DE112019007070T5

DE112019007070T5 - Rotierende elektrische maschine

Info

Publication number: DE112019007070T5
Application number: DE112019007070.3T
Authority: DE
Inventors: Junji Kitao; Kosho YAMANE; Tomohira Takahashi; Yoshihiro Miyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2021-12-16
Also published as: JPWO2020194390A1; WO2020194390A1; JP6725767B1; US20220060070A1; CN113544942B; US11894726B2; CN113544942A

Abstract

In einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Erfindung weist ein Rotorkern Folgendes auf eine Spalt-Oberfläche; eine Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern, in welche eine Mehrzahl von Permanentmagneten eingeführt sind; einen Schlitz, der in einem Kernbereich zwischen der Spalt-Oberfläche und - unter der Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern - einem Magnet-Einführungsloch ausgebildet ist, in welches ein Permanentmagnet, der einen Magnetpol bildet, eingeführt ist, und der den Kernbereich in eine Mehrzahl von geteilten Kernbereichen in Umfangsrichtung teilt; und eine Aussparung, die gebildet wird, indem die Spalt-Oberfläche - unter der Mehrzahl von geteilten Kernbereichen - eines geteilten Kernbereichs eingedellt wird, der voran in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor wirkt, wenn die Statorspule mit Energie beaufschlagt wird, wobei in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung des Rotorkerns der kürzeste Abstand zwischen einer imaginären Spalt-Fläche des Statorkerns, die ein perfekter Kreis mit dem axialen Zentrum des Rotorkerns als Mittelpunkt ist und in Kontakt ist mit distalen Endflächen der Mehrzahl von Zähnen, und einem unteren Punkt der Aussparung länger ist als der kürzeste Abstand zwischen der imaginären Spalt-Fläche des Statorkerns und jedem der zwei Schnittpunkte zwischen der Aussparung und der Spalt-Oberfläche.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine. Sie betrifft insbesondere eine rotierende elektrische Maschine, die einen Rotor aufweist, der Permanentmagneten aufweist.
Stand der Technik
Eine rotierende elektrische Maschine mit Permanentmagneten, die vorteilhaft ist hinsichtlich einer Größenverkleinerung und einer Erhöhung der Ausgangsleistung, wird in vielen Fällen als eine rotierende elektrische Maschine zur industriellen Verwendung und als rotierende elektrische Maschine für ein Elektrofahrzeug und für ein Hybridfahrzeug verwendet. Bei den oben beschriebenen rotierenden elektrischen Maschinen mit Permanentmagneten gilt Folgendes: Wenn die rotierende elektrische Maschine mit Permanentmagneten eine derartige Struktur hat, dass Permanentmagneten in einen Rotorkern eingebettet sind, können zwei Typen von Drehmoment erhalten werden.
Genauer gesagt: Ein Magnet-Moment wird von einem magnetischen Fluss des Magneten vom Permanentmagneten erzeugt, und ein Reluktanzmoment wird von einem magnetischen Fluss der Reluktanz erzeugt, dir vom magnetischen Widerstand des Rotorkerns hervorgerufen wird. Das resultierende Moment der rotierenden elektrischen Maschine ist ein kombiniertes Moment dieser zwei Drehmoment-Typen.
Die rotierende elektrische Maschine mit Permanentmagneten, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, hat jedoch die Eigenschaft, dass die oben erwähnten zwei Typen von Drehmoment Scheitelwerte bei verschiedenen Strom-Phasenwinkeln haben. Daher ist der Strom-Phasenwinkel, bei welchem das kombinierte Moment der zwei Drehmoment-Typen einen Scheitelwert hat, gegenüber dem Strom-Phasenwinkel verschoben, bei welchem jeder der zwei Drehmoment-Typen den Scheitelwert hat. Im Ergebnis wird der Scheitelwert des kombinierten Moments der zwei Drehmoment-Typen kleiner als die Summe der Scheitelwerte der zwei Drehmoment-Typen.
In Anbetracht dieser Situation hat man eine Struktur vorgeschlagen, bei welcher ein Schlitz in einem Rotorkern ausgebildet ist, um dafür zu sorgen, dass der magnetische Fluss, der von einem Permanentmagneten in Richtung eines Stators fließt, in der Rotationsrichtung eines Rotors abweicht (beispielsweise Patentliteratur 1).
Gemäß der Patentliteratur 1 bewirkt der Schlitz, dass der magnetische Fluss, der vom Permanentmagneten in Richtung des Stators fließt, in Rotationsrichtung des Rotors abweicht, so dass der Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Magnet-Moment den Scheitelwert hat, verändert wird. Auf diese Weise wird der Unterschied zwischen dem Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Magnet-Moment den Scheitelwert hat, und dem Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Reluktanzmoment den Scheitelwert hat, verringert. Demzufolge wird der Scheitelwert des kombinierten Moments dieser Drehmomente erhöht.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
[PTL 1] JP 11-206046 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der Patentliteratur 1 ist der Schlitz, um zu bewirken, dass der magnetische Fluss, der vom Permanentmagneten in Richtung des Stators fließt, in Rotationsrichtung des Rotors abweicht, in einem Kernbereich des Rotorkerns auf der radial äußeren Seite des Permanentmagneten ausgebildet. Wenn der Schlitz ausgebildet wird, gibt es jedoch dahingehende Probleme, dass das Drehmoment in der Rotationsrichtung verringert wird, die der oben erwähnten Richtung entgegengesetzt ist, und außerdem wird das Moment-Rippel erhöht.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben erwähnten Probleme zu lösen. Es ist ihre Aufgabe, eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, mit welcher - während der Scheitelwert des kombinierten Moments aus einem Magnet-Moment und einem Reluktanzmoment in Richtung der Umfangskraft, die auf einen Rotor wirkt, wenn eine Statorspule mit Energie beaufschlagt wird, zunimmt - das Moment-Rippel in der entgegengesetzten Richtung verringert werden kann.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine angegeben, die Folgendes aufweist: einen Stator, der Folgendes aufweist: einen Statorkern, in welchem eine Mehrzahl von Zähnen, die radial von einer ringförmigen Kern-Rückseite vorstehen, in Umfangsrichtung aufgereiht sind; und eine Statorspule; und einen Rotor, der Folgendes aufweist: einen Rotorkern, der koaxial mit dem Statorkern angeordnet ist, wobei ein Spalt zwischen dem Statorkern und dem Rotorkern gewährleistet ist; und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die in den Rotorkern eingebettet sind und die in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Der Rotorkern weist Folgendes auf: eine Spalt-Oberfläche, die dem Spalt zugewandt ist; eine Mehrzahl von Magnet-Einfuhrungslöchern, in welche die Mehrzahl von Permanentmagneten eingeführt sind; einen Schlitz, der in einem Kernbereich zwischen der Spalt-Oberfläche und - unter der Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern - einem Magnet-Einführungsloch ausgebildet ist, in welches ein Permanentmagnet, der einen Magnetpol bildet, eingeführt ist, und der den Kernbereich in eine Mehrzahl von geteilten Kernbereichen in Umfangsrichtung teilt; und eine Aussparung, die gebildet wird, indem die Spalt-Oberfläche - unter der Mehrzahl von geteilten Kernbereichen - eines geteilten Kernbereichs eingedellt wird, der voran in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor wirkt, wenn die Statorspule mit Energie beaufschlagt wird, wobei in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung des Rotorkerns der kürzeste Abstand zwischen einer imaginären Spalt-Fläche des Statorkerns, die ein perfekter Kreis mit dem axialen Zentrum des Rotorkerns als Mittelpunkt ist und in Kontakt ist mit distalen Endflächen der Mehrzahl von Zähnen, die dem Spalt zugewandt sind, und einem unteren Punkt der Aussparung länger ist als der kürzeste Abstand zwischen der imaginären Spalt-Fläche des Statorkerns und jedem der zwei Schnittpunkte zwischen der Aussparung und der Spalt-Oberfläche.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es mit der oben erwähnten Konfiguration möglich, eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, bei welcher - während der Scheitelwert eines kombinierten Moments aus dem Magnet-Moment und dem Reluktanzmoment in Richtung der Umfangskraft, die auf den Rotor wirkt, wenn die Statorspule mit Energie beaufschlagt wird, erhöht ist - das Moment-Rippel in der entgegengesetzten Richtung verringert werden kann.
Figurenliste

1 ist eine Längsschnittansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeil-Linie II-II gemäß 1.
3 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines Bereichs in der Umgebung von einem Magnetpol eines Rotors bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Graph zur Darstellung einer magnetischen Flussdichteverteilung im Spalt, die hevorgerufen wird von einem magnetischen Fluss des Magneten für eine Periode des elektrischen Winkels in einem nichtenergiebeaufschlagten Zustand der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Graph zum Veranschaulichen der Änderung des Drehmoments bezogen auf den Strom-Phasenwinkel unter der Bedingung eines konstanten Stromwerts, bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines Bereichs in der Umgebung von einem Magnetpol bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Graph zur Darstellung eines Magnetfeldanalyse-Ergebnisses des Leistungsbetrieb-Drehmoments in Rotationsrichtung bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Graph zur Darstellung eines Magnetfeldanalyse-Ergebnisses des Leistungsbetrieb-Drehmoments in Gegenrotationsrichtung bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen von Magnetflussdichte-Konturen und Flusslinien, die durch Magnetfeldanalyse zur Zeit des minimalen Leistungsbetrieb-Drehmoments in Rotationsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine erhalten werden, die keine Aussparung hat.
10 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen von Magnetflussdichte-Konturen und Flusslinien, die durch Magnetfeldanalyse zur Zeit des maximalen Leistungsbetrieb-Drehmoments in Rotationsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine erhalten werden, die keine Aussparung hat.
11 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen von Magnetflussdichte-Konturen und Flusslinien, die durch Magnetfeldanalyse zur Zeit des minimalen Leistungsbetrieb-Drehmoments in Gegenrotationsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine erhalten werden, die keine Aussparung hat.
12 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen von Magnetflussdichte-Konturen und Flusslinien, die durch Magnetfeldanalyse zur Zeit des maximalen Leistungsbetrieb-Drehmoments in Gegenrotationsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine erhalten werden, die keine Aussparung hat.
13 ist ein Graph zur Darstellung eines Magnetfeldanalyse-Ergebnisses des Leistungsbetrieb-Drehmoments in Gegenrotationsrichtung bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Graph zum Veranschaulichen der Änderung des Drehmoments bezogen auf den Strom-Phasenwinkel unter der Bedingung eines konstanten Stromwerts, bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein von Mises-Spannungsverteilungsdiagramm einer Spannungsanalyse bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein von Mises-Spannungsverteilungsdiagramm einer Spannungsanalyse bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines ersten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines zweiten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines dritten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines vierten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine transversale Schnittansicht zum Veranschaulichen eines fünften Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine transversale Schnittansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines Bereichs in der Umgebung von einem Magnetpol eines Rotors bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine transversale Schnittansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist eine Längsschnittansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Pfeil-Linie II-II gemäß 1. Eine Längsschnittansicht bezieht sich auf eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Querschnitts inklusive einem axialen Zentrum einer Drehwelle. In 2 ist der Rahmen weggelassen. Außerdem gilt in dieser Beschreibung zur Vereinfachung Folgendes:
Die Richtung parallel zum axialen Zentrum der Drehwelle wird als „Axialrichtung“ bezeichnet. Die Richtung senkrecht zum axialen Zentrum der Drehwelle um das axiale Zentrum der Drehwelle als Mitte wird als „Radialrichtung“ bezeichnet. Die Rotationsrichtung um die Drehwelle als Mitte wird als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. In den Zeichnungen bezeichnet R die Rotationsrichtung der Drehwelle. Außerdem wird die Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung R als „Gegenrotationsrichtung“ bezeichnet.
In 1 und 2 weist eine rotierende elektrische Maschine 100 einen zylindrischen Rahmen 13, ein Paar Endplatten 15 und eine Drehwelle 16 auf. Das Paar von Endplatten 15 ist an beiden Enden des Rahmens 13 in Axialrichtung montiert und ist so konfiguriert, dass es die Öffnungen auf beiden Seiten des Rahmens 13 in Axialrichtung abschließt. Die Drehwelle 16 wird von Lagern 14 gehalten, die an dem Paar Endplatten 15 montiert sind, so dass sie im Rahmen 13 drehbar ist. Die rotierende elektrische Maschine 100 weist außerdem einen Rotor 20 und einen Stator 10 auf. Der Rotor 20 ist fest an der Drehwelle 16 fixiert und so angeordnet, dass er im Rahmen 13 drehbar ist. Der Stator 10 ist in den Rahmen 13 eingeführt und wird von ihm gehalten, und er ist koaxial mit dem Rotor 20 auf der radial äußeren Seite des Rotors 20 angeordnet. Ein Spalt G ist zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 10 ausgebildet.
Der Stator 10 weist einen ringförmigen Statorkern 11 und eine Statorspule 12 auf, die am Statorkern 11 montiert ist. Der Statorkern 11 weist eine ringförmige Kern-Rückseite 19 und eine Mehrzahl von Zähnen 18 auf, die von einer inneren Umfangsfläche der Kern-Rückseite 19 nach innen in Radialrichtung vorstehen und in der Umfangsrichtung aufgereiht bzw. arrayförmig angeordnet sind. Der Statorkern 11 wird beispielsweise durch Stapeln und Integrieren von dünnen elektromagnetischen Stahlblechen in Axialrichtung gebildet. Achtzehn Zähne 18 sind mit gleichwinkligen Abständen in Umfangsrichtung aufgereiht bzw. arrayförmig angeordnet, und eine Region zwischen benachbarten Zähnen 18 dient als eine Nut 17.
Distale Endflächen der achtzehn Zähne 18, die dem Spalt G gegenüberliegen, sind als Bogenflächen gebildet, die in Kontakt mit einer zylindrischen Fläche sind, die das axiale Zentrum des Stators 10 als eine Mittelachse hat. Die Statorspule 12 ist aus Spulen mit konzentrierter Wicklung gebildet, die jeweils durch Wickeln eines Leiterdrahts um den entsprechenden der Zähne 18 gebildet wird. Benachbarte Spulen mit konzentrierter Wicklung sind in jeder der Nuten 17 aufgenommen.
Der Rotor 20 weist die Drehwelle 16, einen zylindrischen Rotorkern 21 und vicrundzwanzig Permanentmagneten 22 auf. Der Rotorkern 21 hat ein Wellen-Einführungsloch, das an seiner axialen Mittelposition ausgebildet ist. Die Permanentmagneten 22 sind auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 21 eingebettet. Der Rotorkern 21 ist fest an der Drehwelle 16 fixiert, die durch das Wellen-Einführungsloch eingeführt ist. Beide Enden der Drehwelle 16 in Axialrichtung werden von den Lagern 14 gehalten, so dass der Rotor 20 derart angeordnet ist, dass er im Rahmen 13 drehbar ist. Der Rotorkern 21 wird beispielsweise durch Stapeln und Integrieren von dünnen elektromagnetischen Stahlblechen in Axialrichtung gebildet.
Nachstehend wird die Struktur um einen Magnetpol des Rotors 20 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines Bereichs in der Umgebung von einem Magnetpol des Rotors bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine transversale Schnittansicht bezieht sich auf eine Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Querschnitts senkrecht zum axialen Mittelpunkt der Drehwelle.
Auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 21 sind zwölf Paare von Magnet-Einführungslöchern 23 in gleichwinkligen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet. Die Magnet-Einführungslöcher 23 gehen durch den Rotorkern 21 in Axialrichtung. Jedes Paar von Magnet-Einführungslöchem 23 ist in einer V-Form gebildet, so dass das Intervall in Umfangsrichtung allmählich in Richtung der radial äußeren Seite zunimmt. Die Magnet-Einführungslöcher 23 sind jeweils in einer Lochform ausgebildet, die einen rechteckigen Querschnitt hat. Endbereiche auf der radial inneren Seite der Magnet-Einführungslöcher 23, die ein Paar bilden, sind voneinander entfernt in der Umfangsrichtung ausgebildet.
Die Permanentmagneten 22 sind jeweils als ein prismatischer Körper ausgebildet, der einen rechteckigen Querschnitt hat, äquivalent zu demjenigen des Magnet-Einführungslochs 23. Die Permanentmagneten 22 sind jeweils so magnetisiert, dass sie eine Magnetisierung senkrecht zu der Fläche haben, die definiert ist durch eine Langseite des rechteckigen Querschnitts.
Auf diese Weise hat eine erste Fläche des Permanentmagneten 22, die durch die Langseite des rechteckigen Querschnitts definiert ist, einen N-Pol, und eine zweite Fläche davon auf der der ersten Fläche gegenüberliegen Seite hat einen S-Pol. Die Permanentmagneten 22 sind in jedes Paar von Magnet-Einführungslöchern 23 eingeführt und werden von diesen gehalten, so dass Flächen, die die gleiche Polarität haben, in Richtung der radial äußeren Seite weisen, und sind in benachbarte Paare von Magnet-Einführungslöchern 23 eingeführt und werden von diesen gehalten, so dass Flächen, die unterschiedliche Polaritäten haben, in Richtung der radial äußeren Seite weisen.
Das heißt, jedes Paar von Permanentmagneten 22, die in einer V-Form angeordnet sind, bildet einen Magnetpol. Dann sind zwölf Paare von Permanentmagneten 22, die jeweils einen Magnetpol bilden, auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 21 eingebettet, so dass sie in gleichwinkligen Abständen in Umfangsrichtung aufgereiht bzw. arrayförmig angeordnet sind. Auf diese Weise hat der Rotor 20 zwölf Magnetpole.
Eine Flussbarriere 24 ist dadurch ausgebildet, dass eine Fläche auf der radial äußeren Seite jedes Magnet-Einführungslochs 23, die durch eine Kurzseite seines rechteckigen Querschnitts definiert ist, in Längenrichtung der Langseite des rechteckigen Querschnitts des Magnet-Einführungslochs 23 vorsteht. Auf ähnliche Weise ist eine Flussbarriere 24 dadurch ausgebildet, dass eine Fläche auf der radial inneren Seite jedes Magnet-Einführungslochs 23, die durch eine Kurzseite seines rechteckigen Querschnitts definiert ist, in Längenrichtung der Langseite des rechteckigen Querschnitts des Magnet-Einführungslochs 23 vorsteht. Jede der Flussbarrieren 24 ist so ausgebildet, dass sie durch den Rotorkern 21 in Axialrichtung geht. Die Flussbarriere 24 ist ein Teil des Magnet-Einführungslochs 23.
Ein Schlitz 29 ist in einem Kernbereich des Rotorkerns 21 ausgebildet, der auf Seiten des Spalts G positioniert ist, d. h. auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die in einer V-Form angeordnet sind, die einen Magnetpol bilden. Der Schlitz 29 ist vorwärts in Rotationsrichtung R geneigt. Der Schlitz 29 verläuft linear, derart, dass er die Nähe einer Spalt-Oberfläche 26 des Rotorkerns 21 erreicht. Der Schlitz 29 kann so ausgebildet sein, dass er durch den Rotorkern 21 in Axialrichtung hindurchgeht, oder er kann so ausgebildet sein, dass er nicht durch den Rotorkern 21 in Axialrichtung hindurchgeht.
Der Schlitz 29 ist mit Luft gefüllt. Luft hat eine magnetische Permeabilität, die niedriger ist als diejenige des Rotorkerns 21. Demzufolge ist der Schlitz 29 eine Region mit niedriger magnetischer Permeabilität in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die in einer V-Form angeordnet sind. Der Schlitz 29 kann beispielsweise mit einem Harz oder einem wärmeabführenden Material mit einer magnetischen Permeabilität gefüllt sein, die niedriger ist als diejenige des Rotorkerns 21. Auf diese Weise kann die Stärke des Rotorkerns 21 erhöht werden. Außerdem kann die Wirkung zum Kühlen des Rotorkerns 21 und der Permanentmagneten 22 erhöht werden.
Eine Aussparung 25 ist in einem Kernbereich auf der Rückseite in Rotationsrichtung R bezogen auf den Schlitz 29 gebildet, und zwar in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die in einer V-Form angeordnet sind. Die Aussparung 25 wird gebildet, in dem die Spalt-Oberfläche 26 entsprechend einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 21 eingedellt wird, so dass sie von dem einen Ende zu dem anderen Ende in der Axialrichtung reicht. Demzufolge ist die Aussparung 25 mit Luft gefüllt. Luft hat eine magnetische Permeabilität, die niedriger ist als diejenige des Rotorkerns 21. Demzufolge ist die Aussparung 25 eine Region mit niedriger magnetischer Permeabilität in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die in einer V-Form angeordnet sind.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 100, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, beträgt die Anzahl von Nuten 17 des Stators 10 achtzehn, und die Anzahl von Polen des Rotors 20 ist zwölf. Das heißt: Die rotierende elektrische Maschine 100 ist eine rotierende elektrische Maschine vom innenliegenden Rotortyp, die ein System verwendet, bei welchem das Verhältnis der Anzahl von Polen zur Anzahl von Nuten 2:3 beträgt. Es wird angenommen, dass die rotierende elektrische Maschine 100 für einen Leistungsbetrieb verwendet wird. Der Leistungsbetrieb bezeichnet einen Betrieb zum Umwandeln von elektrischer Energie zum Energiebeaufschlagen der Statorspule 12 in kinetische Energie zum Drehen des Rotors 20.
Dann wird die rotierende elektrische Maschine 100 als ein Elektromotor betrieben. Wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, so wirkt eine Umfangskraft auf den Rotor 20 in der gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung R des Rotors 20. Der Leistungsbetrieb ist nicht die Hauptidee der vorliegenden Erfindung, und demzufolge wird seine detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
Der Schlitz 29 ist zur Vorderseite in Rotationsrichtung R geneigt, d. h. zur Vorausseite in Rotationsrichtung R. Auf diese Weise wird der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind, durch den Schlitz 29 in Umfangsrichtung geteilt, und zwar in einen geteilten Kembereich 30A auf der Vorausseite in Rotationsrichtung R und einen geteilten Kernbereich 30B auf der Hinterseite in Rotationsrichtung R.
Die Aussparung 25 ist in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B gebildet, die sich voraus in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung R befindet, und zwar in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanent magneten 22, die einen Magnetpol bilden. Der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden, ist ein Kernbereich zwischen der Spalt-Oberfläche 26 und den Magnet-Einführungslöchem 23, in welche die Permanentmagneten 22 eingeführt sind, die einen Magnetpol bilden.
Als Nächstes wird der Zustand der magnetischen Flüsse beschrieben, die Erzeugungsquellen für das Drehmoment sind.
Ein magnetischer Fluss 31 des Magneten, der von einer Erzeugungsfläche für den magnetischen Fluss des Permanentmagneten 22 erzeugt wird, die auf der Vorausseite in Rotationsrichtung R positioniert ist, fließt vom Rotorkern 21 zum Spalt G. Zu diesem Zeitpunkt wird die Richtung, in welcher der magnetische Fluss 31 des Magneten fließt, durch den Schlitz 29 eingeschränkt, der die Region mit niedriger magnetischer Permeabilität darstellt, und der magnetische Fluss 31 des Magneten wird veranlasst, zu der Vorausseite in Rotationsrichtung R abzuweichen.
Auf diese Weise befindet sich der magnetische Fluss 31 des Magneten im geteilten Kernbereich 30A, wie mit den Pfeilen in 3 angezeigt. Im Ergebnis kann der Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Magnet-Moment einen positiven Scheitelwert hat, größer vorgegeben werden als der Strom-Phasenwinkel in dem Fall, in welchem kein Schlitz 29 ausgebildet ist.
Der Pfad des magnetischen Flusses 32 der Reluktanz, der durch den Rotorkern 21 vom Statorkern 11 aus über den Spalt fließt, wird vom Schlitz 29 eingeschränkt, der die Region mit niedriger magnetischer Permeabilität darstellt. Auf diese Weise fließt der magnetische Fluss 32 der Reluktanz nur durch den geteilten Kernbereich 30B, ohne dass er durch den geteilten Kernbereich 30A fließt, wie durch den Pfeil in 3 angezeigt. Im Ergebnis kann der Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Reluktanzmoment einen positiven Scheitelwert hat, kleiner vorgegeben werden als der Strom-Phasenwinkel, der in dem Fall erhalten wird, in welchem kein Schlitz 29 ausgebildet ist.
Folglich wird der Abstand zwischen dem Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Magnet-Moment einen positiven Scheitelwert hat, und dem Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Reluktanzmoment einen positiven Scheitelwert hat, verringert. In diesem Fall können das kombinierte Moment des Magnet-Moments und des Reluktanzmoments, d. h. ein umfassendes Moment zur Zeit des Leistungsbetriebs, verbessert werden.
Die Ergebnisse, die durch Analyse der magnetischen Flussdichteverteilung im Spalt mittels eines Finite-Elemente-Verfahrens erhalten werden, die vom magnetischen Fluss 31 des Magneten erzeugt werden, und zwar für eine Periode des elektrischen Winkels unter einem nichtenergiebeaufschlagten Zustand, sind in 4 gezeigt. Die eine Periode des elektrischen Winkels entspricht zwei Magnetpolen. 4 ist ein Graph zur Darstellung einer magnetischen Flussdichteverteilung im Spalt, die hevorgerufen wird von einem magnetischen Fluss des Magneten für eine Periode des elektrischen Winkels in einem nichtenergiebeaufschlagten Zustand der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 stellt die horizontale Achse eine Umfangsposition dar, und die vertikale Achse stellt die magnetische Flussdichte im Spalt dar. Außerdem gibt die gepunktete Linie die magnetische Flussdichte im Spalt an, wenn kein Schlitz 29 ausgebildet ist, und die durchgezogene Linie gibt die magnetische Flussdichte im Spalt an, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist.
Aus 4 ist ersichtlich, dass die magnetische Flussdichte im Spalt in einem Magnetpol zu der Zeit des Leistungsbetriebs in Richtung der Vorausseite in Rotations richtung R des Rotors 20 abweicht, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist, und zwar verglichen mit dem Fall, wenn kein Schlitz 29 ausgebildet ist.
Die Ergebnisse, die erhalten werden, indem mittels eines Finite-Elemente-Verfahrens die Änderung des Drehmoments bezogen auf den Strom-Phasenwinkel β unter der Bedingung eines konstanten Stromwerts analysiert werden, sind in 5 gezeigt. 5 ist ein Graph zum Veranschaulichen der Änderung des Drehmoments bezogen auf den Strom-Phasenwinkel unter der Bedingung eines konstanten Stromwerts, bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5 stellt die horizontale Achse den Strom-Phasenwinkel β dar, und die vertikale Achse stellt das Drehmoment dar. Außerdem gibt die gepunktete Linie das Drehmoment an, wenn kein Schlitz 29 ausgebildet ist, und die durchgezogene Linie gibt das Drehmoment an, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist. Das Drehmoment ist das kombinierte Moment des Magnet-Moments und des Reluktanzmoments.
Aus 5 ist ersichtlich, dass der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das kombinierte Moment einen positiven Scheitelwert hat, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist, kleiner ist als der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das kombinierte Moment einen positiven Scheitelwert hat, wenn kein Schlitz 29 ausgebildet ist. Außerdem ist aus 5 ersichtlich, dass der positive Scheitelwert des kombinierten Moments, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist, größer ist als der positive Scheitelwert des kombinierten Moments, wenn kein Schlitz 29 ausgebildet ist.
Wenn kein Schlitz 29 ausgebildet ist, hat das Magnet-Moment einen positiven Scheitelwert, wenn der Strom-Phasenwinkel β einen Wert von 0° hat, und das Reluktanz moment hat einen positiven Scheitelwert, wenn der Strom-Phasenwinkel β einen Wert von 45° hat. Aus den Ergebnissen von 5 wird Folgendes abgeleitet: Wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist, werden der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Magnet-Moment einen positiven Scheitelwert hat, und der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment einen positiven Scheitelwert hat, einander angenähert, so dass das kombinierte Moment verbessert ist.
Wie oben beschrieben, gilt bei der ersten Ausführungsform Folgendes: Der Schlitz 29, der die Region mit niedriger magnetischer Permeabilität ist, ist in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22 ausgebildet, die einen Magnetpol bilden, so dass er zur Vorausseite in Rotationsrichtung R geneigt ist. Auf diese Weise werden der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Magnet-Moment einen positiven Scheitelwert hat, und der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Reluktanz moment einen positiven Scheitelwert hat, einander angenähert. Im Ergebnis wird zur Zeit des Leistungsbetriebs das kombinierte Moment aus dem Magnet-Moment und dem Reluktanzmoment verbessert.
Nachstehend wird eine spezifische Form der Aussparung 25 beschrieben. 6 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines Bereichs in der Umgebung von einem Magnetpol bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden, wird vom Schlitz 29 in zwei Regionen geteilt, nämlich den geteilten Kernbereich 30A auf der Vorausseite in Rotationsrichtung R und den geteilten Kernbereich 3 OB auf der Hinterseite in Rotationsrichtung R. Die Umfangskraft, die auf den Rotor 20 wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, wird im geteilten Kernbereich 30A erzeugt. Die Aussparung 25 ist in einem Bereich der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B gebildet, der voran in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor 20 wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird. In einer Ebene senkrecht zum axialen Zentrum des Rotorkerns 21 werden zwei Schnittpunkte zwischen der Aussparung 25 und der Spalt-Oberfläche 26 durch M und N dargestellt.
Der Schnittpunkt M ist ein Schnittpunkt auf der Seite, die näher am Schlitz 29 liegt. Der Schnittpunkt N ist ein Schnittpunkt auf der Seite, die weiter vom Schlitz 29 entfernt liegt. Außerdem wird ein perfekter Kreis, der als Zentrum das Rotationszentrum O des Rotorkerns 21 hat und als Radius den Abstand zwischen dem Rotationszentrum O und einem Punkt auf dem Statorkern 11 hat, der am nächsten am Rotorkern 21 liegt, als eine „imaginäre Spalt-Fläche 200 des Statorkerns“ bezeichnet.
In der Ebene senkrecht zum axialen Zentrum des Rotorkerns 21 ist die imaginäre Spalt-Fläche 200 des Statorkerns‟ ein perfekter Kreis, der das Rotationszentrum O des Rotorkerns 21 als Zentrum hat und in Kontakt ist mit den distalen Endflächen der Zähne 18 des Statorkerns 11. Ein unterer Punkt der Aussparung 25, der am weitesten von der imaginären Spalt-Fläche 200 des Statorkerns getrennt liegt, ist mit X bezeichnet. Zu dieser Zeit ist der kürzeste Abstand zwischen dem unteren Punkt X und der imaginären Spalt-Fläche 200 des Statorkerns länger als der kürzeste Abstand zwischen dem Schnittpunkt M und der imaginären Spalt-Fläche 200 des Statorkerns und der kürzeste Abstand zwischen dem Schnittpunkt N und der imaginären Spalt-Fläche 200 des Statorkerns.
In diesem Fall wird der Punkt, der am nächsten zur Spalt-Oberfläche 26 des Magnet-Einführungslochs 23 liegt, das voran in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor 20 wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, und zwar in den Magnet-Einführungslöchern 23, in welche die Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden, eingeführt sind, mit A bezeichnet. Eine Aussparung 25, die erhalten wird, indem imaginär die Aussparung 25 in Umfangsrichtung bewegt wird, ohne ihre Form zu ändern, bis die Aussparung 25 in Kontakt mit dem Schlitz 29 ist, wird als eine „imaginäre Aussparung 25a“ bezeichnet. Der Schnittpunkt, der dem Punkt A der Schnittpunkte zwischen der imaginären Aussparung 25a und der Spalt-Oberfläche 26 am nächsten liegt, wird als B bezeichnet.
Der Winkel zwischen einer geraden Linie OA, die eine Verbindung zwischen dem Punkt A und dem Rotationszentrum O bildet, und einer geraden Linie, die eine Verbindung zwischen dem Punkt N und dem Rotationszentrum O bildet, wird als θ bezeichnet. Der Winkel zwischen der geraden Linie OA und einer geraden Linie, die eine Verbindung zwischen dem Punkt B und dem Rotationszentrum O bildet, wird als Φ bezeichnet. In der rotierenden elektrischen Maschine 100 ist die Aussparung 25 in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B so ausgebildet, dass 0 < θ/Φ < 0,47 erfüllt ist.
Als Nächstes werden Wirkungen beschrieben, die durch Ausbilden der Aussparung 25 erzielt werden. 7 ist ein Graph zur Darstellung eines Magnetfeldanalyse-Ergebnisses des Leistungsbetrieb-Drehmoments in Rotationsrichtung bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist ein Graph zur Darstellung eines Magnetfeldanalyse-Ergebnisses des Leistungsbetrieb-Drehmoments in Gegenrotationsrichtung bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 bis 12 zeigen jeweils ein Diagramm zum Veranschaulichen der magnetischen Flussdichtekonturen und Flusslinien, die durch Magnetfeldanalyse erhalten werden, bei der rotierenden elektrischen Maschine, die keine Aussparung aufweist. 9 ist eine Veranschaulichung eines Zustands, in welchem das Leistungsbetrieb-Drehmoment in Rotationsrichtung minimal ist. 10 ist eine Veranschaulichung eines Zustands, in welchem das Leistungsbetrieb-Drehmoment in Rotationsrichtung maximal ist. 11 ist eine Veranschaulichung eines Zustands, in welchem das Leistungsbetrieb-Drehmoment in Gegenrotationsrichtung minimal ist.
12 ist eine Veranschaulichung eines Zustands, in welchem das Leistungsbetrieb-Drehmoment in Gegenrotationsrichtung maximal ist. 13 ist ein Graph zur Darstellung eines Magnetfeldanalyse-Ergebnisses des Leistungsbetrieb-Drehmoments in Gegenrotationsrichtung bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 13 stellt die horizontale Achse θ/Φ dar, und die vertikale Achse stellt das Leistungsbetrieb-Drehmomentrippel in Gegenrotationsrichtung dar.
Aus 7 ist ersichtlich, dass das Leistungsbetrieb-Drehmoment in Rotationsrichtung R eine kleine Differenz aufweist, und zwar in Abhängigkeit vom Vorhandensein und Nichtvorhandensein der Aussparung 25. Aus 8 ist ersichtlich, dass im Leistungsbetrieb-Drehmoment in Gegenrotationsrichtung dann, wenn die Aussparung 25 ausgebildet ist, die Amplitude einer 6f-Komponente, die sechs Scheitelwerte pro Periode des elektrischen Winkels hat, eines Drehmoments, das dem Moment-Rippel entspricht, verringert wird.
Aus 9 bis 12 ist ersichtlich, dass der Drehwinkel des Rotors 20, bei welchem das Leistungsbetrieb-Drehmoment in jeder von der Rotationsrichtung und der Gegenrotationsrichtung minimal ist, und der Drehwinkel des Rotors 20, bei welchem das Leistungsbetrieb-Drehmoment maximal ist, voneinander verschieden sind. Außerdem ist ersichtlich, dass - bei jedem Drehwinkel des Rotors 20 - der Drehmoment-Erzeugungsbereich in dem Kembereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die in einer V-Form angeordnet sind, variiert.
In Anbetracht des oben beschriebenen Sachverhalts ist die Aussparung 25 im Drehmoment-Erzeugungsbereich beim Drehwinkel des Rotors 20 ausgebildet, bei welchem das Leistungsbetrieb-Drehmoment in Gegenrotationsrichtung maximal ist, so dass dadurch der magnetische Widerstand des Drehmoment-Erzeugungsbereichs vergrößert wird. Demzufolge kann das zu erzeugende Drehmoment verringert werden. Im Ergebnis kann zur Zeit des Leistungsbetriebs das Leistungsbetrieb-Drehmomentrippel in Gegenrotationsrichtung verringert werden. Das heißt, zur Zeit des Leistungsbetriebs kann das Leistungsbetrieb-Drehmomentrippel in der Richtung, die der Richtung der Umfangskraft entgegengesetzt ist, die auf den Rotorkern 21 wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, verringert werden.
Aus 13 ist ersichtlich, dass dann, wenn θ/Φ größer als 0 und kleiner als 0,47 ist, das Leistungsbetrieb-Drehmomentrippel in Gegenrotationsrichtung kleiner ist als dasjenige in dem Fall, in welchem keine Aussparung 25 ausgebildet ist. Das heißt, wenn die Aussparung 25 in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B ausgebildet ist, so dass 0 < θ/Φ < 0,47 erfüllt ist, kann das Leistungsbetrieb-Drehmomentrippel in Gegenrotationsrichtung verringert werden.
Die Ergebnisse, die erhalten werden, indem mittels eine Finite-Elemente-Verfahrens eine Veränderung des Drehmoments bezogen auf den Strom-Phasenwinkel β unter der Bedingung eines konstanten Stromwerts analysiert wird, und zwar in einer Konfiguration, in welcher die Permanentmagneten 22 aus dem Rotor 20 entfernt sind und die Statorspule 12 aus Spulen mit konzentrierter Wicklung oder Spulen mit verteilter Wicklung gebildet ist, sind in 14 gezeigt.
14 ist ein Graph zum Veranschaulichen der Änderung des Drehmoments bezogen auf den Strom-Phasenwinkel unter der Bedingung eines konstanten Stromwerts, bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 14 stellt die horizontale Achse den Strom-Phasenwinkel β dar, und die vertikale Achse stellt das Drehmoment dar. Außerdem gibt die gepunktete Linie das Drehmoment an, wenn kein Schlitz 29 ausgebildet ist, und die durchgezogene Linie gibt das Drehmoment an, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist. Das Drehmoment ist das Reluktanzmoment.
In 14 ist Folgendes gezeigt: Wenn die Statorspule verwendet wird, die die Struktur mit konzentrierter Wicklung hat, wird in dem Fall, in welchem der Schlitz 29 ausgebildet ist, verglichen mit dem Fall, in welchem kein Schlitz 29 ausgebildet ist, der positive Scheitelwert des Reluktanzmoments erhöht. Wenn indessen die Statorspule verwendet wird, die die Struktur mit verteilter Wicklung hat, wird in dem Fall, in welchem der Schlitz 29 ausgebildet ist, verglichen mit dem Fall, in welchem kein Schlitz 29 ausgebildet ist, der positive Scheitelwert des Reluktanzmoments verringert.
Wie oben beschrieben, wurde Folgendes bestätigt: Sogar in der Struktur mit konzentrierter Wicklung, bei welcher die Ausübung des Reluktanzmoments im Stand der Technik unzureichend war, wird dann, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist, der Pfad des magnetischen Flusses der Reluktanz verändert, und demzufolge kann das Reluktanzmoment verbessert werden.
In 14 ist außerdem Folgendes gezeigt: Ungeachtet der Wicklungsstruktur der Statorspule wird dann, wenn die Aussparung 29 ausgebildet ist, der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment einen positiven Scheitelwert hat, verringert. Ungeachtet der Wicklungsstruktur der Statorspule werden daher, wenn der Schlitz 29 ausgebildet ist, der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Magnet-Moment einen positiven Scheitelwert hat, und der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment einen positiven Scheitelwert hat, einander angenähert. Im Ergebnis wird zur Zeit des Leistungsbetriebs das kombinierte Moment aus dem Magnet-Moment und dem Reluktanzmoment verbessert.
Nachstehend wird die Positionsrelation zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 beschrieben. 15 und 16 sind jeweils ein von Mises-Spannungsverteilungsdiagramm einer Spannungsanalyse bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 ist die Darstellung eines Falls, in welchem der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N einschließt. 16 ist die Darstellung eines Falls, in welchem der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N nicht einschließt.
Unter Bezugnahme auf 15 gilt Folgendes: Wenn der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N enthält, ist die Spannung, die an einem Bereich in der Umgebung der Aussparung 25 erzeugt wird, 96,0 MPa. Unter Bezugnahme auf 16 gilt Folgendes: Wenn der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N nicht enthält, ist die Spannung, die an einem Bereich in der Umgebung der Aussparung 25 erzeugt wird, 118,3 MPa.
Wie oben beschrieben, versteht es sich, dass die Spannung in dem Fall, in welchem der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N enthält, kleiner ist als die Spannung in dem Fall, in welchem der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N nicht enthält. Wenn die Aussparung 25 ausgebildet ist, konzentriert sich die Spannung an dem Bereich in der Umgebung der Aussparung 25. Wenn der Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 verringert wird, erhöht sich daher die Spannung, die am Bereich in der Umgebung der Aussparung 25 erzeugt wird.
In dem Fall, in welchem der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N einschließt, ist verglichen mit dem Fall, in welchem der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N nicht einschließt, der Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 größer, und demzufolge sind die Spannungen kleiner.
Daher ist es bevorzugt, dass die Aussparung 25 so ausgebildet ist, dass der minimale Abstand zwischen der Aussparung 25 und dem Magnet-Einführungsloch 23 den Punkt N einschließt. In diesem Fall ist die kürzeste Position der Aussparung 25 bezogen auf die Magnet-Einführungslöcher 23, in welche die Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden, eingeführt sind, der Schnittpunkt N der Aussparung 25 bezogen auf die Spalt-Oberfläche 26.
Als Nächstes werden Modifikationsbeispiele der rotierenden elektrischen Maschine beschrieben. 17 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines ersten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 18 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines zweiten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 19 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines dritten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines vierten Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 21 ist eine transversale Schnittansicht zum Veranschaulichen eines fünften Modifikationsbeispiels bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine rotierende elektrische Maschine 101 gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel weist - wie in 17 dargestellt - den Stator 10 und einen Rotor 20A auf. Im Stator 10 sind die distalen Endflächen der Zähne 18 als flache Oberflächen ausgebildet, die jeweils senkrecht zur Radialrichtung als deren Mittelposition in Umfangsrichtung sind. Auf diese Weise ist der radiale Abstand des Spalts G an der Mittelposition des Zahns 18 in Umfangsrichtung minimal und ändert sich in Abhängigkeit von der Umfangsposition. Im Rotor 20A ist ein Magnet-Einführungsloch 23 pro Magnetpol im Rotorkern 21A gebildet, so dass die Langseitenrichtung des rechteckigen Querschnitts senkrecht zur Radialrichtung ist. Ein Permanentmagnet 22, der in das Magnet-Einführungsloch 23 eingeführt ist, bildet einen Magnetpol.
Außerdem sind die Flussbarrieren 24 derart ausgebildet, dass sie so verlaufen, dass sie die Nähe der Spalt-Oberfläche 26 von beiden Enden in der Längenrichtung der Langseite des rechteckigen Querschnitts des Magnet-Einführungslochs 23 erreichen. Auf diese Weise wird der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Permanentmagneten 22 definiert, der einen Magnetpol bildet. Die übrigen Konfigurationen sind ähnlich denjenigen bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 101 des ersten Modifikationsbeispiels können Wirkungen ähnlich denjenigen wie bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 der oben erwähnten ersten Ausführungsform erhalten werden.
Eine rotierende elektrische Maschine 102 gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel weist - wie in 18 dargestellt - den Stator 10 und einen Rotor 20B auf. Im Stator 10 sind Vertiefungsbereiche 50 in den distalen Endflächen der Zähne 18 ausgebildet, und zwar an deren Mittelposition in Umfangsrichtung. Auf diese Weise ändert sich der radiale Abstand des Spalts G in Abhängigkeit von der Umfangsposition des Zahns 18. Im Rotor 20B sind zwei Paare von Magnet-Einführungslöchern 23, die jeweils in einer V-Form angeordnet sind, pro Magnetpol in einem Rotorkern 21B gebildet, so dass sie in zwei Schichten in Radialrichtung aufgereiht bzw. arrayförmig angeordnet sind. Vier Permanentmagneten 22, die in die vier Magnet-Einführungslöcher 23 eingeführt sind, bildet einen Magnetpol.
Der Schlitz 29 ist in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22 ausgebildet, die in einer V-Form auf der radial äußeren Seite angeordnet sind. Die übrigen Konfigurationen sind ähnlich denjenigen bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 102 gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel können Wirkungen ähnlich denjenigen wie bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 der oben erwähnten ersten Ausführungsform erhalten werden.
Eine rotierende elektrische Maschine 103 gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel weist - wie in 19 dargestellt - den Stator 10 und einen Rotor 20C auf. In einem Rotorkern 21C des Rotors 20C ist eine Spalt-Oberfläche 26A durch Verbinden von zwölf Bogenflächen gebildet, die den gleichen Krümmungsradius in Umfangsrichtung haben. Jede Bogenfläche bildet eine radial äußere Fläche des Kernbereichs auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind. Auf diese Weise ändert sich der radiale Abstand des Spalts G in Abhängigkeit von der Umfangsposition des Zahns 18.
Der Schlitz 29 ist so ausgebildet, dass er sich zum Spalt G in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22 öffnet, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind. Die übrigen Konfigurationen sind ähnlich denjenigen bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 103 gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel können Wirkungen ähnlich denjenigen wie bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 der oben erwähnten ersten Ausführungsform erhalten werden.
Eine rotierende elektrische Maschine 104 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel weist - wie in 20 dargestellt - den Stator 10 und einen Rotor 20D auf. In einem Rotorkern 21D des Rotors 20D sind zwei Schlitze 29 in dem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22 ausgebildet, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind. Die zwei Schlitze 29 sind zur Vorderseite in Rotationsrichtung R geneigt und voneinander in Umfangsrichtung getrennt. Auf diese Weise ist der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden, in drei geteilte Kernbereiche in Umfangsrichtung geteilt.
Das heißt, der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden, ist geteilt in zwei geteilte Kernbereiche 30A, die auf der Vorderseite in Rotationsrichtung R positioniert sind, und einen geteilten Kernbereich 30B, die auf der Rückseite in Rotationsrichtung R positioniert sind. Die Aussparung 25 ist in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B ausgebildet, der voraus in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung R positioniert ist.
Die übrigen Konfigurationen sind ähnlich denjenigen bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 104 gemäß dem vierten Modifikationsbeispiel können Wirkungen ähnlich denjenigen wie bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 der oben erwähnten ersten Ausführungsform erhalten werden.
Eine rotierende elektrische Maschine 110 gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel weist - wie in 21 dargestellt - einen Stator 10A und den Rotor 20 auf. Im Stator 10A ist eine Statorspule 12A aus einer Spule mit verteilter Wicklung gebildet. Die übrigen Konfigurationen sind ähnlich denjenigen bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 110 gemäß dem fünften Modifikationsbeispiel können Wirkungen ähnlich denjenigen wie bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 der oben erwähnten ersten Ausführungsform erhalten werden.
Wie im ersten Modifikationsbeispiel bis fünften Modifikationsbeispiel beschrieben, gilt demzufolge Folgendes: Solange die Aussparung 25 im geteilten Kernbereich 30B auf der entgegengesetzten Seite in Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor 20 wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, können im Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Permanentmagneten 22, der einen Magnetpol bildet, Wirkungen ähnlich denjenigen bei der ersten Ausführungsform erzielt werden, und zwar sogar dann, wenn die Form, die Anzahl und die Anordnung der Schlitze 29, die Anzahl von Permanentmagneten 22 und die Wicklungsform der Statorspule 12 geeignet verändert werden.
Außerdem braucht jede von dem Schlitz 29 und der Aussparung 25 nur eine magnetische Permeabilität aufzuweisen, die niedriger ist als diejenige des Rotorkerns 21. In Anbetracht des oben Beschriebenen kann eine Region mit verringerter magnetischer Permeabilität verwendet werden, bei welcher die magnetischen Eigenschaften durch Residualspannungen verschlechtert sind, anstatt den Schlitz 29 oder die Aussparung 25 zu verwenden.
Zweite Ausführungsform
22 ist eine transversale Schnittansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 23 ist eine transversale Schnittansicht eines Hauptbereichs zum Veranschaulichen eines Bereichs in der Umgebung von einem Magnetpol eines Rotors bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es wird angenommen, dass die rotierende elektrische Maschine 100 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform für den Leistungsbetrieb verwendet werden, aber für die rotierende elektrische Maschine 120 gemäß der zweiten Ausführungsform wird angenommen, dass sie für einen Rückgewinnungsbetrieb bzw. Regenerationsbetrieb verwendet wird. Der Regenerationsbetrieb bezeichnet einen Betrieb zum Umwandeln von kinetischer Energie, die auf einen Rotor 20E wirkt, in elektrische Energie, so dass die elektrische Energie an einem Anschluss der Statorspule 12 entnommen werden kann. Zu dieser Zeit wirkt die rotierende elektrische Maschine 120 als ein Stromgenerator. Der Regenerationsbetrieb ist nicht die Hauptidee der vorliegenden Erfindung, und demzufolge wird dessen detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
In 22 und 23 weist die rotierende elektrische Maschine 120 den Stator 10 und den Rotor 20E auf. Der Rotor 20E ist auf der radial inneren Seite des Stators 10 angeordnet und koaxial mit dem Stator 10 angeordnet, wobei der Spalt zwischen dem Rotor 20E und dem Stator 10 gewährleistet ist. Der Rotor 20E weist einen Rotorkern 21E auf. Obwohl nicht dargestellt, sind der Stator 10 und der Rotor 20E in einem Gehäuse aufgenommen, das aus dem Rahmen 13 und dem Paar Endplatten 15 gebildet ist.
Der Rotorkern 21E ist ähnlich wie der Rotorkern 21 konfiguriert, mit der Ausnahme, dass die Anordnung des Schlitzes 29 und der Aussparung 25 verschieden ist. Genauer gesagt: Der Schlitz 29 verläuft in einer linearen Bandform in einem Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind, so dass sie die Nähe der Spalt-Oberfläche 26 des Rotorkerns 21E erreichen. Der Schlitz 29 ist zur Rückseite geneigt, d. h. der Hinterseite in Rotationsrichtung R.
Der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind, ist vom Schlitz 29 in den geteilten Kernbereich 30A auf der Vorausseite in Rotationsrichtung R und den geteilten Kernbereich 30B auf der Hinterseite in Rotationsrichtung R geteilt.
Zur Zeit des Regenerationsbetriebs wird die Umfangskraft, die auf den Rotor 20E wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, im geteilten Kernbereich 30B erzeugt. Die Aussparung 25 ist in einem Bereich der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30A in den geteilten Kernbereichen 30A und 30B ausgebildet. Der geteilte Kernbereich 30A ist auf der gegenüberliegen Seite in der Richtung der Umfangskraft, die auf den Rotor 20E wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird. Außerdem ist die Aussparung 25 in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30A so ausgebildet, dass 0 < θ/Φ < 0,47 erfüllt ist.
Der Rotor 20E rotiert durch Aufnehmen von kinetischer Energie von außen. Zu der Zeit des Regenerationsbetriebs ist die Richtung der Umfangskraft, die auf den Rotor 20E wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, entgegengesetzt zu der Rotationsrichtung R des Rotors 20E. Das heißt, zu der Zeit des Regenerationsbetriebs wirkt das Drehmoment, das die rotierende elektrische Maschine 120 selbst ausübt, so, dass das Drehmoment von außen aufgehoben wird.
Als Nächstes wird der Zustand der magnetischen Flüsse beschrieben, die Erzeugungsquellen für das Drehmoment sind. Zu der Zeit des Regenerationsbetriebs ist es wahrscheinlich, dass der magnetische Fluss 31 des Magneten, der vom Permanentmagneten 22 erzeugt wird, der sich auf der Hinterseite in Rotationsrichtung R befindet, vom Rotorkern 21E zum Spalt G fließt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Richtung, in welcher der magnetische Fluss 31 des Magneten fließt, durch den Schlitz 29 eingeschränkt, der die Region mit niedriger magnetischer Permeabilität darstellt, und der magnetische Fluss 31 des Magneten wird veranlasst, zu der Hinterseite in Rotationsrichtung R abzuweichen.
Auf diese Weise befindet sich der magnetische Fluss 31 des Magneten im geteilten Kernbereich 30B auf der Hinterseite in Rotationsrichtung R, wie mit den Pfeilen in 23 angezeigt. Im Ergebnis kann der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Magnet-Moment einen negativen Scheitelwert hat, kleiner vorgegeben werden als der Strom-Phasenwinkel β in dem Fall, in welchem kein Schlitz 29 ausgebildet ist. Im Ergebnis kann der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment einen negativen Scheitelwert hat, größer vorgegeben werden als der Strom-Phasenwinkel, der in dem Fall erhalten wird, in welchem kein Schlitz 29 ausgebildet ist.
Außerdem wird der Pfad des magnetischen Flusses 32 der Reluktanz, für den es wahrscheinlich ist, dass er vom Statorkern 11 zum Rotorkern 21E über den Spalt fließt, vom Schlitz 29 eingeschränkt, der die Region mit niedriger magnetischer Permeabilität darstellt. Auf diese Weise geht der magnetischer Fluss 32 der Reluktanz durch den geteilten Kernbereich 30A auf der Vorausseite in Rotationsrichtung R, ohne dass er durch den geteilten Kernbereich 30B auf der Hinterseite in Rotationsrichtung R geht, wie durch den Pfeil in 23 angezeigt. Auf diese Weise kann der Strom-Phasenwinkel β, bei welchem das Reluktanzmoment den negativen Scheitelwert aufweist, größer vorgegeben werden als der Strom-Phasenwinkel β, der in dem Fall erhalten wird, in welchem kein Schlitz 29 ausgebildet ist.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Schlitz 29 so ausgebildet, dass der Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Magnet-Moment den negativen Scheitelwert hat, und der Strom-Phasenwinkel, bei welchem das Reluktanzmoment den negativen Scheitelwert hat, einander angenähert werden können. Daher kann das kombinierte Moment aus dem Magnet-Moment und dem Reluktanzmoment der rotierenden elektrischen Maschine 120 zur Zeit des Regenerationsbetriebs verbessert werden.
Außerdem ist die Aussparung 25 in einem Bereich der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30A auf der entgegengesetzten Seite in Richtung der Umfangskraft gebildet, die auf den Rotor 20E wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird. Außerdem ist die Aussparung 25 in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30A so ausgebildet, dass 0 < θ/Φ < 0,47 erfüllt ist. Daher kann zur Zeit des Regenerationsbetriebs das Moment-Rippel in Rotationsrichtung R verringert werden. Das heißt, zur Zeit des Regenerationsbetriebs kann das Moment-Rippel in der entgegengesetzten Richtung zur Richtung der Umfangskraft, die auf den Rotor 20E wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, verringert werden.
Auch bei der zweiten Ausführungsform gilt ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform Folgendes: Solange die Aussparung 25 im Kernbereich auf der entgegengesetzten Seite in Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor 20E wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, kann im Kernbereich, der erhalten wird, indem mittels des Schlitzes 29 der Kernbereich auf der radial äußeren Seite der Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden, geteilt wird, die Form, die Anzahl und die Anordnung der Schlitze 29 sowie die Anzahl von Permanentmagneten 22 geeignet verändert werden.
Dritte Ausführungsform
24 ist eine transversale Schnittansicht zum Veranschaulichen einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 24 weist eine rotierende elektrische Maschine 130 einen Stator 10B und einen Rotor 20F auf. Der Rotor 20F ist auf der radial äußeren Seite des Stators 10B angeordnet und koaxial mit dem Stator 10B angeordnet, wobei ein Spalt G zwischen dem Stator 10B und dem Rotor 20F gewährleistet ist.
Der Stator 10B weist einen ringförmigen Statorkern 11A und die Statorspule 12 auf, die am Statorkern 11A montiert ist. Der Statorkern 11A weist eine ringförmige Kern-Rückseite 19A und eine Mehrzahl von Zähnen 18A auf, die von einer äußeren Umfangsfläche der Kern-Rückseite 19A nach außen in Radialrichtung vorstehen. Achtzehn Zähne 18A sind mit gleichwinkligen Abständen in Umfangsrichtung aufgereiht bzw. arrayförmig angeordnet, und eine Region zwischen benachbarten Zähnen 18A dient als eine Nut 17A. Die Statorspule 12 ist aus Spulen mit konzentrierter Wicklung gebildet, die jeweils durch Wickeln eines Leiterdrahts um den entsprechenden der Zähne 18A gebildet wird.
Der Rotor 20F weist einen Rotorkern 21F auf, sowie vierundzwanzig Permanentmagneten 22, die auf der radial inneren Seite des Rotorkerns 21F eingebettet sind. Zwölf Paare von Magnet-Einführungslöchern 23, die durch den Rotorkern 21F in Axialrichtung gehen, sind mit gleichwinkligen Abständen auf der radial inneren Seite des Rotorkerns 21F ausgebildet.
Jedes Paar von Magnet-Einführungslöchern 23 ist in einer V-Form gebildet, so dass das Intervall in Umfangsrichtung allmählich in Richtung der radial inneren Seite zunimmt. Die Magnet-Einführungslöcher 23 sind jeweils in einer Lochform ausgebildet, die einen rechteckigen Querschnitt hat. Endbereiche auf der radial äußeren Seite der Magnet-Einführungslöcher 23 die ein Paar bilden, sind voneinander entfernt in der Umfangsrichtung ausgebildet.
Die Permanentmagneten 22 sind jeweils als ein prismatischer Körper ausgebildet, der einen rechteckigen Querschnitt hat, äquivalent zu demjenigen des Magnet-Einführungslochs 23. Die Permanentmagneten 22 sind jeweils so magnetisiert, dass sie eine Magnetisierung senkrecht zu der Fläche haben, die definiert ist durch eine Langseite des rechteckigen Querschnitts. Auf diese Weise hat eine erste Fläche des Permanentmagneten 22, die durch die Langseite des rechteckigen Querschnitts definiert ist, einen N-Pol, und eine zweite Fläche davon auf der der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite hat einen S-Pol.
Die Permanentmagneten 22 sind in jedes Paar von Magnet-Einführungslöchern 23 eingeführt und werden von diesen gehalten, so dass Flächen, die die gleiche Polarität haben, in Richtung der radial äußeren Seite weisen, und sind in benachbarte Paare von Magnet-Einführungslöchern 23 eingeführt und werden von diesen gehalten, so dass Flächen, die unterschiedliche Polaritäten haben, in Richtung der radial inneren Seite weisen.
Das heißt, jedes Paar von Permanentmagneten 22, die in einer V-Form angeordnet sind, bei welchem das Intervall in Umfangsrichtung allmählich in Richtung der Seite des Spalts G erhöht wird, bildet einen Magnetpol. Dann sind zwölf Paare von Permanentmagneten 22, die jeweils einen Magnetpol bilden, auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 21 eingebettet, so dass sie in gleichwinkligen Abständen in Umfangsrichtung aufgereiht bzw. arrayförmig angeordnet sind. Auf diese Weise hat der Rotor 20F zwölf Magnetpole.
Die Flussbarriere 24 ist dadurch ausgebildet, dass eine Fläche auf der radial inneren Seite jedes Magnet-Einführungslochs 23, die durch eine Kurzseite dessen rechteckigen Querschnitts definiert ist, in Längenrichtung der Langseite des rechteckigen Querschnitts des Magnet-Einführungslochs 23 vorsteht. Die Flussbarriere 24 ist dadurch ausgebildet, dass eine Fläche auf der radial äußeren Seite jedes Magnet-Einführungslochs 23, die durch eine Kurzseite dessen rechteckigen Querschnitts definiert ist, in Längenrichtung der Langseite des rechteckigen Querschnitts des Magnet-Einführungslochs 23 vorsteht. Jede der Flussbarrieren 24 ist so ausgebildet, dass sie durch den Rotorkern 21F in Axialrichtung geht.
Der Schlitz 29 ist im Kernbereich des Rotorkerns 21F ausgebildet, der auf der radial inneren Seite positioniert ist, d. h. auf Seiten des Spalts G des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind. Der Schlitz 29 verläuft in einer linearen Bandform derart, dass er die Nähe der Spalt-Oberfläche 26 erreicht, die einer inneren Umfangsfläche des Rotorkerns 21F entspricht. Der Schlitz 29 ist vorwärts in Rotationsrichtung R geneigt.
Der Kernbereich auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind, ist vom Schlitz 29 in zwei Bereiche geteilt, nämlich den geteilten Kernbereich 30A auf der Vorausseite in Rotationsrichtung R und den geteilten Kernbereich 30B auf der Hinterseite in Rotationsrichtung R. Zur Zeit des Leistungsbetriebs wird die Umfangskraft, die auf den Rotor 20F wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, im geteilten Kernbereich 30A erzeugt. Zur Zeit des Leistungsbetriebs wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt ist, die Umfangskraft auf den Rotor 20F in der gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung R des Rotors 20.
Die Aussparung 25 ist im geteilten Kernbereich 30B auf der Rückseite in Rotationsrichtung R bezogen auf den Schlitz 29 ausgebildet, und zwar in den geteilten Kernbereichen 30A und 30B auf der radial äußeren Seite des Paars von Permanentmagneten 22, die einen Magnetpol bilden und in einer V-Form angeordnet sind. Außerdem ist die Aussparung 25 in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B so ausgebildet, dass 0 < θ/Φ < 0,47 erfüllt ist.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 130, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, beträgt die Anzahl von Nuten 17 des Stators 10B achtzehn, und die Anzahl von Polen des Rotors 20F ist zwölf. Das heißt: Die rotierende elektrische Maschine 130 ist eine rotierende elektrische Maschine vom außenliegenden Rotortyp, die ein System verwendet, bei welchem das Verhältnis der Anzahl von Polen zur Anzahl von Nuten 2:3 beträgt. Es wird angenommen, dass die rotierende elektrische Maschine 130 für einen Leistungsbetrieb verwendet wird.
Bei der dritten Ausführungsform ist der Schlitz 29 im Kernbereich auf der radial inneren Seite des Paars von Permanentmagneten 22 gebildet, die in einer V-Form angeordnet sind, so dass er zur Vorausseite in Rotationsrichtung R geneigt ist. Daher kann das kombinierte Moment aus dem Magnet-Moment und dem Reluktanzmoment der rotierenden elektrischen Maschine 130 zur Zeit des Leistungsbetriebs verbessert werden.
Außerdem ist die Aussparung 25 in einem Bereich der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B auf der entgegengesetzten Seite in Richtung der Umfangskraft gebildet, die auf den Rotor 20F wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird. Außerdem ist die Aussparung 25 in der Spalt-Oberfläche 26 des geteilten Kernbereichs 30B so ausgebildet, dass 0 < θ/Φ < 0,47 erfüllt ist. Daher kann zur Zeit des Leistungsbetriebs das Leistungsbetrieb-Drehmomentrippel in der Richtung, die der Richtung der Umfangskraft entgegengesetzt ist, die auf den Rotor 20F wirkt, wenn die Statorspule 12 mit Energie beaufschlagt wird, verringert werden.
Die dritte Ausführungsform wird bei einer rotierenden elektrischen Maschine verwendet, die für den Leistungsbetrieb verwendet werden soll, wobei der Schlitz zur Vorausseite in Rotationsrichtung geneigt ist, aber die dritte Ausführungsform kann auch bei einer rotierenden elektrischen Maschine verwendet werden, die für den Regenerationsbetrieb verwendet werden soll, wobei der Schlitz zur Hinterseite in Rotationsrichtung geneigt ist.
Bei den oben erwähnten Ausführungsformen ist jeder von dem Statorkern und dem Rotorkern aus geschichteten Kernen gebildet, die erhalten werden, indem elektromagnetische Stahlbleche geschichtet werden, aber jeder von dem Statorkern und dem Rotorkern kann auch aus einem Block-Kern gebildet sein, der aus einem magnetischen Block-Körper gebildet ist.
Außerdem ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Beschreibung für eine rotierende elektrische Maschine erfolgt, die ein System aus zwölf Polen und achtzehn Nuten verwendet, d. h. ein System mit einem Verhältnis von 2:3. Das Verhältnis der Anzahl von Polen zur Anzahl von Nuten bei der rotierenden elektrischen Maschine ist jedoch nicht auf 2:3 beschränkt, und es kann beispielsweise 8:9 oder 10:12 sein. Das System von 8:9 oder 10: 12 hat die Wirkung, dass der Wicklungsfaktor erhöht wird, und zwar verglichen mit dem System von 2:3, und es kann das Drehmoment verbessern und eine Moment-Pulsation unterbinden.
Bezugszeichenliste

10, 10A, 10B: Stator,
11, 11A: Statorkern,
12, 12A: Statorspule,
18, 18A: Zähne,
19, 19A: Kern-Rückseite,
20, 20A, 20B, 20C: Rotor
20D, 20E, 20F: Rotor,
21, 21A, 21B, 21C: Rotorkern
21D, 21E, 21F: Rotorkern,
22: Permanentmagnet,
23: Magnet-Einführungsloch,
24: Flussbarriere,
25: Aussparung,
25a: imaginäre Aussparung,
26,26A: Spalt-Oberfläche,
29: Schlitz,
30A, 30B: geteilter Kernbereich,
200: imaginäre Spalt-Fläche des Statorkerns,
G: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11206046 A [0007]

Claims

Rotierende elektrische Maschine, die Folgendes aufweist: einen Stator, der Folgendes aufweist: einen Statorkern, in welchem eine Mehrzahl von Zähnen, die radial von einer ringförmigen Kern-Rückseite vorstehen, in Umfangsrichtung aufgereiht sind; und eine Statorspule; und einen Rotor, der Folgendes aufweist: einen Rotorkern, der koaxial mit dem Statorkern angeordnet ist, wobei ein Spalt zwischen dem Statorkern und dem Rotorkern gewährleistet ist; und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die in den Rotorkern eingebettet sind und die in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Rotorkern Folgendes aufweist: eine Spalt-Oberfläche, die dem Spalt zugewandt ist; eine Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern, in welche die Mehrzahl von Permanentmagneten eingeführt sind; einen Schlitz, der in einem Kernbereich zwischen der Spalt-Oberfläche und - unter der Mehrzahl von Magnet-Einführungslöchern - einem Magnet-Einführungsloch ausgebildet ist, in welches ein Permanentmagnet, der einen Magnetpol bildet, eingeführt ist, und der den Kernbereich in eine Mehrzahl von geteilten Kernbereichen in Umfangsrichtung teilt; und eine Aussparung, die gebildet wird, indem die Spalt-Oberfläche - unter der Mehrzahl von geteilten Kernbereichen - eines geteilten Kernbereichs eingedellt wird, der voran in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor wirkt, wenn die Statorspule mit Energie beaufschlagt wird, wobei in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung des Rotorkerns der kürzeste Abstand zwischen einer imaginären Spalt-Fläche des Statorkerns, die ein perfekter Kreis mit dem axialen Zentrum des Rotorkerns als Mittelpunkt ist und in Kontakt ist mit distalen Endflächen der Mehrzahl von Zähnen, die dem Spalt zugewandt sind, und einem unteren Punkt der Aussparung länger ist als der kürzeste Abstand zwischen der imaginären Spalt-Fläche des Statorkerns und jedem der zwei Schnittpunkte zwischen der Aussparung und der Spalt-Oberfläche.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die kürzeste Position der Aussparung bezogen auf das Magnet-Einführungsloch, in welches der Permanentmagnet, der einen Magnetpol bildet, eingeführt ist, ein Schnittpunkt zwischen der Aussparung und der Spalt-Oberfläche ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn ein Punkt, der der Spalt-Oberfläche eines Magnet-Einführungslochs am nächsten ist, das voran in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Umfangskraft positioniert ist, die auf den Rotor wirkt, wenn die Statorspule mit Energie beaufschlagt wird, in dem Magnet-Einführungsloch, in welches der Permanentmagnet eingeführt ist, der einen Magnetpol bildet, durch einen Punkt A dargestellt wird, ein Schnittpunkt, der näher am Punkt A der zwei Schnittpunkte zwischen der Aussparung und der Spalt-Oberfläche ist, durch einen Punkt N dargestellt wird, ein Schnittpunkt, der näher am Punkt A der zwei Schnittpunkte zwischen der Spalt-Oberfläche und einer imaginären Aussparung ist, die erhalten wird, indem imaginär die Aussparung in der Umfangsrichtung verschoben wird, bis die Aussparung in Kontakt mit dem Schlitz ist, durch einen Punkt B dargestellt wird, das Rotationszentrum des Rotorkerns durch einen Punkt O dargestellt wird, der Winkel zwischen einer geraden Linie OA, die eine Verbindung zwischen dem Punkt A und dem Punkt O bildet, und einer geraden Linie, die eine Verbindung zwischen dem Punkt N und dem Punkt O bildet, durch θ dargestellt wird, und der Winkel zwischen der geraden Linie OA, die die Verbindung zwischen dem Punkt A und dem Punkt θ bildet, und einer geraden Linie, die eine Verbindung zwischen dem Punkt B und dem Punkt O bildet, durch Φ dargestellt wird, θ/Φ Folgendes erfüllt: 0 < θ/Φ < 0,47.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aussparung mit Luft gefüllt ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schlitz mit Luft gefüllt ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schlitz in der Richtung der Umfangskraft geneigt ist, die auf den Rotor wirkt, wenn die Statorspule mit Energie beaufschlagt wird.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der eine Magnetpol von zwei Permanentmagneten gebildet wird.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die zwei Permanentmagneten in einer V-Form angeordnet sind, wobei ein Umfangsintervall allmählich in Richtung der Spalt-Oberfläche zunimmt.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Statorspule aus einer Spule mit konzentrierter Wicklung gebildet ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, w obei das Verhältnis der Anzahl von Polen des Rotors zur Anzahl von Nuten des Stators 2:3 beträgt.