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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Permanentmagnet-Reluktanzmotor
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, wobei mehrere Permanentmagnete in Kombination vorgesehen sind.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
Permanentmagnet-Reluktanzmotor gemäß früheren Anmeldungen durch die
Anmelder der vorliegenden Anmelder (japanische Patentanmeldungs-Nr.
H. 11-043869 und japanische Patentanmeldungs-Nr. H. 11-122000) weist
den in radialem Querschnitt in 1 gezeigten
Aufbau auf. in 1 ist ein Stator 1 mit
einer Armaturspule 2 versehen, innerhalb der ein Rotor 3 vorgesehen
ist.
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Der
Rotor 3 ist mit einem Rotorkern 4 und einem Permanentmagnet 6 versehen.
Im Rotorkern 4 sind eine Richtung, in der die Magnetisierung
leicht ist, und eine Richtung, in der die Magnetisierung schwer
ist, ausgebildet. Um magnetische Unregelmäßigkeiten zu bilden, ist der
Rotorkern 4 im einzelnen durch Laminieren elektromagnetischer
Stahlplatten aufgebaut, die mit acht Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 versehen
sind, in die Permanentmagnete 6 entlang der leichten Magnetisierungsrichtung aufgenommen
sind. Die acht Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 bilden vier
vorstehende Pole, die in einer "-"-Anordnung angeordnet
sind. D.h., die von den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 sandwichartig
umgebenen Bereiche, die auf beiden Seiten von nicht-magnetischen
Abschnitten 8 positioniert sind, stellen Zwischenpolbereiche 4b dar,
die "Konkavitäten" hinsichtlich der
magnetischen Polarität
bilden. Ferner sind Permanentmagnete 6, die so magnetisiert
sind, dass sie den Magnetfluß des
durch benachbarte Zwischenpolbereiche 4b passierenden Ankerstroms
aufheben, in Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 angeordnet.
D.h. die Beziehung der Permanentmagnete 6, die sich auf
beiden Seiten des Polbereichs 4a befinden, ist derart,
dass ihre Magnetisierungsrichtungen die gleichen sind, während die Beziehung
der beiden Permanentmagnete 6, die auf beiden Seiten des
Zwischenpolbereichs 4b positioniert sind, derart ist, dass
ihre Magnetisierungsrichtungen in der Umfangsrichtung des Rotors 3 einander
entgegengesetzt sind. Die Permanentmagnete 6 werden vorzugsweise
praktisch in der Umfangsrichtung magnetisiert, und noch bevorzugter
in einer Richtung praktisch senkrecht zu der Achse der Magnetpole.
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Als
nächstes
wird die Arbeitsweise des Permanentmagnet-Reluktanzmotors gemäß der oben beschriebenen früheren Anwendung
beschrieben. 2 zeigt den Magnetfluß Φd der Komponente
in der Richtung entlang der Achse des Magnetpols des Rotorkerns 4,
der von dem Ankerstrom der d-Achse erzeugt wird; damit der Kern
des Polbereichs 4a eine magnetische Bahn bereitstellt,
ist der magnetische Aufbau derart, dass der Magnetfluss leicht fließen kann,
wobei der magnetische Widerstand in der magnetischen Bahn in dieser
Richtung sehr gering ist. Das Bezugssymbol 8 bezeichnet
einen nicht-magnetischen
Bereich.
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3 zeigt
den Magnetfluß Φq, der von
dem Ankerstrom der q-Achse der Komponente in der Richtung entlang
der Achse erzeugt wird, welche das Zentrum des Zwischenpolbereichs 4b und
das Zentrum des Rotors 3 verbindet. Der Magnetfluß Φq dieses
Zwischenpolbereichs 4b bildet eine magnetische Bahn des
nicht-magnetischen Bereichs 8 und des Zwischenpolbereichs 4b,
die quer über
die Permanentmagnete 6 verläuft. Da die relative Durchlässigkeit
des nicht-magnetischen Bereichs 8 "1" ist
und die relative Durchlässigkeit
der Permanentmagnete 6 praktisch auch "1" ist,
wird der von dem Ankerstrom erzeugte Magnetfluß Φq um die hohe magnetische Widerstandwirkung
gemindert.
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Die
Permanentmagnete 6 zwischen den Magnetpolen werden in der
zur Achse des Magnetpols praktisch senkrechten Richtung magnetisiert,
so dass, wie 4 zeigt, ein Magnetkreis Φma gebildet wird,
wodurch der von dem Permanentmagneten 6 erzeugte Magnetfluß in der
Umfangsrichtung des magnetischen Bereichs 7 an der Grenze
des Umfangs des Rotorkerns durch den Polbereich 4a verläuft und
zu dem Pol der entgegengesetzten Polarität zurückkehrt.
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Ferner
passiert ein Teil des Flusses vom Permanentmagneten 6 den
Spalt bzw. Zwischenraum, den Polbereich 4a des Rotors 3 oder
die Permanentmagnete 6 des benachbarten Pols und kehrt
zu dem ursprünglichen
Permanentmagneten 6 zurück
und bildet dadurch auch einen Magnetkreis Φmb.
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Wie
in 3 gezeigt ist, wird der verknüpfende Magnetfluß dieser
Permanentmagnete 6 in der entgegengesetzten Richtung zum
Magnetfluß Φq der Komponente
in der Richtung der Zwischenpol-Mittelachse, der von dem Ankerstrom
der q-Achse erzeugt wird, verteilt und stößt den eintretenden Ankerfluß Φq von dem
Zwischenpolbereich 4b ab und hebt ihn auf. In dem Spalt
außerhalb
des Zwischenpolbereichs 4b wird die von dem Ankerstrom
erzeugte Spalt-Magnetflußdichte
durch den Magnetfluß der Permanentmagnete 6 gesenkt
und bewirkt, dass diese eine größere Abweichung
als die Spalt-Magnetflußdichte
außerhalb
des Polbereichs 4a zeigt. D.h., die Abweichung der Spalt-Magnetflußdichte
in bezug auf die Position des Rotors 3 wird groß und ergibt eine
starke Abweichung der magnetischen Energie. Ferner besteht unter
Last an der Grenze des Polbereichs 4a und des Zwischenpolbereichs 4b ein
magnetischer Bereich 7, an dem ein magnetischer Kurzschluß besteht;
dieser ist von dem Laststrom stark magnetisch gesättigt. Infolgedessen
erhöht
sich der Magnetfluß der
Permanentmagnete 6, der zwischen den Polen verteilt wird.
Unregelmäßigkeiten,
die große Änderungen
in der Spalt-Flußdichteverteilung
aufweisen, werden daher infolge des Magnetflusses der Permanentmagnete 6 und
des hohen magnetischen Widerstands des nicht-magnetischen Bereichs 8 und der
Permanentmagnete 6 erzeugt; dadurch werden erhebliche Änderungen
in der magnetischen Energie erzeugt, und infolgedessen wird eine
hohe Ausgangsleistung erzielt.
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Die
folgenden Wirkungen zeigen sich hinsichtlich der Einstellbreite
der Anschlussspannung, um einen stufenlosen Betrieb über einem
breiten Bereich zu erhalten. Mit diesem vorgeschlagenen Permanentmagnet-Reluktanzmotor
war, da Permanentmagnete 6 nur über einem Teil des konkaven
Abschnitts des Zwischenpolbereichs 4b vorgesehen waren,
der Oberflächenbereich
der Permanentmagnete 6 eingeschränkter als im Fall eines gewöhnlichen
Permanentmagnetmotors, bei dem die Permanentmagnete 6 praktisch über dem
gesamten Umfang der Oberfläche
des Rotors 3 vorgesehen sind, und infolgedessen war die
Größe des von
dem Permanentmagneten 6 erzeugten verknüpfenden Magnetflusses gering.
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Ferner
war in dem nicht erregten Zustand praktisch der gesamte Magnetfluß der Permanentmagnete 6 ein
Leck-Magnetfluß innerhalb
des Rotorkerns 4, der durch den magnetischen Bereich 7 des magnetischen
Polgrenzbereichs hindurchging. Da unter diesem Zustand die induzierte
Spannung sehr klein gestaltet werden kann, ist infolgedessen der Kernverlust
in dem nicht erregten Zustand gering. Auch ist ein Überstrom
sogar dann gering, wenn eine Ankerspule 2 sich in einem
kurzgeschlossenen, fehlerhaften Zustand befindet. Die Anschlussspannung wird
bei Ladung durch Hinzufügen
des von dem Ankerstrom erzeugten verknüpfenden Magnetflusses (anregende
Stromkomponente und Drehstromkomponente des Reluktanzmotors) zu
dem von dem Permanentmagneten 6 erzeugten verknüpfenden
Magnetfluß induziert.
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Bei
einer gewöhnlichen
Permanentmagnet-Reluktanz stellt der verknüpfende Magnetfluß der Permanentmagnete 6 praktisch
die gesamte Anschlussspannung, so dass es schwierig ist, die Anschlussspannung
anzupassen bzw. einzustellen; bei diesem Permanentmagnet-Reluktanzmotor
ist aber der verknüpfende
Magnetfluß der
Permanentmagnete 6 gering, so dass eine hohe Einstellbreite
der Anschlussspannung durch Bereitstellen einer starken Anpassung
der Anregungs-Stromkomponente erreicht werden kann. D.h., da die
Anregungsstromkomponente entsprechend der Geschwindigkeit eingestellt
bzw. angepasst werden kann, so dass die Spannung unter der Energiequellenspannung
liegt, kann ein stufenloser Betrieb in einem breiten Bereich mit
einer feststehenden Spannung aus der Basisgeschwindigkeit erreicht
werden. Da die Spannung nicht unterdrückt wird, und da ein schwaches
Feldsystem unter Zwangssteuerung implementiert wird, kann auch dann,
wenn die Steuerung bei einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit funktionsunfähig wird,
keine Überspannung
erzeugt werden.
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Da
die Permanentmagnete 6 auch in dem Kern eingebettet sind,
bildet ferner der Rotorkern 4 einen Rückhaltemechanismus für die Permanentmagnete 6 und
verhindert, dass die Permanentmagnete 6 durch die Drehung
herausgeschleudert werden.
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Wie
in 5 bei einem Permanentmagnet-Reluktanzmotor nach
obigem Aufbau gezeigt ist, da der von dem q-Achsenstrom in der Richtung
der Konkavitäten
des Rotors 3 erzeugte Magnetfluß "Φq", erzeugt von dem
Ankerstrom, durch den umfangsseitigen dünnwandigen Bereich 18 der
Permanentmagnet-Aufnahmelöcher fließt, sowie
durch den dünnwandigen
Brückenbereich 19 auf
der dem Zentrum zwischen den Magnetpolen nähesten Seite, ist der Unterschied
des Magnetflusses "Φd", erzeugt von dem
d-Achsenstrom, und dem Magnetfluß "Φq", erzeugt von dem
q-Achsenstrom, gering und verringert das Reluktanz-Drehmoment. Es
kann darauf geachtet werden, dass diese so eng wie möglich in
der Radialrichtung gestaltet werden, um den durch den umfangsseitigen
dünnwandigen
Bereich 18 der Permanentmagnet-Aufnahemlöcher 5 von
der Umfangsseite des nicht-magnetischen Bereichs 8 fließenden reaktiven
Magnetfluß zu
verringern, d.h. den von dem reaktiven q-Achsenstrom erzeugten Magnetfluß "Φq" hinsichtlich des Drehmoments, und,
wie 5 zeigt, um das Lecken des von den Permanentmagneten 6 erzeugten
Magnetflusses zu verringern (d.h. den reaktiven Magnetfluß 17 der
Permanentmagnete), und zwar in der Umgebung der Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 des
Rotorkerns 4 und an der Umfangsseite der Zwischenpolbereiche 4b.
Bei einer solchen Form ist es jedoch schwierig, die Zentrifugalkraft
der Permanentmagnete 6 zu ertragen, und insbesondere wenn
diese auf einen Hochgeschwindigkeitsmotor einwirken, bestand ein
Risiko, dass die Permanentmagnete 6 herausgeschleudert
wurden und den Rotor 3 beschädigten.
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Um
den aktiven Magnetfluß sicherzustellen, der
für die
Performance notwendig ist, ist es ferner nötig, die Menge an Permanentmagneten 6 zu
erhöhen,
um die Menge des einem reaktiven Magnetfluß und einem Leck-Magnetfluß entsprechenden
Magnetflusses auszugleichen. Wegen räumlicher Probleme hinsichtlich
des Gesamtvolumens des Rotors 3 und Kräfteproblemen, die bei einer
weiteren Zunahme der von der Zentrifugalkraft der Permanentmagnete 6 erzeugten
Kraft verbunden ist, ist es aber schwierig, einfach die Menge an
Permanentmagneten 6 zu erhöhen.
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Um
Belastungskonzentrationen in Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 zu verringern,
sind ferner die Ecken der Löcher
in einer Bogenform (Kreisbogen) gefertigt; da aber Zwischenräume zwischen
beiden Seiten der Permanentmagnete 6 und den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 erzeugt werden,
sind keine Keile 15 notwendig, um die Permanentmagnete 6 in
ihrer Position anzubringen. Folglich müssen bei diesem Aufbau die
Permanentmagnete 6 durch mehrere Keile 15 positioniert
werden, was den mit der Herstellung verbundenen Arbeitsaufwand erhöht und die
Kosten steigert; falls das zum Befestigen der Permanentmagnete 6 und
der Positionierungskeile 15 verwendete Klebemittel infolge
eines Verlusts an Klebewirkung beeinträchtigt würde, könnten die Positionierungskeile 15 oder
die Permanentmagnete 6 direkt die umfangsseitigen dünnwandigen
Bereiche 18 der Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 von
einer Seite her berühren, so
dass es zu einer Belastungskonzentration käme, da diese von sehr geringer
Dicke sind; so kam es zu Fällen,
dass die Permanentmagnete 6 herausgeschleudert wurden oder
ein Schaden am Rotor 3 entstand, was den Motor gebrauchsunfähig machte.
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Obwohl
die Belastungskonzentration durch Erhöhen des Biegeradius (Krümmungsradius)
der Ecken und beider Enden der Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 bei
einem Aufbau wie dem obigen verringert werden konnte, wurde die
Form der Keile 15 zum Positionieren von Permanentmagneten 6 komplizierter,
so dass es unmöglich
war, den Biegeradius um mehr als die Dicke der Permanentmagnete 6 zu
erhöhen,
mit dem Ergebnis, dass bei zunehmender Drehgeschwindigkeit und Ausgangsleistung
eine mit der Zentrifugalkraft der Permanentmagnete 6 erzeugte
Kraft anstieg und es schwieriger machte, die Zentrifugalkraft der
Permanentmagnete 6 zu tragen, wobei ein Risiko bestand,
dass die Permanentmagnete 6 herausgeschleudert wurden und
den Rotor 3 beschädigten.
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EP-A-0
991 166 offenbart einen Permanentmagnet-Reluktanzmotor, auf dem der Oberbegriff von
Anspruch 1 beruht, und der ähnlich
dem in 1 bis 5 gezeigten ist. Bei diesem
Motor sind die Permanentmagnete in Aufnahmelöcher oder Ausnehmungen eingesetzt,
die im wesentlichen die gleichen Dimensionen wie die der Magnete
aufweisen, und die darin durch Klebemittel gehalten werden.
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U5-A-5
864 191 offenbart einen anderen Typ eines Permanentmagnet-Reluktanzmotors,
bei dem die Permanentmagnete in Aufnahmelöchern aufgenommen sind und
in den Löchern
durch Vorsprünge befestigt
sind, zwischen denen die Magnete im Presssitz eingebracht sind.
Die Vorsprünge
dienen nur dazu, die Magnete in ihrer Position zu halten, nicht
aber die Zentrifugalkraft der Magnete während des Betriebs des Motors
zu tragen. Die Zentrifugalkraft wird von vergleichsweise dünnen Brücken mit einer
radialen äußeren Langseite
der Aufnahmelöcher,
welche eine Langseite der Magnete kontaktiert, getragen.
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DE-40
33 454 A bezieht sich auf einen unterschiedlichen Typ von Permanentmagnet-Reluktanzmotor,
bei dem das magnetische Material in radiale Taschen, die am Außenumfang
des Rotorkörpers vorgesehen
sind, eingespritzt oder direkt gegossen wird. Um eine positive Verblockung
mit dem eingespritzten magnetischen Material zu schaffen, sind eine
Anzahl axialer Ränder
in den Taschen vorgesehen.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen Permanentmagnet-Reluktanzmotor
bereitzustellen, bei dem die Keile zur Positionierung der Permanentmagnete
wegfallen und ein Einsetzen der Permanentmagnete in die Anordnung
erleichtert wird, wodurch es möglich
wird, die Aufgabe des Einsetzens der Magnete während der Herstellung zu mechanisieren,
und wobei auch dann, wenn das zum Befestigen der Permanentmagnete
verwendete Klebemittel schwächer
geworden ist, kein Risiko besteht, dass die Permanentmagnete herausgeschleudert
werden oder eine Drehung behindert wird, und wobei eine hohe Ausgangsleistung, ein
hoher Wirkungsgrad, eine Hochgeschwindigkeitsdrehung, Zuverlässigkeit
und eine leichtere Herstellung durch Optimieren der Querschnittsform
des Rotors erreicht werden kann.
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
stellt die vorliegende Erfindung einen Permanentmagnet-Reluktanzmotor
mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
vollständigere
Einschätzung
der vorliegenden Erfindung und vieler der sie begleitenden Vorteile
sind einfach durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen erhältlich,
in denen zeigen:
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1 eine
radiale Schnittansicht eines Permanentmagnet-Reluktanzmotors gemäß der Erfindung nach der früheren Anwendung,
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2 eine
radiale Schnittansicht zur Darstellung des Strömens des Magnetflusses Φd der Komponente
in der Richtung entlang der Achse des Magnetpols des Rotorkerns,
die von dem d-Achsen-Ankerstrom erzeugt wird,
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3 eine
radiale Schnittansicht zur Darstellung des Strömens des Magnetflusses Φq der Komponente
in der Richtung entlang der Achse in der Radialrichtung, die in
einem axialen Zwischenpolbereich 4b zentriert ist, erzeugt
von dem q-Rchsen-Ankerstrom,
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4 eine
radiale Schnittansicht zur Darstellung der Strömung des von den Permanentmagneten
erzeugten Magnetflusses,
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5 eine
Schnittansicht in vergrößertem Maßstab in
der Radialrichtung des Rotors zur Darstellung der Strömung des
von den Permanentmagneten erzeugten Magnetflusses,
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6 eine
Schnittansicht in der Radialrichtung zur Darstellung einer ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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7 eine
Schnittansicht in vergrößertem Maßstab in
der Radialrichtung des Rotors der obigen Ausführungsform, und
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8 eine
Schnittansicht in vergrößertem Maßstab in
der Radialrichtung des Rotors zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird nun auf die Zeichnungen eingegangen, in denen gleiche Bezugsziffern
identische oder entsprechende Teile in den gesamten Ansichten bezeichnen,
wobei insbesondere in deren 6 eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend detailliert unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. 6 und 7 stellen
eine erste Ausführungsform
eines Permanentmagnet-Reluktanzmotors gemäß der vorliegenden Erfindung
dar. Obwohl nachstehend ein Permanentmagnet-Reluktanzmotor mit vierpoligem
Rotor beschrieben wird, hängen
die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht von der Anzahl der
Pole ab.
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Ein
Stator 1 ist mit Ankerspulen 2 versehen; ein Rotor 3 ist
in deren Innerem untergebracht. Der Rotor 3 umfaßt einen
Rotorkern 4 und Permanentmagnete 6.
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Der
Rotorkern 4 hat eine Richtung, in der eine Magnetisierung
leicht ist, und eine Richtung, in der sie schwierig ist. Im einzelnen
ist der Rotorkern 4 durch Laminieren bzw. Schichten elektromagnetischer
Stahlplatten aufgebaut, die mit Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 zur
jeweiligen Aufnahme von acht Permanentmagneten 6 entlang
seiner leichten Magnetisierungsrichtung aufgebaut ist, um magnetische
Unregelmäßigkeiten
in der Umfangsrichtung zu bilden. Die acht Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5, 5 sind
in "-"-Form angeordnet
und bilden vier vorstehende Pole.
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D.h.,
die Abschnitte in dem Rotorkern 4, die durch die auf beiden
Seiten von nicht-magnetischen Bereichen 8 positionierten
Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 sandwichartig
umschlossen sind, stellen Zwischenpolbereiche 4b dar und
bilden magnetische Konkavitäten
bzw. Hohlräume.
Die Permanentmagnete 6, die in solchen Richtungen magnetisiert
sind, dass der an den Ankerströmen
erzeugte Magnetfluss aufgehoben wird, und die benachbarte Zwischenpolbereiche 4b passieren,
sind in den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 angeordnet.
Im einzelnen haben Permanentmagnete 6, die auf beiden Seiten
der Polbereiche 4a positioniert sind, die gleiche Magnetisierungsrichtung,
und Permanentmagnete 6, die auf beiden Seiten der Zwischenpolbereiche 4b positioniert
sind, sind derart angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtungen
in der Umfangsrichtung des Rotors 3 einander entgegengesetzt
sind.
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Vorzugsweise
sind die Permanentmagnete 6 in der Umfangsrichtung magnetisiert
und sind noch bevorzugter so angeordnet, dass sie in der zu der
Polachse praktisch senkrechten Richtung magnetisiert sind bzw. werden.
Der nicht-magnetische Bereich 8 im Zwischenpolbereich 4b ist
durch einen Spaltbereich gebildet.
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In
den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 im
Rotorkern 4 sind Permanentmagnet-Positionierungsvorsprünge 12 ausgebildet,
die ins Innere dieser Löcher
vorstehen. Wie in 7 gezeigt ist, ist die Länge der
Seite (des Arms) "X", dort, wo der Permanentmagnet 6 und
der Permanentmagnet-Positionierungsvorsprung 12 in
Kontakt stehen, auf 5% bis 75% der Seitenlänge "Y" des
Permanentmagneten 6 festgesetzt. Ferner sind Radiusabschnitte 13 (Zwischenräume) am
Fuß der
Permanentmagnet-Positionierungsvorsprünge 12 auf beiden
Seiten des Permanentmagneten 6 auf zu dem nicht magnetischen Bereich 8 entgegengesetzten
Seiten vorgesehen und schneiden die Magnetisierungsrichtung unter
rechten Winkeln.
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Ferner
beträgt
im Rotor 3 die Dicke "b1" in der Radialrichtung
des umfangsseitigen dünnwandigen
Bereichs 18, der von Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 gebildet
wird, mindestens 0,5 mm oder mehr, und die Länge "b2" in
der Umfangsrichtung wird auf unter 450% dieser Dicke "b1" in der Radialrichtung
des umfangsseitigen dünnwandigen
Bereichs 18 eingestellt. Ferner beträgt im Rotor 3 die
Dicke "a1" in der Umfangsrichtung
des dünnwandigen Brückenbereichs 19 auf
der dem Zentrum des Rotors nächstgelegenen
Seite, die zwischen den Rändern der
Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 ausgebildet
ist, welche einander auf jeder Seite des nicht magnetischen Bereichs 8 zugewandt
sind, mindestens 0,5 mm oder mehr, und seine Länge "a2" in
der Radialrichtung wird auf unter 450% dieser Dicke "a1" in der Umfangsrichtung
eingestellt.
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Als
nächstes
wird die Performance eines Permanentmagnet-Reluktanzmotors gemäß dieser ersten Ausführungsform
beschrieben. Bei dem Permanentmagnet-Reluktanzmotor dieser Ausführungsform
werden ebenso wie im Fall des Permanentmagnet-Reluktanzmotors der
vorangehenden Anwendung erhebliche Änderungen in der magnetischen Energie
infolge der von dem magnetischen Widerstand der Permanentmagnete 6 und
dem Magnetfluß der
Permanentmagnete 6 geschaffenen Unregelmäßigkeiten
erzeugt, was starke Abweichungen in der Spalt-Flußdichtenverteilung
liefert. Da die Permanentmagnete 6 durch Permanentmagnet-Positionierungsvorsprünge 12 gehaltert
sind, die in den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 vorgesehen
sind, können
die Positionierungskeile 15, die bei dem Permanentmagnet-Reluktanzmotor
der vorangehenden Anwendung verwendet wurden, wegfallen, und die Aufgabe
des Einsetzens der Permanentmagnete bei der Montage wird erleichtert,
und ferner können, wenn
das zum Befestigen der Permanentmagnete 6 in den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 verwendete
Klebemittel nachlässt,
die Permanentmagnete 6 zuverlässig durch die Permanentmagnet-Positionierungsvorsprünge 12 gehalten
werden.
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Ferner
wird die Länge
der Seite "X", auf der der Permanentmagnet 6 und
der Permanentmagnet-Positionierungsvorsprung 12 in
Kontakt stehen, auf 5% bis 75% der Seitenlänge "Y" des
Permanentmagneten 6 eingestellt. Im einzelnen wird die
Seitenlänge "X" der Permanentmagnet-Positionierungsvorsprünge 12 so
gestaltet, dass die von dem Permanentmagneten 6 erzeugte
Zentrifugalkraft mittels der Flächen
getragen wird, die sich unter rechten Winkeln in der Richtung der
Permanentmagnet-Magnetisierung auf der Seite der dem nicht-magnetischen Bereich 8 nächstgelegenen
Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 schneiden,
wobei die Belastung des umfangsseitigen dünnwandigen Bereichs 18 des Permanentmagnet-Aufnahmelochs 5 und
des dünnwandigen
Brückenbereichs 19 zwischen
den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern auf
der dem Zentrum zwischen den Polen nächstgelegenen Seite innerhalb
des zulässigen
Werts liegt (Seitenlänge "X" minimal: 5%), und die Belastung des
Radiusabschnitts 13 des Fußes der Permanentmagnet-Positionierungsvorsprünge 12 innerhalb
des zulässigen
Werts liegt (Seitenlänge "X" maximal: 75%). Auf diese Weise wird
die von der Zentrifugalkraft des Permanentmagneten 6 erzeugte
Kraft wirksam durch die Fläche geteilt,
welche die Permanentmagnet-Magnetisierungsrichtung unter rechten
Winkeln auf der Seite der dem nicht magnetischen Bereich 8 nächsten Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 5 und
der Vorsprünge 12 zur
Positionierung des Permanentmagneten schneidet.
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Ferner
können
durch Vorsehen der Radiusabschnitte 13 des Fußes des
Permanentmagnet-Positionierungsvorsprungs 12 auf der Seite
der Fläche, welche
unter rechten Winkeln die Richtung der Permanentmagnet-Magnetisierung
auf der dem nicht-magnetischen Bereich 8 gegenüberliegenden Seite
schneidet, die Radiusabschnitte 13 vorgesehen werden, ohne
die Seitenlänge "X" zu verkürzen, an der der Permanentmagnet 6 und
der Permanentmagnet-Positionierungsvorsprung 12 in Kontakt
stehen, wodurch eine räumliche
Marge vermittelt wird und folglich der Biegeradius (Krümmungsradius)
der Radiusabschnitte 13 weit gestaltet werden kann und eine
Belastung der Radiusabschnitte 13 dadurch auf ein Minimum
reduziert werden kann.
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Ferner
wird durch Gestalten der radialen Dicke "b1" des
umfangsseitigen dünnwandigen
Bereichs 18 des Permanentmagnet-Aufnahmelochs 5 auf mindestens
0,5 mm oder mehr, und durch Gestalten der Länge "b2" des
dünnwandigen
Bereichs in der Umfangsrichtung auf nicht mehr als 450% der Dicke "b1" in der Radialrichtung
eine Entstehung von Belastung oder von Defekten etc. durch Durchstoßen des
Kerns bei der Herstellung des Rotorkerns 4 vermieden (Dicke "b1" in der Radialrichtung:
mindestens 0,5 mm oder mehr), und der reaktive Fluß 17 (Leckfluß), der
von dem Permanentmagnet 6 und dem q-Achsenstrom erzeugt wird, wird reduziert,
was es ermöglicht,
dass der von den Permanentmagneten 6 erzeugte Fluß wirksam
genutzt wird; infolgedessen kann die Menge an Permanentmagneten 6 auf
das notwendige Minimum verringert werden. Außerdem kann die in dem umfangsseitigen
dünnwandigen
Bereich 18 des Permanentmagnet-Aufnahmelochs 5 durch
die Zentrifugalkraft des Permanentmagneten 6 erzeugte Biegebelastung
auf das Minimum reduziert werden (Länge "b2" in
der Umfangsrichtung nicht mehr als 450% der Dicke "b1" in der Radialrichtung).
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Ferner
können
durch Gestalten der Dicke in der Umfangsrichtung des dünnwandigen
Brückenbereichs 19 zwischen
den Permanentmagnet-Aufnahmelöchern 5 auf
der Seite des Zentrums zwischen den Polen "a1" auf
mindestens 0,5 mm oder mehr und durch Gestalten der Länge "a2" in der Radialrichtung
des dünnwandigen
Brückenbereichs 19 auf nicht
mehr als 450% der Dicke "a1" in der Umfangsrichtung
eine Verzerrung und Defekte etc., die durch ein Durchstoßen des
Kerns während
der Herstellung des Rotorkerns 4 vermieden werden (radiale
Dicke "b1" mindestens 0,5 mm
oder mehr), und der reaktive Fluß 17, der von den
Permanentmagneten 6 erzeugt wird (Leckfluß), kann
verringert werden und außerdem
die in dem dünnwandigen
Bereich 19 auf der zentralen Seite zwischen den Polen durch
die von der Zentrifugalkraft des Permanentmagneten 6 erzeugte
Kraft auf das Minimum reduziert werden (Länge "a2" in
der Radialrichtung unter 450% der Dicke "a1" in
der Umfangsrichtung).
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Auf
diese Weise kann bei einem Permanentmagnet-Reluktanzmotor gemäß der ersten Ausführungsform
das Einsetzen des Permanentmagneten bei der Herstellung erleichtert
und folglich mechanisiert werden, was eine Reduzierung der Herstellungskosten
ermöglicht.
Ferner können
auch dann, wenn das zum Befestigen der Permanentmagnete benutzte
Klebemittel schwächer
wird, die Permanentmagnete sicher festgehalten werden, so dass ein
Risiko, dass die Permanentmagnete herausgeschleudert werden oder
den Rotor beschädigen,
ausgeschaltet werden kann, was die Zuverlässigkeit verbessert.
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Da
ferner die von der Zentrifugalkraft der Permanentmagnete erzeugte
Kraft wirksam geteilt werden kann, kann die im Rotorkern erzeugte
Belastung auf ein Minimum reduziert werden, was die Zuverlässigkeit
verbessert.
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Außerdem kann
der Belastungswert an dem Radiusabschnitt des Fußes der Vorsprünge für die Permanentmagnet-Positionierung auf
das Minimum reduziert werden, wodurch eine hohe Drehgeschwindigkeit
ermöglicht
und die Zuverlässigkeit
verbessert wird. Ferner kann durch Optimieren der Form der dünnwandigen
Bereiche 18 und 19 in dem Rotorkern eine hohe
Leistung, ein hoher Wirkungsgrad und eine Hochgeschwindigkeitsdrehung
erzielt werden, und die Zuverlässigkeit
und einfache Herstellung können erheblich
verbessert werden.
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Als
nächstes
wird ein Permanentmagnet-Reluktanzmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform
ist der Permanentmagnet 6 im Querschnitt trapezoidförmig gestaltet,
und ein zentraler Permanentmagnet-Positionierungsvorsprung 14 ist
in dem Permanentmagnet-Aufnahmeloch 5 so
vorgesehen, dass er dieses in einer dem Zentrum seiner Bodenfläche entsprechenden
Position hält,
und zwar zusätzlich
zu den Permanentmagnet-Positionierungsvorsprüngen 12 ähnlich denjenigen
der ersten Ausführungsform.
Ferner ist der Aufbau derart, dass die von der Zentrifugalkraft
des Permanentmagneten 6 erzeugte Kraft auf einer Seite
desselben getragen wird, die sich mit der Magnetisierungsrichtung
des Permanentmagneten 6 unter rechten Winkeln schneidet
und die sich auf der dem nicht magnetischen Bereich 8 entgegengesetzten
Seite des Permanentmagnet-Aufnahmelochs 5 befindet.
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Die
restlichen strukturellen Elemente sind der in den 6 und 7 dargestellten
ersten Ausführungsform
gemeinsam und sind somit mit den gleichen Bezugsziffern dargestellt.
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Als
nächstes
wird die Performance des Permanentmagnet-Reluktanzmotors dieser zweiten Ausführungsform
beschrieben. Bei einem auf diese Weise aufgebauten Permanentmagnet-Reluktanzmotor ist
der zentrale Vorsprung 14 zur Positionierung des Permanentmagneten
in der Mitte des Permanentmagnet-Aufnahmelochs 5 positioniert,
und die von der Zentrifugalkraft des Permanentmagneten 6 erzeugte
Kraft kann auf der Innenumfangsseite eines Rotors 3 getragen
werden, an der die mittlere Belastung vergleichsweise gering ist,
so dass die Belastung der Halterung des Permanentmagneten 6 (zentraler
Vorsprung 14 zur Positionierung des Permanentmagneten)
auf einem Minimum gehalten werden kann und der Kontaktabschnitt
mit dem Permanentmagnet 6 über den gesamten zentralen
Vorsprung 14 zur Positionierung des Permanentmagneten in
Kontakt steht; infolgedessen kann der Permanentmagnet 6 auf
stabile Weise gehalten werden.
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Da
ein Aufbau angewandt wird, bei dem die von der Zentrifugalkraft
des Permanentmagneten erzeugte Kraft auf einer Fläche bzw.
Seite getragen wird, die die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten 6 unter
rechten Winkeln schneidet und sich auf der dem nicht-magnetischen
Bereich 8 gegenüberliegenden
Seite des Permanentmagnet-Aufnahmelochs 5 befindet,
kann eine Belastung auf ein Minimum reduziert werden, da die von
der Zentrifugalkraft des Permanentmagneten erzeugte Kraft auf der
dem nicht-magnetischen
Bereich 8 gegenüberliegenden
Seite des Permanentmagnet-Aufnahmelochs 5 getragen wird,
d.h. dort getragen wird, wo die mittlere Belastung vergleichsweise
gering ist.
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Auf
diese Weise können
bei dem Permanentmagnet-Reluktanzmotor
der zweiten Ausführungsform
auch dann, wenn das zur Befestigung der Permanentmagnete benutzte
Klebemittel schwächer wird,
die Permanentmagnete nach wie vor sicher gehalten werden; infolgedessen
kann irgendein Risiko, dass die Permanentmagnete herausgeschleudert werden
oder der Rotor beschädigt
wird, eliminiert werden und die Zuverlässigkeit deshalb verbessert werden.
Da die von der Zentrifugalkraft der Permanentmagnete erzeugte Kraft
an der Innenumfangsseite des Rotors getragen wird, d.h. wo die mittlere Belastung
vergleichsweise gering ist, kann die Belastung der zentralen Abschnitte 14 zur
Positionierung der Permanentmagnete auf einem Minimum gehalten werden
und die Permanentmagnete können
auf stabile Weise gehalten werden, wodurch sich die Zuverlässigkeit
verbessert.
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Da
ferner die von der Zentrifugalkraft des Permanentmagneten 6 erzeugte
Kraft auf der dem nicht-magnetischen
Bereich 8 des Permanentmagnet-Aufnahmelochs gegenüberliegenden
Seite getragen wird, d.h. wo die mittlere Belastung vergleichsweise
gering ist, kann die Belastung auf einem Minimum gehalten werden
und eine höhere
Ausgangsleistung und noch höhere
Drehgeschwindigkeiten können
erreicht werden, wobei auch die Zuverlässigkeit verbessert wird.
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Da
nach obiger Beschreibung bei einem Permanentmagnet-Reluktanzmotor gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Vorsprung für
eine Permanentmagnet-Positionierung in dem Permanentmagnet-Aufnahmeloch
innerhalb des Kerns des Rotors vorgesehen ist, wird das Einsetzen
des Permanentmagneten während
der Herstellung erleichtert, und es wird möglich, diese zu mechanisieren
und die Produktionskosten zu verringern; ferner kann der Permanentmagnet
auch dann, wenn das zum Befestigen des Permanentmagneten benutzte
Klebemittel schwächer
wird, der Permanentmagnet sicher von dem Vorsprung zur Positionierung
des Permanentmagneten gehalten werden, so dass irgendein Risiko,
dass die Permanentmagnete herausgeschleudert werden oder der Rotor
beschädigt
wird, ausgeschaltet werden kann, wodurch die Zuverlässigkeit
verbessert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auch durch Optimieren des Bereichs, in dem der Permanentmagnet
und der Vorsprung zur Positionierung des Permanentmagneten in Kontakt
kommen, die von der Zentrifugalkraft des Permanentmagneten erzeugte
Kraft wirksam geteilt werden, wodurch es möglich wird, dass die in dem
Kern des Rotors erzeugte Belastung auf ein Minimum reduziert wird
und auch die Zuverlässigkeit
verbessert wird.
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Ferner
können
durch Optimieren der Form der dünnwandigen
Bereiche in dem Rotorkern eine hohe Ausgangsleistung, ein hoher
Wirkungsgrad und eine Hochgeschwindigkeitsdrehung erzielt werden, und
die Zuverlässigkeit
und leichte Herstellbarkeit werden beträchtlich verbessert. Da auch
die von der Zentrifugalkraft des Permanentmagneten erzeugte Kraft
an einem Abschnitt gehaltert wird, an dem die mittlere Belastung
vergleichsweise klein ist, kann der Belastungswert der Halterung
auf einem Minimum gehalten werden, was das Erreichen höherer Drehgeschwindigkeiten
ermöglicht,
und auch die Zuverlässigkeit
verbessert.
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Offensichtlich
sind zahlreiche zusätzliche Modifikationen
und Variationen der vorliegenden Erfindung im Rahmen der obigen
Lehren möglich.
Es versteht sich daher, dass die vorliegende Erfindung innerhalb
des Schutzumfangs der beigefügten
Ansprüche
auf andere Weise in die Praxis umgesetzt werden kann als es hier
speziell beschrieben wurde.