DE112020007891T5

DE112020007891T5 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112020007891T5
Application number: DE112020007891.4T
Authority: DE
Inventors: Shinya Naito
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2023-10-12
Also published as: US20240055963A1; WO2022145035A1; TWI814191B; JPWO2022145035A1; TW202226712A; CN116746040A

Abstract

Ein Ankerabschnitt enthält einen ersten Ankerkern (H1), einen zweiten Ankerkern (H2) und einen Kernkopplungsabschnitt (L), der den ersten Ankerkern (H1) magnetisch mit dem zweiten Ankerkern (H2) koppelt. Der erste Ankerkern (H1) enthält Magnetpolgruppen (G1u, G1v), die magnetisch miteinander gekoppelt sind. Der zweite Ankerkern (H2) enthält Magnetpolgruppen (G2u, G2v), die magnetisch miteinander gekoppelt sind. Ein erster Magnetfluss (ϕ1) und ein zweiter Magnetfluss (ϕ7) werden in dem Ankerabschnitt durch Magnete (Mg) gebildet. Ein erster Magnetkreis, in dem der erste Magnetfluss (ϕ1) fließt, enthält die Magnetpolgruppe (G1u), die Magnetpolgruppe (G1v), die Magnetpolgruppe (G2u), die Magnetpolgruppe (G2v), Magnetfeldkerne (22N, 22S) und die Magnete (Mg). Ein zweiter Magnetkreis, in dem der zweite Magnetfluss (ϕ7) fließt, enthält die Magnetpolgruppe (G1u), eine Kernkopplungsstruktur, die Magnetpolgruppe (G2u), die Magnetfeldkerne (22N, 22S) und die Magnete (Mg). Diese Struktur kann die magnetische Sättigung des auf dem Ankerabschnitt gebildeten Magnetkreises reduzieren und die Notwendigkeit beseitigen, die Ankerkerne in der Maschinenbewegungsrichtung magnetisch zu teilen, wodurch die Intensität des Ankers erhöht wird.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektrische Maschine.
Hintergrundwissen
In den Patentschriften 1 bis 3 hat ein Statorkern eine Mehrzahl von Kernabschnitten, die in der Rotationsrichtung angeordneten sind, und Mehrzahl von Spulen sind jeweils in den Kernabschnitten vorgesehen. Jeder Kernabschnitt enthält zwei plattenartige Abschnitte, die einander in Achsrichtung zugewandt sind, und eine Mehrzahl von Magnetpolen, die radial von jedem der beiden plattenartigen Abschnitte vorstehen. Die beiden plattenförmigen Abschnitte, die einander in Achsrichtung zugewandt sind, sind magnetisch gekoppelt, und der Magnetkreis wird durch die beiden plattenförmigen Abschnitte und den Magneten, die in dem Rotor vorgesehen sind, gebildet.
In der Patentschrift 1 sind beispielsweise zwei Statorplatten 15 in Achsrichtung einander gegenüberliegend angeordnet und durch die Brückenkerne 10 magnetisch gekoppelt. Die Magnetpole (Klauenpole 12, 13), die radial vorstehen, sind an den jeweiligen Statorplatten 15 ausgebildet. Auch in Patentschrift 2 sind die Polzähne 23 und 27, die dem Rotor gegenüberlieg, jeweils an den Magnetpolplatten 21 und 25, die einander axial gegenüberliegen, ausgebildet. Die Magnetpolplatten 21 und 25 sind durch den Magnetpolkern 22d, der sich in Achsrichtung erstreckt, magnetisch gekoppelt. Auch in der Patentliteratur 3 sind der obere Schichtabschnitt 2a und der untere Schichtabschnitt 2b eines Stator-Eisenkerns 2 in Achsrichtung einander gegenüberliegend angeordnet, und vorstehende Abschnitte 2c und 2d (Magnetpole) sind jeweils in dem oberen Schichtabschnitt 2a und in dem unteren Schichtabschnitt 2b ausgebildet. Der obere Schichtabschnitt 2a und der untere Schichtabschnitt 2b sind durch den Stator-Pulver-Eisenkern 1, der sich in Achsrichtung erstreckt, magnetisch gekoppelt.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentschrift 1: JP2003-513599 A
Patentliteratur 2: JP2007-306745 A
Patentliteratur 3: JP2007-185087A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In den in den Patentschriften 1, 2 und 3 offenbarten Strukturen sind die beiden axial gegenüberliegenden Plattenteile an axial verlaufenden Abschnitten magnetisch gekoppelt und bilden so einen geschlossenen Magnetkreis. In einem solchen magnetischen Kreis, wenn die rotierende elektrische Maschine miniaturisiert ist, verengt sich der magnetische Pfad, in dem der magnetische Fluss von einem Plattenteil zu dem anderen Plattenteil fließt, und der magnetische Pfad ist leicht magnetisch gesättigt. Um eine magnetische Sättigung zu vermeiden, ist es notwendig den Strom, welcher der Spule zugeführt wird, niedrig zu halten. Dadurch wird es schwierig, ein großes Drehmoment zu erreichen.
Lösung des Problems
Ein Beispiel für eine elektrische Maschine, die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen wird, enthält einen Ankerabschnitt und einen Magnetfeldtabschnitt, der in Bezug auf den Ankerabschnitt relativ bewegbar ist. Der Magnetfeldabschnitt enthält eine Mehrzahl von Magnetfeldkernen, die in einer Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Magneten, wobei die Maschinenbewegungsrichtung eine Richtung einer relativen Bewegung zwischen dem Ankerabschnitt und dem Magnetfeldabschnitt ist, und jeder Magnet zwischen zwei benachbarten Magnetfeldkernen angeordnet ist. Der Ankerabschnitt enthält einen ersten Ankerkern und einen zweiten Ankerkern, die in einer Richtung, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung schneidet, voneinander entfernt sind, eine Kernkopplungsstruktur, die den ersten Ankerkern magnetisch mit dem zweiten Ankerkern koppelt, und eine Mehrzahl von Spulen. Der erste Ankerkern enthält eine erste Magnetpolgruppe und eine zweite Magnetpolgruppe, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind. Der zweite Ankerkern enthält eine dritte Magnetpolgruppe und eine vierte Magnetpolgruppe, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind. Eine Position der ersten Magnetpolgruppe in Maschinenbewegungsrichtung entspricht einer Position der dritten Magnetpolgruppe in Maschinenbewegungsrichtung. Eine Position der zweiten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung entspricht einer Position der vierten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung. Die Mehrzahl von Spulen enthalten eine erste Spule, die entweder in der ersten Magnetpolgruppe oder in der dritten Magnetpolgruppe vorgesehen ist. Ein erster Magnetfluss, der durch die erste Spule fließt, und ein zweiter Magnetfluss, der durch die erste Spule fließt, werden durch einen oder einige der Magnete gebildet. Ein erster Magnetkreis, durch den der erste Magnetfluss fließt, enthält die erste Magnetpolgruppe, die zweite Magnetpolgruppe, die dritte Magnetpolgruppe, die vierte Magnetpolgruppe, den Magnetfeldkern und die Magnete. Ein zweiter Magnetkreis, durch den der zweite Magnetfluss fließt, enthält die erste Magnetpolgruppe, die Kernkopplungsstruktur, die dritte Magnetpolgruppe, den Magnetfeldkern und die Magnete. Diese elektrische Maschine kann verhindern, dass der Magnetkreis magnetisch gesättigt wird. Infolgedessen kann der den Spulen zugeführte Strom erhöht werden, und es kann eine große Menge an Leistung aus der elektrischen Maschine gewonnen werden. Außerdem müssen die Ankerkerne in der Maschinenbewegungsrichtung nicht magnetisch geteilt werden, und die Intensität des Ankerkerns kann dadurch erhöht werden.

(1) In einem Beispiel der elektrischen Maschine kann der Magnetfeldabschnitt eine erste Fläche entlang der Maschinenbewegungsrichtung aufweisen. Der erste Ankerkern und der zweite Ankerkern können in einer ersten Richtung angeordnet sein, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung in Bezug auf die erste Fläche des Magnetfeldabschnitts schneidet. Die Kernkopplungsstruktur enthält eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind. Die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten kann einen Kernkopplungsabschnitt enthalten, der in der ersten Richtung in Bezug auf die erste Magnetpolgruppe, die dritte Magnetpolgruppe und die erste Spule positioniert ist.
(2) In einem anderen Beispiel der elektrischen Maschine kann der Magnetfeldabschnitt eine erste Fläche und eine zweite Fläche entlang der Maschinenbewegungsrichtung aufweisen. Der erste Ankerkern kann in einer ersten Richtung angeordnet sein, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung in Bezug auf die erste Fläche des Magnetfeldabschnitts schneidet. Der zweite Ankerkern kann in einer zweiten Richtung angeordnet sein, welche die Maschinenbewegungsrichtung in Bezug auf die zweite Fläche des Magnetfeldabschnitts schneidet.
(3) In der elektrischen Maschine von (1) kann zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern aus laminiertem Stahl bestehen, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält, und eine Mehrzahl von Einpasslöchern aufweisen, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst werden. In zumindest einem der Ankerkerne kann jede der Mehrzahl von Einpasslöcher einen Schlitz aufweisen, der sich von dem Einpassloch in eine Richtung erstreckt, welche die Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet, oder eine Öffnung, die in eine Richtung offen ist, welche die Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet. Dies kann die Erzeugung eines induzierten Stroms um jeden Kernkopplungsabschnitt verhindern.
(4) In der elektrischen Maschine von (1) oder (3) kann der Magnetfeldabschnitt relativ zu dem Ankerabschnitt um eine Achse drehbar sein. Zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern kann aus laminiertem Stahl bestehen, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält, und eine Mehrzahl von Einpasslöchern aufweisen, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst werden. Der zumindest eine der Ankerkerne kann einen Schlitz aufweisen, der sich mit einer geschlossenen Kurve schneidet, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöchern und der Mehrzahl von Magnetpolgruppen, die auf dem zumindest einen der Ankerkerne ausgebildet sind, verläuft und die Achse umgibt. Dadurch kann die Erzeugung eines induzierten Stroms in der Rotationsrichtung in dem Ankerkern verhindert werden.
(5) In der elektrischen Maschine von (2) kann die Kernkopplungsstruktur eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten enthalten, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind. Zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern kann aus laminiertem Stahl bestehen, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält, und eine Mehrzahl von Einpasslöchern aufweisen, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst werden. In zumindest einem der Ankerkerne kann jede der Mehrzahl von Einpasslöcher einen Schlitz aufweisen, der sich von dem Einpassloch in eine Richtung erstreckt, welche die Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet, oder eine Öffnung, die in eine Richtung offen ist, welche die Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet. Dies kann die Erzeugung eines induzierten Stroms um jeden Kernkopplungsabschnitt verhindern.
(6) In der elektrischen Maschine von (2) oder (5) kann der Magnetfeldabschnitt relativ zu dem Ankerabschnitt um eine Achse drehbar sein. Die Kernkopplungsstruktur kann eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten enthalten, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind. Zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern kann aus laminiertem Stahl bestehen, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält, und eine Mehrzahl von Einpasslöchern enthalten, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst werden. Der zumindest eine der Ankerkerne kann einen Schlitz aufweisen, der sich mit einer geschlossenen Kurve schneidet, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöchern und der Mehrzahl von Magnetpolgruppen, die auf dem zumindest einen der Ankerkerne ausgebildet sind, verläuft und die Achse umgibt. Dadurch kann die Erzeugung eines induzierten Stroms in der Rotationsrichtung in dem Ankerkern verhindert werden.
(7) In der elektrischen Maschine von (1) oder (2) kann die Kernkopplungsstruktur einstückig mit dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern ausgebildet sein. Dies kann die Montage des Ankerabschnitts vereinfachen.
(8) In der elektrischen Maschine nach irgendeinem von (2), (5) und (6) kann die Kernkopplungsstruktur eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten enthalten, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind. Der erste Ankerkern enthält einen ersten Jochabschnitt, und die erste Magnetpolgruppe und die zweite Magnetpolgruppe sind in dem ersten Jochabschnitt auf der Seite des Magnetfeldabschnitts ausgebildet. Der zweite Ankerkern enthält einen zweiten Jochabschnitt, und die dritte Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe sind in dem zweiten Jochabschnitt auf der Seite des Magnetfeldabschnitts ausgebildet. Die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten kann einen Kernkopplungsabschnitt enthalten, der den ersten Jochabschnitt mit dem zweiten Jochabschnitt magnetisch koppelt und an einer Position angeordnet ist, die einer Position der ersten Magnetpolgruppe und einer Position der dritten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung entspricht.
(9) In der elektrischen Maschine nach irgendeinem von (1) bis (8) enthält jede der ersten Magnetpolgruppe, der zweiten Magnetpolgruppe, der dritten Magnetpolgruppe und der vierten Magnetpolgruppe eine Mehrzahl von Magnetpolen, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind. Dadurch kann die von der elektrischen Maschine abgegebene Leistung erhöht werden.
(10) In der elektrischen Maschine von (9) kann jeder der Mehrzahl von Magnetpole eine Form haben, die in Richtung des Magnetfeldtabschnitts vorsteht.
(11) In der elektrischen Maschine von (9) kann jeder der Mehrzahl von Magnetpole einen Körper mit einer Form aufweisen, die in Richtung des Magnetfeldabschnitts vorsteht, und einen vorstehenden Abschnitt, der sich von dem Körper in eine Richtung erstreckt, welche die Maschinenbewegungsrichtung schneidet. Dies kann den Magnetowiderstand reduzieren, der durch den Raum zwischen dem Magnetfeldabschnitt und dem Magnetpol verursacht wird.
(12) In der elektrischen Maschine nach irgendeinem von (1) bis (11) ist eine Anzahl von Phasen der elektrischen Maschine eine ungerade Zahl von drei oder mehr, der Ankerabschnitt enthält für jede Phase eine Spule oder zwei oder mehr Spulen mit einer gleichen Wicklungsrichtung, die erste Magnetpolgruppe und die dritte Magnetpolgruppe bilden ein erstes Magnetpolgruppenpaar, die zweite Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe bilden ein zweites Magnetpolgruppenpaar, die Spule ist an jedem des ersten Magnetpolgruppenpaares und des zweiten Magnetpolgruppenpaares vorgesehen, wenn ein Winkel zwischen zwei Magnetfeldkernen, die benachbart sind und dieselbe Polarität haben, als 360 Grad in einem elektrischen Winkel definiert ist, ist das erste Magnetpolgruppenpaar und das zweite Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(n+m/s) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt, wobei" s" eine Anzahl von Phasen ist, „m“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als s-1 ist, wobei die ganze Zahl von einem Teiler von s (außer 1) und von Vielfachen des Teilers (außer 1) verschieden ist, und „n“ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
(13) In der elektrischen Maschine von (12) sind der Magnetfeldtabschnitt und der Ankerabschnitt relativ drehbar, und wenn (eine Anzahl von Phasen des Magnetfeldtabschnitts)/2 als „p“ definiert ist und eine Anzahl von Spulen jeder Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“.
(14) In der elektrischen Maschine nach irgendeinem von (1) bis (11) ist eine Anzahl von Phasen der elektrischen Maschine eine ungerade Zahl von drei oder mehr, der Ankerabschnitt enthält ein Spulenpaar für jede Phase, wobei das Spulenpaar zwei Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen enthält, der erste Ankerkern enthält eine erste Magnetpolgruppe, die zweite Magnetpolgruppe und eine fünfte Magnetpolgruppe, der zweite Ankerkern enthält die dritte Magnetpolgruppe, der zweite Ankerkern die dritte Magnetpolgruppe, die vierte Magnetpolgruppe und einen sechsten Magnetpol enthält, die erste Magnetpolgruppe und die dritte Magnetpolgruppe ein erstes Magnetpolgruppenpaar bilden, die zweite Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe ein zweites Magnetpolgruppenpaar bilden, die fünfte Magnetpolgruppe und die sechste Magnetpolgruppe ein drittes Magnetpolgruppenpaar bilden, eine Wicklungsrichtung einer Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares eine gleiche Richtung wie eine Wicklungsrichtung einer Spule des zweiten Magnetpolgruppenpaares ist, und die Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares und eine Spule des dritten Magnetpolgruppenpaares das Spulenpaar bilden, wenn ein Winkel zwischen zwei Magnetfeldkernen, die benachbart sind und eine gleiche Polarität haben, als 360 Grad in einem elektrischen Winkel definiert ist, (i) das erste Magnetpolgruppenpaar und das zweite Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(n+m/s) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt sind, und (ii) das erste Magnetpolgruppenpaar und das dritte Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(q+1/2) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt sind, wobei „s" ist eine Anzahl von Phasen, „m“ ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als s-1 ist, wobei die ganze Zahl kein Teiler von s (außer 1) oder ein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, „n“ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1, und „q“ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
(15) In der elektrischen Maschine von (14) sind der Magnetfeldtabschnitt und der Ankerabschnitt relativ drehbar, und wenn (eine Anzahl von Phasen des Magnetfeldtabschnitts)/2 als „p“ definiert ist und eine Anzahl von Spulenpaaren jeder Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“.
(16) In der elektrischen Maschine nach irgendeinem von (1) bis (11) ist eine Anzahl von Phasen der elektrischen Maschine eine gerade Zahl von zwei oder mehr, der Ankerabschnitt enthält ein Spulenpaar für jede Phase, wobei das Spulenpaar aus zwei Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen besteht, der erste Ankerkern enthält die erste Magnetpolgruppe, eine zweite Magnetpolgruppe und eine fünfte Magnetpolgruppe, der zweite Ankerkern die dritte Magnetpolgruppe, eine vierte Magnetpolgruppe und eine sechste Magnetpolgruppe enthält, die erste Magnetpolgruppe und die dritte Magnetpolgruppe ein erstes Magnetpolgruppenpaar bilden, die zweite Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe ein zweites Magnetpolgruppenpaar bilden, die fünfte Magnetpolgruppe und die sechste Magnetpolgruppe ein drittes Magnetpolgruppenpaar bilden, eine Wicklungsrichtung einer Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares eine gleiche Richtung wie eine Wicklungsrichtung einer Spule des zweiten Magnetpolgruppenpaares ist, und die Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares und eine Spule des dritten Magnetpolgruppenpaares das Spulenpaar bilden, wenn ein Winkel zwischen zwei Magnetfeldkernen, die benachbart sind und eine gleiche Polarität haben, als 360 Grad in einem elektrischen Winkel definiert ist, (i) das erste Magnetpolgruppenpaar und das zweite Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(n+m/2) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt sind, und (ii) das erste Magnetpolgruppenpaar und das dritte Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(q+1/2) Grad in dem elektrischen Winkel relativ voneinander entfernt sind, wobei „s“ eine Anzahl von Phasen ist, „m“ ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich s-1, wobei die ganze Zahl kein Teiler von s (außer 1) und kein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, „n“ ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1 und „q“ ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1.
(17) In der elektrischen Maschine von (16) sind der Magnetfeldtabschnitt und der Ankerabschnitt relativ drehbar, und wenn (eine Anzahl von Polen des Magnetfeldtabschnitts)/2 als „p“ definiert ist, eine Anzahl von Spulenpaaren für jede Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s/2)“ im Wesentlichen gleich „180/s/c“.
(18) In der elektrischen Maschine nach irgendeinem von (1) bis (17) kann jeder der Mehrzahl von Magnete in der Maschinenbewegungsrichtung magnetisiert sein, und jeder der Mehrzahl von Magnetfeldkerne kann zwei Teilmagnetfeldkerne enthalten, die zwischen zwei benachbarten Magneten angeordnet sind und in der Maschinenbewegungsrichtung voneinander entfernt sind. Dadurch werden akkumulierte Maßfehler in dem Magnetfeldkern und den Magneten reduziert, wodurch die Positionsgenauigkeit des Magnetfeldkerns und der Magnete verbessert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1A ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels einer rotierenden elektrischen Maschine als eine der in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagenen elektrischen Maschinen;
1 B ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Beispiel;
1C ist eine Draufsicht auf die rotierende elektrische Maschine gemäß dem ersten Beispiel und zeigt einen zweiten Ankerkern;
1D ist eine Draufsicht auf die rotierende elektrische Maschine gemäß dem ersten Beispiel und zeigt den teilweise gebrochenen zweiten Ankerkern und einen ersten Ankerkern;
1E ist eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Beispiel;
2 ist eine Entwicklungsansicht der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem ersten Beispiel, die eine Position eines Magnetpols des Ankerabschnitts der rotierenden elektrischen Maschine anzeigt;
3A ist ein Diagramm, das eine Positionsbeziehung zwischen einem Magnetfeldkern eines Magnetfeldtabschnitts und einem Magnetpol eines Ankerabschnitts zeigt;
3B ist eine schematische Darstellung der in 3A gezeigten Querschnitte A, B, C und D aus der Richtung der Pfeile gesehen, um den Fluss des magnetischen Flusses der Magnete zu zeigen;
4 ist ein Diagramm, das eine Struktur zur Verhinderung der Erzeugung eines induzierten Stroms in dem Ankerkern zeigt;
5 ist ein Querschnitt einer Struktur zur Verhinderung der Erzeugung eines induzierten Stroms in dem Ankerkern;
6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Erzeugung eines induzierten Stroms und zeigt schematisch Querschnitte des Ankerkerns und eines Kernkopplungsabschnitts. Der magnetische Fluss, der durch einen magnetischen Kreis einschließlich des Kernkopplungsabschnitts fließt, ist dargestellt;
7 ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Beispiel;
8 ist ein Diagramm, das die Erzeugung eines induzierten Stroms veranschaulicht und einen geschlossenen Kreis anzeigt, der um den gesamten ersten Ankerkern zirkuliert;
9A ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Schlitzes zur Verhinderung der Erzeugung eines induzierten Stroms, der in 8 dargestellt ist, und ist eine ebene Ansicht des ersten Ankerkerns, der in 7 dargestellt ist;
9B ist ein Diagramm, das eine Modifikation des in 8 dargestellten ersten Ankerkerns zeigt;
10 ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem dritten Beispiel. Ein Ankerabschnitt ist an der Außenseite des Magnetfeldtabschnitts angeordnet;
11 ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem vierten Beispiel. Der Ankerkern wird aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet;
12A ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem fünften Beispiel. In jedem Magnetpolgruppenpaar ist eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten vorgesehen;
12B ist eine Draufsicht auf den Ankerkern der in 12A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine;
13A ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem sechsten Beispiel. Der Ankerkern ist aus Teilankerkernen zusammengesetzt;
13B ist eine Draufsicht auf den ersten Ankerkern H1, der den in 13A dargestellten Ankerabschnitt bildet;
14A ist eine perspektivische Zerlegungsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem siebten Beispiel. Der Ankerabschnitt enthält zwei Spulen mit entgegengesetzten Wicklungsrichtungen für jede Phase;
14B ist eine Entwicklungsansicht des Ankerabschnitts, welche die Positionen der Magnetpole des in 14A dargestellten Ankerabschnitts zeigt;
15A ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem achten Beispiel. Die Anzahl der Phasen des Wechselstroms, welcher der rotierenden elektrischen Maschine zugeführt wird, ist eine gerade Zahl;
15B ist eine Entwicklungsansicht des Ankerabschnitts, welche die Positionen der Magnetpole des in 15A dargestellten Ankerabschnitts zeigt;
16 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für den Magnetfeldtabschnitt; 17 ist eine perspektivische Ansicht einer linearen elektrischen Maschine als neuntes Beispiel, bei welcher der Ankerabschnitt und der Magnetfeldtabschnitt entlang einer geraden Linie relativ bewegbar sind;
18A ist eine perspektivische Ansicht einer rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine gemäß einem zehnten Beispiel mit zwei Ankerkernen, die einander gegenüberliegend über dem Magnetfeldtabschnitt angeordnet sind;
18B ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 18A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine;
18C ist ein Diagramm, das einen magnetischen Fluss zeigt, der sich in der in 18A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine bildet;
19 ist eine Modifikation einer Befestigungsstruktur des Kernkopplungsabschnitts in der in 18A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine;
20 ist eine Querschnittsansicht des Magnetfeldtabschnitts der in 18A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine. Der Querschnitt ist eine Ebene orthogonal zu der Achse;
21A ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem elften Beispiel, bei der zwei Ankerkerne einander gegenüberliegend über dem Magnetfeldtabschnitt angeordnet sind;
21 B ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 21A dargestellten linearen elektrischen Maschine;
22 ist eine perspektivische Ansicht eines Ankerkerns mit einem Magnetpol, der einen vorstehenden Teil aufweist;
23 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elektrische Maschine gemäß einem zwölften Beispiel zeigt, in der eine lineare elektrische Maschine mit einem Ankerkern mit einem Joch-Teilkern und einem Magnetpolkern dargestellt ist;
24A ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem dreizehnten Beispiel, in dem eine lineare elektrische Maschine mit einem Ankerkern aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gezeigt wird;
24B ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 24A dargestellten linearen elektrischen Maschine;
25A ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem vierzehnten Beispiel, in der eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine mit zwei Ankerkernen, die einander gegenüberliegend über dem Magnetfeldabschnitt angeordnet sind, gezeigt wird; Eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine ist gezeigt, in der zwei Ankerkerne einander gegenüberliegend über einem Magnetfeldabschnitt angeordnet sind;
25B ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 25A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine;
25C ist eine Ansicht von unten auf die in 25A gezeigte rotierende elektrische Maschine;
26A ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem fünfzehnten Beispiel, in der eine rotierende elektrische Maschine mit Ankerkernen, die in zwei verschiedenen Richtungen in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt angeordnet sind, dargestellt ist;
26B ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 26A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine;
27A ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem sechzehnten Beispiel, in der eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine mit einem Kernkopplungsabschnitt, der sich in der Maschinenbewegungsrichtung erstreckt, als Kernkopplungsstruktur zu der magnetischen Kopplung von Jochabschnitten zweier Ankerkerne gezeigt ist; und
27B ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 27A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden die Ausführungsformen einer elektrischen Maschine, die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen sind, beschrieben. In dieser Beschreibung enthält die elektrische Maschine zum Beispiel eine rotierende elektrische Maschine, die als ein elektrischer Motor oder ein Generator funktioniert, und eine lineare elektrische Maschine. Die rotierende elektrische Maschine enthält einen Radial-Spalt-Typ, bei dem ein Ankerabschnitt und ein Magnetfeldtabschnitt einander in der radialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine zugewandt sind, und einen Achsrichtungs-Spalt-Typ, bei dem ein Ankerabschnitt und ein Magnetfeldtabschnitt in der Achsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine einander zugewandt sind.
In dieser Beschreibung wird eine Richtung entlang einer Achse Ax (gerade Linie, die durch das Rotationszentrum verläuft) der rotierenden elektrischen Maschine, wie in 1A gezeigt, als „Achsrichtung“ bezeichnet, und eine Rotationsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine M1 um die Achse Ax wird einfach als „Rotationsrichtung“ bezeichnet. In dieser Beschreibung bedeuten „Rotationsrichtung“ und „Achsrichtung“ jeweils „wesentliche Rotationsrichtung“ und „wesentliche Achsrichtung“. So bedeutet zum Beispiel die Beschreibung, dass die Magnetisierungsrichtung eines Magneten eine Rotationsrichtung ist, und die Beschreibung, dass die Laminierungsrichtung eines Stahlblechs, das einen Magnetfeldkern bildet, eine Rotationsrichtung ist, die später beschrieben wird, dass die Magnetisierungsrichtung und die Laminierungsrichtung eine Richtung einer Tangente des Kreises um die Achse Ax enthalten. Weiterhin bedeutet in dieser Beschreibung „Maschinenbewegungsrichtung“ eine Rotationsrichtung eines bewegbaren Abschnitts (Ankerabschnitt oder Magnetfeldtabschnitt) in einer rotierenden elektrischen Maschine und eine Bewegungsrichtung eines bewegbaren Abschnitts (Ankerabschnitt oder Magnetfeldtabschnitt) in einer linearen elektrischen Maschine. Bei der rotierenden elektrischen Maschine ist eine der Richtungen, welche die Maschinenbewegungsrichtung kreuzen, eine Achsrichtung, und die andere ist eine radiale Richtung der rotierenden elektrischen Maschine. In der linearen elektrischen Maschine, wenn die Maschinenbewegungsrichtung eine Links-Rechts-Richtung ist, ist zum Beispiel eine der Richtungen, welche die Maschinenbewegungsrichtung kreuzen, eine Vorder-Rück-Richtung, und die andere ist eine vertikale Richtung. Weiterhin enthält in der linearen elektrischen Maschine die Richtung, welche die Maschinenbewegungsrichtung kreuzt, auch eine Richtung, die senkrecht zu der Maschinenbewegungsrichtung und schräg sowohl zu der Vorder-Rück-Richtung als auch zu der vertikalen Richtung verläuft.
In der vorliegenden Beschreibung ist ein „mechanischer Winkel“ ein Winkel, der in Bezug auf eine Umdrehung um die Achse Ax ausgedrückt wird, wenn eine Umdrehung um die Achse Ax in der rotierenden elektrischen Maschine 360 Grad beträgt. Andererseits ist in der rotierenden elektrischen Maschine oder der linearen elektrischen Maschine, wenn ein Winkel (mit anderen Worten, ein Abstand) zwischen zwei Magnetfeldkernen (zum Beispiel Magnetfeldkerne 22N, die später beschrieben werden), welche die gleichen Polaritäten haben und benachbart zu einander in der Maschinenbewegungsrichtung der elektrischen Maschine (das heißt die Richtung der relativen Bewegung des Magnetfeldabschnitts und des Ankerabschnitts) 360 Grad beträgt, ist ein „elektrischer Winkel“ ein Winkel (Abstand), der in Bezug auf solche zwei Magnetfeldkerne ausgedrückt wird.
[Grundstruktur]
Die rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine M1, die in 1a gezeigt ist, wird beschrieben. Wie in 1A dargestellt, enthält die rotierende elektrische Maschine M1 einen Magnetfeldabschnitt Fs und einen Ankerabschnitt Am1, die relativ drehbar sind (ein Teil der Rotationsrichtung des Magnetfeldabschnitts Fs ist in 1A nicht dargestellt). Zum Beispiel ist der Magnetfeldabschnitt Fs ein Rotor und der Ankerabschnitt Am1 ein Stator. Der Magnetfeldabschnitt Fs ist gelagert, so dass er in einer Vorrichtung, an der die rotierende elektrische Maschine M1 montiert ist, drehbar ist, und der Ankerabschnitt Am1 ist an der Struktur der Vorrichtung, an der die rotierende elektrische Maschine M1 montiert ist, befestigt. In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine M1 auf einem Elektrofahrzeug (zum Beispiel Zweiradfahrzeug, Vierradfahrzeug) montiert ist, ist der Magnetfeldabschnitt Fs drehbar gelagert und mit den Rädern gekoppelt. Der Ankerabschnitt Am1 ist zum Beispiel an einem Fahrzeugrahmen befestigt. Der Ankerabschnitt Am1 kann ein Rotor und der Magnetfeldtabschnitt Fs kann ein Stator sein. Wenn der Ankerabschnitt Am1 ein Rotor ist, kann einer Spule CL des Ankerabschnitts Am1, die später beschrieben wird, ein Strom zugeführt werden, zum Beispiel über Bürsten und Schleifringe und Bürsten und Kommutator.
[Umriss des Magnetfeldtabschnitts]
In der rotierenden elektrischen Maschine M1 ist der Magnetfeldtabschnitt Fs angeordnet, so dass er die Außenseite des Ankerabschnitts Am1 umgibt. Wie in 1A dargestellt, enthält der Magnetfeldabschnitt Fs eine Mehrzahl von Magnetfeldkernen 22N und 22S, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Permanentmagneten Mg, die jeweils zwischen zwei benachbarten Magnetfeldkernen angeordnet sind. In 3B ist die Magnetisierungsrichtung der Magnete Mg durch einen Pfeil dargestellt. Die Magnetfläche in der durch den Pfeil angezeigten Richtung ist der N-Pol, und die Magnetfläche gegenüber der Fläche des N-Pols ist der S-Pol. Wie in 3B gezeigt, werden die Magnete Mg in der Rotationsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine M1 (Maschinenbewegungsrichtung) magnetisiert. In dieser Beschreibung bedeutet „der Magnet Mg ist in der Rotationsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine M1 magnetisiert“, dass die Richtung der Magnetisierung die Richtung der Tangente des Kreises (ein Kreis, der auf der Achse Ax der rotierenden elektrischen Maschine zentriert ist) an der Position des Magneten Mg enthält. Die Magnetisierungsrichtungen von zwei benachbarten Magneten Mg sind entgegengesetzt ausgerichtet, und zwei benachbarte Magnete Mg sind einander zugewandt, mit den Magnetflächen, welche die gleiche Polarität aufweisen. Der Magnetfeldkern 22N ist zwischen den N-Polflächen der beiden benachbarten Magnete Mg angeordnet, und der Magnetfeldkern 22S ist zwischen den S-Polflächen der beiden benachbarten Magnete Mg angeordnet. Die Magnetfeldkerne 22N und 22S können zum Beispiel aus laminierten Stahlblechen, einem Pulvermaterial oder einer Kombination davon gebildet werden. Die Magnetfeldkerne 22N und 22S haben einen magnetischen Fokussierungseffekt und sammeln den magnetischen Fluss der gesamten Flächen der Magnete Mg auf den Ankerabschnitt Am1. Dies ermöglicht eine effektive Nutzung des magnetischen Flusses durch die Magnete Mg.
[Ankerabschnitt]
Wie in 1A dargestellt, enthält der Ankerabschnitt Am1 eine Mehrzahl von Ankerkernen H1 und H2, die in Achsrichtung angeordnet sind, und eine Kernkopplungsstruktur, in der die Ankerkerne H1 und H2 magnetisch gekoppelt sind. Die Kernkopplungsstruktur kann eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L enthalten, die in der Maschinenbewegungsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind.
Der Ankerabschnitt Am 1 enthält zum Beispiel einen ersten Ankerkern H1 und zwei zweite Ankerkerne H2. Der erste Ankerkern H1 ist zwischen den beiden zweiten Ankerkernen H2 angeordnet. Die Formen und Größen der Ankerkerne H1 und H2 können unterschiedlich sein. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 sind die Spulen CLu, CLv und CLw (siehe 1B) in dem ersten Ankerkern H1 vorgesehen, und in den zweiten Ankerkernen H2 sind keine Spulen vorgesehen. Die Dicke des ersten Ankerkerns H1 (Breite in Achsrichtung) ist größer als die Dicke des zweiten Ankerkerns H2 (Breite in Achsrichtung). Dadurch wird verhindert, dass die Dichte des magnetischen Flusses, der durch den ersten Ankerkern H1 fließt, exzessiv ist. In der folgenden Beschreibung wird, wenn die Typen der Spulen nicht unterschieden werden, „CL“ für Spulen verwendet.
Die Anzahl und Anordnung der Ankerkerne ist nicht auf das Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M1 beschränkt. Die Ankerkerne H1 und H2 können die gleiche Form haben. Dadurch kann die Anzahl der Teile und Formen der Ankerkerne H1 und H2 reduziert werden. Die Ankerkerne des Ankerabschnitts können zum Beispiel nur ein erster Ankerkern H1 und ein zweiter Ankerkern H2 sein.
[Erster Ankerkern]
Wie in 1 B gezeigt, enthält der erste Ankerkern H1 eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind (wenn die drei Magnetpolgruppen G1u, G1v, G1w nicht unterschieden werden, wird im Folgenden G1 für eine Magnetpolgruppe verwendet). Jede Magnetpolgruppe G1 enthält eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a (siehe 1A), die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Anzahl der Magnetpole 33a einer jeden Magnetpolgruppe G1 beträgt vorzugsweise zwei oder mehr. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 besteht jede Magnetpolgruppe G1 aus fünf Magnetpolen 33a. Der Magnetpol 33a ist ein vorstehender Abschnitt, der auf einer Fläche des ersten Ankerkerns H1 ausgebildet ist, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist. Das heißt, der Magnet 33a hat eine radial vorspringende Form. Die beiden benachbarten Magnetpole 33a sind in der Rotationsrichtung voneinander beabstandet. Der Magnetfluss, der zwischen dem Magnetfeldabschnitt Fs und dem ersten Ankerkern H1 fließt, durchläuft die Magnetpole 33a intensiv.
Der erste Ankerkern H1 hat einen Jochabschnitt 33c (siehe 1B), der ein ringförmiger Kern ist, der auf der Achse Ax zentriert ist. Wie in 3B gezeigt, kann der erste Ankerkern H1 eine gemeinsame Basis 33b haben (siehe 3B), mit der die Magnetpole 33a, die jede Magnetpolgruppe G1 bilden, verbunden sind. Die gemeinsame Basis 33b kann von dem Jochabschnitt 33c in Richtung des Magnetfeldtabschnitts Fs vorstehen, und die Magnetpole 33a ragen von der gemeinsamen Basis 33b in Richtung des Magnetfeldtabschnitts Fs vor. Der erste Ankerkern H1 kann die gemeinsame Basis 33b nicht haben. In diesem Fall können die Magnetpole 33a direkt mit dem Ringabschnitt des Jochabschnitts 33c verbunden sein.
Wie später beschrieben wird, in dem ersten Ankerkern H1, sind magnetische Flüsse ϕ1 und ϕ2, die zwischen den Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, fließen, und ein magnetischer Fluss ϕ7, der zu dem Kernkopplungsabschnitt L fließt (siehe 3B), und in dem zweiten Ankerkern H2, sind Magnetflüsse ϕ1 und ϕ2, die zwischen den Magnetpolgruppen G2, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, fließen, und ein Magnetfluss ϕ7, der zu dem Kernkopplungsabschnitt L fließt, gebildet (siehe 3B). Die Spule CL ist in dem ersten Ankerkern H1 angeordnet, so dass die Magnetflüsse ϕ1, ϕ2 und ϕ7 durch das Innere der Spule CL fließen. Inspesondere, wie in 1 B dargestellt, ist die Spule CL in der Magnetpolgruppe G1 angeordnet und um die Magnetpole 33a gewickelt, welche die Magnetpolgruppe G1 bilden. Diese Anordnung der Spule CL ermöglicht es dem magnetischen Fluss, der von den Magneten Mg gebildet wird, die Spule CL effizient zu schneiden. Die Anordnung der Spule CL ist nicht auf das Beispiel des Ankerabschnitts Am1 beschränkt. Wenn die magnetischen Flüsse ϕ1, ϕ2 und ϕ7 angeordnet sind, so dass sie durch das Innere der Spule CL verlaufen, können die Spulen CL auf dem zweiten Ankerkern H2 oder auf dem ersten Ankerkern H1 und dem zweiten Ankerkern H2 angeordnet sein.
Die rotierende elektrische Maschine M1 wird mit einem Wechselstrom angetrieben. Zum Beispiel wird die rotierende elektrische Maschine M1 mit einem dreiphasigen Wechselstrom versorgt. Somit, wie in 1 B dargestellt, enthält der erste Ankerkern H1 eine U-Phasen-Spule CLu, eine V-Phasen-Spule CLv und eine W-Phasen-Spule CLw. Die U-Phasen-Spule CLu, die V-Phasen-Spule CLv und die W-Phasen-Spule CLw sind jeweils in den Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w vorgesehen. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 sind zwei Spulen CL für jede Phase vorgesehen. Betrachtet man die rotierende elektrische Maschine M1 in Achsrichtung, so sind die Spulen CLu, CLv und CLw in der Rotationsrichtung angeordnet. Dies ermöglicht den Ausgleich der Magnetkräfte, die auf den Ankerabschnitt Am1 und den Magnetfeldtabschnitt Fs wirken. Die Anzahl der Spulen CL, die in einer Phase vorgesehen sind, kann Eins oder mehr als zwei betragen. Jede Magnetpolgruppe G1 kann mit einer äußeren Spule und einer inneren Spule, die innerhalb der äußeren Spule angeordnet ist, vorgesehen sein. Zum Beispiel kann die Magnetpolgruppe G1 u der U-Phase mit einer äußeren Spule, die alle Magnetpole 33a (fünf Magnetpole 33a) umgibt, welche die Magnetpolgruppe G1u bilden, und mit einer inneren Spule, die nur einige der Magnetpole 33a (drei Magnetpole 33a in der Mitte) umgibt, vorgesehen sein. Diese Struktur dient dazu, den Raum zwischen zwei benachbarten Magnetpolen 33a effektiv zu nutzen und die Größe der rotierenden elektrischen Maschine zu verringern. Dies kann auf eine rotierende elektrische Maschine mit radialem Spalt, eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine und eine später zu beschreibende lineare elektrische Maschine angewendet werden.
Wie in 2 gezeigt, sind in der rotierenden elektrischen Maschine M1 die Wicklungsrichtungen der Spulen C L, die in jeder Phase vorgesehen sind, gleich (in 2 zeigen die Pfeile der Spulen CL die Wicklungsrichtung der Spulen an). Die Wicklungsrichtung entspricht der Richtung des Stroms, der von einem Inverter (nicht dargestellt) an die Spule CL geliefert wird. Wenn die Richtung des Stroms positiv ist, fließt der Strom in Richtung der Pfeile. Wenn die Richtung des Stroms negativ ist, fließt der Strom in die den Pfeilen entgegengesetzte Richtung. Die Position, Anzahl und Wicklungsrichtung der Spulen CL sind nicht auf das Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M1 beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl der Spulen für jede Phase eins, drei oder mehr sein. Außerdem kann die Anzahl der Phasen eine ungerade Zahl von 3 oder mehr sein, wie zum Beispiel 5 und 7, oder eine gerade Zahl von 2 oder mehr. Die Variationen der Position, Anzahl und Wicklungsrichtung der Spulen werden später im Detail beschrieben.
[Zweiter Ankerkern]
Wie in 1 B und 2 gezeigt, haben die zweiten Ankerkerne H2 eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G2u, G2v und G2w, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind (wenn die drei Magnetpolgruppen G2u, G2v und G2w nicht unterschieden werden, wird im Folgenden das Referenzsymbol G2 für eine Magnetpolgruppe verwendet). Jede Magnetpolgruppe G2 besteht aus einer Mehrzahl von Magnetpolen 34a, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Anzahl der Magnetpole 34a einer jeden Magnetpolgruppe G2 beträgt vorzugsweise zwei oder mehr. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 besteht jede Magnetpolgruppe G2 aus sechs Magnetpolen 34a. Wie in 1 B gezeigt, ist der Magnetpol 34a ein vorstehender Abschnitt, der auf einer Fläche des zweiten Ankerkerns H2 ausgebildet ist, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 ist der Magnetpol 34a ein radial vorstehender Abschnitt. Der zweite Ankerkern H2 hat einen ringförmigen Jochabschnitt 34c, der auf der Achse Ax zentriert ist, und der Magnetpol 34a ragt aus dem Jochabschnitt 34c zu dem Magnetfeldabschnitt Fs heraus. Die beiden benachbarten Magnetpole 34a sind in der Rotationsrichtung voneinander entfernt. Der Magnetfluss, der zwischen dem Magnetfeldtabschnitt Fs und dem zweiten Ankerkern H2 fließt, durchläuft die Magnetpole 34a intensiv.
Wie in 1A und 1B gezeigt, sind in der rotierenden elektrischen Maschine M1 die drei Magnetpolgruppen G2u, G2v und G2w des zweiten Ankerkerns H2 jeweils in Bezug auf die drei Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w des ersten Ankerkerns H1 in der Achsrichtung (die Richtung, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung schneidet) angeordnet. Wie oben beschrieben, hat die rotierende elektrische Maschine M1 zwei zweite Ankerkerne H2, und jede Magnetpolgruppe G1 ist zwischen zwei Magnetpolgruppen G2 angeordnet, die in der Achsrichtung voneinander entfernt sind.
Der Abstand zwischen dem Magnetfeldtabschnitt Fs und den Ankerkernen H1 und H2 ist gering, und somt bewegen sich viele der magnetischen Flüsse zwischen den Ankerkernen H1 und H2 und dem Magnetfeldtabschnitt Fs durch die Magnetpole 33a und 34a. Die Form der Magnetpole 33a und 34a kann in geeigneter Weise geändert werden, wenn die Form eine solche Funktion erfüllt. Zum Beispiel, in 1A, ist die distale Endfläche des Magnetpols 33a eine gekrümmte Fläche entlang der inneren Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs, kann aber eine gekrümmte Fläche mit einer größeren Krümmung als die innere Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs sein. Dies dient dazu, das Rastmoment zu reduzieren. Weiterhin kann eine Nut (vertiefter Abschnitt) zwischen zwei benachbarten Magnetpolen 33a U-förmig oder im Wesentlichen rechteckig sein. Als weiteres Beispiel können die Ecken der distalen Endfläche des Magnetpols 33 abgeschrägt oder bogenförmig gekrümmt sein. Der Magnetpol 34a des zweiten Ankerkerns H2 kann auch ähnlich geformt sein wie der hier beschriebene Magnetpol 33a.
[Position des Magnetpols]
Die Position des Magnetpols 33a des ersten Ankerkerns H1 und die Position des Magnetpols 34a des zweiten Ankerkerns H2 sind in der Rotationsrichtung versetzt. Wie in 2 dargestellt, befindet sich die Position des Magnetpols 33a in der Rotationsrichtung zwischen zwei in der Rotationsrichtung benachbarten Magnetpolen 34a. Weiterhin befindet sich die Position des Magnetpols 34a in der Rotationsrichtung zwischen den beiden in der Rotationsrichtung benachbarten Magnetpolen 33a.
Wie in 2 dargestellt, befindet sich die Position des Magnetpols 33a beispielsweise in der Mitte von zwei benachbarten Magnetpolen 34a, und die Position des Magnetpols 34a befindet sich beispielsweise in der Mitte von zwei benachbarten Magnetpolen 33a. Die in 2 gezeigten Zahlenwerte geben Winkel (Abstände) in der Rotationsrichtung an, ausgedrückt in elektrischen Winkeln. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 sind die beiden Magnetpole 33a, die in der Rotationsrichtung benachbart sind, um 360 Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt, und die Position des Magnetpols 33a in der Rotationsrichtung und die Position des Magnetpols 34a in der Rotationsrichtung sind um 180 Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt. Die relativen Positionen des Magnetpols 33a und des Magnetpols 34a sind nicht darauf beschränkt. Die Winkel (Abstände) der Magnetpole 33a und 34a in der Rotationsrichtung können etwas kleiner als 180 Grad oder etwas größer als 180 Grad sein. Die Winkel (Abstände) der Magnetpole 33a und 34a können 175 Grad oder 185 Grad in dem elektrischen Winkel betragen. Die Winkel (Abstände) der Magnetpole 33a und 34a in der Rotationsrichtung können allmählich abnehmen oder zunehmen, wenn sie sich den Enden der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung nähern.
[Lagebeziehung zwischen Magnetfeldkern und Magnetpol]
Wenn der Magnetfeldtabschnitt Fs an einer bestimmten Position fixiert ist, haben die Magnete Mg, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnetpole 33a und 34a die unten beschriebenen Positionsbeziehungen.
Wie in 3B gezeigt, entsprechen die Positionen der Magnetpole 33a und 34a der Ankerkerne H1 und H2 in der Rotationsrichtung jeweils den Positionen der Magnetfeldkerne 22N und 22S in der Rotationsrichtung. Die Magnetpole 33a liegen beispielsweise dem Magnetfeldkern 22N (oder 22S) gegenüber und bilden einen magnetischen Pfad zwischen den Magnetpolen 33a und dem Magnetfeldkern 22N (oder 22S). In ähnlicher Weise liegen die Magnetpole 34a dem Magnetfeldkern 22S (oder 22N) gegenüber und bilden einen magnetischen Pfad zwischen den Magnetpolen 34a und dem Magnetfeldkern 22S (oder 22N). 3B zeigt die magnetischen Flüsse ϕ1, ϕ2 und ϕ7, die durch den magnetischen Kreis fließen.
In dem in 3B dargestellten Fall fällt die Position des Magnetfeldkerns 22N mit der Position des Magnetpols 33a der Magnetpolgruppe G1u zusammen und die Position des Magnetfeldkerns 22S fällt mit der Position des Magnetpols 34a der Magnetpolgruppe G2u zusammen. In diesem Fall liegen die Magnetpole 33a der Magnetpolgruppe G1v und G1w dem Magnetfeldkern 22S gegenüber, und die Magnetpole 34a der Magnetpolgruppen G2v und G2w liegen dem Magnetfeldkern 22N gegenüber. Während die Position des Magnetfeldkerns 22S in der Rotationsrichtung von den Positionen der Magnetpole 33a der Magnetpolgruppen G1v und G1w versetzt ist, ist der Fluss des magnetischen Flusses zwischen dem Magnetfeldkern 22S und den Magnetpolen 33a der Magnetpolgruppen G1v und G1w möglich. In ähnlicher Weise wird der Magnetfluss zwischen dem Magnetfeldkern 22N und den Magnetpolen 34a der Magnetpolgruppen G2v und G2w zugelassen, während die Position des Magnetfeldkerns 22N in der Rotationsrichtung gegenüber den Positionen der Magnetpole 34a der Magnetpolgruppen G2v und G2w versetzt ist. Der später zu beschreibende geschlossene Magnetkreis ist durch eine solche Positionsbeziehung konfiguriert. In dem in 3 dargestellten Fall ist die Position des Magnetfeldkerns 22S um 60 Grad um den elektrischen Winkel von den Positionen der Magnetpole 33a der Magnetpolgruppen G1v und G1w versetzt, und die Position des Magnetfeldkerns 22N ist um 60 Grad um den elektrischen Winkel von den Positionen der Magnetpole 34a der Magnetpolgruppen G2v und G2w versetzt.
Die Positionen der Magnetpolgruppen G1 und G2 und die Positionen der Magnetfeldkerne 22N und 22S in der Rotationsrichtung werden im Detail beschrieben. In dieser Beschreibung wird ein Paar aus der Magnetpolgruppe G1u und der Magnetpolgruppe G2u, das in der Achsrichtung angeordnet ist, als Magnetpolgruppenpaar Pu bezeichnet (siehe 2), ein Paar aus der Magnetpolgruppe G1v und der Magnetpolgruppe G2v, das in der Achsrichtung angeordnet ist, wird als Magnetpolgruppenpaar Pv bezeichnet (siehe 2), und ein Paar aus der Magnetpolgruppe G1w und der Magnetpolgruppe G2w, das in der Achsrichtung angeordnet ist, wird als Magnetpolgruppenpaar Pw bezeichnet (siehe 2). Wenn diese drei Magnetpolgruppenpaare Pu, Pv und Pw nicht voneinander unterschieden werden, wird im Folgenden das Symbol P für das Magnetpolgruppenpaar verwendet.
Die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a ist für die Magnetpolgruppenpaare Pu, Pv und Pw gleich. Das heißt, die Anzahl der Magnetpole 33a in jeder der Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w der ersten Ankerkerne H1 ist gleich, zum Beispiel fünf. Die Anzahl der Magnetpole 34a in jeder der Magnetpolgruppen G2u, G2v und G2w der zweiten Ankerkerne H2 ist gleich, zum Beispiel sechs. Der Abstand zwischen den Magnetpolen 33a und 34a ist bei den Magnetpolgruppenpaaren Pu, Pv und Pw ebenfalls im Wesentlichen gleich groß. Das heißt, der Abstand zwischen den Magnetpolen 33a (Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetpolen 33a) ist bei den drei Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w des ersten Ankerkerns H1 im Wesentlichen gleich, und der Abstand zwischen den Magnetpolen 34a (Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetpolen 34a) ist bei den drei Magnetpolgruppen G2u, G2v und G2w des zweiten Ankerkerns H2 im Wesentlichen gleich. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetpolen 33a muss nicht in jeder der Magnetpolgruppen G1 gleich sein, sondern kann auch gleichförmig sein. Auch in diesem Fall haben die Magnetpolgruppen G1 die gleiche Struktur. Das heißt, jede der Magnetpolgruppen G1 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die mit ungleichmäßigem Abstand angeordnet sind, und eine Magnetpolgruppe G1 und die andere Magnetpolgruppe G1 sind hinsichtlich des Abstands der Magnetpole 33a gleich. In ähnlicher Weise kann der Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetpolen 34a in jeder der Magnetpolgruppen G2 nicht gleich sein und kann gleichförmig sein. Auch in diesem Fall haben die Magnetpolgruppen G2 die gleiche Struktur. Das heißt, jede der Magnetpolgruppen G2 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 34a, die mit ungleichmäßigem Abstand angeordnet sind, und eine Magnetpolgruppe G2 und die andere Magnetpolgruppe G2 sind hinsichtlich des Abstands der Magnetpole 34a gleich.
Wünschenswerterweise können die Breiten und/oder Höhen der Magnetpole 33a und 34a auch in den Magnetpolgruppenpaaren Pu, Pv und Pw im Wesentlichen gleich sein. Das heißt, die Breite und/oder die Höhe des Magnetpols 33a in der Rotationsrichtung sind in den drei Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w des ersten Ankerkerns H1 im Wesentlichen gleich. Die Breite und/oder die Höhe des Magnetpols 34a in der Achsrichtung sind in den drei Magnetpolgruppen G2u, G2v und G2w des zweiten Ankerkerns H2 im Wesentlichen gleich. Das heißt, die drei Magnetpolgruppenpaare Pu, Pv und Pw haben die gleiche Struktur. Daher ist es wünschenswert, dass ein Magnetpolgruppenpaar (zum Beispiel Pu) um die Achse Ax1 gedreht wird und zu einem anderen Magnetpolgruppenpaar P (zum Beispiel Pv, Pw) wird.
Die Breiten und/oder Höhen einer Mehrzahl von Magnetpolen 33a, welche die jeweiligen Magnetpolgruppen G1 bilden, sind möglicherweise nicht gleichförmig. In diesem Fall haben die Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w die gleiche Struktur. Das heißt, jede der Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w kann aus einer Mehrzahl von Magnetpolen 33a mit ungleichmäßiger Breite und/oder ungleichmäßiger Höhe gebildet werden. In ähnlicher Weise können die Breiten und/oder die Höhen einer Mehrzahl von Magnetpolen 34a, welche die jeweiligen Magnetpolgruppen G2 bilden, nicht gleichförmig sein. In diesem Fall haben die Magnetpolgruppen G2u, G2v und G2w die gleiche Struktur. Das heißt, jede der Magnetpolgruppen G2 kann aus einer Mehrzahl von Magnetpolen 34a mit ungleichmäßiger Breite und/oder ungleichmäßiger Höhe gebildet werden.
Wie in 2 gezeigt, beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P im wesentlichen „360×(n+m/s)“ Grad im elektrischen Winkel, wobei
„s“ die Anzahl der Phasen ist,
„m“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als s-1 ist, wobei die ganze Zahl nicht ein Teiler von s (außer 1) und nicht ein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, und
„n“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Somit besteht ein elektrischer Winkelunterschied von (360×m/s) Grad zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen den Magnetpolen 33a (oder 34a) und dem Magnetfeldkern 22N (oder 22S) des Magnetpolgruppenpaares Pu und dem Winkel (Abstand) zwischen den Magnetpolen 33a (oder 34a) und dem Magnetfeldkern 22N (oder 22S) der anderen Magnetpolgruppenpaare Pv und Pw. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 sind s=3, n=6 und m=1. Somit beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P 2,280 Grad in dem elektrischen Winkel. Dementsprechend sind zum Beispiel, wenn die Magnetpole 33a des Magnetpolgruppenpaares Pu direkt dem Magnetfeldkern 22N zugewandt sind (wenn der Winkel (Abstand) zwischen den Magnetpolen 33a und dem Magnetfeldkern 22N 0 Grad beträgt), die Positionen der Magnetpole 33a der Magnetpolgruppenpaare Pv und Pw um 120 Grad in dem elektrischen Winkel relativ zu dem Magnetfeldkern 22N versetzt. Die relativen Positionen des Magnetpolgruppenpaars P und des Magnetfeldabschnitts Fs können auf eine lineare elektrische Maschine oder eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
In dieser Beschreibung ist der Winkel (Abstand) zwischen den beiden Magnetpolgruppenpaaren P insbesondere der Winkel (Abstand) zwischen den Zentren der Magnetpolgruppen G1 in der Rotationsrichtung und der Winkel (Abstand) zwischen den Zentren der Magnetpolgruppen G2 in der Rotationsrichtung. Der Winkel (Abstand) zwischen den Zentren der Magnetpolgruppen G1 ist zum Beispiel der Abstand zwischen dem Zentrum der Magnetpolgruppe G1u in der Rotationsrichtung und dem Zentrum der Magnetpolgruppe G1v in der Rotationsrichtung. In ähnlicher Weise ist der Winkel (Abstand) zwischen den Zentren der Magnetpolgruppen G2 beispielsweise der Abstand zwischen dem Zentrum der Magnetpolgruppe G2u in der Rotationsrichtung und dem Zentrum der Magnetpolgruppe G2v in der Rotationsrichtung.
Der mechanische Winkel von „(360/p)×(n+m/s)“ Grad ist zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P gewährleistet. Der Winkel zweier benachbarter Magnetpolgruppenpaare P kann auch als mechanischer Winkel von „360/s/c“ Grad ausgedrückt werden. Dabei ist „p“ (Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts)/2, und „c“ ist die Anzahl der Spulen für jede Phase. Dementsprechend ist „(360/p)×(n+m/s)“ in dem Wesentlichen gleich „360/s/c“. Die „Anzahl der Pole des Magnetfeldabschnitts“ entspricht der Anzahl der Magnetfeldkerne 22N und 22S des Magnetfeldabschnitts Fs und beträgt zum Beispiel 76 in der rotierenden elektrischen Maschine M1 (p=38). Außerdem ist s=3 und c=2. Somit beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P etwa 60 Grad in dem mechanischen Winkel. Mit anderen Worten, die Anzahl der Pole (p×2) des Magnetfeldtabschnitts Fs, die Anzahl der Spulen (s×c) des Ankerabschnitts und die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a sind so eingestellt, dass „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“ ist.
[Magnetische Kopplung in der Rotationsrichtung]
In dem ersten Ankerkern H1 sind zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung benachbart sind, magnetisch miteinander gekoppelt. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 sind die Magnetpolgruppen G1 über einen Jochabschnitt 33c, der in ihr ausgebildet ist, magnetisch gekoppelt. Somit fließt der Magnetfluss, der von den Magneten Mg gebildet wird, zwischen den beiden Magnetpolgruppen G1 (siehe 3B). In ähnlicher Weise sind in dem zweiten Ankerkern H2 zwei Magnetpolgruppen G2, dei in der Rotationsrichtung benachbart sind, magnetisch aneinander gekoppelt. Insbesondere sind die Magnetpolgruppen G2 über einen Jochabschnitt 34c, der in ihnen ausgebildet ist, magnetisch gekoppelt. Daher fließt der Magnetfluss, der durch den Magneten Mg gebildet wird, zwischen den beiden Magnetpolgruppen G2 (siehe 3B).
Der Jochabschnitt 33c des ersten Ankerkerns H1 weist keine Struktur zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppen G1 auf, um sie magnetisch zu trennen. Die Struktur zu der magnetischen Trennung der beiden Magnetpolgruppen G1 ist insbesondere ein Schlitz, der in dem Jochabschnitt 33c ausgebildet ist, oder ein Abschnitt der aus einem Material mit einem großen Magnetowiderstand im Vergleich zu den anderen Abschnitten des Ankerkerns H1 besteht. Ähnlich wie beim ersten Ankerkern H1 weist der Jochabschnitt 34c des zweiten Ankerkerns H2 keine Struktur zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppen G2 auf, um sie magnetisch zu trennen. Dies trägt zur Bildung des Flusses der magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B) in der Rotationsrichtung bei.
In der rotierenden elektrischen Maschine M1, wie in 3B gezeigt, ist eine Breite Wa des Jochabschnitts 33c in radialer Richtung im Wesentlichen konstant in der Rotationsrichtung. Weiterhin ist eine Breite Wb des Jochabschnitts 34c in radialer Richtung ebenfalls im Wesentlichen konstant in der Rotationsrichtung. Diese Struktur trägt auch zur Bildung des Flusses der magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B) in der Rotationsrichtung bei.
In der rotierenden elektrischen Maschine M1, wie in 3B gezeigt, ist die Breite Wa des Jochabschnitts 33c in radialer Richtung größer als die vorstehende Breite W3 des Magnetpols 33a. Die Breite Wa des Jochabschnitts 33c kann größer sein als die Summe der Breite des Magnetpols 33a und der Breite der gemeinsamen Basis 33b. Die Breite Wb des Jochabschnitts 34c in den radialen Richtungen ist größer als die Vorsprungsbreite W4 des Magnetpols 34a. Diese Struktur trägt auch zur Bildung des Flusses der magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B) in der Rotationsrichtung bei.
[Kernkopplungsabschnitt]
Ein Kernkopplungsabschnitt L koppelt die Ankerkerne H1 und H2 magnetisch. Ein magnetischer Fluss ϕ7 (siehe 3B), der durch den Kernkopplungsabschnitt L verläuft, wird zwischen den Ankerkernen H1 und H2 gebildet. Der Ankerabschnitt Am1 hat eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L (siehe 1A), die in der Rotationsrichtung (das heißt in der Maschinenbewegungsrichtung) voneinander beabstandet sind. Wie in 3B gezeigt, sind die Kernkopplungsabschnitte L jeweils in einer Mehrzahl von Magnetpolgruppenpaaren P vorgesehen. Beispielsweise sind die Kernkopplungsabschnitte L in dem Magnetpolgruppenpaar Pu (Magnetpolgruppen G1u und G2u) der U-Phase vorgesehen, und ein magnetischer Pfad über die Kernkopplungsabschnitte L wird zwischen der Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1 und der Magnetpolgruppe G2u des zweiten Ankerkerns H2 gebildet. In ähnlicher Weise sind die Kernkopplungsabschnitte L in jedem der beiden anderen Magnetpolgruppenpaare Pw und Pv vorgesehen.
Der Ankerabschnitt Am1 enthält einen ersten Ankerkern H1 und zwei zweite Ankerkerne H2. Die Kernkopplungsabschnitte L koppeln diese drei Ankerkerne H1 und H2 magnetisch. Jeder Kernkopplungsabschnitt L erstreckt sich von dem oberen zweiten Ankerkern H2 bis zu dem unteren zweiten Ankerkern H2. Alternativ kann der Ankerabschnitt Am1 auch zwei Kernkopplungsabschnitte L, die in Achsrichtung angeordnet sind, aufweisen. Der erste Kernkopplungsabschnitt L kann den ersten Ankerkern H1 und den oberen zweiten Ankerkern H2 koppeln, und der zweite Kernkopplungsabschnitt L kann den ersten Ankerkern H1 und den unteren zweiten Ankerkern H2 koppeln.
Wie in 1A gezeigt, ist die rotierende elektrische Maschine M1 eine rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, und die Magnetpolgruppen G1 und G2 sind radial in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs angeordnet. Genauer gesagt befindet sich der Ankerabschnitt Am1 innerhalb des Magnetfeldabschnitts Fs, und daher sind die Magnetpolgruppen G1 und G2 in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs radial innen angeordnet. Wie in 1C und 1D dargestellt ist, befindet sich der Kernkopplungsabschnitt L innerhalb der Magnetpolgruppen G1 und G2. Mit anderen Worten, der Kernkopplungsabschnitt L ist gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs über den Magnetpolgruppen G1 und G2 und den darauf befindlichen Spulen CL angeordnet. Dadurch kann der Magnetfluss ϕ7, der durch den Spulenkopplungsabschnitt L fließt, durch das Innere der Spule CL hindurchgehen und verhindert, dass sich die Magnetflüsse ϕ1 und ϕ2, die durch die beiden Magnetpolgruppen, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, (zum Beispiel die Magnetpolgruppen G1u und G1v) fließen, und der Magnetfluss ϕ7, der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, sich gegenseitig stören. Dies dient der effizienten Nutzung des magnetischen Flusses, der in dem Magnetkreis gebildet ist, um Drehmomente zu erhalten.
Die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung kann mit der Mitte der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung übereinstimmen. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 unterscheidet sich die Anzahl der Magnetpole 34a, die jede Magnetpolgruppe G2 bilden, um eins von der Anzahl der Magnetpole 33a, die jede Magnetpolgruppe G1 bilden. Auf diese Weise fällt die Position des Mittelpunkts der Magnetpolgruppe G1 in der Rotationsrichtung mit der Position des Mittelpunkts der Magnetpolgruppe G2 in der Rotationsrichtung zusammen. Somit fallen die Mittelpunkte der drei Elemente (Magnetpolgruppen G1 und G2, Kernkopplungsabschnitt L) in der Rotationsrichtung zusammen.
Wie in 1A und 1 E zeigt, koppelt der Kernkopplungsabschnitt L magnetisch die Jochabschnitte 33c und 34c der Ankerkerne H1 und H2. In dem Ankerabschnitt Am1 sind Einpasslöcher 33h und 34h (siehe 1 B) ausgebildet, um durch die Jochabschnitte 33c und 34c in Achsrichtung zu verlaufen. Die Kernkopplungsabschnitte L werden in die Einpasslöcher 33h und 34h eingepasst. Das obere Ende des Kernkopplungsabschnitts L erreicht die obere Fläche des Ankerabschnitts Am1 (die obere Fläche des oberen Ankerkerns H2) und das untere Ende des Kernkopplungsabschnitts L erreicht die untere Fläche des Ankerabschnitts Am1 (die untere Fläche des unteren Ankerkerns H2).
Im Gegensatz zu der rotierenden elektrischen Maschine M1 kann der Ankerabschnitt Am1 außerhalb des Magnetfeldtabschnitts Fs angeordnet sein. In diesem Fall sind die Magnetpolgruppen G1 und G2 in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs radial außen angeordnet, und der Kernkopplungsabschnitt L befindet sich außerhalb der Magnetpolgruppen G1 und G2.
Im Gegensatz zu dem Ankerabschnitt Am1 kann der Kernkopplungsabschnitt L einstückig mit einem der Ankerkerne H1 und H2 ausgebildet sein. In dem Ankerabschnitt Am1 sind die Ankerkerne H1 und H2 laminierte Stahlbleche, wie später beschrieben, obwohl einer oder beide der Ankerkerne H1 und H2 aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet sein können. In diesem Fall kann der Ankerkern, der aus einem Pulvermaterial gebildet ist, einstückig mit dem Kernkopplungsabschnitt ausgebildet sein.
Wie in den 1C und 1D gezeigt, ist eine Breite W20 des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) kleiner als die Breiten W21 und W22 der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung. Dadurch werden sowohl der magnetische Fluss ϕ7 (siehe 3B), der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, als auch die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B), die zwischen den beiden Magnetpolgruppen fließen, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, effektiver gebildet.
In dem ersten Ankerkern H1, wie in 1D gezeigt, können zumindest zwei Magnetpole 33a, die sich jeweils an den Enden der Magnetpole 33a befinden, welche die jeweiligen Magnetpolgruppen G1 bilden, von den beiden Enden Le des Kernkopplungsabschnitts L nach außen angeordnet sein. Im Beispiel von 1D befindet sich der Magnetpol 33a, der sich am rechten Ende befindet, rechts von dem rechten Ende Le des Kernkopplungsabschnitts L, und der Magnetpol 33a, der sich am linken Ende befindet, befindet sich links von dem linken Ende Le des Kernkopplungsabschnitts L. In ähnlicher Weise können bei dem zweiten Ankerkern H2, der in 1C dargestellt ist, zumindest zwei Magnetpole 34a, die jeweils an den Enden der Magnetpole 34a, welche die jeweiligen Magnetpolgruppen G2 bildend, angeordnet sind, außerhalb der beiden Enden Le des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sein. Dies dient dazu, auf einfache Weise die Magnetflüsse ϕ1 und ϕ2 zu bilden, die zwischen den beiden Magnetpolgruppen, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, fließen.
Im Gegensatz zu dem Ankerabschnitt Am1 kann in dem Ankerkern H1 (und/oder H2) eine Mehrzahl von Magnetpolen von den beiden Enden Le des Kernkopplungsabschnitts L nach außen (in der Zeichnung nach rechts und links) angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die sich am rechten Ende befinden, rechts von dem rechten Ende Le des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sein, und eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die sich am linken Ende befinden, kann links von dem linken Ende Le des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sein.
Wie in 1D gezeigt, ist eine Breite W23 des Kernkopplungsabschnitts L in radialer Richtung kleiner als die Breiten Wa und Wb der Jochabschnitte 33c und 34c in radialer Richtung. Somit können die Größen der Einpasslöcher 33h und 34h der Jochabschnitte 33c und 34c, in die der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst wird, reduziert werden, und die Intensität der Ankerkerne H1 und H2 kann gesichert werden.
Der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 sind allein durch den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt und in den anderen Bereichen als dem Kernkopplungsabschnitt L magnetisch getrennt. Insbesondere sind, wie in 1E gezeigt, Räume S1 und S2 zwischen dem ersten Ankerkern H1 und dem zweiten Ankerkern H2 vorgesehen (in 1E ist der Raum S1 ein Raum zwischen dem Jochabschnitt 33c und dem Jochabschnitt 34c, und der Raum S2 ist ein Raum zwischen den Magnetpolen 33a und den Magnetpolen 34a). In der rotierenden elektrischen Maschine M1 kann der Raum S1 im Wesentlichen der gleiche sein wie der Raum S2.
Wie in 1E gezeigt, sind die Räume S1 und S2 größer als die Dicke der Wicklung der Spule CL. Außerdem haben die Ankerkerne H1 und H2 keine konvexen Abschnitte, die in Achsrichtung auf den Jochabschnitten 33c und 34c vorstehen. Das heißt, die Ankerkerne H1 und H2 haben keine Strukturen, die den Raum S1 kleiner als den Raum S2 in den Jochabschnitten 33c und 34c machen, außer in dem Kernkopplungsabschnitt L.
Der erste Ankerkern H1, der zweite Ankerkern H2, die Spule CL und der Kernkopplungsabschnitt L, das heißt der gesamte Ankerabschnitt Am1, können durch ein Material mit nichtmagnetischen und isolierenden Eigenschaften verfestigt werden. Als ein solches Material kann ein Harz verwendet werden, und der Ankerabschnitt Am1 kann mit Harz gegossen werden. In diesem Fall können die Räume S1 und S2 mit dem Harz gefüllt werden. Alternativ dazu kann in den Räumen S1 und S2 beispielsweise eine Luftschicht gebildet werden.
[Magnetischer Kreis]
Wenn beispielsweise die Winkeldifferenz zwischen dem Magnetfeldkern 22N des Magnetfeldabschnitts Fs und dem Magnetpol 33a der Magnetpolgruppe G1u 0 Grad (elektrischer Winkel) beträgt, werden die magnetischen Flüsse ϕ1, ϕ2 und ϕ7 durch die Magnete Mg, wie in 3B gezeigt, auf dem Ankerabschnitt Am1 und dem Magnetfeldabschnitt Fs gebildet. In diesen Zeichnungen gehen die magnetischen Flüsse ϕ1, ϕ2 und ϕ7, die von den Magneten Mg gebildet werden, durch den Raum zwischen dem Ankerabschnitt Am1 und dem Magnetfeldtabschnitt Fs, treten in die Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1 von dem Magnetfeldkern 22N ein und gehen durch das Innere der Spule CLu.
Wie in 3B gezeigt, enthält der magnetische Kreis, in dem der magnetische Fluss ϕ1 gebildet wird, die Magnetpolgruppen G1u und G1v des ersten Ankerkerns H1, die Magnetpolgruppen G2u und G2v des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die dazwischen liegenden Magnete Mg. Das heißt, der magnetische Fluss ϕ1 tritt von dem Magnetfeldkern 22N in die Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1 ein und fließt zwischen der Magnetpolgruppe G1u und der Magnetpolgruppe G1v in der Rotationsrichtung in dem ersten Ankerkern H1. Weiterhin fließt der magnetische Fluss ϕ1 zwischen der Magnetpolgruppe G2v und der Magnetpolgruppe G2u in der Rotationsrichtung in den zweiten Ankerkern H2. Der magnetische Fluss ϕ1 fließt zwischen der Magnetpolgruppe G1v und der Magnetpolgruppe G2v durch die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg in Achsrichtung, und fließt zwischen der Magnetpolgruppe G1u und der Magnetpolgruppe G2u durch die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg in Achsrichtung. Der magnetische Fluss ϕ1 fließt durch das Innere der U-Phasen-Spule CLu und der V-Phasen-Spule CLv. In ähnlicher Weise enthält der magnetische Kreis, in dem der magnetische Fluss ϕ2 gebildet wird, die Magnetpolgruppen G1u und G1w des ersten Ankerkerns H1, die Magnetpolgruppen G2u und G2w des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen.
Wie in 3B gezeigt, enthält einer der Magnetkreise, durch die der Magnetfluss ϕ7 fließt, die Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1, den Kernkopplungsabschnitt L, die Magnetpolgruppe G2u des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen. Das heißt, der Magnetfluss ϕ7 tritt von dem Magnetfeldkern 22N in die Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1 ein, durchläuft das Innere der U-Phasen-Spule CLu und fließt durch den Kernkopplungsabschnitt L zu der Magnetpolgruppe G2u des zweiten Ankerkerns H2. Der magnetische Fluss ϕ7 fließt auch zwischen der Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1 und der Magnetpolgruppe G2u des zweiten Ankerkerns H2 durch die Magnetfeldkerne 22N und 22S des Magnetfeldabschnitts Fs und die Magnete Mg in der Achsrichtung. Wie in 3B gezeigt, werden auch ein magnetischer Fluss ϕ7, der zwischen der Magnetpolgruppe G1v des ersten Ankerkerns H1 und der Magnetpolgruppe G2v des zweiten Ankerkerns H2 durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, und ein magnetischer Fluss ϕ7, der zwischen der Magnetpolgruppe G1w des ersten Ankerkerns H1 und der Magnetpolgruppe G2w des zweiten Ankerkerns H2 durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, gebildet.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine entfällt bei einer solchen rotierenden elektrischen Maschine M1 die Notwendigkeit, die Ankerkerne H1 und H2 in der Rotationsrichtung magnetisch zu teilen. Dadurch kann die Intensität der Ankerkerne H1 und H2 erhöht werden. Außerdem werden magnetische Flüsse in zwei Kreisen des Magnetkreises gebildet, der den Kernkopplungsabschnitt L und den Magnetkreis mit zwei in der Rotationsrichtung voneinander entfernten Magnetpolgruppen (zum Beispiel Magnetpolgruppen G1u, G1v) enthält. Auf diese Weise kann die magnetische Sättigung des Magnetkreises verringert werden. Dies dient dazu, die Breite der Jochabschnitte 33c und 34c zu verringern und beispielsweise die Größe und das Gewicht des Ankerabschnitts Am1 einfach zu reduzieren. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a, welche die Magnetpolgruppen G1 und G2 bilden, erhöht wird. Darüber hinaus können die magnetischen Flüsse, die den Magnetkreis sättigen, erhöht werden, ohne die Breite der Jochabschnitte 33c und 34c zu vergrößern, und somit kann der Strom, welcher der Spule CL zugeführt wird, erhöht, und das Ausgangsdrehmoment der rotierenden elektrischen Maschine gesteigert werden. Diese Vorteile können auch in der rotierenden elektrischen Axial-Spalt-Typ-Maschine und in der später zu beschreibenden linearen elektrischen Maschine erzielt werden.
Die Magnetpolgruppen G1 und G2 sind in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs radial nach innen angeordnet. Wie in 1C und 1D dargestellt ist, befindet sich der Kernkopplungsabschnitt L innerhalb der Magnetpolgruppen G1 und G2. Genauer gesagt, fällt die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung mit der Mitte der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung zusammen. Durch diesen Aufbau wird verhindert, dass sich die Magnetflüsse ϕ1 und ϕ2, die durch die beiden Magnetpolgruppen in der Rotationsrichtung fließen, und der Magnetfluss ϕ7, der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, gegenseitig stören. Dies dient der effizienten Nutzung des magnetischen Flusses, der durch zwei Magnetkreise fließt, zur Erzeugung der Drehmomente.
In der rotierenden elektrischen Maschine M1 ist der erste Ankerkern H1 zwischen den beiden zweiten Ankerkernen H2 angeordnet, und somit werden die beiden Magnetkreise, die in Achsrichtung angeordnet sind, gebildet. Diese Anordnung dient dazu, die Dichte des magnetischen Flusses, der die Magnetfeldkerne 22N und 22S in Achsrichtung durchströmt, zu verringern oder die Querschnittsfläche der Magnetfeldkerne 22N und 22S (Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zu der Achsrichtung) zu reduzieren. Die Spule CL ist in dem ersten Ankerkern H1 vorgesehen und die Spule ist nicht in dem zweiten Ankerkern H2 vorgesehen. Auf diese Weise kann für den ersten Ankerkern H1 und den zweiten Ankerkern H2 jeweils eine optimale Form gewählt werden, und die Flexibilität der Form wird erhöht. Die Position der Spule CL ist nicht auf das Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M1 beschränkt, wenn beide der oben beschriebenen Arten von magnetischen Flüssen ϕ1, ϕ2 und ϕ7 durch sie hindurchgehen. Beispielsweise können die Spulen CL sowohl in der Magnetpolgruppe G1 des ersten Ankerkerns H1 als auch in der Magnetpolgruppe G2 des zweiten Ankerkerns H2 vorgesehen sein, oder einige der Spulen CL können in der Magnetpolgruppe G1 des ersten Ankerkerns H1 vorgesehen sein und einige der restlichen Spulen CL können in der Magnetpolgruppe G2 des zweiten Ankerkerns H2 vorgesehen sein. Wenn die Spulen CL sowohl in der Magnetpolgruppe G1 des ersten Ankerkerns H1 als auch in der Magnetpolgruppe G2 des zweiten Ankerkerns H2 vorgesehen sind, ist beispielsweise die Wicklungsrichtung der Spulen CL, die in der Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1 vorgesehenen sind, entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung der Spulen CL, die in der Magnetpolgruppe G2u des zweiten Ankerkerns H2 vorgesehen sind.
[Änderung des magnetischen Flusses]
Wenn der Magnetfeldabschnitt Fs um 30 Grad (elektrischer Winkel) aus der Position, die in 3B angegeben ist, in Richtung der Magnetpolgruppen G1v und G2v gedreht wird, ändert sich der Magnetfluss, der von den Magneten Mg des Magnetfeldabschnitts Fs gebildet wird. Insbesondere sind die Magnetpole 33a und 34a, welche die Magnetpolgruppen G1v und G2v bilden, den Magneten Mg des Magnetfeldabschnitts Fs zugewandt. Daher fließt der Magnetfluss nicht durch den Magnetkreis, der die Magnetpolgruppen G1u und G1v des ersten Ankerkerns H1, die Magnetfeldkerne 22S und 22N und die Magnete Mg des Magnetfeldabschnitts Fs sowie die Magnetpolgruppen G2u und G2v des zweiten Ankerkerns H2 enthält. Außerdem fließt der Magnetfluss nicht durch den Magnetkreis, der die Magnetpolgruppe G1v des ersten Ankerkerns H1, den Kernkopplungsabschnitt L, die Magnetpolgruppe G2v des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen 22N und 22S enthält.
Wenn der Magnetfeldabschnitt Fs um 60 Grad (elektrischer Winkel) aus der Position, die in 3B angegeben ist, in Richtung der Magnetpolgruppen G1v und G2v gedreht wird, ändert sich der Magnetfluss, der von den Magneten Mg des Magnetfeldabschnitts Fs gebildet wird, weiter. Insbesondere sind die Magnetpole 33a und 34a, welche die Magnetpolgruppen G1v und G2v bilden, den Magnetfeldkernen 22N und 22S des Magnetfeldabschnitts Fs zugewandt (die entgegengesetzte Polarität ist gegenüber der in 3B geänderten). Daher fließt der Magnetfluss nicht durch den Magnetkreis, der die Magnetpolgruppen G1v und G1w des ersten Ankerkerns H1, die Magnetfeldkerne 22S und 22N und die Magnete Mg des Magnetfeldabschnitts Fs und die Magnetpolgruppen G2v und G2w des zweiten Ankerkerns H2 enthält. Weiterhin fließt der magnetische Fluss durch den magnetischen Kreis, der die Magnetpolgruppe G1v des ersten Ankerkerns H1, den Kernkopplungsabschnitt L, die Magnetpolgruppe G2v des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen 22N und 22S enthält (die Richtung, in welcher der magnetische Fluss fließt, ist entgegengesetzt zu der in 3B). Auf diese Weise ändert sich der magnetische Pfad des magnetischen Flusses, der durch das Innere der Spulen CLu, CLv und CLw der U-, V- und W-Phasen verläuft, wenn sich der Magnetfeldabschnitt Fs dreht. Darüber hinaus ändern sich auch der Betrag und die Richtung des magnetischen Flusses, der durch den magnetischen Pfad fließt. Insbesondere ändert sich der magnetische Fluss, der durch das Innere der Spulen CLu, CLv und CLw der U-, V- und W-Phasen fließt, in einer im Wesentlichen sinusförmigen Weise, die um 120 Grad in dem elektrischen Winkel versetzt ist.
[Material des Ankerabschnitts]
In der rotierenden elektrischen Maschine M1 bestehen die Ankerkerne H1 und H2 aus laminierten Stahlblechen. Das heißt, der gesamte erste Ankerkern H1 besteht aus einer Mehrzahl von Stahlblechen Sp1, die in Achsrichtung laminiert sind (genauer gesagt, Elektroblechen), und der gesamte zweite Ankerkern H2 besteht ebenfalls aus einer Mehrzahl von Stahlblechen Sp1, die in Achsrichtung laminiert sind (genauer gesagt, Elektroblechen). Dieser Aufbau der Ankerkerne H1 und H2 verhindert, dass der induzierte Strom in den Ankerkernen H1 und H2 aufgrund des magnetischen Flusses zwischen zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, entsteht.
Der Kernkopplungsabschnitt L besteht ebenfalls aus laminierten Stahlblechen, die eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen Sp2 (genauer gesagt, Elektroblechen) enthalten. Die Richtung, in der die Stahlbleche Sp2 des Kopplungsabschnitts L laminiert sind, unterscheidet sich von der Richtung, in der die Stahlbleche Sp1 des Ankerkerns H1 und H2 laminiert sind. Wie in den 1A und 1E gezeigt ist, sind die Stahlbleche Sp2 des Kernkopplungsabschnitts L entlang der Richtung angeordnet, in welcher der Ankerkern H1 und H2 getrennt sind, mit anderen Worten, der Richtung des magnetischen Flusses ϕ7, und die Richtung, in der die Stahlbleche Sp2 laminiert sind, ist die Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) der rotierenden elektrischen Maschine M1. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 sind die Stahlbleche Sp2 des Kernkopplungsabschnitts L entlang der Achsrichtung angeordnet und in der Rotationsrichtung (genauer gesagt in der tangentialen Richtung der Rotation) laminiert. Eine solche Struktur des Kernkopplungsabschnitts L verhindert, dass in dem Kernkopplungsabschnitt L aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7, der zwischen den Magnetpolgruppen G1 und G2 in Achsrichtung fließt, ein induzierter Strom auftritt.
Wie später im Detail beschrieben wird, können die gesamten Ankerkerne H1 und H2 aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet sein, oder ein Großteil der Ankerkerne H1 und H2 kann aus laminierten Stahlblechen und ein Teil der Ankerkerne kann aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet sein. Der Kernkopplungsabschnitt L kann auch aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet werden. In diesem Fall kann der Kernkopplungsabschnitt L einstückig mit dem Ankerkern H1 (oder H2) ausgebildet sein, der ebenfalls aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet ist.
[Änderung der Anzahl der Ankerkerne]
Die Anzahl der Ankerkerne kann mehr als drei betragen. Der Ankerabschnitt kann beispielsweise zwei erste Ankerkerne H1 enthalten, die in Achsrichtung voneinander entfernt sind, einen dritten Ankerkern, der zwischen den beiden ersten Ankerkernen H1 angeordnet ist, und zwei zweite Ankerkerne H2, die jeweils oberhalb und unterhalb der beiden ersten Ankerkerne H1 angeordnet sind. Der dritte Ankerkern kann eine Struktur aus zwei zweiten Ankerkernen H2 haben, die in der Achsrichtung kombiniert sind. Beispielsweise kann die Breite des dritten Ankerkerns in der Achsrichtung die Summe der Breiten der beiden Ankerkerne H2 sein. Die Breite des Magnetfeldtabschnitts Fs in Achsrichtung kann der Breite der gesamten fünf Ankerkerne in Achsrichtung entsprechen. Der Ankerabschnitt kann eine Struktur aus mehr Ankerkernen (zum Beispiel sieben oder neun Ankerkerne) aufweisen, die in Achsrichtung geschichtet sind.
Die Anzahl der Ankerkerne kann weniger als drei betragen. Zum Beispiel kann der Ankerabschnitt einen ersten Ankerkern H1 und einen zweiten Ankerkern H2 enthalten. Der zweite Ankerkern H2 des Ankerabschnitts kann eine Struktur aus zwei zweiten Ankerkernen H2 aufweisen, die unter Bezugnahme auf 1A beschrieben sind und in der Achsrichtung kombiniert sind. Das heißt, die Breite des zweiten Ankerkerns H2 in der Achsrichtung kann die Summe der Breiten der beiden Ankerkerne H2, die in 1A dargestellt sind, sein. Der zweite Ankerkern H2 kann auf einer Seite (Oberseite oder Unterseite in diesen Zeichnungen) des ersten Ankerkerns H1 angeordnet sein. Ein solcher Aufbau dient dazu, die Anzahl der Bauteile zu reduzieren und, da die Spule CL freiliegt, die Arbeit zu erleichtern, die Elemente zu der Stromversorgung der Spule CL (zum Beispiel Stromschiene) mit der Spule CL zu verbinden.
In dem Ankerabschnitt kann eine Mehrzahl von Ankerkernen mit der gleichen Struktur in Achsrichtung angeordnet werden. Dies bietet Vorteile wie eine geringere Anzahl von Teilen und eine Reduzierung der Kosten für das Gießen. In diesem Fall ist die Anzahl der Magnetpole jeder Magnetpolgruppe, die in einem Ankerkern enthalten ist, und die Anzahl der Magnetpole jeder Magnetpolgruppe, die in dem anderen Ankerkern enthalten ist, gleich. Die beiden Ankerkerne können so angeordnet werden, dass die Positionen der Magnetpole um 180 Grad in dem elektrischen Winkel versetzt sind.
[Struktur zur Verhinderung von induziertem Strom]
Die Ankerkerne H1 und H2 weisen Einpasslöcher 33h und 34h auf, welche die Kerne H1 und H2 in der Laminierrichtung ihrer Stahlbleche Sp1 durchdringen (siehe 1 B). Die Kernkopplungsabschnitte L werden in die Einpasslöcher 33h und 34h eingepasst. Wie in den 1C und 1D dargestellt, weisen die Ankerkerne H1 und H2 Schlitze S3 und S4 auf. Die Schlitze S3 und S4 verhindern, dass aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7 (siehe 3B), der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, ein induzierter Strom in den Ankerkernen H1 und H2 auftritt.
4 und 5 zeigen Strukturen zur Verhinderung der Erzeugung von induziertem Strom in den Ankerkernen H1 und H2. 5 ist eine Querschnittsansicht des Ankerkerns entlang der V-V-Linie von 4. Die Schlitze S3 und S4 sind in den Ankerkernen H1 und H2 in den 4 und 5. Wie in 5 gezeigt, werden die magnetischen Flüsse ϕ11 bis ϕ14 gebildet, die von den Stahlblechen Sp2 des Kernkopplungsabschnitts L zu den Stahlblechen Sp1 des Ankerkerns H1 fließen. Wie in 4 gezeigt, erzeugen die magnetischen Flüsse Φ11 bis ϕ14 einen induzierten Strom C1 um den Kernkopplungsabschnitt L. Wie in 1C und 1D gezeigt, sind die oben beschriebenen Schlitze S3 und S4 in den Ankerkernen H1 und H2 ausgebildet. Die Schlitze S3 und S4 schneiden eine geschlossene Kurve, die sich von den Einpasslöchern 33h und 34h, in welche die jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L eingepasst sind, zu der Richtung erstreckt, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche Sp1 des Ankerkerns H1 (radiale Richtung in der rotierenden elektrischen Maschine M1) schneidet und die Einpasslöcher 33h und 34h umgibt. In der vorliegenden Beschreibung ist die „geschlossene Kurve, welche die Einpasslöcher umgibt“, beispielsweise ein Kreis oder eine Ellipse, welche die Einpasslöcher 33h und 34h umgibt, ist aber nicht darauf beschränkt und kann eine Form haben, die der Form der Einpasslöcher 33h und 34h entspricht, in welche die Kernkopplungsabschnitte L eingepasst werden. Im Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M1 erstrecken sich die Schlitze S3 und S4 in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs und erreichen die Öffnung auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs der Ankerkerne H1 und H2. So können die Schlitze S3 und S4 die Erzeugung des induzierten Stroms C1 verhindern. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 ist der Magnetfeldabschnitt Fs außerhalb des Ankerabschnitts Am1 angeordnet, und daher erstrecken sich die Schlitze S3 und S4 radial nach außen von den Einpasslöcher 33h und 34h.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht der Ankerkerne H1 und H2 und des Kernkopplungsabschnitts L. Der magnetische Fluss ϕ7 in 6 ist der magnetische Fluss, der durch den magnetischen Kreis einschließlich des Kernkopplungsabschnitts L fließt, wie in 3B gezeigt. In der rotierenden elektrischen Maschine M1 gibt es einen magnetischen Fluss ϕ7, der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, und magnetische Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B), die durch den Jochabschnitt 33c und 34c des Ankerkerns H1 und H2 fließen. Daher ist die Summe der magnetischen Flüsse ϕ7, die jeweils für die drei Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase gebildet werden, nicht Null. Zum Beispiel ist der magnetische Fluss ϕ7, der durch die Kernkopplungsabschnitte L von dem ersten Ankerkern H1 zu dem zweiten Ankerkern H2 fließt, größer als der magnetische Fluss ϕ7, der durch die Kernkopplungsabschnitte L von dem zweiten Ankerkern H2 zu dem ersten Ankerkern H1 fließt, oder andersherum.
Wenn der Schlitz S3 nicht gebildet wird, wird ein geschlossener Kreis (ein Kreis, in dem der induzierte Strom C2 in 8 fließt) zwischen den Kernkopplungsabschnitten L und dem Magnetfeldabschnitt Fs gebildet und geht durch den gesamten ersten Ankerkern H1 um die Achse Ax. In ähnlicher Weise wird, wenn der Schlitz S4 nicht gebildet wird, ein geschlossener Kreis zwischen den Kernkopplungsabschnitten L und dem Magnetfeldabschnitt Fs gebildet und verläuft durch den gesamten zweiten Ankerkern H2 um die Achse Ax. In 6 wird der geschlossene Kreis in der Rotationsrichtung in den Abschnitten M und N (schattierte Abschnitte) zwischen dem Kernkopplungsabschnitt L und dem Magnetfeldabschnitt Fs gebildet. Wie oben beschrieben, ist die Summe der magnetischen Flüsse ϕ7, die durch alle Kernkopplungsabschnitte L fließen, nicht Null, und daher wird in dem geschlossenen Kreis aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7 ein induzierter Strom gebildet. In diesem Zusammenhang erstrecken sich in der rotierenden elektrischen Maschine M1 die Schlitze S3 und S4 zwischen den Einpasslöcher 33h und 34h, die in der Rotationsrichtung angeordnet sin, und den Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und schneiden sich mit der geschlossenen Kurve, welche die Achse Ax umgibt. In der vorliegenden Beschreibung ist die „geschlossene Kurve, welche die Achse Ax umgibt“, beispielsweise ein Kreis, der auf der Achse Ax zentriert ist, kann aber auch eine Kurve mit einem Umgehungsabschnitt sein, der die Einpasslöcher 33h und 34h umgeht (siehe zum Beispiel Linie C2 in 8). Die Schlitze S3 und S4 erstrecken sich in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs und erreichen die Öffnung an der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs der Ankerkerne H1 und H2. Somit wird der geschlossene Kreis, der durch die gesamten Ankerkerne H1 und H2 verläuft, durch die Schlitze S3 und S4 unterbrochen, wodurch verhindert wird, dass der induzierte Strom C2 (siehe 8) in der Rotationsrichtung in den Ankerkernen H1 und H2 auftritt.
In den Ankerkernen H1 und H2 können die Schlitze S3 und S4 mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt sein. Wenn beispielsweise die gesamten Ankerkerne H1 und H2 mit Harz gegossen sind, sind die Schlitze S3 und S4 mit Harz (elektrisch isolierendes Material) gefüllt. Die Schlitze S3 und S4 können elektrisch isoliert sein und sind vorzugsweise schmal, um den magnetischen Widerstand zu verringern.
Die Einpasslöcher 33h und 34h sind Durchgangslöcher mit einer geschlossenen Innenfläche, und die Schlitze S3 und S4, die in den 1C und 1D gezeigt sind, erstrecken sich von den Einpasslöchern 33h und 34h. Die Struktur zur Verhinderung der Erzeugung des induzierten Stroms ist nicht unbedingt auf die Schlitze S3 und S4 beschränkt. Wie in 7 gezeigt, können die Ankerkerne H1 und H2 mit Einpasslöcher 33g und 34g vorgesehen sein, die in einer Richtung offen sind, welche die Laminierungsrichtung der Stahlbleche Sp1 schneidet. Im Beispiel von 7 sind die Einpasslöcher 33g und 34g gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs offen. Die Einpasslöcher 33g und 34g können verhindern, dass der induzierte Strom C1 (siehe 8) um die jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L herum auftritt. Weiterhin dient eine solche Anordnung der Kernkopplungsabschnitte L dazu, den Abstand von den Magnetpolgruppen G1 und G2 zu den Einpasslöchern 33g und 34g zu vergrößern und dadurch wirksamer zu verhindern, dass die Jochabschnitte 33c und 34c durch den Magnetfluss, der in der Rotationsrichtung fließt, gesättigt werden.
Wie in 7 gezeigt, ist die Breite der Öffnung der Einpasslöcher 33g und 34g in der Rotationsrichtung (Breite W1 in der Rotationsrichtung in der rotierenden elektrischen Maschine M1, siehe 8) größer als die Hälfte der Breite des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung. Noch bevorzugter entspricht die Breite W1 der Öffnung der Einpasslöcher 33g und 34g in der Rotationsrichtung im Wesentlichen der Breite des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung. Diese Struktur dient dazu, das Auftreten eines induzierten Stroms um den Endabschnitt des Kernkopplungsabschnitts L aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7 zu verhindern, der durch den Endabschnitt des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung verläuft. In dem in 7 gezeigten Beispiel ist der Rand der Öffnung der Einpasslöcher 33g und 34g nur mit einem oder zwei der Stahlbleche Sp2 in Kontakt, die am Endabschnitt des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind, und der Rest der Stahlbleche Sp2 ist von der Öffnung der Einpasslöcher 33g und 34g freigelegt.
Die Ankerkerne H1 und H2 können Schlitze aufweisen, die sich von den Einpasslöcher 33h und 34h (siehe 1B) aus erstrecken, in welche die Kernkopplungsabschnitte L in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs eingepasst werden, anstatt der Einpasslöcher 33g und 34g, die in radialer Richtung offen sind. Diese Struktur dient auch dazu, das Auftreten eines induzierten Stroms C1 um die jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L zu verhindern.
Wie in 7 gezeigt, wird in der Struktur, in der die Einpasslöcher 33g und 34g zu der Seite, die dem Magnetfeldabschnitt Fs gegenüberliegt, hin offen sind, der geschlossene Kreis (ein Kreis, in dem der induzierte Strom C2 in 8 fließt) zwischen den Kernkopplungsabschnitten L und dem Magnetfeldabschnitt Fs gebildet und verläuft durch die gesamten Ankerkerne H1 und H2 um die Achse Ax. So wird ein induzierter Strom C2 (siehe 8) in dem geschlossenen Kreis aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7, der in 6 dargestellt ist, erzeugt. In diesem Zusammenhang können, wie in 7 und 9A gezeigt, in den Ankerkernen H1 und H2 Schlitze S5 und S6 gebildet werden. Die Schlitze S5 und S6 schneiden die geschlossene Kurve, die zwischen den Einpasslöcher 33g und 34g, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und den Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind und die Achse Ax umgeben, verläuft. Der geschlossene Kreis, der durch die gesamten Ankerkerne H1 und H2 um die Achse Ax verläuft, wird durch die Schlitze S5 und S6 unterbrochen, die verhindern, dass der induzierte Strom C2 (siehe 8) in der Rotationsrichtung in den Ankerkernen H1 und H2 auftritt. Der Schlitz S5 erstreckt sich zum Beispiel von einem der Einpasslöcher 33g in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs und erreicht die Öffnung des Magnetfeldabschnitts Fs. Genauer gesagt, der Schlitz S5 erstreckt sich von der Mitte des Einpasslochs 33g in der Rotationsrichtung zu der Magnetpolgruppe G1. In ähnlicher Weise erstreckt sich , zum Beispiel, ein Schlitz S6 (siehe 7) von einem der Einpasslöcher 34g in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs und erreicht die Öffnung des Magnetfeldabschnitts Fs.
Die Schlitze S5 und S6 müssen nicht unbedingt mit den Einpasslöcher 33g und 34g verbunden sein. Wie in 9B gezeigt, kann der Schlitz S5 beispielsweise zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppen G1 ausgebildet sein. Der Schlitz S5 erstreckt sich von der Kante des ersten Ankerkerns H1 auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs und erreicht die gegenüberliegende Kante. Ähnlich wie der Schlitz S5, der in 9B gezeigt ist, kann der Schlitz S6 des zweiten Ankerkerns H2 auch zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppen G2 ausgebildet sein. Die Schlitze S5 und S6 erstrecken sich ebenfalls zwischen den Einpasslöcher 33g und 34g, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und den Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und schneiden sich mit der geschlossenen Kurve, welche die Achse Ax umgibt. Diese Struktur verhindert, dass in den Ankerkernen H1 und H2 ein induzierter Strom in der Rotationsrichtung auftritt. Die Schlitze S5 und S6 können elektrisch isoliert sein und sind zweckmäßigerweise schmaler, um den magnetischen Widerstand zu verringern.
Wenn der Kernkopplungsabschnitt L und die Innenflächen der Einpasslöcher 33h und 34h elektrisch miteinander verbunden sind, bildet ein magnetischer Fluss, der durch einen Abschnitt rechts von dem Teil des Kernkopplungsabschnitts L (ein Teil rechts von dem Schlitz S3 und ein Teil links von dem Schlitz S3) verläuft, einen geschlossenen Kreis, der den magnetischen Fluss umgibt, und ein induzierter Strom C3 (siehe 1D) kann darin erzeugt werden. Daher kann zwischen dem Kernkopplungsabschnitt L und den Innenflächen der Einpasslöcher 33h und 34h teilweise ein Raum (Isolierabschnitt) gebildet werden. Dies dient dazu, einen solchen induzierten Strom C3 zu reduzieren.
Die Stahlbleche Sp2 (siehe 1A), die den Kernkopplungsabschnitt L bilden, werden in der Maschinenbewegungsrichtung (Rotationsrichtung) der rotierenden elektrischen Maschine M1 laminiert. Im Gegensatz zum Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M1 wird, wenn die Stahlbleche Sp2 des Kernkopplungsabschnitts L in radialer Richtung geschichtet sind, wahrscheinlich ein induzierter Strom aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7 in den Stahlblechen Sp2 erzeugt, die sich am Ende in radialer Richtung befinden. In dieser Hinsicht sind die Stahlbleche Sp2 des Kernkopplungsabschnitts L in der rotierenden elektrischen Maschine M21 in radialer Richtung laminiert, und ein solcher induzierter Strom kann so verhindert werden.
[Beispiel für einen Magnetfeldabschnitt, der in dem Inneren des Ankerkerns angeordneten]
10 ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine, die in der vorliegenden Offenbarung offenbart wird, und zeigt ein Beispiel, in dem ein Ankerabschnitt Am3 außerhalb des Magnetfeldtabschnitts Fs angeordnet ist. In 10 ist ein Teil der Rotationsrichtung des Ankerabschnitts Am3 nicht dargestellt. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu der rotierenden elektrischen Maschine M1, die in 1A dargestellt ist, beschrieben. Die Struktur der in 1A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine M1 kann auf die Dinge angewendet werden, die in der in 10 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine M3 nicht beschrieben sind.
In dem Ankerabschnitt Am3 ist ähnlich wie in dem Ankerabschnitt Am1 auch der erste Ankerkern H1 zwischen den beiden zweiten Ankerkernen H2 angeordnet. Die Ankerkerne H1 und H2 haben ringförmige Jochabschnitte 33c und 34c und eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1 und G2, die innerhalb der Jochabschnitte 33c und 34c ausgebildet und in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Jede Magnetpolgruppe G1 und G2 enthält eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a und 34a, die in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorstehen und in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Eine Spule CL ist um die Magnetpole 33a gewickelt, welche die Magnetpolgruppe G1 bilden. Der Außendurchmesser des Jochabschnitts 34c des zweiten Ankerkerns H2 kann mit dem Außendurchmesser des Jochabschnitts 33c des ersten Ankerkerns H1 übereinstimmen. Auf diese Weise kann bei der Befestigung des Ankerabschnitts Am3 an der Struktur der Vorrichtung, an der die rotierende elektrische Maschine M3 montiert ist, eine solche Befestigungsstruktur vereinfacht und genau verbessert werden.
Im Beispiel von 10 hat jede Magnetpolgruppe G1 vier Magnetpole 33a und jede Magnetpolgruppe G2 fünf Magnetpole 34a, wobei diese Zahlen gegebenenfalls geändert werden können. Ein Magnetpol 34a, der am Ende der Magnetpolgruppe G2 angeordnet ist, kann mit einem Magnetpol 34a der benachbarten Magnetpolgruppe G2 integriert sein.
Die Bedingungen für den Winkel (mechanischer Winkel und elektrischer Winkel) zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P können dem in 2 gezeigten Beispiel ähnlich sein. Wie oben beschrieben, ist der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P ein elektrischer Winkel von im Wesentlichen „360×(n+m/s)“ Grad, und zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P wird ein mechanischer Winkel von „(360/p)×(n+m/s)“ Grad gewährleistet (wie oben beschrieben, der mechanische Winkel wird auch als „360/s/c“ ausgedrückt), wobei
„s“ die Anzahl der Phasen ist,
„m“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als s-1 ist, wobei die ganze Zahl nicht ein Teiler von s (außer 1) und nicht ein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist,
„n" eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist,
„p“ (Anzahl der Pole des Magnetfeldanteils)/2 ist, und
„c“ die Anzahl der Spulen für jede Phase ist.
In dem Beispiel von 10 sind s=3, n=4, m=1, c=3 und p=39. Die Wicklungsrichtung der Spule CL, die in jeder der Phasen vorgesehen ist, kann ähnlich wie die in 1A beschriebene Wicklungsrichtung gleich sein. Zum Beispiel sind die Wicklungsrichtungen der Spulen CLu von drei U-Phasen gleich.
Der Ankerabschnitt Am3 hat auch eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Rotationsrichtung (das heißt in der Maschinenbewegungsrichtung) in Abständen angeordnet sind. Der Ankerabschnitt Am3 hat einen ersten Ankerkern H1 und zwei zweite Ankerkerne H2, und der Kernkopplungsabschnitt L koppelt diese drei Ankerkerne H1 und H2 magnetisch. Alternativ kann der Ankerabschnitt Am3 einen ersten Kernkopplungsabschnitt L aufweisen, der den ersten Ankerkern H1 und den oberen zweiten Ankerkern H2 koppelt, und einen zweiten Kernkopplungsabschnitt L, der den ersten Ankerkern H1 und den unteren zweiten Ankerkern H2 koppelt.
Wie in 10 dargestellt, befindet sich der Kernkopplungsabschnitt L gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs über dem Magnetpolgruppenpaar P (zum Beispiel den Magnetpolgruppen G1u und G2u) und der darauf befindlichen Spule CL. Mit anderen Worten, der Kernkopplungsabschnitt L befindet sich radial außerhalb der Magnetpolgruppen G1 und G2. Die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung kann mit der Mitte der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung übereinstimmen. Dadurch wird verhindert, dass der magnetische Fluss, der durch die beiden Magnetpolgruppen, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, fließt, den magnetischen Fluss, der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, stört.
Die Einpasslöcher 33h und 34h sind in den Jochabschnitten 33c und 34c der Ankerkerne H1 und H2 ausgebildet, so dass sie in Achsrichtung durch die Jochabschnitte 33c und 34c verlaufen. Die Kernkopplungsabschnitte L werden in die Einpasslöcher 33h und 34h eingegasst. In dem zweiten Ankerkern H2 kann ein Loch 34e zwischen zwei benachbarten Einpasslöchern 34h (zwei benachbarten Kernkopplungsabschnitten L) ausgebildet sein. Dies kann eine Gewichtszunahme des zweiten Ankerkerns H2 verhindern.
Auch in der rotierenden elektrischen Maschine M3 werden zwei Arten von Magnetkreisen gebildet. Ähnlich wie bei der rotierenden elektrischen Maschine M1, die in 3B beschrieben ist, enthält einer der ersten Magnetkreise beispielsweise die Magnetpolgruppen G1u und G1v des ersten Ankerkerns H1, die Magnetpolgruppen G2u und G2v des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen 22N und 22S. Ein anderer der ersten Magnetkreise enthält ebenfalls die Magnetpolgruppen G1u und G1w des ersten Ankerkerns H1, die Magnetpolgruppen G2u und G2w des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S sowie die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen. Der zweite Magnetkreis enthält die Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1, den Kernkopplungsabschnitt L, die Magnetpolgruppe G2u des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen 22N und 22S.
Ähnlich wie beim Ankerabschnitt Am1 in 1A ist auch beim Ankerabschnitt Am3 die Breite des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) kleiner als die Breiten der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung. Somit werden sowohl der magnetische Fluss ϕ7 (siehe 3B), der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, als auch die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B), die zwischen den beiden Magnetpolgruppen, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, fließen, effektiver gebildet.
Auch in dem Ankerabschnitt Am3 sind, ähnlich wie in den 1C und 1D, zumindest zwei Magnetpole 33a an beiden Enden der Magnetpole 33a, die jede Magnetpolgruppe G1 bilden, außerhalb der beiden Enden Le des Kernkopplungsabschnitts L (im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn) angeordnet, und zumindest zwei Magnetpole 34a an beiden Enden der Magnetpole 34a, die jede Magnetpolgruppe G2 bilden, sind außerhalb der beiden Enden Le des Kernkopplungsabschnitts L (im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn) angeordnet. Dies dient dazu, auf einfache Weise die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 zu bilden, die zwischen den beiden Magnetpolgruppen G1 und G2 (siehe 3B), die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, fließen.
Die Ankerkerne H1 und H2 bestehen aus laminierten Stahlblechen. Wie in 10 dargestellt, weisen die Ankerkerne H1 und H2 Schlitze S3 und S4 auf, die sich von den Einpasslöchern 33h und 34h aus erstrecken. Die Schlitze S3 und S4 erstrecken sich in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs und erreichen den Rand der Ankerkerne H1 und H2 auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs und sind in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs offen. Mit dieser Struktur können die Schlitze S3 und S4 verhindern, dass der induzierte Strom C1 (siehe 4) um die jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L herum auftritt. Die Schlitze S3 und S4 können verhindern, dass der induzierte Strom C2 (siehe 8) in dem gesamten Ankerkern H1 in der Rotationsrichtung auftritt und verhindern, dass der induzierte Strom in dem gesamten Ankerkern H2 in der Rotationsrichtung auftritt.
Im Gegensatz zum Beispiel von 7 können die Einpasslöcher, in welche die Kernkopplungsabschnitte L jeweils eingepasst werden, radial nach außen zu den Ankerkernen H1 und H2 offen sein. Mit anderen Worten, der Kernkopplungsabschnitt L kann zumindest teilweise radial nach außen freigelegt sein. Das heißt, die Einpasslöcher können gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs offen sein. Diese Öffnung verhindert die Erzeugung des induzierten Stroms C1 (siehe 4) in der Umgebung der jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L. In einer solchen Struktur, wie sie in den 9A und 9B gezeigt, können in den Ankerkernen H1 und H2 Schlitze S5 und S6 gebildet werden, die zwischen den Einpasslöcher, in welche die Kernkopplungsabschnitte L eingepasst sind, und den Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, verlaufen und die geschlossene Kurve um die Achse Ax schneiden.
Der Ankerabschnitt Am1 ist im Beispiel von 1A innerhalb des Magnetfeldtabschnitts Fs angeordnet, und der Ankerabschnitt Am3 ist im Beispiel von 10 außerhalb des Magnetfeldtabschnitts Fs angeordnet, obwohl in einem Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine zwei Ankerabschnitte innerhalb und außerhalb eines Magnetfeldtabschnitts Fs angeordnet sein können.
[Beispiel für einen Ankerkern, der aus Pulvermaterial gebildet ist]
Der Ankerkern kann aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet werden. 11 zeigt eine rotierende elektrische Maschine M4 mit einer solchen Struktur, die als ein weiteres Beispiel für die rotierende elektrische Maschine in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen ist. 11 ist eine perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine M4. Ein Teil des Magnetfeldabschnitts Fs in der Rotationsrichtung ist nicht dargestellt. Die in 1A gezeigte Struktur der rotierenden elektrischen Maschine M1 kann auf die Aspekte, die in der in 11 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine M4 nicht beschrieben sind, angewendet werden. Die in 11 gezeigte Struktur der Ankerkerne kann nicht nur auf die darin gezeigte rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, sondern auch auf eine lineare elektrische Maschine und eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
Der Ankerabschnitt Am4 der rotierenden elektrischen Maschine M4 enthält Ankerkerne H1 und H2, die aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial (das heißt weichmagnetischem Verbundmaterial (SMC)) gebildet sind. Das heißt, die Ankerkerne H1 und H2 sind aus einem Verbundmaterial gebildet, das ein weichmagnetisches Pulver und einen Isolierfilm (zum Beispiel einen Harzfilm) enthält, der die Fläche des Pulvers bedeckt. Der Verbundwerkstoff wird formgepresst und wärmebehandelt, um die Ankerkerne H1 und H2 zu bilden. Diese Ankerkerne H1 und H2 haben einen hohen elektrischen Widerstand, so dass es möglich ist, den induzierten Strom unabhängig von der Richtung des magnetischen Flusses, der durch die Ankerkerne H1 und H2 fließt, zu verhindern. Anders als bei der oben beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine M1 müssen die Schlitze S3, S4, S5 und S6 nicht in den Ankerkernen H1 und H2 ausgebildet werden.
Im Gegensatz zu laminierten Stahlblechen wird das Pulvermaterial mit Hilfe einer Form hergestellt. Dadurch kann eine hohe Flexibilität in der Form der Magnetpole 33a und 34a gewährleistet werden. Die Breiten der Magnetpole 33a und 34a werden in dem Ankerabschnitt Am4 in Achsrichtung verändert. Die Breite des Magnetpols 33a nimmt in Richtung des zweiten Ankerkerns H2 allmählich ab. Andererseits nimmt die Breite des Magnetpols 34a in Richtung des ersten Ankerkerns H1 allmählich ab. Dies dient der Verringerung des Rastmoments.
Die Magnetpole 33a und 34a können auch vorstehende Abschnitte (nicht dargestellt) aufweisen, die sich an den distalen Enden in Achsrichtung erstrecken. Dies vergrößert die Flächen der distalen Endflächen der Magnetpole 33a und 34a (die Flächen, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt sind), und der Magnetowiderstand, der durch den Raum zwischen dem Magnetfeldabschnitt Fs und den Magnetpolen 33a und 34a verursacht wird, kann dadurch reduziert werden.
Die Bedingung für den Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P (mechanischer Winkel und elektrischer Winkel) kann die gleiche sein wie in 2 dargestellt. Die Wicklungsrichtung der Spule CL, die in jeder der Phasen vorgesehen ist, kann zum Beispiel die gleiche sein wie die Wicklungsrichtung des in 1 beschriebenen Beispiels. Alternativ können zwei Spulen CL mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen für jede der Phasen vorgesehen werden. Beispielsweise können die Wicklungsrichtungen der beiden Spulen CLu der Phase U einander entgegengesetzt sein.
Wie in 11 gezeigt, hat die rotierenden elektrischen Maschine M4 auch eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Rotationsrichtung (das heißt in der Maschinenbewegungsrichtung) in Abständen angeordnet sind. Der Ankerabschnitt Am4 hat einen ersten Ankerkern H1 und zwei zweite Ankerkerne H2, und der Kernkopplungsabschnitt L koppelt diese drei Ankerkerne H1 und H2 magnetisch. Der Kernkopplungsabschnitt L befindet sich gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs über dem Magnetpolgruppenpaar P (zum Beispiel die in Achsrichtung angeordneten Magnetpolgruppen G1 und G2) und der darauf befindlichen Spule CL. Die Position und Größe des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung kann die gleiche sein wie, zum Beispiel, bei der in 1A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine M1.
Die Einpasslöcher 33h und 34h sind in den Jochabschnitten 33c und 34c der Ankerkerne H1 und H2 ausgebildet, so dass sie in Achsrichtung durch die Jochabschnitte 33c und 34c verlaufen. Die Kernkopplungsabschnitte L werden in die Einpasslöcher 33h und 34h eingepasst. Alternativ dazu können die Kernkopplungsabschnitte L beispielsweise einstückig mit dem ersten Ankerkern H1 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Kernkopplungsabschnitt L in das Einpassloch 34h, das in dem zweiten Ankerkern H2 ausgebildet ist, eingepasst werden. Im Gegensatz dazu können die Kernkopplungsabschnitte L einstückig mit dem zweiten Ankerkern H2 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Kernkopplungsabschnitt L in das Einpassloch 33h, das in dem ersten Ankerkern H1 ausgebildet ist, eingepasst werden.
[Beispiel für eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten, die in jeder Magnetpolgruppe vorgesehen sind].
In den Beispielen der rotierenden elektrischen Maschinen M1 bis M4 ist die Anzahl der Kernkopplungsabschnitte L, die in jedem Magnetpolgruppenpaar P vorgesehen ist, eins. In den Beispielen der rotierenden elektrischen Maschinen M1 bis M4 beträgt die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a, die in jeder der Magnetpolgruppen G1 und G2 vorgesehen sind, vier bis sechs, obwohl die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a, die in jeder der Magnetpolgruppen G1 und G2 vorgesehen sind, größer sein kann. In diesem Fall kann eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L in jedem Magnetpolgruppenpaar P vorgesehen sein. Diese Struktur dient dazu, die Gesamtquerschnittsflächen (Flächen in Achsrichtung gesehen) der Kernkopplungsabschnitte L zu vergrößern, die in jedem Magnetpolgruppenpaar P vorgesehen sind. So ist es möglich, die magnetischen Flüsse zu erhöhen, die durch die Magnetpolgruppen G1 und G2 hindurchgehen, während eine Zunahme der Breite und des Gewichts der Jochabschnitte 33c und 34c vermieden wird.
12A und 12B sind Diagramme, die eine rotierende elektrische Maschine M5 als Beispiel für eine rotierende elektrische Maschine mit einem Ankerkern mit einer solchen Struktur zeigen. 12A ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der rotierenden elektrischen Maschine M5, und 12B ist eine Draufsicht auf einen ersten Ankerkern H1 der rotierenden elektrischen Maschine M5. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu der in 1A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine M1 beschrieben. Die Struktur der rotierenden elektrischen Maschine M1 kann auf die Dinge angewendet werden, die in der rotierenden elektrischen Maschine M5 nicht beschrieben sind. Die hierin beschriebenen Strukturen der Ankerkerne können nicht nur auf die darin gezeigte rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, sondern auch auf eine lineare elektrische Maschine und eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine M5 hat jede Magnetpolgruppe G1 elf Magnetpole 33a und jede Magnetpolgruppe G2 hat zwölf Magnetpole 34a. Jede Magnetpolgruppe G1 enthält eine Spule CL. Das heißt, eine Spule CL ist um elf Magnetpole 33a gewickelt, die jede Magnetpolgruppe G1 bilden. Die Magnetpolgruppen G1 und G2, die jedes Magnetpolgruppenpaar P bilden, sind durch eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, magnetisch gekoppelt. In 12A sind die Magnetpolgruppen G1 und G2 mit drei Kernkopplungsabschnitten L magnetisch gekoppelt. Diese Struktur ermöglicht es, den Winkel von zwei benachbarten Kernkopplungsabschnitten L zu ändern und die Kernkopplungsabschnitte L anzuordnen, so dass sie sich an die Kurve der Magnetpolgruppen G1 und G2 insgesamt anpassen. Die Anzahl der Kernkopplungsabschnitte L, die in einem Magnetpolgruppenpaar P vorgesehen sind, kann zwei oder mehr als drei betragen.
Wie in 12B gezeigt, ist es bevorzugt, dass zumindest zwei Magnetpole 33a, die sich an beiden Enden der Magnetpole 33a befinden, die jede Magnetpolgruppe G1 bilden, außerhalb (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) der beiden Enden Le der drei Kernkopplungsabschnitte L angeordnet sind. In 12B sind die Magnetpole 33a, die sich am rechten Ende befinden (genauer gesagt, zwei Magnetpole 33a), rechts von dem rechten Ende Le der drei Kernkopplungsabschnitte L angeordnet, und die Magnetpole 33a, die sich am linken Ende befinden (genauer gesagt, zwei Magnetpole 33a), sind links von dem linken Ende Le der drei Kernkopplungsabschnitte L angeordnet. In dem zweiten Ankerkern H2 ist es bevorzugt, dass zumindest zwei Magnetpole 34a, die sich an beiden Enden der Magnetpole 34a, die jede Magnetpolgruppe G2 bilden, befinden, außerhalb (in dem Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn) der beiden Enden Le der drei Kernkopplungsabschnitte L angeordnet sind. Dies dient dazu, die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B), die zwischen den beiden in der Rotationsrichtung voneinander entfernten Magnetpolgruppen fließen, einfach zu bilden.
Wie in 12B dargestellt, sind drei Einpasslöcher 33h, in die drei Kernkopplungsabschnitte L eingepasst sind, in der Rotationsrichtung durch Räume 33m verbunden. Ein Schlitz S3, der sich von einem der drei Einpasslöcher 33h in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs erstreckt, ist ausgebildet. Die geschlossene Kurve, welche die gesamten drei Einpasslöcher 33h umgibt, schneidet sich mit dem Schlitz S3. Dadurch wird verhindert, dass in dem ersten Ankerkern H1 ein induzierter Strom, der die drei Kernkopplungsabschnitte L umgibt, auftritt.
Im Gegensatz zu dem Beispiel in 12B können die drei Einpasslöcher 33h voneinander getrennt sein. Das heißt, der Raum 33m muss nicht zwischen zwei benachbarten Einpasslöchern 33h gebildet werden. In diesem Fall können sich drei Schlitze S3 jeweils von den drei Einpasslöchern 33h in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs erstrecken. Dadurch wird verhindert, dass in dem ersten Ankerkern H1 ein induzierter Strom um die drei Kernkopplungsabschnitte L herum auftritt.
Im Gegensatz zum Beispiel von 12B kann ein Schlitz gebildet werden, der sich von einem (oder mehreren) der drei Einpasslöcher 33h zu der gegenüberliegenden Seite des Magnetfeldabschnitts Fs erstreckt. In diesem Fall kann, ähnlich wie bei dem in 9A oder 9B ein Schlitz S5 in dem ersten Ankerkern H1 ausgebildet werden, so dass er zwischen den Einpasslöchern 33h, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und den Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, verläuft und sich mit der geschlossenen Kurve, welche die Achse Ax umgibt, schneidet. Wie in 9A gezeigt, kann sich der Schlitz S5 beispielsweise von einem der Einpasslöcher 33h in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs erstrecken und sich an der Kante auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs öffnen. Alternativ kann der Schlitz S5, wie in 9B gezeigt, zum Beispiel zwischen zwei Magnetpolgruppen G1 ausgebildet sein. Die hier beschriebene Struktur kann auf den zweiten Ankerkern H2 der rotierenden elektrischen Maschine M5 angewendet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine M5 beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P im Wesentlichen „360×(n+m/s)“ Grad als elektrischer Winkel, wobei
„s“ die Anzahl der Phasen ist,
„m“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als s-1 ist, wobei die ganze Zahl nicht ein Teiler von s (außer 1) und nicht ein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, und
„n“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
In der rotierenden elektrischen Maschine M5 sind s=3, m=1 und n=12. Somit beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P 4.440 Grad in dem elektrischen Winkel.
Der mechanische Winkel von „(360/p)×(n+m/s)“ Grad wird zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P gewährleistet. Weiterhin kann der Winkel zweier benachbarter Magnetpolgruppenpaare P auch als mechanischer Winkel von „360/s/c“ Grad ausgedrückt werden, wobei
„p“ die (Anzahl der Pole des Magnetfeldabschnitts)/2 und
„c“ die Anzahl der Spulen für jede Phase ist.
Dementsprechend ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“. Die „Anzahl der Pole des Magnetfeldabschnitts“ entspricht der Anzahl der Magnetfeldkerne 22N und 22S des Magnetfeldabschnitts Fs und ist beispielsweise 148 in der rotierenden elektrischen Maschine M1 (p=74). Außerdem ist s=3 und c=2. Somit beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P etwa 60 Grad in dem mechanischen Winkel. Mit anderen Worten, die Anzahl der Pole (p×2) des Magnetfeldtabschnitts Fs, die Anzahl der Spulen (s×c) des Ankerabschnitts und die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a sind so eingestellt, dass „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“ ist.
[Beispiel für einen Ankerkern, der aus einer Mehrzahl von Teilkernen zusammengesetzt ist].
Der Ankerkern kann aus einer Mehrzahl separat geformter und gekoppelter Abschnitte bestehen (Teilankerkern). 13A und 13B sind Diagramme zur Veranschaulichung eines Ankerabschnitts Am6 einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer solchen Struktur als ein weiteres Beispiel für die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagene rotierende elektrische Maschine. 13A ist eine perspektivische Explosionsansicht des Ankerabschnitts Am6. 13B ist eine Draufsicht auf den ersten Ankerkern H1, der den Ankerabschnitt Am6 bildet. Ähnlich wie die Ankerabschnitte der anderen oben beschriebenen rotierenden elektrischen Maschinen hat der Ankerabschnitt Am6 einen ersten Ankerkern H1, zwei zweite Ankerkerne H2 und Kernkopplungsabschnitte L, welche die Ankerkerne H1 und H2 magnetisch koppeln. Die hierin beschriebenen Strukturen der Ankerkerne können nicht nur auf die hierin gezeigte rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, sondern auch auf eine lineare elektrische Maschine und eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
Der erste Ankerkern H1 hat eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen-Teilkernen 33A, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind (siehe 13A). Der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A enthält eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind (siehe 13B), und eine gemeinsame Basis 33b (siehe 13B) an der Basis der Magnetpole 33a. Die Mehrzahl der Magnetpole 33a bildet eine Magnetpolgruppe G1. Der erste Ankerkern H1 hat einen ringförmigen Joch-Teilkern 33D (siehe 13A).
Wie in 13A dargestellt, sind die Magnetpolgruppen-Teilkerne 33A an der Außenseite des Joch-Teilkerns 33D angeordnet. Jeder Magnetpolgruppen-Teilkern 33A ist getrennt von dem Joch-Teilkern 33D ausgebildet und mit dem Joch-Teilkern 33D durch den Kopplungsmechanismus Li1 (Eingriffsabschnitt 55a und eingegriffenen Abschnitt 55b, siehe 13B) verbunden. Sowohl der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A als auch der Joch-Teilkern 33D sind aus laminierten Stahlblechen gebildet. Ein solcher erster Ankerkern H1 kann die Ausbeute des Kernmaterials zum Zeitpunkt der Herstellung des ersten Ankerkerns H1 verbessern, verglichen mit dem Fall, dass der gesamte Ankerkern aus einzelnen laminierten Stahlblechen besteht.
Wie in 13A gezeigt, ist in dem Ankerabschnitt Am6 eine Spule CL für die Magnetpolgruppe G1 vorgesehen, wie im Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M1. Mit anderen Worten, in dem Ankerabschnitt Am6 ist ein Abschnitt, in dem die Spule CL vorgesehen ist (das heißt der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A), getrennt von dem Joch-Teilkern 33D ausgebildet. So ist es beim Herstellungsverfahren des Ankerabschnitts Am6 beispielsweise möglich, eine Spule CL mit Spulenwicklung oder Luftspulenwicklung an den Magnetpolgruppen-Teilkern 33A zu befestigen und dann den Magnetpolgruppen-Teilkern 33A mit dem Joch-Teilkern 33D zu verbinden. Auf diese Weise kann der Abstand K1 (siehe 13B) zwischen benachbarten Magnetpolgruppen-Teilkernen 33A verringert werden. Infolgedessen kann die Anzahl der Magnetpole 33a, die eine Magnetpolgruppe G1 bilden, erhöht werden, so dass die Magnete Mg effizienter genutzt werden können und das Ausgangsdrehmoment der rotierenden elektrischen Maschine erhöht werden kann.
Wie in 13B gezeigt, enthält eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die jede Magnetpolgruppe G1 bilden, einen Magnetpol 33a1, der in der Rotationsrichtung am weitesten außen liegt. Der Magnetpol 33a1 steht in der Rotationsrichtung weiter vor als eine Seitenfläche 33u der gemeinsamen Basis 33b. Mit dieser Struktur des Magnetpolgruppen-Teilkerns 33A kann die Anzahl der Magnetpole 33a, die eine Magnetpolgruppe G1 bilden, erhöht werden.
Wie in 13B gezeigt, enthält der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A einen Schlitz S3, um die Erzeugung eines induzierten Stroms zu verhindern, der durch den magnetischen Fluss verursacht wird, der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt. Der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A enthält einen ersten Teilkern 33A1 und einen zweiten Teilkern 33A2, die in der Rotationsrichtung getrennt sind. Die beiden Teilkerne 33A1 und 33A2 haben voneinander beabstandete Flächen 33e (im Folgenden wird die Fläche 33e als Schlitzfläche bezeichnet). Der Schlitz S3 wird zwischen den beiden Schlitzflächen 33e gebildet. Die beiden Teilkerne 33A1 und 33A2 sind in Bezug auf den Schlitz S3 symmetrisch. Der Schlitz S3 erreicht die Fläche des Teilkerns 33A der Magnetpolgruppe auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs.
Wie in 13B gezeigt, ist jeder der ersten Teilkerne 33A1 und des zweiten Teilkerns 33A2 mit dem ringförmigen Joch-Teilkern 33D durch den Kopplungsmechanismus Li verbunden. Drei Teilkerne 33A1, 33A2 und 33D bilden den Schlitz S3 und ein Einpassloch, in das der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst wird. Insbesondere hat der Joch-Teilkern 33D vertiefte Abschnitte 33d (siehe 13A) auf der Fläche, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist. Jeder der Teilkerne 33A1 und 33A2 hat eine Fläche 33i, die dem Joch-Teilkern 33D zugewandt ist (im Folgenden wird die Fläche 33i als „Kopplungsfläche“ bezeichnet). Die Kopplungsfläche 33i hat einen Eingriffsabschnitt 55a, der den Kopplungsmechanismus Li1 bildet. Die Kopplungsfläche 33i und die Innenfläche des vertieften Abschnitts 33d bilden ein Einpassloch, in das der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst wird, und der Schlitz S3, der zwischen den beiden Teilkernen 33A1 und 33A2 gebildet ist, ist mit dem Einpassloch verbunden.
Die Struktur zur Bildung des Einpasslochs, in das der Schlitz S3 und der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst werden, ist nicht auf das hier beschriebene Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann das Einpassloch, in das der Kernkopplungsabschnitt eingepasst wird, in der gemeinsamen Basis 33b des Magnetpolgruppen-Teilkerns 33A ausgebildet sein. In diesem Fall kann sich der Schlitz S3 von der Einpassloch in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs erstrecken. In diesem Fall muss der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A nicht unbedingt zwei Teilkerne 33A1 und 33A2 haben, die voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten, die beiden Teilkerne 33A1 und 33A2 können an einem anderen Abschnitt als dem Schlitz S3 miteinander verbunden sein.
In einem weiteren Beispiel kann ein Einpassloch 33g ähnlich dem in 7 gezeigten Beispiel an der inneren Umfangsfläche (der dem Magnetfeldabschnitt Fs gegenüberliegenden Fläche) des Joch-Teilkerns 33D ausgebildet werden. In diesem Fall kann ein Schlitz S5 (siehe 9A und 9B) in dem Joch-Teilkern 33D ausgebildet werden, so dass er die geschlossene Kurve schneidet, die zwischen den Einpasslöcher 33g und den Magnetpolgruppen G1 verläuft und die Achse Ax umgibt.
Wie in 13B dargestellt, enthält der Kopplungsmechanismus Li1 einen Eingriffsabschnitt 55a und einen eingegriffenen Abschnitt 55b. Im Beispiel von 13B sind die Eingriffsabschnitte 55a in den Teilkernen 33A1 und 33A2 ausgebildet, und die eingegriffenen Abschnitte 55b sind in dem Joch-Teilkern 33D ausgebildet. Der Eingriffsabschnitt 55a ist ein konvexer Abschnitt, der von der Kopplungsfläche 33i des Magnetpolgruppen-Teilkerns 33A vorsteht. Auf der anderen Seite ist der eingegriffene Abschnitt 55b ein vertiefter Abschnitt, in den der Eingriffsabschnitt 55a eingepasst ist. Im Gegensatz zu dem Beispiel des Ankerabschnitts Am6 kann der Eingriffsabschnitt 55a, der ein konvexer Abschnitt ist, in dem Joch-Teilkern 33D ausgebildet sein, und der eingegriffene Abschnitt 55b, der ein vertiefter Abschnitt ist, kann in dem Magnetpolgruppen-Teilkern 33A ausgebildet sein.
Wie in 13B gezeigt, ist in dem Zustand, in dem der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A über den Kopplungsmechanismus Li1 magnetisch mit dem Joch-Teilkern 33D gekoppelt ist, die Kopplungsfläche 33i des Magnetpolgruppen-Teilkerns 33A in Kontakt mit dem Joch-Teilkern 33D, und der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A ist magnetisch mit dem Joch-Teilkern 33D gekoppelt.
Die Kopplungsstruktur zwischen dem Magnetpolgruppen-Teilkern 33A und dem Joch-Teilkern 33D ist nicht auf das in den 13A und 13B dargestellten Beispiel beschränkt. Zum Beispiel können der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A und der Joch-Teilkern 33D miteinander gekoppelt werden, indem ihre Verbindungsflächen verklebt oder verlötet werden oder mit Harz gegossen werden, ohne den Kopplungsmechanismus Li1 zu verwenden.
Die Struktur zur Unterteilung des Ankerkerns ist nicht auf das in den 13A und 13B gezeigte Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann der Ankerkern eine Mehrzahl von Teilkernen, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, enthalten. In diesem Fall können in jedem Teilkern die Magnetpolgruppen G1 und G2 gebildet werden. Weiterhin kann in jedem Teilkern ein Einpassloch, in das der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst wird, und ein Schlitz S3, der sich von dem Einpassloch in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs erstreckt, ausgebildet sein. Die Mehrzahl von Teilkerne sind getrennt voneinander ausgebildet, und zwei in der Rotationsrichtung benachbarte Teilkerne können durch den Kopplungsmechanismus Li1 gekoppelt und magnetisch miteinander verbunden werden. Die Mehrzahl von Teilkernen kann einen ringförmigen Ankerkern als Ganzes bilden. Ein solcher Ankerkern kann auch die Ausbeute des Kernmaterials zum Zeitpunkt der Herstellung des Ankerkerns verbessern, verglichen mit dem Fall, dass der gesamte Ankerkern aus einzelnen laminierten Stahlblechen besteht.
Wie in 13A gezeigt, kann der Magnetpol 33a des Teilkerns 33A der Magnetpolgruppe einen Körper haben, der in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorsteht, und einen vorstehenden Abschnitt 33n, der sich in Achsrichtung von dem Körper erstreckt. Eine solche Struktur kann die distale Endfläche des Magnetpols 33a (die Fläche der Fläche, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist) vergrößern und den Magnetowiderstand, der durch den Raum zwischen dem Magnetfeldabschnitt Fs und dem Magnetpol 33a verursacht ist, verringern. Zusätzlich zu den Magnetfeldkernen 22N und 22S kann der vorstehende Abschnitt 33n auch als Teil des Flusspfades des Magnetflusses, der in Achsrichtung fließt, fungieren. Dies dient dazu, die magnetische Sättigung der Magnetfeldkerne 22N und 22S zu vermindern.
Wie in 13A gezeigt, enthält der Magnetpolgruppen-Teilkern 33A eine Mehrzahl von Endstahlblechen 33E, die an den Enden (oberes Ende und unteres Ende in 13A) in Achsrichtung angeordnet sind, und eine Mehrzahl von dazwischen angeordneten Körperstahlblechen 33F. Das distale Ende des Magnetpols des Endstahlblechs 33E ist in Richtung des zweiten Ankerkerns H2 gebogen, um den vorstehenden Abschnitt 33n zu bilden. In dem in 13A gezeigten Beispiel sind die distalen Enden der beiden Endstahlbleche 33E, die am oberen Ende angeordnet sind, und die distalen Enden der beiden Endstahlbleche 33E, die am unteren Ende angeordnet sind, gebogen. Die Anzahl der Endstahlbleche 33E, die den vorstehenden Abschnitt 33n bilden, kann eins oder mehr als zwei betragen. Die Form des Magnetpols 33a (vorstehender Abschnitt 33n) kann auf einen einteilig ausgebildeten Ankerkern angewendet werden (zum Beispiel Ankerkern H1 ohne Teilkern, wie in 1A dargestellt).
Wie in 13A gezeigt, ist ein Einpassloch 34h auf dem Jochabschnitt 34c des zweiten Ankerkerns H2 ausgebildet, in das der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst wird. Der zweite Ankerkern H2 weist einen Schlitz S4 auf, der sich von dem Einpassloch 34h in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs erstreckt. Außerdem ist ein Loch 34e zwischen zwei benachbarten Einpasslöcher 34h ausgebildet. Das Loch 34e dient dazu, das Gewicht des Ankerabschnitts Am6 zu verringern.
Der Innendurchmesser des zweiten Ankerkerns H2 (der Innendurchmesser des Jochabschnitts 34c) kann mit dem Innendurchmesser des ersten Ankerkerns H1 (dem Innendurchmesser des Joch-Teilkerns 33D) übereinstimmen. Auf diese Weise kann ein zylindrisches Lagerelement im Inneren des zweiten Ankerkerns H2 und des ersten Ankerkerns H1 platziert werden, wodurch diese Elemente fest fixiert werden.
Wie in 13A gezeigt, hat der Magnetpol 34a des zweiten Ankerkerns H2 auch einen Körper, der in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorsteht, und einen vorstehenden Abschnitt 34n, der sich in der Achsrichtung von dem Körper aus erstreckt. Der zweite Ankerkern H2 ist aus laminierten Stahlblechen gebildet und enthält ein Endstahlblech 34E und ein Körperstahlblech 34F. Das Endstahlblech 34E ist auf der Seite des ersten Ankerkerns H1 in Bezug auf das Körperstahlblech 34F angeordnet. Ähnlich wie der erste Ankerkern H1 enthält der zweite Ankerkern H2 eine Mehrzahl von Endstahlblechen 34E (zwei im Beispiel in 13A) am Ende in Achsrichtung. Die Anzahl der Endstahlbleche 34E kann eins oder mehr als zwei betragen. In dem Endstahlblech 34E ist das distale Ende des Magnetpols 34a länger als die Länge der anderen Stahlbleche und ist in Richtung des ersten Ankerkerns H1 gebogen, um den vorstehenden Abschnitt 34n zu bilden. Dadurch werden die Flächen der distalen Endflächen des Magnetpols 34a (die Flächen, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt sind) vergrößert, und der Magnetowiderstand, der durch den Raum zwischen dem Magnetfeldabschnitt Fs und dem Magnetpol 34a verursacht wird, kann dadurch verringert werden. Zusätzlich zu den Magnetfeldkernen 22N und 22S kann der vorstehende Abschnitt 34n auch als Teil des Flusspfades des Magnetflusses, der in Achsrichtung fließt, fungieren. Dies dient dazu, die magnetische Sättigung der Magnetfeldkerne 22N und 22S zu vermindern.
[Beispiel für zwei gleichphasige Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen]
Die rotierende elektrische Maschine kann zwei Spulen haben, deren Wicklungsrichtungen für jede Phase entgegengesetzt sind (zum Beispiel U-Phase, V-Phase, W-Phase). 14A und 14B sind Diagramme zur Veranschaulichung eines Ankerabschnitts Am7 einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer solchen Struktur als ein weiteres Beispiel für die rotierende elektrische Maschine, die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen ist. 14A ist eine perspektivische Explosionsansicht des Ankerabschnitts Am7 und 14B ist eine Explosionsansicht des Ankerabschnitts Am7, welche die Position des Magnetpols des Ankerabschnitts Am7 anzeigt. Die Zahlenwerte in den Zeichnungen sind Winkel (Abstände) in der Rotationsrichtung, die in elektrischen Winkeln dargestellt sind. Hier werden hauptsächlich die Unterschiede zu dem Ankerabschnitt Am1 der rotierenden elektrischen Maschine M1, die mit Bezug auf 1A beschrieben ist, beschrieben. Die in 1A gezeigte Struktur der rotierenden elektrischen Maschine M1 kann auf die Dinge angewendet werden, die nicht in Bezug auf den in den 14A und 14B beschrieben sind. Die hier beschriebene Struktur des Ankerabschnitts kann nicht nur auf die darin gezeigte rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, sondern auch auf eine lineare elektrische Maschine und eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
Die Mehrzahl von Spulen CL, die in dem Ankerabschnitt Am7 enthalten sind, enthalten zwei Spulen CL mit entgegengesetzten Wicklungsrichtungen für jede Phase. Die rotierende elektrische Maschine mit dem Ankerabschnitt Am7 wird mit einem dreiphasigen Wechselstrom versorgt. Somit enthält die Mehrzahl der Spulen CL, wie in 14A gezeigt, eine U+-Phasen-Spule CLu+, eine U--Phasen-Spule CLu-, eine V+-Phasen-Spule CLv+, eine V--Phasen-Spule CLv-, eine W+-Phasen-Spule CLw+ und eine W--Phasen-Spule CLw-. Diese sechs Spulen CL befinden sich jeweils in den Magnetpolgruppen G1 des ersten Ankerkerns H1 und sind in der Rotationsrichtung angeordnet. (14A und 14B zeigen G1u+, G1v+, G1w+, G1u-, G1v- und G1w- als eine Magnetpolgruppe G1).
Wie in 14B dargestellt, werden sechs Magnetpolgruppenpaare P, die jeweils mit sechs Spulen CL vorgesehen sind, als Magnetpolgruppenpaar Pu+, Magnetpolgruppenpaar Pv+, Magnetpolgruppenpaar Pw+, Magnetpolgruppenpaar Pu-, Magnetpolgruppenpaar Pv- und Magnetpolgruppenpaar Pw- bezeichnet. Diese sechs Magnetpolgruppenpaare P haben die gleiche Struktur. Das heißt, die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a ist bei den Magnetpolgruppenpaaren Pu+, Pv+, Pw+, Pu-, Pv- und Pw- gleich. Auch die Abstände der Magnetpole 33a und 34a sind bei den Magnetpolgruppenpaaren Pu+, Pv+, Pw+, Pu-, Pv- und Pw- im Wesentlichen gleich. Auch die Breiten und Höhen der Magnetpole 33a und 34a sind bei den Magnetpolgruppenpaaren Pu+, Pv+, Pw+, Pu-, Pv- und Pw- im Wesentlichen gleich. Jedes der Magnetpolgruppenpaare Pu+, Pv+, Pw+, Pu-, Pv- und Pw- enthält einen Kernkopplungsabschnitt L. Jeder Kopplungsabschnitt L ist gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs über der Spule CL angeordnet, und die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung fällt mit der Mitte der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung zusammen. Daher ist es wünschenswert, dass ein Magnetpolgruppenpaar (zum Beispiel Pu+) um die Achse Ax1 gedreht wird und zu einem anderen Magnetpolgruppenpaar P wird (zum Beispiel Pv+, Pw+, Pu-, Pv-, Pw-).
In 14B wird die Aufmerksamkeit nun auf zwei Magnetpolgruppenpaare P gelenkt, bei denen die Spulen CL die gleiche Phase und entgegengesetzte Wicklungsrichtungen haben. Zum Beispiel sind das Magnetpolgruppenpaar Pu+ und das Magnetpolgruppenpaar Pu- im Wesentlichen um „360×(q+1/2)“ Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt (q ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr). Das heißt, in dem ersten Ankerkern H1 gibt es eine Differenz von 180 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a und dem Magnetfeldkern 22N des Magnetpolgruppenpaares Pu+ und dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a und dem Magnetfeldkern 22N des Magnetpolgruppenpaares Pu. Wenn beispielsweise der Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pu+ dem Magnetfeldkern 22N direkt gegenüberliegt (wenn der Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a und dem Magnetfeldkern 22N 0 Grad beträgt), ist der Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pu- um 180 Grad in dem elektrischen Winkel in Bezug auf den Magnetfeldkern 22N versetzt und liegt dem Magnetfeldkern 22S direkt gegenüber. In dem zweiten Ankerkern H2 gibt es auch eine Differenz von 180 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a und dem Magnetfeldkern 22S des Magnetpolgruppenpaares Pu+ und dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a und dem Magnetfeldkern 22S des Magnetpolgruppenpaares Pu. In dem Ankerabschnitt Am7 ist q=18. Dementsprechend beträgt der Winkel zwischen dem Magnetpolgruppenpaar Pu+ und dem Magnetpolgruppenpaar Pu- 6.660 Grad in dem elektrischen Winkel. In dieser Beschreibung ist der Winkel zwischen dem Magnetpolgruppenpaar Pu+ und dem Magnetpolgruppenpaar Pu- insbesondere ein Winkel (Abstand) zwischen der Mitte der Magnetpolgruppe G1u+ und der Mitte der Magnetpolgruppe G1u- in der Rotationsrichtung, und ein Winkel (Abstand) zwischen der Mitte der Magnetpolgruppe G2u+ und der Mitte der Magnetpolgruppe G2u- in der Rotationsrichtung. Diese sind für die anderen Magnetpolgruppenpaare Pv+, Pv-, Pw+ und Pw- identisch.
Weiterhin wird wird die Aufmerksamkeit auf zwei Magnetpolgruppenpaare P gerichtet, die mit den Spulen CL vorgesehen sind, welche die gleiche Wicklungsrichtung haben. Zum Beispiel wird die Aufmerksamkeit auf das Magnetpolgruppenpaar Pv+ und das Magnetpolgruppenpaar Pw+ gerichtet. In dem ersten Ankerkern H1 gibt es eine Differenz von 120 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pv+ und dem Magnetfeldkern 22N und dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pw+ und dem Magnetfeldkern 22N in dem elektrischen Winkel. Dementsprechend ist zum Beispiel, wenn der Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pv+ dem Magnetfeldkern 22N direkt gegenübersteht (wenn der Winkel (Abstand) zwischen den Magnetpolen 33a und dem Magnetfeldkern 22N 0 Grad beträgt), die Position des Magnetpols 33a des Magnetpolgruppenpaares Pw+ um 120 Grad in dem elektrischen Winkel relativ zu dem Magnetfeldkern 22N versetzt. In dem zweiten Ankerkern H2 gibt es eine Differenz von 120 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a des Magnetpolgruppenpaares Pv+ und dem Magnetfeldkern 22S und dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a des Magnetpolgruppenpaares Pw+ und dem Magnetfeldkern 22S in dem elektrischen Winkel. Das heißt, wie in 14B gezeigt, sind das Magnetpolgruppenpaar Pv+ und das Magnetpolgruppenpaar Pw+ in dem Wesentlichen um „360×(n+m/s)“ Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt, wobei
"s" ist die Anzahl der Phasen,
„m“ ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich s-1, wobei die ganze Zahl kein Teiler von s (außer 1) und kein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, und
„n“ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
In dem Ankerabschnitt Am7 sind s=3 und n=12. Wenn m=1 ist, sind das Magnetpolgruppenpaar Pv+ und das Magnetpolgruppenpaar Pw+ in einem elektrischen Winkel von 4.440 Grad voneinander entfernt. Das Gleiche gilt für den Winkel zwischen den beiden anderen Magnetpolgruppenpaaren P, die mit den Spulen CL mit denselben Wicklungsrichtungen vorgesehen sind (zum Beispiel der Winkel zwischen dem Magnetpolgruppenpaar Pu+ und dem Magnetpolgruppenpaar Pw+ oder der Winkel zwischen dem Magnetpolgruppenpaar Pv+ und dem Magnetpolgruppenpaar Pu+). Die relativen Positionen des Magnetpolgruppenpaars P und des Magnetfeldabschnitts Fs können auf eine lineare elektrische Maschine oder eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
Außerdem wird ein mechanischer Winkel von „(360/p)×(n+m/s)“ Grad zwischen zwei Magnetpolgruppenpaaren P gewährleistet, die mit Spulen CL mit der gleichen Wicklungsrichtung vorgesehen sind. Der Winkel zwischen den beiden Magnetpolgruppenpaaren P kann auch als „360/s/c“ Grad mechanischer Winkel dargestellt werden, wobei
„p“ (Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts)/2 und
„c“ die Anzahl der Spulenpaare für jede Phase ist.
Dementsprechend ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“. In dem Ankerabschnitt Am7 beträgt die Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts Fs zum Beispiel 74 (p=37). Außerdem ist s=3 und c=1. Somit beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P, die mit den Spulen CL mit der gleichen Wicklungsrichtung vorgesehen sind, 120 Grad in dem mechanischen Winkel. Mit anderen Worten, die Anzahl der Pole (p×2) des Magnetfeldabschnitts Fs, die Anzahl der Spulenpaare (s×c), die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a werden so bestimmt, dass „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“ ist.
In dem in den 14A und 14B wird eine Spule durch eine konzentrierte Wicklung erhalten, bei der eine Spule (zum Beispiel CLu-) um eine Magnetpolgruppe (zum Beispiel die Magnetpolgruppe G1u-) gewickelt wird. Spulen können jedoch auch durch Überlappungswicklungen oder Wellenwicklungen hergestellt werden.
In einem Ankerkern mit einer Spule mit Überlappungswicklung ist zum Beispiel die Spule CLu+ der Phase U+ um drei benachbarte Magnetpolgruppen G1w-, G1u+ und G1v- und die Spule CLu- der Phase U- um drei benachbarte Magnetpolgruppen G1w+, G1u- und G1v+ gewickelt. Die Spulen CLv+, CLv-, CLw+ und CLw- der übrigen Phasen sind ebenfalls um drei benachbarte Magnetpolgruppen gewickelt.
In einem Ankerkern mit einer Spule einer Wellenwicklung sind beispielsweise drei benachbarte Magnetpolgruppen G1w+, G1u- und G1v+ zwischen der U+-Phasen-Spule CLu+ (Draht der U+-Phase) und der U-Phasen-Spule CLu- (Draht der U-Phase) angeordnet. Die drei benachbarten Magnetpolgruppen G1u-, G1v+ und G1w- sind zwischen der V+-Phasen-Spule CLv+ (Leiter der V+-Phase) und der V--Phasen-Spule CLv- (Leiter der V-Phase) angeordnet. Die drei benachbarten Magnetpolgruppen G1v+, G1w- und G1u+ sind zwischen der Spule der W+-Phase CLw+ (Draht der W+-Phase) und der Spule der W-Phase CLw- (Draht der W-Phase) angeordnet.
Die Anordnung der Spulen CL, die in dem Ankerabschnitt Am7 enthalten sind, ist nicht auf das in den Zeichnungen dargestellte Beispiel beschränkt. Zum Beispiel können zwei Magnetpolgruppenpaare P (zum Beispiel Magnetpolgruppenpaare Pu+, Pu-), die jeweils mit zwei Spulen CL vorgesehen sind, die aufgrund der unterschiedlichen Wicklungsrichtungen Magnetfelder mit entgegengesetzten Polen erzeugen und die gleiche Phase haben, in der Rotationsrichtung benachbart sein. In diesem Fall können das Magnetpolgruppenpaar Pv+ und das Magnetpolgruppenpaar Pv- ebenfalls in der Rotationsrichtung nebeneinander liegen, und das Magnetpolgruppenpaar Pw+ und das Magnetpolgruppenpaar Pw- können ebenfalls in der Rotationsrichtung nebeneinander liegen.
[Beispiel, wenn die Anzahl der Phasen eine gerade Zahl ist]
Die Anzahl der Phasen des Wechselstroms, der an die rotierende elektrische Maschine geliefert wird, kann eine gerade Zahl sein. Beispielsweise kann die Anzahl der Phasen des Wechselstroms zwei betragen. 15A und 15B sind Diagramme zur Veranschaulichung eines Ankerabschnitts Am8 einer rotierenden elektrischen Maschine, die eine solche Struktur aufweist, als ein weiteres Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine, die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen ist. 15A ist eine perspektivische Explosionsansicht des Ankerabschnitts Am8. 15B ist eine Explosionsdarstellung des Ankerabschnitts Am8, welche die Position des Magnetpols des Ankerabschnitts Am7 anzeigt. Die Zahlenwerte in 15B sind Winkel (Abstände) in der Rotationsrichtung, dargestellt in elektrischen Winkeln. Hier werden hauptsächlich die Unterschiede zu dem Ankerabschnitt Am1 der mit Bezug auf 1A beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine M1 beschrieben. Die Struktur der rotierenden elektrischen Maschine M1 kann auf die Dinge angewendet werden, die nicht in Bezug auf den in den 15A und 15B beschrieben sind. Die hier beschriebene Struktur des Ankerabschnitts kann nicht nur auf die darin gezeigte rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, sondern auch auf eine lineare elektrische Maschine und eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
In dem Ankerabschnitt Am8, wie in 15B gezeigt, enthalten die Spulen CL die A+-Phasen-Spule CLa+, die B+-Phasen-Spule CLb+, die A-Phasen-Spule CLa- und die B-Phasen-Spule CLb-. Die A-Phasen-Spule CLa- und die B-Phasen-Spule CLb- haben die entgegengesetzte Wicklungsrichtung zu welcher der A+-Phasen-Spule CLa+ und der B+-Phasen-Spule CLb+. Der erste Ankerkern H1 hat vier Spulen CL für jede Phase. Eine Spule CL ist um die Magnetpolgruppe G1 gewickelt (15A zeigt G1a+, G1a-, G1b+ und G1b-als die Magnetpolgruppe G1).
Die Magnetpolgruppe G1 bildet zusammen mit der Magnetpolgruppe G2, die in Achsrichtung angeordnet ist, ein Magnetpolgruppenpaar P. Die vier Magnetpolgruppenpaare P, die jeweils mit vier Spulen CLa+, CLb+, CLa- und CLb- vorgesehen sind, werden als Magnetpolgruppenpaar Pa+, Magnetpolgruppenpaar Pb+, Magnetpolgruppenpaar Pa- und Magnetpolgruppenpaar Pb- bezeichnet. Diese vier Magnetpolgruppenpaare P haben im Wesentlichen die gleiche Struktur. Das heißt, die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a ist bei den Magnetpolgruppenpaaren Pa+, Pb+, Pa- und Pb- gleich. Der Abstand der Magnetpole 33a und 34a ist bei den Magnetpolgruppenpaaren Pa+, Pb+, Pa- und Pb- ebenfalls im Wesentlichen gleich. Weiterhin sind die Breite und/oder Höhe der Magnetpole 33a und 34a bei den Magnetpolgruppenpaaren Pa+, Pb+, Pa- und Pb- ebenfalls im Wesentlichen gleich. Jedes der Magnetpolgruppenpaare Pa+, Pb+, Pa- und Pb- hat einen Kernkopplungsabschnitt L. Jeder Kopplungsabschnitt L ist gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs über der Spule CL angeordnet, und die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung fällt mit der Mitte der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung zusammen. Ein Magnetpolgruppenpaar (zum Beispiel Pa+) wird um die Achse Ax gedreht und wird zu einem anderen Magnetpolgruppenpaar P (zum Beispiel Pb+, Pa-, Pb-).
Die Aufmerksamkeit wird nun auf zwei Magnetpolgruppenpaare P gelenkt, bei denen die Spulen CL die gleiche Phase und entgegengesetzte Wicklungsrichtungen aufweisen. Wenn man sich zum Beispiel auf das Magnetpolgruppenpaar Pa+ und das Magnetpolgruppenpaar Pa- konzentriert, gibt es in dem ersten Ankerkern H1 einen Unterschied von 180 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pa+ und dem Magnetfeldkern 22N und dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pa- und dem Magnetfeldkern 22N. Wenn zum Beispiel der Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pa+ dem Magnetfeldkern 22N direkt gegenüberliegt (wenn der Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a und dem Magnetfeldkern 22N 0 Grad beträgt), ist der Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pa- um 180 Grad in dem elektrischen Winkel in Bezug auf den Magnetfeldkern 22N versetzt und liegt dem Magnetfeldkern 22S direkt gegenüber. In dem zweiten Ankerkern H2 gibt es auch eine Differenz von 180 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a des Magnetpolgruppenpaares Pa+ und dem Magnetfeldkern 22S und dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a des Magnetpolgruppenpaares Pa- und dem Magnetfeldkern 22S.
Das heißt, wie in 15B gezeigt, sind das Magnetpolgruppenpaar Pa+ und das Magnetpolgruppenpaar Pa- im Wesentlichen um „360×(q+1/2)“ Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt (q ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1). In dem Ankerabschnitt Am8 ist q=8, und das Magnetpolgruppenpaar Pa+ und das Magnetpolgruppenpaar Pa- sind um 3.060 Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt. In dieser Beschreibung ist der Winkel zwischen dem Magnetpolgruppenpaar Pa+ und dem Magnetpolgruppenpaar Pa- insbesondere ein Winkel (Abstand) zwischen der Mitte der Magnetpolgruppe G1a+ und der Mitte der Magnetpolgruppe G1a- in der Rotationsrichtung, und ein Winkel (Abstand) zwischen der Mitte der Magnetpolgruppe G2a+ und der Mitte der Magnetpolgruppe G2a- in der Rotationsrichtung. Diese sind die gleichen für andere Magnetpolgruppenpaare Pb+ und Pb-. In der rotierenden elektrischen Maschine M8 ist die Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts Fs 68 (p=34). Somit beträgt der Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpolgruppenpaar Pa+ und dem Magnetpolgruppenpaar Pa-90 Grad (=3.060/34) in dem mechanischen Winkel.
Die Aufmerksamkeit wird auf zwei Magnetpolgruppenpaare P gelenkt, die mit Spulen CL mit der gleichen Wicklungsrichtung vorgesehen sind. Zum Beispiel wird die Aufmerksamkeit auf das Magnetpolgruppenpaar Pa+ und das Magnetpolgruppenpaar Pb+ gerichtet. In dem ersten Ankerkern H1 gibt es einen Unterschied von 90 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pa+ und dem Magnetfeldkern 22N und dem Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pb+ und dem Magnetfeldkern 22N. Wenn zum Beispiel der Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pa+ dem Magnetfeldkern 22N direkt gegenüberliegt (wenn der Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 33a und dem Magnetfeldkern 22N 0 Grad beträgt), ist der Magnetpol 33a des Magnetpolgruppenpaares Pb+ um 90 Grad in dem elektrischen Winkel in Bezug auf den Magnetfeldkern 22N versetzt. In dem zweiten Ankerkern H2 besteht eine Differenz von 90 Grad in dem elektrischen Winkel zwischen der Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a des Magnetpolgruppenpaar Pa+ und Magnetfeldkern 22N und der Winkel (Abstand) zwischen dem Magnetpol 34a des Magnetpolgruppenpaar Pb+ und dem Magnetfeldkern 22S. Das heißt, wie in 15B gezeigt, sind das Magnetpolgruppenpaar Pa+ und das Magnetpolgruppenpaar Pb+ im Wesentlichen um „360×(n+m/s/2)“ Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt, wobei
„s“ die Anzahl der Phasen ist,
„m“ ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich s-1, wobei die ganze Zahl kein Teiler von s (außer 1) und kein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, und
„n“ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
In dem Ankerabschnitt Am8, s=2 und n=4. Wenn m=1 ist, sind das Magnetpolgruppenpaar Pa+ und das Magnetpolgruppenpaar Pb+ in einem elektrischen Winkel von 1.530 Grad voneinander entfernt. Dasselbe gilt für den Winkel zwischen anderen Magnetpolgruppenpaaren P, die mit zwei Spulen CL mit derselben Wicklungsrichtung vorgesehen sind (zum Beispiel der Winkel zwischen dem Magnetpolgruppenpaar Pa- und dem Magnetpolgruppenpaar Pb-). Die relativen Positionen des Magnetpolgruppenpaars P und des Magnetfeldabschnitts Fs können auf eine lineare elektrische Maschine oder eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden.
Darüber hinaus wird ein mechanischer Winkel von „(360/p)×(n+m/s/2)“ Grad zwischen zwei Magnetpolgruppenpaaren P gewährleistet, die mit Spulen CL mit der gleichen Wicklungsrichtung vorgesehen sind. Der Winkel der beiden Magnetpolgruppenpaare P kann auch als „180/s/c“ Grad mechanischer Winkel ausgedrückt werden, wobei
"p" (Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts)/2 und
„c“ die Anzahl der Spulenpaare für jede Phase ist.
Dementsprechend ist „(360/p)×(n+m/s/2)“ im Wesentlichen gleich „180/s/c“. In dem Ankerabschnitt Am8 beträgt die Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts Fs zum Beispiel 68 (p=34). Außerdem sind s=2 und c=2. Somit beträgt der Winkel zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P 45 Grad in dem mechanischen Winkel. Mit anderen Worten, die Anzahl der Pole (p×2) des Magnetfeldtabschnitts Fs, die Anzahl der Spulenpaare (s×c), die Anzahl der Magnetpole33a und 34a werden bestimmt, so dass „(360/p)×(n+m/s/2)“ ist im Wesentlichen gleich „180/s/c“.
[Beispiele zu dem Teilmagnetfeldkern]
16 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Magnetfeldtabschnitts Fs (die Schnittfläche ist parallel zu der Rotationsrichtung). Wie in 16 gezeigt, können die Magnetfeldkerne 22N und 22S beispielsweise aus einer Mehrzahl von Teilkernen gebildet sein, die zwischen zwei benachbarten Magneten angeordnet und in der Rotationsrichtung getrennt sind. Insbesondere können die Magnetfeldkerne 22N und 22S aus zwei Teilmagnetfeldkernen 22f gebildet sein, die in der Rotationsrichtung voneinander beabstandet sind, und es kann ein Abstand K3 zwischen den beiden Teilmagnetfeldkernen 22f gewährleistet werden. Dieser Aufbau dient dazu, akkumulierte Maßfehler in den Magnetfeldkernen 22N und 22S und den Magneten Mg zu reduzieren und dadurch die Positionsgenauigkeit der Magnetfeldkerne 22N und 22S und der Magneten Mg zu verbessern. Der in 16 dargestellte Magnetfeldabschnitt Fs ist radial außerhalb des Ankerabschnitts angeordnet. So sind die Breiten der Magnete Mg und des Teilmagnetfeldkerns 22f in radialer Richtung konstant, während der Abstand K3 zu der äußeren radialen Richtung hin allmählich zunimmt. Dadurch entsteht eine zylindrische Form des Magnetfeldabschnitts Fs als Ganzes.
Wie in 16 dargestellt, ist der Raum K3 zum Beispiel mit einem nichtmagnetischen und isolierenden Material gefüllt. Die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg sind zum Beispiel durch einen Befestigungsabschnitt 23 aneinander befestigt. Der Befestigungsabschnitt 23 besteht zum Beispiel aus Harz. Der Raum K3 zwischen den benachbarten Teilmagnetfeldkernen 22f ist mit dem Befestigungsabschnitt 23 ausgefüllt. Diese Struktur kann die Positioniergenauigkeit der Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Verarbeitbarkeit des Montagevorgangs der rotierenden elektrischen Maschine verbessern. Das heißt, wenn die Anzahl der Pole der Magnetfeldabschnitte erhöht und der Abstand (mechanischer Winkel) zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S verringert wird, erhöht sich der Einfluss der Positionsgenauigkeit der Magnetfeldkerne 22N und 22S auf die Leistung der rotierenden elektrischen Maschine. Wenn die Anzahl der Teile durch die erhöhte Anzahl der Pole erhöht wird und die Teile in engem Kontakt fixiert sind, können die akkumulierten Fehler in den Abmessungen der Teile auftreten und die Positionsgenauigkeit der Magnetfeldkerne verringern. In dieser Hinsicht sind in der Struktur des Magnetfeldabschnitts Fs, die in 16 dargestellt ist, die Magnetfeldkerne 22N und 22S jeweils aus zwei Teilmagnetfeldkernen 22f zusammengesetzt, und der Raum K3 ist zwischen diesen beiden Teilmagnetfeldkernen 22f vorgesehen. Dadurch wird die Anhäufung von Maßfehlern verringert, und die Positionsgenauigkeit der Magnetfeldkerne 22N und 22S und der Magnete Mg kann verbessert werden. Weiterhin kann der Magnetfeldabschnitt Fs während des Montagevorgangs der rotierenden elektrischen Maschine integral gehandhabt werden, und die Bearbeitbarkeit des Montagevorgangs kann dadurch verbessert werden.
Bei der Herstellung des Magnetfeldtabschnitts Fs werden beispielsweise eine Mehrzahl von Magneten Mg und eine Mehrzahl von Teilmagnetfeldkernen 22f mit Hilfe von Spannvorrichtungen oder Fixierungen positioniert. Danach werden die Magnete Mg und die Teilmagnetfeldkerne 22f mit einem nichtmagnetischen und isolierenden Material (insbesondere Harz 23) vergossen und fixiert. Zu diesem Zeitpunkt können alle Magnete Mg und Teilmagnetfeldkerne 22f positioniert und mit dem Harz 23 vergossen werden, oder der Magnetfeldabschnitt Fs kann in mehrere Teile unterteilt werden, und jedes Teil kann mit dem Harz 23 vergossen werden. In diesem Fall sind die Teile, von denen jedes geformt ist, in der Rotationsrichtung angeordnet und aneinander befestigt, um einen ringförmigen Magnetfeldabschnitt Fs zu bilden. Jedes der Teile kann an dem Befestigungselement befestigt werden, um den ringförmigen Magnetfeldabschnitt Fs zu bilden.
Jeder Teilmagnetfeldkern 22f ist in der Nähe der Fläche des Magneten Mg (Flächen von N-Pol und S-Pol) angeordnet. Jeder Teilmagnetfeldkern 22f kann in Kontakt mit der Fläche (N-Pol-Fläche oder S-Pol-Fläche) des Magneten Mg sein. Jeder Teilmagnetfeldkern 22f kann mit einem Klebstoff an der Fläche des Magneten Mg befestigt werden. Dadurch entsteht kein Zwischenraum zwischen dem Magneten Mg und den Magnetfeldkernen 22N und 22S, wodurch ein Nachlassen der Magnetkraft verhindert wird.
Jeder Teilmagnetfeldkern 22f wird aus laminierten Stahlblechen gebildet. Das heißt, jeder Teilmagnetfeldkern 22f wird aus einer Mehrzahl von Stahlblechen 22e gebildet, die in der Rotationsrichtung laminiert sind. In der vorliegenden Beschreibung enthält die „Richtung, in der eine Mehrzahl von Stahlblechen 22e laminiert sind“, nicht nur die buchstäbliche Rotationsrichtung, die auf der Achse Ax zentriert ist, sondern auch eine Richtung einer Tangente des Kreises um die Achse Ax an der Position des Teilmagnetfeldkerns 22f. Die Mehrzahl von Stahlblechen 22e, die den Teilmagnetfeldkern 22f bilden, haben in der Rotationsrichtung die gleiche Breite (Dicke). Jeder Teilmagnetfeldkern 22f kann aus nur einem Stahlblech gebildet sein.
Wie in 10 gezeigt, können die oben beschriebenen Strukturen des Magnetfeldabschnitts Fs auf den Magnetfeldabschnitt Fs angewendet werden, der innerhalb des Ankerabschnitts in der radialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet ist. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auf eine lineare elektrische Maschine oder eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden, die später beschrieben wird.
Bei den Magnetfeldkernen 22N und 22S kann der Teilmagnetfeldkern 22f aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet werden. In diesem Fall kann der Raum zwischen den beiden Teilmagnetfeldkernen 22f, welche die Magnetfeldkerne 22N und 22S bilden, mit einem nichtmagnetischen und isolierenden Material gefüllt werden. Beispielsweise werden die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg mit Harz ausgegossen, und der Zwischenraum wird mit Harz ausgefüllt. Ein weiteres Beispiel ist, dass die Magnetfeldkerne 22N und 22S keine Mehrzahl von Teilmagnetfeldkernen 22f aufweisen können. In diesem Fall kann der Teilmagnetfeldkern 22f aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial anstelle der laminierten Stahlbleche gebildet werden.
[Lineare elektrische Maschine]
Die Struktur der elektrischen Maschine, die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen wird, kann auf eine lineare elektrische Maschine angewendet werden, in der ein Ankerabschnitt und ein Magnetfeldtabschnitt relativ in einer Richtung entlang einer geraden Linie bewegbar sind. 17 ist eine perspektivische Ansicht einer linearen elektrischen Maschine M10 als Beispiel für eine lineare elektrische Maschine, auf welche die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagene Struktur angewendet wird.
Auch in der linearen elektrischen Maschine M10 kann der Ankerkern mit einem Teilkern, der Ankerkern mit einem weichmagnetischen Pulvermaterial, der Ankerkern mit zwei Spulen CL mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen für jede Phase und der Ankerkern mit einem vorstehenden Abschnitt am Ende des Magnetpols verwendet werden.
Die lineare elektrische Maschine M10 hat einen Magnetfeldtabschnitt Fs und einen Ankerabschnitt Am10. Der Magnetfeldabschnitt Fs und der Ankerabschnitt Am10 sind in einer Richtung entlang einer geraden Linie relativ bewegbar (Maschinenbewegungsrichtung, in 17 in Y1-Y2-Richtung). Im Folgenden wird die Y1-Y2-Richtung als „Vorder-Rück-Richtung“ bezeichnet. Zum Beispiel ist der Magnetfeldabschnitt Fs an einer Struktur der Vorrichtung befestigt, an der die lineare elektrische Maschine M10 montiert ist, und der Ankerabschnitt Am 10 wird geführt, so dass er sich in der Vorder-Rück-Richtung bewegt. In diesem Fall hat der Magnetfeldabschnitt Fs eine Länge, die dem Bewegungsbereich des Ankerabschnitts Am10 entspricht. Im Gegensatz dazu kann der Ankerabschnitt Am10 an der Struktur der Vorrichtung befestigt sein, an der die lineare elektrische Maschine M10 montiert ist, und der Magnetfeldtabschnitt Fs kann so geführt werden, dass er sich in Richtung der geraden Linie bewegt.
Der Magnetfeldabschnitt Fs enthält eine Mehrzahl von Magneten Mg, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Die Magnete Mg sind in der Vorder-Rück-Richtung magnetisiert. In dem Magnetfeldtabschnitt Fs sind die Magnete Mg angeordnet, so dass die Flächen gleicher Polarität (Magnetpolflächen) einander zugewandt sind, ähnlich wie, zum Beispiel, in dem Magnetfeldtabschnitt Fs der rotierenden elektrischen Maschine M1. Der Magnet Mg ist zwischen zwei benachbarten Magnetfeldkernen 22N und 22S angeordnet. Jeder der Magnetfeldkerne 22N und 22S kann aus Teilmagnetfeldkernen 22f gebildet werden, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander beabstandet sind. Der Teilmagnetfeldkern 22f kann aus laminierten Stahlblechen oder einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet werden.
Der Ankerabschnitt Am10 enthält eine Mehrzahl von Ankerkernen H1 und H2, die in der Links-Rechts-Richtung (X1-X2-Richtung in 17) angeordnet sind, und den Kernkopplungsabschnitt L. Wie in 17 dargestellt, enthält der Ankerabschnitt Am10 beispielsweise einen ersten Ankerkern H1 und zwei zweite Ankerkerne H2. Der erste Ankerkern H1 ist zwischen den beiden zweiten Ankerkernen H2 angeordnet. Der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 sind allein durch den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt und in den anderen Bereichen als dem Kernkopplungsabschnitt L magnetisch getrennt.
Der Ankerabschnitt Am10 kann mit Harz ausgegossen werden. In diesem Fall kann das Harz zum Gießen der Ankerkerne H1 und H2 in den Raum zwischen dem ersten Ankerkern H1 und dem zweiten Ankerkern H2 gefüllt werden. Die Anzahl der Ankerkerne, aus denen der Anker Am10 besteht, ist nicht auf das in 17 dargestellte Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann der Ankerabschnitt Am10 einen ersten Ankerkern H1 und einen zweiten Ankerkern H2 enthalten. Die Ankerkerne H1 und H2 sind laminierte Stahlbleche, wie, zum Beispiel, in Links-Rechts-Richtung laminierte Elektrostahlbleche.
Wie in 17 gezeigt, hat der erste Ankerkern H1 eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind, und jede der Magnetpolgruppen G1 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Der zweite Ankerkern H2 weist ebenfalls eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G2 auf, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Jede der Magnetpolgruppen G2 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 34a, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Jede Spule CL ist um die Magnetpole 33a gewickelt, welche die Magnetpolgruppe G1 bilden.
Der erste Ankerkern H1 weist einen Jochabschnitt 33c auf, der sich in der Vorder-Rück-Richtung erstreckt. Der zweite Ankerkern H2 weist einen Jochabschnitt 34c auf, der sich in der Vorder-Rück-Richtung erstreckt. Die Magnetpole 33a und 34a ragen von den Jochabschnitten 33c und 34c in Richtung des Magnetfeldtabschnitts Fs vor, und die Magnetpolgruppen G1 und G2 sind auf dem Jochabschnitt 33c und 34c auf der Seite des Magnetfeldtabschnitts Fs ausgebildet. Die Magnetpolgruppen G1, die in Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind, sind über den Jochabschnitt 33c magnetisch verbunden. Weiterhin sind die Magnetpolgruppen G2, die in Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind, über den Jochabschnitt 34c magnetisch verbunden.
Die lineare elektrische Maschine M10 ist ein Linearmotor, der zum Beispiel mit Dreiphasen-Wechselstrom angetrieben wird, und der erste Ankerkern H1 enthält eine U-Phasen-Spule CLu, eine V-Phasen-Spule CLv (nicht dargestellt) und eine W-Phasen-Spule CLw (nicht dargestellt). Diese drei Spulen CL sind in jeder der drei Magnetpolgruppen G1 vorgesehen. Die Anzahl der Phasen des Wechselstroms, welcher der linearen elektrischen Maschine zugeführt wird, ist nicht auf drei beschränkt.
Wie in 17 dargestellt, ist die Magnetpolgruppe G2 des zweiten Ankerkerns H2 in der Links-Rechts-Richtung in Bezug auf die Magnetpolgruppe G1 des ersten Ankerkerns H1 positioniert und bildet zusammen mit der Magnetpolgruppe G1 ein Magnetpolgruppenpaar P. Die Positionsbeziehung zwischen den Magnetpolen 33a, welche die Magnetpolgruppe G1 bilden, und den Magnetpolen 34a, welche die Magnetpolgruppe G2 bilden, kann die gleiche sein wie die Beziehung zwischen den Magnetpolen 33a und 34a der rotierenden elektrischen Maschine M1. Das heißt, die Positionen der Magnetpole 33a der Magnetpolgruppe G1 sind von den Positionen der Magnetpole 34a der Magnetpolgruppe G2 um einen elektrischen Winkel von beispielsweise 180 Grad getrennt.
Der Kernkopplungsabschnitt L erstreckt sich in der Links-Rechts-Richtung und koppelt die Ankerkerne H1 und H2 magnetisch. Die lineare elektrische Maschine M10 hat eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Vorder-Rück-Richtung in Abständen angeordnet sind. Die Kernkopplungsabschnitte L sind in jedem der Magnetpolgruppenpaare P (Paare von Magnetpolgruppen G1 und G2, die entsprechend in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind) vorgesehen. So wird ein magnetischer Pfad zwischen der Magnetpolgruppe G1 des ersten Ankerkerns H1 und der Magnetpolgruppe G2 des zweiten Ankerkerns H2 durch den Kernkopplungsabschnitt L gebildet.
Wie oben beschrieben, hat der Ankerabschnitt Am10 einen ersten Ankerkern H1 und zwei zweite Ankerkerne H2. Die Kernkopplungsabschnitte L koppeln diese drei Ankerkerne H1 und H2 magnetisch. Jeder Kernkopplungsabschnitt L erstreckt sich von dem rechten Ende des zweiten Ankerkerns H2 auf der rechten Seite bis zu dem linken Ende des zweiten Ankerkerns H2 auf der linken Seite. Alternativ kann der Ankerabschnitt Am10 zwei Kernkopplungsabschnitte L enthalten, die in der Links-Rechts-Richtung angeordnet sind. Der erste Kernkopplungsabschnitt L kann den ersten Ankerkern H1 und einen der zweiten Ankerkerne H2 koppeln, und der zweite Kernkopplungsabschnitt L kann den ersten Ankerkern H1 und den anderen der zweiten Ankerkerne H2 koppeln.
Der Kernkopplungsabschnitt L ist gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs über den Magnetpolgruppen G1 und G2 und den darauf befindlichen Spulen CL angeordnet. In 17 ist der Magnetfeldabschnitt Fs unterhalb der Ankerkerne H1 und H2 angeordnet, und der Kernkopplungsabschnitt L ist oberhalb der Ankerkerne H1 und H2 angeordnet. Diese Struktur kann verhindern, dass die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B), die durch die beiden Magnetpolgruppen G1, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, und die beiden Magnetpolgruppen G2, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, den magnetischen Fluss ϕ7 (siehe 3B), der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, stören.
Der Kernkopplungsabschnitt L besteht aus laminierten Stahlblechen, die eine Mehrzahl von Stahlblechen enthalten, die in der Richtung laminiert sind, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche der Ankerkerne H1 und H2 schneidet. Insbesondere besteht der Kernkopplungsabschnitt L aus laminierten Stahlblechen mit einer Mehrzahl von Stahlblechen, die in der Vorder-Rück-Richtung laminiert sind. Dies verhindert die Erzeugung eines induzierten Stroms in den Stahlblechen des Kernkopplungsabschnitts L.
Der Kernkopplungsabschnitt L koppelt die Jochabschnitte 33c und 34c magnetisch. In dem Ankerabschnitt Am10 haben die Jochabschnitte 33c und 34c auf der Fläche, die dem Magnetfeldtabschnitt Fs gegenüberliegt (in 17 die Oberseiten der Ankerkerne H1 und H2), Einpasslöcher 33g und 34g. Die Kernkopplungsabschnitte L werden in die Einpasslöcher 33g und 34g eingepasst. Die Einpasslöcher 33g und 34g sind in der Richtung offen, in der sie die Laminierrichtung der Stahlbleche schneiden, aus denen die Ankerkerne H1 und H2 gebildet sind. Die Einpasslöcher 33g und 34g sind zu der gegenüberliegenden Seite des Magnetfeldabschnitts Fs hin offen (nach oben). Diese Struktur kann die Erzeugung eines induzierten Stroms in den Ankerkernen H1 und H2 aufgrund des magnetischen Flusses, der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, verhindern.
Im Gegensatz zu dem Ankerabschnitt Am10 kann das Einpassloch, in das der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst wird, eine geschlossene Innenfläche durch die Jochabschnitte 33c und 34c haben, ähnlich wie bei der rotierenden elektrischen Maschine M1 in FIG. A. Das heißt, das Einpassloch muss nicht nach oben offen sein. In diesem Fall können Schlitze S3 und S4 (siehe 1C und 1D) gebildet werden, die sich von dem Einpassloch in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs erstrecken.
Ein weiteres Beispiel ist, dass der Kernkopplungsabschnitt L einstückig mit einem der Ankerkerne H1 und H2 ausgebildet sein kann. In dem Ankerabschnitt Am10 kann einer oder beide der Ankerkerne H1 und H2 aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet sein. In diesem Fall kann der aus einem Pulvermaterial gebildete Ankerkern einstückig mit dem Kernkopplungsabschnitt ausgebildet sein.
Die Breite des Kernkopplungsabschnitts L in der Vorder-Rück-Richtung ist kleiner als die Breite der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Vorder-Rück-Richtung. Dementsprechend werden der magnetische Fluss ϕ7 P (siehe 3B), der durch den Kernkopplungsabschnitt L zwischen den beiden Magnetpolgruppen G1 und G2 fließt, die das Magnetpolgruppenpaar bilden, und die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 (siehe 3B), die zwischen den beiden Magnetpolgruppen G1 fließen, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind (und zwei Magnetpolgruppen G2, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind), effektiver gebildet.
Zum Beispiel ist es ähnlich wie bei den Beispielen, die in den 1C und 1D dargestellt sind, bevorzugt, dass ein oder mehrere Magnetpole 33a, die am vorderen Ende der Magnetpole 33a angeordnet sind, welche die Magnetpolgruppe G1 bilden, vor dem vorderen Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind, und ein oder mehrere Magnetpole 33a, die am hinteren Ende der Mehrzahl von Magnetpole 33a angeordnet sind, hinter dem hinteren Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind. Ebenso ist es bevorzugt, dass ein oder mehrere Magnetpole 34a, die am vorderen Ende der Magnetpole 34a, welche die Magnetpolgruppe G2 bildenden, angeordnet sind, vor dem vorderen Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind, und ein oder mehrere Magnetpole 34a, die am hinteren Ende der Mehrzahl von Magnetpole 34a angeordnet sind, hinter dem hinteren Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind.
Ähnlich wie die oben beschriebene rotierende elektrische Maschine (zum Beispiel die rotierende elektrische Maschine M1), hat die lineare elektrische Maschine M10 zwei Arten von Magnetkreisen. Das heißt, ein erster Magnetkreis enthält zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, zwei Magnetpolgruppen G2, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und G2 gegenüberliegen, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Zum Beispiel, wie in 3B gezeigt, wenn die Winkeldifferenz zwischen dem Magnetfeldkern 22N des Magnetfeldabschnitts Fs und dem Magnetpol 33a der Magnetpolgruppe G1u 0 Grad (elektrischer Winkel) beträgt, werden die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2 durch die Magnete Mg in dem ersten Magnetkreis gebildet.
Der zweite Magnetkreis enthält einen Kernkopplungsabschnitt L, Magnetpolgruppen G1 und G2, die in Links-Rechts-Richtung ausgerichtet und über den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die der Magnetpolgruppe G1 und der Magnetpolgruppe G2 gegenüberliegen, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Wenn zum Beispiel, wie in 3B gezeigt, die Winkeldifferenz zwischen dem Magnetfeldkern 22N des Magnetfeldabschnitts Fs und dem Magnetpol 33a der Magnetpolgruppe G1u 0 Grad (elektrischer Winkel) beträgt, wird der magnetische Fluss ϕ7 durch die Magnete Mg in dem zweiten Magnetkreis gebildet. Die magnetischen Flüsse ϕ1, ϕ2 und ϕ7 verlaufen innerhalb der Spulen CL, die in der Magnetpolgruppe G1 vorgesehen sind.
Bei der linearen elektrischen Maschine M10 entfällt die Notwendigkeit, die Ankerkerne H1 und H2 magnetisch in Vorder-Rück-Richtung zu trennen. Dadurch kann die Intensität der Ankerkerne H1 und H2 erhöht werden. Außerdem werden magnetische Flüsse in dem Magnetkreis, der den Kernkopplungsabschnitt L, und dem Magnetkreis, der die beiden Magnetpolgruppen G1 und G2 enthält, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind, gebildet. Dadurch kann die magnetische Sättigung des Magnetkreises verringert werden. Dies dient dazu, die Breite der Jochabschnitte 33c und 34c zu verringern und einfach die Größe und das Gewicht des Ankerabschnitts Am 10 zu reduzieren. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a, welche die Magnetpolgruppen G1 und G2 bilden, erhöht wird. Darüber hinaus können die magnetischen Flüsse, die den Magnetkreis sättigen, erhöht werden, ohne die Breite der Jochabschnitte 33c und 34c zu vergrößern, und somit kann der Strom, welcher der Spule CL zugeführt wird, erhöht und das Ausgangsdrehmoment der rotierenden elektrischen Maschine gesteigert werden.
[Ankerkerne, die in verschiedenen Positionen relativ zu dem Magnetfeldtabschnitt angeordnet sind].
In der oben beschriebenen elektrischen Maschine (zum Beispiel der in 1A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine M1) sind die Ankerkerne H1 und H2 in der gleichen Richtung in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs positioniert. Alternativ kann der erste Ankerkern H1 in einer ersten Richtung in Bezug auf die erste Fläche des Magnetfeldabschnitts Fs positioniert sein, und der zweite Ankerkern H2 kann in einer zweiten Richtung in Bezug auf die zweite Fläche des Magnetfeldabschnitts Fs positioniert sein. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind beispielsweise zwei Richtungen, die voneinander wegweisen oder sich schneiden. Auch bei dieser Struktur kann der Ankerabschnitt eine Kernkopplungsstruktur aufweisen (zum Beispiel eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind), bei der die Ankerkerne H1 und H2 magnetisch gekoppelt sind. Eine solche Struktur kann auf die rotierende elektrische Maschine oder die lineare elektrische Maschine angewendet werden.
Im Folgenden wird die Struktur unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen der Winkel zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung 180 Grad beträgt (das heißt, die erste Richtung und die zweite Richtung sind einander entgegengesetzt) und die Struktur, in welcher der Winkel zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung 90 Grad beträgt. Die Winkel zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung sind nicht darauf beschränkt und können ein Winkel kleiner als 90 Grad oder ein Winkel größer als 90 Grad und kleiner als 180 Grad sein.
[Beispiele für Ankerkerne, die mit dem Magnetfeldtabschnitt gegenüberliegend angeordnet sind]
18A bis 18C sind Diagramme, die eine rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine M21 als Beispiel für eine elektrische Maschine mit einem ersten Ankerkern H1 und einem zweiten Ankerkern H2 zeigen, die in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs unterschiedlich angeordnet sind. 18A ist eine perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine M21 und 18B ist eine perspektivische Explosionsansicht der rotierenden elektrischen Maschine M21. 18C ist ein Diagramm, das die magnetischen Flüsse, die in der rotierenden elektrischen Maschine M21 gebildet sind, zeigt. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu der rotierenden elektrischen Maschine M1, die mit Bezug auf 1A beschrieben ist, beschrieben. Die Beispiele aus 1A können auf die Dinge angewendet werden, die nicht in der rotierenden elektrischen Maschine M21, die in den 18A bis 18C gezeigt ist, beschrieben sind.
Wie in 18A gezeigt, sind in der rotierenden elektrischen Maschine M21 der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Magnetfeldabschnitt Fs dazwischen liegt. Der Magnetfeldabschnitt Fs hat eine rohrförmige Form. Der erste Ankerkern H1 ist radial nach außen (erste Richtung) in Bezug auf die äußere Umfangsfläche (erste Fläche) des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet, und der zweite Ankerkern H2 ist radial nach innen (zweite Richtung) in Bezug auf die innere Umfangsfläche (zweite Fläche) des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet. Die Magnetfeldkerne 22N und 22S des Magnetfeldabschnitts Fs liegen vorzugsweise sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite des Abschnitts frei. Dadurch kann der Magnetowiderstand zwischen dem Magnetfeldtabschnitt Fs und den Ankerkernen H1 und H2 reduziert werden. Im Gegensatz zu der rotierenden elektrischen Maschine M21 kann der erste Ankerkern H1 radial nach innen in Bezug auf die innere Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet sein, und der zweite Ankerkern H2 kann radial nach außen in Bezug auf die äußere Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet sein.
Wie in 18B gezeigt, hat der erste Ankerkern H1 eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, die über den Jochabschnitt 33c magnetisch gekoppelt sind. Die rotierende elektrische Maschine M21 wird beispielsweise durch einen dreiphasigen Wechselstrom angetrieben, und eine U-Phasen-Spule CLu, eine V-Phasen-Spule CLv und eine W-Phasen-Spule CLw sind in dem ersten Ankerkern H1 vorgesehen. Diese drei Spulen CLu, CLv und CLw befinden sich jeweils in den drei Magnetpolgruppen G1u, G1v und G1w. Die Wicklungsrichtungen der drei Spulen CL können gleich sein. Die Magnetpolgruppe G1 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die den Magnetfeldkernen 22N und 22S des Magnetfeldabschnitts Fs in radialer Richtung gegenüberliegen. Der zweite Ankerkern H2 weist ebenfalls eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G2, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, auf, die über den Jochabschnitt 34c magnetisch gekoppelt sind. Die Magnetpolgruppe G2 weist eine Mehrzahl von Magnetpolen 34a auf, die den Magnetfeldkernen 22N und 22S des Magnetfeldtabschnitts Fs in radialer Richtung gegenüberliegen. Die beiden Magnetpolgruppen G1 und G2, die sich über den Magnetfeldabschnitt Fs gegenüberstehen, bilden ein Magnetpolgruppenpaar P. In dem in 18B gezeigten Beispiel besteht jede Magnetpolgruppe G1 aus fünf Magnetpolen 33a, die jeweils aus sechs Magnetpolen 34a gebildet werden. Die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a, welche die jeweiligen Magnetpolgruppen G1 und G2 bilden, ist in diesem Beispiel nicht beschränkt.
In der rotierenden elektrischen Maschine M21 beträgt die Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts Fs zum Beispiel 76 (p=38). Der elektrische Winkel zwischen benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P wird als 360×(n+m/s) ausgedrückt und beträgt zum Beispiel 2.280 Grad. Der mechanische Winkel zwischen benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P wird als (360/p)×(n+m/s) ausgedrückt und entspricht im Wesentlichen dem Wert „360/s/c“. Dieser mechanische Winkel beträgt zum Beispiel 60 Grad in der rotierenden elektrischen Maschine M21 (s=3, m=1, n=6, c=2 in der rotierenden elektrischen Maschine M21).
Wie in 18B gezeigt, weist der Ankerabschnitt Am21 eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L auf, die in der Rotationsrichtung in Abständen angeordnet sind. Die Kernkopplungsabschnitte L sind jeweils in den Magnetpolgruppenpaaren P vorgesehen. Die Magnetpolgruppen G1 und G2 sind an den Jochabschnitten 33c und 34c auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs ausgebildet. Jeder Kernkopplungsabschnitt L koppelt die Jochabschnitte 33c und 34c magnetisch. Die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung entspricht der Position der Magnetpolgruppen G1 und G2, welche die Magnetpolgruppenpaare P bilden. Insbesondere entspricht die Mitte des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung der Position der Mitte der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Rotationsrichtung.
Wie in 18B gezeigt, hat der Jochabschnitt 33c Einpasslöcher 33h auf der Seite, die dem Magnetfeldtabschnitt Fs gegenüberliegt, über die Magnetpolgruppe G1, und der Jochabschnitt 34c hat Einpasslöcher 34h auf der Seite, die dem Magnetfeldtabschnitt Fs gegenüberliegt, über die Magnetpolgruppe G2. Die Einpasslöcher 33h und 34h durchdringen die Ankerkerne H1 und H2 in der Achsrichtung. Die Enden des Kernkopplungsabschnitts L werden in die Einpasslöcher 33h und 34h in Achsrichtung eingepasst, um die Jochabschnitte 33c und 34c magnetisch zu koppeln. Die beiden Enden des Kernkopplungsabschnitts L sind einander gegenüberliegend über der Spule CL angeordnet. Jeder Kernkopplungsabschnitt L hat einen Erstreckungsabschnitt L3, der sich radial erstreckt, und Einpassabschnitte L1 und L2, die sich von beiden Enden des Erstreckungsabschnitts L3 in Achsrichtung erstrecken. Der Einpassabschnitt L1 wird in das Einpassloch 33h des ersten Ankerkerns H1 eingepasst, und der Einpassabschnitt L2 wird in das Einpassloch 34h des zweiten Ankerkerns H2 eingepasst.
Der magnetische Fluss, der in dem Ankerabschnitt Am21 gebildet ist, ist im Wesentlichen derselbe wie der magnetische Fluss, der mit Bezug auf 3B beschrieben ist. Insbesondere, wie in 18C gezeigt, wenn die Winkeldifferenz zwischen dem Magnetfeldkern 22N des Magnetfeldabschnitts Fs und dem Magnetpol 33a der Magnetpolgruppe G1u 0 Grad (elektrischer Winkel) beträgt, werden die Magnetflüsse ϕ1, ϕ2 und ϕ7 durch die Magnete Mg auf dem Ankerabschnitt Am21 und dem Magnetfeldabschnitt Fs gebildet. Der Magnetkreis, in dem der magnetische Fluss ϕ1 gebildet wird, enthält die Magnetpolgruppen G1u und G1v des ersten Ankerkerns H1, die Magnetpolgruppen G2u und G2v des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. In ähnlicher Weise ist der andere der ersten Magnetkreise ein Magnetkreis, in dem der magnetische Fluss ϕ2 gebildet wird, und enthält die Magnetpolgruppen G1u und G1w des ersten Ankerkerns H1, die Magnetpolgruppen G2u und G2w des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen. Einer der zweiten Magnetkreise, durch den der Magnetfluss ϕ7 fließt, enthält die Magnetpolgruppe G1u des ersten Ankerkerns H1, den Kernkopplungsabschnitt L, die Magnetpolgruppe G2u des zweiten Ankerkerns H2, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg zwischen den beiden Magnetfeldkernen 22N und 22S.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine entfällt bei einer solchen rotierenden elektrischen Maschine M21 die Notwendigkeit, die Ankerkerne H1 und H2 in der Rotationsrichtung magnetisch zu trennen. Auf diese Weise kann die Intensität der Ankerkerne H1 und H2 erhöht werden. Außerdem werden magnetische Flüsse in zwei Kreisen des Magnetkreises gebildet, der den Kernkopplungsabschnitt L und den Magnetkreis mit zwei Magnetpolgruppen, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind (zum Beispiel Magnetpolgruppen G1u, G1v), enthält. Auf diese Weise kann die magnetische Sättigung des Magnetkreises verringert werden. Dies dient dazu, die Breite der Jochabschnitte 33c und 34c zu verringern und beispielsweise die Größe und das Gewicht des Ankerabschnitts Am21 leicht zu reduzieren. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der Magnetpole 33a und 34a, welche die Magnetpolgruppen G1 und G2 bilden, erhöht wird. Darüber hinaus können die magnetischen Flüsse, die den Magnetkreis sättigen, erhöht werden, ohne die Breite der Jochabschnitte 33c und 34c zu vergrößern, und somit kann der Strom, welcher der Spule CL zugeführt wird, erhöht, und das Ausgangsdrehmoment der rotierenden elektrischen Maschine gesteigert werden.
In dem ersten Ankerkern H1 des Ankerabschnitts Am21 sind vorzugsweise zumindest zwei Magnetpole 33a an beiden Enden der Magnetpole 33a, welche die Magnetpolgruppe G1 bilden, von den beiden Enden des Kernkopplungsabschnitts L nach außen (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) angeordnet. In ähnlicher Weise ist es in dem zweiten Ankerkern H2 des Ankerabschnitts Am21 bevorzugt, dass zumindest zwei Magnetpole 34a an beiden Enden der Magnetpole 34a, welche die Magnetpolgruppe G2 bilden, von den beiden Enden des Kernkopplungsabschnitts L nach außen (im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn) angeordnet sind. Dies dient dazu, die magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2, die zwischen den beiden Magnetpolgruppen, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, fließen, leicht zu bilden.
Wie in 18A gezeigt, ist in dem ersten Ankerkern H1 ein Schlitz S3 ausgebildet, der sich von jedem Einpassloch 33h aus erstreckt und sich mit einer geschlossenen Kurve schneidet, die jedes Einpassloch 33h umgibt. In ähnlicher Weise ist in dem zweiten Ankerkern H2 ein Schlitz S4 ausgebildet, der sich von jedem Einpassloch 34h aus erstreckt und sich mit einer geschlossenen Kurve schneidet, die jedes Einpassloch 34h umgibt. Die Schlitze S3 und S4 können das Auftreten eines induzierten Stroms um die jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L verhindern. Vorzugsweise erreichen die Schlitze S3 und S4, wie in 18A gezeigt, die Öffnung, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist.
Ein geschlossener Kreis, der zwischen den Einpasslöchern 33h und den Magnetpolgruppen G1 verläuft und den gesamten ersten Ankerkern H1 um die Achse Ax durchläuft, wird durch den Schlitz S3 unterbrochen. Weiterhin wird ein geschlossener Kreis, der zwischen den Einpasslöchern 34h und den Magnetpolgruppen G2 verläuft und durch den gesamten zweiten Ankerkern H2 um die Achse Ax verläuft, durch den Schlitz S4 unterbrochen. Auf diese Weise können die Schlitze S3 und S4 verhindern, dass in den Ankerkernen H1 und H2 ein induzierter Strom in der Rotationsrichtung auftritt.
Wie in 19 gezeigt, kann der erste Ankerkern H1 ein Einpassloch 33g haben, das offen ist, so dass es die Laminierungsrichtung der Stahlbleche des ersten Ankerkerns H1 schneidet. Im Beispiel von 19 ist das Einpassloch 33g an der äußeren Umfangsfläche des ersten Ankerkerns H1 ausgebildet und öffnet sich gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs. Wie in 19 gezeigt, kann der zweite Ankerkern H2 ebenfalls eine Einpassloch 34g aufweisen, das offen ist, so dass es die Laminierungsrichtung der Stahlbleche des zweiten Ankerkerns H2 schneidet. In dem in 19 gezeigten Beispiel ist das Einpassloch 34g an der äußeren Umfangsfläche des zweiten Ankerkerns H2 ausgebildet und öffnet sich gegenüber dem Magnetfeldabschnitt Fs. Diese Struktur kann auch verhindern, dass ein induzierter Strom um die jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L herum auftritt.
In der Struktur von 19 kann ein Schlitz S5 in dem ersten Ankerkern H1 und ein Schlitz S6 in dem zweiten Ankerkern H2 ausgebildet sein. Die Schlitze S5 und S6 schneiden eine geschlossene Kurve, die zwischen den Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, und den Einpasslöcher 33g und 34g verläuft und die Achse Ax umgibt. Die Schlitze S5 und S6 können verhindern, dass in den Ankerkernen H1 und H2 ein induzierter Strom in der Rotationsrichtung auftritt. In dem in 19 gezeigten Beispiel erstrecken sich die Schlitze S5 und S6 von den Einpasslöchern 33g und 34g bis zu der Öffnung, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist.
Im Gegensatz zu dem Beispiel in 19 kann der Schlitz S5 zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppen G1 gebildet werden und an einer Fläche des ersten Ankerkerns H1 gegenüber der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs offen sein. Weiterhin kann der Schlitz S6 zwischen zwei benachbarten Magnetpolgruppen G2 gebildet werden und an einer Fläche des zweiten Ankerkerns H2 gegenüber der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs offen sein.
20 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Magnetfeldtabschnitts Fs der rotierenden elektrischen Maschine M21. Die Schnittebene ist eine Ebene orthogonal zu der Achse. Der in 20 dargestellte Magnetfeldabschnitt Fs hat Magnetfeldkerne 22N und 22S, die aus Elektrostahlblechen gebildet sind, die in der Maschinenbewegungsrichtung (in 20 die Rotationsrichtung) geschichtet sind. Im Gegensatz zu dem in 16 gezeigten Magnetfeldabschnitt Fs liegen die Magnetfeldkerne 22N und 22S an der inneren und äußeren Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs frei. Diese Struktur kann den Magnetowiderstand zwischen dem ersten Ankerkern H1 und dem Magnetfeldabschnitt Fs und den Magnetowiderstand zwischen dem zweiten Ankerkern H2 und dem Magnetfeldabschnitt Fs verringern.
In dem Magnetfeldtabschnitt Fs weisen jeder der Magnetfeldkerne 22N und 22S zwei Teilmagnetfeldkerne 22f auf, die jeder aus einer Mehrzahl von Elektroblechen gebildet sind. Zwischen den beiden Teilmagnetfeldkernen 22f ist ein Befestigungsabschnitt 23 eingefügt. Der Befestigungsabschnitt 23 besteht zum Beispiel aus einem nichtmagnetischen und isolierenden Material, wie zum Beispiel einem Harz. Die Breite des Magneten Mg vergrößert sich allmählich in Richtung der äußeren Umfangsfläche. Alternativ kann die Breite des Befestigungsabschnitts 23 in Richtung der äußeren Umfangsfläche allmählich zunehmen, oder die Breite des Teilmagnetfeldkerns 22f kann in Richtung der äußeren Umfangsfläche allmählich zunehmen.
[Linear-Elektrische-Maschine, bei welcher der Ankerkern auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist].
Die Anordnung der Ankerkerne, die in den 18A und 18B offenbart ist, kann auf eine lineare elektrische Maschine angewendet werden, bei der ein Ankerabschnitt und ein Magnetfeldtabschnitt in einer Richtung entlang einer geraden Linie relativ bewegbar sind. 21A und 21 B sind Diagramme, die ein Beispiel für eine lineare elektrische Maschine zeigen. 21A ist eine perspektivische Ansicht einer linearen elektrischen Maschine M22 und 21 B ist eine perspektivische Explosionsansicht der linearen elektrischen Maschine M22. In 21A sind ein Teil des Magnetfeldabschnitts Fs und ein Teil des zweiten Ankerkerns H2 weggelassen. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine M21, die in den 18A und 18B gezeigt ist, hauptsächlich beschrieben. Die Struktur der linearen elektrischen Maschine M21 kann auf die Dinge angewandt werden, die bei der rotierenden elektrischen Maschine M22 nicht beschrieben sind.
Wie in 21A gezeigt, sind in der linearen elektrischen Maschine M22 der Magnetfeldabschnitt Fs und der Ankerabschnitt Am22 relativ in einer Richtung entlang der geraden Linie (Richtung Y1-Y2 in 21A) bewegbar. In der linearen elektrischen Maschine M22 ist die Y1-Y2-Richtung die Maschinenbewegungsrichtung und wird im Folgenden als die Vorder-Rück-Richtung bezeichnet. Zum Beispiel ist die Position des Magnetfeldtabschnitts Fs fixiert, und der Ankerabschnitt Am22 bewegt sich in beide Richtungen in der Vorder-Rück-Richtung. In diesem Fall kann der Magnetfeldabschnitt Fs eine Länge haben, die dem Bewegungsbereich des Ankerabschnitts Am22 entspricht.
Wie in 21A gezeigt, sind der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 einander gegenüberliegend über dem Magnetfeldabschnitt Fs in der Links-Rechts-Richtung (X1-X2-Richtung in 21A) angeordnet. Der erste Ankerkern H1 ist links von der linken Fläche (die Fläche, die in BILD 21A der X2-Richtung zugewandt ist) des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet, und der zweite Ankerkern H2 ist rechts von der rechten Fläche (die Fläche, die in BILD 21A der X1-Richtung zugewandt ist) des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet. Die Magnetfeldkerne 22N und 22S können sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite freigelegt sein. Dies kann den Magnetowiderstand zwischen den Ankerkernen H1 und H2 und dem Magnetfeldabschnitt Fs verringern.
Wie in 21 B gezeigt, hat der erste Ankerkern H1 eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1 (G1u, G1v, G1w), die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Jede der Magnetpolgruppen G1 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind und in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorstehen. Bei der linearen elektrischen Maschine M22 handelt es sich um einen Linearmotor, der beispielsweise mit einem dreiphasigen Wechselstrom betrieben wird, und es sind eine U-Phasen-Spule CLu, eine V-Phasen-Spule CLv und eine W-Phasen-Spule CLw vorgesehen. Diese drei Spulen CL sind in jeder der drei Magnetpolgruppen G1 vorgesehen. Die Wicklungsrichtungen der drei Spulen CL können gleich sein. Der zweite Ankerkern H2 weist ebenfalls eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G2 auf, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Jede der Magnetpolgruppen G2 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 34a, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind und in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorstehen. In dem in 21 B gezeigten Beispiel ist die Spule CL nur in dem ersten Ankerkern H1 vorgesehen, obwohl die Spule CL sowohl in dem ersten Ankerkern H1 als auch in dem zweiten Ankerkern H2 vorgesehen sein kann.
Die Ankerkerne H1 und H2 werden aus einer Mehrzahl von Elektrostahlblechen gebildet, die in einer Richtung senkrecht (vertikale Richtung) zu der Richtung (Links-Rechts-Richtung), der die Ankerkerne H1 und H2 gegenüberstehen, und der Maschinenbewegungsrichtung (Vorder-Rück-Richtung) laminiert sind. Alternativ kann einer oder beide der Ankerkerne H1 und H2 aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet werden.
Wie in 21A gezeigt, hat der Ankerabschnitt Am21 eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in Abständen in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Die Kernkopplungsabschnitte L sind in jedem der Magnetpolgruppenpaare P (Paare von Magnetpolgruppen G1 und G2, die einander über den Magnetfeldabschnitt Fs gegenüberliegen) vorgesehen. Die Magnetpolgruppe G1 des ersten Ankerkerns H1 ist auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs in Bezug auf den Jochabschnitt 33c angeordnet, und die Magnetpolgruppe G2 des zweiten Ankerkerns H2 ist auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs in Bezug auf den Jochabschnitt 34c angeordnet. Jeder Kernkopplungsabschnitt L koppelt die Jochabschnitte 33c und 34c magnetisch. Die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Vorder-Rück-Richtung und die Position des Magnetpolgruppenpaars P in der Vorder-Rück-Richtung stimmen überein.
Wie in 21 B gezeigt, hat der Jochabschnitt 33c Einpasslöcher 33g auf der dem Magnetfeldtabschnitt Fs gegenüberliegenden Seite über die Magnetpolgruppe G1, und der Jochabschnitt 34c hat Einpasslöcher 34g auf der dem Magnetfeldtabschnitt Fs gegenüberliegenden Seite über die Magnetpolgruppe G2. Die Einpasslöcher 33g und 34g öffnen sich in der Richtung, welche die Laminierrichtung der Stahlbleche der Ankerkerne H1 und H2 schneidet (das heißt in Richtung der gegenüberliegenden Seite des Magnetfeldabschnitts Fs). Die Enden des Kernkopplungsabschnitts L werden in die Einpasslöcher 33g und 34g eingepasst und koppeln die Jochabschnitte 33c und 34c magnetisch. Wie in 21 B dargestellt, hat jeder Kernkopplungsabschnitt L einen Erstreckungsabschnitt L3, der sich in Links-Rechts-Richtung erstreckt, und Einpassabschnitte L1 und L2, die sich von beiden Enden des Erstreckungsabschnitts L3 nach unten erstrecken. Die Einpassabschnitte L1 und L2 werden jeweils in die Einpasslöcher 33g und 34g eingepasst. Die Einpasslöcher 33g und 34g sind offen, was verhindern kann, dass durch den magnetischen Fluss, der durch die Kernkopplungsabschnitte L fließt, ein induzierter Strom um die jeweiligen Kernkopplungsabschnitte L herum auftritt.
Wie in 21A dargestellt, ist der Kernkopplungsabschnitt L oberhalb der Spule CL angeordnet. Alternativ kann der Ankerabschnitt Am22 für jedes Magnetpolgruppenpaar P einen Kernkopplungsabschnitt L, der oberhalb der Spule CL angeordnet ist, und einen Kernkopplungsabschnitt L, der unterhalb der Spule CL angeordnet ist, aufweisen.
Ähnlich wie die oben beschriebene rotierende elektrische Maschine (zum Beispiel die rotierende elektrische Maschine M1), hat die lineare elektrische Maschine M22 zwei Arten von Magnetkreisen. Das heißt, ein erster Magnetkreis enthält zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, zwei Magnetpolgruppen G2, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und G2 gegenüberliegen, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Der zweite Magnetkreis enthält einen Kernkopplungsabschnitt L, Magnetpolgruppen G1 und G2, die in Links-Rechts-Richtung gewandt sind, und über den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und G2 zugewandt sind, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S.
Wie in 21A gezeigt, ist die Breite des Kernkopplungsabschnitts L in der Vorder-Rück-Richtung kleiner als die Breite der Magnetpolgruppen G1 und G2 in der Vorder-Rück-Richtung. So ist es beispielsweise bevorzugt, dass ein oder mehrere Magnetpole 33a, die am vorderen Ende der Magnetpole 33a angeordnet sind, welche die Magnetpolgruppe G1 bilden, vor dem vorderen Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind, und ein oder mehrere Magnetpole 33a, die am hinteren Ende der Mehrzahl von Magnetpole 33a angeordnet sind, hinter dem hinteren Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind. Ebenso ist es bevorzugt, dass ein oder mehrere Magnetpole 34a, die am vorderen Ende der Magnetpole 34a, welche die Magnetpolgruppe G2 bildend, angeordnet sind, vor dem vorderen Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind, und ein oder mehrere Magnetpole 34a, die am hinteren Ende der Mehrzahl von Magnetpole 34a angeordnet sind, hinter dem hinteren Ende des Kernkopplungsabschnitts L angeordnet sind.
Die Ankerkerne H1 und H2 der linearen elektrischen Maschine M22 bestehen aus laminierten Stahlblechen wie oben beschrieben. Von der Mehrzahl der laminierten Stahlbleche, die in vertikaler Richtung laminiert sind, kann das Stahlblech, das sich am Ende in Laminierrichtung befindet, einen vorstehenden Abschnitt aufweisen, der sich in jedem der Magnetpole 33a und 34a nach oben oder unten erstreckt. 22 zeigt ein Beispiel für solche Magnetpole 33a. In dem in 22 gezeigten Beispiel haben die Stahlbleche, die an den Enden des Magnetpols 33a angeordnet sind, vorstehende Abschnitte 33n, die sich in der Laminierungsrichtung erstrecken. Der vorstehende Abschnitt 33n kann durch Biegen eines Stahlblechs gebildet werden. Ein solcher vorstehender Abschnitt 33n kann an beiden oder einem oder Mehrzahl von Stahlblechen ausgebildet sein, die an einem Ende (zum Beispiel dem oberen Ende) in der Laminierungsrichtung (vertikale Richtung) und ein oder mehrere Stahlbleche, die am anderen Ende (zum Beispiel am unteren Ende) in der Laminierungsrichtung angeordnet sind. In anderen Beispielen muss der vorstehende Abschnitt 33n nicht unbedingt durch Biegen des Stahlblechs gebildet werden. Beispielsweise kann das Ende des Magnetpols 33a in der Laminierrichtung aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial mit dem vorstehenden Abschnitt 33n anstelle eines Elektrostahlblechs gebildet sein. Die in 22 gezeigte Struktur kann auf den zweiten Ankerkern H2 angewendet werden.
[Beispiel für einen Jochabschnitt und Magnetpol, die geteilt sind].
In der linearen elektrischen Maschine können die Ankerkerne H1 und H2 einen Joch-Teilkern, der aus Elektroblechen gebildet ist, und einen Magnetpolkern, der aus Elektroblechen gebildet ist, aufweisen, der in ein Einpassloch, das in dem Joch-Teilkern ausgebildet ist, eingepasst ist. 23 zeigt eine lineare elektrische Maschine M23 mit solchen Ankerkernen H1 und H2. Hier wird hauptsächlich der Unterschied zu der linearen elektrischen Maschine M22, die unter Bezugnahme auf die 21A und 21B beschrieben ist, beschrieben. Die oben beschriebenen Strukturen der anderen elektrischen Maschinen können auf die Dinge angewendet werden, die in Bezug auf die lineare elektrische Maschine M23, die in 23 dargestellt ist, nicht beschrieben sind (zum Beispiel der Abstand (elektrischer Winkel) zwischen den Magnetpolgruppenpaaren P und die Struktur des Magnetfeldabschnitts Fs). In 23 sind ein Teil des ersten Ankerkerns H1 und ein Teil des Magnetfeldabschnitts Fs weggelassen, um den zweiten Ankerkern H2 zu zeigen.
Wie in 23 gezeigt, enthält der erste Ankerkern H1 einen Joch-Teilkern 33G, der aus laminierten Stahlblechen besteht, die eine Mehrzahl von Stahlblechen, die in der Links-Rechts-Richtung (X1-X2-Richtung) laminiert sind, enthalten. Der erste Ankerkern H1 enthält eine Mehrzahl von Magnetpolkernen 33J, die in der Vorder-Rück-Richtung (Y1-Y2-Richtung) angeordnet sind. Jeder Magnetpolkern 33J besteht aus laminierten Stahlblechen mit einer Mehrzahl von Stahlblechen, die in vertikaler Richtung (Z1-Z2-Richtung) laminiert sind. Die Stahlbleche des Joch-Teilkerns 33G und die Stahlbleche des Magnetpolkerns 33J stehen senkrecht zueinander. Der Joch-Teilkern 33G weist eine Mehrzahl von Einpasslöcher auf, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Die Magnetpolkerne 33J werden jeweils in die Einpasslöcher eingepasst und magnetisch mit dem Joch-Teilkern 33G gekoppelt. Ein Teil des Magnetpolkerns 33J, der von der Fläche des Joch-Teilkerns 33G in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorsteht, ist ein Magnetpol 33a. Die Magnetpole 33a (fünf Magnetpole 33a) bilden eine Magnetpolgruppe G1, und eine Spule CL ist für jede Magnetpolgruppe G1 vorgesehen.
Wie in 23 gezeigt, enthält der zweite Ankerkern H2 einen Joch-Teilkern 34G, der aus laminierten Stahlblechen besteht, die eine Mehrzahl von Stahlblechen, die in Links-
Rechts-Richtung laminiert sind, enthalten. Der zweite Ankerkern H2 hat eine Mehrzahl von Magnetpolkernen 34J, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Jeder Magnetpolkern 34J besteht aus laminierten Stahlblechen mit einer Mehrzahl von Stahlblechen, die in vertikaler Richtung laminiert sind. Das heißt, die Stahlbleche des Joch-Teilkerns 34G und die Stahlbleche der Magnetpolkerne 34J stehen senkrecht zueinander. Der Joch-Teilkern 34G hat eine Mehrzahl von Einpasslöchern, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Die Magnetpolkerne 34J werden jeweils in die Einpasslöcher eingepasst und magnetisch mit dem Joch-Teilkern 34G gekoppelt. Ein Teil des Magnetpolkerns 34J, der von der Fläche des Joch-Teilkerns 34G in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorsteht, ist ein Magnetpol 34a. In der linearen elektrischen Maschine M23 besteht die Magnetpolgruppe G2 aus sechs Magnetpolen 34a.
Die Stahlbleche der Magnetpolkerne 33J und 34J sind in einer Richtung laminiert, die beide, die Vorder-Rück-Richtung (Maschinenbewegungsrichtung) und die Links-Rechts-Richtung kreuzt (die Richtung, die den Ankerkernen H1 und H2 zugewandte ist), insbesondere in die vertikale Richtung. Im Gegensatz zu dem Beispiel der linearen elektrischen Maschine M23, wenn die Stahlbleche des Magnetpolkerns in der Maschinenbewegungsrichtung laminiert sind, wird wahrscheinlich ein induzierter Strom in dem Stahlblech, das sich an dem Ende in der Maschinenbewegungsrichtung befindet, erzeugt. Im Gegensatz dazu sind in der linearen elektrischen Maschine M23 die Stahlbleche der Magnetpolkerne 33J und 34a in der vertikalen Richtung laminiert, und die Erzeugung eines solchen induzierten Stroms kann somit verhindert werden.
Wie in 23 dargestellt, sind Schlitze S7 und S8, die sich von den Einpasslöcher, in welche die Magnetpolkerne 33J und 34J eingepasst sind, an den Joch-Teilkernen 33g und 34g ausgebildet. Im Beispiel der linearen elektrischen Maschine M23 ist der Schlitz S7 zwischen zwei benachbarten Einpasslöcher ausgebildet, in welche die Magnetpolkerne 33J jeweils eingesetzt werden. In ähnlicher Weise wird der Schlitz S8 zwischen zwei benachbarten Einpasslöchern gebildet, in die jeweils der Magnetpolkern 34J eingepasst wird. Die Schlitze S7 und S8 können verhindern, dass ein induzierter Strom in den Joch-Teilkernen 33G und 34G aufgrund des Magnetflusses, der durch die Magnetpolkerne 33J und 34J fließt, auftritt. Im Gegensatz zum Beispiel in 23 können sich die Schlitze S7 und S8 von den Einpasslöchern in Richtung des Randes der Joch-Teilkerne 33g und 34g erstrecken.
Wie in 23 gezeigt, hat der Ankerabschnitt Am23 eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in Abständen in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Die Kernkopplungsabschnitte L sind in jedem der Magnetpolgruppenpaare P (Paare von Magnetpolgruppen G1 und G2, die einander über den Magnetfeldabschnitt Fs gegenüberliegen) vorgesehen. Die Position des Kernkopplungsabschnitts L in der Vorder-Rück-Richtung und die Position des Magnetpolgruppenpaars P in der Vorder-Rück-Richtung stimmen überein. Die Magnetpolgruppen G1 und G2 (Magnetpolkerne 33J und 34J, die aus den Joch-Teilkernen 33G und 34G herausragen) sind auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs in Bezug auf die Joch-Teilkerne 33G und 34G angeordnet. Die Kernkopplungsabschnitte L sind magnetisch mit den Joch-Teilkernen 33G und 34G gekoppelt. Insbesondere sind Einpasslöcher 33g und 34g, welche die Joch-Teilkerne 33G und 34G durchdringen, an den oberen Flächen der Joch-Teilkerne 33G und 34G ausgebildet. Die Kernkopplungsabschnitte L werden in die Einpasslöcher 33g und 34g eingepasst und darin gehalten.
Der Kernkopplungsabschnitt L besteht aus laminierten Stahlblechen, die eine Mehrzahl von Stahlblechen enthalten, die in der Vorder-Rück-Richtung laminiert sind. Eine solche Anordnung und Laminierung der Stahlbleche kann die Erzeugung eines induzierten Stroms in dem Kernkopplungsabschnitt L verhindern.
Wie in 23 dargestellt, sind die Einpasslöcher 33g und 34g in einer Richtung offen, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche, welche die Joch-Teilkerne 33g und 34g bilden, schneidet. Insbesondere sind die Einpasslöcher 33g und 34g nach oben hin offen. Diese Struktur verhindert, dass um jeden Kernkopplungsabschnitt L ein induzierter Strom auftritt. Der Kernkopplungsabschnitt L ist oberhalb der Spule CL und des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet. Der Ankerabschnitt Am23 kann einen Kernkopplungsabschnitt L aufweisen, der oberhalb der Spule CL und des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet ist, und einen Kernkopplungsabschnitt L, der unterhalb der Spule CL und des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet ist.
Wie in 23 gezeigt, kann in der linearen elektrischen Maschine M23 jeder Kernkopplungsabschnitt L einen ersten Teilkern L5 und einen zweiten Teilkern L6 aufweisen, die in der Links-Rechts-Richtung (die Richtung, die den Ankerkernen H1 und H2 zugewandt ist) angeordnet sind. Der erste Teilkern L5 wird in das Einpassloch 33g des ersten Ankerkerns H1 und der zweite Teilkern L6 in das Einpassloch 34g des zweiten Ankerkerns H2 eingepasst. Diese Struktur vereinfacht die Montage der linearen elektrischen Maschine M23.
Ähnlich wie die oben beschriebene rotierende elektrische Maschine (zum Beispiel die rotierende elektrische Maschine M1) hat auch die lineare elektrische Maschine M23 zwei Arten von Magnetkreisen. Das heißt, ein erster Magnetkreis enthält zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, zwei Magnetpolgruppen G2, die in der Vorder-Rück-Richtung voneinander entfernt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und G2 gegenüberliegen, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Der zweite Magnetkreis enthält einen Kernkopplungsabschnitt L, Magnetpolgruppen G1 und G2, die in Links-Rechts-Richtung gewandt sind und über den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und G2 zugewandt sind, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S.
[Linear-Elektrische-Maschine, die einen Ankerkern hat, der aus Pulvermaterial gebildet ist]
Die Ankerkerne H1 und H2 können aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet sein. 24A und 24B sind perspektivische Ansichten einer linearen elektrischen Maschine M24 als Beispiel für eine solche elektrische Maschine. In 24A und 24B sind ein Teil des Magnetfeldabschnitts Fs und ein Teil des ersten Ankerkerns H1 weggelassen. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu der oben beschriebenen linearen elektrischen Maschine beschrieben. Die Strukturen der anderen elektrischen Maschinen, die oben beschrieben wurden, können auf die Dinge angewandt werden, die in Bezug auf die lineare elektrische Maschine M24, die in den 24A und 24B gezeigt wird, nicht beschrieben werden (zum Beispiel der Abstand (elektrischer Winkel) zwischen den Magnetpolgruppenpaaren P und die Struktur des Magnetfeldabschnitts Fs).
Wie in 24B gezeigt, hat der Ankerabschnitt Am24 einen ersten Ankerkern H1 und einen zweiten Ankerkern H2, die einander in der Links-Rechts-Richtung (X1-X2-Richtung, die Richtung, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung schneidet) zugewandt sind. Der erste Ankerkern H1 hat eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1, die in der Vorder-Rück-Richtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sind. Die Magnetpolgruppe G1 hat eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a. Der erste Ankerkern H1 enthält eine gemeinsame Basis 33b, die von der Innenfläche des Jochabschnitts 33c (der dem zweiten Ankerkern H2 zugewandten Fläche) in Richtung des Magnetfeldtabschnitts Fs vorsteht. Die Magnetpole 33a ragen von der gemeinsamen Basis 33b in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs hervor. Die Magnetpole 33a sind in der gemeinsamen Basis 33b in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet.
Wie in 24B gezeigt, sind auf der Fläche des zweiten Ankerkerns H2, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist, mehrere vertiefte Abschnitte 34b ausgebildet, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Der Teil zwischen zwei benachbarten vertieften Abschnitten 34b (konvexer Abschnitt) ist ein Magnetpol 34a. Eine solche Struktur, bei welcher der Teil zwischen zwei benachbarten vertieften Abschnitten 34b als Magnetpol 34a fungiert, kann die Intensität des Magnetpols 34a erhöhen.
In der linearen elektrischen Maschine M24 sind der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet. Der Ankerabschnitt Am24 hat eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Vorder-Rück-Richtung angeordnet sind. Wie in 24B gezeigt, ist der Kernkopplungsabschnitt L einstückig mit dem zweiten Ankerkern H2 ausgebildet. Das heißt, eine Form mit einem Raum, der den gesamten Formen des Kernkopplungsabschnitts L und des zweiten Ankerkerns entspricht, wird hergestellt, und ein weichmagnetisches Pulvermaterial wird in den Raum in der Form eingebracht, um den zweiten Ankerkern H2 und den Kernkopplungsabschnitt L zu bilden. So hat der zweite Ankerkern H2 keine Struktur (insbesondere kein Einpassloch), in die der Kernkopplungsabschnitt L an einer Position, die dem Kernkopplungsabschnitt L entspricht, eingepasst wird.
Wie in 24B gezeigt, erstreckt sich der Kernkopplungsabschnitt L von dem oberen Abschnitt des Jochabschnitts 34c in Richtung des oberen Abschnitts des Jochabschnitts 33c des ersten Ankerkerns H1 und ist mit dem oberen Abschnitt des Jochabschnitts 33c des ersten Ankerkerns H1 verbunden. Ein Einpassloch 33f ist an der oberen Kante des Jochabschnitts 33c ausgebildet, und das Einpassloch 33f ist an dem Endabschnitt des Kernkopplungsabschnitts L eingepasst. Im Beispiel der linearen elektrischen Maschine M24 ist das Einpassloch 33f ein ausgesparter Abschnitt, der nach oben offen ist. Die Struktur des Einpasslochs 33f kann nach Bedarf geändert werden.
Im Gegensatz zu dem Beispiel der linearen elektrischen Maschine M24 kann der Kernkopplungsabschnitt L einstückig mit dem ersten Ankerkern H1 ausgebildet sein. In einem weiteren Beispiel kann der Kernkopplungsabschnitt L in zwei Teilkerne unterteilt sein, und ein Teilkern kann einstückig mit dem ersten Ankerkern H1 und der andere Teilkern kann einstückig mit dem zweiten Ankerkern H2 ausgebildet sein.
[Axial-Spalt-Typ]
25A bis 25C zeigen eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine M25 als Beispiel für eine elektrische Maschine, in welcher der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 einander gegenüberliegend über dem Magnetfeldabschnitt Fs angeordnet sind. 25A ist eine perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine M25 und 25B ist eine perspektivische Explosionsansicht der rotierenden elektrischen Maschine M25. 25C ist eine Bodenansicht der rotierenden elektrischen Maschine M25, welche die Bodenfläche des ersten Ankerkerns H1 zeigt. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der rotierenden elektrischen Maschine M21, die in den 18A und 18B gezeigt ist, werden im Folgenden hauptsächlich beschrieben. Die Beispiele von 18A können auf die Dinge angewendet werden, die in der elektrischen Maschine M25, die in den 25A bis 25C dargestellt ist, nicht beschrieben sind.
Wie in 25A dargestellt, sind der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 der rotierenden elektrischen Maschine M25 scheibenförmig und sind einader in Achsrichtung zugewandt. Ein scheibenförmiger Magnetfeldabschnitt Fs ist zwischen den beiden Ankerkernen H1 und H2 angeordnet. Die Magnetfeldkerne 22N und 22S des Magnetfeldabschnitts Fs liegen vorzugsweise an beiden, der Ober- als auch an der Unterseite, frei. Dadurch kann der Magnetowiderstand zwischen dem Magnetfeldtabschnitt Fs und den Ankerkernen H1 und H2 reduziert werden.
Wie in 25B gezeigt, hat der erste Ankerkern H1 einen Joch-Teilkern 33H und eine Mehrzahl von Magnetpolkernen 33J, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Der Joch-Teilkern 33H besteht aus laminierten Stahlblechen, die eine Mehrzahl von Stahlblechen enthalten, die in Achsrichtung laminiert sind. Jeder Magnetpol 33J besteht aus laminierten Stahlblechen, die eine Mehrzahl Stahlblechen enthaltem, die in radialer Richtung laminiert sind. Somit sind die Stahlbleche des Joch-Teilkerns 33H und die Stahlbleche des Magnetpolkerns 33J senkrecht zueinander. In dem Joch-Teilkern 33H ist eine Mehrzahl von Einpasslöcher 33j, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, ausgebildet. Die Magnetpolkerne 33J werden jeweils in die Einpasslöcher 33j eingepasst und magnetisch mit dem Joch-Teilkern 33H gekoppelt. Ein Teil des Magnetpolkerns 33J, der von der Fläche des Joch-Teilkerns 33H in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorsteht, ist ein Magnetpol 33a.
Wie in 25B gezeigt, hat der zweite Ankerkern H2 ähnlich wie der erste Ankerkern H1 einen Joch-Teilkern 34H und eine Mehrzahl von Magnetpolen 34J, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Der Joch-Teilkern 34H besteht aus laminierten Stahlblechen mit einer Mehrzahl von Stahlblechen, die in Achsrichtung laminiert sind. Jeder Magnetpol 34J besteht aus laminierten Stahlblechen mit einer Mehrzahl von Stahlblechen, die in radialer Richtung laminiert sind. Das heißt, die Stahlbleche des Joch-Teilkerns 34H und die Stahlbleche der Magnetpolkerne 34J sind senkrecht zueinander. In dem Joch-Teilkern 34H ist eine Mehrzahl von Einpasslöcher 34j, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, ausgebildet. Die Magnetpolkerne 34J werden jeweils in die Einpasslöcher 34j eingepasst und magnetisch mit dem Joch-Teilkern 34H gekoppelt. Ein Teil des Magnetpolkerns 34J, der von der Fläche des Joch-Teilkerns 34H in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorsteht, ist ein Magnetpol 34a.
In den Magnetpolkernen 33J und 34J sind die Stahlbleche in der radialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine M25 geschichtet. Im Gegensatz zu dem Beispiel der linearen elektrischen Maschine M25, wenn die Stahlbleche des Magnetpolkerns in der Rotationsrichtung geschichtet sind, wird wahrscheinlich ein induzierter Strom in dem Stahlblech erzeugt, das sich am Ende in der Rotationsrichtung befindet. Andererseits ist es in der rotierenden elektrischen Maschine M25 möglich, die Erzeugung eines solchen induzierten Stroms zu unterdrücken, da die Stahlbleche des Magnetpolkerns 33J und 34J radial geschichtet sind.
Wie in den 25B und 25C gezeigt, sind in den Joch-Teilkernen 33h und 34h Schlitze S7 und S8 ausgebildet, wobei die Schlitze S7 und S8 eine geschlossene Kurve schneiden, welche die Einpasslöcher 33J und 34J umgibt, in welche die Magnetpolkerne 33J und 34J eingepasst werden. Im Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M25 ist ein Schlitz S7 (siehe 25C) zwischen zwei benachbarten Einpasslöchern 33j ausgebildet, in welche die Magnetpolkerne 33J jeweils eingepasst sind. Eine Mehrzahl von Schlitzen S7 ist über den gesamten Umfang des Joch-Teilkerns 33H ausgebildet. In ähnlicher Weise wird ein Schlitz S8 (siehe 25A) zwischen zwei benachbarten Einpasslöcher 34j gebildet, in welche die Magnetpolkerne 34J jeweils eingepasst werden. Eine Mehrzahl von Schlitzen S8 ist über den gesamten Umfang des Joch-Teilkerns 34H ausgebildet. Die Schlitze S7 und S8 können verhindern, dass in den Joch-Teilkernen 33J und 34J aufgrund des magnetischen Flusses, der durch die Magnetpolkerne 33J und 34J fließt, ein induzierter Strom auftritt. Die Schlitze S7 und S8 können sich von den Einpasslöcher 33j und 34j in Richtung des inneren oder äußeren Randes der Joch-Teilkerne 33H und 34H erstrecken und den Rand erreichen.
Wie in 25A gezeigt, hat der Ankerabschnitt Am25 eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in Abständen in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Kernkopplungsabschnitte L sind in jedem der Magnetpolgruppenpaare P (Paare von Magnetpolgruppen G1 und G2, die einander über den Magnetfeldabschnitt Fs gegenüberliegen) vorgesehen. Die Position des Kernkopplungsbbschnitts L in der Rotationsrichtung und die Position des Magnetpolgruppenpaares P in der Rotationsrichtung einander entsprechen. Die Magnetpolgruppen G1 und G2, die eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a und 34a (Magnetpolkerne 33J und 34J, die aus den Joch-Teilkernen 33H und 34H herausragen) enthalten, sind auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs in Bezug auf die Joch-Teilkerne 33H und 34H angeordnet. Die Kernkopplungsabschnitte L sind magnetisch mit den Joch-Teilkernen 33H und 34H gekoppelt. Im Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M25 sind in den Joch-Teilkernen 33H und 34H Einpasslöcher 33h und 34h (siehe 25B) ausgebildet, so dass sie durch die Joch-Teilkerne 33H und 34H in der Laminierrichtung der Stahlbleche verlaufen. Die Kernkopplungsabschnitte L werden in die Einpasslöcher 33h und 34h eingepasst und darin gehalten.
Wie in 25B dargestellt, kann jeder Kernkopplungsabschnitt L einen ersten Teilkern L5 und einen zweiten Teilkern L6 aufweisen, die in Achsrichtung angeordnet sind. Der erste Teilkern L5 wird in das Einpassloch 33h des ersten Ankerkerns H1 eingepasst, und der zweite Teilkern L6 wird in das Einpassloch 34h des zweiten Ankerkerns H2 eingepasst. Diese Struktur vereinfacht die Montage der rotierenden elektrischen Maschine M25. Wenn der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 kombiniert werden, ist die distale Endfläche des ersten Teilkerns L5 in Kontakt mit der distalen Endfläche des zweiten Teilkerns L6.
Der Kernkopplungsabschnitt L besteht aus laminierten Stahlblechen, die eine Mehrzahl von Stahlblechen enthalten, die jeweils entlang der Achsrichtung angeordnet und in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) laminiert sind. Eine solche Anordnung und Laminierung der Stahlbleche kann die Erzeugung eines induzierten Stroms in den Stahlblechen des Kernkopplungsabschnitts L verhindern.
Der Kernkopplungsabschnitt L ist in radialer Richtung außerhalb der Magnetpolgruppen G1 und G2 (Spulen CL) angeordnet. Diese Struktur erleichtert die Sicherstellung einer ausreichenden Breite des Kernkopplungsabschnitts L in der Rotationsrichtung. Alternativ dazu kann der Kernkopplungsabschnitt L in radialer Richtung innerhalb der Magnetpolgruppen G1 und G2 (Spulen CL) angeordnet sein.
Der Kernkopplungsabschnitt L kann auch in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) in mehrere Teile unterteilt sein. In der rotierenden elektrischen Maschine M25 enthält jeder Kernkopplungsabschnitt L Teilkerne, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Wie in 25C gezeigt, enthält der erste Teilkern L5, der magnetisch mit dem ersten Ankerkern H1 gekoppelt ist, Teilkerne L5a und L5b, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Diese Struktur ermöglicht es dem Teilkern L5a, sich gegen den Teilkern L5b zu neigen, wodurch die Lage der Teilkerne L5a und L5b an die Magnetpole 33a (Magnetpolkerne 33J) angepasst wird. Die beiden Teilkerne L5a und L5b können in ein Einpassloch 33h eingepasst werden. In diesem Fall kann ein Zwischenraum zwischen den beiden Teilkernen L5a und L5b gebildet werden. In ähnlicher Weise enthält der zweite Teilkern L6, der magnetisch mit dem zweiten Ankerkern H2 gekoppelt ist, die Teilkerne L6a und L6b (siehe 25B), die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Dies dient dazu, die Lage der Teilkerne L6a und L6b an die Magnetpole 34a (Magnetpolkerne 34J) anzupassen.
Ähnlich wie die oben beschriebene rotierende elektrische Maschine (zum Beispiel die rotierende elektrische Maschine M1) hat auch die rotierende elektrische Maschine M25 zwei Arten von Magnetkreisen. Das heißt, der erste Magnetkreis enthält zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, zwei Magnetpolgruppen G2, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und der Magnetpolgruppe G2 zugewandt sind, und die Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Der zweite Magnetkreis enthält einen Kernkopplungsabschnitt L, Magnetpolgruppen G1 und G2, die in Achsrichtung weisen und über den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und G2 zugewandt sind, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S.
Wie in 25C gezeigt, enthält der Joch-Teilkern 33H einen Schlitz S3, der sich von dem Einpassloch 33h des Kernkopplungsabschnitts L in der Richtung erstreckt, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche des Joch-Teilkerns 33H schneidet. Der Schlitz S3 schneidet eine geschlossene Kurve, welche die Einpasslöcher 33h umgibt. Dadurch wird die Erzeugung eines induzierten Stroms um die Kernkopplungsabschnitte L verhindert. Der Schlitz S3 erstreckt sich radial nach innen und erreicht eine Öffnung an einer Position, die dem Magnetfeldabschnitt Fs gegenüberliegt. In dem ersten Ankerkern H1 ist der Schlitz S7 (der sich in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs öffnet) an einer Position angeordnet, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist, und der Schlitz S3 erreicht den Schlitz S7. Der Schlitz S3 kann anstelle des Schlitzes S7 das Einpassloch 33j des Magnetpolkerns 33J erreichen.
Wie in 25A gezeigt, enthält der Joch-Teilkern 34H einen Schlitz S4, der sich von dem Einpassloch 34h (siehe 25B) des Kernkopplungsabschnitts L in der Richtung erstreckt, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche des Joch-Teilkerns 34H schneidet. Der Schlitz S4 schneidet eine geschlossene Kurve, welche die Einpasslöcher 34h umgibt. Dadurch wird die Erzeugung eines induzierten Stroms um die Kernkopplungsabschnitte L verhindert. Der Schlitz S4 erstreckt sich radial nach innen und erreicht eine Öffnung an einer Position, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist. Das Einpassloch 34j, in das der Magnetpolkern 34J eingepasst wird, ist an einer dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandten Stelle ausgebildet und zu dem Magnetfeldabschnitt Fs hin offen. Der Schlitz S4 erreicht das Einpassloch 34j (eine Öffnung an einer dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandten Position). Der Schlitz S4 kann einen Schlitz S8 erreichen, der zwischen zwei benachbarten Einpasslöchern 34j gebildet wird.
Wie in 25C gezeigt, schneidet der Schlitz S3 des ersten Ankerkerns H1 eine geschlossene Kurve, die zwischen den Einpasslöcher 33h und den Magnetpolgruppen G1 verläuft und die Achse Ax umgibt. Der Schlitz S3 verhindert, dass ein geschlossener Kreis, der um den gesamten ersten Ankerkern H1 zirkuliert, zwischen der Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L und der Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1 gebildet wird. Auf diese Weise kann die Erzeugung eines induzierten Stroms in dem ersten Ankerkern H1 in der Rotationsrichtung aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7 (siehe 3B), der in dem magnetischen Kreis einschließlich des Kernkopplungsabschnitts L gebildet wird, verhindert werden. In ähnlicher Weise schneidet der Schlitz S4 des zweiten Ankerkerns H2 auch eine geschlossene Kurve, die zwischen den Einpasslöcher 34h und den Magnetpolgruppen G2 verläuft und die Achse Ax umgibt. Auf diese Weise ist es möglich, die Erzeugung eines induzierten Stroms in dem zweiten Ankerkern H2 in der Rotationsrichtung aufgrund des magnetischen Flusses ϕ7 zu verhindern (siehe 3B).
Das Einpassloch, in das der Kernkopplungsabschnitt L eingepasst wird, kann zu der äußeren Umfangsfläche der Joch-Teilkerne 33h und 34h hin offen sein. In diesem Fall müssen die oben beschriebenen Schlitze S3 und S4 nicht in den Kernkopplungsabschnitten L ausgebildet werden. Anstelle der Schlitze S3 und S4 kann ein Schlitz, der zwischen der Mehrzahl von Einpasslöchern, in welche die Kernkopplungsabschnitte L eingepasst werden, und den Magnetpolgruppen G1 und G2 verläuft und sich mit der geschlossenen Kurve, welche die Achse Ax umgibt, schneidet, an einer beliebigen Stelle in den Joch-Teilkernen 33h und 34h ausgebildet werden. Ähnlich wie die in 9A oder 9B gezeigten Schlitze S5 und S6 kann sich ein solcher Schlitz von einem beliebigen der Einpasslöcher aus erstrecken und mit den Einpasslöcher 33J und 34J, in denen die Magnetpolkerne 33J und 34J eigepasst sind, oder mit den Schlitzen S7 und S8 zwischen zwei benachbarten Einpasslöcher 33J und 34J verbunden sein.
[Beispiel für Ankerkerne, die in zwei verschiedenen Richtungen angeordnet sind]
Die relativen Positionen der Ankerkerne H1 und H2 und des Magnetfeldtabschnitts Fs sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele der elektrischen Maschine beschränkt. Zum Beispiel kann in der rotierenden elektrischen Maschine einer der Ankerkerne radial in Bezug auf die äußere Umfangsfläche oder die innere Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts angeordnet sein, und der andere der Ankerkerne kann in der Achsrichtung zu dem Magnetfeldabschnitt Fs angeordnet sein. In der linearen elektrischen Maschine kann einer der Ankerkerne seitlich in Bezug auf die rechte oder linke Seitenfläche des Magnetfeldabschnitts Fs (eine erste Fläche entlang der Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sein, und der andere der Ankerkerne kann nach oben oder unten in Bezug auf die obere Fläche oder die untere Fläche des Magnetfeldabschnitts Fs (eine zweite Fläche entlang der Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sein.
26A und 26B sind Diagramme, die eine rotierende elektrische Maschine M26 als Beispiel für eine solche elektrische Maschine zeigen. 26A ist eine perspektivische Ansicht und 26B ist eine perspektivische Explosionsansicht. In 26A sind ein Teil der Ankerkerne H1 und H2, der Magnetfeldtabschnitt Fs und die Spulen CL weggelassen. Hier werden hauptsächlich die Unterschiede zu der rotierenden elektrischen Maschine M1, die mit Bezug auf 1A beschrieben ist, beschrieben. Die Beispiele von 1A können auf die Dinge angewendet werden, die in der in den 26A und 26B dargestellten elektrischen Maschine M26 nicht beschrieben sind.
Wie in 26B gezeigt, enthält ein Ankerabschnitt Am26 einen ersten Ankerkern H1 und zwei zweite Ankerkerne H2. Der erste Ankerkern H1 befindet sich in radialer Richtung außerhalb der äußeren Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs. Anders als bei der rotierenden elektrischen Maschine M26 kann der erste Ankerkern H1 innerhalb des Magnetfeldabschnitts Fs angeordnet sein. Die beiden zweiten Ankerkerne H2 sind in der Achsrichtung quer zu dem Magnetfeldabschnitt Fs einander gegenüberliegend angeordnet. Das heißt, einer der zweiten Ankerkerne H2 ist oberhalb der oberen Fläche des Magnetfeldabschnitts Fs (Fläche, die in Achsrichtung gewandt ist) angeordnet, und der andere der zweiten Ankerkerne H2 ist unterhalb der unteren Fläche des Magnetfeldabschnitts Fs (Fläche, die in Achsrichtung gewandt ist) angeordnet. Die beiden Ankerkerne H2 können die gleiche Struktur haben. Dies dient dazu, die Herstellungskosten der rotierenden elektrischen Maschine M26 zu reduzieren. Die Magnetfeldkerne 22N und 22S können vorzugsweise an der äußeren Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs und an der Ober- und Unterseite des Magnetfeldabschnitts Fs freigelegt sein.
Der erste Ankerkern H1 ist zum Beispiel aus einer Mehrzahl von Stahlblechen gebildet, die in Achsrichtung laminiert sind. Der erste Ankerkern H1 kann aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff gebildet werden. Im gezeigten Beispiel ist der zweite Ankerkern H2 aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet. Der zweite Ankerkern H2 kann aus laminierten Stahlblechen bestehen.
Bei der Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine M26 ist beispielsweise der Magnetfeldtabschnitt Fs fest mit der Vorrichtung verbunden, an der die rotierende elektrische Maschine M26 montiert ist, und der Ankerabschnitt Am26 dreht sich um die Achse Ax. Im Gegensatz dazu kann der Ankerabschnitt Am26 an der Vorrichtung befestigt sein, an der die rotierende elektrische Maschine M26 montiert ist, und der Magnetfeldtabschnitt Fs kann sich um die Achse Ax drehen.
Wie in 26B gezeigt, hat der erste Ankerkern H1 eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Der erste Ankerkern H1 enthält beispielsweise eine U-Phasen-Spule CLu, eine V-Phasen-Spule CLv und eine W-Phasen-Spule CLw, und die rotierende elektrische Maschine M26 ist eine elektrische Maschine, die von einem Dreiphasen-Wechselstrom angetrieben wird. Der zweite Ankerkern H2 enthält eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G2, die in der Rotationsrichtung auf der dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandten Seite angeordnet sind. Bei der rotierenden elektrischen Maschine M26 beträgt die Anzahl der Pole des Magnetfeldabschnitts Fs beispielsweise 56 (p=28).
Ein elektrischer Winkel zwischen benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P wird als 360×(n+m/s) ausgedrückt, wie in 2 beschrieben, und kann zum Beispiel 1.680 Grad betragen (in der rotierenden elektrischen Maschine M26, s=3 und m=2, n=4). Der mechanische Winkel zwischen benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P wird als (360/p)×(n+m/s) ausgedrückt und entspricht im Wesentlichen dem Wert „360/s/c“. Dieser mechanische Winkel beträgt zum Beispiel in der rotierenden elektrischen Maschine M26 60 Grad (c=2 in der rotierenden elektrischen Maschine M26).
Wie in 26B gezeigt, weist der Ankerabschnitt Am26 eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L auf, die in der Rotationsrichtung voneinander beabstandet sind.
Die Magnetpolgruppe G1 des ersten Ankerkerns H1 ist auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs in Bezug auf den Jochabschnitt 33c ausgebildet. Die Magnetpolgruppe G2 des zweiten Ankerkerns H2 ist auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs in Bezug auf den Jochabschnitt 34c ausgebildet. Der Kernkopplungsabschnitt L koppelt den Jochabschnitt 33c und den Jochabschnitt 34c magnetisch. Die Kernkopplungsabschnitte L sind jeweils in den Magnetpolgruppenpaaren P (Paare von Magnetpolgruppen G1 und G2 an Positionen, die einander in der Rotationsrichtung entsprechen) vorgesehen.
In dem Ankerabschnitt Am26 ist der Kernkopplungsabschnitt L einstückig mit dem zweiten Ankerkern H2 ausgebildet. Das heißt, eine Form mit einem Raum, der den gesamten Formen des Kernkopplungsabschnitts L und des zweiten Ankerkerns H2 entspricht, wird hergestellt, und ein weichmagnetisches Pulvermaterial wird in den Raum in der Form gegeben, um den zweiten Ankerkern H2 und den Kernkopplungsabschnitt L zu bilden.
Wie in 26B gezeigt, ist der Kernkopplungsabschnitt L in jedem der beiden zweiten Ankerkerne H2 ausgebildet. Der Kernkopplungsabschnitt L hat einen Erstreckungsabschnitt L7, der sich radial von dem Jochabschnitt 34c des zweiten Ankerkerns H2 erstreckt. Der Erstreckungsabschnitt L7 erstreckt sich in radialer Richtung über die Position der Spule CL hinaus. Der Kernkopplungsabschnitt L hat einen Einpassabschnitt L8, der sich von dem Ende des Erstreckungsabschnitts L7 in Achsrichtung erstreckt. Der Jochabschnitt 33c des ersten Ankerkerns H1 hat eine Einpassloch 33h, das sich durch den Jochabschnitt 33c in Achsrichtung erstreckt. Der Einpassabschnitt L8 ist in das Einpassloch 33h eingepasst, und der Jochabschnitt 33c und der Jochabschnitt 34c sind über den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt. Der Einpassabschnitt L8 des Kernkopplungsabschnitts L des oberen Ankerkerns H2 und der Einpassabschnitt L8 des Kernkopplungsabschnitts L des unteren Ankerkerns H2 sind in das gemeinsame Einpassloch 33h eingepasst.
Ein Schlitz S3, der sich von dem Einpassloch 33h aus in die Richtung erstreckt, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche des ersten Ankerkerns H1 schneidet, ist in dem ersten Ankerkern H1 ausgebildet. Insbesondere erstreckt sich der Schlitz S3 in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs. Diese Struktur verhindert das Auftreten eines induzierten Stroms um die Kernkopplungsabschnitte L aufgrund des magnetischen Flusses, der in den Kernkopplungsabschnitten L gebildet ist.
Die Form des Kernkopplungsabschnitts L ist nicht auf das Beispiel des Ankerabschnitts Am26 beschränkt. Wenn beispielsweise die Breite des Jochabschnitts 34c in der radialen Richtung groß ist, so dass der Jochabschnitt 34c einen Abschnitt in der Achsrichtung in Bezug auf die Magnetpolgruppe G1 und die Spule CL enthält, muss der Kernkopplungsabschnitt L den Erstreckungsabschnitt L7, der sich radial erstreckt, nicht aufweisen.
Der zweite Ankerkern kann laminierte Stahlbleche haben, die eine Mehrzahl von Stahlblechen, die in Achsrichtung laminiert sind, enthalten. In diesem Fall kann der Jochabschnitt 34c einen Abschnitt enthalten, der sich in Bezug auf die Magnetpolgruppe G1 und die Spule CL in der Achsrichtung befindet, und ein Loch, das durch einen solchen Abschnitt des Jochabschnitts 34c hindurchgeht, kann in der Achsrichtung ausgebildet sein. Der Kernkopplungsabschnitt L kann in ein solches Loch des Jochabschnitts 34c und das Einpassloch 33h des ersten Ankerkerns H1 eingepasst werden.
Ähnlich wie die oben beschriebene rotierende elektrische Maschine (zum Beispiel die rotierende elektrische Maschine M1) hat auch die rotierende elektrische Maschine M26 zwei Arten von Magnetkreisen. Das heißt, der erste Magnetkreis enthält zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, zwei Magnetpolgruppen G2, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und der Magnetpolgruppe G2 zugewandt sind, und die Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Der zweite Magnetkreis enthält einen Kernkopplungsabschnitt L, Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung einander entsprechende Winkelpositionen aufweisen und über den Kernkopplungsabschnitt L magnetisch gekoppelt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die der Magnetpolgruppe G1 und der Magnetpolgruppe G2 gegenüberliegen, sowie Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Der magnetische Fluss, der durch die beiden Magnetkreise fließt, verläuft innerhalb der Spule CL, die in der Magnetpolgruppe G1 vorgesehen ist.
Die Anordnung der Ankerkerne H1 und H2 ist nicht auf die oben beschriebene elektrische Maschine beschränkt. Wenn beispielsweise eine Richtung, in welcher der erste Ankerkern H1 in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs angeordnet ist, eine erste Richtung ist und eine Richtung, in welcher der zweite Ankerkern H2 in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs angeordnet ist, eine zweite Richtung ist, kann der Winkel zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung beispielsweise 120 Grad anstelle von 90 Grad oder 180 Grad betragen. In diesem Fall kann der Querschnitt des Magnetfeldabschnitts Fs dreieckig sein.
Der Querschnitt des Magnetfeldabschnitts Fs kann kreisförmig sein. In diesem Fall kann die Endfläche der Magnetpole 33a und 34a der Ankerkerne H1 und H2 so gekrümmt sein, dass sie sich der äußeren Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs anpasst.
[Andere Beispiele für Kernkopplungsstrukturen]
In der oben beschriebenen elektrischen Maschine wird eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Maschinenbewegungsrichtung voneinander beabstandet sind, als Kernkopplungsstruktur zu der magnetischen Kopplung des ersten Ankerkerns H1 und des zweiten Ankerkerns H2 verwendet. Die Kernkopplungsstruktur ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und es kann auch ein einziger Kernkopplungsabschnitt L verwendet werden, der sich in der Maschinenbewegungsrichtung erstreckt. 27A und 27B zeigen eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine M27 als Beispiel für eine solche elektrische Maschine. 27A ist eine perspektivische Ansicht und 27B ist eine perspektivische Explosionsansicht. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu der in den 25A bis 25C dargestellten rotierenden elektrischen Maschine M25 beschrieben. Die Beispiele in den 25A bis 25C können auf die Dinge angewendet werden, die in der in den 27A und 27B dargestellten elektrischen Maschine M27 nicht beschrieben sind.
Wie in 27B gezeigt, hat der erste Ankerkern H1 eine Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Magnetpolgruppe G1 hat Magnetpole 33a, die in Richtung des zweiten Ankerkerns H2 in der Achsrichtung vorstehen. Der erste Ankerkern H1 hat einen scheibenförmigen Jochabschnitt 33c. Die Magnetpole 33a sind auf der oberen Fläche des Jochabschnitts 33c (der Fläche, die dem zweiten Ankerkern H2 zugewandt ist) ausgebildet. Die Breite des Jochabschnitts 33c in radialer Richtung ist über den gesamten Umfang des Ankerkerns H1 gleichmäßig. Der erste Ankerkern H1 besteht zum Beispiel aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial.
Wie in 27A dargestellt, können die Spulen CL in jeder Magnetpolgruppe G1 eine erste Spule, die um alle Magnetpole 33a der Magnetpolgruppe G1 gewickelt ist, und eine zweite Spule CL2, die nur um einige der Magnetpole 33a gewickelt ist, enthalten. Auf diese Weise wird der Raum zwischen den Magnetpolen 33a effektiv ausgenutzt. Die Wicklungsrichtungen der beiden Spulen CL1 und CL2 sind gleich und werden in Serie verbunden.
Wie in 27B gezeigt, sind eine Mehrzahl von vertieften Abschnitten 34b, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind, auf der Fläche des zweiten Ankerkerns H2, die dem Magnetfeldabschnitt Fs zugewandt ist, ausgebildet. Der Teil zwischen zwei benachbarten vertieften Abschnitten 34b (konvexer Abschnitt) ist ein Magnetpol 34a. Der zweite Ankerkern H2 hat einen scheibenförmigen Jochabschnitt 34c. Die Magnetpole 34a sind auf der unteren Fläche des Jochabschnitts 34c (die Fläche, die dem ersten Ankerkern H1 zugewandt ist) ausgebildet. Die Breite des Jochabschnitts 34c in radialer Richtung ist über den gesamten Umfang des Ankerkerns H2 gleichmäßig. In dem zweiten Ankerkern H2 besteht jede Magnetpolgruppe G2 aus einer Mehrzahl von Magnetpolen 34a (zum Beispiel sieben Magnetpolen 34a). Der zweite Ankerkern H2 wird beispielsweise aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet.
In der rotierenden elektrischen Maschine M27 beträgt die Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts Fs zum Beispiel 76 (p=38). Wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, wird ein elektrischer Winkel zwischen benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P als 360×(n+m/s) dargestellt und beträgt in der rotierenden elektrischen Maschine M25 beispielsweise 2.280 Grad (s=3, m=1, n=6 in dieser rotierenden elektrischen Maschine M25). Der mechanische Winkel zwischen benachbarten Magnetpolgruppenpaaren P wird als (360/p)×(n+m/s) ausgedrückt und entspricht im Wesentlichen dem Wert „360/s/c“. In der rotierenden elektrischen Maschine M25 beträgt ein solcher mechanischer Winkel beispielsweise 60 Grad (c=2 in der rotierenden elektrischen Maschine M25).
Wie in 27A gezeigt, hat der erste Ankerkern H1 einen Kernkopplungsabschnitt L11, der sich von der äußeren Umfangskante des Jochabschnitts 33c in Richtung des zweiten Ankerkerns H2 erstreckt. Der Kernkopplungsabschnitt L11 hat eine ringförmige Form, die sich über den gesamten Umfang des ersten Ankerkerns H1 erstreckt. In ähnlicher Weise hat der zweite Ankerkern H2 einen Kernkopplungsabschnitt L12, der sich von der äußeren Umfangskante des Jochabschnitts 34c in Richtung des ersten Ankerkerns H1 erstreckt. Der Kernkopplungsabschnitt L12 hat eine ringförmige Form, die sich über den gesamten Umfang des zweiten Ankerkerns H2 erstreckt.
Die Endfläche des Kernkopplungsabschnitts L11 des ersten Ankerkerns H1 in der Achsrichtung (die obere Fläche des Kernkopplungsabschnitts L11 in 27A) und die Endfläche des Kernkopplungsabschnitts L12 des zweiten Ankerkerns H2 in der Achsrichtung (die untere Fläche des Kernkopplungsabschnitts L12 in 27A) können miteinander in Kontakt sein. Diese Struktur kann den Magnetowiderstand des magnetischen Pfades, der durch die Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 gebildet ist, reduzieren.
In dem Ankerabschnitt Am27 ist die Kernkopplungsstruktur nicht auf die in 27A und 27B gezeigten Beispiele beschränkt. Zum Beispiel kann ein ringförmiger Kernkopplungsabschnitt nur an einem der Ankerkerne H1 und H2 ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Endfläche des Kernkopplungsabschnitts in Achsrichtung vorzugsweise in Kontakt mit dem äußeren Umfangsabschnitt des Jochabschnitts des anderen Ankerkerns. Ein weiteres Beispiel ist, dass die Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 am inneren Umfang der Jochabschnitte 33c und 34c und nicht am äußeren Umfang der Jochabschnitte 33c und 34c ausgebildet sein können. Weiterhin müssen die Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 nicht über den gesamten Umfang ausgebildet sein. Beispielsweise können die Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 teilweise ausgeschnitten werden, um als Durchführungsanschluss für den elektrischen Draht verwendet zu werden, der den externen Antriebskreis, der die elektrische Maschine M27 mit Strom versorgt, mit der Spule CL verbindet.
In der rotierenden elektrischen Maschine M27, bei der die Kernkopplungsstruktur aus Kernkopplungsabschnitten L11 und L12 besteht, die sich in der Maschinenbewegungsrichtung (der Rotationsrichtung in der rotierenden elektrischen Maschine M27) erstrecken, werden ähnlich wie bei der oben beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine (zum Beispiel der rotierenden elektrischen Maschine M1) zwei Magnetkreise gebildet, in denen jeweils zwei Arten von Magnetflüssen gebildet werden. Das heißt, der erste Magnetkreis enthält zwei Magnetpolgruppen G1, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, zwei Magnetpolgruppen G2, die in der Rotationsrichtung voneinander entfernt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die den Magnetpolgruppen G1 und der Magnetpolgruppe G2 zugewandt sind, und die Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S. Der zweite Magnetkreis enthält die Kernkopplungsabschnitte L11 und L12, Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung einander entsprechende Winkelpositionen haben und über die Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 magnetisch gekoppelt sind, Magnetfeldkerne 22N und 22S, die der Magnetpolgruppe G1 und der Magnetpolgruppe G2 gegenüberliegen, und Magnete Mg zwischen den Magnetfeldkernen 22N und 22S.
Die Ankerkerne H1 und H2 sind aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial wie oben beschrieben gebildet. Solche Ankerkerne H1 und H2 haben einen hohen elektrischen Widerstand, und daher ist es möglich, den induzierten Strom unabhängig von der Richtung des magnetischen Flusses, der durch die Ankerkerne H1 und H2 fließt, zu verhindern. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen elektrischen Maschine muss daher in den Ankerkernen H1 und H2 kein Spalt zur Verhinderung der Erzeugung eines induzierten Stroms gebildet werden.
[Anwendung und Kombination von Änderungen]
Die in den 27A und 27B beschriebenen Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 müssen nicht nur auf die rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine, sondern können auch auf die in 24A gezeigte lineare elektrische Maschine, die in 26A gezeigte rotierende elektrische Maschine und die rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine angewendet werden. Wenn die Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 an der linearen elektrischen Maschine M24 angebracht werden, kann die Länge der Kernkopplungsabschnitte L11 und L12 in der Vorder-Rück-Richtung der Gesamtlänge der Magnetpolgruppen G1 und G2 der Ankerkerne H1 und H2 entsprechen.
In jeder der oben beschriebenen elektrischen Maschinen kann eine Mehrzahl von Spulen CL in jeder Magnetpolgruppe G1 wie im Beispiel von 27A vorgesehen sein. Das heißt, in jeder der elektrischen Maschinen kann der Ankerabschnitt für jede Magnetpolgruppe G1 eine erste Spule, die eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a, die jede Magnetpolgruppe G1 bilden, vollständig umgibt, und eine zweite Spule, die innerhalb der ersten Spule angeordnet ist und nur einige der Magnetpole 33a umgibt, enthalten. In diesem Fall kann der Mittelpunkt der ersten Spule in der Maschinenbewegungsrichtung mit dem Mittelpunkt der zweiten Spule in der Maschinenbewegungsrichtung zusammenfallen.
Bei dem Ankerabschnitt, der in den 1A bis 3B beschrieben ist, ist die Anzahl der Phasen der Spule CL eine ungerade Zahl (zum Beispiel drei Phasen), und die Wicklungsrichtungen der Spulen der Phasen sind die gleichen. Eine solche Anordnung der Spulen kann auf jede der in 1A bis 3B beschriebenen rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, der rotierenden elektrischen Axial-Spalt-Typ-Maschine, der linearen elektrischen Maschine und der rotierenden elektrischen Maschine mit Bezug auf 26A, angewendet werden.
Die in den 14A und 14B beschriebene Anordnung der Spulen kann auf jede der beschriebenen rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, der rotierenden elektrischen Axial-Spalt-Typ-Maschine, der linearen elektrischen Maschine und der rotierenden elektrischen Maschine, die mit Bezug auf 26A beschrieben ist, angewendet werden. Das heißt, dass bei anderen elektrischen Maschinen als den elektrischen Maschinen in 14A und 14B die Anzahl der Phasen der Spule CL ebenfalls eine ungerade Zahl (zum Beispiel drei Phasen), und zwei Spulen mit entgegengesetzten Wicklungsrichtungen können für jede Phase vorgesehen sein (zum Beispiel U+-Phasen-Spule CLu+, U--Phasen-Spule CLu-).
Die in 15A und 15B beschriebene Anordnung der Spulen kann auch auf jede der rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, eine rotierende elektrische Axial-Spalt-Typ-Maschine, eine lineare elektrische Maschine und eine rotierende elektrische Maschine, die unter Bezugnahme auf 26A beschrieben ist, angewendet werden. Das heißt, dass bei anderen elektrischen Maschinen als den elektrischen Maschinen in 15A und 15B ist die Anzahl der Phasen der Spule CL eine gerade Zahl (zum Beispiel zwei Phasen), und zwei Spulen mit entgegengesetzten Wicklungsrichtungen können für jede Phase vorgesehen sein (zum Beispiel Spule der Phase A+ CLa+, Spule der Phase A- CLa-).
In jeder der oben beschriebenen elektrischen Maschinen, wie in 13A und 22 gezeigt, können die Magnetpole 33a und 34a den vorstehenden Abschnitt 33n haben, der den Körper des Magnetpols in der Maschinenbewegungsrichtung schneidet und sich entlang der Fläche des Magnetfeldabschnitts Fs erstreckt. Wenn der Ankerkern mit dem Magnetpol, an dem der vorstehende Abschnitt 33n ausgebildet ist, aus laminierten Stahlblechen besteht, kann die Kante des Stahlblechs, die am Ende der Laminierbleche angeordnet ist, gebogen werden, um den vorstehenden Abschnitt zu bilden. Wenn der Ankerkern aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial besteht, kann der vorstehende Abschnitt 33n einstückig mit dem Körper des Magnetpols ausgebildet sein. Ein weiteres Beispiel ist, dass der Ankerkern einen Teil aus laminierten Stahlblechen und einen Teil, der am Ende in Laminierrichtung angeordnet ist und aus einem weichmagnetischen Pulvermaterial besteht, aufweisen kann. In diesem Fall kann der vorstehende Abschnitt 33n einstückig mit dem Abschnitt, der aus dem weichmagnetischen Pulvermaterial gebildet ist, ausgebildet sein.
In der elektrischen Maschine, in welcher der Kernkopplungsabschnitt L aus laminierten Stahlblechen besteht, die in die Einpasslöcher 33h und 34h mit einer geschlossenen Innenfläche eingepasst sind, können die Stahlbleche des Kernkopplungsabschnitts L in der Maschinenbewegungsrichtung laminiert sein. Diese Struktur kann verhindern, dass aufgrund des magnetischen Flusses Φ7, der durch den Kernkopplungsabschnitt L fließt, ein induzierter Strom in den Stahlblechen auftritt.
Der Ankerabschnitt mit dem Ankerkern aus laminierten Stahlblechen kann mit einem Material verfestigt werden, das nichtmagnetische und isolierende Eigenschaften aufweist. Zum Beispiel kann der Ankerabschnitt mit Harz vergossen werden. In diesem Fall werden die distale Endflächen der Magnetpole 33a und 34a vorzugsweise vom Harz freigelegt.
In den oben beschriebenen Beispielen ist die Spule CL nur in dem ersten Ankerkern H1 vorgesehen. Die Spule CL kann jedoch sowohl in dem ersten Ankerkern H1 als auch in dem zweiten Ankerkern H2 vorgesehen sein.
Unter Bezugnahme auf 13A und 13B wurde der Ankerabschnitt beschrieben, bei dem der Ankerkern aus einer Mehrzahl von Teilkernen 33A und 33D besteht, die miteinander kombiniert sind. Diese Struktur kann nicht nur auf eine rotierende elektrische Radial-Spalt-Typ-Maschine, sondern auch auf andere elektrische Maschinen, wie zum Beispiel eine lineare elektrische Maschine, angewendet werden. Wie in den 13A und 13B gezeigt, kann der Ankerkern die Teilkerne 33A und 33D aufweisen, die in radialer Richtung kombiniert sind, oder er kann die Teilkerne aufweisen, die in der Maschinenbewegungsrichtung kombiniert sind.
Die lineare elektrische Maschine kann zwei Magnetfeldabschnitte haben, die in der Links-Rechts-Richtung (der Richtung der Ankerkerne H1 und H2) voneinander entfernt sind. In diesem Fall kann der Ankerabschnitt dann drei Ankerkerne haben. Einer der Ankerkerne kann zwischen den beiden Magnetfeldabschnitten angeordnet sein, und die beiden anderen Ankerkerne können jeweils links und rechts von den beiden Magnetfeldabschnitten angeordnet sein. Der Ankerkern, der zwischen den beiden Magnetfeldabschnitten angeordnet ist, kann solche Magnetpolgruppen auf der rechten und linken Seite aufweisen. In diesem Fall kann der zwischen den beiden Magnetfeldabschnitten angeordnete Ankerkern einen Jochabschnitt aufweisen, der den Magnetfluss in der Vorder-Rück-Richtung (Maschinenbewegungsrichtung) fließen lässt, oder er kann den Magnetfluss nur in der Links-Rechts-Richtung fließen lassen (die Richtung, in welcher der Ankerkern liegt).
[Ergebins der Ausführungsformen]
Wie in 1A und 18A zeigen, enthalten die rotierenden elektrischen Maschinen M1 und M21 Ankerabschnitte Am1 und Am21 und einen Magnetfeldtabschnitt Fs, der relativ zu den Ankerabschnitten Am1 und Am21 bewegbar ist. Der Magnetfeldabschnitt Fs enthält eine Mehrzahl von Magnetfeldkernen 22N und 22S, die in einer Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Magneten, wobei die Rotationsrichtung eine Richtung einer relativen Bewegung zwischen den Ankerabschnitten Am1 und Am21 und dem Magnetfeldabschnitt Fs ist und jeder Magnet zwischen zwei benachbarten Magnetfeldkernen 22N und 22S angeordnet ist. Der Ankerabschnitt enthält einen ersten Ankerkern H1 und einen zweiten Ankerkern H2, die in einer Richtung (Achsrichtung in dem Ankerabschnitt Am 1 und radiale Richtung in dem Ankerabschnitt Am21), welche die Maschinenbewegungsrichtung schneidet, voneinander entfernt sind, eine Kernkopplungsstruktur, die den ersten Ankerkern H1 mit dem zweiten Ankerkern H2 magnetisch koppelt, und eine Mehrzahl von Spulen CL. Der erste Ankerkern H1 enthält eine Magnetpolgruppe G1u und eine Magnetpolgruppe G1v, die in der Rotationsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind. Der zweite Ankerkern H2 enthält eine Magnetpolgruppe G2u und eine Magnetpolgruppe G2v, die in der Rotationsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind. Eine Position der Magnetpolgruppe G1u in der Rotationsrichtung entspricht einer Position der Magnetpolgruppe G2u in der Rotationsrichtung. Eine Position der Magnetpolgruppe G1v in der Rotationsrichtung entspricht einer Position der Magnetpolgruppe G2v in der Rotationsrichtung. Die Mehrzahl von Spulen CL enthalten eine U-Phasen-Spule CLu, die in der Magnetpolgruppe G1u vorgesehen ist. Wie in 3B und 18C gezeigt, werden ein erster magnetischer Fluss ϕ1, der durch die U-Phasen-Spule CLu fließt, und ein zweiter magnetischer Fluss Φ7, der durch die U-Phasen-Spule CLu fließt, durch einen oder einige der Magnete Mg gebildet. Ein erster Magnetkreis, durch den der erste Magnetfluss ϕ1 fließt, enthält die Magnetpolgruppe G1u, die Magnetpolgruppe G1v, die Magnetpolgruppe G2u, die Magnetpolgruppe G2v, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg. Der zweite Magnetkreis, durch den der zweite Magnetfluss ϕ7 fließt, enthält die Magnetpolgruppe G1u, die Kernkopplungsstruktur, die Magnetpolgruppe G2u, die Magnetfeldkerne 22N und 22S und die Magnete Mg. Die rotierenden elektrischen Maschinen M1 und M21 können verhindern, dass der Magnetkreis magnetisch gesättigt wird. Infolgedessen kann der Strom, der an die Spulen CL geliefert wird, erhöht werden, und es kann eine große Leistung aus den rotierenden elektrischen Maschinen M1 und M21 erhalten werden. Außerdem müssen die Ankerkerne H1 und H2 in der Rotationsrichtung nicht magnetisch geteilt werden, und die Intensität der Ankerkerne H1 und H2 kann dadurch erhöht werden. Andere elektrische Maschinen, die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen werden, haben den ersten Magnetkreis und den zweiten Magnetkreis, wie oben beschrieben, und bieten die gleichen vorteilhaften Effekte.

(1) In der in 1A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine M1 enthält der Magnetfeldabschnitt Fs eine innere Umfangsfläche entlang der Rotationsrichtung. Der erste Ankerkern H1 und der zweite Ankerkern H2 befinden sich in Bezug auf die innere Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs radial innen. Die Kernkopplungsstruktur enthält eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten L, die in der Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitte L enthalten einen Kernkopplungsabschnitt L, der in Bezug auf die Magnetpolgruppe G1u, die Magnetpolgruppe G2u und die U-Phasen-Spule, die in der Magnetpolgruppe G1u vorgesehen ist, radial einwärts angeordnet ist. Die rotierende elektrische Maschine oder die lineare elektrische Maschine, die in den 10 bis 17 gezeigte rotierende elektrische Maschine oder lineare elektrische Maschine haben ebenfalls Ankerkerne H1 und H2, die in der gleichen Richtung in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs angeordnet sind.
(2) Bei der in 18A dargestellten rotierenden elektrischen Maschine M21 enthält der Magnetfeldabschnitt Fs eine innere Umfangsfläche und eine äußere Umfangsfläche als Flächen entlang der Rotationsrichtung. Der erste Ankerkern H1 ist in Bezug auf die äußere Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs radial außen angeordnet, und der zweite Ankerkern H2 ist in Bezug auf die innere Umfangsfläche des Magnetfeldabschnitts Fs radial innen angeordnet. Ähnlich wie die rotierende elektrische Maschine M21 hat auch die in den 21A bis 27B dargestellte rotierende elektrische Maschine oder die lineare elektrische Maschine die Ankerkerne H1 und H2, die in unterschiedlichen Richtungen in Bezug auf den Magnetfeldabschnitt Fs angeordnet sind. Diese Struktur erhöht die Flexibilität bei der Anordnung der Ankerkerne H1 und H2.
(3) In der in 1A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine M1 sind für jedes der Mehrzahl von Einpasslöcher 33h und 34h, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitte L jeweils eingepasst werden, Schlitze S3 und S4 ausgebildet, die sich von den Einpasslöchern 33h und 34h in einer Richtung erstrecken, welche die Laminierungsrichtung der Stahlbleche Sp1 schneidet. In dem in 7 dargestellten Ankerabschnitt Am2 sind die Einpasslöcher 33g und 34g der Ankerkerne H1 und H2 in einer Richtung offen, welche die Laminierungsrichtung der Stahlbleche Sp1 (radial innen) schneidet. Dadurch kann die Erzeugung eines induzierten Stroms um jeden Kernkopplungsabschnitt L verhindert werden.
(4) In der in 1A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine M1 schneiden die Schlitze S3 und S4, die sich von den jeweiligen Einpasslöchern 33h und 34h aus erstrecken, eine geschlossene Kurve, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöchern 33h und 34h, die in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sind, und der Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sind und die Achse Ax umgeben, verläuft. Weiterhin schneiden in dem in 7 dargestellten Ankerabschnitt Am2 die Schlitze S5 und S6 eine geschlossene Kurve, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöcher 33g und 34g und den in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordneten und die Achse Ax umgebenden Magnetpolgruppen G1 und G2 verläuft. Die Schlitze S3, S4, S5 und S6 können die Erzeugung eines induzierten Stroms (siehe 8) in der Rotationsrichtung in dem Ankerkern H1 und H2 verhindern.
(5) Im Beispiel von 18A haben die Ankerkerne H1 und H2 für die jeweiligen Einpasslöcher 33h und 34h die Schlitze S3 und S4, die sich von den Einpasslöcher 33h und 34h in einer Richtung erstrecken, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet. Im Beispiel von 19 sind die in den Ankerkernen H1 und H2 ausgebildeten Einpasslöcher 33g und 34g in einer Richtung offen, welche die Laminierrichtung der Stahlbleche schneidet. Dies kann die Erzeugung eines induzierten Stroms um jeden Kernkopplungsabschnitt L verhindern.
(6) Im Beispiel von 18A schneiden die Schlitze S3 und S4, die sich von den jeweiligen Einpasslöcher 33h und 34h aus erstrecken, eine geschlossene Kurve, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöcher 33h und 34h, die in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sind, und der Mehrzahl von Magnetpolgruppen G1 und G2, die in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordnet sind, verläuft und die Achse Ax umgibt. Im Beispiel von 19 schneiden die Schlitze S5 und S6 eine geschlossene Kurve, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöcher 33g und 34g und den in der Rotationsrichtung (Maschinenbewegungsrichtung) angeordneten und die Achse Ax umgebenden Magnetpolgruppen G1 und G2 verläuft. Die Schlitze S3, S4, S5 und S6 können die Erzeugung eines induzierten Stroms in der Rotationsrichtung in dem Ankerkern H1 und H2 verhindern.
(7) Wie in den 24A und 27A gezeigt, ist der Kernkopplungsabschnitt L einstückig mit einem oder beiden, dem ersten Ankerkern H1 und dem zweiten Ankerkern H2, ausgebildet. Dies kann die Montage des Ankerabschnitts vereinfachen.
(8) Wie in 18A gezeigt, enthält der erste Ankerkern H1 einen Jochabschnitt 33c, und die Magnetpolgruppen G1 u und G1v sind in dem Jochabschnitt 33c auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs ausgebildet. Der zweite Ankerkern H2 enthält einen Jochabschnitt 34c, und die Magnetpolgruppen G2v und G2v sind in dem Jochabschnitt 34c auf der Seite des Magnetfeldabschnitts Fs ausgebildet. Die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitte L enthalten einen Kernkopplungsabschnitt L, der die Jochabschnitte 33c und 34c magnetisch koppelt und an einer Position angeordnet ist, die der Position der Magnetpolgruppe G1u und der Position der Magnetpolgruppe G2u in der Rotationsrichtung entspricht.
(9) Die Magnetpolgruppen G1 und G2 enthalten eine Mehrzahl von Magnetpolen 33a und 34a, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind. Dadurch kann die von der elektrischen Maschine abgegebene Leistung erhöht werden.
(10) Die Magnetpole 33a und 34a haben eine Form, die in Richtung des Magnetfeldabschnitts Fs vorsteht.
(11) Wie in 13A und 22 gezeigt, enthält der Magnetpol 33a einen vorstehenden Abschnitt 33n, der sich von dem Körper des Magnetpols 33a in eine Richtung erstreckt, welche die Maschinenbewegungsrichtung schneidet. Dies kann den Magnetowiderstand reduzieren, der durch den Raum zwischen dem Magnetfeldabschnitt Fs und dem Magnetpol 33a verursacht wird.
(12) Wie in 1A gezeigt, ist die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine M1 eine ungerade Zahl von drei oder mehr, und der Ankerabschnitt kann zwei oder mehr Spulen CL mit der gleichen Wicklungsrichtung für jede Phase haben. In dieser Struktur sind das Magnetpolgruppenpaar Pu und das Magnetpolgruppenpaar Pv im Wesentlichen um „360×(n+m/s)“ Grad im elektrischen Winkel voneinander entfernt. Dabei stehen s, m und n jeweils für die folgenden Zahlen:
- s: Anzahl der Phasen
- m: eine ganze Zahl größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich s-1, wobei die ganze Zahl kein Teiler von s (außer 1) und kein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, n: eine ganze Zahl größer oder gleich 1.
(13) In der rotierenden elektrischen Maschine M1 von (12), wenn (eine Anzahl von Phasen des Magnetfeldtabschnitts)/2 als „p“ definiert ist und eine Anzahl von Spulen jeder Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“.
(14) Wie in 14A gezeigt, ist die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine eine ungerade Zahl von drei oder mehr, und der Ankerabschnitt Am7 kann für jede Phase ein Spulenpaar (zum Beispiel CLu+, CLu-) mit zwei Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen enthalten. Zum Beispiel sind die Wicklungsrichtung der Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares Pu+ und die Wicklungsrichtung der Spule des zweiten Magnetpolgruppenpaares Pv+ gleich, und die Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares Pu+ und die Spule des dritten Magnetpolgruppenpaares Pu- bilden ein Spulenpaar. In dieser Struktur sind (i) das erste Magnetpolgruppenpaar Pu+ und das zweite Magnetpolgruppenpaar Pv+ im Wesentlichen um „360×(n+m/s)“ Grad im elektrischen Winkel entfernt, und (ii) das erste Magnetpolgruppenpaar Pu+ und das dritte Magnetpolgruppenpaar Pu- sind im Wesentlichen um „360×(q+1/2)“ Grad im elektrischen Winkel entfernt. Dabei stehen s, m, n und q jeweils für die folgenden Zahlen:
- s: Anzahl der Phasen
- m: eine ganze Zahl, die größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich s-1 ist, wobei die ganze Zahl kein Teiler von s (außer 1) und kein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist
- n: eine ganze Zahl gleich oder größer als 1
- q: eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
(15) In der rotierenden elektrischen Maschine von (14), wenn (eine Anzahl von Phasen des Magnetfeldtabschnitts)/2 als „p“ definiert ist und eine Anzahl von Spulenpaaren jeder Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“.
(16) Wie in 15A gezeigt, ist die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine eine gerade Zahl von zwei oder mehr, und der Ankerabschnitt Am8 kann für jede Phase ein Spulenpaar (zum Beispiel CLa+, CLa-) mit zwei Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen enthalten. Wie in 15B gezeigt, sind die Wicklungsrichtung der Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares Pa+ und die Wicklungsrichtung der Spule des zweiten Magnetpolgruppenpaares Pv+ gleich, und die Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares Pa+ und die Spule des dritten Magnetpolgruppenpaares Pabilden ein Spulenpaar. In dieser Struktur sind (i) das erste Magnetpolgruppenpaar und das zweite Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um „360×(n+m/s/2)“ Grad im elektrischen Winkel voneinander entfernt, und (ii) das erste Magnetpolgruppenpaar und das dritte Magnetpolgruppenpaar sind im Wesentlichen um „360×(q+1/2)“ Grad im elektrischen Winkel voneinander entfernt. Dabei stehen s, m, n und q jeweils für die folgenden Zahlen:
- s: Anzahl der Phasen
- n: eine ganze Zahl gleich oder größer als 1
- m: eine ganze Zahl, die größer oder gleich 1 und kleiner oder gleich s-1 ist, wobei die ganze Zahl kein Teiler von s ist (außer 1) und andere als Vielfache des Teilers (außer 1)
- q: eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
(17) In der rotierenden elektrischen Maschine von (16), wenn (eine Anzahl von Polen des Magnetfeldtabschnitts)/2 als „p“ definiert ist, ist eine Anzahl von Spulenpaaren für jede Phase als „c“ definiert, „(360/p)×(n+m/s/2)“ ist im Wesentlichen gleich „180/s/c“.
(18) Wie in 16 und 20 gezeigt, kann jeder der Magnetfeldkerne 22N und 22S zwei Teilmagnetfeldkerne 22f enthalten, die zwischen zwei benachbarten Magneten Mg angeordnet sind und in der Maschinenbewegungsrichtung voneinander entfernt sind. Diese Struktur dient dazu, akkumulierte Maßfehler in den Magnetfeldkernen 22N und 22S und den Magneten Mg zu reduzieren, wodurch die Positionsgenauigkeit der Magnetfeldkerne 22N und 22S und der Magnete Mg verbessert wird.

Liste der Bezugszeichen
22N, 22S: Magnetfeldkern, 22f: Teilmagnetfeldkerne, 23: Befestigungsabschnitt, 33A: Magnetpolgruppen-Teilkern, 33A1: erster Teilkern, 33A2: zweiter Teilkern, 33D: Joch-Teilkern, 33E: Endstahlblech, 33F: Körperstahlblech, 33G, 33H: Joch-Teilkern, 33J: Magnetpolkern, 33a: Magnetpol, 33b: gemeinsame Basis, 33c: Jochabschnitt, 33d: vertiefter Abschnitt, 33e: Schlitzfläche, 33f, 33g, 33h: Einpassloch, 33i: Kopplungsfläche, 33j: Einpassloch, 33m: Raum, 33n: vorstehender Abschnitt, 33u: Seitenfläche, 34E: Endstahlblech, 34F: Körperstahlblech, 34G, 34H: Joch-Teilkern, 34J: Magnetpolkern, 34a: Magnetpol, 34b: vertiefter Abschnitt, 34c: Jochabschnitt, 34g, 33h: Einpassloch, 34j: Einpassloch, 34n: vorstehender Abschnittl, 55a: Eingriffsabschnitt, 55b: eingegriffener Abschnitt, Am1 bis Am8, Am10, Am21 bis Am27: Ankerabschnitt, CL: Spule, Fs: Magnetfeldtabschnitt, G1, G2: Magnetpolgruppe, H1: erster Ankerkern, H2: zweiter Ankerkern, L, L11, L12: Kernkopplungsabschnitt, L1, L2: Einpassabschnitt, L3: Erstreckungsabschnitt, L5: erster Teilkern, L5a, L5b: Teilkern, L6: zweiter Teilkern, L6a, L6b: Teilkern, L7: Erstreckungsabschnitt, L8: Einpassabschnitt, Le: Endabschnitt des Kernkopplungsabschnitts, Li: Kopplungsmechanismus, M1 bis M5, M8: rotierende elektrische Maschine, M10: lineare elektrische Maschine, M21: rotierende elektrische Maschine, M22 bis M24: lineare elektrische Maschine, M25 bis M27: rotierende elektrische Maschine, Mg: Magnet, P: Magnetpolgruppenpaar, Sp1, Sp2: Elektrostahlblech, ϕ1, ϕ2, ϕ7: magnetischer Fluss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2003513599 [0003]
JP 2007306745 [0003]
JP 2007185087 A [0003]

Claims

Eine elektrische Maschine, die umfasst: einen Ankerabschnitt; und einen Magnetfeldtabschnitt, der relativ zu dem Ankerabschnitt bewegbar ist, wobei der Magnetfeldabschnitt eine Mehrzahl von Magnetfeldkernen, die in einer Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Magneten enthält, die Maschinenbewegungsrichtung ist eine Richtung einer relativen Bewegung zwischen dem Ankerabschnitt und dem Magnetfeldabschnitt, jeder Magnet ist zwischen zwei benachbarten Magnetfeldkernen angeordnet, der Ankerabschnitt enthält einen ersten Ankerkern und einen zweiten Ankerkern, die in einer Richtung, welche die Maschinenbewegungsrichtung schneidet, voneinander entfernt sind, eine Kernkopplungsstruktur, die den ersten Ankerkern mit dem zweiten Ankerkern magnetisch koppelt, und eine Mehrzahl von Spulen, der erste Ankerkern enthält eine erste Magnetpolgruppe und eine zweite Magnetpolgruppe, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind, der zweite Ankerkern enthält eine dritte Magnetpolgruppe und eine vierte Magnetpolgruppe, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind, eine Position der ersten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung entspricht einer Position der dritten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung, eine Position der zweiten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung entspricht einer Position der vierten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung, die Mehrzahl von Spulen enthält eine erste Spule, die in einer von der ersten Magnetpolgruppe oder der dritten Magnetpolgruppe vorgesehen ist, ein erster magnetischer Fluss, der durch die erste Spule fließt, und ein zweiter magnetischer Fluss, der durch die erste Spule fließt, sind von einem oder einigen der Magnete gebildet, ein erster Magnetkreis, durch den der erste Magnetfluss fließt, enthält die erste Magnetpolgruppe, die zweite Magnetpolgruppe, die dritte Magnetpolgruppe, die vierte Magnetpolgruppe, den Magnetfeldkern und die Magnete, ein zweiter Magnetkreis, durch den der zweite magnetische Fluss fließt, enthält die erste Magnetpolgruppe, die Kernkopplungsstruktur, die dritte Magnetpolgruppe, den Magnetfeldkern und die Magnete, der Magnetfeldabschnitt enthält eine erste Fläche entlang der Maschinenbewegungsrichtung, der erste Ankerkern und der zweite Ankerkern sind in einer ersten Richtung angeordnet, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung in Bezug auf die erste Fläche des Magnetfeldabschnitts schneidet, die Kernkopplungsstruktur enthält eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind, und die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten enthält einen Kernkopplungsabschnitt, der in der ersten Richtung in Bezug auf die erste Magnetpolgruppe, die dritte Magnetpolgruppe und die erste Spule positioniert ist.
Eine elektrische Maschine, die umfasst: einen Ankerabschnitt; und einen Magnetfeldtabschnitt, der relativ zu dem Ankerabschnitt bewegbar ist, wobei der Magnetfeldabschnitt eine Mehrzahl von Magnetfeldkernen, die in einer Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Magneten enthält, die Maschinenbewegungsrichtung ist eine Richtung einer relativen Bewegung zwischen dem Ankerabschnitt und dem Magnetfeldabschnitt, jeder Magnet ist zwischen zwei benachbarten Magnetfeldkernen angeordnet, der Ankerabschnitt enthält einen ersten Ankerkern und einen zweiten Ankerkern, die in einer Richtung, welche die Maschinenbewegungsrichtung schneidet, voneinander entfernt sind, eine Kernkopplungsstruktur, die den ersten Ankerkern mit dem zweiten Ankerkern magnetisch koppelt, und eine Mehrzahl von Spulen, der erste Ankerkern enthält eine erste Magnetpolgruppe und eine zweite Magnetpolgruppe, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind, der zweite Ankerkern enthält eine dritte Magnetpolgruppe und eine vierte Magnetpolgruppe, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet und magnetisch miteinander gekoppelt sind, eine Position der ersten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung entspricht einer Position der dritten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung, eine Position der zweiten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung entspricht einer Position der vierten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung, die Mehrzahl von Spulen enthält eine erste Spule, die in einer von der ersten Magnetpolgruppe oder der dritten Magnetpolgruppe vorgesehen ist, ein erster magnetischer Fluss, der durch die erste Spule fließt, und ein zweiter magnetischer Fluss, der durch die erste Spule fließt, sind von einem oder einigen der Magnete gebildet, ein erster Magnetkreis, durch den der erste Magnetfluss fließt, enthält die erste Magnetpolgruppe, die zweite Magnetpolgruppe, die dritte Magnetpolgruppe, die vierte Magnetpolgruppe, den Magnetfeldkern und die Magnete, ein zweiter Magnetkreis, durch den der zweite magnetische Fluss fließt, enthält die erste Magnetpolgruppe, die Kernkopplungsstruktur, die dritte Magnetpolgruppe, den Magnetfeldkern und die Magnete, der Magnetfeldabschnitt enthält eine erste Fläche und eine zweite Fläche entlang der Maschinenbewegungsrichtung, der erste Ankerkern ist in einer ersten Richtung angeordnet, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung in Bezug auf die erste Fläche des Magnetfeldabschnitts schneidet, der zweite Ankerkern ist in einer zweiten Richtung angeordnet, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung in Bezug auf die zweite Fläche des Magnetfeldabschnitts schneidet.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern aus laminiertem Stahl besteht, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält und eine Mehrzahl von Einpasslöchern enthält, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst sind, und in dem zumindest einen der Ankerkerne jedes der Mehrzahl von Einpasslöcher einen Schlitz hat, der sich von dem Einpassloch in einer Richtung erstreckt, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet, oder eine Öffnung hat, die in einer Richtung offen ist, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei der Magnetfeldtabschnitt relativ zu dem Ankerabschnitt um eine Achse drehbar ist, zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern aus laminiertem Stahl besteht, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält und eine Mehrzahl von Einpasslöchern enthält, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst sind, und der zumindest eine der Ankerkerne einen Schlitz enthält, der sich mit einer geschlossenen Kurve schneidet, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöchern und der Mehrzahl von Magnetpolgruppen, die auf dem zumindest einen der Ankerkerne ausgebildet sind, verläuft und die Achse umgibt.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, wobei die Kernkopplungsstruktur eine Mehrzahl von Kopplungsabschnitten enthält, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind, zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern aus laminiertem Stahl besteht, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält und eine Mehrzahl von Einpasslöchern enthält, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst sind, und in dem zumindest einen der Ankerkerne jedes der Mehrzahl von Einpasslöcher einen Schlitz hat, der sich von dem Einpassloch in einer Richtung erstreckt, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet, oder eine Öffnung hat, die in einer Richtung offen ist, die sich mit der Laminierungsrichtung der Stahlbleche schneidet.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 2 oder 5, wobei der Magnetfeldtabschnitt relativ zu dem Ankerabschnitt um die Achse drehbar ist, die Kernkopplungsstruktur eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten enthält, die in einer Rotationsrichtung angeordnet sind, zumindest einer von dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern aus laminiertem Stahl besteht, der eine Mehrzahl von laminierten Stahlblechen enthält und eine Mehrzahl von Einpasslöchern enthält, in welche die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten in einer Laminierungsrichtung der Stahlbleche eingepasst sind, und der zumindest eine der Ankerkerne einen Schlitz enthält, der sich mit einer geschlossenen Kurve schneidet, die zwischen der Mehrzahl von Einpasslöchern und der Mehrzahl von Magnetpolgruppen, die auf dem zumindest einen der Ankerkerne ausgebildet sind, verläuft und die Achse umgibt.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kernkopplungsstruktur einstückig mit dem ersten Ankerkern oder dem zweiten Ankerkern ausgebildet ist.
Die elektrische Maschine gemäß irgendeinem der Ansprüche 2, 5 und 6, wobei die Kernkopplungsstruktur eine Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitten enthält, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind, der erste Ankerkern einen ersten Jochabschnitt enthält, und die erste Magnetpolgruppe und die zweite Magnetpolgruppe in dem ersten Jochabschnitt auf der Seite des Magnetfeldabschnitts ausgebildet sind, der zweite Ankerkern einen zweiten Jochabschnitt enthält, und die dritte Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe in dem zweiten Jochabschnitt auf der Seite des Magnetfeldabschnitts ausgebildet sind, und die Mehrzahl von Kernkopplungsabschnitte einen Kernkopplungsabschnitt enthalten, der den ersten Jochabschnitt magnetisch mit dem zweiten Jochabschnitt koppelt und an einer Position angeordnet ist, die einer Position der ersten Magnetpolgruppe und einer Position der dritten Magnetpolgruppe in der Maschinenbewegungsrichtung entspricht.
Die elektrische Maschine gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede der ersten Magnetpolgruppe, der zweiten Magnetpolgruppe, der dritten Magnetpolgruppe und der vierten Magnetpolgruppe eine Mehrzahl von Magnetpolen enthält, die in der Maschinenbewegungsrichtung angeordnet sind.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 9, wobei jeder der Mehrzahl von Magnetpole eine Form hat, die in Richtung des Magnetfeldtabschnitts vorsteht.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 9, wobei jeder der Mehrzahl von Magnetpole enthält einen Körper mit einer Form, die zu dem Magnetfeldtabschnitt vorsteht, und einen vorspringenden Abschnitt, der sich von dem Körper in einer Richtung erstreckt, die sich mit der Maschinenbewegungsrichtung schneidet.
Die elektrische Maschine gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Anzahl der Phasen der elektrischen Maschine eine ungerade Zahl von drei oder mehr ist, der Ankerabschnitt für jede Phase eine Spule oder zwei oder mehr Spulen, welche die Wicklungsrichtung haben, enthält, die erste Magnetpolgruppe und die dritte Magnetpolgruppe ein erstes Magnetpolgruppenpaar bilden, die zweite Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe bilden ein zweites Magnetpolgruppenpaar bilden, die Spule zu jedem von dem ersten Magnetpolgruppenpaar und dem zweiten Magnetpolgruppenpaar vorgesehen ist, wenn ein Winkel zwischen zwei Magnetfeldkernen, die benachbart sind und dieselbe Polarität haben, als 360 Grad in einem elektrischen Winkel definiert ist, das erste Magnetpolgruppenpaar und das zweite Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(n+m/s) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt sind, wobei „s“ eine Anzahl von Phasen ist, „m“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als s-1 ist, wobei die ganze Zahl von einem Teiler von „s“ (außer 1) und von Vielfachen des Teilers (außer 1) verschieden ist, und „n“ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 12, wobei der Magnetfeldtabschnitt und der Ankerabschnitt relativ zueinander drehbar sind, und wenn „(eine Anzahl von Phasen des Magnetfeldtabschnitts)/2“ als „p“ und eine Anzahl von Spulen jeder Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“.
Die elektrische Maschine gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Anzahl der Phasen der elektrischen Maschine eine ungerade Zahl von drei oder mehr ist, der Ankerabschnitt ein Spulenpaar für jede Phase enthält, das Spulenpaar enthält zwei Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen, der erste Ankerkern eine erste Magnetpolgruppe, die zweite Magnetpolgruppe und eine fünfte Magnetpolgruppe enthält, der zweite Ankerkern die dritte Magnetpolgruppe, die vierte Magnetpolgruppe und einen sechsten Magnetpol enthält, die erste Magnetpolgruppe und die dritte Magnetpolgruppe ein erstes Magnetpolgruppenpaar bilden, die zweite Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe ein zweites Magnetpolgruppenpaar bilden, die fünfte Magnetpolgruppe und die sechste Magnetpolgruppe ein drittes Magnetpolgruppenpaar bilden, eine Wicklungsrichtung einer Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares ist eine gleiche Richtung wie eine Wicklungsrichtung einer Spule des zweiten Magnetpolgruppenpaares, und die Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares und eine Spule des dritten Magnetpolgruppenpaares bilden das Spulenpaar, wenn ein Winkel zwischen zwei Magnetfeldkernen, die benachbart sind und dieselbe Polarität haben, als 360 Grad in einem elektrischen Winkel definiert ist, (i) das erste Magnetpolgruppenpaar und das zweite Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(n+m/s) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt sind, und (ii) das erste Magnetpolgruppenpaar und das dritte Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(q+1/2) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt sind, wobei „s“ ist eine Anzahl von Phasen, „m“ ein Wert, größer oder gleich 1 und gleich oder größer als 1 und kleiner als „s-1“ ist, wobei die ganze Zahl nicht Teiler von „s“ (außer 1) oder Vielfache des Teilers (außer 1) ist, „n“ ein Wert größer oder gleich 1 ist, und „q“ ein Wert größer oder gleich 1 ist.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 14, wobei der Magnetfeldtabschnitt und der Ankerabschnitt relativ zueinander drehbar sind, und wenn „(eine Anzahl von Phasen des Magnetfeldtabschnitts)/2“ als „p“ definiert ist und eine Anzahl von Spulenpaaren jeder Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s)“ im Wesentlichen gleich „360/s/c“.
Die elektrische Maschine gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Anzahl der Phasen der elektrischen Maschine eine gerade Zahl von zwei oder mehr ist, der Ankerabschnitt ein Spulenpaar für jede Phase enthält, das Spulenpaar aus zwei Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen besteht, der erste Ankerkern die erste Magnetpolgruppe, eine zweite Magnetpolgruppe und eine fünfte Magnetpolgruppe enthält, der zweite Ankerkern die dritte Magnetpolgruppe, eine vierte Magnetpolgruppe und einen sechsten Magnetpolgruppe enthält, die erste Magnetpolgruppe und die dritte Magnetpolgruppe ein erstes Magnetpolgruppenpaar bilden, die zweite Magnetpolgruppe und die vierte Magnetpolgruppe ein zweites Magnetpolgruppenpaar bilden, die fünfte Magnetpolgruppe und die sechste Magnetpolgruppe ein drittes Magnetpolgruppenpaar bilden, eine Wicklungsrichtung einer Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares eine gleiche Richtung wie eine Wicklungsrichtung einer Spule des zweiten Magnetpolgruppenpaares ist, und die Spule des ersten Magnetpolgruppenpaares und eine Spule des dritten Magnetpolgruppenpaares das Spulenpaar bilden, wenn ein Winkel zwischen zwei Magnetfeldkernen, die benachbart sind und dieselbe Polarität haben, als 360 Grad in einem elektrischen Winkel definiert ist, (i) das erste Magnetpolgruppenpaar und das zweite Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(n+m/2) Grad in dem elektrischen Winkel voneinander entfernt sind, und (ii) das erste Magnetpolgruppenpaar und das dritte Magnetpolgruppenpaar im Wesentlichen um 360×(q+1/2) Grad in dem elektrischen Winkel relativ voneinander entfernt sind, wobei „s“ eine Anzahl von Phasen ist, „m“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als „s-1“, wobei die ganze Zahl anders als kein Teiler von „s“ (außer 1) und anders als ein Vielfaches des Teilers (außer 1) ist, „n“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, und „q“ eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
Die elektrische Maschine gemäß Anspruch 16, wobei der Magnetfeldtabschnitt und der Ankerabschnitt relativ drehbar sind, wenn „(eine Anzahl der Pole des Magnetfeldtabschnitts)/2“ als „p“ definiert ist, eine Anzahl von Spulenpaaren für jede Phase als „c“ definiert ist, ist „(360/p)×(n+m/s/2)“ im Wesentlichen gleich „180/s/c“.
Die elektrische Maschine gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, wobei jeder der Mehrzahl von Magneten in der Maschinenbewegungsrichtung magnetisiert ist, und jeder der Mehrzahl von Magnetfeldkerne enthält zwei Teilmagnetfeldkerne, die sich zwischen zwei benachbarten Magneten positioniert sind und in Maschinenbewegungsrichtung voneinander entfernt sind.