-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronmotor, bei dem zwischen Zähnen eines Stators Harz eingefüllt wurde.
-
Hintergrundtechnologie
-
Es gibt Synchronmotoren, bei denen ein Elektromotor einen Stator, dessen Zähne mit einer Wicklung umwickelt sind, und einen Rotor mit einem Permanentmagneten umfasst. Bei einem Synchronmotor entsteht dadurch, dass der Stator durch wechselseitige Interferenzen zwischen einem Magnetfluss des Stators und einem Magnetfluss des Rotors entstehende elektromagnetische Kräfte in Schwingungen versetzt wird, ein Rauschen.
-
Im Patentdokument 1 ist ein Elektromotor offenbart, bei dem ein Unterdrücken eines Rauschens dadurch angestrebt wird, dass durch die Vorsehung einer Halterung eines nicht-magnetischen Körpers, durch welche die vorderen Enden der Zähne miteinander verbunden werden, ein Schwingen des Stators unterdrückt wird.
-
Dokumente des Standes der Technik
-
Patentdokumente
-
Patentdokument 1: JP Patentveröffentlichung Nr. 2002-112473 A
-
Übersicht über die Erfindung
-
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
-
Die Lautstärke des Rauschens wird stark von der Resonanz des Aufbaus beeinflusst. Bei einem Rauschen, das durch elektromagnetische Kräfte verursacht wird, ist häufig die Resonanz des Stators problematisch. Zur Resonanz des Stators wird ein spezifischer Modus, der einen ringförmigen Stator in eine elliptische Form oder eine polygone Form verformt, angeführt.
-
Ferner handelt es sich bei den elektromagnetischen Kräften, die an dem Synchronmotor entstehen, um Raumharmonische, die eine Raumverteilung in Umfangsrichtung des Innendurchmessers des ringförmig gebildeten Stators haben. Die Ordnung der Harmonischen wird durch die Polzahl des Rotors und durch die Anzahl der Slots, bei denen es sich um Lücken zwischen den Zähnen handelt, bestimmt. Sind die an dem Synchronmotor entstehenden elektromagnetischen Kräfte Harmonische zweiter Ordnung, entstehen Kräfte, die den Stator in eine elliptische Form verformen. Sind die an dem Synchronmotor entstehenden elektromagnetischen Kräfte Harmonische vierter Ordnung, entstehen Kräfte, die den Stator in ein Tetragon verformen. Die Form, in die die elektromagnetischen Kräfte den Rotor verformen, wird als räumlicher Modus dieser elektromagnetischen Kräfte bezeichnet. Das heißt, sind die elektromagnetischen Kräfte Harmonische zweiter Ordnung, hat der räumliche Modus der elektromagnetischen Kräfte eine elliptische Form. Sind die elektromagnetischen Kräfte Harmonische vierter Ordnung, ist der räumliche Modus der elektromagnetischen Kräfte ein Tetragon.
-
Der spezifische Modus aufgrund der Resonanz des Stators und der räumliche Modus der elektromagnetischen Kräfte haben aufgrund der Ordnung der jeweiligen Modi unterschiedliche Frequenzen. Stimmen der spezifische Modus und der räumliche Modus der elektromagnetischen Kräfte überein, und stimmen außerdem die Frequenzen überein, kommt es zu einem Mitschwingen und es entstehen erhebliche Schwingungen und Rauschen. Aus diesem Grund entstehendes Rauschen wird zu hochfrequentem Rauschen, das auf Mehrfachanteile der elektrischen Antriebsleistung eines Elektromotors und PWM-Hochfrequenzanteile zurückzuführen ist. Hochfrequentes Rauschen wird als ein für das Ohr ausgesprochen unangenehmer Ton wahrgenommen.
-
Allein dadurch, dass wie bei dem im Patentdokument 1 offenbarten Elektromotor die vorderen Enden der Zähne miteinander verbunden werden, kann die Entstehung von Schwingungen und Rauschen nicht ausreichend unterdrückt werden, wenn der spezifische Modus und der räumliche Modus der elektromagnetischen Kräfte übereinstimmen, und außerdem die Frequenz übereinstimmt. Ferner kann auch die Entstehung von Rauschen nicht ausreichend unterdrückt werden, wenn die Frequenz der elektromagnetischen Anregungskräfte und die Resonanzfrequenz im spezifischen Modus des Stators übereinstimmen.
-
Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung des Vorstehenden, und setzt sich das Ziel, einen Synchronmotor zu erzielen, bei dem die Entstehung eines Rauschens, das auf eine Übereinstimmung zwischen einem spezifischen Modus und einem räumlichen Modus elektromagnetischer Kräfte, und auf eine Übereinstimmung zwischen der Resonanzfrequenz des Stators und der Frequenz elektromagnetischer Anregungskräfte zurückzuführen sind, unterdrückt werden kann.
-
Mittel zum Lösen der Aufgabe
-
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen und das vorstehende Ziel zu erreichen umfasst die vorliegende Erfindung einen Stator mit einem zylinderförmigen Kernrücken, einer Vielzahl von Zähnen, die so gebildet sind, dass die Zähne radial von dem Kernrücken vorstehen und in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, die Zähne bedeckenden Slot-Zellen, Wicklungsabschnitte, die durch Umwickeln der Zähne mit einem Wicklungsdraht mit den zwischen dem Wicklungsdraht und den Zähnen angeordneten Slot-Zellen gebildet sind, und einen Formabschnitt, der durch Füllen einer Lücke zwischen angrenzenden Zähnen mit Harz gebildet wird. Die Zähne enthalten radial von dem Kernrücken ausgehende Verlängerungsabschnitte und von vorderen Enden der Verlängerungsabschnitte in Umfangsrichtung ausgehende Vergrößerungsabschnitte, die Slot-Zellen enthalten erste Zellenabschnitte, die eine Innenumfangsfläche des Kernrückens und eine Außenumfangsfläche der Verlängerungsabschnitte bedecken, und zweite Zellenabschnitte, die eine Außenumfangsfläche der Vergrößerungsabschnitten bedecken. Die Enden der zweiten Zellenabschnitte stimmen in einer Umfangsrichtung entweder mit den Enden der Vergrößerungsabschnitte in Umfangsrichtung überein, oder bedekcen zumindest teilweise gegenüberliegende Flächen der Vergrößerungsabschnitte der angrenzenden Zähne , und der Formabschnitt bildet eine Lücke zwischen den Vergrößerungsabschnitten zumindest eines angrenzenden Zahns.
-
Wirkungen der Erfindung
-
Durch die vorliegende Erfindung wird bewirkt, dass ein Synchronmotor erzielt werden kann, bei dem die Entstehung eines Rauschens, das auf eine Übereinstimmung zwischen einem spezifischen Modus und einem räumlichen Modus elektromagnetischer Kräfte, und auf eine Übereinstimmung zwischen der Resonanzfrequenz des Stators und der Frequenz elektromagnetischer Anregungskräfte zurückzuführen ist, unterdrückt werden kann.
-
Figurenliste
-
- [1] Querschnitt, der einen Synchronmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt
- [2] Perspektivische Ansicht eines Stators gemäß der ersten Ausführungsform
- [3] Ansicht, bei der es sich um eine perspektivische Ansicht des Stators gemäß der ersten Ausführungsform handelt, die den Zustand unter Auslassung der Formabschnitte zeigt
- [4] Vergrößerte Teilansicht eines Teils der Zahnabschnitte in der ersten Ausführungsform
- [5] Vergrößerter Teilquerschnitt, bei dem ein Teil der Zahnabschnitte in der ersten Ausführungsform vergrößert ist
- [6] Querschnitt des Stators in der ersten Ausführungsform, wobei es sich um eine Ansicht zur Erläuterung der Position der zweiten Formabschnitte handelt
- [7] Ansicht, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Frequenz elektromagnetischer Anregungskräfte und der Resonanzfrequenz des Stators bei dem Synchronmotor der ersten Ausführungsform zeigt
- [8] Ansicht, die bei einer Resonanzfrequenz f0 und einem Modus-Dämpfungsverhältnis ζ die Frequenz Δf zeigt, bei der ein Ansprechungsvergrößerungsfaktor auf beiden Seiten eines Resonanzpeaks zur Spitze von -3 dB wird
- [9] Ansicht, die eine Gießform zeigt, die zur Herstellung des Stators bei der ersten Ausführungsform verwendet wird
- [10] Vergrößerter Teilquerschnitt, bei dem ein Teil der Zahnabschnitte des Stators, den der Synchronmotor gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst, vergrößert ist
- [11] Ansicht, die ein abgewandeltes Beispiel einer Slot-Zelle zeigt
-
Formen zur Ausführung der Erfindung
-
Im Folgenden wird der Synchronmotor gemäß den Formen zur Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch diese Ausführungsformen nicht eingeschränkt.
-
Erste Ausführungsform
-
1 ist ein Querschnitt, der einen Synchronmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Ansicht, bei der es sich um eine perspektivische Ansicht des Stators gemäß der ersten Ausführungsform handelt, die den Zustand unter Auslassung der Formabschnitte zeigt. Ein Synchronmotor 20 umfasst einen Rotor 11 und einen Stator 12.
-
Der Rotor 11 umfasst einen Rotor-Eisenkern 5 und einen Permanentmagneten 6. Der Rotor-Eisenkern 5 wird durch Laminieren einer Vielzahl von kreisförmig oder ringförmig ausgestanzten elektromagnetischen Stahlblechen gebildet. Die elektromagnetischen Stahlbleche sind magnetische Körper. Die Form des Rotor-Eisenkerns 5 ist säulenförmig oder zylinderförmig. Der Permanentmagnet 6 ist auf die Außenumfangsfläche des Rotor-Eisenkerns 5 aufgeklebt. In der vorliegenden ersten Ausführungsform sind zehn Lagen von Permanentmagneten 6 auf die Außenoberfläche des Rotor-Eisenkerns 5 aufgeklebt. Die zehn Lagen von Permanentmagneten 6 liegen in Umfangsrichtung in gleichen Abständen nebeneinander, wobei der Rotor 11 die Polzahl zehn hat. Der Permanentmagnet 6 kann auch ins Innere des Rotor-Eisenkerns 5 eingebettet werden. Der Permanentmagnet 6 kann auch ohne Verwendung eines Rotor-Eisenkerns 5 auf eine Rotationswelle aufgeklebt werden.
-
Der Stator 12 umfasst einen Stator-Eisenkern 13. Der Stator-Eisenkern 13 wird durch Laminieren einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen gebildet. Der Stator-Eisenkern 13 weist einen zylinderförmigen Kernrücken 1 und eine Vielzahl von Zähnen 2 auf, die von der Innenumfangsfläche des Kernrückens 1 in radialer Richtung vorstehen. Bei der radialen Richtung und der Umfangsrichtung in der vorliegenden Beschreibung handelt es sich um die radiale Richtung und die Umfangsrichtung bei dem zylinderförmigen Kernrücken 1. Ferner bedeutet in der vorliegenden Beschreibung die axiale Richtung die Richtung entlang der zentralen Achse des zylinderförmigen Kernrückens 1. Die Vielzahl der Zähne 2 sind in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen nebeneinander vorgesehen. In der vorliegenden ersten Ausführungsform sind zwölf Stück Zähne 2 vorgesehen. Ein Winkel θ1 zwischen angrenzenden Zähnen 2 mit der Mittenachse C des Kernrückens 1 im Zentrum beträgt 30 Grad. Der Stator-Eisenkern 13 umgibt die Umgebung des Rotors 11. Zwischen dem Stator-Eisenkern 13 und dem Rotor 11 ist ein Zwischenraum vorgesehen. Die Zähne 2 haben ausgehend von dem Kernrücken 1 in radialer Richtung verlaufende Verlängerungsabschnitte 22, und vom vorderen Ende der Verlängerungsabschnitte 22 sich in Umfangsrichtung vergrößernde Vergrößerungsabschnitte 21.
-
4 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Teils der Zahnabschnitte in der ersten Ausführungsform. 5 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt, bei dem ein Teil der Zahnabschnitte in der ersten Ausführungsform vergrößert ist. Der Stator 12 umfasst die Umgebung der Zähne 2 bedeckende Slot-Zellen 3. Die Slot-Zellen 3 sind z. B. Harzformprodukte. Die Slot-Zellen 3 haben erste Zellenabschnitte 31, die eine der radialen Innenseite des Kernrückens 1 zugewandte Fläche und eine Außenumfangsfläche der Verlängerungsabschnitte 22 bedecken, und zweite Zellenabschnitte 23, die von den Vergrößerungsabschnitten 21 eine der radialen Außenseite zugewandte Fläche bedecken. Die Enden der zweiten Zellenabschnitte 32 in Umfangsrichtung stimmen mit den Enden der Vergrößerungsabschnitte 21 in Umfangsrichtung überein. Der Stator 12 umfasst Wicklungsabschnitte 4. Die Wicklungsabschnitte 4 werden durch Umwickeln der Zähne 2 mit einem Wicklungsdraht von oberhalb der Harzformprodukte gebildet. Der Wicklungsdraht wird konzentriert auf die Zähne 2 gewickelt. Der Wicklungsdraht weist an beiden Enden der den Stator-Eisenkern 13 bildenden elektromagnetischen Stahlbleche in der Laminierungsrichtung Endabschnitte auf. Durch die Slot-Zellen 3 wird eine Isolierung zwischen den Wicklungsabschnitten 4 und dem Stator-Eisenkern 13 angestrebt.
-
Der Stator 12 umfasst Formabschnitte 7. Die Formabschnitte 7 werden durch eingefülltes Harz in die Slots 14 gebildet, bei denen es sich um Lücken zwischen den Zähnen 2 handelt. Durch die Formabschnitte 7 wird eine Verbesserung der Steifigkeit und der Wärmeabstrahlung des Stators 12 angestrebt. Durch die Formabschnitte 7 wird eine Verbesserung der Isolierung zwischen den Wicklungsabschnitten 4 und dem Stator-Eisenkern 13 angestrebt. Wie in 2 gezeigt, weisen die Formabschnitte 7 zusätzlich zu dem ins Innere der Slots 14 eingefüllten Abschnitt auch einen die an beiden Enden der den Stator-Eisenkern 13 bildenden elektromagnetischen Stahlbleche in der Laminierungsrichtung vorgesehenen Endabschnitte des Wicklungsdrahtes bedeckenden Abschnitt auf.
-
Wie in 5 gezeigt, weisen die Formabschnitte 7 erste Formabschnitte 7a, die in die Slots 14 eingefüllt sind, und zweite Formabschnitte 7b, die in die Slots 14 eingefüllt sind, auf.
-
Die ersten Formabschnitte 7a sind mit einer Fläche verbunden, der die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 gegenüberliegen. Die Fläche, der die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 gegenüberliegen, ist nicht von den Slot-Zellen 3 bedeckt, sodass durch die ersten Formabschnitte 7a angrenzende Zähne 2 miteinander verbunden werden. Bei den Slots 14, in die die ersten Formabschnitte 7a eingefüllt sind, werden die auf deren beiden Seiten angeordneten Slot-Zellen 3, die Wicklungsabschnitte 4 und die Zähne 2 mittels der ersten Formabschnitte 7a miteinander verbunden. Dadurch, dass die Slot-Zellen 3, die Wicklungsabschnitte 4 und die Zähne 2 mittels der ersten Formabschnitte 7a miteinander verbunden werden, wird eine Verbesserung der Steifigkeit des Stators 12 angestrebt.
-
Die zweiten Formabschnitte 7b sind mit der Fläche, der die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 gegenüberliegen, nicht verbunden. Das heißt, die zweiten Formabschnitte 7b liegen an der Fläche, der die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 gegenüberliegen, frei. Bei den Slots 14, in die die zweiten Formabschnitte 7b eingefüllt sind, werden die auf deren beiden Seiten angeordneten Slot-Zellen 3 und die Wicklungsabschnitte 4 mittels der zweiten Formabschnitte 7b miteinander verbunden. Dadurch, dass die Slot-Zellen 3 und die Wicklungsabschnitte 4 mittels der zweiten Formabschnitte 7b miteinander verbunden werden, wird eine Verbesserung der Steifigkeit des Stators 12 angestrebt.
-
Da die zweiten Formabschnitte 7b jedoch mit der Fläche, der die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 gegenüberliegen, nicht verbunden sind, sind bei den Slots 14, in die die zweiten Formabschnitte 7b eingefüllt sind, die Zähne 2 nicht mittels der zweiten Formabschnitte 7b verbunden. Folglich ist die Steifigkeit bei den Abschnitten, in die die zweiten Formabschnitte 7b eingefüllt sind, geringer als bei den Abschnitten, in die die ersten Formabschnitte 7a eingefüllt sind. Bei den Slots 14, in die die zweiten Formabschnitte 7b eingefüllt sind, handelt es sich bei dem gesamten Bereich zwischen den Vergrößerungsabschnitten 21 angrenzender Zähne 2 um Lücken.
-
Der Synchronmotor 20 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein 10-Pol/12-Slots-Elektromotor, wobei es sich um einen Aufbau mit zwölf Slots bei einer Polzahl von zehn des Rotors 11 handelt. 6 ist ein Querschnitt des Stators in der ersten Ausführungsform, wobei es sich um eine Ansicht zur Erläuterung der Position der zweiten Formabschnitte handelt. In 6 wurde die Schraffierung weggelassen. Die zweiten Formabschnitte 7b werden bei einer Vielzahl von Slots 14 vorgesehen. Wie in 6 gezeigt, sind an drei Stellen zweite Formabschnitte 7b vorgesehen, wobei ein Winkel θ2, den die zweiten Formabschnitte 7b mit der Mittenachse C des Kernrückens 1 im Zentrum zueinander bilden, 120 Grad beträgt. Mit den Zwischenräumen zwischen den Vergrößerungsabschnitten 21 der Zähne 2, die auf beiden Seiten der zweiten Formabschnitte 7b vorgesehen sind, als Spitzen, ergibt sich, wie in 6 gezeigt, eine Dreieckform. Durch einen konstanten Winkel θ2 kann mit den Zwischenräumen zwischen den Vergrößerungsabschnitten 21 der Zähne 2, die auf beiden Seiten der zweiten Formabschnitte 7b vorgesehen sind, als Spitzen, die Form eines gleichseitigen Polygons vorgesehen werden.
-
Bei dem 10-Pol/12-Slots-Elektromotor sind als räumlicher Modus der elektromagnetischen Kräfte bei dem Stator 12 ein Ring-/Ellipsen-Modus und ein Ring-/Viereck-Modus dominant.
-
Bei dem Synchronmotor 20 werden die zweiten Formabschnitte 7b mit einer geringeren Steifigkeit als die ersten Formabschnitte 7a im Winkel θ2 von 120 Grad vorgesehen. Das heißt, die zweiten Formabschnitte 7b werden leichter verformbar als die ersten Formabschnitte 7a, sodass sich der ringförmige Stator 12 bei einer Verformung an den drei Stellen der zweiten Formabschnitte 7b einer Dreiecksform annähernd verformt. Das heißt, bei dem Stator 12 in der vorliegenden ersten Ausführungsform ist im spezifischen Modus ein Ring-/Dreieck-Modus dominant.
-
Folglich wird eine Übereinstimmung zwischen dem räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte, bei dem ein Ring-/Ellipsen-Modus und ein Ring-/Viereck-Modus dominant ist, und dem spezifischen Modus, bei dem ein Ring-/Dreieck-Modus dominant ist, erschwert. Hierdurch kann die Entstehung von erheblichen Schwingungen und Rauschen, die durch eine Übereinstimmung des räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte und des spezifischen Modus verursacht werden, unterdrückt werden.
-
Ist die Zahl der Slots 14 ein Vielfaches von 3 größer oder gleich 6 und die Polzahl des Rotors 11 kein Vielfaches von 3, kann durch eine Vorsehung der zweiten Formabschnitte 7b, bei der θ2 zu 120 Grad wird, die Wirkung erzielt werden, dass eine Übereinstimmung des räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte mit dem spezifischen Modus verhindert und dadurch die Entstehung eines Rauschens unterdrückt wird. Selbst wenn die vorstehenden Bedingungen nicht zutreffen, kann ferner durch die Festlegung einer derartigen Anordnung der zweiten Formabschnitte 7b, dass sich ein von der Form des räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte abweichender spezifischer Modus ergibt, die Wirkung erzielt werden, dass eine Übereinstimmung des räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte und des spezifischen Modus verhindert und die Entstehung eines Rauschens unterdrückt wird. Das heißt, durch eine dem räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte entsprechende Änderung der Anordnung der ersten Formabschnitte 7a und der zweiten Formabschnitte 7b kann eine Übereinstimmung des räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte mit dem spezifischen Modus verhindert und dadurch die Entstehung eines Rauschens unterdrückt werden.
-
Ferner kann nicht nur bei einem Synchronmotor, der einen Stator mit einem Segmentkern verwendet, bei dem der Kernrücken in der Umfangsrichtung segmentiert ist, sondern auch bei einem Synchronmotor, der einen Stator mit einem einteiligen Kern verwendet, bei dem der Kernrücken nicht in der Umfangsrichtung segmentiert ist, durch die Vorsehung der zweiten Formabschnitte ein Rauschen unterdrückt werden.
-
Im Inneren der Slots 14 ist der vordere Endabschnitt der Zähne 2 die einzige Stelle, an der die Zähne 2 und die Formabschnitte 7 nicht über die Slot-Zellen 3, sondern direkt verbunden werden können, wobei es sich um einen Abschnitt handelt, an dem die Zähne 2 fest miteinander verbunden werden können. Ferner sind die vorderen Endabschnitte der Zähne 2 am innersten Umfang des eine Ringform aufweisenden Stators 12 positioniert, sodass sich je nachdem, ob Formabschnitte 7 vorliegen oder nicht, die Dicke der Ringform in radialer Richtung ändert. Das heißt, bei den Abschnitten, in denen die ersten Formabschnitte 7a vorgesehen sind, wird die Dicke der Ringform in radialer Richtung auf der radialen Innenseite größer. Andererseits wird bei den Abschnitten, an denen die zweiten Formabschnitte 7b vorgesehen sind, die Dicke der Ringform in radialer Richtung auf der radialen Innenseite kleiner. Konkret wird bei den Abschnitten, an denen die ersten Formabschnitte 7a vorgesehen sind, eine Dicke, zu der der Kernrücken 1 und die Zähne 2 addiert wurden, zu der Dicke der Ringform und an den Abschnitten, an denen die zweiten Formabschnitte 7b vorgesehen sind, wird nur die Dicke des Kernrückens 1 zur Dicke der Ringform. Infolgedessen wird das Vorliegen oder Nichtvorliegen der Formabschnitte 7 an den vorderen Endabschnitten der Zähne 2 zu einem Faktor, der einen großen Einfluss auf die Steifigkeit dieses Abschnitts hat. Daher kann dadurch, dass die Anordnung der Formabschnitte 7 an den vorderen Endabschnitten der Zähne 2 angemessen erfolgt, der vorherrschende spezifische Modus gesteuert werden. Infolgedessen kann durch einen von dem räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte verschiedenen spezifischen Modus eine Unterdrückung von Rauschen leichter angestrebt werden.
-
7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Frequenz elektromagnetischer Anregungskräfte und der Resonanzfrequenz des Stators bei dem Synchronmotor der ersten Ausführungsform zeigt.
-
Beispielsweise ergibt sich bei dem Synchronmotor 20, da es sich um einen 10-Pol/12-Slot-Elektromotor handelt, eine Polpaarzahl p = 5. Ferner werden bei dem Synchronmotor 20 eine Drehzahl r = 0 bis 6000 [r/min] und eine PWM-Frequenz fc = 5500 [Hz] angenommen. In diesem Fall ist der räumliche Modus ein Ring-/Ellipsen-Modus, wobei der Bereich der Frequenz der dominanten elektromagnetischen Anregungskräfte zu fc ± p × r/60 [Hz], konkret zu 5500 ± 500 [Hz] wird. Der Bereich dieser Frequenz ist in 7 schraffiert dargestellt.
-
Unter diesen Bedingungen handelt es sich in 7 um einen Stator, bei dem an allen Slots 14 erste Formabschnitte 7a vorgesehen sind, wobei die Beziehung zwischen der Frequenz des Stators, bei dem der spezifische Modus zu einem Ring-/Ellipsen-Modus einer Resonanzfrequenz von 5000 [Hz] wird, und des Ansprechungsvergrößerungsfaktors mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. In diesem Fall stimmt der Bereich der Frequenz der elektromagnetischen Anregungskräfte beim räumlichen Modus im Ring-/Ellipsen-Modus mit der Resonanzfrequenz des Stators von 5000 [Hz] überein, sodass sich das Rauschen vergrößert.
-
Andererseits ist in 7 mit einer gestrichelten Linie das Verhältnis zwischen der Frequenz und dem Ansprechungsvergrößerungsfaktor für den Fall dargestellt, dass die Bedingungen der Formabschnitte des Stators geändert werden, und wie bei dem Stator 12 der vorliegenden ersten Ausführungsform in Abständen von 120 Grad zweite Formabschnitte 7b vorgesehen sind.
-
In diesem Fall verkleinert sich der Ansprechungsvergrößerungsfaktor bei der Frequenz des räumlichen Modus im Ring-/Ellipsen-Modus, und die Resonanzfrequenz des Stators entfernt sich von dem Bereich der Frequenz der elektromagnetischen Anregungskräfte des räumlichen Modus im Ring-/Ellipsen-Modus. Daher wird die Entstehung von Rauschen unterdrückt. Beispielsweise wird angestrebt, dass sich die Resonanzfrequenz des spezifischen Modus im Ring-/Ellipsen-Modus vom Bereich der Frequenz der elektromagnetischen Anregungskräfte des räumlichen Modus im Ring-/Ellipsen-Modus entfernt und der Ansprechungsvergrößerungsfaktor von -3 [dB] (≒ 1/√2) gegeben ist. 8 ist eine Ansicht, die bei einer Resonanzfrequenz f0 und einem Modus-Dämpfungsverhältnis ζ die Frequenz Δf zeigt, bei der der Ansprechungsvergrößerungsfaktor auf beiden Seiten eines Resonanzpeaks zur Spitze von -3 dB wird. Die Frequenzbreite Δf zur Vorgabe des Ansprechungsvergrößerungsfaktors -3 [dB] bei der Resonanzfrequenz wird zu Δf = 2 × f0 × ζ. Beispielsweise wird bei Resonanzfrequenz f0 = 5000 [Hz], Modus-Dämpfungsverhältnis ζ = 0,02 die Frequenzbreite Δf zur Vorgabe des Ansprechungsvergrößerungsfaktors -3 [dB] bei der Resonanzfrequenz zu Δf = 2 × f0 × ζ = 200 [Hz]. Das heißt, durch ein Entfernen der Resonanzfrequenz vom Bereich der Frequenz der elektromagnetischen Anregungskräfte von größer oder gleich 100 [Hz] in Form von Δf/2 kann ein Ansprechungsvergrößerungsfaktor von - 3 [dB] vorgegeben werden.
-
Durch ein Vorsehen der zweiten Formabschnitte 7b in einem Abstand von 120 Grad wird als spezifischer Modus der Ring-/Dreieck-Modus dominant, sodass sich der Ansprechungsvergrößerungsfaktor bei der Frequenz im Ring-/Dreieck-Modus vergrößert. Da jedoch bei dem 10-Pol/12-Slot-Elektromotor die elektromagnetischen Anregungskräfte, bei denen der räumliche Modus zum Ring-/Dreieck-Modus wird, nicht dominant sind, führt dies nicht zu einer Vergrößerung der Schwingungen und des Rauschens.
-
Als Verfahren zur Änderung der Resonanzfrequenz gibt es ein Verfahren, bei dem die Resonanzfrequenz dadurch erhöht wird, dass ein Rahmen, bei dem es sich um ein Gehäuse des Synchronmotors handelt, verdickt wird. Hierdurch vergrößert sich jedoch der Synchronmotor. Ferner gibt es als Verfahren zur Änderung der Resonanzfrequenz ein Verfahren, bei dem die Resonanzfrequenz dadurch verringert wird, dass der Kernrücken des Stators verdünnt wird. In diesem Fall sinken jedoch die elektromagnetische Leistung und die Ausgabe.
-
Bei dem Synchronmotor 20 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform kann die Resonanzfrequenz durch eine Einstellung der Anzahl und der Position der zweiten Formabschnitte 7b verändert werden. Daher kann, während eine Vergrößerung des Synchronmotors 20 und ein Sinken der Ausgabe kontrolliert wird, die Entstehung von Schwingungen und Rauschen unterdrückt werden. Es kann sich bei zumindest einem der Formabschnitte 7 um einen zweiten Formabschnitt 7b handeln, es können jedoch auch alle Formabschnitten 7 zweite Formabschnitte 7b sein. Auch in einem solchen Fall kann die Wirkung erzielt werden, dass die Resonanzfrequenz des Stators reduziert und die Entstehung von Schwingungen und Rauschen unterdrückt wird.
-
9 ist eine Ansicht, die eine Gießform zeigt, die zur Herstellung des Stators in der ersten Ausführungsform verwendet wird. Eine Gießform 8 wird beim Bilden der Formabschnitte 7 verwendet. Die Gießform 8 weist einen säulenförmigen Säulenabschnitt 8a auf, der auf der Innenseite des Stator-Eisenkerns 13, bei dem die Wicklungsabschnitte 4 gebildet wurden, eingefügt wird. Der Säulenabschnitt 8a hat einen etwas größeren Außendurchmesser als der Bereich, in dem der Rotor 11 angeordnet wird. Durch Einfüllen von Harz im auf der Innenseite des Stator-Eisenkerns 13 eingefügten Zustand des Säulenabschnitts 8a, werden die Formabschnitte 7 gebildet. Bei dem Säulenabschnitt 8a sind Vorsprünge 9 gebildet, die im auf der Innenseite des Stator-Eisenkerns 13 eingefügten Zustand zwischen die Vergrößerungsabschnitte 21 der Zähne 2 eindringen.
-
An den Stellen, in die die Vorsprünge 9 eingedrungen sind, wird kein Harz zwischen die Vergrößerungsabschnitte 21 der Zähne 2 eingefüllt. Das in die Slots 14, in die die Vorsprünge 9 eingedrungen sind, eingefüllte Harz wird zu den zweiten Formabschnitten 7b. An den Stellen, in die keine Vorsprünge 9 eingedrungen sind, wird Harz zwischen die Vergrößerungsabschnitte 21 der Zähne 2 eingefüllt. Das in die Slots 14, in die keine Vorsprünge 9 eingedrungen sind, eingefüllte Harz wird zu den ersten Formabschnitten 7a. Durch die Verwendung der Gießform 8, in der die Vorsprünge 9 vorgesehen sind, die zwischen die Vergrößerungsabschnitte 21 der Zähne 2 eindringen, kann eine Vereinfachung der Herstellung der Formabschnitte 7, die erste Formabschnitte 7a und zweite Formabschnitte 7b aufweisen, angestrebt werden.
-
Ferner kann durch die Verwendung einer Gießform 8 mit unterschiedlichen Positionen der Vorsprünge 9 die Anordnung der ersten Formabschnitte 7a und zweiten Formabschnitte 7b leicht geändert werden. Durch eine Änderung der Anordnung der ersten Formabschnitte 7a und zweiten Formabschnitte 7b wird der dominante spezifische Modus des Stators selektierbar. Infolgedessen kann ein Stator, bei dem der spezifische Modus nicht mit dem räumlichen Modus der elektromagnetischen Kräfte des Synchronmotors übereinstimmt, einfach hergestellt werden.
-
Zweite Ausführungsform
-
10 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt, bei dem ein Teil der Zahnabschnitte des Stators, den der Synchronmotor gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst, vergrößert ist. Eine detaillierte Erläuterung von Strukturen, die gleich denen bei der ersten Ausführungsform sind, wird ausgelassen.
-
Bei der zweiten Ausführungsform sind die zweiten Formabschnitte 7b mit der Fläche, der die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 gegenüberliegen, verbunden. Ferner ist in den zweiten Formabschnitten 7b eine auf der radialen Außenseite vertiefte Nut 71 gebildet. Durch diese Nut 71 wird zwischen den Vergrößerungsabschnitten 21 angrenzender Zähne 2 eine Lücke gebildet.
-
Auch für den Fall, dass zwischen den Vergrößerungsabschnitten 21 angrenzender Zähne 2 durch die Nut 71 eine Lücke gebildet wird, kann die Wirkung erzielt werden, dass durch eine Verringerung der Steifigkeit der Abschnitte der zweiten Formabschnitte 7b die Resonanzfrequenz des Stators reduziert und die Entstehung von Schwingungen und Rauschen unterdrückt wird. Ferner kann die Breite D1 der Nut 71 entlang der Umfangsrichtung auch kleiner oder gleich 1/2 des Abstands D2 der Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 sein.
-
Bei einer Bildung von Lücken durch die Nut 71 wird die Breite der Vorsprünge 9, die in der in 9 gezeigten Gießform 8 gebildet werden, schmaler gebildet als der Abstand der Vergrößerungsabschnitten 21 angrenzender Zähne 2. Folglich können die Vorsprünge 9 leichter zwischen die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 eindringen, sodass die Positionierung der Gießform 8 einfacher wird. Hierdurch können die Herstellungskosten des Synchronmotors 20 reduziert werden.
-
Ferner kann die Länge der Nut 71 entlang der Achsenrichtung auch kürzer als die Länge des Stator-Eisenkerns 13 entlang der Achsenrichtung sein. Ferner kann bei den in der Vielzahl der zweiten Formabschnitte 7b gebildeten Nuten 71 die Länge entlang der Achsenrichtung unterschiedlich sein. Auf diese Weise kann auch durch die Nuten 71 die Resonanzfrequenz des Stators eingestellt und eine Verbesserung des Freiheitsgrades bei der Einstellung angestrebt werden.
-
Ferner können die Nuten 71 in einer Konusform, bei der sich die Breite in Achsenrichtung ändert, oder einer Konusform, bei der sich die Breite in radialer Richtung ändert, gebildet werden. Werden die Nuten 71 in einer Konusform gebildet, werden auch die Vorsprünge 9, die in der in 9 gezeigten Gießform 8 gebildet werden, in einer Konusform gebildet. Hierdurch wird eine Entnahme aus der Gießform 8 nach dem Bilden der Formabschnitte 7 einfacher, sodass die Herstellungskosten des Synchronmotors 20 reduziert werden können. Um die Entnahme aus der Gießform 8 für den Fall, dass die Nuten 71 in einer Konusform gebildet sind, bei der sich die Breite in radialer Richtung ändert, zu vereinfachen, ist die Vorsehung einer Konusform erforderlich, bei der sich die Breite mit zunehmender Richtung zur radialen Außenseite verengt.
-
Ferner können beim Bilden der Formabschnitte 7 auch Einpasskomponenten (nicht dargestellt) mit einer geringeren Steifigkeit als die Formabschnitte 7, in denen die Nuten 71 gebildet werden, vorgesehen werden. In diesem Fall gelangen die Einpasskomponenten nach dem Bilden der Formabschnitte 7 mit der Nut 71 in einen Einfügungszustand. Durch die Verwendung der Einpasskomponenten wird die Bildung der Vorsprünge 9 bei der Gießform 8 unnötig, sodass die Herstellungskosten der Gießform 8 gesenkt werden und eine längere Haltbarkeit der Gießform 8 angestrebt werden kann. Ferner kann dadurch, dass die Steifigkeit der Einpasskomponenten kleiner ist als bei den Formabschnitten 7 die Wirkung erzielt werden, dass durch eine Verkleinerung der Steifigkeit der Abschnitte der zweiten Formabschnitte 7b die Resonanzfrequenz des Stators geändert und die Entstehung von Schwingungen und Rauschen unterdrückt wird. Auch beim Bilden der in der ersten Ausführungsform gezeigten zweiten Formabschnitte 7b können zwischen die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 Einpasskomponenten eingefügt werden.
-
Ferner kann es sich auch bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform bei zumindest einem der Formabschnitte 7 um einen zweiten Formabschnitt 7b handeln, oder es kann sich auch bei allen Formabschnitten 7 um zweite Formabschnitte 7b handeln. Auch in einem solchen Fall kann die Wirkung erzielt werden, dass die Resonanzfrequenz des Stators reduziert und die Entstehung von Schwingungen und Rauschen unterdrückt wird.
-
11 ist eine Ansicht, die ein abgewandeltes Beispiel einer Slot-Zelle zeigt. Wie in 11 gezeigt, können die Enden der zweiten Zellenabschnitten 32 der Slot-Zellen 3 in der Umfangsrichtung auch von den Enden der Vergrößerungsabschnitte 21 in der Umfangsrichtung überstehen. Beispielsweise bedecken die Enden der zweiten Zellenabschnitte 32 in der Umfangsrichtung zumindest einen Teil der Fläche, der die Vergrößerungsabschnitte 21 angrenzender Zähne 2 gegenüberliegen. In 11 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem der überstehende Abschnitt der zweiten Zellenabschnitte 32 entlang der Fläche verläuft, der die Vergrößerungsabschnitte 21 gegenüberliegen, wobei dieser auch entlang einer Fläche verlaufen kann, die von den Vergrößerungsabschnitten 21 der radialen Außenseite zugewandt ist. Ein Aufbau, bei dem die Enden der zweiten Zellenabschnitte 32 der Slot-Zellen 3 in der Umfangsrichtung von den Enden der Vergrößerungsabschnitte 21 in der Umfangsrichtung überstehen, kann auch auf die Slots 14, bei denen die ersten Formabschnitte 7a gebildet werden, oder auf die Slots 14, bei denen die zweiten Formabschnitte 7b gebildet werden, angewandt werden.
-
Der in den vorstehenden Ausführungsformen gezeigte Aufbau stellt Beispiele der Substanz der vorliegenden Erfindung, wobei eine Kombination mit anderen allgemein bekannten Technologien möglich ist, und in einem nicht vom Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abweichenden Bereich ein Teil der Strukturen weggelassen oder verändert werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kernrücken
- 2
- Zahn
- 3
- Slot-Zelle
- 4
- Wicklungsabschnitte
- 5
- Rotor-Eisenkern
- 6
- Permanentmagnet
- 7
- Formabschnitt
- 7
- erster Formabschnitt
- 7
- zweiter Formabschnitt
- 8
- Gießform
- 8a
- Säulenabschnitt
- 9
- Vorsprung
- 11
- Rotor
- 12
- Stator
- 13
- Stator-Eisenkern
- 14
- Slot
- 20
- Synchronmotor
- 21
- Vergrößerungsabschnitt
- 22
- Verlängerungsabschnitt
- 31
- erster Zellenabschnitt
- 32
- zweiter Zellenabschnitt
- 71
- Nut.
