringen Einfluss auf die Einfachheit der Steuerung des Stroms aufweist. Es ist folglich möglich, die Trägerfrequenz fc in dem hohen Strombereich einzustellen, um niedriger zu sein als die in dem niedrigen Strombereich, wodurch ein Schaltverlust in den Wechselrichtern 101 und 102 verringert wird.
Diese Modifikation ist in der Lage, die nachstehend genannten Betriebsarten zu verwirklichen.
Wenn eine JA-Antwort in Schritt S10 in 45 erhalten wird, wenn die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt ist, kann die Trägerfrequenz fc allmählich von der ersten Frequenz fL auf die zweite Frequenz fH geändert werden.
Alternativ hierzu kann, wenn eine NEIN-Antwort in Schritt S10 erhalten wird, wenn die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt ist, die Trägerfrequenz fc allmählich von der zweiten Frequenz fH auf die erste Frequenz fL geändert werden.
Die Betätigungssignale für die Schalter können alternativ hierzu unter Verwendung einer SVM (Raumvektormodulation) anstelle der PWM erzeugt werden. Die vorstehend beschriebene Änderung der Schaltfrequenz kann ebenso ausgeführt werden.
MODIFIKATION 9
In jedem der Ausführungsbeispiele sind zwei Paare von Leitern, die die Leitergruppen 81 für jede Phase bilden, wie es in 46(a) veranschaulicht ist, parallel zueinander angeordnet. 46(a) zeigt eine Darstellung, die eine elektrische Verbindung der ersten und zweiten Leiter 88a und 88b, die die zwei Paare von Leitern sind, veranschaulicht. Die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b können alternativ hierzu, wie es in 46(b) veranschaulicht ist, in Reihe miteinander anstelle der Verbindung in 46(a) geschaltet sein.
Drei oder mehr Paare von Leitern können in der Form von mehreren Schichten gestapelt sein. 47 veranschaulicht vier Paare von Leitern: die ersten bis vierten Leiter 88a bis 88d, die gestapelt sind. Der erste Leiter 88a, der zweite Leiter 88b, der dritte Leiter 88c und der viert Leiter 88d sind in dieser Reihenfolge von dem Statorkern 52 in der radialen Richtung angeordnet.
Die dritten und vierten Leiter 88c und 88d sind, wie es in 46(c) veranschaulicht ist, parallel zueinander geschaltet. Der erste Leiter 88a ist mit einer von Verbindungen der dritten und vierten Leiter 88c und 88d verbunden. Der zweite Leiter 88b ist mit der anderen Verbindung der dritten und vierten Leiter 88c und 88d verbunden. Die Parallelschaltung von Leitern resultiert üblicherweise in einer Verkleinerung einer Stromdichte in diesen Leitern, wodurch eine thermische Energie, die bei einer Energieversorgung der Leiter erzeugt wird, minimiert wird. Dementsprechend sind in der Struktur, in der eine zylindrische Statorwicklung in einem Gehäuse (das heißt der Einheitsbasis 61) mit dem Kühlmittelpfad 74, der darin ausgebildet ist, eingebaut ist, die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b, die nicht parallel miteinander verbunden sind, nahe an dem Statorkern 52 angeordnet, der in Kontakt mit der Einheitsbasis 61 platziert ist, während die dritten und vierten Leiter 88c und 88d, die parallel zueinander angeschlossen sind, weiter weg von dem Statorkern 52 angeordnet sind. Diese Gestaltung gleicht die Kühlungsfähigkeit der Leiter 88a bis 88d, die in der Form von mehreren Schichten gestapelt sind, aus.
Die Leitergruppe 81, die die ersten bis vierten Leiter 88a bis 88d umfasst, kann eine Dicke in der radialen Richtung aufweisen, die kleiner als eine Umfangsbreite der Leitergruppen 81 für eine Phase innerhalb einer Region eines Pols ist.
MODIFIKATION 10
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann alternativ hierzu ausgelegt sein, eine Innenrotorstruktur (das heißt eine innen drehende Struktur) aufzuweisen. In diesem Fall kann der Stator 50 beispielsweise auf einer radialen Außenseite innerhalb des Gehäuses 30 angebracht sein, während der Rotor 40 auf einer radialen Innenseite innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet sein kann. Die Wechselrichtereinheit 60 kann bei einer axialen Seite oder bei beiden axialen Seiten des Stators 50 oder des Rotors 40 angebracht sein. 48 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Rotors 40 und des Stators 50. 49 zeigt eine vergrößerte Darstellung, die den Rotor 40 und den Stator 50 in 48 teilweise veranschaulicht.
Die Innenrotorstruktur in den 48 und 49 ist im Wesentlichen identisch zu der Außenrotorstruktur in den 8 und 9 mit der Ausnahme der Gestaltung des Rotors 40 und des Stators 50 in der radialen Richtung. Kurz gesagt ist der Stator 50 mit der Statorspule 51, die eine abgeflachte Leiterstruktur aufweist, und dem Statorkern 52 ohne Zähne ausgestattet. Die Statorspule 51 ist radial innerhalb des Statorkerns 52 eingebaut. Der Statorkern 52 weist, wie bei der Außenrotorstruktur, eine der nachstehend genannten Strukturen auf.
(A) Der Stator 50 weist die Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung angeordnet ist. Als die Leiter-zu-Leiter-Elemente wird ein magnetisches Material verwendet, das eine Beziehung gemäß Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breite der Leiter-zu-Leiter-Elemente in der Umfangsrichtung innerhalb eines Magnetpols ist, Bs die Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist, Wm eine Breite der Magneteinheit ist, die äquivalent zu einem Magnetpol in der Umfangsrichtung ist, und Br die Restflussdichte in der Magneteinheit ist.
(B) Der Stator 50 weist die Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung angeordnet ist. Die Leiter-zu-Leiter-Elemente sind aus einem nicht magnetischen Material hergestellt.
(C) Der Stator 50 weist kein Leiter-zu-Leiter-Element auf, das zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung angeordnet ist.
Das gleiche gilt für die Magnete 91 und 92 der Magneteinheit 42. Spezifisch ist die Magneteinheit 42 aus den Magneten 91 und 92 gebildet, von denen jeder magnetisch ausgerichtet ist, eine leichte Magnetisierungsachse aufzuweisen, die nahe der d-Achse gerichtet ist, um paralleler zu der d-Achse als die nahe der q-Achse zu sein, die an der Grenze der Magnetpole definiert ist. Die Einzelheiten der Magnetisierungsrichtung in jedem der Magnete 91 und 92 sind die gleichen wie vorstehend beschrieben. Die Magneteinheit 42 kann der ringförmige Magnet 94 (siehe 3) sein.
50 zeigt eine longitudinale Schnittdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine 10, die ausgelegt ist, die Innenrotorstruktur aufzuweisen. 50 entspricht 2. Unterschiede zu der Struktur in 2 werden nachstehend kurz beschrieben. In 50 wird der ringförmige Stator 50 innerhalb des Gehäuses 30 gehalten. Der Rotor 40 ist innerhalb des Stators 50 mit einer Luftlücke dazwischen angeordnet, um drehbar zu sein. Die Lager 21 und 22 sind, wie in 2, von der axialen Mitte des Rotors 40 in der axialen Richtung des Rotors 40 versetzt, sodass der Rotor 40 in der freitragenden Form gehalten wird. Der Wechselrichter 60 ist innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 angebracht.
51 veranschaulicht die Innenrotorstruktur der rotierenden elektrischen Maschine 10, die zu der, die vorstehend beschrieben ist, unterschiedlich ist. Das Gehäuse 30 weist die Drehwelle 11 auf, die durch die Lager 21 und 22 gehalten wird, um drehbar zu sein. Der Rotor 40 ist an der Drehwelle 11 befestigt. Wie die Struktur in 2 ist jedes der Lager 21 und 22 von der axialen Mitte des Rotors 40 in der axialen Richtung des Rotors 40 versetzt. Der Rotor 40 ist mit der Magnethalteeinrichtung 41 und der Magneteinheit 42 ausgestattet.
Die rotierende elektrische Maschine 10 in 51 unterscheidet sich von der in 50 darin, dass die Wechselrichtereinheit 60 nicht radial innerhalb des Rotors 40 angeordnet ist. Die Magnethalteeinrichtung 41 ist mit der Drehwelle 11 radial innerhalb der Magneteinheit 42 verbunden. Der Stator 50 ist mit der Statorspule 51 und dem Statorkern 52 ausgestattet und an dem Gehäuse 30 befestigt. Es ist anzumerken, dass die Definitionen von Parametern, wie beispielsweise Wt, Wn, Wm und Bs, die mit dem Stator 50 verbunden sind, oder von Parametern, wie beispielsweise θ11, θ12, X1, X2, Wm und Br, die mit der Magneteinheit 42 verbunden sind, sich auf die in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel oder der Modifikation 1 beziehen können.
MODIFIKATION 11
Die Innenrotorstruktur der rotierenden elektrischen Maschine, die zu der unterschiedlich ist, die vorstehend beschrieben ist, wird nachstehend beschrieben. 52 zeigt eine Explosionsdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine 200. 53 zeigt eine Seitenschnittdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine 200. In der nachstehenden Beschreibung beruht eine vertikale Richtung auf der Ausrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 200.
Die rotierende elektrische Maschine 200, die in den 52 und 53 veranschaulicht ist, umfasst den Stator 203 und den Rotor 204. Der Stator 203 ist mit dem ringförmigen Statorkern 201 und der Mehrphasenstatorwicklung 202 ausgestattet. Der Rotor 204 ist innerhalb des Statorkerns 201 angeordnet, um drehbar zu sein. Der Stator 203 arbeitet als ein Anker. Der Rotor 204 arbeitet als ein Feldmagnet. Der Statorkern 201 ist aus einem Stapel von Siliziumstahlplatten gebildet. Die Statorwicklung 202 ist in dem Statorkern 201 eingebaut.
Obwohl es nicht veranschaulicht ist, ist der Rotor 204 mit einem Rotorkern und einer Vielzahl von Dauermagneten ausgestattet, die in der Form einer Magneteinheit angeordnet sind. Der Rotorkern weist darin ausgebildet eine Vielzahl von Löchern auf, die bei gleichen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung des Rotorkerns angeordnet sind. Die Dauermagnete, die magnetisiert sind, um Magnetisierungsrichtungen aufzuweisen, die abwechselnd in benachbarten Magnetpolen geändert sind, sind in den Löchern des Rotorkerns angeordnet. Die Dauermagnete der Magneteinheit können wie in 23 ausgelegt sein, eine Halbach-Anordnungsstruktur oder eine ähnliche Struktur aufzuweisen. Die Dauermagnete der Magneteinheit können alternativ hierzu aus anisotropen Magneten, wie es in Bezug auf 9 oder 43 beschrieben ist, gebildet sein, bei denen die magnetische Ausrichtung (das heißt die Magnetisierungsrichtung) sich in einer Bogenform zwischen der d-Achse, die bei der Magnetmitte definiert ist, und der q-Achse, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist, erstreckt.
Der Stator 203 kann hergestellt sein, eine der nachstehend beschriebenen Strukturen aufzuweisen.
(A) Der Stator 203 weist die Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung angeordnet ist. Als die Leiter-zu-Leiter-Elemente wird ein magnetisches Material verwendet, das eine Beziehung gemäß Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breite der Leiter-zu-Leiter-Elemente in der Umfangsrichtung innerhalb eines Magnetpols ist, Bs die Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist, Wm eine Breite der Magneteinheit, die äquivalent zu einem Magnetpol in der Umfangsrichtung ist, ist und Br die Restflussdichte in der Magneteinheit ist.
(B) Der Stator 203 weist die Leiter-zu-Leiter-Elemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung angeordnet ist. Die Leiter-zu-Leiter-Elemente sind jeweils aus einem nicht magnetischen Material hergestellt.
(C) Der Stator 203 weist kein Leiter-zu-Leiter-Element auf, das zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung angeordnet ist.
Der Rotor 204 weist die Magneteinheit auf, die aus einer Vielzahl von Magneten gebildet ist, von denen jeder magnetisch ausgerichtet ist, eine leichte Magnetisierungsachse aufzuweisen, die nahe der d-Achse gerichtet ist, um paralleler zu der d-Achse als die nahe der q-Achse zu sein, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist.
Das ringförmige Wechselrichtergehäuse 211 ist bei einer Endseite einer Achse der rotierenden elektrischen Maschine 200 angeordnet. Das Wechselrichtergehäuse 211 weist eine untere Oberfläche auf, die in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Statorkerns 201 platziert ist. Das Wechselrichtergehäuse 211 weist darin angeordnet eine Vielzahl von Leistungsmodulen 212 auf, die eine Wechselrichterschaltung bilden, die Glättungskondensatoren 213, die arbeiten, um eine Variation in einer Spannung oder einem Strom (das heißt eine Welligkeit) zu verringern, die aus Schaltbetrieben von Halbleiterschaltern resultiert, die Steuerungsplatine 214, die mit einer Steuerungseinrichtung ausgestattet ist, den Stromsensor 215, der arbeitet, um einen Phasenstrom zu messen, und den Drehmelderstator 216 auf, der als ein Drehzahlsensor für den Rotor 204 dient. Die Leistungsmodule 212 sind mit IGBTs, die als Halbleiterschalter dienen, oder Dioden ausgestattet.
Das Wechselrichtergehäuse 211 weist die Leistungsverbindungseinrichtung 217 auf, die bei einem zugehörigen Umfangsrand für eine Verbindung mit einer Gleichstromschaltung für eine Batterie, die in einem Fahrzeug angebracht ist, angeordnet ist. Das Wechselrichtergehäuse 211 weist ebenso die Signalverbindungseinrichtung 218 auf, die bei dem zugehörigen Umfangsrand für ein Erreichen einer Übertragung von Signalen zwischen der rotierenden elektrischen Maschine 200 und einer Steuerungseinrichtung, die in dem Fahrzeug eingebaut ist, angeordnet ist. Das Wechselrichtergehäuse 211 ist mit der oberen Abdeckung 219 abgedeckt. Die Gleichstromleistung, die durch die Batterie erzeugt wird, die in dem Fahrzeug eingebaut ist, wird in die Leistungsverbindungseinrichtung 217 eingegeben, durch die Schalter der Leistungsmodule 212 in einen Wechselstrom umgewandelt und dann zu den Phasenwicklungen der Statorwicklung 202 geliefert.
Die Lagereinheit 221 und das ringförmige hintere Gehäuse 222 sind auf der zu dem Wechselrichtergehäuse 211 entgegengesetzten Endseite der Achse des Statorkerns angeordnet. Die Lagereinheit 221 hält eine Drehachse des Rotors 204, um drehbar zu sein. Das hintere Gehäuse 222 weist die Lagereinheit 221 auf, die darin angeordnet ist. Die Lagereinheit 221 ist beispielsweise mit zwei Lagern ausgestattet und von der Mitte der Länge des Rotors 204 in Richtung zu einem der Enden der Länge des Rotors 204 versetzt. Die Lagereinheit 221 kann alternativ hierzu konstruiert sein, eine Vielzahl von Lagern aufzuweisen, die auf beiden Endseiten des Statorkerns 201 entgegengesetzt zueinander in der axialen Richtung angeordnet sind, sodass die Lager beide Enden der Drehwelle halten. Das hintere Gehäuse 222 ist an ein Getriebegehäuse oder ein Getriebe des Fahrzeugs unter Verwendung von Bolzen beziehungsweise Schrauben befestigt, wodurch die rotierende elektrische Maschine 200 an dem Fahrzeug befestigt wird.
Das Wechselrichtergehäuse 211 weist darin ausgebildet den Kühlungsströmungspfad 211a auf, durch den ein Kühlmittel strömt. Der Kühlungsströmungspfad 211a wird definiert, indem eine ringförmige Vertiefung, die in einer unteren Oberfläche des Wechselrichtergehäuses 211 ausgebildet ist, durch eine obere Oberfläche des Statorkerns 201 geschlossen wird, der Kühlungsströmungspfad 211a umgibt ein Spulenende der Statorwicklung 202. Der Kühlungsströmungspfad 211a weist die Modulgehäuse 212a der Leistungsmodule 212 auf, die darin angeordnet sind. Auf ähnliche Weise weist das hintere Gehäuse 222 darin ausgebildet den Kühlungsströmungspfad 222a auf, der ein Spulenende der Statorwicklung 202 umgibt. Der Kühlungsströmungspfad 222a wird definiert, indem eine ringförmige Vertiefung, die in einer oberen Oberfläche des hinteren Gehäuses 222 ausgebildet ist, durch eine untere Oberfläche des Statorkerns 201 geschlossen wird. Es ist anzumerken, dass die Definitionen von Parametern, wie beispielsweise Wt, Wn, Wm, und Bs, die mit dem Stator 50 verbunden sind, oder von Parametern, wie beispielsweise θ11, θ12, X1, X2, Wm, und Br, die mit der Magneteinheit 42 verbunden sind, sich auf die in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel oder der Modifikation 1 beziehen können.
MODIFIKATION 12
Die vorstehende Beschreibung hat sich auf den Drehfeldtyp von rotierenden elektrischen Maschinen bezogen, wobei aber ein Drehankertyp einer rotierenden elektrischen Maschine verkörpert werden kann. 54 veranschaulicht den Drehankertyp der rotierenden elektrischen Maschine 230.
Die rotierende elektrische Maschine 230 in 54 weist das Lager 232 auf, das die Gehäuse 231a und 231b hält. Das Lager 232 hält die Drehwelle 233, um drehbar zu sein. Das Lager 232 ist beispielsweise aus einem ölimprägnierten Lager gebildet, bei dem ein poröses Material mit Öl imprägniert ist. Die Drehwelle 233 weist daran befestigt den Rotor 234 auf, der als ein Anker arbeitet. Der Rotor 234 umfasst den Rotorkern 235 und die Mehrphasenrotorwicklung 236, die an einem äußeren Umfang des Rotorkerns 235 befestigt ist. Der Rotorkern 235 des Rotors 234 ist ausgelegt, eine schlitzfreie Struktur aufzuweisen. Die Mehrphasenrotorwicklung 236 weist die abgeflachte Leiterstruktur auf, wie sie vorstehend beschrieben ist. Anders ausgedrückt ist die Mehrphasenrotorwicklung 236 geformt, einen Bereich für jede Phase aufzuweisen, der eine Abmessung in der Umfangsrichtung aufweist, die größer ist als die in der radialen Richtung.
Der Stator 237 ist radial außerhalb des Rotors 234 angeordnet. Der Stator 237 arbeitet als ein Feldmagnet. Der Stator 237 umfasst den Statorkern 238 und die Magneteinheit 239. Der Statorkern 238 ist an dem Gehäuse 231a befestigt. Die Magneteinheit 239 ist an einem Innenumfang des Statorkerns 238 angebracht. Die Magneteinheit 239 wird aus einer Vielzahl von Magneten gebildet, die angeordnet sind, Magnetpole aufzuweisen, die abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Wie die Magneteinheit 42, die vorstehend beschrieben ist, ist die Magneteinheit 239 magnetisch ausgerichtet, eine leichte Magnetisierungsachse aufzuweisen, die nahe der d-Achse gerichtet ist, um paralleler zu der d-Achse als die nahe der q-Achse zu sein, die auf einer Grenze zwischen den Magnetpolen definiert ist. Die Magneteinheit 239 ist mit magnetisch ausgerichteten gesinterten Neodym-Magneten ausgestattet, deren intrinsische Koerzitivfeldstärke 400 [kA/m] oder mehr beträgt und deren Restflussdichte 1,0 [T] oder mehr beträgt.
Die rotierende elektrische Maschine 230 in diesem Ausführungsbeispiel ist als ein zweipoliger dreispuliger kernloser Bürstenmotor konstruiert. Die Mehrphasenrotorwicklung 236 ist aus drei Spulen gebildet. Die Magneteinheit 239 ist ausgelegt, zwei Pole aufzuweisen. Ein Verhältnis der Anzahl von Polen und der Anzahl von Spulen in typischen Bürstenmotoren ist 2:3, 4:10, oder 4:21 in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung.
Die Drehwelle 233 weist den Kommutator 241 auf, der daran befestigt ist. Eine Vielzahl von Bürsten 242 ist radial außerhalb des Kommutators 241 angeordnet. Der Kommutator 241 ist elektrisch mit der Mehrphasenrotorwicklung 236 durch die Leiter 234 verbunden, die in der Drehwelle 233 eingebettet sind. Der Kommutator 241, die Bürsten 242 und die Leiter 243 werden verwendet, um einen Gleichstrom zu der Mehrphasenrotorwicklung 236 zu liefern. Der Kommutator 241 ist aus einer Vielzahl von Sektionen gebildet, die in einer zugehörigen Umfangsrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl von Phasen der Mehrphasenrotorwicklung 236 angeordnet sind. Die Bürsten 242 können mit einer Gleichstromleistungszufuhr, wie beispielsweise einer Speicherbatterie, unter Verwendung von elektrischen Drähten oder unter Verwendung eines Anschlussblocks verbunden sein.
Die Drehwelle 233 weist eine harzartige Beilagscheibe beziehungsweise einen harzartigen Dichtungsring 244 auf, die zwischen dem Lager 232 und dem Kommutator 241 angeordnet ist. Die harzartige Beilagscheibe 244 dient als ein Dichtungselement, um ein Lecken von Öl zu minimieren, das aus dem Lager 232, das durch ein ölimprägniertes Lager implementiert ist, zu dem Kommutator 241 aussickert.
MODIFIKATION 13
Jeder der Leiter 82 der Statorspule 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann ausgelegt sein, einen Stapel aus einer Vielzahl von isolierenden Beschichtungen oder Schichten aufzuweisen, die aufeinandergelegt sind. Beispielsweise kann jeder der Leiter 82 gebildet werden, indem ein Bündel aus einer Vielzahl von mit einer isolierenden Schicht beschichteten Leitern (das heißt Drähten) mit einer isolierenden Schicht bedeckt wird, sodass die isolierende Schicht (das heißt eine innere isolierende Schicht) jedes der Leiter 82 mit der isolierenden Schicht (das heißt einer äußeren isolierenden Schicht) des Bündels bedeckt ist. Die äußere isolierende Schicht ist vorzugsweise ausgelegt, eine Isolationsfähigkeit aufzuweisen, die größer ist als die der inneren isolierenden Schicht. Spezifisch wird die Dicke der äußeren isolierenden Schicht ausgewählt, um größer als die der inneren isolierenden Schicht zu sein. Beispielsweise weist die äußere isolierende Schicht eine Dicke von 100 µm auf, während die innere isolierende Schicht eine Dicke von 40 µm aufweist. Alternativ hierzu kann die äußere isolierende Schicht eine Permittivität beziehungsweise die Elektrizitätskonstante aufweisen, die niedriger als die der inneren isolierenden Schicht ist. Jeder der Leiter 82 kann eine der vorstehend beschriebenen Strukturen aufweisen. Jeder Draht ist vorzugsweise aus einer Ansammlung von leitfähigen Elementen oder Fasern gebildet.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird die rotierende elektrische Maschine 10 in einem Hochspannungssystem eines Fahrzeugs nützlich, indem die Isolationsfähigkeit der äußersten Schicht des Leiters 82 vergrößert wird. Die vorstehend beschriebene Struktur ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine 10 in Niedrigdruckbedingungen, wie beispielsweise Berggebieten, angetrieben wird.
MODIFIKATION 14
Jeder der Leiter 82, der mit einem Stapel aus einer Vielzahl von isolierenden Schichten ausgestattet ist, kann ausgelegt sein, zumindest einen Parameter aus einem linearen Ausdehnungskoeffizienten und dem Grad einer Anhaftungsstärke aufzuweisen, der zwischen einer äußeren und einer inneren der isolierenden Schichten unterschiedlich ist. Die Leiter 82 in dieser Modifikation sind in 55 veranschaulicht.
In 55 umfasst der Leiter 82 eine Vielzahl von (in der Zeichnung vier) Drähten 181, die äußere beschichtete Schicht 182 (das heißt eine äußere isolierende Schicht), mit der die Drähte 181 bedeckt sind und die beispielsweise aus einem Harz beziehungsweise Kunststoff hergestellt ist, und die Zwischenschicht 183 (das heißt eine isolierende Zwischenschicht), die um jeden der Drähte 181 innerhalb der äußeren beschichteten Schicht 182 angeordnet ist. Jeder der Drähte 181 umfasst den leitfähigen Abschnitt 181a, der aus einem Kupfermaterial hergestellt ist, und die Leiterbeschichtungsschicht (das heißt eine innere isolierende Schicht), die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. Die äußere beschichtete Schicht 182 dient dazu, zwischen Phasenwicklungen der Statorwicklung elektrisch zu isolieren. Jeder der Drähte 181 ist vorzugsweise aus einer Ansammlung von leitfähigen Elementen oder Fasern gebildet.
Die Zwischenschicht 183 weist einen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, der höher ist als der der beschichteten Schicht 181b, aber niedriger als der der äußeren beschichteten Schicht 182 ist. Anders ausgedrückt wird der lineare Ausdehnungskoeffizient des Leiters 82 von einer Innenseite zu einer zugehörigen Außenseite vergrößert. Typischerweise ist die äußere beschichtete Schicht 182 ausgelegt, einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufzuweisen, der höher als der der beschichteten Schicht 181b ist. Die Zwischenschicht 183 weist, wie es vorstehend beschrieben ist, einen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen denen der beschichteten Schicht 181b und der äußeren beschichteten Schicht 182 liegt, wobei sie somit als ein Puffer dient, um eine Möglichkeit zu beseitigen, dass die inneren und äußeren Schichten gleichzeitig gebrochen werden können.
Jeder der Drähte 181 des Leiters 82 weist den leitfähigen Abschnitt 181a und die beschichtete Schicht 181b auf, die an dem leitfähigen Abschnitt 181a anhaftet. Die beschichtete Schicht 181b und die Zwischenschicht 183 sind ebenso aneinandergeheftet. Die Zwischenschicht 183 und die äußere beschichtete Schicht 182 sind aneinandergeheftet. Derartige Verbindungen weisen eine Anhaftungsstärke auf, die in Richtung einer äußeren Seite des Leiters 82 abnimmt. Anders ausgedrückt ist die Anhaftungsstärke zwischen dem leitfähigen Abschnitt 181a und der beschichteten Schicht 181b niedriger als die zwischen der beschichteten Schicht 181b und der Zwischenschicht 183 und zwischen der Zwischenschicht 183 und den äußeren beschichteten Schichten 182. Die Anhaftungsstärke zwischen der beschichteten Schicht 181b und der Zwischenschicht 183 kann höher oder identisch sein zu der zwischen der Zwischenschicht 183 und den äußeren beschichteten Schichten 182. Üblicherweise kann die Anhaftungsstärke zwischen beispielsweise zwei beschichteten Schichten als eine Funktion einer Bruchkraft gemessen werden, die erforderlich ist, um die beschichteten Schichten voneinander abzulösen. Die Anhaftungsstärke des Leiters 82 wird in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgewählt, um die Möglichkeit zu minimieren, dass die inneren und äußeren Schichten zusammengebrochen werden, die aus einer Temperaturdifferenz zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Leiters 82, wenn er erwärmt oder gekühlt wird, entsteht.
Üblicherweise resultiert die Wärmeerzeugung oder Temperaturänderung in der rotierenden elektrischen Maschine in Kupferverlusten, die aus einer Wärme von dem leitfähigen Abschnitt 181a des Drahts 181 oder von einem Eisenkern entstehen. Diese zwei Verlusttypen resultieren aus der Wärme, die von dem leitfähigen Abschnitt 181a in dem Leiter 82 oder von einer Außenseite des Leiters 82 übertragen wird. Die Zwischenschicht 183 weist keine Wärmequelle auf. Die Zwischenschicht 183 weist eine Anhaftungsstärke auf, die als ein Puffer für die beschichtete Schicht 181b und die äußere beschichtete Schicht 182 dient, wodurch die Möglichkeit beseitigt wird, dass die beschichtete Schicht 181b und die äußere beschichtete Schicht 182 gleichzeitig gebrochen werden können. Dies ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine unter Bedingungen, wie beispielsweise in Fahrzeugen, verwendet wird, bei denen ein Widerstand gegen einen hohen Druck erforderlich ist, oder sich die Temperatur in großem Umfang ändert.
Zusätzlich kann der Draht 181 aus einem Lackdraht mit einer Schicht (das heißt der beschichteten Schicht 181b), die mit einem Harz beziehungsweise Kunststoff, wie beispielsweise PA, PI oder PAI, beschichtet ist, hergestellt sein. Auf ähnliche Weise ist die äußere beschichtete Schicht 182 außerhalb des Drahts 181 vorzugweise aus PA, PI und PAI hergestellt, wobei sie eine große Dicke aufweist. Dies minimiert ein Risiko eines Bruchs der äußeren beschichteten Schicht 182, der durch einen Unterschied in dem linearen Ausdehnungskoeffizienten verursacht wird. Anstelle einer Verwendung von PA, PI, PAI, um die äußere beschichtete Schicht 182, die eine große Dicke aufweist, herzustellen, wird ein Material, wie beispielsweise PPS, PEEK, Fluor, Polycarbonat, Silikon, Epoxid, Polyethylen-Naphthalat oder LCP, das eine dielektrische Permittivität aufweist, die niedriger als die von PI oder PAI ist, vorzugsweise verwendet, um die Leiterdichte der rotierenden elektrischen Maschine zu vergrößern. Die Verwendung eines derartigen Harzes beziehungsweise Kunststoffes verbessert die Isolationsfähigkeit der äußeren beschichteten Schicht 182, auch wenn sie eine Dicke aufweist, die kleiner oder gleich der der beschichteten Schicht 181b ist, und vergrößert die Belegung des leitfähigen Abschnitts. Üblicherweise weist das vorstehend genannte Harz einen Grad einer elektrischen Permittivität auf, der höher ist als der einer isolierenden Schicht eines Lackdrahts. Selbstverständlich gibt es ein Beispiel, in dem der Bildungszustand oder ein Zusatzmittel in einer Verkleinerung der elektrischen Permittivität hiervon resultiert. Üblicherweise weist PPS und PEEK einen höheren linearen Ausdehnungskoeffizienten als eine Lack beschichtete Schicht auf, wobei er aber niedriger als ein anderer Harztyp ist und somit lediglich für die äußere der zwei Schichten nützlich ist.
Die Anhaftungsstärke der zwei Typen von beschichteten Schichten, die außerhalb des Drahts 181 angeordnet sind (das heißt die isolierende Zwischenschicht und die äußere isolierende Schicht), an die lackbeschichtete Schicht des Drahts 181 ist vorzugsweise niedriger als die zwischen dem Kupferdraht und der lackbeschichteten Schicht des Drahts 181, wodurch eine Möglichkeit minimiert wird, dass die lackbeschichtete Schicht und die vorstehend genannten zwei Typen von beschichteten Schichten gleichzeitig gebrochen werden.
In einem Fall, in dem der Stator mit einem Wasserkühlungsmechanismus, einem Flüssigkeitskühlungsmechanismus oder einem Luftkühlungsmechanismus ausgestattet ist, kann man sich vorstellen, dass eine thermische Beanspruchung oder eine Aufprallbeanspruchung zuerst auf die äußeren beschichteten Schichten 182 ausgeübt wird. Die thermische Beanspruchung oder die Aufprallbeanspruchung wird verkleinert, indem die isolierende Schicht des Drahts 181 und die vorstehend genannten zwei Typen von beschichteten Schichten miteinander teilweise verbunden werden, auch wenn die Isolationsschicht aus einem Harz beziehungsweise Kunststoff gebildet ist, das zu denen der vorstehend genannten zwei Typen von beschichteten Schichten unterschiedlich ist. Anders ausgedrückt kann die vorstehend beschriebene isolierende Schicht erzeugt werden, indem ein Draht (das heißt ein Lackdraht) und ein Luftspalt platziert werden und ebenso Fluor, Polycarbonat, Silikon, Epoxid, Polyethylen-Naphthalat oder LCP angeordnet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Haftmittel, das aus Epoxid gebildet ist, eine niedrige elektrische Permittivität aufweist und ebenso einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, verwendet, um die äußere beschichtete Schicht und die innere beschichtete Schicht miteinander zu verbinden. Dies beseitigt einen Bruch der beschichteten Schichten, der durch eine Reibung verursacht wird, die aus einer Vibration beziehungsweise Schwingung des leitfähigen Abschnitts entsteht, oder einen Bruch der äußeren beschichteten Schicht aufgrund der Differenz in dem linearen Ausdehnungskoeffizienten sowie der mechanischen Stärke.
Die äußerste Schicht, die dazu dient, die mechanische Stärke oder eine Befestigung des Leiters 82 sicherzustellen, der die vorstehend beschriebene Struktur aufweist, wird typischerweise in einem abschließenden Vorgang für eine Statorwicklung aus einem Harzmaterial, wie beispielsweise Epoxid, PPS, PEEK oder LCP, vorzugsweise gebildet, das leicht zu formen ist und bezüglich einer Dielektrizitätskonstante oder eines linearen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich zu der lackbeschichteten Schicht ist.
Typischerweise wird ein Harzvergießen unter Verwendung von Urethan oder Silikon ausgeführt. Ein derartiges Harz weist jedoch einen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, der näherungsweise doppelt so groß wie der von anderen Harztypen ist, wobei dies somit zu einer Möglichkeit führt, dass eine thermische Beanspruchung erzeugt wird, wenn das Harz dem Harzvergießen unterzogen wird, sodass es geschert wird. Das vorstehend beschriebene Harz ist folglich für eine Verwendung, bei der Anforderungen für eine Isolation hoch sind und 60V oder mehr betragen, nicht geeignet. Der abschließende Isolationsvorgang, um die äußerste Schicht unter Verwendung von Einspritztechniken mit Epoxid, PPS, PEEK oder LCP zu bilden, erfüllt die vorstehend genannten Anforderungen.
Andere Modifikationen werden nachstehend aufgelistet.
Die Entfernung DM zwischen einer Oberfläche der Magneteinheit 42, die dem Anker gegenüberliegt, und der axialen Mitte des Rotors in der radialen Richtung kann ausgewählt werden, um 50 mm oder mehr zu sein. Beispielsweise kann die Entfernung DM, die in 4 veranschaulicht ist, zwischen der radialen inneren Oberfläche der Magneteinheit 42 (das heißt den ersten und zweiten Magneten 91 und 92) und der Mitte der Achse des Rotors 40 ausgewählt werden, um 50 mm oder mehr zu sein.
Die kleine schlitzfreie Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, deren Ausgabe mehrere zehn oder hundert Watt beträgt, ist bekannt, die für Modelle verwendet wird. Die Autoren oder Erfinder dieser Anmeldung haben keine Beispiele gesehen, in denen die schlitzfreie Struktur mit großen industriellen rotierenden elektrischen Maschinen verwendet wird, deren Ausgabe größer als 10kW beträgt. Die Autoren oder Erfinder haben den Grund hierfür studiert.
Moderne große rotierende elektrische Maschinen sind in vier Haupttypen kategorisiert: ein Bürstenmotor, ein Käfigläufer-Induktionsmotor, ein Dauermagnet-Synchronmotor und ein Reluktanzmotor.
Bürstenmotoren werden mit einem Anregungsstrom unter Verwendung von Bürsten versorgt. Große Bürstenmotoren weisen folglich eine vergrößerte Größe von Bürsten auf, wodurch eine komplexe Wartung hiervon die Folge ist. Mit der bemerkenswerten Entwicklung der Halbleitertechnologie sind stattdessen bürstenlose Motoren, wie beispielsweise Induktionsmotoren, verwendet worden. Auf dem Gebiet von kleinen Motoren ist ebenso eine große Anzahl von kernlosen Motoren im Hinblick auf eine niedrige Trägheit oder eine Wirtschaftlichkeit auf den Markt gelangt.
Käfigläufer-Induktionsmotoren arbeiten auf der Grundlage des Prinzips, dass ein Magnetfeld, das durch eine primäre Statorwicklung erzeugt wird, durch einen sekundären Statorkern empfangen wird, um einen induzierten Strom Klammertypleitern zu liefern, wodurch ein magnetisches Reaktionsfeld erzeugt wird, um ein Drehmoment zu erzeugen. Im Hinblick auf eine kleine Größe und einen hohen Wirkungsgrad der Motoren ist es nicht empfehlenswert, dass der Stator und der Rotor ausgelegt sind, keine Eisenkerne aufzuweisen.
Reluktanzmotoren sind Motoren, die ausgelegt sind, eine Änderung in einer Reluktanz eines Eisenkerns zu verwenden. Es ist somit nicht empfehlenswert, dass der Eisenkern im Prinzip weggelassen wird.
In jüngster Zeit haben Dauermagnet-Synchronmotoren einen IPM-(Innenliegender-Dauermagnet-)Rotor verwendet. Insbesondere verwenden die meisten großen Motoren einen IPM-Rotor, solange es keine speziellen Umstände gibt.
IPM-Motoren weisen Eigenschaften auf, sowohl ein Magnetdrehmoment als auch ein Reluktanzdrehmoment zu erzeugen. Das Verhältnis zwischen dem Magnetdrehmoment und dem Reluktanzdrehmoment wird zeitlich unter Verwendung eines Wechselrichters gesteuert. Aus diesem Grund kann man sich die IPM-Motoren kompakt und hervorragend bezüglich der Fähigkeit, gesteuert zu werden, vorstellen.
Entsprechend einer Analyse durch die Autoren oder Erfinder wird ein Drehmoment auf der Oberfläche eines Rotors, der das Magnetdrehmoment und das Reluktanzdrehmoment erzeugt, in 43 als eine Funktion der Entfernung DM zwischen der Oberfläche der Magneteinheit, die dem Anker gegenüberliegt, und der Mitte der Achse des Rotors, das heißt der Radius eines Statorkerns eines typischen Innenrotors, der auf der horizontalen Achse angegeben ist, ausgedrückt.
Das Potenzial des Magnetdrehmoments, das in der nachstehenden Gleichung (eq1) gesehen werden kann, hängt von der Stärke des Magnetfelds ab, das durch einen Dauermagneten erzeugt wird, während das Potenzial des Reluktanzdrehmoments, das in der nachstehenden Gleichung (eq2) gesehen werden kann, von dem Grad der Induktivität insbesondere auf der q-Achse abhängt. $Das Magnetdrehmoment = k \cdot Ψ \cdot Iq$
$Das Reluktanzdrehmoment = k \cdot (Lq - Ld) \cdot Iq \cdot Id$
Ein Vergleich zwischen der Stärke eines Magnetfelds, das durch den Dauermagneten erzeugt wird, und dem Grad einer Induktivität einer Wicklung, wobei die Entfernung DM verwendet wird, zeigt, dass die Stärke des Magnetfelds, das durch den Dauermagneten erzeugt wird, das heißt der Betrag eines Magnetflusses Ψ proportional zu einer Gesamtfläche einer Oberfläche des Dauermagneten ist, die dem Stator gegenüberliegt. Im Falle eines zylindrischen Stators ist eine derartige Gesamtfläche eine Fläche der zylindrischen Oberfläche des Dauermagneten. Technisch gesprochen weist der Dauermagnet einen N-Pol und einen S-Pol auf, wobei der Betrag des Magnetflusses Ψ proportional zu der Hälfte der Fläche der zylindrischen Oberfläche ist. Die Fläche der zylindrischen Oberfläche ist proportional zu dem Radius der zylindrischen Oberfläche und der Länge der zylindrischen Oberfläche. Wenn die Länge der zylindrischen Oberfläche konstant ist, ist die Fläche der zylindrischen Oberfläche proportional zu dem Radius der zylindrischen Oberfläche.
Die Induktivität Lq der Wicklung hängt von der Form des Eisenkerns ab, wobei aber ihre Empfindlichkeit niedrig und eher proportional zu dem Quadrat der Anzahl von Windungen der Statorwicklung ist, sodass sie in starkem Maße von der Anzahl der Windungen abhängt. Die Induktivität L wird durch eine Beziehung gemäß L = µ · N^2 × S/δ ausgedrückt, wobei µ eine Permeabilität des Magnetkreises ist, N die Anzahl von Windungen ist, S eine Schnittfläche des Magnetkreises ist und δ eine effektive Länge des Magnetkreises ist. Die Anzahl von Windungen der Wicklung hängt von der Größe eines Raums ab, der durch die Wicklung belegt wird. In dem Fall eines zylindrischen Motors hängt die Anzahl von Windungen folglich von der Größe eines Raums ab, der durch die Wicklung des Stators belegt wird, anders ausgedrückt von Flächen von Schlitzen in dem Stator. Der Schlitz ist, wie es in 57 gezeigt ist, rechteckig, sodass die Fläche des Schlitzes proportional zu dem Produkt von a und b ist, wobei a die Breite des Schlitzes in der Umfangsrichtung ist und b die Länge des Schlitzes in der radialen Richtung ist.
Die Breite des Schlitzes in der Umfangsrichtung wird mit einer Zunahme in dem Durchmesser des Zylinders groß, sodass die Breite proportional zu dem Durchmesser des Zylinders ist. Die Länge des Schlitzes in der radialen Richtung ist proportional zu dem Durchmesser des Zylinders. Die Fläche des Schlitzes ist folglich proportional zu dem Quadrat des Durchmessers des Zylinders. Es ist aus der vorstehend genannten Gleichung (eq2) ersichtlich, dass das Reluktanzdrehmoment proportional zu dem Quadrat eines Stroms in dem Stator ist. Die Leistungsfähigkeit der rotierenden elektrischen Maschine hängt folglich davon ab, wieviel Strom in der rotierenden elektrischen Maschine fließen kann, das heißt, sie hängt von den Flächen der Schlitze in dem Stator ab. Die Reluktanz ist folglich proportional zu dem Quadrat des Durchmessers des Zylinders für einen Zylinder einer konstanten Länge. Auf der Grundlage dieser Tatsache ist eine Beziehung des magnetischen Drehmoments und des Reluktanzdrehmoments mit der Entfernung DM durch Diagramme in 56 gezeigt.
Das Magnetdrehmoment wird, wie es in 56 gezeigt ist, linear als eine Funktion der Entfernung DM vergrößert, während das Reluktanzdrehmoment in der Form einer quadratischen Funktion als eine Funktion der Entfernung DM vergrößert wird. 56 zeigt, dass, wenn die Entfernung DM klein ist, das magnetische Drehmoment vorherrschend ist, während das Reluktanzdrehmoment mit einer Vergrößerung in dem Durchmesser des Statorkerns vorherrschend wird. Die Autoren oder Erfinder dieser Anmeldung sind zu dem Schluss gekommen, dass ein Schnittpunkt von Linien, die das magnetische Drehmoment und das Reluktanzdrehmoment in 56 ausdrücken, nahe 50 mm liegt, was der Radius des Statorkerns ist. Es scheint, dass es für einen Motor, dessen Ausgabe 10 kW ist und dessen Statorkern einen Radius aufweist, der viel Größer als 50 mm ist, schwierig ist, den Statorkern wegzulassen, da die Verwendung des Reluktanzdrehmoments mittlerweile etabliert ist. Dies ist einer der Gründe, warum die schlitzfreie Struktur in großen Motoren nicht verwendet wird.
Die rotierende elektrische Maschine, die einen Eisenkern in dem Stator verwendet, steht immer einem Problem gegenüber, das mit der magnetischen Sättigung des Eisenkerns verbunden ist. Insbesondere weisen rotierende elektrische Maschinen eines Radiallückentyps eine longitudinale Sektion in der Drehwelle auf, die eine Flügelradform für jeden Magnetpol aufweist, sodass gilt, dass je weiter er innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine ist, desto kleiner ist die Breite eines Magnetkreises, sodass innere Abmessungen von Zähnen, die Schlitze in dem Kern bilden, ein Faktor zur Begrenzung der Leistungsfähigkeit der rotierenden elektrischen Maschine werden. Auch wenn ein Hochleistungsdauermagnet verwendet wird, wird eine Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Dauermagneten zu einer Schwierigkeit bei einer Erzeugung eines erforderlichen Leistungsgrades des Dauermagneten führen. Es ist erforderlich, den Dauermagneten zu entwerfen, einen vergrößerten Innendurchmesser aufzuweisen, um ein Risiko einer Erzeugung der magnetischen Sättigung zu beseitigen, was in einer vergrößerten Größe der rotierenden elektrischen Maschine resultiert.
Beispielsweise ist eine typische rotierende elektrische Maschine mit einer verteilten Drei-Phasen-Wicklung derart ausgelegt, dass drei bis sechs Zähne dazu dienen, ein Fließen eines Magnetflusses für jeden Magnetpol zu erzeugen, wobei sie aber einer Möglichkeit ausgesetzt ist, dass der Magnetfluss sich bei einem führenden der Zähne in der Umfangsrichtung konzentrieren kann, wodurch verursacht wird, dass der Magnetfluss nicht gleichförmig in den drei bis sechs Zähnen fließt. Beispielsweise konzentriert sich das Fließen des Magnetflusses bei einem oder zwei der Zähne, sodass der eine oder die zwei der Zähne, in dem/denen die magnetische Sättigung auftritt, sich in der Umfangsrichtung mit einer Drehung des Rotors bewegen wird/werden, was zu einem Faktor führen kann, der die Schlitzwelligkeit verursacht.
Aus den vorstehend genannten Gründen ist es erforderlich, die Zähne in der schlitzfreien Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, deren Entfernung DM 50 mm oder mehr ist, wegzulassen, um das Risiko einer Erzeugung der magnetischen Sättigung zu beseitigen. Das Weglassen der Zähne resultiert jedoch in einer Zunahme eines magnetischen Widerstands in magnetischen Kreisen des Rotors und des Stators, wodurch ein Drehmoment, das durch die rotierende elektrische Maschine erzeugt wird, verkleinert wird. Der Grund für eine derartige Zunahme des magnetischen Widerstands ist, dass es beispielsweise einen großen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator gibt. Die schlitzfreie Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, deren Entfernung DM 50 mm oder mehr ist, weist folglich Raum zur Verbesserung für eine Vergrößerung des Ausgabedrehmoments auf. Es gibt zahlreiche Vorteile, die vorstehend beschriebene drehmomentvergrößernde Struktur in der schlitzfreien Struktur von rotierenden elektrischen Maschinen, deren Entfernung DM 50 mm oder mehr ist, zu verwenden.
Nicht nur die rotierenden elektrischen Maschinen des Außenrotortyps, sondern auch die rotierenden elektrischen Maschinen des Innenrotortyps sind vorzugsweise ausgelegt, die Entfernung DM von 50 mm oder mehr zwischen der Oberfläche der Magneteinheit, die dem Anker gegenüberliegt, und der Mitte der Achse des Rotors in der radialen Richtung aufzuweisen.
Die Statorspule 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann ausgelegt sein, lediglich die einzelne gerade Sektion 83 des Leiters 82, die in der radialen Richtung angeordnet ist, aufzuweisen. Alternativ hierzu kann eine Vielzahl von geraden Sektionen 83, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs gerade Sektionen 83, aufeinander in der radialen Richtung gestapelt sein.
Beispielsweise weist die Struktur, die in 2 veranschaulicht ist, die Drehwelle 11 auf, die sich außerhalb der Enden der Länge der rotierenden elektrischen Maschine 10 erstreckt, wobei sie aber alternativ hierzu ausgelegt sein kann, die Drehwelle 11 aufzuweisen, die aus lediglich einem der Enden der rotierenden elektrischen Maschine 10 herausragt. In diesem Fall ist es empfehlenswert, dass ein Abschnitt der Drehwelle 11, die durch die Lagereinheit 20 in der freitragenden Form gehalten wird, bei einem der Enden der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet ist und dass die Drehwelle 11 aus einem derartigen Ende der rotierenden elektrischen Maschine herausragt. Diese Struktur weist die Drehwelle 11 auf, die nicht in die Wechselrichtereinheit 60 ragt, wobei somit ermöglicht wird, dass ein breiter Innenraum der Wechselrichtereinheit 60, das heißt des Zylinders 71 verwendet wird.
Die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine 10 verwendet ein nicht leitfähiges Schmiermittel in den Lagern 21 und 22, wobei sie aber alternativ hierzu ausgelegt sein kann, ein leitfähiges Schmiermittel in den Lagern 21 und 22 aufzuweisen. Beispielsweise kann ein leitfähiges Schmiermittel, das metallische Partikel oder Kohlenstoffpartikel beinhaltet, verwendet werden.
Ein Lager oder Lager kann/können bei lediglich einem axialen Ende oder bei beiden axialen Enden des Rotors 40 für ein Halten der Drehwelle 11, um drehbar zu sein, angebracht sein. Beispielsweise kann die Struktur gemäß 1 ein Lager oder Lager aufweisen, das/die bei lediglich einer Seite oder bei entgegengesetzten Seiten der Wechselrichtereinheit 60 in der axialen Richtung angebracht ist/sind.
Die Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 der rotierenden elektrischen Maschine 10 weist den Zwischenabschnitt 45 auf, der mit der inneren Schulter 49a und der ringförmigen äußeren Schulter 49b ausgestattet ist, wobei jedoch die Magnethalteeinrichtung 41 alternativ hierzu ausgelegt sein kann, den flachen Zwischenabschnitt 45 ohne die Schultern 49a und 49b aufzuweisen.
Der Leiterkörper 82a jedes der Leiter 82 der Statorspule 51 der rotierenden elektrischen Maschine ist aus einer Ansammlung der Drähte 86 hergestellt, wobei er jedoch alternativ hierzu unter Verwendung eines quadratischen Leiters, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, gebildet sein kann. Der Leiter 82 kann alternativ hierzu unter Verwendung eines runden Leiters hergestellt werden, der einen kreisförmigen oder einen ovalen Querschnitt aufweist.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist die Wechselrichtereinheit 60 auf, die radial innerhalb des Stators 50 angeordnet ist, wobei sie jedoch alternativ hierzu ausgelegt sein kann, den Wechselrichter 60, der innerhalb des Stators 50 angeordnet ist, nicht aufzuweisen. Dies ermöglicht es, dass der Stator 50 einen radialen inneren leeren Raum aufweist, in den Teile, die zu der Wechselrichtereinheit 60 unterschiedlich sind, montiert werden können.
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann ausgelegt sein, das Gehäuse 30 nicht aufzuweisen. In diesem Fall kann der Rotor 40 oder der Stator 50 durch ein Rad oder ein anderes Teil eines Fahrzeugs gehalten werden.
Jeder der zweiten Magnete, die zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten A- und B-Magnete 4011 und 4012 angeordnet sind, kann eine Vielzahl von Magneten umfassen, die zweite Magnetisierungsvektoren aufweisen, die jeweils unterschiedliche Richtungen aufweisen.
Beispielsweise umfasst, wie es in 58 veranschaulicht ist, jeder der zweiten Magnete 4021 einen zweiten A-Magneten 4025 und einen zweiten B-Magneten 4025. Der zweite A-Magnet 4025 ist angeordnet, um näher bei dem ersten A-Magneten 4011 als der zweite B-Magnet 4026 zu sein. Die zweiten Magnetisierungsvektoren in dem zweiten A-Magneten 4025 sind hin zu der Statorseite in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung geneigt; die vorbestimmte Richtung ist senkrecht zu der q-Achse, die die Grenze des entsprechenden Magnetpols darstellt.
Ein vorbestimmter Winkel θ105 jedes der zweiten Magnetisierungsvektoren in dem zweiten A-Magneten 4025, der hin zu der Statorseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt ist, wird vorzugsweise eingestellt, um größer als der vorbestimmte Winkel θ101 zu sein, der zwischen der q-Achse und der Anstoßoberfläche 4023 gebildet wird. Die Anstoßoberfläche 4023 ist eine Anstoßoberfläche des zweiten Magneten 4020, der an ein entsprechendes benachbartes Umfangsende des benachbarten ersten A-Magneten 4011 anstößt.
Zusätzlich ist der zweite B-Magnet 4026 angeordnet, um näher an dem ersten B-Magneten 4012 als der erste B-Magnet 4025 zu sein. Die zweiten Magnetisierungsvektoren in dem zweiten B-Magneten 4026 sind in Richtung der Gegenstatorseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt; die vorbestimmte Richtung ist senkrecht zu der q-Achse, die die Grenze des entsprechenden Magnetpols darstellt.
Ein vorbestimmter Winkel θ106 jedes der zweiten Magnetisierungsvektoren in dem zweiten B-Magneten 4026, der hin zu der Gegenstatorseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt ist, wird vorzugsweise eingestellt, um größer als ein vorbestimmter Winkel θ107 zu sein, der zwischen der q-Achse und einer Anstoßoberfläche 4024 gebildet wird. Die Anstoßoberfläche 4024 ist eine Anstoßoberfläche des zweiten Magneten 4020, der an ein entsprechendes benachbartes Umfangsende des benachbarten ersten B-Magneten 4012 anstößt. Jeder der zweiten B-Magnete 4022 kann die gleiche Konfiguration wie der zweite A-Magnet 4021 aufweisen.
Diese Konfiguration der zweiten Magnete 4020 ermöglicht es, dass jeder der Magnetpfade des zweiten Magneten 4020 näher an einem Kreisbogen ist, wobei somit ermöglicht wird, dass die Magnetpfade länger sind. Dies resultiert folglich darin, dass die zweiten Magnete 4020 weniger wahrscheinlich entmagnetisieren.
Wie das dritte Ausführungsbeispiel kann jedes der vierten bis sechsten Ausführungsbeispiele ein zusätzliches Magnetelement verwenden, das bei der weiter weg liegenden Seite eines ausgewählten des ersten Magneten und des zweiten Magneten von dem Stator angebracht ist; der ausgewählte der ersten und zweiten Magnete ist ausgelegt, eine dünnere Dicke in der radialen Richtung aufzuweisen.
Beispielsweise kann, wie es in 59 veranschaulicht ist, das Magnetelement 133 bei der weiter weg liegenden Seite, das heißt der radial außen liegenden Seite jedes ersten Magneten 1010 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel angebracht sein. Dies verringert eine magnetische Sättigung jedes ersten Magneten 1010 und resultiert darin, dass jeder erste Magnet 1010 weniger wahrscheinlich entmagnetisiert, was es ermöglicht, ein Drehmoment zu vergrößern. Die zusätzlichen Magnetelemente können integral mit dem Zylinder 43 ausgebildet sein, was es ermöglicht, eine Drehung der ersten und zweiten Magnete zu stoppen.
Die Offenbarung der Spezifikation ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt. Die Offenbarung der Spezifikation kann nicht nur die offenbarten Ausführungsbeispiele, sondern auch Modifikationen durch den Fachmann, die auf den offenbarten Ausführungsbeispielen beruhen, umfassen. Beispielsweise ist die Offenbarung der Spezifikation nicht auf Kombinationen der Komponenten und/oder Elemente, die in den offenbarten Ausführungsbeispielen offenbart sind, begrenzt, wobei sie folglich durch verschiedene Modifikationen innerhalb der offenbarten Ausführungsbeispiele implementiert werden kann.
Die Offenbarung der Spezifikation kann zusätzliche Elemente zu den offenbarten Ausführungsbeispielen umfassen. Die Offenbarung der Spezifikation kann die offenbarten Ausführungsbeispiele umfassen, von denen eine Komponente oder mehrere Komponenten und/oder Elemente entfernt worden sind. Die Offenbarung der Spezifikation kann einen Ersatz von einem oder mehreren Elementen oder Komponenten in einem der offenbarten Ausführungsbeispiele mit einem oder mehreren Elementen oder Komponenten in einem anderen der offenbarten Ausführungsbeispiele umfassen. Die Offenbarung der Spezifikation kann Kombinationen von einem oder mehreren Elementen oder Komponenten in einem der offenbarten Ausführungsbeispiele mit einem oder mehreren Elementen oder Komponenten in einem anderen der offenbarten Ausführungsbeispiele umfassen.
Die offenbarten technischen Umfänge der Offenbarung der Spezifikation sind nicht auf die Beschreibungen der offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt. Einige der offenbarten technischen Umfänge der Offenbarung der Spezifikation sind in den Beschreibungen der Patentansprüche gezeigt, wobei verschiedene Änderungen der offenbarten technischen Umfänge innerhalb der Äquivalenzbedeutung und/oder von äquivalenten Umfängen der Beschreibungen der Patentansprüche folglich akzeptiert werden sollten.
Während veranschaulichende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung hier beschrieben worden sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern umfasst einige oder alle Ausführungsbeispiele, die Modifikationen, Weglassungen, Kombinationen (beispielsweise von Ausgestaltungen über verschiedene Ausführungsbeispiele hinweg), Anpassungen und/oder Änderungen aufweisen, die durch einen Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung wahrgenommen werden würden. Die Begrenzungen in den Patentansprüchen sind auf der Grundlage der verwendeten Sprache in den Patentansprüchen breit zu Interpretieren und nicht auf Beispiele zu begrenzen, die in der vorliegenden Spezifikation oder während der Verfolgung der Anmeldung beschrieben werden, wobei entsprechende Beispiele als nicht ausschließlich auszulegen sind.
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 2017255080 [0001]
JP 201799071 [0032]

Claims

Rotierende elektrische Maschine (10) mit: einer Felderzeugungseinrichtung (40, 204, 234), die eine Magneteinheit (42) umfasst, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, deren Polaritäten abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; und einem Anker (50, 203, 237), der ein Mehrphasenankerwicklungselement (51) umfasst, wobei ein Element aus der Felderzeugungseinrichtung und dem Anker als ein Rotor der rotierenden elektrischen Maschine dient, wobei: die Magneteinheit eine Vielzahl von ersten Magneten (1131) und eine Vielzahl von zweiten Magneten (1132) umfasst, wobei jeder der ersten Magnete einen Magnetpfad aufweist, der nach einer entsprechenden radialen Richtung ausgerichtet ist, wobei jeder der zweiten Magnete einen Magnetpfad aufweist, der nach einer Umfangsrichtung ausgerichtet ist; die ersten Magnete bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; jeder der zweiten Magnete zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet ist; der Anker ein ringförmiges Ankerkernelement (43) umfasst, das aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist und angeordnet ist, um von dem Anker weiter weg liegend als die Magneteinheit hiervon zu sein; das Ankerkernelement radial auf der Magneteinheit gestapelt ist; jeder der ersten Magnete eine von dem Anker weiter weg liegende Umfangsoberfläche aufweist; und die Magneteinheit und das Ankerkernelement konfiguriert sind, die nachstehende Beziehung zu erfüllen: $Br \times Ma \leq Bsc \times Wsc$
wobei: Br eine Restflussdichte der Magneteinheit darstellt; Ma eine Entfernung der weiter weg liegenden Umfangsoberfläche jedes der ersten Magnete in der Umfangsrichtung darstellt; Bsc eine Sättigungsmagnetflussdichte des Ankerkernelements darstellt; und Wsc eine Dicke des Ankerkernelements in der zugehörigen radialen Richtung darstellt.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei: der erste Magnet oder der zweite Magnet eine erste Scherbeanspruchung in der zugehörigen radialen Richtung aufweist; das Ankerkernelement eine zweite Scherbeanspruchung in der zugehörigen radialen Richtung aufweist; und die Magneteinheit und das Ankerkernelement konfiguriert sind, die nachstehende Beziehung zu erfüllen: $Tr \times Ma<Ts \times Wsc$
wobei: Tr die erste Scherbeanspruchung des ersten Magneten oder des zweiten Magneten in der zugehörigen radialen Richtung darstellt; und Ts die zweite Scherbeanspruchung des Ankerkernelements in der zugehörigen radialen Richtung darstellt.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Magneteinheit eine intrinsische Koerzitivfeldstärke von 400 kA/m oder mehr aufweist und eine Restflussdichte von 1,0 T oder mehr aufweist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen (81, 82) umfasst, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; und der Anker eine aus einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration aufweist, wobei die erste Konfiguration Leiter-zu-Leiter-Elemente (57, 142, 143) aufweist, wobei jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements angeordnet ist, wobei die zweite Konfiguration kein Leiter-zu-Leiter-Element zwischen jedem benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements aufweist, wobei jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem aus einem magnetischen Material und einem nicht magnetischen Material hergestellt ist, wobei das magnetische Material die nachstehende Beziehung erfüllt: $Wt \times Bs \leq Wm \times Br$
wobei: Wt eine Gesamtumfangsbreite von einem oder mehreren der Leiter-zu-Leiter-Elemente darstellt, die innerhalb eines Bereichs von einem der Magnetpole der Magneteinheit liegen; Bs eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente darstellt; Wm eine Umfangsbreite eines Abschnitts der Magneteinheit äquivalent zu den Magnetpolen der Magneteinheit darstellt; und Br die Restflussdichte der Magneteinheit darstellt.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen (81, 82) umfasst, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; jedes der leitfähigen Elemente aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten (86) gebildet ist; und jedes benachbarte Paar der Drähte des Bündels einen ersten spezifischen elektrischen Widerstand dazwischen aufweist, wobei jeder der Drähte einen zweiten spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, wobei der erste spezifische elektrische Widerstand höher als der zweite spezifische elektrische Widerstand ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen (81, 82) umfasst, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; und jedes der leitfähigen Elemente eine Dicke in der zugehörigen radialen Richtung aufweist, wobei die Leiterelemente einen Abschnitt aufweisen, der in einer Region von einem der Magnetpole für jede Phase in der Umfangsrichtung liegt, wobei der Abschnitt des Leiterelements eine Breite in der Umfangsrichtung aufweist, wobei die Dicke jedes der leitfähigen Elemente eingestellt ist, kleiner als die Breite des Abschnitts des Leiterelements zu sein.
Rotierende elektrische Maschine (10) mit: einer Felderzeugungseinrichtung (40), die eine Magneteinheit (1042, 3042) umfasst, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; einem Anker (50), der ein Mehrphasenankerwicklungselement (51) umfasst, wobei ein Element aus der Felderzeugungseinrichtung und dem Anker als ein Rotor der rotierenden elektrischen Maschine dient, wobei: die Magneteinheit eine Vielzahl von ersten Magneten (1010, 3010) und eine Vielzahl von zweiten Magneten (1020) umfasst, wobei jeder der ersten Magnete einen linearen ersten Magnetisierungsvektor aufweist, wobei jeder der zweiten Magnete einen linearen zweiten Magnetisierungsvektor aufweist; die ersten Magnete bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; jeder der zweiten Magnete zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet ist; der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten Magnete nach einer entsprechenden radialen Richtung des Rotors ausgerichtet ist oder nach einer Richtung, die hin zu einer d-Achse in Bezug auf die entsprechende radiale Richtung geneigt ist, ausgerichtet ist, wobei die d-Achse eine Mitte eines entsprechenden der Magnetpole darstellt; und der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete angeordnet ist, um näher zu der Umfangsrichtung angeordnet zu sein, als es der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten Magnete ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei: der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete hin zu dem Anker in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung geneigt ist, wobei die vorbestimmte Richtung senkrecht zu einer q-Achse ist, wobei die q-Achse eine Magnetpolgrenze des entsprechenden der Magnetpole darstellt.
Rotierende elektrische Maschine nach (10) mit: einer Felderzeugungseinrichtung (40), die eine Magneteinheit (4042, 5042) umfasst, wobei die Magneteinheit eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; einem Anker (50), der ein Mehrphasenankerwicklungselement (51) umfasst, wobei ein Element aus der Felderzeugungseinrichtung und dem Anker als ein Rotor der rotierenden elektrischen Maschine dient, wobei: die Magneteinheit eine Vielzahl von ersten Magneten (4010) und eine Vielzahl von zweiten Magneten (4020) umfasst, wobei jeder der ersten Magnete einen linearen ersten Magnetisierungsvektor aufweist, wobei jeder der zweiten Magnete einen linearen zweiten Magnetisierungsvektor aufweist; die ersten Magnete bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; jeder der zweiten Magnete zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet ist; der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete hin zu dem Anker in Bezug auf eine vorbestimmte Richtung geneigt ist, wobei die vorbestimmte Richtung senkrecht zu einer q-Achse ist, wobei die q-Achse eine Magnetpolgrenze eines entsprechenden der Magnetpole darstellt; und der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten Magnete angeordnet ist, um näher an einer entsprechenden radialen Richtung zu sein, als es der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei: die ersten Magnete erste A-Magnete (4011) und erste B-Magnete (4012) umfassen, wobei der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten A-Magnete von einer Gegenankerseite des entsprechenden ersten A-Magneten zu einer zugehörigen Ankerseite gerichtet ist, wobei der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der ersten B-Magnete von der Statorseite der entsprechenden ersten B-Magnete zu der zugehörigen Gegenstatorseite gerichtet ist; die ersten A-Magnete und die ersten B-Magnete abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind; der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der zweiten Magnete radial um einen Mittelpunkt herum angeordnet ist, wobei der Mittelpunkt auf eine Gegenankerseite des entsprechenden zweiten Magneten gesetzt ist; und der Mittelpunkt jedes zweiten Magneten gesetzt ist, um näher an dem entsprechenden benachbarten ersten B-Magneten als an dem entsprechenden benachbarten ersten A-Magneten zu sein.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: die ersten Magnete erste A-Magnete (4011) und erste B-Magnete (4012) umfassen, wobei der erste Magnetisierungsvektor in jedem der ersten A-Magnete von einer Gegenankerseite des entsprechenden ersten A-Magneten zu einer zugehörigen Ankerseite gerichtet ist, wobei der zweite Magnetisierungsvektor in jedem der ersten B-Magnete von der Statorseite der entsprechenden ersten B-Magnete zu der zugehörigen Gegenstatorseite gerichtet ist; die ersten A-Magnete und die ersten B-Magnete abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind; jeder der zweiten Magnete, die zwischen dem entsprechenden benachbarten Paar der ersten Magnete in der Umfangsrichtung angeordnet ist, einen ersten Abschnitt (4025) und einen zweiten Abschnitt (4026) umfasst, wobei der erste Abschnitt angeordnet ist, um benachbart zu dem ersten A-Magneten zu sein, wobei der zweite Abschnitt angeordnet ist, um benachbart zu dem ersten B-Magneten zu sein; der zweite Magnetisierungsvektor in dem ersten Abschnitt, der angeordnet ist, um benachbart zu dem entsprechenden ersten A-Magneten zu sein, hin zu der Ankerseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt ist, wobei die vorbestimmte Richtung senkrecht zu der q-Achse ist, die die Magnetpolgrenze des entsprechenden der Magnetpole darstellt; der zweite Magnetisierungsvektor in dem zweiten Abschnitt, der angeordnet ist, um benachbart zu dem entsprechenden ersten B-Magneten zu sein, hin zu der Gegenankerseite in Bezug auf die vorbestimmte Richtung geneigt ist, wobei die vorbestimmte Richtung senkrecht zu der q-Achse ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei: der erste Magnetisierungsvektor eine Vielzahl von ersten Magnetisierungsvektoren in jedem der ersten A-Magnete umfasst; jeder der ersten Magnetisierungsvektoren in jedem der ersten A-Magnete um einen Winkel in Bezug auf die d-Achse geneigt ist; und der Winkel größer wird, wenn jeder der ersten Magnetisierungsvektoren weiter weg von der d-Achse liegend wird.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei: die Felderzeugungseinrichtung angeordnet ist, um radial innenliegend zu dem Anker zu sein.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei: die Magneteinheit eine intrinsische Koerzitivfeldstärke von 400kA/m aufweist und eine Restflussdichte von 1,0 T oder mehr aufweist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei: das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen (81, 82) umfasst, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; und jedes der leitfähigen Elemente eine radiale Dicke aufweist und eine Umfangsbreite für jede Phase innerhalb eines der Magnetpole der Magneteinheit aufweist; und die radiale Dicke jedes der leitfähigen Elemente kleiner als die Umfangsbreite des entsprechenden der leitfähigen Elemente für jede Phase innerhalb eines der Magnetpole der Magneteinheit ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei: das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen (81, 82) umfasst, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; und der Anke eine aus einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration aufweist, wobei die erste Konfiguration Leiter-zu-Leiter-Elemente (57, 142, 143) aufweist, wobei jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente zwischen einem entsprechenden benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements angeordnet ist, wobei die zweite Konfiguration kein Leiter-zu-Leiter-Element zwischen jedem benachbarten Paar der leitfähigen Elemente des Ankerwicklungselements aufweist, wobei jedes der Leiter-zu-Leiter-Elemente aus einem aus einem magnetischen Material und einem nicht magnetischen Material hergestellt ist, wobei das magnetische Material die nachstehende Beziehung erfüllt: Wt × Bs ≤ Wm × Br wobei: Wt eine Gesamtumfangsbreite von einem oder mehreren der Leiter-zu-Leiter-Elemente darstellt, die innerhalb eines Bereichs von einem der Magnetpole der Magneteinheit liegen; Bs eine Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente darstellt; Wm eine Umfangsbreite eines Abschnitts der Magneteinheit äquivalent zu den Magnetpolen der Magneteinheit darstellt; und Br die Restflussdichte der Magneteinheit darstellt.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 16, wobei: das Ankerwicklungselement eine Vielzahl von leitfähigen Elementen (81, 82) umfasst, die dem Anker gegenüberliegen und bei vorgegebenen Intervallen entfernt voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind; jedes der leitfähigen Elemente aus einem Bündel einer Vielzahl von Drähten (86) gebildet ist; und jedes benachbarte Paar der Drähte des Bündels einen ersten spezifischen elektrischen Widerstand dazwischen aufweist, wobei jeder der Drähte einen zweiten spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, wobei der erste spezifische elektrische Widerstand höher als der zweite spezifische elektrische Widerstand ist.