DE112019006853T5

DE112019006853T5 - Rotor für eine rotierende elektrische maschine und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE112019006853T5
Application number: DE112019006853.9T
Authority: DE
Inventors: Moriyuki Hazeyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-10-28
Also published as: US20220077733A1; CN113396531A; JPWO2020166222A1; JP6847315B2; WO2020166222A1

Abstract

Um einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, der den Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessern kann, wird ein Rotor für eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Rotorkern mit einer Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern, die so ausgebildet sind, dass sie nebeneinander in Umfangsrichtung des Rotorkerns angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die jeweils in die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern eingeführt sind, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten klassifiziert sind in einen ersten Permanentmagneten mit einer Abmessung in Dickenrichtung, die innerhalb eines Bereichs einer Vorgabe-Toleranz liegt und kleiner ist als ein Vorgabewert, und einen zweiten Permanentmagneten mit einer Abmessung in Dickenrichtung, die innerhalb des Bereichs der Vorgabe-Toleranz liegt und größer ist als der Vorgabewert, und wobei die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern klassifiziert sind in ein erstes Magnet-Einführungsloch, in welches der erste Permanentmagnet eingeführt ist, und ein zweites Magnet-Einführungsloch, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie eine Abmessung in der Breitenrichtung aufweisen, die größer ist als die Abmessung des ersten Magnet-Einführungslochs in der Breitenrichtung, wobei der zweite Permanentmagnet in das zweite Magnet-Einführungsloch eingeführt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, bei welcher Permanentmagnete in Magnet-Einführungslöcher eingeführt sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Stand der Technik
Bislang ist ein Rotor für eine rotierende elektrische Maschine bekannt, der einen Rotorkern aufweist, der eine Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern aufweist, sowie eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die jeweils in die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern eingeführt sind (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2010-063283 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Permanentmagneten sind jedoch aus gesinterten Magneten gebildet. Demzufolge treten Variationen bei den Abmessungen der Mehrzahl von Permanentmagneten in der Dickenrichtung auf. Demzufolge werden die Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher größer, so dass die Mehrzahl von Permanentmagneten in die Magnet-Einführungslöcher eingeführt werden können. Folglich werden die Spalte zwischen den Wandoberflächen der Magnet-Einführungslöcher und den Permanentmagneten größer. Es ergibt sich das Problem, dass der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine herabgesetzt wird.
Die Erfindung wurde konzipiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen. Sie hat die Aufgabe, einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen desselben anzugeben, die den Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessern können.
Lösung des Problems
Ein Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der Erfindung weist Folgendes auf: einen Rotorkern mit einer Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern, die so ausgebildet sind, dass sie nebeneinander in Umfangsrichtung des Rotorkerns angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die jeweils in die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchem eingeführt sind, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten klassifiziert sind in erste Permanentmagneten mit einer Abmessung in Dickenrichtung, die innerhalb eines Bereichs einer Vorgabe-Toleranz liegt und kleiner ist als ein Vorgabewert, und zweite Permanentmagneten mit einer Abmessung in Dickenrichtung, die innerhalb des Bereichs der Vorgabe-Toleranz liegt und größer ist als der Vorgabewert, und wobei die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern klassifiziert sind in erste Magnet-Einführungslöcher, in welche ein erster Permanentmagnet eingeführt ist, und zweite Magnet-Einführungslöcher, die so ausgebildet sind, dass sie eine Abmessung in der Breitenrichtung aufweisen, die größer ist als die Abmessung eines ersten Magnet-Einführungslochs in der Breitenrichtung, und in welche ein zweiter Permanentmagnet eingeführt ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der Erfindung weist Folgendes auf: einen Dicken-Abmessung-Messschritt, in welchem die Abmessung eines jeden von einer Mehrzahl von Permanentmagneten in Dickenrichtung gemessen wird; einen Permanentmagnet-Sortierschritt, in welchem nach dem Dicken-Abmessungs-Messschritt Folgendes sortiert wird: Permanentmagneten, die Abmessungen in Dickenrichtung haben, die innerhalb eines Bereichs einer Vorgabe-Toleranz liegen und kleiner sind als ein Vorgabewert, als erste Permanentmagneten, sowie Permanentmagneten, die Abmessungen in Dickenrichtung haben, die innerhalb des Bereichs der Vorgabe-Toleranz liegen und größer sind als der Vorgabewert, als zweite Permanentmagneten; und einen Permanentmagnet-Einführungsschritt, in welchem nach dem Permanentmagnct-Sortierschritt ein erster Permanentmagnet in ein erstes Magnet-Einführungsloch eingeführt wird, das in einem Rotorkern ausgebildet ist, und ein zweiter Permanentmagnet in ein zweites Permanentmagnet-Einführungsloch eingeführt wird, das im Rotorkern ausgebildet ist und eine Abmessung in Breitenrichtung aufweist, die größer ist als die Abmessung des ersten Magnet-Einführungslochs in Breitenrichtung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit dem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine und dem Verfahren zum Herstellen desselben gemäß der Erfindung kann der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine in einem Vergleichsbeispiel.
3 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit von Abmessungen von Permanentmagneten gemäß 2 in der Dickenrichtung.
4 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit von Abmessungen von Permanentmagneten gemäß 1 in der Dickenrichtung.
5 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines magnetischen Kreises zum Berechnen eines Betriebspunkts des Permanentmagneten.
6 ist ein Graph zum Darstellen des Betriebspunkts des Permanentmagneten.
7 ist ein Graph zum Darstellen des Betriebspunkts des Permanentmagneten, wenn ein durchschnittlicher Spalt zwischen einer Wandoberfläche eines Magnet-Einführungslochs und dem Permanentmagneten verringert ist.
8 ist ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen des Rotors gemäß 1.
9 ist ein Graph zum Darstellen eines Modifikationsbeispiels der Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten gemäß 4 in Dickenrichtung.
10 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
11 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit von Abmessungen von Permanentmagneten, die in Magnet-Einführungslöcher eingeführt sind, und zwar gemäß 10 in der Dickenrichtung.
12 ist ein Graph zum Darstellen von Betriebspunkten der Permanentmagneten im Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform.
13 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen des Flusses eines magnetischen Flusses, der durch den Rotor gemäß 10 geht.
14 ist ein Graph zum Darstellen eines Modifikationsbeispiels der Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten gemäß 11 in Dickenrichtung.
15 ist ein Graph zum Darstellen von Betriebspunkten der Permanentmagneten im Modifikationsbeispiel im Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform.
16 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
17 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit von Abmessungen von Permanentmagneten, die in Magnet-Einführungslöcher eingeführt sind, und zwar gemäß 16 in der Dickenrichtung.
18 ist ein Graph zum Darstellen von Betriebspunkten der Permanentmagneten im Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der dritten Ausführungsform.
19 ist ein Graph zum Darstellen eines Modifikationsbeispiels der Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten gemäß 17 in Dickenrichtung.
20 ist ein Graph zum Darstellen von Betriebspunkten der Permanentmagneten im Modifikationsbeispiel im Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der dritten Ausführungsform.
21 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
22 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Modifikationsbeispiels von Permanentmagneten gemäß 1.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein Rotor 1 für eine rotierende elektrische Maschine weist einen Rotorkern 2 und eine Mehrzahl von Permanentmagneten 3 auf. Der Rotorkern 2 hat eine Säulenform. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 3 sind am Rotorkern 2 angeordnet und jeweils in einer rechteckigen Parallelepiped-Form ausgebildet. Der Rotorkern 2 hat eine Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern 21, die nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind. In diesem Beispiel bezieht sich die Umfangsrichtung auf die Umfangsrichtung des Rotorkerns 2.
Die Permanentmagneten 3 sind in Oberflächenkontakt mit Wandoberflächen der Magnet-Einführungslöcher 21, die auf der radialen Außenseite angeordnet sind. Spalte sind zwischen Wandoberflächen der Magnet-Einführungslöcher 21, die auf der radialen Innenseite angeordnet sind, und den Permanentmagneten 3 definiert. Die Spalte, die zwischen den Wandoberflächen der Magnet-Einführungslöcher 21 und den Permanentmagneten 3 ausgebildet sind, beziehen sich auf die Spalte, die zwischen den Wandoberflächen der Magnet-Einführungslöcher 21, die auf der radialen Innenseite angeordnet sind, und den Permanentmagneten 3 definiert sind.
Die Mehrzahl von Permanentmagneten 3 sind jeweils in die Magnet-Einführungslöcher 21 eingeführt. In diesem Beispiel beträgt die Anzahl von Polen des Rotors 1 sechs. Die Anzahl von Polen des Rotors 1 ist darauf nicht beschränkt, und sie kann auch eine andere Anzahl sein. Außerdem ist in diesem Beispiel ein einziger Permanentmagnet 3 in einem einzigen Magnetpol des Rotors 1 angeordnet. Mit anderen Worten: Ein einziger Permanentmagnet 3 bildet einen einzigen Magnetpol des Rotors 1. Ein Paar von Permanentmagneten 3, die in Umfangsrichtung aneinandergrenzen, sind so angeordnet, dass Magnetpole an radial äußeren Bereichen voneinander verschieden sind.
Mit anderen Worten: Die Magnetpole der radial äußeren Bereiche der Mehrzahl von Permanentmagneten 3 sind so angeordnet, dass N-Pole und S-Pole in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. In diesem Beispiel bezieht sich die Radialrichtung auf die Radialrichtung des Rotorkerns 2.
Die Mehrzahl von Permanentmagneten 3 sind in erste Permanentmagneten 31 und zweite Permanentmagneten 32 klassifiziert. Die Abmessungen der ersten Permanentmagneten 31 in Dickenrichtung sind kleiner als die Abmessung der zweiten Permanentmagneten 32 in Dickenrichtung. In diesem Beispiel stimmt die Dickenrichtung mit der Radialrichtung überein. Die Abmessung des ersten Permanentmagneten 31 in Dickenrichtung ist m1. Die Abmessung des zweiten Permanentmagneten 32 in Dickenrichtung ist dann m2. In diesem Fall ist die Relation m1 < m2 erfüllt. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 3 ist so angeordnet, dass die ersten Permanentmagneten 31 und die zweiten Permanentmagneten 32 abwechselnd nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Die N-Pole sind an radial äußeren Bereichen der ersten Permanentmagneten 31 angeordnet, und die S-Pole sind an radial äußeren Bereichen der zweiten Permanentmagneten 32 angeordnet. Es bildet sich ein Fluss Y des magnetischen Flusses, der vom N-Pol des ersten Permanentmagneten 31 durch den Rotorkern 2 geht und zum S-Pol des zweiten Permanentmagneten 32 zurückfließt.
Die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern 21 sind in erste Magnet-Einführungslöcher 211 und zweite Magnet-Einführungslöcher 212 klassifiziert. Die Abmessung der ersten Magnet-Einführungslöcher 211 in Breitenrichtung ist kleiner als die Abmessung der zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 in Breitenrichtung. Die Breitenrichtung im Magnet-Einführungsloch 21 stimmt mit der Dickenrichtung des Permanentmagneten 3 überein, der in das Magnet-Einführungsloch 21 eingeführt ist. Der erste Permanentmagnet 31 ist in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt. Der zweite Permanentmagnet 32 ist in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt.
Die Abmessung des ersten Magnet-Einführungslochs 211 in Breitenrichtung ist d1. Die Abmessung des zweiten Magnet-Einführungslochs 212 in Breitenrichtung ist d2. In diesem Fall ist die Relation d1 < d2 erfüllt. Die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchem 21 ist so angeordnet, dass die ersten Magnet-Einführungslöcher 211 und die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 abwechselnd nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Als Nächstes werden die Abmessungen der Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung beschrieben. Als die Permanentmagneten 3 werden gesinterte Magneten, wie z. B. Neodym-Magneten, Ferrit-Magneten oder Samarium-Kobalt-Magneten verwendet. Die Permanentmagneten 3 werden hergestellt, in dem ein gesinterter Körper mit einer Blockform mit vorgegebenen Abmessungen geschnitten wird. Herstellungsfehler treten in den Abmessungen der Mehrzahl von Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung auf. Der Fehlerbereich der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung liegt in einem Bereich von ungefähr ± 0,1 mm bezogen auf einen Vorgabewert.
Der Bereich von ± 0,1 mm bezogen auf den Vorgabewert ist als eine Vorgabe-Toleranz der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung definiert. Die Vorgabe-Toleranz ist darauf nicht beschränkt, und sie kann auch andere Werte haben. In diesem Beispiel ist der Durchschnittswert der Abmessungen der Mehrzahl von Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung als der Vorgabewert definiert. Der Vorgabewert ist darauf nicht beschränkt, und er kann auch andere Werte haben.
Im Allgemeinen werden die Magnet-Einführungslöcher 21 gebildet, indem der Rotorkern 2 unter Verwendung eines scharfen Werkzeugs, wie z. B. einer Form gestanzt wird. Folglich treten Herstellungsfehler bei den Abmessungen der Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern 21 in der Breitenrichtung auf. Der Fehlerbereich der Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher 21 in Breitenrichtung liegt in einem Bereich von einigen µm bis einigen zehn µm, bezogen auf einen Vorgabewert. Der Fehlerbereich der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung ist ausreichend größer als der Fehlerbereich der Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher 21 in Breitenrichtung. Demzufolge erfolgt in diesem Beispiel die Beschreibung des Falles, in welchem Fehler der Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher 21 in der Breitenrichtung nicht auftreten, wohingegen Fehler der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung auftreten.
2 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors 1A für eine rotierende elektrische Maschine in einem Vergleichsbeispiel. Ähnlich wie bei dem Rotor 1 weist der Rotor 1 A einen Rotorkern 2A und eine Mehrzahl von Permanentmagneten 3A auf. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 3A ist am Rotorkern 2A angeordnet und jeweils in einer rechteckigen Parallelepiped-Form ausgebildet. Der Rotorkern 2A hat eine Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern 21A, die nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 3A ist jeweils in die Magnet-Einführungslöcher 21A eingeführt.
Die Abmessungen der Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern 21A in Breitenrichtung sind zueinander gleich. Die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern 21A sind jeweils mit einem Rand bezogen auf die Vorgabe-Toleranz der Abmessung des Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung ausgebildet, so dass die Permanentmagneten 3A in die Magnet-Einführungslöcher 21A eingeführt werden können, und zwar selbst dann, wenn Fehler der Abmessungen der Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung auftreten.
3 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3A gemäß 2 in der Dickenrichtung. In 3 stellt die Horizontalachse die Abmessung des Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung dar, und die Vertikalachse stellt die Häufigkeit dar. In 3 sind auch die Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher 21A in Breitenrichtung gezeigt. In 3 ist der Fall gezeigt, in welchem sich die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung nach einer Normalverteilung richtet. Der Durchschnittswert der Abmessungen der Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung ist m_center.
Die Häufigkeit, mit welcher die Abmessung des Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung den Wert m_center hat, ist die größte. Der Maximalwert der Abmessung des Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung ist mmax. Die Permanentmagneten 3A können selbst dann in die Magnet-Einführungslöcher 21A eingeführt werden, wenn Schwankungen bei den Abmessungen der Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung auftreten. Die Abmessung des Magnet-Einführungslochs 21A in Breitenrichtung ist „d“. Dabei ist
„d“ größer als mmax, und zwar um eine vorgegebene Abmessung „a“. Demzufolge ist die Relation d = m_max + α erfüllt. Die Abmessung eines durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des Magnet-Einführungslochs 21A und dem Permanentmagneten 3A ist d - m_center.
4 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 gemäß 1 in der Dickenrichtung. In 4 stellt die Horizontalachse die Abmessung des Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung dar, und die Vertikalachse stellt die Häufigkeit dar. In 4 sind auch die Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher 21 in Breitenrichtung gezeigt. In 4 ist der Fall gezeigt, in welchem sich die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in Dicken-richtung nach einer Normalverteilung richtet. Der Durchschnittswert der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung ist m_center. Der Maximalwert der Abmessung des Permanentmagneten 3A in Dickenrichtung ist mmax.
Die Mehrzahl von Permanentmagneten 3 wird klassifiziert in Permanentmagneten 3, die jeweils eine Abmessung in der Dickenrichtung haben, die kleiner ist als m_center, sowie Permanentmagneten 3, die jeweils eine Abmessung in der Dickenrichtung haben, die größer ist als m_center. Aus der Mehrzahl von Permanentmagneten 3 sind die Permanentmagneten 3, die jeweils die Abmessung in der Dickenrichtung haben, die kleiner ist als m_center, als die ersten Permanentmagneten 31 definiert, und die Permanentmagneten 3, die jeweils die Abmessung in der Dickenrichtung haben, die größer ist als m_center, sind als die zweiten Permanentmagneten 32 definiert. Der Durchschnittswert der Abmessungen der ersten Permanentmagneten 31 in der Dickenrichtung ist ml, und der Durchschnittswert der Abmessungen der zweiten Permanentmagneten 32 in der Dickenrichtung ist m2. In diesem Fall ist die Relation m1 < m_center < m2 erfüllt.
Der Maximalwert der Abmessung des ersten Permanentmagneten 31 in Dickenrichtung ist m_center. Wenn die Relation d1 = m_center + α erfüllt ist, können folglich die ersten Permanentmagneten 31 in die ersten Magnet-Einführungslöcher 211 eingeführt werden.
Der Maximalwert der Abmessung des zweiten Permanentmagneten 32 in Dickenrichtung ist mmax. Wenn die Relation d2 = mmax + α erfüllt ist, können folglich die zweiten Permanentmagneten 32 in die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 eingeführt werden.
Als Nächstes werden die Abmessungen der Spalte zwischen den Wandoberflächen der Magnet-Einführungslöcher 21 und der Permanentmagneten 3 beschrieben. Die Abmessung eines durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des ersten Magnet-Einführungslochs 211 und des ersten Permanentmagneten 31 ist d1-ml. Die Abmessung eines durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des zweiten Magnet-Einfuhrungslochs 212 und des zweiten Permanentmagneten 32 ist d2-m2.
Indessen hat die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des Magnet-Einführungslochs 21A und dem Permanentmagneten 3A den Wert d - m_center. Hierbei ist die Relation m_center < m2 gegeben, und es ist die Relation d = d2 gegeben. Demzufolge ist die Relation d2 - m2 < d - m_center erfüllt.
Wenn sich die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung nach der Normalverteilung richtet, ist die Häufigkeit, bei welcher die Abmessung in Dickenrichtung m_center in der Mehrzahl von Permanentmagneten 3 ist, größer als die Häufigkeit, bei welcher die Abmessung in Dickenrichtung andere Abmessungen hat. Demzufolge ist die Relation m_center- m1 < mmax - m2 erfüllt. Damit ist die Relation m_center-m1 + α < m_max - m2 + α erfüllt. Außerdem ist die Relation m_center + α = d1 gegeben, und es ist die Relation mmax + α = d2 gegeben. Folglich ist die Relation d1 - m1 < d2 - m2 erfüllt. Damit ist die Relation d1 - m1 < d2 - m2 < d - m_center erfüllt.
Mit anderen Worten: Die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des ersten Magnet-Einführungslochs 211 und dem ersten Permanentmagneten 31 und die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des zweiten Magnet-Einführungslochs 212 und dem zweiten Permanentmagneten 32 sind kleiner als die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des Magnet-Einführungslochs 21A und dem Permanentmagneten 3A.
Als Nächstes wird der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 beschrieben. 5 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines magnetischen Kreises zum Berechnen des Betriebspunkts des Permanentmagneten 3. 6 ist ein Graph zum Darstellen des Betriebspunkts des Permanentmagneten 3. 7 ist ein Graph zum Darstellen des Betriebspunkts des Permanentmagneten 3, wenn ein durchschnittlicher Spalt zwischen einer Wandoberfläche eines Magnet-Einführungslochs 21 und dem Permanentmagneten 3 verringert ist. In 5 ist der Permanentmagnet 3 an einem Längsendebereich eines Kernbereichs 101 angeordnet, der in einer C-Form ausgebildet ist, und ein Spaltbereich 102 ist zwischen dem anderen Längsendebereich des Kernbereichs 101 und dem Permanentmagneten 3 definiert.
Die Abmessung des Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung ist T_m, die Abmessung des Spaltbereichs 102 ist T_g, und die Magnetpfadlänge des Kernbereichs 101 ist T_c. Der Querschnittsfläche des Permanentmagneten 3, die Querschnittsfläche des Spaltbereichs 102 und die Querschnittsfläche des Kernbereichs 101 sind jeweils S, und sie sind zueinander gleich. In diesem Fall wird auf der Basis des Durchflutungssatzes der nachstehende Ausdruck (1) erhalten. $ΦΗ \cdot dl=0$
Wenn das magnetische Feld des Permanentmagneten 3 den Wert H_m hat, das magnetische Feld des Spaltbereichs 102 den Wert H_g hat und das magnetische Feld des Kernbereichs 101 den Wert H_c hat, kann der nachstehende Ausdruck (2) hergeleitet werden. $H_{m} \cdot T_{m} + H_{g} \cdot T_{g} + H_{c} \cdot T_{c} = 0$
Außerdem ist der magnetische Fluss an jeglichem Bereich konstant. Wenn die Querschnittsfläche S konstant ist, ist demzufolge die magnetische Flussdichte ebenfalls konstant. Wenn die magnetische Flussdichte innerhalb des Permanentmagneten 3 den Wert B_m hat, die magnetische Flussdichte des Spaltbereichs 102 den Wert B_g hat und die magnetische Flussdichte innerhalb des Kernbereichs 101 den Wert B_c hat, sind demzufolge die jeweiligen Werte zueinander gleich. Die Relationen zwischen den magnetischen Feldern und den magnetischen Flussdichten erfüllen indessen die nachstehenden Ausdrücke (3), (4) und (5). $B_{m} = μ_{0} μ_{rm} H_{m}$
$B_{g} = μ_{0} H_{g}$
$B_{c} = μ_{0} μ_{rc} H_{c}$
Das Symbol µ₀ bezeichnet die magnetische Permeabilität des Vakuums, das Symbol µ_rm, bezeichnet die Permeabilitätszahl bzw. relative Permeabilität des Permanentmagneten 3, und das Symbol µ_rc bezeichnet die Permeabilitätszahl bzw. relative Permeabilität von Eisen. Wenn der Permanentmagnet 3 ein Neodym-Magnet ist, hat das Symbol µ_rm einen Wert von ungefähr 1,05. Auf der Basis der obigen Ausdrücke (3), (4) und (5) erfüllen das magnetische Feld H_g des Spaltbereichs 102 und das magnetische Feld H_c des Kernbereichs 101 die nachstehenden Ausdrücke (6) und (7). $H_{g} = B_{m} / μ_{0}$
$H_{c} = B_{m} / (μ_{0} μ_{rc})$
Die obigen Ausdrücke (6) und (7) werden in den obigen Ausdruck (2) eingesetzt, so dass der nachstehende Ausdruck (8) hergeleitet wird. $H_{m} \cdot T_{m} + B_{m} / μ_{0} \cdot T_{g} + B_{m} / (μ_{0} μ_{rc}) \cdot T_{c} = 0$
Wenn der magnetische Fluss des Kernbereichs 101 nicht gesättigt ist, hat hier das Symbol µ₀ einen Wert von 1.000 oder mehr. In diesem Fall ist in dem obigen Ausdruck (8) der Wert, der durch den dritten Term angegeben wird, ausreichend kleiner als der Wert, der durch den ersten Term angegeben wird, und der Wert, der durch den zweiten Term angegeben wird. In diesem Fall kann daher der obige Ausdruck (8) durch den nachstehenden Ausdruck (9) dargestellt werden. $H_{m} \cdot T_{m} + B_{m} / μ_{0} \cdot T_{g} = 0$
Der nachstehende Ausdruck (10) wird aus dem obigen Ausdruck (9) hergeleitet. ${p=B}_{m} {/H}_{m} = - μ_{0} \cdot T_{m} {/T}_{g}$
Hierbei entspricht das Symbol „p“ einem Wert, der als Permeanz-Koeffizient bezeichnet wird. Die magnetische Flussdichte des Permanentmagneten 3 kann durch den nachstehenden Ausdruck (11) ausgedrückt werden. $B_{m} = μ_{0} μ_{rm} H_{m} + M$
Die Relation zwischen der magnetischen Flussdichte und dem Magnetfeld des Permanentmagneten 3 ist wie in 6 gezeigt. Der obige Ausdruck (10) ist in 6 als eine durchgezogene Linie mit einer Steigung -p im zweiten Quadranten gezeigt. In diesem Fall ist der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 ein Punkt Z, der sowohl den obigen Ausdruck (10), als auch den obigen Ausdruck (11) erfüllt.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Spaltbereich 102 kleiner als im Vergleichsbeispiel. Demzufolge wird im obigen Ausdruck (10) T_g kleiner. Damit wird der Permeanz-Koeffizient „p“ größer. Der Permeanz-Koeffizient in diesem Fall ist p₁. Wie in 7 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn der Permeanz-Koeffizient p₁ ist, ist der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 Z₁, und zwar an einem Schnittpunkt, der eine magnetische Flussdichte hat, die größer ist als diejenige des Punktes Z.
Obwohl die Verbesserung des Betriebspunkts des Permanentmagneten 3, wenn der durchschnittliche Spalt verringert wird, unter Verwendung des magnetischen Kreises mit einer C-Form in 4 beschrieben ist, kann auch in einer rotierenden elektrischen Maschine der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 durch das gleiche Prinzip verbessert werden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Rotors 1 für eine rotierende elektrische Maschine beschrieben. 8 ist ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens zum Herstellen des Rotors 1 gemäß 1. Zunächst wird im Schritt S1 ein Dicken-Abmessungs-Messschritt durchgeführt. Im Dicken-Abmessungs-Messschritt werden die Abmessungen der Mehrzahl von Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung gemessen. Außerdem wird im Dicken-Abmessungs-Messschritt ein Durchschnittswert der Abmessungen der Mehrzahl von Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung berechnet.
Danach wird im Schritt S2 ein Permanentmagnet-Sortierschritt durchgeführt. Im Permanentmagnet-Sortierschritt werden die Permanentmagneten 3, die jeweils die Abmessung in der Dickenrichtung haben, die innerhalb des Bereichs der Vorgabe-Toleranz liegt und kleiner als der Vorgabewert ist, als erste Permanentmagneten 31 sortiert. Außerdem werden im Permanentmagnet-Sortierschritt die Permanentmagneten 3, die jeweils die Abmessung in der Dickenrichtung haben, die innerhalb des Bereichs der Vorgabe-Toleranz liegt und größer ist als der Vorgabewert, als zweite Permanentmagneten 32 sortiert. Im Permanentmagnet-Sortierschritt wird der Durchschnittswert als der Vorgabewert vorgegeben.
Danach wird im Schritt S3 ein Permanentmagnet-Einführungsschritt durchgeführt. Im Permanentmagnet-Einführungsschritt werden die ersten Permanentmagneten 31 in die ersten Magnet-Einführungslöcher 211 eingeführt, und die zweiten Permanentmagneten 32 werden in die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 eingeführt.
Danach wird im Schritt S4 ein Magnetisierungsschritt durchgeführt. Im Magnetisierungsschritt werden die ersten Permanentmagneten 31 und die zweiten Permanentmagneten 32 magnetisiert.
Danach wird im Schritt S5 ein Lager-Zusammenbauschritt durchgeführt. Im Lager-Zusammenbauschritt wird ein (nicht dargestelltes) Lager an einer (nicht dargestellten) Welle des Rotors 1 montiert. So wird die Herstellung des Rotors 1 für eine rotierende elektrische Maschine abgeschlossen.
Wie oben beschrieben, werden mit dem Rotor 1 für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung die Mehrzahl von Permanentmagneten 3 in die ersten Permanentmagneten 31 und die zweiten Permanentmagneten 32 klassifiziert. Die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern 21 werden in die ersten Magnet-Einführungslöcher 211 und die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 klassifiziert. Die ersten Permanentmagneten 31 werden in die ersten Magnet-Einführungslöcher 211 eingeführt, und die zweiten Permanentmagneten 32 werden in die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 eingeführt.
Damit können die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des ersten Magnet-Einführungslochs 211 und dem ersten Permanentmagneten 31 und die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des zweiten Magnet-Einführungslochs 212 und dem zweiten Permanentmagneten 32 verringert werden. Folglich kann der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 verbessert werden. Im Ergebnis kann der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Außerdem bilden die ersten Permanentmagneten 31 und die zweiten Permanentmagneten 32 im Rotor 1 Magnetpole, die voneinander verschieden sind. Damit kann die Gewichtsbalance in Umfangsrichtung im Rotor 1 verbessert werden. Demzufolge wird die magnetische Charakteristik jedes Polpaars im Rotor 1 stabilisiert. Im Ergebnis kann die Erzeugung von Schall und Vibrationen bei der rotierenden elektrischen Maschine unterbunden werden.
Mit dem Verfahren zum Herstellen des Rotors 1 für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung werden ferner die ersten Permanentmagneten 31 in die ersten Magnet-Einführungslöcher 211 eingeführt, und die zweiten Permanentmagneten 32 werden in die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 eingeführt. Damit können die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des ersten Magnet-Einführungslochs 211 und dem ersten Permanentmagneten 31 und die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des zweiten Magnet-Einführungslochs 212 und dem zweiten Permanentmagneten 32 verringert werden. Folglich kann der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 verbessert werden. Im Ergebnis kann der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Außerdem wird der Durchschnittswert der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung als der Vorgabewert der Abmessung des Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung verwendet. Damit kann die Mehrzahl von Permanentmagneten 3 gleichmäßig klassifiziert werden in die ersten Permanentmagneten 31 und die zweiten Permanentmagneten 32.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Konfiguration beschrieben, bei welcher die N-Pole an den radial äußeren Bereichen der ersten Permanentmagneten 31 angeordnet sind und die S-Pole an den radial äußeren Bereichen der zweiten Permanentmagneten 32 angeordnet sind. Es kann jedoch auch eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher die S-Pole an den radial äußeren Bereichen der ersten Permanentmagneten 31 angeordnet sind und die N-Pole an den radial äußeren Bereichen der zweiten Permanentmagneten 32 angeordnet sind. Selbst in diesem Fall wird ein Fluss Y des magnetischen Flusses gebildet, der vom N-Pol des zweiten Permanentmagneten 32 durch den Rotorkern geht und zum S-Pol des ersten Permanentmagneten 31 zurückfließt.
Außerdem ist bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Fall beschrieben, in welchem sich die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung nach der Normalverteilung richtet. Wie in 9 gezeigt, kann die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung konstant sein. In diesem Fall ist die Relation d1 - m1 = d2 - m2 < d - m_center erfüllt. Die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des ersten Magnet-Einführungslochs 211 und dem ersten Permanentmagneten 31 und die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des zweiten Magnet-Einführungslochs 212 und dem zweiten Permanentmagneten 32 sind folglich kleiner als die Abmessung des durchschnittlichen Spalts zwischen der Wandoberfläche des Magnet-Einführungslochs 21A und dem Permanentmagneten 3A.
Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen des Rotors 1 für eine rotierende elektrische Maschine beschrieben, bei welchem der Magnetisierungsschritt nach dem Permanentmagnet-Einführungsschritt durchgeführt wird. Es kann jedoch auch ein Verfahren zum Herstellen des Rotors 1 für eine rotierende elektrische Maschine verwendet werden, bei welchem der Magnetisierungsschritt vor dem Permanentmagnet-Einführungsschritt durchgeführt wird.
Zweite Ausführungsform
10 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel beträgt die Anzahl von Polen des Rotors 1 vier. Ein Paar von Permanentmagneten 3 bildet einen Magnetpol des Rotors 1. Das Paar von Permanentmagneten 3, die einen Magnetpol des Rotors 1 bilden, sind in einer V-Form angeordnet. Das Paar von Permanentmagneten 3 ist so angeordnet, dass die Permanentmagneten in Richtung der radialen Außenseite voneinander entfernt sind. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird das Paar von Permanentmagneten 3 in den ersten Permanentmagneten 31 und den zweiten Permanentmagneten 32 klassifiziert.
Der Rotorkern 2 hat Paare von Magnet-Einführungslöchern 21, in welche hinein die Paare von Permanentmagneten 3 eingeführt werden. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird das Paar von Magnet-Einführungslöchern 21 in das erste Magnet-Einführungsloch 211 und das zweite Magnet-Einführungsloch 212 klassifiziert. Im Paar von Magnet-Einführungslöchern 21 entspricht das Magnet-Einführungsloch 21, das auf der nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung des Rotors 1 angeordnet ist, dem ersten Magnet-Einführungsloch 211, und das Magnet-Einführungsloch 21, das auf der vorauseilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung angeordnet ist, entspricht dem zweiten Magnet-Einführungsloch 212.
11 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit von Abmessungen der Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung, die in die Magnet-Einführungslöcher 21 gemäß 10 eingeführt sind. In 11 stellt die Horizontalachse die Abmessung des Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung dar, und die Vertikalachse stellt die Häufigkeit dar. In 11 sind auch die Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher 21 in Breitenrichtung gezeigt. In 11 ist der Fall gezeigt, in welchem sich die Häufigkeit der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung nach der Normalverteilung richtet.
Der Vorgabewert der Abmessung des Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung ist 5 mm. Die Vorgabe-Toleranz der Abmessung des Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung ist ± 0,1 mm. Die Abmessung des Magnet-Einführungslochs 21 in der Breitenrichtung ist ein Wert, der erhalten wird, indem 0,1 mm zum Maximalwert des Permanentmagneten 3 addiert wird. Als Permanentmagneten 3 werden typische gesinterte Neodym-Magneten verwendet. Die magnetische Remanenzflussdichte beträgt dabei 1,3 T. Die relative Permeabilität beträgt 1,05. Der Spalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator beträgt 1 mm.
12 ist ein Graph zum Darstellen von Betriebspunkten der Permanentmagneten 3 im Rotor 1 für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform. In 12 gibt es auch keinen magnetischen Fluss, der von den Permanentmagneten 3 nach innerhalb des Rotors 1 streut, und außerdem tritt im Rotorkern 2 keine magnetische Sättigung auf. Außerdem ist in 12 auch ein Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 in einem Vergleichsbeispiel gezeigt. Wie in 12 gezeigt, ist der Betriebspunkt des ersten Permanentmagneten 31, der in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt ist, höher als der Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt ist.
Dies rührt daher, dass die Spalt-Abmessung zwischen der Wandoberfläche des ersten Magnet-Einführungslochs 211 und dem ersten Permanentmagneten 31 kleiner ist als die Spalt-Abmessung zwischen der Wandoberfläche des zweiten Magnet-Einführungslochs 212 und dem zweiten Permanentmagneten 32. Wie in 12 gezeigt, ist außerdem der Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einfiihrungsloch 212 eingeführt ist, höher als der Betriebspunkt des Permanentmagneten, der in das Magnet-Einführungsloch im Falle des Vergleichsbeispiels eingeführt ist.
13 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Flusses Y des magnetischen Flusses, der durch den Rotor 1 gemäß 10 geht. In 13 ist auch ein Stator 4 dargestellt, der den Rotor 1 umgibt. Um zu veranlassen, dass das Drehmoment im Rotor 1 erzeugt wird, ist es notwendig, dass die Magnetpole des Stators 4 bezogen auf die Magnetpole des Rotors 1 in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D verschoben sind. Mit anderen Worten: Es ist notwendig, dass die Magnetpole des Stators 4 so angeordnet sind, dass sie den Magnetpolen des Rotors 1 entsprechen, so dass die S-Pole des Rotors 1 und die N-Pole des Stators 4 einander anziehen, und so, dass die N-Pole des Rotors 1 und die S-Pole des Stators 4 einander anziehen.
Wie in 13 veranschaulicht, sind die Magnetpole des Stators 4 bezogen auf die Magnetpole des Rotors 1 um 90° in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D verschoben.
Damit wird in 13 das Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn im Rotor 1 erzeugt. Der Fall, in welchem das Drehmoment im Rotor 1 in der gleichen Richtung wie der Rotationsrichtung des Rotors 1 erzeugt wird, entspricht dem Leistungsbetrieb, und der Fall, in welchem das Drehmoment im Rotor 1 in der Richtung erzeugt wird, die der Rotationsrichtung des Rotors 1 entgegengesetzt ist, entspricht dem regenerativen Betrieb bzw. Rückgewinnungsbetrieb.
Der Bereich des Rotorkerns 2, in welchem zwei Permanentmagneten 3 angeordnet sind, wird als Ausbildungsbereich 22 für denselben Magnetpol bezeichnet. Der Bereich des Ausbildungsbereichs 22 für denselben Magnetpol auf der nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D wird als Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol bezeichnet. Der Bereich des Ausbildungsbereichs 22 für denselben Magnetpol auf der vorauseilenden Seite in Drehmomcnt-Erzeugungsrichtung D wird als Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol bezeichnet.
Der magnetische Fluss, der zwischen dem Stator 4 und dem Rotor 1 hindurchgeht, fließt vom N-Pol zum S-Pol. Demzufolge bildet sich im Nachcilungssciten-Bereich 23 für denselben Magnetpol ein Fluss des magnetischen Flusses aus, der in den Rotor 1 vom Stator 4 aus eintritt, und im Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol bildet sich ein Fluss des magnetischen Flusses aus, der vom Rotor 1 zum Stator 4 fließt.
Im Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol fließen der magnetische Fluss, der vom Permanentmagneten 3 erzeugt wird, und der magnetische Fluss, der in den Rotor 1 vom Stator 4 aus eintritt, in solchen Richtungen, dass sie einander aufheben. Indessen fließen im Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol der magnetische Fluss, der vom Permanentmagneten 3 erzeugt wird, und der magnetische Fluss, der aus dem Rotor 1 heraus zum Stator 4 fließt, in der gleichen Richtung. Demzufolge wird der Permanentmagnet 3, der im Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol angeordnet ist, auf einfache Weise entmagnetisiert, und zwar verglichen mit dem Permanentmagneten 3, der im Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol angeordnet ist.
Der erste Permanentmagnet 31, der einen hohen Betriebspunkt hat, ist auf der nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet, und der zweite Permanentmagnet 32, der einen niedrigen Betriebspunkt hat, ist auf der vorauseilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet. Damit wird der Entmagnetisierungs-Widerstand der Permanentmagneten 3 verbessert. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Mit dem Rotor 1 für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung bilden der erste Permanentmagnet 31 und der zweite Permanentmagnet 32 denselben Magnetpol im Rotor 1. Damit kann die Gewichtsbalance für jeden Magnetpol verbessert werden. Damit wird die magnetische Charakteristik des Rotors 1 stabilisiert. Im Ergebnis kann die Erzeugung von Schall und Vibrationen bei der rotierenden elektrischen Maschine unterbunden werden.
Außerdem sind der erste Permanentmagnet 31 und der zweite Permanentmagnet 32 so angeordnet, dass der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3, der auf der nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet ist, höher ist als der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3, der auf der vorauseilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet ist. Damit kann der Entmagnetisierungs-Widerstand der Permanentmagneten 3 verbessert werden. Im Ergebnis kann der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist eine Konfiguration beschrieben, bei welcher der erste Permanentmagnet 31 auf der nacheilenden Seite bezogen auf den zweiten Permanentmagneten 32 in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet ist. Wenn die Drehmoment-Erzeugungsrichtung D jedoch umgekehrt wird, kann der erste Permanentmagnet 31 auf der vorauseilenden Seite bezogen auf den zweiten Permanentmagneten 32 in Drehmoment-Erzcugungsrichtung D angeordnet werden.
Außerdem ist bei der oben beschrieben zweiten Ausführungsform eine Konfiguration beschrieben, bei welcher der erste Permanentmagnet 31 und der zweite Permanentmagnet 32 in einem Magnetpol angeordnet sind. Es kann jedoch auch eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher nur einer von erstem Permanentmagneten 31 und zweitem Permanentmagneten 32 in einem Magnetpol angeordnet ist und der andere von erstem Permanentmagneten 31 und zweitem Permanentmagneten 32 in einem Magnetpol angeordnet ist, der zu dem oben erwähnten Magnetpol benachbart ist.
Außerdem ist bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der Fall beschrieben, in welchem sich die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung nach der Normalverteilung richtet. Wie in 14 gezeigt, kann die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung konstant sein. In diesem Fall ist der durchschnittliche Spalt zwischen der Wandoberfläche des Magnet-Einführungslochs 21 und dem Permanentmagneten 3 konstant.
Wie in 15 veranschaulicht, ist in diesem Fall der Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt ist, höher als der Betriebspunkt des ersten Permanentmagneten 31, der in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt ist.
Folglich ist der zweite Permanentmagnet 32 auf der nacheilenden Seite bezogen auf den ersten Permanentmagneten 31 in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D des Rotors 1 angeordnet. Damit sind die Permanentmagneten 3 so angeordnet, dass der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3, der auf der nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet ist, höher ist als der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3, der auf der vorauseilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet ist. Folglich kann der Entmagnetisierungs-Widerstand der Permanentmagneten 3 verbessert werden. Im Ergebnis kann der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Dritte Ausführungsform
16 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel bilden drei Permanentmagneten 3 einen Magnetpol des Rotors 1. Mit anderen Worten: Drei Permanentmagneten 3 werden für einen Magnetpol des Rotors 1 verwendet. Die drei Permanentmagneten 3 sind nebeneinander in einer U-Form angeordnet.
Mit anderen Worten: Die drei Permanentmagneten 3 sind nebeneinander in einer Badewannenform angeordnet. In den drei Permanentmagneten 3 wird der Permanentmagnet 3, der auf der am meisten vorauseilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet ist, als der erste Permanentmagnet 31 betrachtet, der Permanentmagnet 3, der auf der am meisten nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D angeordnet ist, wird als der zweite Permanentmagnet 32 betrachtet, und der verbleibende eine Permanentmagnet 3 wird als ein dritter Permanentmagnet 33 betrachtet.
Der Rotorkern 2 hat die ersten Magnet-Einführungslöcher 211, in welche hinein die ersten Permanentmagneten 31 eingeführt sind, die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212, in welche hinein die zweiten Permanentmagneten 32 eingeführt sind, und dritte Magnet-Einführungslöcher 213, in welche hinein die dritten Permanentmagneten 33 eingeführt sind. Das erste Magnet-Einführungsloch 211, das zweite Magnet-Einführungsloch 212 und das dritte Magnet-Einführungsloch 213 sind nebeneinander in einer U-Form angeordnet.
17 ist ein Graph zum Darstellen einer Häufigkeit von Abmessungen der Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung, die in die Magnet-Einführungslöcher 21 gemäß 16 eingeführt sind. In 17 stellt die Horizontalachse die Abmessung des Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung dar, und die Vertikalachse stellt die Häufigkeit dar. In 17 sind auch die Abmessungen der Magnet-Einführungslöcher 21 in Breitenrichtung gezeigt. In 17 ist der Fall gezeigt, in welchem sich die Häufigkeit der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung nach der Normalverteilung richtet.
Der Durchschnittswert der Abmessungen der ersten Permanentmagneten 31 in Dickenrichtung ist m1. Der Durchschnittswert der Abmessungen der zweiten Permanent magneten 32 in Dickenrichtung ist m2. Der Durchschnittswert der Abmessungen der dritten Permanentmagneten 33 in Dickenrichtung ist m3. In diesem Fall ist die Relation m1 < m2 < m3 erfüllt. Außerdem ist die Relation m2 = m_center gegeben.
Die Abmessung des ersten Magnet-Einführungslochs 211 in Breitenrichtung ist d1 . Die Abmessung des zweiten Magnet-Einführungslochs 212 in Breitenrichtung ist d2. Die Abmessung des dritten Magnet-Einführungslochs 213 in Breitenrichtung ist d3. In diesem Fall ist die Relation d1 < d2 < d3 erfüllt. Die Abmessung d1 ist ein Wert, der erhalten wird, indem „α“ zum Maximalwert der Abmessung des ersten Permanentmagneten 31 in Dickenrichtung addiert wird. Die Abmessung d2 ist ein Wert, der erhalten wird, indem „α“ zum Maximalwert der Abmessung des zweiten Permanentmagneten 32 in Dickenrichtung addiert wird. Die Abmessung d3 ist ein Wert, der erhalten wird, indem „α“ zum Maximalwert der Abmessung des dritten Permanentmagneten 33 in Dickenrichtung addiert wird.
Der Vorgabewert der Abmessung des Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung ist 5 mm. Die Vorgabe-Toleranz der Abmessung des Permanentmagneten 3 in Dickenrichtung beträgt ± 0,1 mm. Die Abmessung des Magnet-Einführungslochs 21 in der Breitenrichtung ist ein Wert, der erhalten wird, indem 0,1 mm zum Maximalwert des Permanentmagneten 3 addiert wird. Als Permanentmagneten 3 werden typische gesinterte Neodym-Magneten verwendet. Die magnetische Remanenzflussdichte beträgt 1,3 T. Die relative Permeabilität beträgt 1,05. Der Spalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator ist 1 mm.
18 ist ein Graph zum Darstellen von Betriebspunkten der Permanentmagneten 3 im Rotor für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der dritten Ausführungsform. In 18 gibt es auch keinen magnetischen Fluss, der von den Permanentmagneten 3 zur Innenseite des Rotors 1 streut, und außerdem tritt im Rotorkern 2 keine magnetische Sättigung auf. Außerdem ist in 18 auch ein Betriebspunkt des Permanentmagneten in einem Vergleichsbeispiel gezeigt. Wie in 18 veranschaulicht, ist der Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt ist, höher als der Betriebspunkt des ersten Permanentmagneten 31, der in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt ist.
Außerdem ist der Betriebspunkt des ersten Permanentmagneten 31, der in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt ist, höher als der Betriebspunkt des dritten Permanentmagneten 33, der in das dritte Magnet-Einführungsloch 213 eingeführt ist.
Mit anderen Worten: Die Betriebspunkte werden in der folgenden Reihenfolge niedriger: Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt ist; Betriebspunkt des ersten Permanentmagneten 31, der in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt ist; und Betriebspunkt des dritten Permanentmagneten 33, der in das dritte Magnet-Einführungsloch 213 eingeführt ist. Außerdem ist der Betriebspunkt des dritten Permanentmagneten 33, der in das dritte Magnet-Einführungsloch 213 eingeführt ist, höher als der Betriebspunkt des Permanentmagneten, der in das Magnet-Einführungsloch im Falle des Vergleichsbeispiels eingeführt ist.
Wie in 16 dargestellt, wird ein Bereich des Rotorkerns 2, in welchem die drei Permanentmagneten 3 angeordnet sind, als Ausbildungsbereich 22 für denselben Magnetpol bezeichnet. Der Bereich des Ausbildungsbereichs 22 für denselben Magnetpol auf der nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D wird als Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol bezeichnet. Im Ausbildungsbereich 22 für denselben Magnetpol wird der Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol am leichtesten entmagnetisiert. Der zweite Permanentmagnet 32 ist im Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol angeordnet.
Der Bereich des Ausbildungsbereichs 22 für denselben Magnetpol auf der vorauseilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung D wird als Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol bezeichnet. Im Ausbildungsbereich 22 für denselben Magnetpol wird der Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol an zweiter Stelle leicht entmagnetisiert, und zwar verglichen mit dem Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol.
In Abhängigkeit davon, ob oder ob nicht die Zähne des Stators 4 dem Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol benachbart sind, werden Schwankungen des magnetischen Flusses von Komponenten höherer Ordnung im Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol erzeugt. Damit tritt eine Veränderung des magnetischen Flusses im Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol auf. Der erste Permanentmagnet 31 ist im Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol angeordnet.
Ein Bereich des Ausbildungsbereichs 22 für denselben Magnetpol auf der radialen Innenseite wird als ein radial innerer Bereich 25 für denselben Magnetpol bezeichnet. Der radial innere Bereich 25 für denselben Magnetpol ist entfernter vom Stator 4 angeordnet als der Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol und der Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol. Demzufolge sind die Zähne des Stators 4 dem radial inneren Bereich 25 für denselben Magnetpol nicht benachbart. Demzufolge ist es am schwierigsten, den radial inneren Bereich 25 für denselben Magnetpol im Ausbildungsbereich 22 für denselben Magnetpol zu entmagnetisieren. Der dritte Permanentmagnet 33 ist im radial inneren Bereich 25 für denselben Magnetpol angeordnet. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen der zweiten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben, bilden mit dem Rotor 1 für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung der erste Permanentmagnet 31, der zweite Permanentmagnet 32 und der dritte Permanentmagnet 33 denselben Magnetpol im Rotor 1. Damit kann die Gewichtsbalance für jeden Magnetpol verbessert werden. Damit wird die magnetische Charakteristik des Rotors 1 stabilisiert. Im Ergebnis kann die Erzeugung von Schall und Vibrationen bei der rotierenden elektrischen Maschine unterbunden werden.
Außerdem ist bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform ein Fall beschrieben, in welchem sich die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung nach der Normalverteilung richtet. Wie in 19 gezeigt, kann die Häufigkeit der Abmessungen der Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung konstant sein. In diesem Fall ist der durchschnittliche Spalt zwischen der Wandoberfläche des Magnet-Einführungslochs 21 und dem Permanentmagneten 3 konstant. Wie in 20 veranschaulicht, ist in diesem Fall der Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt ist, höher als der Betriebspunkt des ersten Permanentmagneten 31, der in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt ist. Der Betriebspunkt des dritten Permanentmagneten 33, der in das dritte Magnet-Einführungsloch 213 eingeführt ist, ist höher als der Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt ist.
Mit anderen Worten: Die Betriebspunkte werden in der folgenden Reihenfolge niedriger: Betriebspunkt des dritten Permanentmagneten 33, der in das dritte Magnet-Einführungsloch 213 eingeführt ist; Betriebspunkt des zweiten Permanentmagneten 32, der in das zweite Magnet-Einführungsloch 212 eingeführt ist; und Betriebspunkt des ersten Permanentmagneten 31, der in das erste Magnet-Einführungsloch 211 eingeführt ist. Folglich ist der dritte Permanentmagnet 33 im Nacheilungsseiten-Bereich 23 für denselben Magnetpol angeordnet, der zweite Permanentmagnet 32 ist im Vorauseilungsseiten-Bereich 24 für denselben Magnetpol angegeben, und der erste Permanentmagnet 31 ist im radial innerer Bereich 25 für denselben Magnetpol angeordnet.
Vierte Ausführungsform
21 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel sind sechs Permanentmagneten 3 am Rotorkern 2 angeordnet. Jeder der Permanentmagneten 3 ist in Umfangsrichtung des Rotorkerns 2 magnetisiert. Auf der Oberfläche des Rotorkerns 2 werden N-Pole und S-Pole durch die Flüsse Y von magnetischen Flüssen gebildet, die von den Permanentmagneten 3 gebildet werden. Spalte sind zwischen den Permanentmagneten 3 und dem Rotorkern 2 definiert, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, aber in 21 sind diese Spalte weggelassen.
Bei dieser Konfiguration entspricht die Dickenrichtung des Permanentmagneten 3 bei der vierten Ausführungsform der Umfangsrichtung des Rotorkerns 2, wie in 21 dargestellt. Mit anderen Worten: Die Abmessung d1 des ersten Permanentmagneten 31 entspricht der Abmessung des ersten Permanentmagneten 31 in der Umfangsrichtung, und die Abmessung d2 des zweiten Permanentmagneten 32 entspricht der Abmessung des zweiten Permanentmagneten 32 in der Umfangsrichtung. Demzufolge ist die Dickenrichtung des Permanentmagneten 3 dieselbe Richtung wie die Richtung des Flusses Y des magnetischen Flusses im Permanentmagneten 3.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform sind die ersten Magnet-Einführungslöcher 211 und die zweiten Magnet-Einführungslöcher 212 abwechselnd nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet, die ersten Permanentmagneten 31 sind in den ersten Magnet-Einführungslöchern 211 angeordnet, und die zweiten Permanentmagneten 32 sind in den zweiten Magnet-Einführungslöchern 212 angeordnet.Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen der ersten bis dritten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Mit dem Rotor 1 für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vierten Ausführungsform können - ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform - die Spalte verringert werden, die jeweils zwischen dem Permanentmagneten 3 und dem Magnet-Einführungsloch 21 definiert sind. Damit kann der Betriebspunkt des Permanentmagneten 3 verbessert werden, und das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine kann verbessert werden.
Bei den oben erwähnten ersten bis dritten Ausführungsformen ist die Beschreibung einer Konfiguration erfolgt, bei welcher die Permanentmagneten 3 jeweils eine rechteckige Parallelepiped-Form haben. Wie in 22 veranschaulicht, können die Permanentmagneten 3 jeweils auch eine solche Form haben, dass deren radial äußere Oberfläche gekrümmt ist. Mit anderen Worten: Die Permanentmagneten 3 können eine Halbkreisform haben. In diesem Fall ist die Abmessung des Permanentmagneten 3 in der Dickenrichtung die Abmessung eines Bereichs maximaler Dicke der Permanentmagneten 3.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Rotor
2, 2A: Rotorkern
3, 3A: Permanentmagnet
4: Stator
21, 21A: Magnet-Einführungsloch
22: Ausbildungsbereich für denselben Magnetpol
23: Nacheilungsseiten-Bereich für denselben Magnetpol
24: Vorauseilungsseiten-Bereich für denselben Magnetpol
25: radial innerer Bereich für denselben Magnetpol
31: erster Permanentmagnet
32: zweiter Permanentmagnet
101: Kernbereich
102: Spaltbereich
211: erstes Magnet-Einführungsloch
212: zweites Magnet-Einführungsloch
213: drittes Magnet-Einführungsloch.

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 2010063283 A [0003]

Claims

Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der Folgendes aufweist: - einen Rotorkern mit einer Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern, die so ausgebildet sind, dass sie nebeneinander in Umfangsrichtung des Rotorkerns angeordnet sind; und - eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die jeweils in die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern eingeführt sind, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten klassifiziert sind in erste Permanentmagneten mit Abmessungen in Dickenrichtung, die innerhalb eines Bereichs einer Vorgabe-Toleranz liegen und kleiner sind als ein Vorgabewert, und zweite Permanentmagneten mit Abmessungen in Dickenrichtung, die innerhalb des Bereichs der Vorgabe-Toleranz liegen und größer sind als der Vorgabewert, und wobei die Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern klassifiziert ist in erste Magnet-Einführungslöcher, in welche ein erster Permanentmagnet eingeführt ist, und zweite Magnet-Einführungslöcher, die so ausgebildet sind, dass sie eine Abmessung in der Breitenrichtung aufweisen, die größer ist als die Abmessung eines ersten Magnet-Einführungslochs in der Breitenrichtung, und in welches ein zweiter Permanentmagnet eingeführt ist.
Rotor für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet Magnetpole bilden, die voneinander verschieden sind.
Rotor für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet denselben Magnetpol bilden.
Rotor für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet so angeordnet sind, dass der Betriebspunkt des Permanentmagneten, der auf der nacheilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung angeordnet ist, höher ist als der Betriebspunkt des Permanentmagneten, der auf der vorauseilenden Seite in Drehmoment-Erzeugungsrichtung angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine, das Folgendes aufweist: - einen Dicken-Abmessung-Messschritt, in welchem die Abmessung eines jeden von einer Mehrzahl von Permanentmagneten in Dickenrichtung gemessen wird; - einen Permanentmagnet-Sortierschritt, in welchem nach dem Dicken-Abmessungs-Messschritt Folgendes sortiert wird: Permanentmagneten, die Abmessungen in Dickenrichtung haben, die innerhalb eines Bereichs einer Vorgabe-Toleranz liegen und kleiner sind als ein Vorgabewert, als erste Permanentmagneten, und Permanentmagneten, die Abmessungen in Dickenrichtung haben, die innerhalb des Bereichs der Vorgabe-Toleranz liegen und größer sind als der Vorgabewert, als zweite Permanentmagneten, und - einen Permanentmagnet-Einführungsschritt, in welchem nach dem Permanentmagnet-Sortierschritt ein erster Permanentmagnet in ein erstes Magnet-Einführungsloch eingeführt wird, das in einem Rotorkern ausgebildet ist, und ein zweiter Permanentmagnet in ein zweites Permanentmagnet-Einführungsloch eingeführt wird, das im Rotorkern ausgebildet ist und eine Abmessung in Breitenrichtung aufweist, die größer ist als die Abmessung des ersten Magnet-Einführungslochs in Breitenrichtung.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei im Dicken-Abmessungs-Messschritt ein Durchschnittswert der Abmessungen der Mehrzahl von Permanentmagneten in Dickenrichtung auf der Basis der Abmessungen der Mehrzahl von Permanentmagneten in Dickenrichtung berechnet wird, und wobei im Permanentmagnet-Sortierschritt der Durchschnittswert als Vorgabewert verwendet wird.