DE112020002776T5

DE112020002776T5 - Rotor und rotierende elektrische maschine

Info

Publication number: DE112020002776T5
Application number: DE112020002776.7T
Authority: DE
Inventors: Kenji Kani; Kenta GOTOU
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN113939976A; JP2020202654A; US20220103035A1; WO2020250647A1

Abstract

Ein Rotor weist eine Drehwelle (13), einen Kern (14) und einen Hallbach-Array-Magneten (15) auf. Der Halbach-Array-Magnet weist eine Vielzahl erster Magnetabschnitte (31), deren Magnetisierungsrichtung jeweils entlang einer radialen Richtung orientiert ist, und eine Vielzahl zweiter Magnetabschnitte (32) auf, deren Magnetisierungsrichtung jeweils entlang einer Umlaufsrichtung orientiert ist. Die ersten Magnetabschnitte und die zweiten Magnetabschnitte sind abwechselnd in der Umlaufsrichtung angeordnet. Der Kern weist einen Wellenbefestigungsabschnitt (21), einen Jochabschnitt (24) und eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten (23) auf. Die Verbindungsabschnitte sind in der Umlaufsrichtung mit dazwischen gebildeten Lücken (S) angeordnet. Auf einer inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts sind Zusatzfunktionsabschnitte (25, 26) gebildet, um sich radial von der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts nach innen zu erstrecken. Jeder der Zusatzfunktionsabschnitte befindet sich radial innerhalb eines entsprechenden der zweiten Magnetabschnitte und weist eine zusätzliche Funktion zusätzlich zu einer Funktion des Bildens eines Magnetpfades auf.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
Diese Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nummer JP 2019-107883 , die am 10. Juni 2019 eingereicht worden ist, wobei deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme in diese Anmeldung einbezogen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Rotoren und rotierende elektrische Maschinen.
HINTERGRUND
Herkömmlich gibt es Rotoren, die einen Halbach-Array-Magneten aufweisen, der an einem Kern vorgesehen ist, wie beispielsweise in Patentdokument 1 offenbart. Der Halbach-Array-Magnet weist eine Vielzahl erster Magnetabschnitte, die jeweils eine entlang einer radialen Richtung orientierte Magnetisierungsrichtung aufweisen, und eine Vielzahl zweiter Magnetabschnitte auf, die jeweils eine entlang einer Umlaufsrichtung orientierte Magnetisierungsrichtung aufweisen. Weiterhin sind die ersten Magnetabschnitte und die zweiten Magnetabschnitte abwechselnd in der Umlaufsrichtung angeordnet.
LITERATUR GEMÄSS DEM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nummer JP 2007 - 014 110 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben untersucht, wie in einem Rotor, der einen Halbach-Array-Magneten aufweist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, ein Magnetpfad in einem Kern zu gewährleisten ist, das heißt, wie eine gewünschte Ausgangsleistung zu gewährleisten ist, während ein Teil des Materials entfernt wird und dadurch das Gewicht eines Gegenjochabschnitts des Kerns reduziert wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen Rotor und eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die eine Reduktion des Gewichts ermöglichen, während die Ausgangsleistung gewährleistet wird.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung weist ein Rotor eine Drehwelle, einen Kern, der an der Drehwelle derart vorgesehen ist, dass er zusammen mit der Drehwelle drehbar ist, und einen Hallbach-Array-Magneten auf, der an dem Kern befestigt ist. Der Halbach-Array-Magnet weist eine Vielzahl erster Magnetabschnitte, deren Magnetisierungsrichtung entlang einer radialen Richtung orientiert ist, und eine Vielzahl zweiter Magnetabschnitte auf, deren Magnetisierungsrichtung entlang einer Umlaufsrichtung orientiert ist. Die ersten Magnetabschnitte und die zweiten Magnetabschnitte sind abwechselnd in der Umlaufsrichtung angeordnet. Der Kern weist einen röhrenförmigen Wellenbefestigungsabschnitt, der an der Drehwelle befestigt ist, einen röhrenförmigen Jochabschnitt, der sich radial außerhalb des Wellenbefestigungsabschnitts und radial innerhalb des Halbach-Array-Magneten befindet, um einen Magnetpfad zu bilden, und eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten auf, die sich radial von dem Wellenbefestigungsabschnitt nach außen erstrecken, um mit dem Jochabschnitt verbunden zu werden. Die Verbindungsabschnitte sind in der Umlaufsrichtung mit dazwischen gebildeten Lücken angeordnet. Auf einer inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts sind Zusatzfunktionsabschnitte gebildet, um sich radial von der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts nach innen zu erstrecken. Jeder der Zusatzfunktionsabschnitte befindet sich radial innerhalb eines entsprechenden einen der zweiten Magnetabschnitte und weist eine zusätzliche Funktion zusätzlich zu der Funktion des Bildens des Magnetpfads auf.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung weist eine rotierende elektrische Maschine einen ringförmigen Stator und einen Rotor auf, der innerhalb des Stators vorgesehen ist. Der Rotor weist eine Drehwelle, einen Kern, der an der Drehwelle derart vorgesehen ist, dass er zusammen mit der Drehwelle drehbar ist, und einen Hallbach-Array-Magneten auf, der an dem Kern befestigt ist. Der Halbach-Array-Magnet weist eine Vielzahl erster Magnetabschnitte, deren Magnetisierungsrichtung entlang einer radialen Richtung orientiert ist, und eine Vielzahl zweiter Magnetabschnitte auf, deren Magnetisierungsrichtung entlang einer Umlaufsrichtung orientiert ist. Die ersten Magnetabschnitte und die zweiten Magnetabschnitte sind abwechselnd in der Umlaufsrichtung angeordnet. Der Kern weist einen röhrenförmigen Wellenbefestigungsabschnitt, der an der Drehwelle befestigt ist, einen röhrenförmigen Jochabschnitt, der sich radial außerhalb des Wellenbefestigungsabschnitts und radial innerhalb des Halbach-Array-Magneten befindet, um einen Magnetpfad zu bilden, und eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten auf, die sich radial von dem Wellenbefestigungsabschnitt nach außen erstrecken, um mit dem Jochabschnitt verbunden zu werden. Die Verbindungsabschnitte sind in der Umlaufsrichtung mit dazwischen gebildeten Lücken angeordnet. Auf einer inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts sind Zusatzfunktionsabschnitte gebildet, um sich radial von der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts nach innen zu erstrecken. Jeder der Zusatzfunktionsabschnitte befindet sich radial innerhalb eines entsprechenden einen der zweiten Magnetabschnitte und weist eine zusätzliche Funktion zusätzlich zu der Funktion des Bildens des Magnetpfads auf.
In dem vorstehend beschriebenen Rotor und der vorstehend beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Magnetpfad des Halbach-Array-Magneten in den Zusatzfunktionsabschnitten gebildet (geformt) werden, die auf der inneren Umfangsoberfläche des Jochabschnitts vorgesehen sind. Folglich wird es möglich, die radiale Dicke der anderen Teile des Jochabschnitts außer den Zusatzfunktionsabschnitten zu reduzieren, und dadurch das Gewicht des Kerns zu reduzieren, während eine magnetische Sättigung in den Jochabschnitten abgeschwächt wird, und dadurch die Ausgangsleistung gewährleistet wird.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene Aufgabe, andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gemäß der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Erläuterung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Draufsicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine Teilquerschnittsansicht eines Rotors gemäß dem Ausführungsbeispiel,
3 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils des Rotors gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
4 eine vergrößerte Draufsicht eines Teils eines Rotors gemäß einer Modifikation.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend sind ein Rotor und eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, weist die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen zylindrischen Stator 11 und einen Rotor 12 auf, der drehbar radial innerhalb des Stators 11 vorgesehen ist. Der Rotor 12 weist eine Drehwelle 13, einen Kern 14, der an der Drehwelle 13 derart vorgesehen ist, dass er zusammen mit der Drehwelle 13 drehbar ist, einen Halbach-Array-Magneten 15, der an dem Kern 14 vorgesehen ist, und ein Paar Abdeckungselemente 16 auf, die jeweils an entgegengesetzten axialen Seiten des Kerns 14 fixiert sind.
Konfiguration des Kerns 14
Der Kern 14 ist aus einem magnetischen Material gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Kern 14 eine Konfiguration auf, bei der eine Vielzahl von Magnetstahlblechen (die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind) in der axialen Richtung geschichtet sind, wobei die magnetischen Stahlbleche durch Pressbearbeitung aus einer Metallplatte gebildet sind. Der Kern 14 weist einen Wellenfixierungsabschnitt 21, der an der Drehwelle 13 fixiert ist, einen Magnetstützungsabschnitts 22, der den Halbach- Array-Magneten 15 stützt, und eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten 23 auf, die den Wellenfixierungsabschnitt 21 und Magnetstützungsabschnitt 22 verbinden.
Der Wellenfixierungsabschnitt 21 weist im Wesentlichen eine zylindrische Form auf. Die Drehwelle 13 ist innerhalb des Wellenfixierungsabschnitts 21 eingesetzt und fixiert. Folglich ist der Wellenfixierungsabschnitt 21 konfiguriert, zusammen mit der Drehwelle 13 drehbar zu sein. Der Magnetstützungsabschnitt 22 weist im Wesentlichen eine zylindrische Form auf und ist an der äußeren Umfangsseite des Wellenfixierungsabschnitts 21 gebildet. Der Magnetstützungsabschnitt 22 wird durch die Vielzahl der Verbindungsabschnitte 23 gestützt, die sich radial von der äußeren Umfangsoberfläche des Wellenfixierungsabschnitts 21 erstrecken. Die Vielzahl der Verbindungsabschnitte 23 sind zu gleichen Intervallen in der Umlaufsrichtung vorgesehen. Weiterhin sind Spalten (Lücken) S zwischen den Verbindungsabschnitten 23 in der Umlaufsrichtung gebildet, wobei die Spalte S den Kern 14 in der axialen Richtung durchdringen. Jeder der Verbindungsabschnitte 23 dient zum Fixieren des Magnetstützungsabschnitts 22 an den Wellenfixierungsabschnitt 21. Anders ausgedrückt dient jeder der Verbindungsabschnitte 23 zur Übertragung von Drehmoment, das an dem Magnetstützungsabschnitt 22 erzeugt wird, auf die Drehwelle 13.
Konfiguration des Halbach-Array-Magneten 15
Wie es in 15 gezeigt ist, ist der Halbach-Array-Magnet 15 derart konfiguriert, dass er eine Vielzahl erster Magnetabschnitte 31 und eine Vielzahl zweiter Magnetabschnitte 32 aufweist, die abwechselnd entlang der Umlaufsrichtung angeordnet sind. Zusätzlich geben in 1 Pfeile, die in den Magnetabschnitten 31 und 32 gezeigt sind, die Magnetisierungsrichtungen (oder die Richtungen der Magnetisierung) der Magnetabschnitte 31 und 32 an, wobei die Startpunktseite und die Endpunktseite von jedem der Pfeile jeweils dem S-Pol und dem N-Pol entsprechen.
Jeder der ersten Magnetabschnitte 31 ist entlang einer radialen Richtung magnetisiert. Weiterhin sind die ersten Magnetabschnitte 31 zu gleichen Intervallen in der Umlaufsrichtung derart angeordnet, dass sie jeweils Magnetpolen des Rotors 12 entsprechen. Weiterhin sind die ersten Magnetabschnitte 31 derart magnetisiert, dass die Polaritäten der Magnetpole des Rotors 12 sich abwechselnd in der Umlaufsrichtung unterscheiden. Das heißt, dass die Magnetisierungsrichtungen von jedem in Umlaufsrichtung benachbarten Paar der ersten Magnetabschnitte 31 entgegengesetzt zueinander sind.
Jeder der zweiten Magnetabschnitte 32 ist zwischen zwei in Umlaufsrichtung zueinander benachbarten ersten Magnetabschnitten 31, die unterschiedliche Polaritäten voneinander aufweisen, vorgesehen. Die zweiten Magnetabschnitte 32 sind ebenfalls zu gleichen Intervallen in der Umlaufsrichtung angeordnet. Weiterhin ist, wie es in 3 gezeigt ist, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umlaufsabmessung (Abmessung in Umlaufsrichtung) W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 (anders ausgedrückt der Öffnungswinkel von jedem der zweiten Magnetabschnitt 32 um die Drehachse des Rotors 12) derart eingestellt, dass sie kleiner als die Umlaufsabmessung W1 von jedem der ersten Magnetabschnitte 31 (anders ausgedrückt der Öffnungswinkel von jedem der ersten Magnetabschnitte 31 um die Drehachse des Rotors 12) ist.
Jeder der zweiten Magnetabschnitte 32 ist entlang der Umlaufsrichtung magnetisiert. Insbesondere ist die Magnetisierungsrichtung von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 derart eingestellt, dass die N-Pol-Seite des zweiten Magnetabschnitts 32 einem der ersten Magnetabschnitte 31 zugewandt ist, der einen N-Pol bildet (d.h. einem der ersten Magnetabschnitte 31, der einen an der äußeren Umfangsseite auftretenden N-Pol aufweist), und die S-Pol-Seite des zweiten Magnetabschnitts 32 einem der ersten Magnetabschnitte 31 zugewandt ist, der einen S-Pol bildet (d.h. einem der ersten Magnetabschnitte 31, der einen auf der äußeren Umfangsseite auftretenden S-Pol aufweist).
Zusätzlich kann jedes in Umlaufsrichtung zueinander benachbarte Paar des ersten Magnetabschnitts 31 und des zweiten Magnetabschnitts 32 entweder in direktem Kontakt miteinander oder weg von einander in der Umlaufsrichtung angeordnet sein. Weiterhin kann jeder der ersten Magnetabschnitte 31 aus entweder einem einzelnen Magneten oder einer Vielzahl von Magneten aufgebaut sein. Gleichermaßen kann jeder der zweiten Magnetabschnitte 32 aus entweder einem einzelnen Magneten oder einer Vielzahl von Magneten aufgebaut sein.
Der Magnetstützungsabschnitt 22 des Kerns 14 weist einen ringförmigen Jochabschnitt 24 auf, der gegen den Halbach-Array-Magneten 15 auf der inneren Umfangsseite davon anstößt. Der Jochabschnitt 24 fungiert als ein Gegenjoch in dem Rotor 12.
Konfiguration der Verbindungsabschnitte 23
Wie es in 1 und 3 gezeigt ist, sind die radial äußeren Enden der Verbindungsabschnitte 23 des Kerns 14 einstückig mit der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts 24 verbunden. Weiterhin befindet sich jeder der Verbindungsabschnitte 23, die sich radial erstrecken, radial innerhalb eines Entsprechenden einen der zweiten Magnetabschnitte 32 des Halbach-Array-Magneten 15. Das heißt, dass Verbindungsabschnitte 25 (d.h. die radial äußeren Enden der Verbindungsabschnitte 23), die jeweils die Verbindungsabschnitte 23 mit dem Jochabschnitt 24 verbinden, sich radial innerhalb der entsprechenden zweiten Magnetabschnitte 32 befinden. Zusätzlich ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Anzahl der Verbindungsabschnitte 23 auf die Hälfte der Anzahl der zweiten Magnetabschnitte 32 eingestellt.
Weiterhin fällt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umlaufsmitte (Mitte in Umlaufsrichtung) von jedem der Verbindungsabschnitte 23 mit der Umlaufsmitte (Mitte in Umlaufsrichtung) der entsprechenden zweiten Magnetabschnitte 32 zusammen. Weiterhin weist, wie es in 3 gezeigt ist, ein Zwischenteil 23a von jedem der Verbindungsabschnitte 23 eine konstante Breite entlang der radialen Richtung auf, wobei die Breite W3 des Zwischenteils 23a derart eingestellt ist, dass sie kleiner als die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist.
Jeder der Verbindungsabschnitte 25 weist eine verjüngte (konische) Form derart auf, dass deren Umlaufsabmessung (Abmessung in Umlaufsrichtung) sich zu dem Jochabschnitt 24, d.h. zu der radial äußeren Seite hin erhöht. Weiterhin ist, wie es in 3 gezeigt ist, die Umlaufsabmessung W4 von jedem der Verbindungsabschnitte 24 an dessen radial äußeren Ende derart eingestellt, dass sie größer als die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist. Zusätzlich ist natürlich die Umlaufsabmessung W4 von jedem der Verbindungsabschnitte 25 an dem radial äußeren Ende davon größer als die Breite W3 von jedem der Zwischenteile 23a der Verbindungsabschnitte 23.
Konfiguration von Abdeckungsfixierungsabschnitten 26
Auf der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts 24 ist eine Vielzahl von Abdeckungsfixierungsabschnitten 26 zum Fixieren der Abdeckungselemente 16 (siehe 1 und 2) an dem Kern 14 gebildet. Jeder der Abdeckungsfixierungsabschnitte 26 springt radial von der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts 24 vor.
Jeder der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 befindet sich radial innerhalb eines Entsprechenden der zweiten Magnetabschnitte 32 des Halbach-Array-Magneten 15. Die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 sind zu gleichen Intervallen in der Umlaufsrichtung gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 auf die Hälfte der Anzahl der zweiten Magnetabschnitte 32 eingestellt (d.h., so dass sie gleich zu der Anzahl der Verbindungsabschnitte 23 ist). Die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 und die Verbindungsabschnitte 23 sind abwechselnd in der Umlaufsrichtung angeordnet. Das heißt, dass auf der radial inneren Seite von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 einer der Verbindungsabschnitte 23 oder einer der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 angeordnet ist. Weiterhin ist der Hauptteil (d.h. der andere Teil als die Verbindungsabschnitte 25 und die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26) des Jochabschnitts 24 derart gebildet, dass er einen gleichförmigen inneren Durchmesser aufweist. Zusätzlich ist der Hauptteil des Jochabschnitts 24 derart gebildet, dass er radial dünner als die Verbindungsabschnitte 25 und die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 ist.
Zusätzlich ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umlaufsabmessung (Abmessung in Umlaufsrichtung) W5 von jedem der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 an dem radial äußeren Ende davon derart eingestellt, dass sie größer als die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist. Weiterhin stimmt die Umlaufsmitte (Mitte in Umlaufsrichtung) von jedem der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 mit der Umlaufsmitte des entsprechenden zweiten Magnetabschnitts 32 überein.
Wie es in 2 gezeigt ist, erstreckt sich jeder der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 über die gesamte axiale Länge des Jochabschnitts 24. Weiterhin ist in jedem der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 eine Bolzeneinsetzöffnung 26a derart gebildet, dass sie in den Abdeckungsbefestigungsabschnitt 26 in der axialen Richtung hineindringt. In die Bolzeneinsetzöffnung 26a ist ein Durchgangsbolzen 41 eingesetzt, dessen abgelegener Endabschnitt axial aus der Bolzeneinsetzöffnung 26a vorspringt. Weiterhin ist an dem distalen Endabschnitt des Durchgangsbolzens 41 eine Mutter 42 geschraubt. Folglich ist das Paar der Abdeckungselemente 16 zwischen dem Kopf des Durchgangsbolzens 41 und der Mutter 42 sandwichartig angeordnet, und dadurch jeweils an entgegengesetzten axialen Enden des Kerns 14 befestigt.
Jedes der Abdeckungselemente 16 ist ein plattenförmiges Element, das eine ringförmige Form in axialer Ansicht aufweist (siehe 1). Die Abdeckungselemente 16 sind vorgesehen, um jeweils entgegengesetzte axiale Enden des Halbach-Array-Magneten 15 in der axialen Richtung abzudecken. Insbesondere ist jedes der Abdeckungselemente 16 derart gebildet, dass es eine radiale Größe aufweist, die in der Lage ist, von den Abdeckungsbefestigungsabschnitten 26 bis zu dem Halbach-Array-Magneten 15 abzudecken. Folglich wird es möglich, ein axiales Lösen der Magnetabschnitte 31 und 32 von dem Halbach-Array-Magneten 15 zu unterdrücken.
Nachstehend ist der Betrieb gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die radiale Dicke des Jochabschnitts 24 des Kerns 14 ist derart eingestellt, dass sie größer als diejenigen Teile des Jochabschnitts 24 ist, die jeweils die Verbindungsabschnitte 25 und die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 auf der radial inneren Seite der zweiten Magnetabschnitte 32 des Halbach-Array-Magneten 15 bilden, und größer als die anderen Teile des Jochabschnitts 24 ist. Folglich wird es möglich, die radiale Dicke des Jochabschnitts 24 zu reduzieren (d.h. die Räume S radial auszudehnen), und dadurch das Gewicht des Kerns 14 zu reduzieren, wohingegen der Magnetpfad M des Halbach-Array-Magneten 15 gewährleistet (gesichert) wird, und dadurch eine magnetische Sättigung unterdrückt wird.
Die Verbindungsabschnitte 25 sind als Zusatzfunktionsabschnitte (oder Multifunktionsabschnitte) konfiguriert, die zusätzlich zu der Funktion des Bildens des Magnetpfads M die Funktion des Befestigens (Fixierens) des Magnetstützabschnitts 22, der den Jochabschnitt 24 aufweist, an den Wellenfixierungsabschnitt 21 aufweisen. Weiterhin sind die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 ebenfalls als Zusatzfunktionsabschnitte (oder Multifunktionsabschnitte) konfiguriert, die zusätzlich zu der Funktion des Bildens des Magnetpfads M die Funktion des Befestigens (Fixierens) der Abdeckungselemente 16 an den Kern 14 aufweisen. Das heißt, dass die Verbindungsabschnitte 25 und die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 Abschnitte sind, an denen die radiale Dicke des Jochabschnitts 24 groß genug sein muss, um zu ermöglichen, dass die Verbindungsabschnitte 25 und die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 die vorstehend beschriebenen Funktionen aufweisen können. Folglich wird es durch Anordnen der Verbindungsabschnitte 25 und der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 als die Zusatzfunktionsabschnitte auf der radial inneren Seite der zweiten Magnetabschnitte 32 möglich, eine schlanke und effiziente Konfiguration des Rotors 12 zu verwirklichen.
Nachstehend sind vorteilhafte Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
(1) Auf der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts 24 sind die Verbindungsabschnitte 25 gebildet, um sich von der inneren Umfangsoberfläche des Jochabschnitts 24 radial nach innen zu erstrecken, wobei jeder der Verbindungsabschnitte 25 sich radial innerhalb eines entsprechenden der zweiten Magnetabschnitte 32 befindet und einen entsprechenden der Verbindungsabschnitte 23 mit dem Jochabschnitt 24 verbindet. Weiterhin sind auf der inneren Umfangsoberfläche des Jochabschnitts 24 ebenfalls die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 gebildet, um sich von der inneren Umfangsoberfläche des Jochabschnitts 24 radial nach innen zu erstrecken, wobei jeder der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 sich radial innerhalb eines entsprechenden der zweiten Magnetabschnitte 32 befindet und zur Befestigung der Abdeckungselemente 16 an dem Kern 14 vorgesehen ist.
Auf diese Weise kann der Magnetpfad M (siehe 3) des Halbach-Array-Magneten 15 in den Verbindungsabschnitten 25 und den Abdeckungsbefestigungsabschnitten 26 gebildet werden, die als die Zusatzfunktionsabschnitte auf der inneren Umfangsoberfläche des Jochabschnitts 24 vorgesehen sind. Folglich wird es möglich, die radiale Dicke der anderen Teile des Jochabschnitts 24 außer den Verbindungsabschnitten 25 und den Abdeckungsbefestigungsabschnitten 26 zu reduzieren, und dadurch das Gewicht des Kerns 14 zu reduzieren, während eine magnetische Sättigung in dem Jochabschnitt 24 abgeschwächt wird, und dadurch die Ausgangsleistung gewährleistet wird.
(2) Zum Reduzieren des Gewichts des Kerns 14 sind die Lücken S gebildet, indem lediglich die Verbindungsabschnitte 23, die den Wellenbefestigungsabschnitt 21 und den Magnetstützabschnitt 22 verbinden, belassen werden, während die anderen Teile (d.h. die Teile zwischen den Verbindungsabschnitten 23) entfernt werden. Das heißt, dass in dem Kern 14 die Verbindungsabschnitte 23 wesentliche Abschnitte zum Befestigen des Magnetstützabschnitts 22 an dem Wellenbefestigungsabschnitt 21 sind. Durch Nutzen der Verbindungsabschnitte 23 (genauer der Verbindungsabschnitte 25) zum Bilden des Magnetpfads M (siehe 3) wird es möglich, eine schlanke und effiziente Konfiguration des Rotors 25 zu verwirklichen.
(3) Wie es in 3 gezeigt ist, wird es dadurch, dass die Umlaufsabmessung W4 von jedem der Verbindungsabschnitte 25 an dem radialen äußeren Ende davon derart eingestellt ist, dass sie größer als die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist, möglich, in noch besserer Weise die magnetische Sättigung in dem Jochabschnitt 24 zu unterdrücken. Weiterhin ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeder der Verbindungsabschnitte 25 derart konfiguriert, dass er radial einen entsprechenden der zweiten Magnetabschnitte 32 und ein Paar der ersten Magnetabschnitte 21, die in Umlaufsrichtung benachbart zu dem entsprechenden zweiten Magnetabschnitt 32 sind, überlappt. Folglich wird es möglich, eine magnetische Sättigung in dem Jochabschnitt 24 noch weiter zu unterdrücken.
(4) Jeder der Verbindungsabschnitte 25 weist eine verjüngte Form derart auf, dass deren Umlaufsabmessung sich zu der radial äußeren Seite hin erhöht. Das heißt, dass jeder der Verbindungsabschnitte 25 entlang des Magnetpfads M geformt ist. Folglich wird es möglich, noch besser eine magnetische Sättigung in dem Jochabschnitt 24 zu unterdrücken, während die Größe der Verbindungsabschnitte 25 minimiert wird und dadurch das Gewicht des Kerns 14 reduziert wird.
(5) Wie es in 2 gezeigt ist, weist der Rotor 12 ein Paar Abdeckungselemente 16 auf, die jeweils an entgegengesetzten axialen Enden des Kerns 14 zusammengesetzt sind. Weiterhin befindet sich jeder der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 zum Befestigen der Abdeckungselemente 16 an den Kern 14 radial innerhalb eines entsprechenden einen der zweiten Magnetabschnitte 32. Die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 sind wesentliche Abschnitte zum Befestigen der Abdeckungselemente 16 an dem Kern 14. Durch Nutzen der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 zum Bilden des Magnetpfads M wird es möglich, eine schlanke und effiziente Konfiguration des Rotors 12 zu verwirklichen.
(6) Jeder der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 weist eine Bolzeneinsetzöffnung 26a auf, die gebildet ist, um axial den Abdeckungsbefestigungsabschnitt 26 zu durchdringen. Die Abdeckungselemente 16 sind an dem Kern 14 durch die Durchgangsbolzen 41, die jeweils in die Bolzeneinsetzöffnungen 26 der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 eingesetzt sind, und den Muttern 42 befestigt, die jeweils an den Durchgangsbolzen 41 geschraubt sind. Daher ist es erforderlich, dass die Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 eine gewisse radiale Dicke aufweisen. Durch Nutzen derartiger Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 zum Bilden des Magnetpfades M wird es möglich, in geeigneterer Weise die magnetische Sättigung in dem Jochabschnitt 24 zu unterdrücken.
(7) Wie es in 3 gezeigt ist, ist die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 derart eingestellt, dass sie kleiner als die Umlaufsabmessung W1 von jedem der ersten Magnetabschnitte 31 ist. Folglich wird es möglich, die Umlaufsabmessung W4 von jedem der Verbindungsabschnitte 25 und die Umlaufsabmessung W5 von jedem der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 derart einzustellen, dass sie größer als die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist, während die Umlaufsabmessungen W4 und W5 minimiert werden. Als Ergebnis wird es möglich, das Gewicht des Kerns 14 weiter zu reduzieren.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann ebenfalls wie nachstehend beschrieben modifiziert und implementiert werden. Weiterhin können das vorliegende Ausführungsbeispiel und die nachfolgenden Modifikationen miteinander zu dem Ausmaß kombiniert werden, dass es keinen technischen Widerspruch dazwischen gibt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsabschnitte 23 an unterschiedlichen Umlaufspositionen (Positionen in Umlaufsrichtung) von den Abdeckungsbefestigungsabschnitten 26 vorgesehen. Alternativ dazu kann, wie es in 4 gezeigt ist, jeder der Verbindungsabschnitte 23 an derselben Umlaufsposition wie ein entsprechender der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 vorgesehen sein. Insbesondere weist jeder der Verbindungsabschnitte 23 in der in 4 gezeigten Konfiguration einen radial äußeren Endabschnitt auf, der einstückig mit dem entsprechenden Abdeckungsbefestigungsabschnitt 26 verbunden ist. Anders ausgedrückt weisen die Verbindungsabschnitte 23 die Funktion der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 auf, d.h. weisen jeweils die Bolzeneinsetzöffnungen 26a auf. Mit dieser Konfiguration sind die Verbindungsabschnitte 23 mit mehr Funktionen versehen, was zu einer weiteren Reduktion des Gewichts des Kerns 14 beiträgt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 derart eingestellt, dass sie kleiner als die Umlaufsabmessung W1 von jedem der ersten Magnetabschnitte 31 ist. Jedoch kann die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 alternativ derart eingestellt sein, dass sie gleich zu der Umlaufsabmessung W1 von jedem der ersten Magnetabschnitte 31 ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Umlaufsabmessung W4 von jedem der Verbindungsabschnitte 25 an dem radial äußeren Ende davon derart eingestellt, dass sie größer als die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist. Jedoch kann die Umlaufsabmessung W4 von jedem der Verbindungsabschnitte 25 an dem radial äußeren Ende davon alternativ derart eingestellt sein, dass sie kleiner als oder gleich wie die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel fällt die Umlaufsmitte (Mitte in Umlaufsrichtung) von jedem der Verbindungsabschnitte 25 mit der Umlaufsmitte eines entsprechenden der zweiten Magnetabschnitte 32 überein. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Konfiguration begrenzt, es ist lediglich notwendig, dass jeder der Verbindungsabschnitte 25 einen Teil aufweist, der radial den entsprechenden zweiten Magnetabschnitt 32 überlappt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist jeder der Verbindungsabschnitte 25 die verjüngte Form auf, die sich radial nach außen hin ausdehnt, wobei somit die Umlaufsabmessung W4 von jedem der Verbindungsabschnitte 25 an dem radial äußeren Ende davon größer als die Breite W3 von jedem der Zwischenteile 23a der Verbindungsabschnitte 23 ist. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Konfiguration begrenzt, wobei die Breite W3 ebenfalls über jeden der Verbindungsabschnitte 25 konstant gehalten werden kann.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Umlaufsabmessung W5 von jedem der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 an dem radial äußeren Ende davon derart eingestellt, dass sie größer als die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist. Jedoch kann die Umlaufsabmessung W5 von jedem der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 an dem radial äußeren Ende davon alternativ derart eingestellt sein, dass sie kleiner als oder gleich wie die Umlaufsabmessung W2 von jedem der zweiten Magnetabschnitte 32 ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel stimmt die Umlaufsmitte von jedem der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 mit der Umlaufsmitte eines entsprechenden einen der zweiten Magnetabschnitte 32 überein. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Konfiguration begrenzt, es ist lediglich notwendig, dass jeder der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 einen Teil aufweist, der radial den entsprechenden zweiten Magnetabschnitt 32 überlappt.
Obwohl es in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht besonders erwähnt ist, können die Magnetabschnitte 31 und 32 des Halbach-Array-Magneten 15 an dem Magnetstützungsabschnitt 22 durch irgendein geeignetes Verfahren befestigt werden. Beispielsweise können die Magnetabschnitte 31 und 32 des Halbach-Array-Magneten 15 an die äußere Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts 24 des Magnetstützungsabschnitts 22 durch ein Klebemittel oder dergleichen befestigt werden. In diesem Fall ist es, um zu vermeiden, dass die Magnetabschnitte 31 und 32 radial nach außen abgelöst werden, vorzuziehen, eine röhrenförmige Abdeckung auf der radial äußeren Seite der Magnetabschnitte 31 und 32 vorzusehen. Zusätzlich kann eine axiale Ablösung der Magnetabschnitte 31 und 32 durch die Abdeckungselemente 16 unterdrückt werden. Als eine Alternative können eine Vielzahl von Magnetbefestigungsöffnungen in dem Magnetstützungsabschnitt 22 gebildet werden, um sich in die axiale Richtung zu erstrecken, wobei die Magnetabschnitte 31 und 32 jeweils in die Magnetbefestigungsöffnungen eingesetzt und durch ein Klebemittel oder dergleichen befestigt werden können.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Abdeckungselemente 16 an dem Kern 14 durch die Durchgangsbolzen 41, die jeweils in die Bolzeneinsetzöffnungen 26a der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 eingesetzt sind, und den Muttern 42, die jeweils an den Durchgangsbolzen 41 geschraubt sind, befestigt. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Beispielsweise können Innengewinde in den Abdeckungsbefestigungsabschnitten 26 mit Außengewinden gebildet sein, die an den Bolzen gebildet sind, wobei die Abdeckungselemente 16 an dem Kern 14 durch den Eingriff zwischen den Außengewinden der Bolzen und den Innengewinden der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 befestigt werden können.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Anzahl der Pole des Rotors 12 (d.h. die Anzahl der ersten Magnetabschnitte 31) und die Anzahl der zweiten Magnetabschnitte 32, die zwischen den ersten Magnetabschnitten 31 angeordnet sind, in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Entwurfsspezifikation der rotierenden elektrischen Maschine 10 geändert werden.
Obwohl in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht besonders erwähnt, kann jede der Grenzen zwischen den ersten Magnetabschnitten 31 und den zweiten Magnetabschnitten 32 in einer axialen Ansicht derart konfiguriert sein, dass sie sich entlang entweder einer radialen Richtung des Rotors 12 oder einer Richtung, die die radiale Richtung des Rotors 12 schneidet, erstrecken.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Anzahl der Verbindungsabschnitte 23 und die Anzahl der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Entwurfsspezifikation der rotierenden elektrischen Maschine 10 geändert werden. Weiterhin ist gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Summe der Anzahl der Verbindungsabschnitte 23 und der Anzahl der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 derart eingestellt, dass sie gleich zu der Anzahl der zweiten Magnetabschnitte 23 ist. Jedoch kann die Summe der Anzahl der Verbindungsabschnitte 23 und der Anzahl der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 alternativ derart eingestellt sein, dass sie kleiner oder größer als die Anzahl der zweiten Magnetabschnitte 32 ist. Weiterhin weist gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel jeder der zweiten Magnetabschnitte 32 einen der Verbindungsabschnitte 23 oder einen der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 auf, der sich an der radial inneren Seite davon befindet. Alternativ dazu können einige der zweiten Magnetabschnitte 23 keinen der Verbindungsabschnitte 23 oder der Abdeckungsbefestigungsabschnitte 26 aufweisen, der sich an einer radialen inneren Seite davon befindet.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, sollte in Betracht gezogen werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele und die Strukturen begrenzt ist. Stattdessen umfasst die vorliegende Offenbarung verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb von äquivalenten Bereichen. Zusätzlich sind verschiedene Kombinationen und Moden ebenfalls in der Kategorie und dem Umfang der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019107883 [0001]
JP 2007014110 A [0004]

Claims

Rotor mit: einer Drehwelle (13), einem Kern (14), der an der Drehwelle derart vorgesehen ist, dass er zusammen mit der Drehwelle drehbar ist, und einem Hallbach-Array-Magneten (15), der an dem Kern befestigt ist, wobei der Halbach-Array-Magnet eine Vielzahl erster Magnetabschnitte (31), deren Magnetisierungsrichtung entlang einer radialen Richtung orientiert ist, und eine Vielzahl zweiter Magnetabschnitte (32) aufweist, deren Magnetisierungsrichtung entlang einer Umlaufsrichtung orientiert ist, wobei die ersten Magnetabschnitte und die zweiten Magnetabschnitte abwechselnd in der Umlaufsrichtung angeordnet sind, der Kern einen röhrenförmigen Wellenbefestigungsabschnitt (21), der an der Drehwelle befestigt ist, einen röhrenförmigen Jochabschnitt (24), der sich radial außerhalb des Wellenbefestigungsabschnitts und radial innerhalb des Halbach-Array-Magneten befindet, um einen Magnetpfad zu bilden, und eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten (23) aufweist, die sich radial von dem Wellenbefestigungsabschnitt nach außen erstrecken, um mit dem Jochabschnitt verbunden zu werden, die Verbindungsabschnitte in der Umlaufsrichtung mit dazwischen gebildeten Lücken (S) angeordnet sind, und auf einer inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts Zusatzfunktionsabschnitte (25, 26) gebildet sind, um sich radial von der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts nach innen zu erstrecken, wobei jeder der Zusatzfunktionsabschnitte sich radial innerhalb eines entsprechenden einen der zweiten Magnetabschnitte befindet und eine zusätzliche Funktion zusätzlich zu der Funktion des Bildens des Magnetpfads aufweist.
Rotor nach Anspruch 1, wobei die Zusatzfunktionsabschnitte Verbindungsabschnitte (25) aufweisen, die die Verbindungsabschnitte mit dem Jochabschnitt jeweils verbinden.
Rotor nach Anspruch 2, wobei eine Abmessung in Umlaufsrichtung von jedem der Verbindungsabschnitte größer als eine Abmessung in Umlaufsrichtung von jedem der zweiten Magnetabschnitte ist.
Rotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei jeder der Verbindungsabschnitte eine verjüngte Form derart aufweist, dass die Abmessung in Umlaufsrichtung davon sich zu der radial äußeren Seite hin erhöht.
Rotor nach einem der Ansprüche 1-4, weiterhin mit einem Abdeckungselement (16), das an einem axialen Ende des Kerns angebracht ist, wobei die Zusatzfunktionsabschnitte einen Abdeckungsbefestigungsabschnitt (26) zum Befestigen des Abdeckungselements an dem Kern aufweisen.
Rotor nach Anspruch 5, wobei der Abdeckungsbefestigungsabschnitt eine Bolzeneinsetzöffnung (26a) aufweist, die gebildet ist, um axial durch den Abdeckungsbefestigungsabschnitt zu dringen, und das Abdeckungselement an dem Kern durch einen Durchgangsbolzen (41), der in die Bolzeneinsetzöffnung eingesetzt ist, und eine Mutter (42), die auf den Durchgangsbolzen geschraubt ist, befestigt ist.
Rotierende elektrische Maschine mit: einem ringförmigen Stator (11), und einem Rotor (12), der innerhalb des Stators vorgesehen ist, wobei der Rotor eine Drehwelle (13), einen Kern (14), der an der Drehwelle derart vorgesehen ist, dass er zusammen mit der Drehwelle drehbar ist, und einen Hallbach-Array-Magneten (15) aufweist, der an dem Kern befestigt ist, der Halbach-Array-Magnet eine Vielzahl erster Magnetabschnitte (31), deren Magnetisierungsrichtung entlang einer radialen Richtung orientiert ist, und eine Vielzahl zweiter Magnetabschnitte (32) aufweist, deren Magnetisierungsrichtung entlang einer Umlaufsrichtung orientiert ist, wobei die ersten Magnetabschnitte und die zweiten Magnetabschnitte abwechselnd in der Umlaufsrichtung angeordnet sind, der Kern einen röhrenförmigen Wellenbefestigungsabschnitt (21), der an der Drehwelle befestigt ist, einen röhrenförmigen Jochabschnitt (24), der sich radial außerhalb des Wellenbefestigungsabschnitts und radial innerhalb des Halbach-Array-Magneten befindet, um einen Magnetpfad zu bilden, und eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten (23) aufweist, die sich radial von dem Wellenbefestigungsabschnitt nach außen erstrecken, um mit dem Jochabschnitt verbunden zu werden, die Verbindungsabschnitte in der Umlaufsrichtung mit dazwischen gebildeten Lücken (S) angeordnet sind, und auf einer inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts Zusatzfunktionsabschnitte (25, 26) gebildet sind, um sich radial von der inneren Umlaufsoberfläche des Jochabschnitts nach innen zu erstrecken, wobei jeder der Zusatzfunktionsabschnitte sich radial innerhalb eines entsprechenden einen der zweiten Magnetabschnitte befindet und eine zusätzliche Funktion zusätzlich zu der Funktion des Bildens des Magnetpfads aufweist.