DE112021003419T5

DE112021003419T5 - Rotor, sowie rotierende elektrische Maschine, die den Rotor verwendet

Info

Publication number: DE112021003419T5
Application number: DE112021003419.7T
Authority: DE
Inventors: Junji Kitao; Yu HIRAI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2023-04-27
Also published as: CN115699519A; JPWO2021261022A1; JP7047985B1; WO2021261022A1; US20230179043A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung weist einen Rotorkern (21) auf. Wenn das Zentrum eines Magnetpols des Rotorkerns (21) als d-Achse definiert ist und eine Achse in der Richtung, die elektrisch orthogonal zur d-Achse ist, als q-Achse definiert ist, weist der Rotorkern (21) Folgendes auf: eine Umgehungsbarriere (23), die ein nichtmagnetischer Bereich ist, der auf der q-Achse ausgebildet ist, einen ersten Magneten (221), der in einem Bereich des Rotorkerns (21) angeordnet ist, der näher an der d-Achse ist als es die q-Achse ist, und einen zweiten Magneten (222), von dem zumindest ein Teil in einem Bereich des Rotorkerns (21) auf der radialen Innenseite relativ zum ersten Magneten (221) angeordnet ist. Der zweite Magnet (222) ist in einem Bereich des Rotorkerns (21) angeordnet, der näher an der q-Achse ist als es der erste Magnet (221) ist. Ein Endpunkt des zweiten Magneten (222), der der q-Achse am nächsten liegt, befindet sich auf der radialen Innenseite im Rotorkern (21) relativ zur radial innersten Fläche, die eine Fläche auf der radial innersten Seite der Umgehungsbarriere (23) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, der Permanentmagneten aufweist; und eine rotierende elektrische Maschine.
Stand der Technik
Bei einem Rotor, der eine Struktur aufweist, bei der Permanentmagnete in einem Rotorkern eingebettet sind, gilt Folgendes: Falls - um die magnetischen Hauptflüsse in Abwesenheit einer Last zu verringern - der Rotorkern so ausgebildet ist, dass er einen Magnetpfad für magnetische Streuflüsse aufweist, die im Rotorkern geschlossen sind, wird der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine vom Permanentmagnet-Typ verbessert. Da der Rotorkern den Magnetpfad für die magnetischen Streuflüsse aufweist, werden die magnetischen Hauptflüsse verringert, und die Ausgangsleistung wird verringert.
In Anbetracht der obigen Umstände hat man eine rotierende elektrische Maschine vom variablen magnetischen Flusstyp vorgeschlagen, bei der die magnetischen Streuflüsse, die nach den benachbarten Permanentmagneten streuen, unter Verwendung eines q-Achsen-Stroms gesteuert werden, so dass die magnetischen Flüsse vom Permanentmagneten, die mit einer Spule verketten, die auf einen Stator gewickelt ist, gesteuert werden (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Im Patentdokument 1 hat ein Rotor einen oder mehrere Permanentmagneten, die jeweils einen d-Achsen-Magnetpfad bilden, und er weist Magnetfluss-Umgehungspfade auf, die jeweils als ein Pfad dienen, dem gefolgt werden soll, wenn ein Streuen von zumindest einem der Permanentmagnete, die im Rotor angeordnet sind, zu einem Pol eines benachbarten Permanentmagneten auftritt. Ein Magnetfluss-Eintrittsbereich und ein Magnetfluss-Austrittsbereich jedes Magnetfluss-Umgehungspfads sind nahe eines Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet.
Literaturverzeichnis
Patentdokument
Patentdokument 1: WO 2014/003730 A1
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Bei einer Konfiguration, bei der der Magnetfluss-Eintrittsbereich und der Magnetfluss-Austrittsbereich des Magnetfluss-Umgehungspfads nahe dem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet sind, müssen sowohl die magnetischen Flüsse, die mit dem Stator verketten, als auch die magnetischen Flüsse, die einem Kurzschluss innerhalb des Rotors unterworfen werden, innerhalb einer begrenzten Fläche einer Oberfläche des Rotors erzeugt werden. Außerdem tritt das folgende Problem auf. Um Magnetpfade sowoh für die magnetischen Flüsse, die mit dem Stator verketten, als auch die magnetischen Flüsse, die einem Kurzschluss innerhalb des Rotors unterworfen werden, innerhalb der begrenzten Fläche auszubilden, sind die Werte beider Typen von magnetischen Flüssen in einer Zielkonflikt-Relation, und ein Anstieg des maximalen Drehmoments führt zu einer Verringerung des variablen Werts der magnetischen Magnetflüsse.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor anzugeben, mit dem der variable Wert der magnetischen Magnetflüsse verbessert werden kann; und eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, die einen solchen Rotor verwendet.
Lösung der Probleme
Bei einem Rotor und einer rotierenden elektrischen Maschine, die den Rotor verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Wenn das Zentrum des Magnetpols eines Rotorkerns als d-Achse definiert wird und die Achse in der Richtung, die elektrisch orthogonal zur d-Achse ist, als q-Achse definiert wird, weist der Rotorkern Folgendes auf: eine Umgehungsbarriere, die ein nichtmagnetischer Bereich ist, der auf der q-Achse angeordnet ist; einen ersten Magneten, der in einem Bereich des Rotorkerns angeordnet ist, der der d-Achse näher liegt als es die q-Achse ist; und einen zweiten Magneten, von dem zumindest ein Teil in einem Bereich des Rotorkerns auf der radialen Innenseite relativ zu einer Flussbarriere und dem ersten Magnetpol angeordnet ist. Der zweite Magnet ist in einem Bereich des Rotorkerns angeordnet, der näher an der q-Achse ist als es der erste Magnet ist. Ein Endpunkt des zweiten Magneten, der er q-Achse am nächsten liegt, befindet sich auf der radialen Innenseite im Rotorkern relativ zur radial innersten Fläche, die eine Fläche auf der radial innersten Seite der Umgehungsbarriere ist.
Wirkung der Erfindung
Bei dem Rotor und der rotierenden elektrischen Maschine, die den Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, kann der variable Wert der magnetischen Magnetflüsse verbessert werden.
Figurenliste

1 ist ein vertikaler Querschnitt einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen Rotor aufweist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1 der rotierenden elektrischen Maschine, die den Rotor aufweist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine horizontale Querschnittsansicht von Großteilen des Rotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Analyseergebnis von Magnetfeldern - in Abwesenheit einer Last - des Rotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Analyseergebnis von Magnetfeldern - in Anwesenheit einer Last - des Rotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Analyseergebnis von Magnetfeldern - in Abwesenheit einer Last - einer Modifikation des Rotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein Analyseergebnis von Magnetfeldern - in Anwesenheit einer Last - einer Modifikation des Rotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Relation zwischen dem Strom und Φd im Rotor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine horizontale Querschnittsansicht von Großteilen des Rotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine horizontale Querschnittsansicht von Großteilen des Rotors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine horizontale Querschnittsansicht von Großteilen des Rotors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1, der rotierenden elektrischen Maschine, die den Rotor aufweist, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen nur schematische Darstellungen sind und Komponenten zur Erleichterung der Beschreibung weggelassen oder vereinfacht sein können. Außerdem sind die Größen und die gegenseitigen Positionsrelationen zwischen den Komponenten und dergleichen, die jeweils in den verschiedenen Zeichnungen gezeigt sind, nicht notwendigerweise akkurat gezeigt, und sie können verändert werden, wenn zweckmäßig. Außerdem sind in den nachstehenden Beschreibungen die gleichen gezeigten Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und die Namen und Funktionen dieser Komponenten werden auch als zueinander gleich angesehen. Daher sind detaillierte Beschreibungen dieser Komponenten gelegentlich weggelassen, um eine Redundanz zu vermeiden.
Ausführungsform 1
1 ist ein vertikaler Querschnitt einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen Rotor aufweist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1.Es sei angemerkt, dass die vertikale Querschnittsansicht eine Querschnittsansicht bezeichnet, die einen Querschnitt inklusive eine axialen Zentrums einer Drehwelle zeigt. Zur Erleichterung ist die Richtung parallel zum axialen Zentrum der Drehwelle als Axialrichtung definiert, die Richtung, die die Mitte am axialen Zentrum der Drehwelle hat und orthogonal zum axialen Zentrum der Drehwelle verläuft, ist als Radialrichtung definiert, und die Richtung der Rotation um die Drehwelle ist als die Umfangsrichtung definiert.
Wie in 1 gezeigt, weist eine rotierende elektrische Maschine 100 Folgendes auf: einen im Wesentlichen zylindrischen Rahmen 13; ein Paar von Lagerschalen 14, die an beiden Enden in Axialrichtung des Rahmens 13 montiert sind, so dass die Öffnungen auf beiden Seiten in Axialrichtung des Rahmens geschlossen sind; und eine Drehwelle 16, die von Lagern 15 gehalten wird, die am Paar der Lagerschalen 14 montiert sind, so dass sie drehbar im Rahmen 13 angeordnet sind.
Die rotierende elektrische Maschine 100 weist ferner Folgendes auf: einen Rotor 20, der an der Drehwelle 16 fixiert ist und drehbar im Rahmen 13 angeordnet ist; und einen Stator 10, der in den Rahmen 13 eingeführt ist und dort gehalten wird und koaxial auf der radialen Außenseite des Rotors 20 angeordnet ist. Ein Spalt G ist zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 10 ausgebildet. Der Rahmen 13, die Lagerschalen 14, die Lager 15 und die Drehwelle 16 sind Komponenten von bekannten Technologien, und folglich sind die übrigen detaillierten Beschreibungen dieser Komponenten weggelassen.
Wie in 2 gezeigt, weist der Stator 10 Folgendes auf: einen ringförmigen Statorkern 11; und eine Statorspule 12, die am Statorkern 11 montiert ist. Der Statorkern 11 weist eine ringförmige Kern-Rückseite 18 und eine Mehrzahl von Zähnen 19 auf, die von der Innenumfangsfläche der Kern-Rückseite 18 zur radialen Innenseite vorstehen. Der Statorkern 11 wird beispielsweise gebildet, indem elektromagnetische Stahlbleche in der Form von dünnen Flächenkörpern in der Axialrichtung gestapelt und integriert werden. 48 Zähne 19 sind in gleichwinkligen Abständen bzw. im gleichwinkligen Raster in der Umfangsrichtung angeordnet.
Die Breite, in der Umfangsrichtung, eines radial innersten Bereichs jedes Zahns 19 ist die Umfangsrichtungs-Breite T. Die Statorspule 12 wird von einer Spule mit verteiltert Wicklung eines Leiterdrahts implementiert, der zwischen den Zähnen 19 eingeführt ist und der über die Mehrzahl von Zähnen 19 verläuft. Die Verwendung einer verteilten Wicklung erleichtert es, das Reluktanzmoment zu nutzen.
Der Rotor 20 weist Folgendes auf: die Drehwelle 16; einen zylindrischen Rotorkern 21, der ein Wellen-Einführungsloch aufweist, das an dessen axialer Zentrumsposition ausgebildet ist; eine Mehrzahl von Permanentmagneten 22 (nachfolgend einfach als „Magnete 22“ bezeichnet), die innerhalb des Rotorkerns 21 eingebettet sind; und Umgehungsbarrieren 23, die nichtmagnetische Bereiche sind. Die Pfeile, die auf den Magneten 22 in der Zeichnung gezeigt sind, bezeichnen die Ausrichtungen. Der Rotorkern 21 ist an der Drehwelle 16 fixiert, die in das Wellen-Einführungsloch eingeführt ist. Der Rotorkern 21 wird beispielsweise gebildet, indem elektromagnetische Stahlbleche in der Form von dünnen Flächenkörpern in der Axialrichtung gestapelt und integriert werden. Als jeder Permanentmagnet 22 wird beispielsweise ein Neodym-Magnet mit einer hohen magnetischen Remanenzflussdichte verwendet.
Die Struktur des Rotors 20 wird weiter unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist eine horizontale Querschnittsansicht von Großteilen des Rotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Es sei angemerkt, dass die horizontale Querschnittsansicht eine Querschnittsansicht bezeichnet, die einen Querschnitt orthogonal zum axialen Zentrum der Drehwelle zeigt. In den in 3 nicht gezeigten Bereichen sind die gleichen Komponenten wie diejenigen im gezeigten Bereich kontinuierlich bzw. durchgehend in der Umfangsrichtung ausgebildet.
Jeder Magnet 22, der im Rotor 20 angeordnet ist, ist in einer Rechteckform ausgebildet, und eine Flussbarriere 25, die später noch beschrieben wird, ist auf jeder Kurzseite der Rechteckform des Magneten 22 angeordnet. Jeder Magnet 22 ist entweder ein erster Magnet 221 oder ein zweiter Magnet 222, wie später noch beschrieben wird. Jeder Magnet 22 ist in der Richtung von der einen Langseite zur anderen Langseite der Rechteckform magnetisiert, d. h. der Richtung parallel zu jeder Kurzseite. Es sei angemerkt, dass nur einige der Magneten 22 mit Bezugszeichen versehen sind und die übrigen Magneten 22 nicht mit Bezugszeichen versehen sind, um zu verhindern, dass die Zeichnung kompliziert wird.
Wie mit Pfeilen in der Zeichnung angezeigt, wird aufgrund einiger Magnete 22 unter den Magneten 22, die in Richtung der Seite des Stators 10 angeordnet und magnetisiert sind, ein N-Magnetpol ausgebildet, der als ein Pfad dient, durch den die magnetischen Flüsse von den Magneten 22 mit dem Stator 10 verketten. Wie mit Pfeilen in der Zeichnung angezeigt, werden außerdem aufgrund einiger Magnete 22, die von der Seite des Stators 10 in Richtung der Drehwelle 16 magnetisiert sind, S-Magnetpole ausgebildet, die jeweils als ein Pfad vom Stator 10 in Richtung des Rotors 20 dienen.
Hier ist das Zentrum des N-Magnetpols als d-Achse definiert, und die Richtungen, die elektrisch orthogonal zur d-Achse sind und sich jeweils zwischen Magnetpolen befinden, die der N-Pol und der zugehörige S-Pol sind, sind als q-Achsen definiert. Durch eine solche Magnetisierung und Anordnung kann ein Magnetpfad, der von jedem Magneten 22 gebildet wird, so ausgebildet werden, dass er am kürzesten ist, und folglich können die magnetischen Flüsse, die mit dem Stator 10 verketten, wirksam erhöht werden. Mithin kann jeder Magnet 22, der im Rotor 20 angeordnet werden soll, mit einem minimalen Magnetwert ausgebildet werden, der notwendig ist, um eine gewünschte Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine 100 zu verwirklichen.
Ein Magnetpol des Rotors 21 wird durch folgendes gebildet: einen ersten Magneten 221, der so angeordnet ist, dass er die d-Achse des Rotorkerns 21 in Umfangsrichtung überspannt, unter der Mehrzahl von Magneten 22; und zwei zweite Magneten 222, die in Bereichen des Rotorkerns 21 angeordnet sind, die näher an den q-Achsen sind als es der erste Magnet 221 es. Diese Konfiguration ermöglicht es, einen Magnetpol als Ganzes auszubilden, während eine Teilung in Folgendes vorgenommen wird: einen Magneten 22, der hauptsächlich dazu gedacht ist, magnetische Flüsse auszugeben, die mit dem Stator 10 verketten; und Magnete 22, die hauptsächlich dazu gedacht sind, magnetische Flüsse auszugeben, die im Rotor 20 einem Kurzschluss unterworfen werden.
Wenn drei Magnete 22, die einen Magnetpol bilden, als eine Magnetgruppe definiert werden, sind eine Mehrzahl der Magnetgruppen im Rotorkern 21 in gleichen Intervallen angeordnet, so dass sie voneinander in der Umfangsrichtung entfernt sind. Die d-Achse, die das Zentrum des N-Magnetpols ist, wie oben beschrieben, ist eine Achse, die den ersten Magneten 221 gleichmäßig in der Umfangsrichtung teilt. Außerdem ist jede q-Achse, die oben beschrieben ist, eine Achse, die durch einen Bereich des Rotorkerns 21 zwischen benachbarten Magnetgruppen verläuft, so dass der Bereich gleichmäßig in Umfangsrichtung geteilt ist.
Die zwei zweiten Magnete 222 jeder Magnetgruppe, die einen Magnetpol bilden, sind voneinander mit dazwischen eingefügtem erstem Magneten 221 in Umfangsrichtung entfernt und sind so angeordnet, dass die Gesamtheit der Magnetgruppe die Form eines Bogens hat. Der Bogen ist so ausgebildet, dass er einen Aussparungsbereich aufweist, der der Drehwelle 16 des Rotors 20 zugewandt ist. Das heißt: Unter den drei Magneten 22, die den einen Magnetpol bilden, ist der erste Magnet 221 in einem Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Außenseite relativ zu den übrigen zweiten Magneten 222 ausgebildet. In jedem N-Pol ist der erste Magnet 221 so angeordnet, dass dessen Magnetfluss-Austrittsfläche näher an der radialen Außenfläche des Rotorkerns 21 ist als es die Magnetfluss-Austrittsfläche jedes zweiten Magneten 222 ist. In jedem S-Pol ist die Magnetfluss-Eintrittsfläche des ersten Magneten 221 näher an der radialen Außenfläche des Rotorkerns 21 als es die Magnetfluss-Eintrittsfläche jedes zweiten Magneten 222 ist.
Jeder zweite Magnet 222 ist so angeordnet, dass zumindest ein Teil davon in einem Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Innenseite relativ zum ersten Magneten 221 angeordnet ist. Genauer gesagt: Der zweite Magnet 222 ist so angeordnet, dass sich dessen Endpunkt, der der zugehörigen q-Achse am nächsten liegt, auf der radialen Innenseite relativ zur radial innersten Fläche auf der radial innersten Seite einer zugehörigen der später beschriebenen Umgehungsbarrieren 23 befindet. Außerdem ist der zweite Magnet 222 so angeordnet, dass - von dessen beiden Enden in Umfangsrichtung - das Ende, das nahe an der q-Achse liegt, näher am axialen Zentrum liegt als das Ende, das fern von der q-Achse liegt, und das Ende fern von der q-Achse ist näher an der radialen Außenfläche des Rotorkerns 21 als es das andere Ende ist.
Das heißt, die Magnetfluss-Austrittsfläche jedes zweiten Magneten 222 ist gekippt bzw. steht schräg, und die Magnetfluss-Austrittsfläche jedes zweiten Magneten 222 im N-Magnetpol ist in Richtung der zugehörigen Seite der q-Achse gekippt. Die Verkippung erleichtert es den magnetischen Flüssen vom zweiten Magneten 222, in der beabsichtigten Richtung zu verketten. Die Verkippung wird so bestimmt, dass die magnetischen Flüsse, die von der Magnet-Ausgangsfläche des zweiten Magneten 222 mit einem weiteren zweiten Magneten 222 verketten, der diesem benachbart ist, und zwar mit dazwischen eingefügter q-Achse. Die Magnete 22, die jeden S-Magnetpol bilden, sind außerdem auf die gleiche Weise angeordnet, und die zweiten Magnete 222 in verschiedenen Polen, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, sind in einer verkippten Weise angeordnet, so dass sie achsensymmetrisch um die q-Achse sind.
Jeder Magnet 22 hat die Flussbarriere 25 an jedem von beiden seiner Enden in Umfangsrichtung. Die Flussbarriere 25 durchdringt den Rotorkern 21 in der Axialrichtung und ist ein leerer nichtmagnetischer Bereich. Die Flussbarriere 25, die an jedem von beiden Enden des ersten Magneten 221 angeordnet ist, und die Flussbarriere 25, die an dem zugehörigen der beiden Enden von jedem der zweiten Magneten 222 angeordnet ist, sind einander benachbart, wobei ein Bereich des Rotorkerns 21 dazwischen eingefügt ist. Der Bereich des Rotorkerns 21 zwischen dem ersten Magneten 221 und dem zweiten Magneten 222 im gleichen Pol, die einander benachbart sind, ist als ein Umgehungsbereich 24b definiert.
Jede Umgehungsbarriere 23 ist auf der zugehörigen q-Achse des Rotorkerns 21 ausgebildet. Die Umgehungsbarriere 23 durchdringt den Rotorkern 21 in der Axialrichtung und ist ein leerer nichtmagnetischer Bereich. Die Umgehungsbarriere 23 ist in einem Bereich des Rotorkerns 21 angeordnet, der von der radial äußersten Fläche des Rotors eingeschlossen ist und kommt auf der radialen Außenseite der zwei zweiten Magneten 222 an die Oberfläche, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist. Ein Bereich des Rotorkerns 21 in einem Intervall in der Radialrichtung zwischen der Umgehungsbarriere 23 und den zweiten Magneten 222 dient als ein Pfad, durch den die magnetischen Flüsse von dem einen zweiten Magneten 222 aus den zweiten Magneten 222 in den verschiedenen Polen, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, durch den anderen der zweiten Magneten 222 gehen, so dass sie innerhalb des Rotorkerns einem Kurzschluss unterworfen werden. Dieser Pfad ist als Umgehungsbereich 24a definiert.
Ein Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Innenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23 in einem Intervall in der Umfangsrichtung zwischen den zweiten Magneten 222 in den verschiedenen Polen, die einander benachbart sind, dient als ein Pfad für magnetische Flüsse, die vom Stator 10 erzeugt werden. Dieser Pfad ist als q-Achsen-Magnetpfadbereich definiert.
Als Nächstes wird die Relation zwischen jedem Magneten 22, der Umgehungsbarriere 23 und der Flussbarriere 25 beschrieben. Wie in 3 gezeigt, ist der Abstand, der ausgebildet wird, wenn die radial äußerste Fläche auf der radial äußersten Seite des Rotorkerns 21 und die Ecke jedes zweiten Magneten 222, der sich am nächsten bei der zugehörigen q-Achse befindet, miteinander parallel zur q-Achse verbunden sind, als ein Abstand A definiert. Der Abstand, der ausgebildet wird, wenn die radial äußerste Fläche des Rotorkerns 21 und die radial innerste Fläche auf der radial innersten Seite der Umgehungsbarriere 23 miteinander parallel zur q-Achse verbunden sind und der der längste Abstand von der radialen Außenseite des Rotorkerns 21 zur Umgehungsbarriere 23 ist, ist als ein Abstand B definiert.
Hier ist der Abstand B der Abstand, der ausgebildet wird, wenn der Schnittpunkt zwischen der q-Achse und der radialen Außenfläche des Rotorkerns 21 und der Schnittpunkt zwischen der q-Achse und der radial innersten Fläche der Umgehungsbarriere 23 miteinander verbunden sind. In diesem Fall sind die Umgehungsbarriere 23 und der zweite Magnet 222 im Rotorkern 21 so angeordnet, dass sie die Relation Abstand A > Abstand B erfüllen.
Der kürzeste Abstand auf dem Rotorkern 21 in Umfangsrichtung zwischen den Flussbarrieren 25, die an den zweiten Magneten 222 angeordnet sind, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, ist als der kürzeste Abstand C definiert. Der kürzeste Abstand auf dem Rotorkern 21 in Radialrichtung zwischen der Umgehungsbarriere 23 und jedem zweiten Magnet 222 oder der kürzeste Abstand auf dem Rotorkern 21 in der Radialrichtung zwischen der Umgehungsbarriere 23 und der Flussbarriere 25, die sich an einem Ende in Umfangsrichtung des zweiten Magneten 222 befindet, ist als der minimale Abstand D definiert. In diesem Fall sind die Flussbarriere 25, der zweite Magnet 222 und die Umgehungsbarriere 23 im Rotorkern 21 so angeordnet, dass die Relation kürzester Abstand C ≥ minimaler Abstand D×2 erfüllt ist. Die Umgehungsbarriere 23 ist so angeordnet, dass der minimale Abstand D länger ist als die Breite in Radialrichtung eines Bereichs des Rotorkerns 21 auf der radialen Außenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23.
Außerdem ist der minimale Abstand auf dem Rotorkern 21 von dem Schnittpunkt zwischen der d-Achse und der radial äußersten Fläche auf der radial äußersten Seite des ersten Magneten 221 zur radial äußersten Fläche des Rotors 20 als Abstand E definiert, und der minimale Abstand auf dem Rotorkern 21 vom Endpunkt auf der radial äußersten Seite des ersten Magneten zur radialen Außenfläche des Rotors 20 als Abstand F definiert. In diesem Fall ist der erste Magnet 221 im Rotorkern 21 so angeordnet, dass die Relation Abstand E > Abstand F erfüllt ist.
Die Breite in Umfangsrichtung des zweiten Magneten 222 ist als Umfangsrichtungs-Breite H definiert. In diesem Fall ist die Relation Umfangsrichtungs-Breite H ≥ kürzester Abstand C×2 erfüllt. Wenn die Breite in Umfangsrichtung eines radial äußersten Bereichs der Umgehungsbarriere 23 als Umfangsrichtungs-Breite P definiert ist, wird die Relation zwischen der Umfangsrichtungs-Breite P und der Umfangsrichtungs-Breite T des radial innersten Bereichs jedes Zahns 19 als Umfangsrichtungs-Breite P ≥ Umfangsrichtungs-Breite T ausgedrückt.
Hier werden die vorteilhaften Wirkungen der obigen Konfiguration unter Bezugnahme auf 4 bis 7 beschrieben.4 zeigt einen Magnetflussdichtevektor bei der Analyse von Magnetfeldern - in Abwesenheit einer Last - auf dem Rotor mit der in 3 gezeigten Form. 5 zeigt einen Magnetflussdichtevektor bei der Analyse von Magnetfeldern - in Anwesenheit einer Last - auf dem Rotor mit der in 3 gezeigten Form. 6 zeigt einen Magnetflussdichtevektor bei der Analyse von Magnetfeldern - in Abwesenheit einer Last - auf einem Rotor mit einer Form, bei der der kürzeste Abstand C von demjenigen der Form geändert ist, die in 4. gezeigt ist.
7 zeigt einen Magnetflussdichtevektor bei der Analyse von Magnetfeldern - in Anwesenheit einer Last - auf dem Rotor mit einer Form, bei der der kürzeste Abstand C von demjenigen der Form geändert ist, die in 4. gezeigt ist. In 4 bis 7 ist die Spanne bzw. der Bereich des Umgehungsbereichs 24a im Rotorkern 21, der über den minimalen Abstand D verläuft, wie oben beschrieben, als Großteil (a) definiert. Die Spanne bzw. der Bereich des q-Achsen-Magnetpfadbereich im Rotorkern 21, der über den kürzesten Abstand C verläuft, wie oben beschrieben, und der sich im Intervall in Umfangsrichtung zwischen den zweiten Magneten 222 in den verschiedenen Polen befindet, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, ist als Großteil (b) definiert. Die Spanne bzw. der Bereich im Rotorkern 21, der den Umgehungsbereich 24b einschließt und der sich im Intervall in Umfangsrichtung zwischen dem zweiten Magneten 222 und dem ersten Magneten 221 in demselben Pol befindet, ist als Großteil (c) definiert.
Hinsichtlich der magnetischen Flussdichte im Rotor 20 in Abwesenheit einer Last ist ersichtlich, dass die magnetische Flussdichte am Großteil (a) hoch ist, wie in 4 gezeigt. Außerdem zeigt sich, dass die magnetische Flussdichte am Großteil (b) niedrig ist.
Außerdem zeigt sich, dass viele der magnetischen Flüsse, die vom ersten Magneten 221 erzeugt werden, durch den Großteil (c) gehen. Mit anderen Worten: Viele der magnetischen Flüsse, die von einem der zweiten Magnete 222 erzeugt werden, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, gehen durch den Umgehungsbereich 24a des Rotorkerns 21, verketten mit dem anderen zweiten Magneten 222, der diesem benachbart ist, und werden einem Kurzschluss im Rotorkern 21 unterworfen. Einige der magnetischen Flüsse vom ersten Magneten 221 gehen durch den Umgehungsbereich 24b zwischen dem ersten Magneten 221 und jedem zweiten Magneten 222 und werden einem Kurzschluss unterworfen.
In der Anwesenheit einer Last haben die magnetische Flussdichte am Großteil (a) und die magnetische Flussdichte am Großteil (b) ungefähr die gleiche Stärke, wie in 5 gezeigt. Außerdem ist ersichtlich, dass die magnetischen Flüsse, die vom Stator 10 erzeugt werden, wenn der Strom durch die Statorspule 12 des Stators 10 geleitet wird, mit dem Großteil (b) und dem Großteil (a) des Rotorkerns 21 verketten. Auf ähnliche Weise verketten die magnetischen Flüsse, die vom Stator 10 erzeugt werden, auch mit dem Großteil (c).
Das heißt, wie oben beschrieben, ermöglicht es die Konfiguration, bei der die Umgehungsbarriere 23 und der zweite Magnet 222 im Rotorkern 21 so angeordnet sind, dass die Relation Abstand A > Abstand B erfüllt ist, insbesondere, dass ein Pfad für die magnetischen Flüsse an einem Bereich des Rotorkerns 21 im Intervall in Radialrichtung zwischen der Umgehungsbarriere 23 und dem zweiten Magneten 222 gewährleistet ist. Demzufolge kann veranlasst werden, dass die magnetischen Flüsse vom zweiten Magneten 222 in Abwesenheit einer Last einem Kurzschluss an einem Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Innenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23 im Rotorkern 21 unterworfen werden.
Außerdem gilt Folgendes: Wenn der erste Magnet 221 und der zweite Magnet 222 so angeordnet sind, dass sie voneinander in demselben Pol entfernt sind, kann der Rotorkern 21, der als Pfade für die magnetischen Flüsse dient, die Pfade für die magnetischen Flüsse gewährleisten, und es kann veranlasst werden, dass einige der magnetischen Flüsse vom ersten Magneten 221 in Abwesenheit einer Last einem Kurzschluss im Rotorkern 21 unterworfen werden. In der Abwesenheit der Last werden daher die magnetischen Flüsse, die im Rotorkern 21 dem Kurzschluss unterworfen werden, erhöht, wodurch die magnetischen Hauptflüsse verringert werden, und der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine 100 kann verbessert werden.
Außerdem ist die Sättigung der magnetischen Flussdichte, die erhalten wird, wenn elektromagnetische Stahlbleche für den Rotorkern 21 verwendet werden, ungefähr 2 T, und die magnetische Flussdichte, die erhalten wird, wenn ein Neodym-Magnet für den zweiten Magneten 222 verwendet wird, ist innerhalb des Magneten ungefähr 1 T. Folglich ist es nötig, dass die Relation Umfangsrichtungs-Breite H ≥ kürzester Abstand C×2 erfüllt ist, damit die magnetischen Flüsse vom zweiten Magneten 222 weiterhin einem Kurzschluss über den minimalen Abstand D unterworfen werden, bis die Sättigung der magnetischen Flussdichte erreicht ist.
Wenn die Relation Umfangsrichtungs-Breite H ≥ kürzeste Abstand C×2 erfüllt ist, kann der magnetische Fluss, der dem Kurzschluss im Großteil (a) des Rotorkerns 21 unterworfen wird, maximal erhöht werden. In der Abwesenheit der Last werden daher die magnetischen Flüsse, die im Rotorkern 21 dem Kurzschluss unterworfen werden, erhöht, wodurch die magnetischen Hauptflüsse verringert werden, und der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine 100 kann verbessert werden.
Außerdem ermöglicht die Konfiguration, bei der die Anordnung so durchgeführt wird, dass der Umgehungsbereich 24a an einem Bereich des Rotorkerns 21 im Intervall in der Radialrichtung zwischen der Umgehungsbarriere 23 und den zweiten Magneten 222 vorhanden ist, dass der Umgehungsbereich 24a, der als ein Kurzschlusspfad für die magnetischen Flüsse vom zweiten Magneten 222 in Abwesenheit der Last dient, hauptsächlich als ein Pfad für magnetische Flüsse dient, die vom Stator 10 in Anwesenheit einer Last erzeugt werden.
Demzufolge können sowohl eine Erhöhung des Werts der magnetischen Kurzschluss-Flüsse, die innerhalb des Rotors 20 erzeugt werden, und eine Erhöhung des Werts der magnetischen Magnetflüsse erzielt werden, die mit dem Stator 10 verketten. Wie am Großteil (d) in 5 gezeigt, kann außerdem der Wert der magnetischen Flüsse, die mit dem Stator 10 verketten, erhöht werden, indem die Relation Umfangsrichtungs-Breite P ≥ Umfangsrichtungs-Breite T erfüllt wird.
Als Nächstes werden die magnetischen Flussdichten beschrieben, die im Rotor 20 erhalten werden, wenn der kürzeste Abstand C so vorgegeben ist, dass er kürzer als der obige kürzeste Abstand C ist, der in 4 gezeigt ist. In Abwesenheit der Last ist die magnetische Flussdichte am Großteil (a) hoch, wie in 6 gezeigt.Dies rührt daher, dass - auf die gleiche Weise wie bei der Konfiguration in 4 - viele der magnetischen Flüsse, die von einem der zweiten Magneten 222 erzeugt werden, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, durch den Umgehungsbereich 24a im Rotorkern 21 gehen und durch den zweiten Magneten 222 gehen, der diesem benachbart ist, und zwar im verschiedenen Pol, und einem Kurzschluss im Rotorkern 21 unterworfen werden, und einige der magnetischen Flüsse vom ersten Magneten 221 durch den Bereich des Rotorkerns 21 zwischen dem ersten Magneten 221 und jedem zweiten Magneten 222 gehen und dem Kurzschluss unterworfen werden.
Das bedeutet Folgendes: Wenn die Relation Abstand A > Abstand B erfüllt ist, können die magnetischen Flüsse erhöht werden, die dem Kurzschluss im Rotorkern 21 unterworfen werden, und es gibt keinen Einfluss des Kürzens des kürzesten Abstands C auf die magnetischen Flüsse vom zweiten Magneten 222 in Abwesenheit einer Last.
Wie in 7 gezeigt, zeigt sich indessen, dass - hinsichtlich der magnetischen Flussdichte im Rotor 20 in Anwesenheit einer Last - die magnetische Flussdichte am Großteil (a) niedriger ist als am Großteil (b). Die Richtung der magnetischen Flüsse von jedem zweiten Magneten 222 und die Richtung der magnetischen Flüsse, die vom Stator 10 erzeugt werden, sind Faktoren der magnetischen Flussdichte, die am Großteil (a) niedriger sind als am Großteil (b). Diese Richtungen werden unten detailliert beschrieben.
Die Stärke der magnetischen Flussdichte in Anwesenheit einer Last wird durch Überlagerung von magnetischen Flüssen, die vom Stator 10 erzeugt werden, und magnetischen Flüssen bestimmt, die im Rotor 20 erzeugt werden. Im Großteil (a) sind die Richtung der magnetischen Flüsse vom zweiten Magneten 222 und die Richtung der magnetischen Flüsse, die vom Stator 10 erzeugt werden, zueinander entgegengesetzt, und im Großteil (b) erfolgt eine Änderung von dem Zustand, in dem die magnetische Flussdichte 0 ist, zur Sättigung. Wenn beispielsweise die Richtung der magnetischen Flüsse, die vom zweiten Magneten 222 erzeugt werden, als negative Richtung definiert ist, ändert sich das Phänomen im Großteil (a) von magnetischer Sättigung in der negativen Richtung zu magnetischer Sättigung in der positiven Richtung.
Indessen ändert sich das Phänomen im Großteil (b) von dem Zustand, in dem der magnetische Fluss 0 ist, zur magnetischen Sättigung in der positiven Richtung. Daher tritt in dem Fall, in dem der kürzeste Abstand C ungefähr gleich dem minimalen Abstand D ist, wie in 7 gezeigt, die magnetische Sättigung leichter im Großteil (b) auf als im Großteil (a). Wenn die magnetische Sättigung im Großteil (b) auftritt, dann verketten weniger magnetische Flüsse mit dem Großteil (a) und gehen zur Seite des Stators 10. Das gleiche gilt für den Fall, in dem der kürzeste Abstand C kürzer ist als der minimale Abstand D.
Daher muss eine Konfiguration verwendet werden, bei der der kürzeste Abstand C länger ist als der minimale Abstand D, um wirkungsvoller vom Rotorkern 21 am Großteil (a) als Pfad für magnetische Flüsse in Anwesenheit einer Last Gebrauch zu machen. Die Verwendung der Konfiguration, bei der der kürzeste Abstand C länger ist als der minimale Abstand D, ermöglicht es, eine Unterdrückung - infolge der magnetischen Sättigung im Großteil (b) - der Verkettung von magnetischen Flüssen mit dem Großteil (a) zu vermeiden, und ermöglicht es, wirkungsvoller von einem Bereich des Rotorkerns 21 in der Umgebung des Großteil (a) in Anwesenheit einer Last Gebrauch zu machen.
Die Relation zwischen dem kürzesten Abstand C und dem minimalen Abstand D wird weiter unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.8 zeigt ein Ergebnis, dass sich auf Φd bezieht und erhalten wird, wenn die magnetischen Flüsse, die mit dem Stator 10 verketten, zur Zeit der Stromleitung in die d-Achsenrichtung und die q-Achsenrichtung aufgeteilt würden. In der Zeichnung zeigt die durchgezogene Linie Φd in der Konfiguration, die die Relation kürzester Abstand C ≥ minimaler Abstand D×2 (C>2D) erfüllt, und die unterbrochene Linie zeigt Φd in der Konfiguration, die die Relation minimaler Abstand D×2 > kürzester Abstand C (2D>C) erfüllt.
Φd ist äquivalent zum Wert der magnetischen Flüsse von jedem Magneten 22, der im Rotor 20 angeordnet ist, die mit dem Stator 10 verketten. Es zeigt sich, dass, wenn der Strom geleitet wird, der Wert der Zunahme von Φd bei der Konfiguration, die die Relation C≥2D erfüllt, höher ist. Der Wert der Zunahme von Φd bedeutet den Wert der Zunahme der magnetischen Flüsse vom Magneten 22.
Wie oben auch beschrieben, werden die magnetischen Flüsse, die durch den Großteil (b) gehen, durch Überlagerung der magnetischen Flüsse vom Stator 10 und der magnetischen Flüsse vom Magneten 22 bestimmt, und Φd bildet sich aufgrund dieser Überlagerung aus. Daher gilt Folgendes: Wenn die Umgehungsbarriere 23 auf der radialen Außenseite des Rotorkerns 21 relativ zur Magnetfluss-Erzeugungsfläche jedes zweiten Magnetn 222 ausgebildet ist und die Umgehungsbarriere 23 und der zweite Magnet 222 so angeordnet sind, dass die obige Relation Abstand A > Abstand B erfüllt ist, wird eine Konfiguration erhalten, bei der die Überlagerung von magnetischen Flüssen in Anwesenheit einer Last auftritt. Demzufolge kann Φd erhöht werden. Außerdem ermöglicht eine Konfiguration, bei der jede Flussbarriere 25, der zweite Magnet 222 und die Umgehungsbarriere 23 jeweils im Rotorkern 21 angeordnet sind, so dass die Relation C≥2D erfüllt ist, dass der Wert der magnetischen Flüsse erhöht wird, die im Großteil (a) und im Großteil (b) überlagert sind, und folglich, dass Φd weiter erhöht wird. Folglich kann das maximale Drehmoment verbessert werden.
Außerdem ist ersichtlich, dass die magnetische Flussdichte am Großteil (c) in 4 und die magnetische Flussdichte am Großteil (c) in 5 zueinander entgegengesetzt sind. Das heißt, das gleiche Phänomen wie das im Großteil (a) ist aufgetreten, und die Konfiguration, bei der der erste Magnet 221 und der zweite Magnet 222 so angeordnet sind, dass sie voneinander entfernt sind, und zwar in demselben Pol, ermöglicht es, dass Φd durch die magnetischen Flüsse erhöht wird, die vom Stator 10 erzeugt werden.
Wie oben beschrieben, sind bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung jede Umgehungsbarriere 23 und der zugehörige zweite Magnet 222, angeordnet auf der radialen Innenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23, angeordnet, und der Umgehungsbereich 24a, der als Pfad für die magnetischen Flüsse dient, ist an einem Bereich des Rotorkerns 21 im Intervall in der Radialrichtung zwischen der Umgehungsbarriere 23 und dem zweiten Magneten 222 angeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass mehr magnetische Flüsse vom zweiten Magneten 222 dem Kurzschluss im Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Innenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23 im Rotorkern 21 in Abwesenheit einer Last unterworfen werden.
Indessen kann in Anwesenheit einer Last der Umgehungsbereich 24a als ein Pfad für die magnetischen Flüsse vom Stator 10 verwendet werden. Daher werden sowohl eine Erhöhung des Werts der magnetischen Kurzschluss-Flüsse, die innerhalb des Rotors 20 erzeugt werden, und eine Erhöhung des Werts der magnetischen Magnetflüsse, die mit dem Stator 10 verketten, zur Zeit der Stromleitung erzielt, wodurch der variable Wert der magnetischen Magnetflüsse verbessert werden kann.
Außerdem wird die Anordnung so durchgeführt, dass der minimale Abstand D länger ist als die Breite in Radialrichtung des Bereichs des Rotorkerns 21 auf der radialen Außenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass mehr magnetische Flüsse vom zweiten Magneten 222 mit dem Bereich auf der radialen Innenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23 verlinken, und sie ermöglicht es, dass mehr magnetische Flüsse dem Kurzschluss im Rotor 20 unterworfen werden. Der Endpunkt des zweiten Magneten, der sich am nächsten an der zugehörigen q-Achse befindet, ist in einem Bereich des Rotorkerns 21 angeordnet, der sich an einem Magnetfluss-Einlass/Auslass des Umgehungsbereichs 24a auf der radialen Innenseite relativ zur radial innersten Fläche auf der radial innersten Seite der Umgehungsbarriere 23 befindet.
Diese Konfiguration ermöglicht es, dass mehr magnetische Flüsse mit dem Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Innenseite relativ zur Umgehungsbarriere 23 verketten. Außerdem kann der variable Wert von Φd in Anwesenheit der Last stärker erhöht werden. Die Magnetfluss-Eingabe-/Ausgabefläche des zweiten Magneten 222 ist bezogen auf die q-Achse gekippt. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Verkettung im Rotorkern 21 der magnetischen Flüsse mit dem Intervall zwischen den benachbarten zweiten Magneten 222 zu erleichtern. Außerdem sind die zweiten Magnete 222 in den verschiedenen Polen so angeordnet, dass sie einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist. Diese Konfiguration führt zu einem Fluss von einem der zweiten Magnete 222 in Richtung des anderen zweiten Magneten 222, wodurch veranlasst werden kann, dass mehr magnetische Flüsse einem Kurzschluss im Rotor 20 unterworfen werden, indem der Umgehungsbereich 24a als Pfad verwendet wird.
Außerdem ist ein Magnetpol aus der Mehrzahl von Magneten 22 gebildet. Diese Konfiguration ermöglicht eine Trennung in Folgendes: den ersten Magneten 221, der hauptsächlich magnetische Flüsse erzeugt, die mit dem Stator 10 verketten; und die zweiten Magnete 222, die hauptsächlich magnetische Flüsse erzeugen, die einem Kurzschluss im Rotorkern 21 unterworfen werden. Demzufolge können Bereiche des Rotorkerns 21 zwischen der Mehrzahl von Magneten 22 als Pfade für die magnetischen Flüsse verwendet werden. Außerdem ist es auch in dem Fall, in dem jeder Magnet 22 in einer Rechteckform ausgebildet ist, einfach, den Magneten 22 noch optimaler anzuordnen, und der Magnet braucht weniger Bearbeitung oder dergleichen, so dass dessen Herstellbarkeit verbessert werden kann.
Der erste Magnet 221 ist in einem Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Außenseite relativ zu den zweiten Magneten 222 angeordnet, so dass er die d-Achse überspannt. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass viele magnetische Flüsse vom ersten Magneten 221 auf Seiten des Stators 10 zur Zeit der Stromleitung verketten. Indem die Relation Umfangsrichtungs-Breite P ≥ Umfangsrichtungs-Breite T erfüllt ist, kann der Wert der magnetischen Flüsse erhöht werden, die mit dem Stator 10 verketten.
Außerdem ist die Relation Umfangsrichtungs-Breite H ≥ kürzester Abstand C×2 erfüllt. Demzufolge können die magnetischen Flüsse, die einem Kurzschluss im Rotorkern 21 unterworfen werden, maximal erhöht werden. Demzufolge führt ein Anstieg der magnetischen Flüsse, die dem Kurzschluss im Rotorkern 21 in Abwesenheit einer Last unterworfen werden, zu einer Verringerung der magnetischen Hauptflüsse, so dass der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine 100 verbessert werden kann.
Außerdem ist der erste Magnet 221 auf der d-Achse so angeordnet, dass die Relation Abstand E > Abstand F erfüllt ist. Durch diese Konfiguration wird veranlasst, dass ein Reluktanzmoment auf Seiten des Spalts G des Rotorkerns 21 erzeugt wird, was den magnetischen Flüssen vom Stator 10 geschuldet ist. Folglich ist es möglich, das Reluktanzmoment zu verbessern, während der Wert des Anstiegs von Φd durch die vorteilhafte Wirkung verbessert wird, die sich durch die Trennung des ersten Magneten 221 und jedes zweiten Magneten 222 zeigt.
Obwohl oben eine Konfiguration beschrieben ist, bei der der erste Magnet 221 so angeordnet ist, dass er die d-Achse überspannt, kann die Anzahl von ersten Magneten 221 unter den Magneten, die einen Magnetpol bilden, zwei oder mehr betragen, und die Anzahl der Magnete 22 kann geeignet geändert werden. Beispielsweise kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die ersten Magneten 221 so angeordnet sind, dass sie bezüglich der d-Achse achsensymmetrisch sind, wie in 9 gezeigt.Auch in diesem Fall zeigt sich die vorteilhafte Wirkung, dass der Wert der Zunahme von Φd verbessert wird, und zusätzlich dazu wird die vorteilhafte Wirkung erhalten, dass die magnetischen Hauptflüsse erhöht werden, die mit dem Stator 10 verketten.
Obwohl beschrieben ist, dass die Form jedes Magneten 22 eine Rechteckform ist, können außerdem die Magnete 22 integral gebildet sein, so dass sie eine Bogenform haben, oder jeder kann in einer Form gebildet sein, die auf und entlang einem Bogen verläuft. In diesem Fall werden die vorteilhafte Wirkung, dass die magnetischer Hauptflüsse erhöht werden, die mit dem Stator 10 verketten, und die vorteilhafte Wirkung erhalten werden, dass der Wirkungsgrad durch Verringerung der Harmonischen der magnetischen Flüsse verbessert wird, die vom Rotor 20 erzeugt werden.
Obwohl beschrieben ist, dass jeder Magnet 22 parallel zu jeder von dessen Kurzseiten magnetisiert ist, braucht außerdem die Magnetisierung nicht notwendigerweise parallel zur Kurzseite vorgenommen zu werden, und sie kann auch parallel zu jeder von dessen Langseiten durchgeführt werden oder kann geeignet zu einer geändert werden, die nicht parallel durchgeführt wird.
Außerdem gilt Folgendes: Obwohl die Konfiguration beschrieben ist, bei der die Flussbarrieren 25 an den Enden in Umfangsrichtung jedes Magneten angeordnet sind, brauchen die Flussbarrieren 25 nicht notwendigerweise vorhanden zu sein, und die Anordnung braucht bloß so durchgeführt zu werden, dass die Bereiche des Rotorkerns 21 zwischen den Magneten 22 die oben beschriebenen Relationen erfüllen. Auch in diesem Fall werden die vorteilhafte Wirkung, dass der variable Wert von Φd durch Zunahme der magnetischen Flüsse erhöht wird, die im Rotorkern 21 einem Kurzschluss unterworfen werden, und die vorteilhafte Wirkung erhalten, dass die magnetischen Hauptflüsse erhöht werden, die vom ersten Magneten 221 erzeugt werden und die mit dem Stator 10 verketten.
Außerdem gilt Folgendes: Obwohl beschrieben ist, dass jede Umgehungsbarriere 23 und jede Flussbarriere 25 leere nichtmagnetische Bereiche sind, brauchen die Umgehungsbarriere 23 und die Flussbarriere 25 bloß niedrigere magnetische Permeabilitäten aufzuweisen als der Rotorkern 21, und sie können eingebettete nichtmagnetische Materialien sein. Auch in diesem Fall können beispielsweise die magnetischen Permeabilitäten durch Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften infolge von inneren Spannungen verringert werden.
Ausführungsform 2
Nachfolgend wird ein Rotor gemäß Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
10 ist eine horizontale Querschnittsansicht von Großteilen eines Rotors 20 gemäß Ausführungsform 2. In der Zeichnung ist jeder zweite Magnet 222 auf der zugehörigen q-Achse an einem Bereich des Rotorkerns 21 auf der radialen Innenseite relativ zur zugehörigen Umgehungsbarriere 23 angeordnet, die auf den q-Achsen angeordnet sind. In jedem N-Magnetpol sind die zweiten Magnete 222 so magnetisiert, dass die magnetischen Flüsse von den zweiten Magneten 222 in Richtung der Seite des Stators 10 gehen, wie in der Zeichnung mit Pfeilen angedeutet. Die zweiten Magnete 222 sind auf den q-Achsen angeordnet, und demzufolge haben sie entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen in jedem S-Magnetpol. Die übrigen Komponenten sind die gleichen wie diejenigen bei der Ausführungsform 1.
Eine solche Konfiguration hat auch die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen bei der Ausführungsform 1. Da jeder zweite Magnet 222 auf der zugehörigen q-Achse angeordnet ist, kann der Abstand in Radialrichtung von der Umgehungsbarriere 23 lang gemacht werden. Demzufolge kann die Anzahl von Magneten verringert werden, und folglich ist es möglich, die Kosten zu verringern, während der variable Wert von Φd erhöht wird.
Wie oben beschrieben, gilt im Rotor gemäß Ausführungsform 2 Folgendes: Die Erzielung sowohl der Zunahme des Werts von magnetischen Kurzschluss-Flüssen innerhalb des Rotors 20, als auch der Zunahme des Werts der magnetischen Magnetflüsse, die mit dem Stator 10 zur Zeit der Stromleitung verketten, führt dazu, dass sich die vorteilhafte Wirkung zeigt, dass es möglich ist, den variablen Wert der magnetischen Magnetflüsse zu verbessern, und zwar auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1. Außerdem kann das Reluktanzmoment verbessert werden.
Ausführungsform 3
Nachfolgend wird ein Rotor gemäß Ausführungsform 3 unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
11 ist eine horizontale Querschnittsansicht von Großteilen eines Rotors 20 gemäß Ausführungsform 3. In der Zeichnung ist jeder zweite Magnet 222 auf verkippte Weise angeordnet, so dass - aus dessen Enden in Umfangsrichtung - das radial innere Ende nahe an der d-Achse näher am axialen Zentrum ist als es das radial innere Ende nahe der zugehörigen q-Achse ist. Die zweiten Magnete 222 in demselben Pol sind so angeordnet, dass sie bezüglich der d-Achse achsensymmetrisch sind. Die zweiten Magnete 222 sind so magnetisiert, dass die magnetischen Flüsse von den zweiten Magneten zur Seite des Stators 10 gehen. Das heißt, jeder Magnet 22 in dem einen Magnetpol ist als zwei Schichten ausgebildet. Die übrigen Komponenten sind die gleichen wie diejenigen bei der Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2.
Eine solche Konfiguration hat auch die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen bei der Ausführungsform 1. Da jeder Magnet 22 in dem einen Magnetpol als zwei Schichten ausgebildet ist, können die Magnetpfade erhöht werden, durch die die magnetischen Flüsse, die vom Stator 10 erzeugt werden, mit dem Rotor 20 verketten, wodurch das Reluktanzmoment verbessert werden kann.
Wie oben beschrieben, gilt im Rotor gemäß Ausführungsform 3 Folgendes: Die Erzielung sowohl der Zunahme des Werts von magnetischen Kurzschluss-Flüssen innerhalb des Rotors 20 als auch der Zunahme des Werts der magnetischen Magnetflüsse, die mit dem Stator 10 zur Zeit der Stromleitung verketten, führt dazu, dass sich die vorteilhafte Wirkung zeigt, dass es möglich ist, den variablen Wert der magnetischen Magnetflüsse zu verbessern, und zwar auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2. Außerdem kann das Reluktanzmoment verbessert werden.
Ausführungsform 4
Nachfolgend werden ein Rotor und ein Stator gemäß Ausführungsform 4 unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I in 1, bei der Ausführungsform 4. Ein Stator 10 weist Folgendes auf: einen ringförmigen Statorkern 11; und eine Statorspule 12, die am Statorkern 11 montiert ist. Der Statorkern 11 weist eine ringförmige Kern-Rückseite 18 und eine Mehrzahl von Zähnen 19 auf, die von der Innenumfangsfläche der Kern-Rückseite 18 zur radialen Innenseite vorstehen. Der Statorkern 11 wird beispielsweise gebildet, indem elektromagnetische Stahlbleche in der Form von dünnen Flächenkörpern in der Axialrichtung gestapelt und integriert werden. 12 Zähne 19 sind in gleichwinkligen Abständen bzw. im gleichwinkligen Raster in der Umfangsrichtung angeordnet.
Die Breite, in der Umfangsrichtung, des radial innersten Bereichs jedes Zahns 19 ist als T definiert. Die Statorspule 12 wird implementiert, indem eine Spule mit konzentrierter Wicklung gebildet wird, indem ein Leiterdraht auf die Zähne 19 gewickelt wird. Die übrigen Komponenten sind die gleichen wie diejenigen in den Ausführungsformen 1 bis 3.
In der Zeichnung gilt Folgendes: Wenn die Breite in Umfangsrichtung des radial äußersten Bereichs der Umgehungsbarriere 23 als Umfangsrichtungs-Breite P definiert ist, wird die Relation zwischen der Umfangsrichtungs-Breite P und der Umfangsrichtungs-Breite T des radial innersten Bereichs jedes Zahns 19 als Umfangsrichtungs-Breite P ≥ Umfangsrichtungs-Breite T ausgedrückt.
Eine solche Konfiguration hat auch die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie diejenigen bei der Ausführungsform 1. Indem die konzentrierte Wicklung verwendet wird, kann die Spulenende-Länge verkürzt werden, wodurch die Kupferverluste verringert werden können, und die Länge der Gesamtheit des Motors kann verkürzt werden.
Obwohl 12 Zähne 19 in gleichwinkligen Abständen als Zähne 19 beschrieben sind, braucht deren Anzahl nicht notwendigerweise 12 zu betragen, und sie kann geeignet geändert werden.
Wie oben beschrieben, gilt beim Rotor gemäß Ausführungsform 4 Folgendes: Die Erzielung sowohl der Zunahme des Werts von magnetischen Kurzschluss-Flüssen innerhalb des Rotors 20 als auch der Zunahme des Werts der magnetischen Magnetflüsse, die mit dem Stator 10 zur Zeit der Stromleitung verketten, führt dazu, dass sich die vorteilhafte Wirkung zeigt, dass es möglich ist, den variablen Wert der magnetischen Magnetflüsse zu verbessern, und zwar auf die gleiche Weise wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3. Außerdem können die Kupferverluste verringert werden, und die Länge der Gesamtheit des Motors kann verkürzt werden.
Obwohl die Erfindung oben in Form von verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben ist, versteht es sich, dass die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionalitäten, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, in deren Anwendbarkeit nicht auf die einzelne Ausführungsform beschränkt sind, mit der sie beschrieben sind, sondern stattdessen - allein oder in verschiedenen Kombinationen - auf eine oder mehrere der Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden können.
Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen verwendet werden können, die nicht beispielhaft beschrieben sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann zumindest eine der Komponenten modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen werden. Zumindest eine der Komponenten, die in zumindest einer der bevorzugten Ausführungsformen erwähnt ist, kann ausgewählt und kombiniert werden mit den Komponenten, die bei einer anderen bevorzugten Ausführungsformen erläutert sind.
Bezugszeichenliste

10: Stator
12: Statorspule
13: Rahmen
14: Lagerschale
15: Lager
16: Drehwelle
18: Kern-Rückseite
19: Zahn
20: Rotor
21: Rotorkern
22: Magnet
23: Umgehungsbarriere
24a, 24b: Umgehungsbereich
25: Flussbarriere
221: erster Magnet
222: zweiter Magnet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/003730 A1 [0005]

Claims

Rotor, der Folgendes aufweist: einen Rotorkern, wobei, wenn die Mitte eines Magnetpols des Rotorkerns als d-Achse definiert ist, und die Achse in der Richtung, die elektrisch orthogonal zur d-Achse ist, als q-Achse definiert ist, der Rotorkern Folgendes aufweist: eine Umgehungsbarriere, die ein nichtmagnetischer Bereich ist, der auf der q-Achse ausgebildet ist, einen ersten Magneten, der in einem Bereich des Rotorkerns angeordnet ist, der näher an der d-Achse ist als es die q-Achse ist, und einen zweiten Magneten, von dem zumindest ein Teil in einem Bereich des Rotorkerns auf der radialen Innenseite relativ zum ersten Magneten angeordnet ist, der zweite Magnet in einem Bereich des Rotorkerns angeordnet ist, der näher an der q-Achse ist als es der erste Magnet ist, und ein Endpunkt des zweiten Magneten, der der q-Achse am nächsten liegt, sich auf der radialen Innenseite im Rotorkern relativ zur radial innersten Fläche befindet, die eine Fläche auf der radial innersten Seite der Umgehungsbarriere ist.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Rotorkern Folgendes aufweist: - eine Mehrzahl von zweiten Magneten, die so angeordnet sind, dass sie einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, - einen Magnetfluss-Umgehungsbereich, der ein Bereich des Rotorkerns in einem Intervall in Radialrichtung zwischen der Umgehungsbarriere und den zweiten Magneten ist und der als ein Pfad für die magnetischen Flüsse von jedem zweiten Magneten dient, die von einem der benachbarten zweiten Magnete durch einen anderen der benachbarten zweiten Magnete gehen und einem Kurzschluss innerhalb des Rotorkerns unterworfen werden, und - einen q-Achsen-Magnetpfadbereich, der ein Bereich des Rotorkerns auf der radialen Innenseite relativ zur Umgehungsbarriere ist und der ein Bereich des Rotorkerns in einem Intervall in Umfangsrichtung zwischen der Mehrzahl von benachbarten zweiten Magneten ist, und wobei der kürzeste Abstand C, der der kürzeste Abstand des q-Achsen-Magnetpfadbereichs orthogonal zur q-Achse ist, länger ist als der minimale Abstand D, der der minimale Abstand des Magnetfluss-Umgehungsbereichs ist.
Rotor nach Anspruch 2, wobei jeder zweite Magnet Flussbarrieren an seinen beiden Enden in Umfangsrichtung aufweist, der kürzeste Abstand C des q-Achsen-Magnetpfadbereichs die Breite eines Bereichs des Rotorkerns zwischen zugehörigen der Flussbarrieren ist, die einander benachbart sind, wobei die q-Achse dazwischen eingefügt ist, und der minimale Abstand D des Magnetfluss-Umgehungsbereichs die Breite eines Bereichs zwischen der Umgehungsbarriere und dem zweiten Magneten oder zwischen der Umgehungsbarriere und jeder der Flussbarrieren ist.
Rotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei der kürzeste Abstand C des q-Achsen-Magnetpfadbereichs und der minimale Abstand D des Magnetfluss-Umgehungsbereichs die Relation C ≥ D×2 erfüllen.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der zweite Magnet auf der q-Achse eines Rotorkerns 21 auf der radialen Innenseite relativ zur radial innersten Fläche angeordnet ist, die die Fläche auf der radial innersten Seite der Umgehungsbarriere ist.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Rotorkern eine Mehrzahl der zweiten Magnete aufweist, die so angeordnet sind, dass sie einander benachbart sind, wobei die d-Achse dazwischen eingefügt ist, und die Mehrzahl der zweiten Magnete so angeordnet sind, dass sie bezüglich der d-Achse achsensymmetrisch sind, wobei jeder zweite Magnet so gekippt ist, dass aus dessen Enden in Umfangsrichtung ein Ende auf der radialen Innenseite nahe der d-Achse näher am axialen Zentrum des Rotors ist als es ein Ende auf der radialen Innenseite nahe der q-Achse ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Magnet auf der d-Achse angeordnet ist, und wenn der minimale Abstand vom Schnittpunkt zwischen der d-Achse und einer radial äußersten Fläche auf der radial äußersten Seite des ersten Magneten zur Außenumfangsfläche des Rotors als Abstand E definiert ist, und der minimale Abstand vom Endpunkt auf der radial äußersten Seite des ersten Magneten zur Außenumfangsfläche des Rotors als Abstand F definiert ist, die Relation E > F erfüllt ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Rotorkern Magnetgruppen aufweist, wobei jede Magnetgruppe den ersten Magneten und den zweiten Magneten aufweist und einen Magnetpol bildet, und die Magnetgruppen im Rotorkern so angeordnet sind, dass sie voneinander in Umfangsrichtung entfernt sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenn die Breite des zweiten Magneten als H definiert ist, und der kürzeste Abstand orthogonal zur q-Achse eines q-Achsen-Magnetpfadbereichs, der ein Bereich des Rotorkerns in einem Intervall in der Umfangsrichtung zwischen den zweiten Magneten ist, als der kürzeste Abstand C definiert ist, die Relation H ≥ C×2 erfüllt ist.
Rotierende elektrische Maschine, die Folgendes aufweist: - einen Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und - einen Stator, der auf der radialen Außenseite relativ zum Rotor angeordnet ist, wobei ein Spalt dazwischen eingefügt ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei der Stator einen Statorkern und eine Statorspule aufweist, der Statorkern eine ringförmige Kern-Rückseite und eine Mehrzahl von Zähnen aufweist, die von der Kern-Rückseite zur radialen Innenseite vorstehen, und wenn die Breite, in der Umfangsrichtung, des radial innersten Bereichs jedes Zahns als T definiert ist, die Breite in Umfangsrichtung des radial äußersten Bereichs der Umgehungsbarriere, die ein nichtmagnetischer Bereich ist, der auf der q-Achse ausgebildet ist, als P definiert ist, die Relation P ≥ T erfüllt ist.