DE112020007517T5

DE112020007517T5 - Rotierende elektrische maschine

Info

Publication number: DE112020007517T5
Application number: DE112020007517.6T
Authority: DE
Inventors: Hidenori Sasaki; Kenta MOTOYOSHI; Shohei Fujikura; Hiroko Ikeda; Koji Kawamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2023-06-22
Also published as: JP7066310B1; WO2022038750A1; CN116018744A; US20230208225A1; JPWO2022038750A1

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf. Der Rotor weist einen Rotorkern und eine Mehrzahl von Permanentmagneten auf. Der Rotorkern hat eine Mehrzahl von Löchern, die eine Mehrzahl von ersten Löcher und eine Mehrzahl von zweiten Löchern aufweist. Die Mehrzahl von Permanentmagneten sind jeweils nur in die Mehrzahl von ersten Löchern der Mehrzahl von Löchern eingeführt. Der Rotorkern weist eine Mehrzahl von Kernbereichen auf. Der Rotorkern weist einen Ringbereich und eine Mehrzahl von Kopplungsbereichen auf. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen koppelt den Ringbereich und einen ersten Kernbereich von jedem der Mehrzahl von Kernbereichen miteinander. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen hat mindestens einen Kopplungspfad. Die Summe der Breite eines Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungsbereich ist kleiner als die Länge einer Verbindungs-Grenzfläche zwischen dem Ringbereich und jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, die einen Rotor aufweist, der einen Rotorkern sowie eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweist, die in dem Rotorkern angeordnet sind.
Stand der Technik
In der Patentliteratur 1 ist ein Motor mit innenliegendem Magneten beschrieben. In einer Ringfläche eines Rotors des Motors mit innenliegendem Magneten sind rechteckige Schlitze, von denen halb so viele wie die Anzahl von Motorpolen vorhanden sind, und rechteckige Permanentmagnete, von denen genauso viele wie die Anzahl von Schlitzen vorhanden sind, abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Segmentbereiche, von denen genauso viele wie die Anzahl von Motorpolen vorhanden sind, sind zwischen den Schlitzen und den Permanentmagneten ausgebildet. Die Segmentbereiche sind abwechselnd als N-Pole und S-Pole entlang der Umfangsrichtung magnetisiert.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2010 - 200 480 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem Rotor des Motors mit innenliegendem Magneten, der oben beschrieben ist, sind zwei Segmentbereiche, die aneinander grenzen, über den Schlitz hinweg miteinander durch einen Verbindungsbereich verbunden, der sich auf der Innenumfangsseite bezogen auf den Schlitz befindet, sowie einen Verbindungsbereich, der sich auf der Außenumfangsseite bezogen auf den Schlitz befindet. Folglich wird in dem Rotor ein geschlossener magnetischer Kreis ausgebildet, in dem ein magnetischer Fluss durch jene Verbindungsbereiche in der Umfangsrichtung fließt. Folglich ergibt sich das Problem, dass magnetische Streuflüsse in Umfangsrichtung zunehmen, die nicht mit einem Stator verkettet sind. Dadurch wird die Drehmoment-Ausgangsleistung im Motor verschlechtert.
Diese Erfindung wurde in Anbetracht des oben erwähnten Problems konzipiert. Es ist ihre Aufgabe, eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, die zum Verbessern ihrer Drehmoment-Ausgangsleistung imstande ist.
Lösung des Problems
Gemäß der Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine angegeben, die Folgendes aufweist: einen Stator; und einen Rotor, der auf einer Innenumfangsseite des Stators angeordnet ist, so dass er bezogen auf den Stator drehbar ist, wobei der Rotor Folgendes aufweist: einen Rotorkern; eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die am Rotorkern angeordnet sind; und eine Welle, die an einem Mittelbereich des Rotorkerns fixiert ist und in Axialrichtung des Rotors verläuft, wobei der Rotorkern eine Mehrzahl von Löchern aufweist, die in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Löchern eine Mehrzahl von ersten Löchern und eine Mehrzahl von zweiten Löchern aufweisen, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten jeweils nur in die Mehrzahl von ersten Löchern der Mehrzahl von Löchern eingeführt sind, wobei die Mehrzahl von ersten Löcher und die Mehrzahl von zweiten Löchern abwechselnd eines nach dem anderen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Rotorkern eine Mehrzahl von Kernbereichen aufweist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jeweils die Mehrzahl von zweiten Löcher dazwischen definiert sind, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten so magnetisiert sind, dass Magnetpolflächen, die einander in der Umfangsrichtung zugewandt sind, unterschiedliche Pole haben, wobei jeder der Mehrzahl von Kernbereichen Folgendes aufweist: einen ersten Kernbereich, der sich auf Seiten der einen Magnetpolfläche jedes der Mehrzahl von Permanentmagneten befindet; und einen zweiten Kernbereich, der sich auf Seiten der anderen Magnetpolfläche jedes der Mehrzahl von Permanentmagneten befindet, wobei der Rotorkern einen ersten Rotorkern in zumindest einem Teil in der Axialrichtung aufweist, wobei der erste Rotorkern einen ersten Ringbereich und eine Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen aufweist, wobei der erste Ringbereich auf einer Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass die Welle darin eingeführt ist, wobei jeder der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen den ersten Ringbereich und den ersten Kernbereich von jedem der Mehrzahl von Kernbereichen miteinander koppelt, wobei jeder der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen mindestens einen Kopplungspfad aufweist, und wobei die Summe der Breite eines Bereichs mit der kleinsten Breite in dem mindestens einen Kopplungspfad kleiner als die Länge einer Verbindungs-Grenzfläche ist, die eine Bogenform hat, und zwar zwischen dem ersten Ringbereich und jedem der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dieser Erfindung kann die Drehmoment-Ausgangsleistung in der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine als Basis einer ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
2 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
3 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Teils aus 2 in vergrößerter Weise.
4 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
5 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Teils aus 4 in vergrößerter Weise.
6 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer weiteren rotierenden elektrischen Maschine als Basis der ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
7 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, als Basis der ersten Ausführungsform, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine des ersten Vergleichsbeispiels erhalten wird.
8 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für die rotierende elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
9 ist ein Graph zum Zeigen der maximalen Belastung, die in einem Kopplungsbereich während der Rotation in einem Rotor erzeugt wird, der die Konfiguration aufweist, die in 1 gezeigt ist, sowie der maximalen Belastung, die in einem Kopplungsbereich während der Rotation im Rotor erzeugt wird, der die Konfiguration hat, die in 8 gezeigt ist.
10 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
11 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 8 gezeigt ist, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 10 gezeigt ist.
12 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 1-1 der ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
13 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Teils aus 12 in vergrößerter Weise.
14 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Welle einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 1-2 der ersten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
15 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
16 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-1 der zweiten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
17 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 16 gezeigt ist, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 10 gezeigt ist.
18 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-2 der zweiten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
19 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-3 der zweiten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
20 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-4 der zweiten Ausführungsform.
21 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-5 der zweiten Ausführungsform.
22 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-6 der zweiten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
23 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-7 der zweiten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
24 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 22 gezeigt ist, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 23 gezeigt ist.
25 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
26 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 3-1 der dritten Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung.
27 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 3-2 der dritten Ausführungsform.
28 ist eine erläuternde Ansicht zum Veranschaulichen einer Breite eines Kopplungspfads.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform wird beschrieben. Zunächst wird eine rotierende elektrische Maschine als Basis der ersten Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine als Basis dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Hier ist die Richtung entlang des axialen Zentrums O eines Rotors 20 als Axialrichtung definiert. Die Richtung entlang des Radius des Rotors 20 im Querschnitt des Rotors 20 senkrecht zur Axialrichtung ist als Radialrichtung definiert. Die Richtung entlang der Rotationsrichtung des Rotors 20, d. h. die Richtung entlang dem Umfang um das axiale Zentrum O im Querschnitt, wie oben beschrieben, ist als Umfangsrichtung definiert.
Wie in 1 veranschaulicht, weist eine rotierende elektrische Maschine 100 einen Stator 10 und den Rotor 20 auf, der auf einer Innenumfangsseite des Stators 10 angeordnet ist, so dass er bezogen auf den Stator 10 drehbar ist. Ein Spalt 15, der als Magnetspalt dient, ist zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 definiert.
Der Stator 10 ist so angeordnet, dass er den Außenumfang des Rotors 20 umgibt. Der Stator 10 weist einen Statorkern 11 und eine Mehrzahl von Wicklungen 14 auf. Der Statorkern 11 weist eine Kern-Rückseite 12 auf, die in einer Ringform ausgebildet ist, und eine Mehrzahl von Zähnen 13, die von der Kern-Rückseite 12 in Richtung der Innenumfangsseite vorstehen. Die Mehrzahl von Wicklungen 14 ist jeweils um die Mehrzahl von Zähnen 13 gewickelt, und zwar mit einem konzentrierten Wicklungsverfahren. In der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, sind zwölf Zähne 13 und zwölf Wicklungen 14 angeordnet.
Wie in 2 veranschaulicht, auf die später noch Bezug genommen wird, kann die Kern-Rückseite 12 eine Konfiguration aufweisen, bei der eine Mehrzahl von Kernblöcken, die jeweils in einer Bogenform ausgebildet sind, miteinander in einer Ringform gekoppelt sind. Außerdem ist die Anzahl von Zähnen 13 und die Anzahl von Wicklungen 14 nicht auf die oben erwähnte Anzahl beschränkt, solange die Anzahl nt von Zähnen 13 und die Anzahl nc von Wicklungen 14 die Relation nc ≤ nt erfüllen.
Der Rotor 20 weist Folgendes auf: einen Rotorkern 21, eine Mehrzahl von Permanentmagneten 22, die innerhalb des Rotorkerns 21 angeordnet sind, und eine Welle 23, die auf der Innenumfangsseite des Rotorkerns 21 angeordnet ist. Der Rotor 20 ist ein Rotor mit innenliegendem Magneten vom vertikal innenliegenden Typ, bei dem die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 radial innerhalb des Rotorkerns 21 angeordnet sind. Der Rotor mit innenliegendem Magneten vom vertikal innenliegenden Typ kann als Speichen-Rotor bezeichnet werden.
Der Rotor 20 ist ein Folgepol-Rotor, bei dem die Anzahl von Permanentmagneten 22 kleiner als die Anzahl von Magnetpolen ist. Der Rotor 20 hat p/2 Permanentmagnete 22, wenn die Anzahl von Magnetpolen „p“ ist. Hier ist „p“ eine gerade Zahl von zwei oder mehr. In der Konfiguration, die in 1 veranschaulicht ist, ist die Anzahl von Magnetpolen „p“ des Rotors 20 zehn, und demzufolge ist die Anzahl von Permanentmagneten 22 fünf.
Der Rotorkern 21 hat eine Konfiguration, bei der eine Mehrzahl von Kernplatten, die jeweils aus einem Magnetmaterial gebildet sind, in der Axialrichtung laminiert sind. Der Rotorkern 21 hat eine Mehrzahl von Löchern 30, die ihn in der Axialrichtung hindurchgehen. Die Mehrzahl von Löchern 30 sind in der Umfangsrichtung des Rotors 20 angeordnet. Im Querschnitt des Rotors 20 senkrecht zur Axialrichtung sind die Mehrzahl von Löchern 30 radial angeordnet, derart, dass die Längsrichtung jedes der Mehrzahl von Löchern 30 entlang der Radialrichtung verläuft. Die Anzahl von Löchern 30 ist „p“, was gleich der Anzahl von Magnetpolen des Rotors 20 ist.
Die Permanentmagnete 22 sind in einige der Mehrzahl von Löchern 30 eingeführt. Das heißt, die Mehrzahl von Löchern 30 weisen eine Mehrzahl von ersten Löchern 31 auf, in die die Permanentmagnete 22 eingeführt sind, und eine Mehrzahl von zweiten Löchern 32, in die die Permanentmagnete 22 nicht eingeführt sind. Die Permanentmagnete 22 sind jeweils nur in die Mehrzahl von ersten Löchern 31 der Mehrzahl von Löchern 30 eingeführt. Die Anzahl von ersten Löchern 31 und die Anzahl von zweiten Löchern 32 beträgt jeweils p/2. In der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, beträgt die Anzahl von Magnetpolen „p“ zehn, und demzufolge beträgt die Anzahl von ersten Löchern 31 und die Anzahl von zweiten Löchern 32 jeweils fünf.
Die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löchern 32 sind abwechselnd eines nach dem anderen in der Umfangsrichtung des Rotors 20 angeordnet. Das heißt, die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löchern 32 sind abwechselnd eines nach dem anderen auf dem Umfang um das axiale Zentrum O des Rotors 20 herum angeordnet. In der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, sind die Form der ersten Löcher 31 und die Form der zweiten Löcher 32 voneinander verschieden, aber die Form der ersten Löcher 31 und die Form der zweiten Löcher 32 kann auch gleich sein.
Das erste Loch 31 hat einen Außenumfangs-Öffnungsbereich 33 und einen Innenumfangs-Öffnungsbereich 34. Der Außenumfangs-Öffnungsbereich 33 öffnet sich in Richtung der Außenseite in der Radialrichtung, d. h. der Seite des Stators 10 in der Radialrichtung. Der Innenumfangs-Öffnungsbereich 34 öffnet sich in Richtung der Innenseite in der Radialrichtung, d. h. der Seite der Welle 23 in der Radialrichtung. Das heißt, das erste Loch 31 ist sowohl zur Außenseite, als auch zur Innenseite in Radialrichtung hin offen.
Das zweite Loch 32 hat einen Außenumfangs-Öffnungsbereich 35 und einen Innenumfangs-Öffnungsbereich 36. Der Außenumfangs-Öffnungsbereich 35 öffnet sich in Richtung der Außenseite in der Radialrichtung, d. h. der Seite des Stators 10 in der Radialrichtung. Der Innenumfangs-Öffnungsbereich 36 öffnet sich in Richtung der Innenseite in der Radialrichtung, d. h. der Seite der Welle 23 in der Radialrichtung. Das heißt, das zweite Loch 32 ist sowohl zur Außenseite, als auch zur Innenseite in Radialrichtung hin offen. Der Außenumfangs-Öffnungsbereich 35 dient als Magnetspalt eines Magnetpfads entlang der Umfangsrichtung an einem Außenumfangsbereich des Rotorkerns 21. Der Innenumfangs-Öffnungsbereich 36 dient als Magnetspalt eines Magnetpfads entlang der Umfangsrichtung an einem Innenumfangsbereich des Rotorkerns 21. Die Umfangsbreite des zweiten Lochs 32 nimmt von der Außenumfangsseite in Richtung der Innenumfangsseite zu. Die Umfangsbreite des zweiten Lochs 32 kann jedoch in der Radialrichtung auch konstant sein.
Das Innere von jedem der zweiten Löcher 32 ist ein Zwischenraum. Nichtmagnetische Bauteile aus einem nichtmagnetischen Material, wie z. B. Harz oder nichtmagnetisches Metall, können in das Innere der zweiten Löcher 32 eingeführt sein. Der Rotorkern 21 kann von den nichtmagnetischen Bauteilen gehalten werden, die in das Innere der zweiten Löcher 32 eingeführt sind.
Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22, die jeweils in die Mehrzahl von ersten Löchern 31 eingeführt sind, sind radial im Querschnitt des Rotors 20 senkrecht zur Axialrichtung angeordnet. In demselben Querschnit verläuft die Längsrichtung jedes der Permanentmagneten 22 entlang der Radialrichtung des Rotors 20. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 sind in der Umfangsrichtung angeordnet. Zwei Permanentmagnete 22, die in der Umfangsrichtung über das zweite Loch 32 hinweg aneinander grenzen, sind so magnetisiert, dass zwei Magnetpolflächen, die einander in der Umfangsrichtung zugewandt sind, unterschiedliche Pole haben.
Beispielsweise ist jeder der Mehrzahl von Permanentmagneten 22 so magnetisiert, dass die Magnetpolfläche, die in der Gegenuhrzeigerrichtung in 1 weist, ein N-Pol wird, und die Magnetpolfläche, die in der Uhrzeigersinnrichtung in 1 weist, ein S-Pol wird. Die Magnetisierungsrichtung jedes der Permanentmagneten 22 verläuft entlang der Umfangsrichtung des Rotors 20. Jeder der Permanentmagnete 22 ist am Rotorkern 21 unter Verwendung eines Klebstoffs oder dergleichen fixiert.
Der Rotorkern 21 weist eine Mehrzahl von Kernbereichen 40 auf. Im Querschnitt des Rotors 20 senkrecht zur Axialrichtung hat jeder der Mehrzahl von Kernbereichen 40 eine Fächerform. Die Mehrzahl von Kernbereichen 40 sind parallel in der Umfangsrichtung angeordnet, wobei jedes der Mehrzahl von zweiten Löcher 32 dazwischen definiert ist. Die Anzahl von Kernbereichen 40 beträgt p/2. In der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, beträgt die Anzahl von Magnetpolen „p“ zehn, und demzufolge beträgt die Anzahl von Kernbereichen 40 fünf. Ein zweites Loch 32 ist zwischen zwei Kernbereichen 40 angeordnet, die in der Umfangsrichtung aneinander grenzen. Mit anderen Worten: Jeder der Kernbereiche 40 befindet sich zwischen zwei zweiten Löchern 32, die in der Umfangsrichtung aneinander grenzen.
Ein erstes Loch 31 ist in jedem der Mehrzahl von Kernbereichen 40 ausgebildet. Das heißt, ein Permanentmagnet 22 wird jedem der Mehrzahl von Kernbereichen 40 zur Verfügung gestellt. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist ein Außenumfangsende des Permanentmagneten 22 am Außenumfangs-Öffnungsbereich 33 angeordnet und bildet ein Außenumfangsende des Kernbereichs 40. In demselben Querschnitt ist ein Innenumfangsende des Permanentmagneten 22 am Innenumfangs-Öffnungsbereich 34 angeordnet und bildet ein Innenumfangsende des Kernbereichs 40.
Jeder der Mehrzahl von Kernbereichen 40 weist einen ersten Kernbereich 41 und einen zweiten Kernbereich 42 auf. Der erste Kernbereich 41 befindet sich auf Seiten der einen Magnetpolfläche des Permanentmagneten 22. Der zweite Kernbereich 42 befindet sich auf Seiten der anderen Magnetpolfläche des Permanentmagneten 22. In der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, befindet sich der erste Kernbereich 41 auf Seiten des S-Pols des Permanentmagneten 22 in jedem der Mehrzahl von Kernbereichen 40, und der zweite Kernbereich 42 befindet sich auf Seiten des N-Pols des Permanentmagneten 22 in jedem der Mehrzahl von Kernbereichen 40. In der Konfiguration, die in 1, gezeigt ist, sind fünf Kernbereiche 40 vorhanden, und demzufolge sind fünf erste Kernbereiche 41 und fünf zweite Kernbereiche 42 vorhanden.
In jedem der Mehrzahl von Kernbereichen 40 sind der erste Kernbereich 41 und der zweite Kernbereich 42 miteinander unter Verwendung eines Klebstoffs oder dergleichen verbunden, wobei der Permanentmagnet 22 dazwischen eingefügt ist. Der erste Kernbereich 41 ist in Kontakt mit dem S-Pol des Permanentmagneten 22, und demzufolge ist er zum S-Pol magnetisiert. Der zweite Kernbereich 42 ist in Kontakt mit dem N-Pol des Permanentmagneten 22, und demzufolge ist er zum N-Pol magnetisiert.
Zumindest in dem Querschnitt, der in 1 gezeigt ist, weist der Rotorkern 21 ferner einen Ringbereich 50 und eine Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 auf. Der Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 sind so ausgebildet, dass sie die Mehrzahl von Kernbereichen 40 miteinander verbinden.
Der Ringbereich 50 hat eine Ringform um das axiale Zentrum O des Rotors 20, und er ist auf der Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen 40 angeordnet. Der Ringbereich 50 ist so ausgebildet, dass die Welle 23 in die Innenseite des Ringbereichs 50 eingeführt ist. Die Welle 23 ist am axialen Zentrum O des Rotors 20 angeordnet und verläuft entlang der Axialrichtung.
Die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 verlaufen jeweils radial vom Ringbereich 50 in Richtung der ersten Kernbereiche 41 der Mehrzahl von Kernbereichen 40. Der eine Endbereich jedes der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ist mit dem Ringbereich 50 verbunden. Der andere Endbereich jedes der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ist beispielsweise mit einem Innenumfangs-Endbereich des ersten Kernbereichs 41 verbunden. Der andere Endbereich jedes der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 kann jedoch auch mit einem Bereich des ersten Kernbereichs 41 verbunden sein, der vom Innenumfangs-Endbereich verschieden ist.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 koppelt den Ringbereich 50 und jeden der Mehrzahl von ersten Kernbereiche 41 miteinander. Dadurh sind die Mehrzahl von ersten Kernbereiche 41 magnetisch miteinander durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 verbunden.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ist indessen nicht direkt mit dem zweiten Kernbereich 42 jedes der Mehrzahl von Kernbereichen 40 verbunden. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist der zweite Kernbereich 42 mit dem Kopplungsbereich 51 und dem Ringbereich 50 nur durch den ersten Kernbereich 41 verbunden, der an den zweiten Kernbereich 42 über den Permanentmagneten 22 hinweg angrenzt.
2 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 2 gezeigt, unterscheidet sich ein Rotor 20 einer rotierenden elektrischen Maschine 200 dieses Vergleichsbeispiels vom Rotor 20 der rotierenden elektrischen Maschine 100, der in 1 gezeigt ist, zumindest darin, dass das zweite Loch 32 den Außenumfangs-Öffnungsbereich 35 und den Innenumfangs-Öffnungsbereich 36 nicht aufweist. Im Rotor 20 dieses Vergleichsbeispiels sind die radialen Außenseiten der zweiten Löcher 32 mittels eines Verbindungsbereichs 201 geschlossen, und die radialen Innenseiten der zweiten Löcher 32 sind mittels eines Verbindungsbereichs 202 geschlossen. Der Verbindungsbereich 201 und der Verbindungsbereich 202 sind ein Teil des Rotorkerns 21 und aus einem Magnetmaterial gebildet.
3 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Teils aus 2 in vergrößerter Weise. In 3 ist ein effektiver magnetischer Fluss Φ1, der mit dem Stator 10 verkettet und zum Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 200 beiträgt, mit dem Pfeil mit durchgezogener Linie angezeigt, und ein magnetischer Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung, der durch einen geschlossenen magnetischen Kreis in der Umfangsrichtung geht, der im Rotorkern 21 geschlossen ist, ist mit dem Pfeil mit unterbrochener Linie angezeigt.
Die Reluktanz von jedem von dem Verbindungsbereich 201, der die radialen Außenseiten der zweiten Löcher 32 schließt, und dem Verbindungsbereich 202, der die radialen Innenseiten der zweiten Löcher 32 schließt, ist extrem kleiner als die Reluktanz des Spalts 15. Demzufolge wird der geschlossene magnetische Kreis in der Umfangsrichtung, der im Rotorkern 21 geschlossen ist, aktiv ausgebildet, und es ist weniger wahrscheinlich, dass sich ein Magnetpfad ausbildet, der veranlasst, dass ein magnetischer Fluss mit dem Stator 10 verkettet.
Damit nimmt der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung, der durch den Verbindungsbereich 202 oder den Verbindungsbereich 201 geht, relativ bezogen auf den Ausnutzungswert der Permanentmagnete 22 zu, und demzufolge verringert sich der effektive magnetische Fluss Φ1, der durch den Spalt 15 geht und mit dem Stator 10 verkettet ist. Folglich war es schwierig, die Drehmoment-Ausgangsleistung in der rotierenden elektrischen Maschine 200 in einer Konfiguration wie dem ersten Vergleichsbeispiel zu verbessern, das in 2 und 3 gezeigt ist.
4 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 4 dargestellt, hat ähnlich wie bei dem Rotor 20, der in 1 veranschaulicht ist, in einem Rotor 20 einer rotierenden elektrischen Maschine 300 dieses Vergleichsbeispiels das zweite Loch 32 den Außenumfangs-Öffnungsbereich 35 und den Innenumfangs-Öffnungsbereich 36. Im Rotor 20 dieses Vergleichsbeispiels gilt jedoch Folgendes: Im Gegensatz zum Rotor 20, der in 1 gezeigt ist, sind die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51, die den Ringbereich 50 und die Mehrzahl der ersten Kernbereiche 41 miteinander verbinden, nicht ausgebildet.
5 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Teils aus 4 in vergrößerter Weise. In 5 ist - ähnlich wie in 3 - ein effektiver magnetischer Fluss Φ1 mit dem Pfeil mit durchgezogener Linie angezeigt, und ein magnetischer Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung ist mit dem Pfeil mit unterbrochener Linie angezeigt. Wie in 5 gezeigt, geht ein geschlossener magnetischer Kreis in der Umfangsrichtung, der im Rotorkern 21 geschlossen ist, stets durch das zweite Loch 32, und demzufolge nimmt die Reluktanz des geschlossenen magnetischen Kreises in der Umfangsrichtung zu.
Dadurch kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung verringert werden, und der effektive magnetische Fluss Φ1, der mit dem Stator 10 verkettet ist, kann erhöht werden. Insbesondere gilt Folgendes: Wenn die Umfangsbreite des zweiten Lochs 32 in Richtung der Innenumfangsseite zunimmt, kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung, der näher am Innenumfang des Rotorkerns 21 ist, wirksam verringert werden.
In der Konfiguration des zweiten Vergleichsbeispiels, das in 4 und 5 veranschaulicht ist, sind die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51, die den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41 miteinander koppeln, nicht ausgebildet, und demzufolge war es schwierig, ein Drehmoment zwischen dem Rotorkern 21 und der Welle 23 zu übertragen.
Im Gegensatz dazu sind in der rotierenden elektrischen Maschine 100, die in 1 gezeigt ist, der Ringbereich 50 und die Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41 physisch jeweils miteinander durch die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 gekoppelt. Folglich kann das Drehmoment zuverlässig zwischen dem Rotorkern 21 und der Welle 23 übertragen werden.
6 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer weiteren rotierenden elektrischen Maschine als Basis dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Die Formen der Kernbereiche 40 und der zweiten Löcher 32, die in 6 gezeigt sind, sind von den Formen der Kernbereiche 40 und der zweiten Löcher 32 verschieden, die in 1 gezeigt sind. In der Konfiguration, die in 6 gezeigt ist, hat der erste Kernbereich 41 des Kernbereichs 40 eine Innenumfangsfläche 41a mit einer teilweise zylindrischen Flächenform um das axiale Zentrum O des Rotors 20 an dessen Innenumfangsende. Auf ähnliche Weise hat der zweite Kernbereich 42 des Kernbereichs 40 eine Innenumfangsfläche 42a mit einer teilweise zylindrischen Flächenform um das axiale Zentrum O des Rotors 20 an dessen Innenumfangsende. Der Kopplungsbereich 51 ist mit einer Position näher am Permanentmagneten 22 in der Innenumfangsfläche 41a des ersten Kernbereichs 41 verbunden.
In der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, ist in einem Verbindungsbereich zwischen dem Kopplungsbereich 51 und dem ersten Kernbereich 41 ein Winkel θ1, der von einer Seitenfläche des Kopplungsbereichs 51 und einer Seitenfläche des ersten Kernbereichs 41 gebildet wird, ein stumpfer Winkel. Im Gegensatz dazu ist in der Konfiguration, die in 6 gezeigt ist, im Verbindungsbereich zwischen dem Kopplungsbereich 51 und dem ersten Kernbereich 41 ein Winkel θ2, der von der Seitenfläche des Kopplungsbereichs 51 und der Innenumfangsfläche 41a des ersten Kernbereichs 41 gebildet wird, ein stumpfer Winkel, aber er ist kleiner als der Winkel θ1.
Um eine Belastungskonzentration im Verbindungsbereich zwischen dem Kopplungsbereich 51 und dem ersten Kernbereich 41 zu verhindern, wie in der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, ist es wünschenswert, dass der Winkel θ1, der von der Seitenfläche des Kopplungsbereichs 51 und der Seitenfläche des ersten Kernbereichs 41 gebildet wird, ein stumpfer Winkel und ein größerer Winkel ist.
In 6 ist - ähnlich wie in 3 - ein effektiver magnetischer Fluss Φ1 mit dem Pfeil mit durchgezogener Linie angezeigt, und ein magnetischer Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung ist mit dem Pfeil mit unterbrochener Linie angezeigt. Wie in 6 gezeigt, geht ein geschlossener magnetischer Kreis in der Umfangsrichtung, der im Rotorkern 21 geschlossen ist, durch die Kopplungsbereiche 51 und den Ringbereich 50. Ähnlich wie in der Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, geht außerdem ein geschlossener magnetischer Kreis in der Umfangsrichtung, der im Rotorkern 21 geschlossen ist, durch die Kopplungsbereiche 51 und den Ringbereich 50. Mit den Konfigurationen, die in 1 und 6 gezeigt sind, kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung zumindest in einem Bereich verringert werden, der näher am Außenumfang des Rotorkerns 21 liegt. Folglich kann der effektive magnetische Fluss Φ1, der mit dem Stator 10 verkettet ist, erhöht werden.
Ferner sind in den Konfigurationen, die in 1 und 6 gezeigt sind, die Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41, die zum gleichen Pol magnetisiert sind, miteinander durch die Kopplungsbereiche 51 und den Ringbereich 50 gekoppelt, so dass sie dazu imstande sind, auch die magnetischen Streuflüsse in Umfangsrichtung Φ2 zu verringern, die durch die Kopplungsbereiche 51 und den Ringbereich 50 gehen. Damit können die effektiven magnetische Flüsse Φ1, die mit dem Stator 10 verketten, weiter erhöht werden. Gemäß der rotierenden elektrischen Maschine 100 als Basis dieser Ausführungsform, wie in 1 und 6 gezeigt, kann außerdem die Drehmoment-Ausgangsleistung verbessert werden, und zwar verglichen mit der rotierenden elektrischen Maschine 200 des ersten Vergleichsbeispiels, das in 2 und 3 veranschaulicht ist.
7 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird, als Basis dieser Ausführungsform, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine des ersten Vergleichsbeispiels erhalten wird. Die Vertikalachse im Graphen stellt das Drehmoment [p.u.] dar, das auf das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine 200 des ersten Vergleichsbeispiels erhalten wird, als 1 normiert ist. „Konfiguration aus 2“ in 7 stellt die rotierende elektrische Maschine 200 des ersten Vergleichsbeispiels dar, und „Konfiguration aus 1“ stellt die rotierende elektrische Maschine 100 als Basis dieser Ausführungsform dar.
Wie in 7 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine 200 des ersten Vergleichsbeispiels erhalten wird, 1 ist, beträgt das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine 100 als Basis dieser Ausführungsform erhalten wird, ungefähr 3,66. Demzufolge versteht es sich, dass in der rotierenden elektrischen Maschine 100 als Basis dieser Ausführungsform erhalten wird, ein Drehmoment erhalten wird, das höher ist als dasjenige in der rotierenden elektrischen Maschine 200 des ersten Vergleichsbeispiels.
8 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration des Rotors für die rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Obwohl in 8 nicht dargestellt, ist der Stator 10 auf der Außenumfangsseite des Rotors 20 angeordnet, wobei der Spalt 15 dazwischen definiert ist. Wie in 8 gezeigt, ist im Rotor 20 in dieser Ausführungsform die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 in der Radialrichtung des Rotors 20 nicht gleichmäßig.
Im Querschnitt, der in 8 gezeigt ist, weist der Kopplungsbereich 51 einen Kopplungspfad 51a auf. Der Kopplungspfad 51a bildet einen Pfad eines Magnetpfads, der im Kopplungsbereich 51 ausgebildet ist. Wie später unter Bezugnahme auf 15 beschrieben wird, kann der Kopplungsbereich 51 auch eine Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind.
Hier wird die Breite des Kopplungspfads 51a in dem Querschnitt, der in 8 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf 28 beschrieben. 28 ist eine erläuternde Ansicht zum Veranschaulichen der Breite des Kopplungspfads. Die Breite des Kopplungspfads 51a wird auf jedem Punkt auf einer Mittellinie 51a1 des Kopplungspfads 51a bestimmt. Die Mittellinie 51a1 ist eine Linie, die den Ringbereich 50 und den ersten Kernbereich 41 miteinander verbindet, während sie durch das Zentrum des Kopplungspfads 51a geht.
Die Breite des Kopplungspfads 51a auf einem frei gewählten Punkt P0 auf der Mittellinie 51a1 beträgt t0. Die Breite t0 des Kopplungspfads 51a am Punkt P0 ist die Länge einer geraden Linie, die die kürzeste Länge unter den geraden Linien hat, die durch den Punkt P0 gehen und eine Seitenfläche 51a2 und die andere Seitenfläche 51a3 des Kopplungspfads 51a miteinander verbinden. Die kleinste Breite unter den Breiten des Kopplungspfads 51a an sämtlichen Punkte auf der Mittellinie 51a1 beträgt t1a. Das heißt, die Breite t1a ist eine Breite eines Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51a.
Die Summe der Breite eines Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad des Kopplungsbereichs 51 beträgt t1. In der Konfiguration, die in 8 gezeigt ist, hat der Kopplungsbereich 51 einen Kopplungspfad 51a, und folglich ist die Summe t1 der Breite gleich der Breite t1a (t1 = t1a).
In dem Querschnitt, der in 8 gezeigt ist, wird eine Grenze mit einer Bogenform zwischen dem Innenumfangsbereich des Kopplungsbereichs 51 und dem Außenumfangsbereich des Ringbereichs 50 nachfolgend als Verbindungs-Grenzfläche 51b bezeichnet. Die Umfangsbreite der Verbindungs-Grenzfläche 51b, d. h. eine Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b entlang des Bogens, entspricht der Länge eines Bogens, der den Kopplungsbereich 51 in einem Kreis mit einem Radius Rmin um das axiale Zentrum O überlappt. Der Radius Rmin ist der minimale Radius des Kopplungsbereichs 51 um das axiale Zentrum O.
Die Summe t1 der Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad des Kopplungsbereichs 51 ist kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b (t1 < t2).
Hier hat der Außenumfangsbereich des Rotors 20, der in 8 gezeigt ist, eine unecht runde Form im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung. Die Außenumfangsfläche von jedem von dem ersten Kernbereich 41 und dem zweiten Kernbereich 42 hat eine Bogenform um eine Position, die vom axialen Zentrum des Rotors 20 verschieden ist. Wenn der Radius eines umschriebenen Kreises, der um den Rotorkern 21 umschrieben ist, r1 ist, der Radius der Außenumfangsfläche des ersten Kernbereichs 41 r2 ist und der Radius der Außenumfangsfläche des zweiten Kernbereichs 42 r3 ist, ist die Relation r1 > r2 = r3 erfüllt. Der Rotor 20 hat eine solche Form. Dadurch werden das Rastmoment und der Drehmoment-Rippel verringert. Ähnlich wie der Rotor 20, der in 1 veranschaulicht ist, oder dergleichen, kann der Rotor 20 in dieser Ausführungsform jedoch auch eine echt runde Form im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung aufweisen.
9 ist ein Graph, um die maximale Belastung zu zeigen, die im Kopplungsbereich während der Rotation im Rotor erzeugt wird, der die Konfiguration aufweist, die in 1 gezeigt ist, und die maximale Belastung, die im Kopplungsbereich während der Rotation erzeugt wird, im Rotor, der die Konfiguration hat, die in 8 gezeigt ist. Die Vertikalachse im Graphen stellt die Belastung [p.u.] dar, die auf die maximale Belastung, die im Kopplungsbereich 51 während der Rotation erzeugt wird, im Rotor 20, der die Konfiguration hat, die in 8 gezeigt ist, als 1 normiert ist.
Wie in 9 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn die maximale Belastung, die im Kopplungsbereich 51 während der Rotation erzeugt wird, in dem Rotor 20, der die Konfiguration hat, die in 8 dargestellt ist, einen Wert von 1 hat, beträgt die maximale Belastung, die im Kopplungsbereich 51 während der Rotation erzeugt wird, im Rotor 20, der die Konfiguration hat, die in 1 dargestellt ist, ungefähr 2,0. Daher versteht es sich, dass mit der Konfiguration, die in 8 dargestellt ist, verglichen mit der Konfiguration, die in 1 dargestellt ist, die maximale Belastung, die im Kopplungsbereich 51 erzeugt wird, verringert werden kann, und dass die Belastungskonzentration entspannt werden kann.
Wenn die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 verringert wird, erhöht sich die Reluktanz des Kopplungsbereichs 51. Dadurch ist es möglich, den magnetischen Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung zu verringern. Während der Rotation des Rotors 20, wird jedoch eine große Belastung in der Verbindungs-Grenzfläche 51b zwischen dem Ringbereich 50 und dem Kopplungsbereich 51 erzeugt, und demzufolge ist es schwierig, die Umfangsbreite der Verbindungs-Grenzfläche 51b zu verringern.
In der Konfiguration dieser Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, ist die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b größer als die Summe t1 der Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad des Kopplungsbereichs 51. Damit kann die Umfangsbreite der Verbindungs-Grenzfläche 51b zwischen dem Ringbereich 50 und dem Kopplungsbereich 51 vergrößert werden, so dass es möglich ist, die Belastungskonzentration in der Verbindungs-Grenzfläche 51b zu entspannen. Folglich kann mit der Konfiguration dieser Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden.
In einem Bereich des Kopplungsbereichs 51 weg von der Verbindungs-Grenzfläche 51b kann indessen die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 verringert werden, Damit kann die Reluktanz des Kopplungsbereichs51 vergrößert werden, so dass es möglich ist, den magnetischen Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung zu verringern. Mit der Konfiguration dieser Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, kann folglich verglichen mit der rotierenden elektrischen Maschine 100 als Basis dieser Ausführungsform, wie in 1 und 6 gezeigt, der effektive magnetischer Fluss Φ1 weiter erhöht werden, so dass es möglich ist, das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine weiter zu verbessern.
Der Wert des magnetischen Flusses, der durch den Magnetpfad geht, wird durch die kleinste Breite unter der Abfolge von Pfaden des Magnetpfads bestimmt. Genauer gesagt: Es tritt eine Flussdichten-Sättigung in einem Bereich auf, der die kleinste Breite im Kopplungspfad 51a hat, und die magnetische Permeabilität wird niedriger, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass der magnetische Fluss hindurchgeht. Um den Wert des magnetischen Flusses zu verringern, der durch den Kopplungsbereich 51 geht, ist es daher wünschenswert, dass die Breite des Kopplungspfads 51a so klein wie möglich ist.
Im Rotorkern 21 wiederum ist ein gefährlicher Querschnitt, der mit der Festigkeit der Struktur zusammenhängt, die Verbindungs-Grenzfläche 51b mit der Bogenform zwischen dem Außenumfangsbereich des Ringbereichs 50 und dem Kopplungsbereich 51. Um die Festigkeit des Rotorkerns 21 zu erhöhen, ist es daher bevorzugt, dass die Länge der Verbindungs-Grenzfläche 51b so groß wie möglich ist.
Aus dem Obigen ergibt sich, dass die Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51a verringert wird, um den Wert des magnetischen Flusses zu verringern, der durch den Kopplungsbereich 51 geht, während die Länge der Verbindungs-Grenzfläche 51b soweit wie möglich erhöht wird, um die Festigkeit zu erhöhen, so dass es möglich wird, den magnetischen Streufluss zu verringern, während die Festigkeit erhöht wird. Folglich ist die Summe t1 der Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad 51a zumindest kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b.
Außerdem ist es wünschenswert, dass die Breite t1a des Bereichs mit der kleinsten Breite in jedem Kopplungspfad 51a gleich groß wie oder größer ist als die Dicke eines magnetischen Stahlblechs, das den Rotorkern 21 bildet. Wenn die Anzahl von Magnetpolen „p“ ist, kann die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b auf eine Länge erhöht werden, die erhalten wird, indem die Länge des Umfangs mit dem Radius Rmin durch p/2 geteilt wird.
Wie oben beschrieben, wird die Summe t1 der Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad 51a mit der Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b verglichen. Demzufolge kann die Struktur erhalten werden, die zum Entspannen der Belastungskonzentration in der Verbindungs-Grenzfläche 51b imstande ist, während der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung verringert wird.
Das heißt, mit der Konfiguration dieser Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, ist es möglich, sowohl das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine, als auch die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern.
10 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 10 gezeigt, nimmt bei dem Rotor 20 des dritten Vergleichsbeispiels die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 von der Innenumfangsseite in Richtung der Außenumfangsseite zu.
11 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 8 gezeigt ist, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 10 gezeigt ist.Die Vertikalachse im Graphen stellt das Drehmoment [p.u.] dar, das auf das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor 20 mit der in 8 gezeigten Konfiguration aufweist, als 1 normiert ist.
Wie in 11 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor 20 aufweist, der die Konfiguration hat, die in 8 gezeigt ist, einen Wert von 1 hat, dann beträgt das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor aufweist, der die Konfiguration hat, die in 10 gezeigt ist, 0,96. Es versteht sich folglich, dass in der rotierenden elektrischen Maschine dieser Ausführungsform, die den Rotor 20 aufweist, der die Konfiguration hat, die in 8 gezeigt ist, ein höheres durchschnittliches Drehmoment erhalten wird, und zwar verglichen mit der rotierenden elektrischen Maschine des dritten Vergleichsbeispiels, die den Rotor 20 aufweist, der die Konfiguration hat, die in 10 gezeigt ist.
12 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 1-1 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. 13 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Teils aus 12 in vergrößerter Weise. Wie in 12 und 13 veranschaulicht, weist ein Ringbereich 50 in diesem Modifikationsbeispiel eine Mehrzahl von Vorsprüngen 52 auf. Die Mehrzahl von Vorsprüngen 52 sind auf der Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 ausgebildet und stehen zur Innenumfangsseite vor. Jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen 52 ist in Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Welle 23, die in den Ringbereich 50 eingeführt ist, und wird von der Welle 23 flachgedrückt. Die Welle 23 hat eine echt runde Form im Querschnitt.
Die Form jedes der Mehrzahl von Vorsprüngen 52, die in 12 und 13 gezeigt sind, ist diejenige, bevor sie von der Welle 23 flach gedrückt werden, die in den Ringbereich 50 eingeführt ist. Bevor die Welle 23 in den Ringbereich 50 eingeführt wird, hat jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen 52 beispielsweise eine rechteckige Form im Querschnitt. Die Form jedes der Mehrzahl von Vorsprüngen 52 kann jedoch eine beliebige Form sein.
Jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen 52 ist an einer Position angeordnet, die von zumindest der Verbindungs-Grenzfläche 51b im Kopplungsbereich 51 in der Umfangsrichtung des Rotors 20 verschoben ist. Das heißt, bei Betrachtung entlang der Radialrichtung des Rotors 20 ist jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen 52 so angeordnet, dass er nicht irgendeine der Mehrzahl von Verbindungs-Grenzflächen 51b überlappt.
Der Ringbereich 50 hat eine Mehrzahl von Vorsprungsgruppen 53, die jeweils mindestens einen Vorsprung 52 aufweisen. In der Konfiguration, die in 12 und 13 gezeigt ist, weist jeder der Mehrzahl von Vorsprungsgruppen 53 zwei Vorsprünge 52 auf. Die Mehrzahl von Vorsprungsgruppen 53 sind in der Umfangsrichtung angeordnet. Wenn die Anzahl von Magnetpolen des Rotors 20 „p“ ist, hat die Anzahl von Vorsprungsgruppen 53 einen Wert von p/2. Das heißt, die Anzahl von Vorsprungsgruppen 53 ist gleich der Anzahl von Kopplungsbereichen 51. Jeder der Mehrzahl von Vorsprungsgruppen 53 ist zwischen zwei Kopplungsbereichen 51 angeordnet, die aneinander in der Umfangsrichtung angrenzen. Wenn der Winkel, der von einem Mittelbereich der Vorsprungsgruppe 53 in der Umfangsrichtung und einem Mittelbereich der Verbindungs-Grenzfläche 51b in der Umfangsrichtung gebildet wird, β ist, ist die Relation β > 0 erfüllt. Die Mehrzahl von Vorsprungsgruppen 53 brauchen nicht in gleichmäßigen Abständen angeordnet zu sein.
Wenn beispielsweise die Anzahl von Polpaaren des Rotors 20 einen Wert P hat (P = 2 × p), dann hat der Ringbereich 50 eine Vorsprungsgruppe 53 für jeden Winkelbereich von (360/P)° über das axiale Zentrum O des Rotors 20. Mit anderen Worten: Der Ringbereich 50 hat N Vorsprünge 52 für jeden Winkelbereich von (360/P)° um das axiale Zentrum O des Rotors 20. Hier ist N eine Ganzzahl von 1 oder mehr.
Beim Herstellungsprozess des Rotors 20 gilt Folgendes: Wenn die Welle 23 in den Ringbereich 50 eingeführt wird, nimmt der Ringbereich 50 von der Welle 23 Belastungen auf. Während der Rotation des Rotors 20 werden indessen größere Belastungen in der Verbindungs-Grenzfläche 51b als in den übrigen Bereichen erzeugt. Folglich kann währen der Rotation des Rotors 20 Belastungen gleich groß wie oder höher als die Fließgrenze in der Verbindungs-Grenzfläche 51b erzeugt werden.
Im Gegensatz dazu sind im Ringbereich 50 in diesem Modifikationsbeispiel die Vorsprünge 52, die von der Welle 23 Belastungen aufnehmen, an Positionen ausgebildet, die von der Verbindungs-Grenzflächen 51b verschoben sind. Damit ist es weniger wahrscheinlich, dass die Verbindungs-Grenzfläche 51b Belastungen von der Welle 23 aufnehmen. Dadurch ist es möglich, dass die Belastungskonzentration in der Verbindungs-Grenzfläche 51b entspannt wird. Demzufolge können die Belastungen, die in der Verbindungs-Grenzfläche 51b erzeugt werden, geringer als die Fließgrenze gemacht werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern.
Außerdem sind in diesem Modifikationsbeispiel die Mehrzahl von Vorsprüngen 52 auf der Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 ausgebildet, so dass die Belastungen, die von der Welle 23 aufgenommen werden, an jedem der Mehrzahl von Vorsprüngen 52 konzentriert werden können. Damit kann in einem Bereich, in dem die Vorsprünge 52 nicht ausgebildet sind, die radiale Dicke des Ringbereichs 50 verringert werden. Demzufolge kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung weiter verringert werden, und der effektive magnetische Fluss Φ1 kann weiter erhöht werden. Gemäß diesem Modifikationsbeispiel kann folglich das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine weiter verbessert werden.
Außerdem kann in diesem Modifikationsbeispiel die Befestigungs-Randtoleranz entspannt werden, die zum Presspassen der Welle 23 in den Ringbereich 50 notwendig ist.
14 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Welle einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 1-2 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 14 veranschaulicht, sind eine Mehrzahl von Vorsprüngen 24 auf einer Außenumfangsfläche einer Welle 23 ausgebildet. Jede der Mehrzahl von Vorsprüngen 24 steht von der Außenumfangsfläche der Welle 23 zur Außenumfangsseite vor und ist in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 (in 14 nicht dargestellt). Die Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 hat beispielsweise eine echt runde Form im Querschnitt.
Das heißt, im Modifikationsbeispiel 1-1 sind die Vorsprünge 52 auf der Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 ausgebildet, wohingegen in diesem Modifikationsbeispiel die Vorsprünge 24 auf der Außenumfangsfläche der Welle 23 ausgebildet sind. Es ist wünschenswert, dass jeder der Mehrzahl von Vorsprüngen 24 an Positionen angeordnet ist, die jeder der Mehrzahl von Verbindungs-Grenzflächen 51b in Umfangsrichtung des Rotors 20 verschoben sind. Auch gemäß diesem Modifikationsbeispiel werden die gleichen Wirkungen wie diejenigen des Modifikationsbeispiels 1-1 erhalten.Wie oben beschrieben, weist die rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform den Stator 10 auf, sowie den Rotor 20, der auf der Innenumfangsseite des Stators 10 angeordnet ist, so dass er bezogen auf den Stator 10 drehbar ist.
Der Rotor 20 weist den Rotorkern 21, die Mehrzahl von Permanentmagneten 22, die am Rotorkern 21 angeordnet sind, und die Welle 23 auf, die am Mittelbereich des Rotorkerns 21 fixiert ist und in der Axialrichtung des Rotors 20 verläuft. Die Mehrzahl von Löchern 30, die in der Umfangsrichtung des Rotors 20 angeordnet sind, sind im Rotorkern 21 ausgebildet. Die Mehrzahl von Löchern 30 weisen die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löcher 32 auf. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 sind jeweils nur in die Mehrzahl von ersten Löchern 31 der Mehrzahl von Löchern 30 eingeführt. Die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löchern 32 sind abwechselnd eines nach dem anderen in der Umfangsrichtung angeordnet.
Der Rotorkern 21 weist die Mehrzahl von Kernbereichen 40 auf, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jedes der Mehrzahl von zweiten Löchern 32 dazwischen definiert ist. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 sind so magnetisiert, dass die Magnetpolflächen, die einander in der Umfangsrichtung zugewandt sind, unterschiedliche Pole haben. Jeder der Mehrzahl von Kernbereichen 40 weist Folgendes auf: den ersten Kernbereich 41, der sich auf Seiten einer Magnetpolfläche der Mehrzahl der Permanentmagnete 22 befindet, und den zweiten Kernbereich 42, der sich auf Seiten der anderen Magnetpolfläche jedes der Mehrzahl der Permanentmagnete 22 befindet. Der Rotorkern 21 weist einen ersten Rotorkern in zumindest einem Teil in der Axialrichtung auf.
Der erste Rotorkern weist den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 auf. Der Ringbereich 50 ist auf der Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen 40 angeordnet, und die Welle 23 ist in den Ringbereich 50 eingeführt. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 koppelt den Ringbereich 50 und den ersten Kernbereich 41 jedes der Mehrzahl von Kernbereichen 40 miteinander. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 weist mindestens einen Kopplungspfad 51a auf.
Die Summe t1 der Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad 51a ist kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b mit einer Bogenform zwischen dem Ringbereich 50 und jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51. Hier ist der Rotorkern 21, der im Querschnitt in 8 dargestellt ist, ein Beispiel für einen ersten Rotorkern. Der Ringbereich 50 ist ein Beispiel für einen ersten Ringbereich. Die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 sind ein Beispiel für eine Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen.
Mit dieser Konfiguration sind die Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41, die so magnetisiert sind, dass sie den gleichen Pol haben, miteinander durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 gekoppelt. Dadurch ist es möglicht, die magnetischen Streuflüsse in Umfangsrichtung Φ2 zu verringern, die durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 gehen. Folglich kann die Drehmoment-Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Mit dieser Konfiguration kann außerdem die Länge der Verbindungs-Grenzfläche 51b zwischen dem Ringbereich 50 und dem Kopplungsbereich 51 vergrößert werden. Dadurch ist es möglich, die Belastungskonzentration in der Verbindungs-Grenzfläche 51b zu entspannen. Demzufolge kann die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden.
Mit dieser Konfiguration gilt außerdem Folgendes: In einem Bereich des Kopplungsbereichs 51 weg von der Verbindungs-Grenzfläche 51b kann die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 verringert werden. Dadurch ist es möglich, die Reluktanz des Kopplungsbereichs 51 zu erhöhen. Folglich kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung verringert werden. Dadurch ist es möglich, die Drehmoment-Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine weiter zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform hat der Ringbereich 50 den Vorsprung 52, der auf der Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 ausgebildet ist und in Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Welle 23 ist. Mit dieser Konfiguration können Belastungen, die von der Welle 23 aufgenommen werden, an den Vorsprüngen 52 konzentriert werden, und die radiale Dicke des Ringbereichs 50 kann verringert werden. Folglich kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung weiter verringert werden. Dadurch ist es möglich, das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine weiter zu verbessern. Mit dieser Konfiguration kann außerdem die Befestigungs-Randtoleranz, die zum Presspassen der Welle 23 in den Ringbereich 50 notwendig ist, entspannt werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform ist der Vorsprung 52 an der Position angeordnet, die von jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 in der Umfangsrichtung verschoben ist. Mit dieser Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass die Verbindungs-Grenzfläche 51b zwischen dem Ringbereich 50 und dem Kopplungsbereich 51 Belastungen von der Welle 23 aufnimmt, und die Belastungen, die in der Verbindungs-Grenzfläche 51b erzeugt werden, können geringer als die Fließgrenze gemacht werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform gilt Folgendes: Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung weist der Ringbereich 50 die Mehrzahl von Vorsprungsgruppen 53 auf, die jeweils einen Vorsprung 52 aufweisen, der auf der Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 ausgebildet ist und in Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Welle 23 ist. Jede der Mehrzahl von Vorsprungsgruppen 53 ist zwischen zwei Kopplungsbereichen 51 angeordnet, die unter der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 in der Umfangsrichtung aneinander grenzen. Mit dieser Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass die Verbindungs-Grenzfläche 51b zwischen dem Ringbereich 50 und dem Kopplungsbereich 51 Belastungen von der Welle 23 aufnimmt, und die Belastungen, die in der Verbindungs-Grenzfläche 51b erzeugt werden, können geringer als die Fließgrenze gemacht werden. Demzufolge kann die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform hat die Welle 23 den Vorsprung 24, der auf der Außenumfangsfläche der Welle 23 ausgebildet ist und in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Ringbereichs 50 ist. Mit dieser Konfiguration kann die Befestigungs-Randtoleranz, die zum Presspassen der Welle 23 in den Ringbereich 50 notwendig ist, entspannt werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform nimmt die Umfangsbreite des zweiten Lochs 32 von der Außenumfangsseite in Richtung der Innenumfangsseite zu. Mit dieser Konfiguration kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung auf der Innenumfangsseite des Rotors 20 verringert werden. Dadurch ist es möglich, eine Verringerung des Drehmoments der rotierenden elektrischen Maschine zu unterdrücken.
Zweite Ausführungsform
Eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform wird beschrieben. 15 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Obwohl nicht dargestellt, ist der Stator 10 auf der Außenumfangsseite des Rotors 20 angeordnet, wobei der Spalt 15 dazwischen definiert ist. Bestandteile mit gleicher Funktion und Wirkung wie diejenigen der ersten Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 15 gezeigt, weist jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 die Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c auf, die zueinander parallel angeordnet sind. Die Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c bilden eine Mehrzahl von Pfaden eines Magnetpfads, der jeweils in einem Kopplungsbereich 51 ausgebildet ist. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist ein nichtmagnetisches Loch 54 in jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ausgebildet. Das nichtmagnetische Loch 54 ist zwischen zwei Kopplungspfaden 51a und 51c ausgebildet, die aneinander grenzen. Die Querschnittsform des nichtmagnetischen Lochs 54 kann eine jegliche Form sein. Das Innere des nichtmagnetischen Lochs 54 kann ein Freiraum sein oder mit einem nichtmagnetischen Material gefüllt sein.
Die Breite t1 a des Kopplungspfads 51a ist in der Radialrichtung konstant. Das heißt, die Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51a ist t1a. Ähnlich ist die Breite t1c des Kopplungspfads 51c in der Radialrichtung konstant. Das heißt, die Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51c ist t1c. Die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c ist die Summe der Breite t1a und der Breite tic (t1 = t1a + t1c). Die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c ist kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b (t1 < t2).
16 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-1 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 16 gezeigt, verlaufen zwei Kopplungspfade 51a und 51c des Kopplungsbereichs 51 zueinander parallel. Das nichtmagnetische Loch 54 verläuft in einer linearen Form entlang der Verlaufsrichtung des Kopplungsbereichs 51. Auch in diesem Modifikationsbeispiel ist die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b.
Wie bereits beschrieben, ist es gemäß der oben erwähnten ersten Ausführungsform möglich, sowohl das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine, als auch die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern. Wenn jedoch angenommen wird, dass die rotierende elektrische Maschine in einem höherdrehzahligen Bereich verwendet wird, werden große Belastungen in der Verbindungs-Grenzfläche 51b erzeugt, und demzufolge ist es notwendig, die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 weiter zu erhöhen. Wenn jedoch die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 erhöht wird, wird der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung erhöht. In Anbetracht dessen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass es das Ausbilden des nichtmagnetischen Lochs 54 im Kopplungsbereich 51 ermöglicht, dass die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 erhöht wird, während eine Zunahme des magnetischen Streuflusses Φ2 in Umfangsrichtung unterdrückt wird.
17 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 16 gezeigt ist, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 10 gezeigt ist. Die Vertikalachse im Graphen stellt das Drehmoment [p.u.] dar, das auf das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor 20 mit der in 16 gezeigten Konfiguration aufweist, als 1 normiert ist. Hier hat der Rotor 20, der in 16 gezeigt ist, die gleiche Konfiguration wie der Rotor 20, der in 10 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass das nichtmagnetische Loch 54 im Kopplungsbereich 51 ausgebildet ist.
Wie in 17 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor 20 aufweist, der die Konfiguration hat, die in 16 gezeigt ist, einen Wert von 1 hat, dann beträgt das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor 20 aufweist, der die Konfiguration hat, die in 10 gezeigt ist, 0,98. Es versteht sich folglich, dass in der rotierenden elektrische Maschine des Modifikationsbeispiels 2-1, die den Rotor 20 aufweist, der die Konfiguration hat, die in 16 gezeigt ist, ein höheres durchschnittliches Drehmoment erhalten wird, und zwar verglichen mit der rotierenden elektrischen Maschine des dritten Vergleichsbeispiels, die den Rotor 20 aufweist, der die Konfiguration hat, die in 10 gezeigt ist.
18 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-2 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 18 gezeigt, unterscheidet sich der Rotor 20 in diesem Modifikationsbeispiel von der Konfiguration, die in 16 gezeigt ist, darin, dass im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung das nichtmagnetische Loch 54 ein rundes Befestigungsloch 55 in einem Teil von diesem aufweist. Das Befestigungsloch 55 ist so ausgebildet, dass ein Befestigungselement, wie z. B. ein Bolzen bzw. eine Schraube dort in der Axialrichtung hindurchgeht. Das nichtmagnetische Loch 54 verläuft entlang der Verlaufsrichtung des Kopplungsbereichs 51.
Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung weist der Kopplungsbereich 51 ein Paar von Kantenbereichen 54a und 54b auf, die einander über das nichtmagnetische Loch 54 hinweg zugewandt sind. Jeder von dem Kantenbereich 54a und dem Kantenbereich 54b ist in einer linearen Form entlang der Verlaufsrichtung des nichtmagnetischen Lochs 54 ausgebildet. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist ein ausgesparter Bereich 54c, der in einer Bogenform zurückgezogen ist, in einem Teil des Kantenbereichs 54a ausgebildet. In demselben Querschnitt ist in einem Teil des Kantenbereichs 54b ein ausgesparter Bereich 54d ausgebildet, der mit dem ausgesparten Bereich 54c konzentrisch ist und in einer Bogenform zurückgezogen ist, die den gleichen Radius wie der ausgesparte Bereich 54c hat. Jeder von dem ausgesparten Bereich 54c und dem ausgesparten Bereich 54d bildet einen Teil des Kantenbereichs des runden Befestigungslochs 55.
Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung weist der Kopplungsbereich 51 einen ersten Kopplungs-Unterbereich 56 auf, der auf Seiten des Kantenbereichs 54a des nichtmagnetischen Lochs 54 ausgebildet ist, und einen zweiten Kopplungs-Unterbereich 57, der auf Seiten des Kantenbereichs 54b des nichtmagnetischen Lochs 54 ausgebildet ist. Der erste Kopplungs-Unterbereich 56 entspricht dem Kopplungspfad 51a der Konfiguration, die in 16 gezeigt ist. Der zweite Kopplungs-Unterbereich 57 entspricht dem Kopplungspfad 51c der Konfiguration, die in 16 gezeigt ist. Jeder von dem ersten Kopplungs-Unterbereich 56 und dem zweiten Kopplungs-Unterbereich 57 verläuft vom Ringbereich 50 zum ersten Kernbereich 41 entlang der Verlaufsrichtung des nichtmagnetischen Lochs 54, d. h. der Verlaufsrichtung des Kopplungsbereichs 51.
Ein Teil des ersten Kopplungs-Unterbereichs 56 ist zur Außenseite entlang des ausgesparten Bereichs 54c gekrümmt. Ein Teil des zweiten Kopplungs-Unterbereichs 57 ist zur Außenseite entlang des ausgesparten Bereichs 54d gekrümmt. Das heißt, ein Teil des ersten Kopplungs-Unterbereichs 56 und ein Teil des zweiten Kopplungs-Unterbereichs 57 sind beide zu beiden Seiten über das Befestigungsloch 55 hinweg gekrümmt, während sie das Befestigungsloch 55 umgehen.
Damit ist die Umfangsbreite jedes von dem ersten Kopplungs-Unterbereich 56 und dem zweiten Kopplungs-Unterbereich 57 in der Radialrichtung des Rotors 20 konstant. Folglich ist die Reluktanz im Magnetpfad des magnetischen Streuflusses Φ2 in Umfangsrichtung nahezu die gleiche wie diejenige in der Konfiguration, die in 16 gezeigt ist. Auch gemäß diesem Modifikationsbeispiel werden die gleichen Wirkungen wie diejenigen der Konfigurationen erhalten, die in 15 und 16 gezeigt sind.
19 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-3 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 19 gezeigt, unterscheidet sich der Rotor 20 in diesem Modifikationsbeispiel vom Rotor 20 in dem Modifikationsbeispiel 2-2, das in 18 gezeigt ist, darin, dass ein Rotorkern 21 eine Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 anstelle der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 aufweist. Die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 koppeln jeweils den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von zweiten Kernbereiche 42 miteinander. Das heißt, in diesem Modifikationsbeispiel sind in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung die Mehrzahl von zweiten Kernbereichen 42 magnetisch miteinander durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereiche 58 verbunden.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 ist indessen nicht direkt mit der Mehrzahl von ersten Kernbereiche 41 verbunden. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist der erste Kernbereich 41 mit dem Kopplungsbereich 58 und dem Ringbereich 50 nur durch den zweiten Kernbereich 42 verbunden, der an den ersten Kernbereich 41 über den Permanentmagneten 22 hinweg angrenzt.
Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist - ähnlich wie beim Kopplungsbereich 51 in dem Modifikationsbeispiel 2-2, das in 18 gezeigt ist - ein nichtmagnetisches Loch 59 mit einem runden Befestigungsloch 60 in einem Teil davon im Kopplungsbereich 58 ausgebildet. Die relative Position des Befestigungslochs 60 bezogen auf den Rotorkern 21 in diesem Modifikationsbeispiel unterscheidet sich von der relativen Position des Befestigungslochs 55 bezogen auf den Rotorkern 21 im Modifikationsbeispiel 2-2. Das Befestigungsloch 60 in diesem Modifikationsbeispiel und das Befestigungsloch 55 in dem Modifikationsbeispiel 2-2 sind an Positionen angeordnet, die einander über den Permanentmagneten 22 hinweg symmetrisch sind.
Ähnlich wie beim Kopplungsbereich 51 im Modifikationsbeispiel 2-2 weist der Kopplungsbereich 58 den Kantenbereich 54a, den Kantenbereich 54b, den ausgesparten Bereich 54c, den ausgesparten Bereich 54d, den ersten Kopplungs-Unterbereich 56 und den zweiten Kopplungs-Unterbereich 57 auf. Die Umfangsbreite von jedem von dem ersten Kopplungs-Unterbereich 56 und dem zweiten Kopplungs-Unterbereich 57 ist in der Radialrichtung des Rotors 20 konstant. Auch gemäß diesem Modifikationsbeispiel werden die gleichen Wirkungen wie diejenigen der Konfigurationen erhalten, die in 15 und 16 gezeigt sind.
20 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-4 dieser Ausführungsform. Wie in 20 gezeigt, weist ein Rotor 20 in diesem Modifikationsbeispiel Folgendes auf: einen Rotorkern 21, bei dem ein erster Rotorkern 21-1 und ein zweiter Rotorkern 21-2 so angeordnet sind, dass sie einander in der Axialrichtung überlappen, und ein Paar von Endplatten 70 und 80, die auf der Außenseite des Rotorkerns 21 in der Axialrichtung angeordnet sind.
Der erste Rotorkern 21-1 hat eine Querschnittsform ähnlich der Konfiguration, die in 18 gezeigt ist. Der zweite Rotorkern 21-2 hat eine Querschnittsform ähnlich der Konfiguration, die in 19 gezeigt ist. Der erste Rotorkern 21-1 und der zweite Rotorkern 21-2 sind aufeinander in der Axialrichtung des Rotors 20 laminiert, so dass deren Kernbereiche 40 einander in der Axialrichtung überlappen und die Befestigungslöcher 55 und die Befestigungslöcher 60 einander in der Axialrichtung nicht überlappen. Der erste Rotorkern 21-1 und der zweite Rotorkern 21-2 sind sandwichartig zwischen das Paar von Endplatten 70 und 80 in der Axialrichtung eingefügt. Das eine Ende des Kopplungsbereichs 51 des ersten Rotorkerns 21-1 in der Axialrichtung ist mit der Endplatte 70 verbunden. Das eine Ende des Kopplungsbereichs 58 des zweiten Rotorkerns 21-2 in der Axialrichtung ist mit der Endplatte 80 verbunden.
Jede von der Endplatte 70 und der Endplatte 80 hat eine Scheibenform. In der Endplatte 70 sind eine Mehrzahl von Befestigungslöchern 71 ausgebildet, die in der Umfangsrichtung parallel angeordnet sind. Die Anzahl von Befestigungslöchern 71 ist gleich der Summe der Anzahl von Befestigungslöchern 55, die im ersten Rotorkern 21-1 ausgebildet sind, und der Anzahl von Befestigungslöchern 60, die im zweiten Rotorkern 21-2 ausgebildet sind.
In der Endplatte 80 sind eine Mehrzahl von Befestigungslöchern 81 ausgebildet, die in der Umfangsrichtung parallel angeordnet sind. Die Anzahl von Befestigungslöchern 81 ist gleich der Anzahl von Befestigungslöchern 71. Jedes von dem Befestigungsloch 71 und dem Befestigungsloch 81 ist so ausgebildet, dass ein Befestigungselement 82, wie z. B. ein Bolzen bzw. eine Schraube, dorthindurch eingeführt ist.
Die Endplatte 70, der erste Rotorkern 21-1, der zweite Rotorkern 21-2 und die Endplatte 80 sind mit einer Mehrzahl von Befestigungselementen 82 befestigt. In 20 ist nur ein Befestigungselement 82 dargestellt.
Ein gewisses Befestigungselement 82 ist in das Befestigungsloch 71 der Endplatte 70, das Befestigungsloch 55 des ersten Rotorkerns 21-1 und das Befestigungsloch 81 der Endplatte 80 eingeführt, so dass die Endplatte 70, der Kopplungsbereich 51 des ersten Rotorkerns 21-1 und die Endplatte 80 befestigt werden. Das Befestigungselement 82 ist nicht in das Befestigungsloch 60 des zweiten Rotorkerns 21-2 eingeführt.
Ein weiteres Befestigungselement 82 ist in das Befestigungsloch 71 der Endplatte 70, das Befestigungsloch 60 des zweiten Rotorkerns 21-2 und das Befestigungsloch 81 der Endplatte 80 eingeführt, so dass die Endplatte 70, der Kopplungsbereich 58 des zweiten Rotorkerns 21-2 und die Endplatte 80 befestigt sind. Das Befestigungselement 82 ist nicht in das Befestigungsloch 55 des ersten Rotorkerns 21-1 eingeführt.
Die Endplatte 70, der erste Rotorkern 21-1, der zweite Rotorkern 21-2 und die Endplatte 80 sind mit der Mehrzahl von Befestigungselementen 82 befestigt, so dass der Rotor 20 in der Axialrichtung fest fixiert ist.
In der Konfiguration, die in 20 gezeigt ist, sind ein erster Rotorkern 21-1 und ein zweiter Rotorkern 21-2 in der Axialrichtung laminiert, aber es können auch einer oder eine Mehrzahl von ersten Rotorkernen 21-1 und einer oder eine Mehrzahl von zweiten Rotorkernen 21-2 abwechselnd in der Axialrichtung laminiert sein.
In diesem Modifikationsbeispiel sind unter Berücksichtigung der Struktur in der Axialrichtung sämtliche ersten Kernbereiche 41 und sämtliche zweiten Kernbereiche 42 mit den Kopplungsbereichen 51, den Kopplungsbereichen 58 und dem Ringbereich 50 gekoppelt. Dadurch kann der Rotorkern 21 integriert werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des gesamten Rotors 20 zu verbessern.
Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist indessen nur einer von dem ersten Kernbereich 41 und dem zweite Kernbereich 42 mit dem Kopplungsbereich 51 oder dem Kopplungsbereich 58 verbunden. Folglich wird der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung nicht signifikant erhöht. Gemäß diesem Modifikationsbeispiel kann daher die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden, während eine Verringerung des Drehmoments der rotierenden elektrischen Maschine unterdrückt wird.
21 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-5 dieser Ausführungsform. Wie in 21 gezeigt, hat ein Rotorkern 21 eines Rotors 20 in diesem Modifikationsbeispiel eine Konfiguration, bei der ein erster Rotorkern 21-1, ein dritter Rotorkern 21-3 und ein zweiter Rotorkern 21-2 so angeordnet sind, dass sie einander in der Axialrichtung überlappen. Die Endplatte 70, der erste Rotorkern 21-1, der dritte Rotorkern 21-3, der zweite Rotorkern 21-2 und die Endplatte 80 sind in dieser Reihenfolge in der Axialrichtung laminiert.
Der erste Rotorkern 21-1 hat eine Querschnittsform ähnlich der Konfiguration, die in 18 gezeigt ist. Der zweite Rotorkern 21-2 hat eine Querschnittsform ähnlich der Konfiguration, die in 19 gezeigt ist. Ähnlich wie der erste Rotorkern 21-1 und der zweite Rotorkern 21-2 weist der dritte Rotorkern 21-3 eine Mehrzahl von Kernbereichen 40 und einen Ringbereich 50 auf. Im dritten Rotorkern 21-3 sind die Kopplungsbereiche 51 und die Kopplungsbereiche 58 nicht ausgebildet. Folglich ist jeder der Mehrzahl von Kernbereichen 40 des dritten Rotorkerns 21-3 weg bzw. entfernt vom Ringbereich 50, und zwar im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung. Der erste Rotorkern 21-1, der dritte Rotorkern 21-3 und der zweite Rotorkern 21-2 sind sandwichartig zwischen das Paar von Endplatten 70 und 80 in der Axialrichtung eingefügt.
Die Endplatte 70, der erste Rotorkern 21-1, der dritte Rotorkern 21-3, der zweite Rotorkern 21-2 und die Endplatte 80 sind mit einer Mehrzahl von Befestigungselementen 82 befestigt. In 21 ist nur ein Befestigungselement 82 dargestellt.
Ein gewisses Befestigungselement 82 ist in das Befestigungsloch 71 der Endplatte 70, das Befestigungsloch 55 des ersten Rotorkerns 21-1 und das Befestigungsloch 81 der Endplatte 80 eingeführt, so dass die Endplatte 70, der erste Rotorkern 21-1 und die Endplatte 80 befestigt werden. Das Befestigungselement 82 ist nicht in das Befestigungsloch 60 des zweiten Rotorkerns 21-2 eingeführt. Im dritten Rotorkern 21-3 ist ein Befestigungsloch, in das das Befestigungselement 82 eingeführt würde, nicht ausgebildet.
Ein weiteres Befestigungselement 82 ist in das Befestigungsloch 71 der Endplatte 70, das Befestigungsloch 60 des zweiten Rotorkerns 21-2 und das Befestigungsloch 81 der Endplatte 80 eingeführt, so dass die Endplatte 70, der zweite Rotorkern 21-2 und die Endplatte 80 befestigt sind. Das Befestigungselement 82 ist nicht in das Befestigungsloch 55 des ersten Rotorkerns 21-1 eingeführt. Im dritten Rotorkern 21-3 ist ein Befestigungsloch, in das das Befestigungselement 82 eingeführt würde, nicht ausgebildet.
Die Endplatte 70, der erste Rotorkern 21-1, der dritte Rotorkern 21-3, der zweite Rotorkern 21-2 und die Endplatte 80 sind mit der Mehrzahl von Befestigungselementen 82 befestigt, so dass sie in der Axialrichtung fest fixiert sind.
In der Konfiguration, die in 21 gezeigt ist, sind ein erster Rotorkern 21-1, ein dritter Rotorkern 21-3 und ein zweiter Rotorkern 21-2 in der Axialrichtung laminiert. Es können jedoch auch einer oder eine Mehrzahl von ersten Rotorkerne 21-1, einer oder eine Mehrzahl von dritten Rotorkerne 21-3 und einer oder eine Mehrzahl von zweiten Rotorkernen 21-2 abwechselnd in der Axialrichtung laminiert sein.
Es ist wünschenswert, dass der dritte Rotorkern 21-3 zwischen dem ersten Rotorkern 21-1 und dem zweiten Rotorkern 21-2 angeordnet ist, die aneinander in der Axialrichtung angrenzen. Damit sind die Kopplungsbereiche 51 des ersten Rotorkerns 21-1 und die Kopplungsbereiche 58 des zweiten Rotorkerns 21-2 voneinander getrennt, wobei der dritte Rotorkern 21-3 in der Axialrichtung dazwischen eingefügt ist. Folglich kann der magnetische Streufluss in der Axialrichtung zwischen dem ersten Rotorkern 21-1 und dem zweiten Rotorkern 21-2 verringert werden.
In diesem Modifikationsbeispiel sind unter Berücksichtigung der Struktur in der Axialrichtung sämtliche ersten Kernbereiche 41 und sämtliche zweiten Kernbereiche 42 mit den Kopplungsbereichen 51, den Kopplungsbereichen 58 und dem Ringbereich 50 gekoppelt. Dadurch kann der Rotorkern 21 integriert werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des gesamten Rotors 20 zu verbessern.
Im ersten Rotorkern 21-1 und im zweiten Rotorkern 21-2 ist im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung nur einer von dem ersten Kernbereich 41 und dem zweiten Kernbereich 42 mit dem Kopplungsbereich 51 oder dem Kopplungsbereich 58 verbunden. Außerdem sind im dritten Rotorkern 21-3 im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung sowohl der erste Kernbereich 41, als auch der zweite Kernbereich 42 vom Ringbereich 50 entfernt bzw. weg von diesem. Demzufolge kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung verringert werden.
Gemäß diesem Modifikationsbeispiel kann daher die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden, während eine Verringerung des Drehmoments der rotierenden elektrischen Maschine unterdrückt wird.
22 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-6 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 22 gezeigt, weist jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 eine Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c auf. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist ein nichtmagnetisches Loch 54 in jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ausgebildet. Das nichtmagnetische Loch 54 ist zwischen zwei Kopplungspfaden 51a und 51c ausgebildet, die aneinander grenzen.
Die Breite t1a des Kopplungspfads 51a ist in der Radialrichtung konstant. Das heißt, die Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51a ist t1a. Ähnlich ist die Breite t1c des Kopplungspfads 51c in der Radialrichtung konstant. Das heißt, die Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51c ist tic. Die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c ist die Summe der Breite t1a und der Breite tic (t1 = t1a + t1c). Die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c ist kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b (t1 < t2).
23 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 2-7 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 23 gezeigt, weist jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 eine Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c auf. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist ein nichtmagnetisches Loch 54 in jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ausgebildet. Das nichtmagnetische Loch 54 ist zwischen zwei Kopplungspfaden 51a und 51c ausgebildet, die aneinander grenzen.
Die Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51a ist t1a. Die Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite im Kopplungspfad 51c ist tic. Die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c ist die Summe der Breite t1a und der Breite tic (t1 = t1a + t1c). Auch in diesem Modifikationsbeispiel ist die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b (t1 < t2).
Hier ist im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ein eingeschriebener Kreis, der in der Mehrzahl von Permanentmagneten 22 um das axiale Zentrum O des Rotors 20 herum eingeschrieben ist, ein Kreis C1. In diesem Fall sind die nichtmagnetischen Löcher 54 in diesem Modifikationsbeispiel auf der Außenumfangsseite bezogen auf den Kreis C1 angeordnet. Beispielsweise sind die nichtmagnetischen Löcher 54 auf der Innenumfangsseite bezogen auf den Kreis C1 nicht vorhanden, und sie sind nur auf der Außenumfangsseite bezogen auf den Kreis C1 vorhanden.
In diesem Modifikationsbeispiel kann die Umfangsbreite der Verbindungs-Grenzfläche 51b zwischen dem Kopplungsbereich 51 und dem Ringbereich 50 vergrößert werden. Dadurch ist es möglich, die Belastungskonzentration in der Verbindungs-Grenzfläche 51b zu entspannen. Außerdem kann auf der Innenumfangsseite, bezogen auf das Innenumfangsende des Permanentmagneten 22, die Festigkeit des Kopplungsbereichs 51 verbessert werden.
24 ist ein Graph zum Zeigen des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 22 gezeigt ist, und des Drehmoments, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der Konfiguration aufweist, die in 23 gezeigt ist. Die Vertikalachse im Graphen stellt das Drehmoment [p.u.] dar, das auf das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor mit der in 22 gezeigten Konfiguration aufweist, als 1 normiert ist.
Wie in 24 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor aufweist, der die Konfiguration hat, die in 22 gezeigt ist, einen Wert von 1 hat, dann beträgt das Drehmoment, das in der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird, die den Rotor aufweist, der die Konfiguration hat, die in 23 gezeigt ist, 0,995. Es versteht sich folglich, dass gemäß der rotierenden elektrischen Maschine dieses Modifikationsbeispiels, das in 23 dargestellt ist, das durchschnittliche Drehmoment äquivalent zu demjenigen der rotierenden elektrischen Maschine des Modifikationsbeispiels 2-6 erhalten wird, die in 22 dargestellt ist. Gemäß diesem Modifikationsbeispiel kann daher die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden, während eine Verringerung des Drehmoments der rotierenden elektrischen Maschine unterdrückt wird.
Wie oben beschrieben, weist die rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform den Stator 10 auf, sowie den Rotor 20, der auf der Innenumfangsseite des Stators 10 angeordnet ist, so dass er bezogen auf den Stator 10 drehbar ist. Der Rotor 20 weist den Rotorkern 21, die Mehrzahl von Permanentmagneten 22, die am Rotorkern 21 angeordnet sind, und die Welle 23 auf, die am Mittelbereich des Rotorkerns 21 fixiert ist und in der Axialrichtung des Rotors 20 verläuft.
Die Mehrzahl von Löchern 30, die in der Umfangsrichtung des Rotors 20 angeordnet sind, sind im Rotorkern 21 ausgebildet. Die Mehrzahl von Löchern 30 weisen die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löcher 32 auf. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 sind jeweils nur in die Mehrzahl von ersten Löchern 31 der Mehrzahl von Löchern 30 eingeführt. Die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löchern 32 sind abwechselnd eines nach dem anderen in der Umfangsrichtung angeordnet.
Der Rotorkern 21 weist die Mehrzahl von Kernbereichen 40 auf, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jedes der Mehrzahl von zweiten Löchern 32 dazwischen definiert ist. Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 sind so magnetisiert, dass die Magnetpolflächen, die einander in der Umfangsrichtung zugewandt sind, unterschiedliche Pole haben.
Jeder der Mehrzahl von Kernbereichen 40 weist Folgendes auf: den ersten Kernbereich 41, der sich auf Seiten einer Magnetpolfläche der Mehrzahl der Permanentmagnete 22 befindet, und den zweiten Kernbereich 42, der sich auf Seiten der anderen Magnetpolfläche von jeder der Mehrzahl der Permanentmagnete 22 befindet. Der Rotorkern 21 weist einen ersten Rotorkern in zumindest einem Teil in der Axialrichtung auf.
Der erste Rotorkern weist den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 auf. Der Ringbereich 50 ist auf der Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen 40 angeordnet, und die Welle 23 ist in den Ringbereich 50 eingeführt. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 koppelt den Ringbereich 50 und den ersten Kernbereich 41 von jedem der Mehrzahl von Kernbereichen 40 miteinander. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 weist die Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c auf.
Die Summe t1 der Breiten der Bereiche mit der kleinsten Breite in jedem der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c ist kleiner als die Länge t2 der Verbindungs-Grenzfläche 51b mit einer Bogenform zwischen dem Ringbereich 50 und jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51. Das nichtmagnetische Loch 54 ist zwischen zwei Kopplungspfaden 51a und 51c ausgebildet, die unter der Mehrzahl von Kopplungspfaden 51a und 51c aneinander grenzen. Der Ringbereich 50 ist hier ein Beispiel für einen ersten Ringbereich. Die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 sind ein Beispiel für eine Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen.
Mit dieser Konfiguration sind die Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41, die so magnetisiert sind, dass sie den gleichen Pol haben, miteinander durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 gekoppelt. Dadurch ist es möglicht, die magnetischen Streuflüsse in Umfangsrichtung Φ2 zu verringern, die durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 gehen. Folglich kann mit dieser Konfiguration die Drehmoment-Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Außerdem ist mit dieser Konfiguration das nichtmagnetische Loch 54 im Kopplungsbereich 51 ausgebildet. Folglich kann die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 erhöht werden, während eine Zunahme des magnetischen Streuflusses Φ2 in Umfangsrichtung unterdrückt wird, der durch den Kopplungsbereich 51 geht. Mit dieser Konfiguration kann daher der effektive magnetische Fluss Φ1 erhöht werden. Dadurch ist es möglich, die Drehmoment-Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine weiter zu verbessern. Mit dieser Konfiguration kann außerdem eine Belastungskonzentration im Kopplungsbereich 51 entspannt werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform hat im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung das nichtmagnetische Loch 54 das runde Befestigungsloch 55, das es erlaubt, dass das Befestigungselement 82 dort in Axialrichtung hindurchgeht. Mit dieser Konfiguration kann der Rotor 20 in der Axialrichtung mit dem Befestigungselement 82 befestigt werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform sind im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung die nichtmagnetischen Löcher 54 auf der Außenumfangsseite bezogen auf den Kreis C1 angeordnet, der in der Mehrzahl von Permanentmagneten 22 um das axiale Zentrum O des Rotors 20 eingeschrieben ist. Mit dieser Konfiguration kann die Umfangsbreite der Verbindungs-Grenzfläche 51b zwischen dem Kopplungsbereich 51 und dem Ringbereich 50 vergrößert werden. Folglich kann eine Belastungskonzentration in der Verbindungs-Grenzfläche 51b entspannt werden, und die Festigkeit des Rotors 20 kann verbessert werden. Mit dieser Konfiguration kann außerdem die Festigkeit des Kopplungsbereichs 51 auf der Innenumfangsseite bezogen auf das Innenumfangsende des Permanentmagneten 22 verbessert werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform ist die Umfangsbreite von jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 in der Radialrichtung des Rotors 20 konstant. Mit dieser Konfiguration kann die Umfangsbreite des Kopplungsbereichs 51 vergrößert werden, während eine Zunahme des magnetischen Streuflusses Φ2 in Umfangsrichtung unterbunden wird. Demzufolge kann die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden, während das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine verbessert wird.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform weist der Rotor 20 außerdem die Endplatte 70 und die Endplatte 80 auf, die auf der Außenseite des Rotorkerns 21 in der Axialrichtung angeordnet sind. Der Endbereich von jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 in der Axialrichtung ist mit der Endplatte 70 oder der Endplatte 80 verbunden. Mit dieser Konfiguration wird jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 von der Endplatte 70 oder der Endplatte 80 gehalten. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform sind jede der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 und der Endplatte 70 oder der Endplatte 80 mittels des Befestigungselements 82 befestigt, das durch das nichtmagnetische Loch 54 geht. Mit dieser Konfiguration kann der Rotor 20 in der Axialrichtung mit dem Befestigungselement 82 befestigt werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Rotors 20 zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform weist der Rotorkern 21 ferner den zweiten Rotorkern 21-2 auf, der so angeordnet ist, dass er den ersten Rotorkern 21-1 in der Axialrichtung überlappt. Der zweite Rotorkern 21-2 weist den Ringbereich 50 auf, der auf der Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen 40 angeordnet ist und in den die Welle 23 eingeführt ist, sowie die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58, die den Ringbereich 50 und den zweiten Kernbereiche 42 der Mehrzahl von Kernbereiche 40 jeweils miteinander koppeln. Hier ist der Ringbereich 50 des zweiten Rotorkerns 21-2 ein Beispiel für einen zweiten Ringbereich. Die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 des zweiten Rotorkerns 21-2 sind ein Beispiel für eine Mehrzahl von zweiten Kopplungsbereichen.
Mit dieser Konfiguration sind - unter Berücksichtigung der Struktur in der Axialrichtung - sowohl die ersten Kernbereiche 41, als auch die zweiten Kernbereiche 42 mit den Kopplungsbereichen 51, den Kopplungsbereichen 58 und dem Ringbereich 50 gekoppelt. Dadurch kann der Rotorkern 21 integriert werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des gesamten Rotors 20 zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform weist der Rotorkern 21 ferner den dritten Rotorkern 21-3 auf, der so angeordnet ist, dass er den ersten Rotorkern 21-1 und den zweiten Rotorkern 21-2 in der Axialrichtung überlappt. Der dritte Rotorkern 21-3 weist den Ringbereich 50 auf, der auf der Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen 40 angeordnet ist und in den die Welle 23 eingeführt ist. Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist der Ringbereich 50 des dritten Rotorkerns 21-3 weg von jedem von dem ersten Kernbereich 41 und dem zweite Kernbereich 42 der Mehrzahl von Kernbereichen 40. Hier ist der Ringbereich 50 des dritten Rotorkern 21-3 ein Beispiel für einen dritten Ringbereich.
Mit dieser Konfiguration ist im dritten Rotorkern 21-3, der ein Teil des Rotorkerns 21 in der Axialrichtung ist, der Ringbereich 50 weg von jedem von den ersten Kernbereichen 41 und den zweiten Kernbereichen 42. Demzufolge kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 21 weiter verringert werden.
Dritte Ausführungsform
Eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform wird beschrieben. 25 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Obwohl nicht dargestellt, ist der Stator 10 auf der Außenumfangsseite des Rotors 20 angeordnet, wobei der Spalt 15 dazwischen definiert ist. Bestandteile mit gleicher Funktion und Wirkung wie diejenigen der ersten oder zweiten Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 25 veranschaulicht, koppeln die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 jeweils den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41 miteinander. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ist separat sowohl von dem Ringbereich 50, als auch dem ersten Kernbereich 41 ausgebildet. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 hat eine Konfiguration, bei der er sowohl von den Ringbereichen 50, als auch dem ersten Kernbereich 41 trennbar ist.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet. Folglich kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung verringert werden, der durch die Kopplungsbereich 51 geht. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 kann jedoch aus einem Magnetmaterial gebildet sein. Ähnlich wie bei der Konfiguration, die in 8 veranschaulicht ist, ist die Summe der Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad des Kopplungsbereichs 51 kleiner als die Länge der Verbindungs-Grenzfläche 51b.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 hat einen ausgesparte Verbindungsbereich 91, der mit dem Ringbereich 50 verbunden werden soll, und zwar an einem Endbereich in der Radialrichtung. Außerdem hat jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 einen ausgesparten Verbindungsbereich 92, der mit dem ersten Kernbereich 41 verbunden werden soll, und zwar an dem anderen Endbereich in der Radialrichtung. Jeder von dem ausgesparten Verbindungsbereich 91 und dem ausgesparten Verbindungsbereich 92 hat beispielsweise eine T-Form im Querschnitt. Jeder von dem ausgesparten Verbindungsbereich 91 und dem ausgesparten Verbindungsbereich 92 hat eine gleichmäßige Querschnittsform entlang der Axialrichtung des Rotors 20.
Der Ringbereich 50 hat eine Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 auf Seiten der Außenumfangsfläche. Die Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 sind jeweils an die ausgesparten Verbindungsbereiche 91 der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 angepasst, und zwar aus der Axialrichtung. Jeder der Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 hat eine T-Form im Querschnitt, die an den ausgesparten Verbindungsbereich 91 angepasst werden soll. Jeder der Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 hat eine gleichmäßige Querschnittsform entlang der Axialrichtung des Rotors 20.
Jeder der Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41 hat einen Verbindungsvorsprung 94 auf Seiten der Innenumfangsfläche. Der Verbindungsvorsprung 94 ist an den ausgesparten Verbindungsbereich 92 von jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 angepasst, und zwar aus der Axialrichtung. Der Verbindungsvorsprung 94 hat eine T-Form im Querschnitt, die an den ausgesparten Verbindungsbereich 92 angepasst werden soll. Der Verbindungsvorsprung 94 hat eine gleichmäßige Querschnittsform entlang der Axialrichtung des Rotors 20.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 kann vom Ringbereich 50 getrennt werden, indem er relativ vom Ringbereich 50 in der Axialrichtung verschoben wird. Was die Kraft anbelangt, die in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung wirkt, ist indessen jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 fest am Ringbereich 50 fixiert.
Außerdem kann jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 von jedem der Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41 getrennt werden, indem er von jedem der Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41 in der Axialrichtung relativ verschoben wird. Was die Kraft anbelangt, die in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung wirkt, ist indessen die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 fest an jedem der Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41 fixiert.
Der Kopplungsbereich 51 kann sowohl vom Ringbereich 50, als auch vom ersten Kernbereich 41 getrennt werden. Demzufolge können die Bestandteile des Rotorkerns 21 in der Form vereinfacht werden, und die Leichtigkeit der Fertigung des Rotors 20 kann verbessert werden.
26 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 3-1 dieser Ausführungsform, im Schnitt senkrecht zur Axialrichtung. Wie in 26 gezeigt, unterscheidet sich der Rotor 20 in diesem Modifikationsbeispiel vom Rotor 20, der in 25 gezeigt ist, darin, dass ein Rotorkern 21 eine Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 anstelle der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 aufweist.
Die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 koppeln jeweils den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von zweiten Kernbereiche 42 miteinander. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 ist separat sowohl von dem Ringbereich 50 als auch dem zweiten Kernbereich 42 ausgebildet. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 hat eine Konfiguration, bei der er sowohl von den Ringbereichen 50, als auch dem zweiten Kernbereich 42 trennbar ist.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet. Folglich kann der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung verringert werden, der durch die Kopplungsbereich 58 geht. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 kann jedoch aus einem Magnetmaterial gebildet sein. Ähnlich wie bei der Konfiguration, die in 8 veranschaulicht ist, ist die Summe der Breite des Bereichs mit der kleinsten Breite in mindestens einem Kopplungspfad des Kopplungsbereichs 58 kleiner als die Länge der Verbindungs-Grenzfläche 58b.
Ähnlich wie bei jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 hat jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 einen ausgesparten Verbindungsbereich 91 an dem einen Endbereich in der Radialrichtung und einen ausgesparten Verbindungsbereich 92 an dem anderen Endbereich in der Radialrichtung. Jeder von dem ausgesparten Verbindungsbereich 91 und dem ausgesparten Verbindungsbereich 92 hat beispielsweise eine T-Form im Querschnitt. Jeder von dem ausgesparten Verbindungsbereich 91 und dem ausgesparten Verbindungsbereich 92 hat eine gleichmäßige Querschnittsform entlang der Axialrichtung des Rotors 20.
Der Ringbereich 50 hat eine Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 auf Seiten der Außenumfangsfläche. Die Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 sind jeweils an die ausgesparten Verbindungsbereiche 91 der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 angepasst, und zwar aus der Axialrichtung. Jeder der Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 hat eine T-Form im Querschnitt, die an den ausgesparten Verbindungsbereich 91 angepasst werden soll. Jeder der Mehrzahl von Verbindungsvorsprüngen 93 hat eine gleichmäßige Querschnittsform entlang der Axialrichtung des Rotors 20.
Jeder der Mehrzahl von zweiten Kernbereichen 42 hat einen Verbindungsvorsprung 94 auf Seiten der Innenumfangsfläche. Der Verbindungsvorsprung 94 ist an den ausgesparten Verbindungsbereich 92 von jedem der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 angepasst, und zwar aus der Axialrichtung. Der Verbindungsvorsprung 94 hat eine T-Form im Querschnitt, die an den ausgesparten Verbindungsbereich 92 angepasst werden soll. Der Verbindungsvorsprung 94 hat eine gleichmäßige Querschnittsform entlang der Axialrichtung des Rotors 20.
Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 kann vom Ringbereich 50 getrennt werden, indem er relativ vom Ringbereich 50 in der Axialrichtung verschoben wird. Was die Kraft anbelangt, die in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung wirkt, ist indessen jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 fest am Ringbereich 50 fixiert.
Außerdem kann jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 von jedem der Mehrzahl von zweiten Kernbereichen 42 getrennt werden, indem er von jedem der Mehrzahl von zweiten Kernbereichen 42 in der Axialrichtung relativ verschoben wird. Was die Kraft anbelangt, die in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung wirkt, ist indessen die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 58 fest an jedem der Mehrzahl von zweiten Kernbereichen 42 fixiert.
27 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Rotors für eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem Modifikationsbeispiel 3-2 dieser Ausführungsform. Wie in 27 gezeigt, weist ein Rotor 20 in diesem Modifikationsbeispiel einen Rotorkern 21 auf, bei dem ein erster Rotorkern 21-1 und ein zweiter Rotorkern 21-2 so angeordnet sind, dass sie einander in der Axialrichtung überlappen.
Der erste Rotorkern 21-1 hat eine Querschnittsform ähnlich der Konfiguration, die in 25 gezeigt ist. Der zweite Rotorkern 21-2 hat eine Querschnittsform ähnlich der Konfiguration, die in 26 gezeigt ist. Der erste Rotorkern 21-1 und der zweite Rotorkern 21-2 sind aufeinander in der Axialrichtung des Rotors 20 laminiert, so dass deren Kernbereiche 40 einander in der Axialrichtung überlappen.
In der Konfiguration, die in 25 gezeigt ist, sind ein erster Rotorkern 21-1 und ein zweiter Rotorkern 21-2 in der Axialrichtung laminiert. Es können aber auch einer oder eine Mehrzahl von ersten Rotorkernen 21-1 und einer oder eine Mehrzahl von zweiten Rotorkernen 21-2 abwechselnd in der Axialrichtung laminiert sein.
In diesem Modifikationsbeispiel sind unter Berücksichtigung der Struktur in der Axialrichtung sämtliche ersten Kernbereiche 41 und sämtliche zweiten Kernbereiche 42 mit den Kopplungsbereichen 51, den Kopplungsbereichen 58 und dem Ringbereich 50 gekoppelt. Dadurch kann der Rotorkern 21 integriert werden. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit des gesamten Rotors 20 zu verbessern.
Im Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung ist indessen nur einer von dem ersten Kernbereich 41 und dem zweite Kernbereich 42 mit dem Kopplungsbereich 51 oder dem Kopplungsbereich 58 verbunden. Folglich wird der magnetische Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung nicht signifikant erhöht. Gemäß diesem Modifikationsbeispiel kann daher die Festigkeit des Rotors 20 verbessert werden, während eine Verringerung des Drehmoments der rotierenden elektrischen Maschine unterdrückt wird.
Außerdem kann der Rotor 20 in diesem Modifikationsbeispiel ferner den dritten Rotorkern 21-3 aufweisen, wie in 21 gezeigt, und zwar zusätzlich zum ersten Rotorkern 21-1 und zweiten Rotorkern 21-2. Es ist in diesem Fall wünschenswert, dass der dritte Rotorkern 21-3 zwischen dem ersten Rotorkern 21-1 und dem zweiten Rotorkern 21-2 angeordnet ist, die aneinander in der Axialrichtung angrenzen. Damit sind die Kopplungsbereiche 51 des ersten Rotorkerns 21-1 und die Kopplungsbereiche 58 des zweiten Rotorkerns 21-2 voneinander getrennt, wobei der dritte Rotorkern 21-3 in der Axialrichtung dazwischen eingefügt ist. Folglich kann der magnetische Streufluss in der Axialrichtung zwischen dem ersten Rotorkern 21-1 und dem zweiten Rotorkern 21-2 verringert werden.
Wie oben beschrieben, weist die rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform den Stator 10 auf, sowie den Rotor 20, der auf der Innenumfangsseite des Stators 10 angeordnet ist, so dass er bezogen auf den Stator 10 drehbar ist. Der Rotor 20 weist den Rotorkern 21, die Mehrzahl von Permanentmagneten 22, die am Rotorkern 21 angeordnet sind, und die Welle 23 auf, die am Mittelbereich des Rotorkerns 21 fixiert ist und in der Axialrichtung des Rotors 20 verläuft. Die Mehrzahl von Löchern 30, die in der Umfangsrichtung des Rotors 20 angeordnet sind, sind im Rotorkern 21 ausgebildet. Die Mehrzahl von Löchern 30 weisen die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löcher 32 auf.
Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 sind jeweils nur in die Mehrzahl von ersten Löchern 31 der Mehrzahl von Löchern 30 eingeführt. Die Mehrzahl von ersten Löchern 31 und die Mehrzahl von zweiten Löchern 32 sind abwechselnd eines nach dem anderen in der Umfangsrichtung angeordnet. Der Rotorkern 21 weist die Mehrzahl von Kernbereichen 40 auf, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jedes der Mehrzahl von zweiten Löchern 32 dazwischen definiert ist.
Die Mehrzahl von Permanentmagneten 22 sind so magnetisiert, dass die Magnetpolflächen, die einander in der Umfangsrichtung zugewandt sind, unterschiedliche Pole haben. Jeder der Mehrzahl von Kernbereichen 40 weist Folgendes auf: den ersten Kernbereich 41, der sich auf Seiten einer Magnetpolfläche der Mehrzahl der Permanentmagnete 22 befindet, und den zweiten Kernbereich 42, der sich auf Seiten der anderen Magnetpolfläche von jedem der Mehrzahl der Permanentmagnete 22 befindet. Der Rotorkern 21 weist einen ersten Rotorkern in zumindest einem Teil in der Axialrichtung auf.
Der erste Rotorkern weist den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 auf. Der Ringbereich 50 ist auf der Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen 40 angeordnet, und die Welle 23 ist in den Ringbereich 50 eingeführt. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 koppelt den Ringbereich 50 und den ersten Kernbereich 41 von jedem der Mehrzahl von Kernbereichen 40 miteinander. Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 hat eine Konfiguration, bei der er sowohl von den Ringbereichn 50, als auch dem ersten Kernbereich 41 trennbar ist. Der Ringbereich 50 ist hier ein Beispiel für den ersten Ringbereich. Die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 sind ein Beispiel für die Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen.
Mit dieser Konfiguration sind die Mehrzahl von ersten Kernbereichen 41, die so magnetisiert sind, dass sie den gleichen Pol haben, miteinander durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 gekoppelt. Dadurch ist es möglicht, die magnetischen Streuflüsse in Umfangsrichtung Φ2 zu verringern, die durch den Ringbereich 50 und die Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 gehen. Folglich kann mit dieser Konfiguration die Drehmoment-Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Außerdem kann mit dieser Konfiguration jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 sowohl vom Ringbereich 50, als auch vom ersten Kernbereich 41 getrennt sein. Dadurch ist es möglich, die Leichtigkeit der Herstellung des Rotors 20 zu verbessern.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform gilt Folgendes: Jeder der Mehrzahl von Kopplungsbereichen 51 ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet. Mit dieser Konfiguration kann der magnetischen Streufluss Φ2 in Umfangsrichtung, der durch den Kopplungsbereich 51 geht, weiter verringert werden. Dadurch ist es möglich, das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine weiter zu verbessern.
Die Modifikationsbeispiele der oben erwähnten ersten bis dritten Ausführungsform können kombiniert ausgeführt werden. Beispielsweise kann ähnlich wie beim zweiten Rotorkern 21-2 in der zweiten oder dritten Ausführungsform der Rotorkern 21 in der ersten Ausführungsform die Kopplungsbereiche 58 aufweisen, die jeweils den Ringbereich 50 und den zweiten Kernbereich 42 miteinander koppeln, und zwar anstelle der Kopplungsbereiche 51.
Der Rotorkern 21 in der ersten Ausführungsform kann den ersten Rotorkern 21-1, der die Kopplungsbereiche 51 aufweist, die jeweils den Ringbereich 50 und den ersten Kernbereich 41 miteinander koppeln, und den zweiten Rotorkern 21-2 aufweisen, der die Kopplungsbereiche 58 aufweist, die jeweils den Ringbereich 50 und den zweiten Kernbereich 42 miteinander koppeln. Außerdem kann der Rotorkern 21 in der ersten Ausführungsform ferner den dritten Rotorkern 21-3 aufweisen, in dem die Kopplungsbereiche 51 und die Kopplungsbereiche 58 nicht ausgebildet sind.
Ähnlich wie bei der Konfiguration der zweiten Ausführungsform kann ein nichtmagnetisches Loch im Kopplungsbereich 51 in der Konfiguration der ersten Ausführungsform oder im Kopplungsbereich 51 und im Kopplungsbereich 58 in der Konfiguration der dritten Ausführungsform ausgebildet sein.
Ähnlich wie bei der Konfiguration der dritten Ausführungsform kann der Kopplungsbereich 51 in der Konfiguration der ersten oder zweiten Ausführungsform eine Konfiguration aufweisen, gemäß der er sowohl vom Ringbereich 50, als auch vom ersten Kernbereich 41 trennbar ist. Ähnlich wie bei der Konfiguration der dritten Ausführungsform kann der Kopplungsbereich 58 in der Konfiguration der zweiten Ausführungsform eine Konfiguration aufweisen, mit der er sowohl vom Ringbereich 50, als auch vom zweiten Kernbereich 42 trennbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Stator
11: Statorkern
12: Kern-Rückseite
13: Zähne
14: Wicklung
15: Spalt
20: Rotor
21: Rotorkern
21-1: erster Rotorkern
21-2: zweiter Rotorkern
21-3: dritter Rotorkern
22: Permanentmagnet
23: Welle
24: Vorsprung
30: Loch
31: erstes Loch
32: zweites Loch
33: Außenumfangs-Öffnungsbereich
34: Innenumfangs-Öffnungsbereich
35: Außenumfangs-Öffnungsbereich
36: Innenumfangs-Öffnungsbereich
40: Kernbereich
41: erster Kernbereich
41a: Innenumfangsfläche
42: zweiter Kernbereich
42a: Innenumfangsfläche
50: Ringbereich
51: Kopplungsbereich
51a: Kopplungspfad
51a1: Mittellinie
51a2: Seitenfläche
51a3: Seitenfläche
51b: Verbindungs-Grenzfläche
51c: Kopplungspfad
52: Vorsprung
53: Vorsprungsgruppe
54: nichtmagnetisches Loch
54a, 54b: Kantenbereich
54c, 54d: ausgesparter Bereich
55: Befestigungsloch
56: erster Teilkopplungsbereich
57: zweiter Teilkopplungsbereich
58: Kopplungsbereich
58b: Verbindungs-Grenzfläche
59: nichtmagnetisches Loch
60: Befestigungsloch
70: Endplatte
71: Befestigungsloch
80: Endplatte
81: Befestigungsloch
82: Befestigungselement
91, 92: ausgesparter Verbindungsbereich
93, 94: Verbindungsvorsprung
100: rotierende elektrische Maschine
200: rotierende elektrische Maschine
201: Verbindungsbereich
202: Verbindungsbereich
300: rotierende elektrische Maschine
O: axiales Zentrum
Φ1: effektiver magnetischer Fluss
Φ2: magnetischer Streufluss in Umfangsrichtung

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 2010 [0003]
JP 200480 A [0003]

Claims

Rotierende elektrische Maschine, die Folgendes aufweist: einen Stator; und einen Rotor, der auf einer Innenumfangsseite des Stators angeordnet ist, so dass er bezogen auf den Stator drehbar ist, wobei der Rotor Folgendes aufweist: einen Rotorkern; eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die am Rotorkern angeordnet sind; und eine Welle, die an einem Mittelbereich des Rotorkerns fixiert ist und in Axialrichtung des Rotors verläuft, wobei der Rotorkern eine Mehrzahl von Löchern aufweist, die in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Löchern eine Mehrzahl von ersten Löchern und eine Mehrzahl von zweiten Löchern aufweisen, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten jeweils nur in die Mehrzahl von ersten Löchern der Mehrzahl von Löchern eingeführt sind, wobei die Mehrzahl von ersten Löcher und die Mehrzahl von zweiten Löchern abwechselnd eines nach dem anderen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Rotorkern eine Mehrzahl von Kernbereichen aufweist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei jeweils die Mehrzahl von zweiten Löcher dazwischen definiert sind, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten so magnetisiert sind, dass Magnetpolflächen, die einander in der Umfangsrichtung zugewandt sind, unterschiedliche Pole haben, wobei jeder der Mehrzahl von Kernbereichen Folgendes aufweist: einen ersten Kernbereich, der sich auf Seiten der einen Magnetpolfläche von jedem der Mehrzahl von Permanentmagneten befindet; und einen zweiten Kernbereich, der sich auf Seiten der anderen Magnetpolfläche von jedem der Mehrzahl von Permanentmagneten befindet, wobei der Rotorkern einen ersten Rotorkern in zumindest einem Teil in der Axialrichtung aufweist, wobei der erste Rotorkern einen ersten Ringbereich und eine Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen aufweist, wobei der erste Ringbereich auf einer Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass die Welle darin eingeführt ist, wobei jeder von der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen den ersten Ringbereich und den ersten Kernbereich von jedem der Mehrzahl von Kernbereichen miteinander koppelt, wobei jeder von der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen mindestens einen Kopplungspfad aufweist, und wobei die Summe der Breite eines Bereichs mit der kleinsten Breite in dem mindestens einen Kopplungspfad kleiner als die Länge einer Verbindungs-Grenzfläche ist, die eine Bogenform hat, und zwar zwischen dem ersten Ringbereich und jedem von der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereiche.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kopplungspfad eine Mehrzahl von Kopplungspfaden aufweist, wobei ein nichtmagnetisches Loch zwischen zwei Kopplungspfaden ausgebildet sind, die unter der Mehrzahl von Kopplungspfaden aneinander grenzen, und wobei, in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung, das nichtmagnetische Loch ein rundes Befestigungsloch hat, das es erlaubt, dass ein Befestigungselement in der Axialrichtung dort hindurch geht.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kopplungspfad eine Mehrzahl von Kopplungspfaden aufweist, wobei ein nichtmagnetisches Loch zwischen zwei Kopplungspfaden ausgebildet sind, die unter der Mehrzahl von Kopplungspfaden aneinander grenzen, und wobei, in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung das nichtmagnetische Loch auf einer Außenumfangsseite bezogen auf einen Kreis angeordnet ist, der in die Mehrzahl von Permanentmagneten um ein axiales Zentrum des Rotors eingeschrieben ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Breite von jedem des mindestens einen Kopplungspfads in der Radialrichtung des Rotors konstant ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rotor ferner eine Endplatte aufweist, die auf der Außenseite des Rotorkerns in der Axialrichtung angeordnet ist, und wobei ein Endbereich von jedem der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen in der Axialrichtung mit der Endplatte verbunden ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kopplungspfad eine Mehrzahl von Kopplungspfaden aufweist, wobei ein nichtmagnetisches Loch zwischen zwei Kopplungspfaden ausgebildet sind, die unter der Mehrzahl von Kopplungspfaden aneinander grenzen, wobei der Rotor ferner eine Endplatte aufweist, die auf der Außenseite des Rotorkerns in der Axialrichtung angeordnet ist, und wobei jeder von der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen und der Endplatte mittels eines Befestigungselements befestigt ist, das durch das nichtmagnetische Loch geht.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jeder von der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen eine derartige Konfiguration aufweist, dass er sowohl von dem ersten Ringbereich als auch dem ersten Kernbereich getrennt ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei jeder von der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen aus einem nichtmagnetischen Material gebildet ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Ringbereich einen Vorsprung aufweist, der auf einer Innenumfangsfläche des ersten Ringbereichs ausgebildet ist und in Kontakt mit einer Außenumfangsfläche der Welle steht.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei der Vorsprung an einer Position angeordnet ist, die von jedem der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen in der Umfangsrichtung verschoben ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei, in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung, der erste Ringbereich eine Mehrzahl von Vorsprungsgruppen aufweist, die jeweils einen Vorsprung aufweisen, der auf einer Innenumfangsfläche des ersten Ringbereichs ausgebildet ist und in Kontakt mit einer Außenumfangsfläche der Welle steht, und wobei jede der Mehrzahl von Vorsprungsgruppen zwischen zwei ersten Kopplungsbereichen angeordnet ist, die unter der Mehrzahl von ersten Kopplungsbereichen in Umfangsrichtung aneinander grenzen.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Welle einen Vorsprung aufweist, der auf einer Außenumfangsfläche der Welle ausgebildet ist und in Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des ersten Ringbereichs steht.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Rotorkern ferner einen zweiten Rotorkern aufweist, der so angeordnet ist, dass er den ersten Rotorkern in der Axialrichtung überlappt, und wobei der zweite Rotorkern einen zweiten Ringbereich aufweist, der auf einer Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen angeordnet ist, wobei der zweite Ringbereich darin die eingeführte Welle hat, und eine Mehrzahl von zweiten Kopplungsbereichen, die den zweiten Ringbereich und die zweiten Kernbereiche der Mehrzahl von Kernbereichen jeweils miteinander koppeln.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 13, wobei der Rotorkern ferner einen dritten Rotorkern aufweist, der so angeordnet ist, dass er den ersten Rotorkern und den zweiten Rotorkern in der Axialrichtung überlappt, wobei der dritte Rotorkern einen dritten Ringbereich aufweist, der auf einer Innenumfangsseite bezogen auf die Mehrzahl von Kernbereichen angeordnet ist, wobei der dritte Ringbereich darin die eingeführte Welle hat, und wobei in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung der dritte Ringbereich weg vom ersten Kernbereich und dem zweiten Kernbereich der Mehrzahl von Kernbereichen angeordnet ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Umfangsbreite des zweiten Lochs von der Außenumfangsseite in Richtung der Innenumfangsseite zunimmt.