DE102011050245A1

DE102011050245A1 - Folgepol-Permanentmagnetmotor

Info

Publication number: DE102011050245A1
Application number: DE102011050245A
Authority: DE
Inventors: Makoto Taniguchi; Asuka Tanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-11-17
Also published as: JP2011239593A; FR2960109A1; US20110278978A1; KR20110124735A; FR2960109B1; US8796897B2; KR101231024B1; CN102244427A; CN102244427B; JP5482423B2

Abstract

Bei einem Motor (10) ist ein Anker (2) vorgesehen, um einem Rotorglied (3) zum Erzeugen eines magnetischen Drehfelds gegenüberzuliegen. Bei dem Anker (2) sind mehrere Sätze von Zähnen (22) in einer Drehungsrichtung des Rotorglieds (3) derart angeordnet, dass jeder Satz von Zähnen (22) in den mehreren Sätzen von Zähnen (22) innerhalb eines elektrischen Winkelzyklus des magnetischen Drehfelds ist. Der eine elektrische Winkelzyklus entspricht einer Polpaarteilung des ringförmigen Rotorglieds (3). Eine Zahl von Zähnen (22) in der Mehrzahl von Zähnen (22) innerhalb der einen Polpaarteilung ist auf 2k eingestellt (k ist eine natürliche Zahl), und eine Zahl von Zähnen (22), die jeweils den ersten magnetischen Polen in der Mehrzahl von Zähnen (22) zugewandt ist, ist auf gleich oder größer als die Summe von k und 1 eingestellt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung 2010-109529 , eingereicht am 11. Mai 2010. Diese Anmeldung beansprucht das Vorrecht der Priorität aus der japanischen Patentanmeldung, sodass die Beschreibung derselben hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Folgepol-Permanentmagnetmotoren zu Verwendung bei beispielsweise Motorfahrzeugen, wie zum Beispiel Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen; diese Motoren weisen einen weichmagnetischen Rotor mit einer Mehrzahl von Folgepolen und mit einer Mehrzahl von Permanentmagnetpolen auf.
HINTERGRUND
Motoren, die Seltenerd-Permanentmagnete mit einer hohen magnetischen Leistung verwenden, werden aktiv für verschiedene Vorrichtungen verwendet. Angesichts der Erschöpfung der Ressourcen der Erde werden andererseits Motoren, die entworfen sind, um die Verwendung von Seltenerd-Permanentmagneten auf ein Minimum zu reduzieren, untersucht.
Die japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2004-357489 offenbart einen Motor mit einem Folgepol-Rotor als ein Beispiel des letzteren Typs von Motoren; auf diesen Motor ist ferner als ein „Folpol-Motor” Bezug genommen.
Der Folgepol-Motor, der in der Patentveröffentlichung offenbart ist, weist eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen mit der gleichen magnetischen Polarität, wie zum Beispiel einem Nord- oder Südpol, in der äußeren Peripherie eines zylindrischen weichmagnetischen Rotors auf. Der zylindrische weichmagnetische Rotor ist als ein Folgepol-Rotor entworfen, um eine Mehrzahl von radial nach außen gehenden Vorsprüngen, die jeweils zwischen der Mehrzahl von Permanentmagnetpolen angeordnet sind, zu haben, sodass die magnetischen Polaritäten der Mehrzahl von Permanentmagnetpolen verursachen, dass die Mehrzahl von Vorsprüngen mit der gleichen magnetischen Polarität entgegengesetzt zu der magnetischen Polarität der Mehrzahl von Permanentmagnetpolen folgend magnetisiert wird. Ein solcher Folgepol-Motor weist eine Zahl von Permanentmagnetpolen auf, die die Hälfte derselben der Permanentmagnetpole von normalen Permanentmagnetmotoren ist, sodass die magnetische Leistung desselben mit einer Reduzierung der Zahl der Permanentmagnetpole aufrechterhalten wird.
Motoren mit konzentrierter Wicklung sind andererseits hauptsächlich für verschiedene Vorrichtungen verwendet. 12-Nut-10-Pol-Motoren mit einer konzentrierten Wicklung oder 12-Nut-14-Pol-Motoren mit einer konzentrierten Wicklung, die einen relativ hohen Wicklungsfaktor haben, wurden vorgeschlagen, um die Verschlechterung der magnetischen Leitung dieser Motoren zu begrenzen.
9 ist beispielsweise eine Tabelle, die schematisch eine Korrelation zwischen elektrischen Winkeln von Zähnen des Ankers eines 12-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels (gleich einem elektrischen 1800-Winkel) des 10-Pol-Rotors unter der Annahme schematisch darstellt, dass einer der Zähne ein Bezugszahn bei einem elektrischen Winkel und einem mechanischen Winkel von 0 ist. 10 ist eine Tabelle, die eine Korrelation zwischen Indexnummern 1, 2, ..., 12, die den Zähnen von dem Zahn benachbart zu dem Bezugszahn in einer Gegenuhrzeigerrichtung zu dem Bezugzahn des 12-Nut-10-Pol-Motors zugewiesen sind, elektrischen Winkeln der entsprechenden Zähne 1, 2, ..., 12 des Ankers des 12-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne 1, 2, ..., 12 schematisch darstellt. Wie in 9 und 10 dargestellt ist, entspricht ein Zyklus des magnetischen Drehfelds, das durch Ankerströme erzeugt wird, 360 elektrischen Grad, und daher sind 0 elektrische Grad in Übereinstimmung mit 360 elektrischen Grad.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese 12-Nut-10-Pol-Motoren oder 12-Nut-14-Pol-Motoren verwenden normale Permanentmagnetrotoren, bei denen Risiken einer Erschöpfung der Ressourcen der Erde bestehen bleiben. Um sich diesen Risiken zuzuwenden, haben die Erfinder versucht, einen Folgepol-Rotor auf einen 12-Nut-10-Pol-Motor anzuwenden und Experimente ausgeführt, um die Charakteristiken des 12-Nut-10-Pol-Motors mit dem Folgepol-Rotor zu erkunden. Die Resultate der Experimente zeigen, dass eine radiale Vibration des 12-Nut-10-Pol-Motors erhöht wird, um verglichen mit 12-Nut-10-Pol-Motoren mit einem normalen Permanentmagnetrotor ein Geräusch zu verursachen.
Die Erfinder haben genau bestimmt, dass einer der Faktoren bei dieser Erhöhung der radialen Vibration darin besteht, dass es eine Abweichung zwischen der Polpaarzahl 5 des Folgepol-Rotors des 12-Nut-10-Pol-Motors und der Polpaarzahl 4 des magnetischen Drehfelds, das durch die Ankerströme erzeugt wird, gibt. Wie in 9 und 10 dargestellt ist, haben die Erfinder zusätzlich genau bestimmt, dass ein alternativer der Faktoren bei dieser Erhöhung der radialen Vibration darin besteht, dass es keine Zähne gibt, die einen gleichen elektrischen Grad pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels des 10-Pol-Rotors brauchen. Das heißt es gibt keine Wiederholbarkeit eines elektrischen Winkels, den ein Zahn pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels des 10-Pol-Rotors braucht.
Um eine solche erhöhte radiale Vibration zu reduzieren, haben die Erfinder einen Folgepol-Motor entworfen, der eine Wiederholbarkeit von elektrischen Graden, die ein Zahn pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels des Rotors braucht, hat, wie zum Beispiel einen 60-Nut-10-Pol-Motor, der einen Folgepol-Rotor und einen Anker mit einer verteilten Durchmesserwicklung hat. Der 60-Nut-10-Pol-Motor mit dem Folgepol-Rotor und dem Anker mit einer verteilten Durchmesserwicklung, auf den einfach als ein 60-Nut-10-Pol-Motor Bezug genommen ist, hat fünf Polpaare des magnetischen Drehfelds, die durch Ankerströme erzeugt werden; diese fünf Polpaare sind in einer Übereinstimmung mit fünf Polpaaren des Folgepol-Rotors.
11 ist genauer gesagt eine Tabelle, die eine Korrelation zwischen elektrischen Winkeln von Zähnen des Ankers eines solchen 60-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels (gleich einem elektrischen 1800-Winkel) des Folgepolrotors unter der Annahme schematisch darstellt, dass einer der Zähne ein Bezugszahn bei einem elektrischen Winkel und einem mechanischen Winkel von 0 ist. 12 ist eine Tabelle, die eine Korrelation zwischen Indexnummern 1, 2, ..., 60, die den Zähnen von dem Zahn benachbart zu dem Bezugszahn in einer Gegenuhrzeigerrichtung zu dem Bezugszahn des 60-Nut-10-Pol-Motors zugewiesen sind, elektrischen Winkeln der entsprechenden Zähne 1, 2, ..., 60 des Ankers des 60-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne 1, 2,..., 60 darstellt. Wie in 11 und 12 dargestellt ist, entspricht ein Zyklus des magnetischen Drehfelds, das durch Ankerströme erzeugt wird, 360 elektrischen Grad, und daher sind 0 elektrische Grad in einer Übereinstimmung mit 360 elektrischen Grad.
Für einen Folgepol-Motor ist es allgemein wichtig, jeden Folgepol auf einen Pegel nahe der Sättigungsflussdichte des Materials eines entsprechenden Folgepols angesichts einer Verbesserung der magnetischen Leistung zu magnetisieren, mit anderen Worten eine Menge eines magnetischen Flusses auf einem Pegel zu erreichen, der es ermöglicht, dass jeder Folgepol gesättigt wird.
In dieser Hinsicht wird ein Folgepol eines Folgepolmotors durch eine magnetische Schaltung, in der ein magnetischer Fluss, der von einem Magnetpol erzeugt wird, durch entsprechende Zähne, die dem Magnetpol gegenüberliegen, zu dem Folgepol zurückkehrt, folgend magnetisiert. Die Sättigungsflussdichte des Materials von Folgepolen ist zusätzlich höher als dieselbe des Materials von Magnetpolen.
Aus diesem Grund ist es, wenn ein solcher Folgepol-Motor, der einen Anker mit einer verteilten Durchmesserwicklung hat, wie die herkömmlichen Folgepol-Motoren derart entworfen wird, dass die Zahl von Zähnen des Ankers, die jedem Magnetpol gegenüberliegen, identisch zu derselben von Zähnen, die jedem Folgepol gegenüberliegen, ist, schwierig, die Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Magnetpol erzeugt wird, auf einem Pegel zu erhalten, der jedem Folgepol ermöglicht, gesättigt zu werden, da die Menge des magnetischen Flusses, der von jedem Magnetpol erzeugt wird, von dem Oberflächenbereich eines entsprechenden Magnetpols, der den entsprechenden Zähnen gegenüberliegt, abhängt.
Eine Erhöhung des Oberflächenbereichs jedes Magnetpols, der den entsprechenden Zähnen gegenüberliegt, erhöht den Durchmesser des Folgepol-Motors. Dies resultiert in einer Erhöhung einer Größe des Folgepol-Motors, was den Aufwand des Folgepol-Motors erhöht.
Ein Einbau eines solchen großen Folgepol-Motors in Motorfahrzeugen verschlechtert somit die Aufwandskonkurrenzfähigkeit der Motorfahrzeuge.
Angesichts der im Vorhergehenden dargelegten Umstände strebt ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung danach, Folgepol-Permanentmagnetmotoren zu schaffen, die entworfen sind, um mindestens eines der im Vorhergehenden dargelegten Probleme zu lösen.
Ein alternativer Aspekt der vorliegenden Offenbarung zielt genauer darauf ab, solche Motoren zu schaffen, die fähig sind, eine Erhöhung der Menge eines magnetischen Flusses, der von Permanentmagneten der Motoren zum Magnetisieren von Folgepolen erzeugt wird, und eine Reduzierung einer Größe der Motoren auszubalancieren.
Gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Motor geschaffen, der ein ringförmiges Rotorglied, das aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist und in dem Motor drehbar vorgesehen ist, aufweist. Das Rotorglied weist eine Mehrzahl von ersten magnetischen Polen, die in einer Umfangsrichtung des Rotorglieds mit Räumen dazwischen angeordnet sind, auf. Jeder der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen ist durch einen äußeren peripheren Abschnitt des Rotorglieds und einen Permanentmagneten gebildet. Das Rotorglied weist eine Mehrzahl von zweiten magnetischen Polen, die sich von dem Rotorglied radial erstrecken und jeweils zwischen der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen angeordnet sind, auf. Die Mehrzahl von zweiten magnetischen Polen wird folgend durch die Mehrzahl von ersten magnetischen Polen als eine Mehrzahl von Folgepolen magnetisiert. Der Motor weist einen Anker, der vorgesehen ist, um dem Rotorglied gegenüberzuliegen, zum Erzeugen eines magnetischen Drehfelds auf. Der Anker weist mehrere Sätze von Zähnen, die in einer Richtung einer Drehung des Rotorglied derart angeordnet sind, dass jeder Satz von Zähnen in den mehreren Sätzen von Zähnen innerhalb eines elektrischen Winkelzyklus des magnetischen Drehfelds ist, auf. Der eine elektrische Winkelzyklus entspricht einer Polpaarteilung des ringförmigen Rotorglieds. Eine Zahl von Zähnen der Mehrzahl von Zähnen innerhalb der einen Polpaarteilung ist auf 2k (k ist eine natürliche Zahl) eingestellt, und eine Zahl von Zähnen, die den ersten magnetischen Polen in der Mehrzahl von Zähnen zugewandt ist, ist auf gleich oder größer als die Summe von k und 1 eingestellt.
Die vorhergehenden und/oder andere Merkmale und/oder Vorteile von verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung sind angesichts der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher. Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung können unterschiedliche Merkmale und/oder Vorteile, wo es anwendbar ist, einschließen und/oder ausschließen. Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung können zusätzlich eines oder mehrere Merkmale von anderen Ausführungsbeispielen, wo es anwendbar ist, kombinieren. Die Beschreibungen von Merkmalen und/oder Vorteilen von besonderen Ausführungsbeispielen sollten nicht als andere Ausführungsbeispiele oder die Ansprüche begrenzend aufgefasst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich. Es zeigen:
1A eine laterale Querschnittsansicht eines Drei-Phasen-60-Nut-10-Pol-Motors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
1B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des in 1A dargestellten Motors;
2 eine laterale Querschnittsansicht eines Drei-Phasen-60-Nut-10-Pol-Motors gemäß der ersten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung;
3 eine laterale Querschnittsansicht eines Drei-Phasen-60-Nut-10-Pol-otors gemäß der zweiten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung;
4A eine laterale Querschnittsansicht eines Drei-Phasen-60-Nut-10-Pol-Motors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
4B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des in 4A dargestellten Motors;
5 eine laterale Querschnittsansicht des Rotors eines Drei-Phasen-60-Nut-10-Pol-Motors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
6 eine grafische Darstellung, die eine Korrelation zwischen jedem von gemessenen Werten des Verhältnisses einer Reduzierung des Betrags eines Nutrastdrehmoments zu einem Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments, wenn der Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments auf 1,0 normiert ist, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel schematisch darstellt;
7 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Leitersegments, das für Ankerwicklungen eines Motors gemäß der dritten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels zu verwenden ist;
8 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Motors gemäß der dritten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels;
9 eine Tabelle, die eine Korrelation zwischen elektrischen Winkeln von Zähnen des Ankers eines 12-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels des 10-Pol-Rotors unter der Annahme schematisch darstellt, dass einer der Zähne ein Bezugszahn bei dem elektrischen Winkel und dem mechanischen Winkel von 0 ist;
10 eine Tabelle, die eine Korrelation zwischen Indexnummern, die den Zähnen von dem Zahn benachbart zu dem Bezugszahn in einer Gegenuhrzeigerrichtung zu dem Bezugszahn des 12-Nut-10-Pol-Motors zugewiesen sind, elektrischen Winkeln der entsprechenden Zähne des Ankers des 12-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne schematisch darstellt;
11 eine Tabelle, die eine Korrelation zwischen elektrischen Winkeln von Zähnen des Ankers eines solchen 60-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels des Folgepol-Rotors unter der Annahme schematisch darstellt, dass einer der Zähne ein Bezugszahn bei dem elektrischen Winkel und mechanischen Winkel von 0 ist; und
12 eine Tabelle, die eine Korrelation zwischen Indexnummern, die den Zähnen von dem Zahn benachbart zu dem Bezugszahn in einer Gegenuhrzeigerrichtung zu dem Bezugszahn des 60-Nut-10-Pol-Motors zugewiesen sind, elektrischen Winkeln der entsprechenden Zähne des Ankers des 60-Nut-10-Pol-Motors und mechanischen Winkeln der entsprechenden Zähne schematisch darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind identische Bezugszeichen genutzt, um entsprechende identische Komponenten zu identifizieren. Es sei bemerkt, dass, um die Struktur und Betriebsvorgänge der Ausführungsbeispiele einfach darzustellen, in der Darstellung in einigen der beigefügten Zeichnungen eine Schraffierung weggelassen ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, insbesondere 1A und 1B, ist ein Drei-Phasen-60-Nut-10-Pol-Motor 10 mit im Wesentlichen einer zylindrischen Form, auf den einfach als ein „Motor 10” Bezug genommen ist, dargestellt.
Der Motor 10 weist einen Anker 2, einen im Wesentlichen ringförmigen Rotor 3, der vorgesehen ist, um dem Anker mit einem Zwischenraum dazwischen gegenüberzuliegen, und eine Rotationswelle 4, die aus beispielsweise einem nicht magnetischen Material, wie zum Beispiel rostfreien Stahl, hergestellt ist, auf.
Der Anker 2 weist einen im Wesentlichen ringförmigen Ankerkern 2a auf. Der Ankerkern 2a besteht aus einem ringförmigen Joch 2I und sechzig Zähnen 22, die von der inneren Oberfläche des Jochs 21 radial nach innen vorspringen. Die sechzig Zähne 22 sind mit regelmäßigen Teilungen bzw. Abständen dazwischen umfangsmäßig angeordnet. Räume, die durch umfangsmäßig benachbarte Zähne und das Joch 21 umgeben sind, liefern 60 Nuten des Ankerkerns 2a, Die inneren Oberflächen der sechzig Zähne 22 liefern die innere Peripherie des Ankerkerns 2a.
Der Rotor 3 ist aus einem magnetischen Stahlblech als ein Beispiel von weichmagnetischen Materialien hergestellt und weist ein im Wesentlichen ringförmiges Joch (einen Kern) 32 mit seiner inneren Peripherie, an der die Rotationswelle 4 fixiert ist, auf. Der Rotor 3 weist fünf Permanentmagnetpole 31, die aus beispielsweise Seltenerd-Magneten, die beispielsweise Neodym und Dysprosium enthalten, hergestellt sind, auf. Die fünf Permanentpole 31 haben die gleiche magnetische Polarität, wie zum Beispiel einen Nord- oder Südpol, und sind an der äußeren Peripherie des Jochs 32 angebracht. Die fünf Permanentmagnetpole 31 sind mit regelmäßigen Teilungen dazwischen umfangsmäßig angeordnet.
Die äußere Oberfläche jedes der Permanentmagnetpole 31 ist mit einem vorbestimmten Krümmungsradius um die Mittelachse der Rotationswelle 4 gekrümmt.
Das Joch 32 ist mit fünf sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen 33, die jeweils zwischen fünf Permanentmagnetpolen 31 angeordnet und umfangsmäßig mit regelmäßigen Teilungen angeordnet sind, versehen. Mit der Konfiguration des Rotors 3 verursachen die magnetischen Polaritäten der fünf Permanentmagnetpole 31, das die fünf Vorsprünge 33 folgend mit der gleichen magnetischen Polarität, die zu der magnetischen Polarität der fünf Permanentmagnetpole 31 entgegengesetzt ist, magnetisiert werden; auf diese Vorsprünge 33 ist daher als „Folgepole 33” im Folgenden Bezug genommen, Das Joch 32 weist zwischen den Permanentmagnetpolen 31 und den Folgepolen 33 Räume 34 auf; diese Räume 34 dienen zwischen den Permanentmagnetpolen 31 und Folgepolen 33 als magnetische Barrieren. Die äußere Oberfläche von jedem der Folgepole 33 ist in einem vorbestimmten Krümmungsradius um die Mittelachse der Rotationswelle 4 gekrümmt.
Der Rotor 3 hat eine Polpaarteilung, das heißt eine Teilung zwischen benachbarten gleichen Polen, von 72 mechanischen Grad, die 360 elektrischen Grad entsprechen. Wie in 1A und 1B dargestellt ist, gibt es zwölf Zähne 22 des Ankerkerns 2A innerhalb 72 mechanischen Grad, die einer Polpaarteilung des Rotors 3 entsprechen. Der 60-Nut-10-Pol-Motor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung. Ein Folgepol-Permanentmagnetmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung ist derart konfiguriert, dass es innerhalb eines mechanischen Winkels, der einer Polpaarteilung des Rotors 3 entspricht, 2k-Zähne gibt; k ist eine natürliche Zahl. Da mit anderen Worten der 60-Nut-10-Pol-Motor 10 derart konfiguriert ist, dass es zwölf Zähne 22 innerhalb 72 mechanischen Grad gibt, die einer Polpaarteilung des Rotors 3 entsprechen, ist k auf 6 eingestellt. Die Teilung zwischen benachbarten Nuten (Zähnen 22) des Ankerkerns 2 ist somit auf 30 elektrische Grad eingestellt, was ein ganzzahliger Teiler von 60 elektrischen Grad ist (siehe 11 und 12).
Der Anker 2 weist ferner Drei-Phasen-Ankerwicklungen 2b (siehe 1B), die in dem Ankerkern 2a mit einer verteilten Durchmesserwicklungskonfiguration gewickelt sind, auf. Als jede der Drei-Phasen-Ankerwicklungen 2b kann die Verknüpfung einer Mehrzahl von Leitersegmenten, die jeweils aus einem Paar von in der Nut verlaufenden Abschnitten und einem Windungsabschnitt, der die ein Paar bildenden in der Nut verlaufenden Abschnitten verknüpft, bestehen, oder ein Endlosdraht, der in seinem lateralen Querschnitt eine rechtwinklige Form hat, verwendet sein.
Bei einem elektrischen Winkelzyklus (360 elektrische Grad) des Ankerkerns 2a, der einer Polpaarteilung des Rotors 3 entspricht, die zwölf Nuten (1), (2), ..., (12) aufweist, ist beispielsweise eine erste U-Phase-Spule in der ersten Nut (1) und der siebten Nut (7) gewickelt, und eine zweite U-Phasen-Spule ist in der zweiten Nut (2) und der achten Nut (8) gewickelt. Die erste U-Phasen-Spule und die zweite U-Phasen-Spule sind beispielsweise in Reihe geschaltet, um die U-Phasen-Wicklung zu liefern. Bezugszeichen „U” und „-U” stellen Richtungen eines Ankerstroms (U-Phasen-Wechselstroms), der durch sowohl die erste als auch die zweite U-Phasen-Spule fließt, dar. Der U-Phasen-Wechselstrom, der durch den Abschnitt der ersten U-Phasen-Spule in der ersten Nut (1) fließt, ist hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt zu demselben, der durch den Abschnitt der ersten U-Phasen-Spule in der siebten Nut (7) fließt.
Bei einem elektrischen Winkelzyklus (360 elektrischen Grad) des Ankerkerns 2a ist ähnlicherweise eine erste V-Phasen-Spule in der fünften Nut (5) und der elften Nut (11) gewickelt, und eine zweite V-Phasen-Spule ist in der sechsten Nut (6) und der zwölften Nut (12) gewickelt. Die erste V-Phasen-Spule und die zweite V-Phasen-Spule sind beispielsweise in Reihe geschaltet, um die V-Phasen-Wicklung zu liefern. Bezugszeichen „V” und „-V” stellen Richtungen eines Ankerstroms (V-Phasen-Wechselstroms), der durch sowohl die erste als auch die zweite V-Phasen-Spule fließt, dar. Der V-Phasen-Wechselstrom, der durch den Abschnitt der ersten V-Phasen-Spule in der fünften Nut (5) fließt, ist beispielsweise hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt zu demselben, der durch den Abschnitt der ersten V-Phasen-Spule in der elften Nut (11) fließt.
Bei einem elektrischen Winkelzyklus (360 elektrischen Grad) des Ankerkerns 2a ist zusätzlich eine erste W-Phasen-Spule in der neunten Nut (9) und der dritten (3) gewickelt, und eine zweite W-Phasen-Spule ist in der zehnten Nut (10) und der vierten Nut (4) gewickelt. Die erste W-Phasen-Spule und die zweite W-Phasen-Spule sind beispielsweise in Reihe geschaltet, um die W-Phasen-Wicklung zu liefern. Bezugszeichen „W” und „-W” stellen Richtungen eines Ankerstroms (W-Phasen-Wechselstroms), der durch sowohl die erste als auch die zweite W-Phasen-Spule fließt, dar. Der W-Phasen-Wechselstrom, der durch den Abschnitt der ersten W-Phasen-Spule in der neunten Nut (9) fließt, ist beispielsweise hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt zu demselben, der durch den Abschnitt der ersten W-Phasen-Spule in der dritten Nut (3) fließt.
Wie der erste Satz der Nuten (1) bis (12) sind U-, V- und W-Phasen-Wicklungen 2b in sowohl dem zweiten Satz der Nuten (13) bis (24), dem dritten Satz der Nuten (25) bis (36), dem vierten Satz der Nuten (37) bis (48) als auch dem fünften Satz der Nuten (49) bis (60) gewickelt. Die Ankerwicklungen 2b sind mit anderen Worten in die erste Gruppe von Ankerwicklungen, die in dem ersten Satz der Nuten (1) bis (12) gewickelt sind, die zweite Gruppe von Ankerwicklungen, die in den zweiten Satz der Nuten (13) bis (24) gewickelt sind, die dritte Gruppe von Ankerwicklungen, die in dem dritten Satz der Nuten (25) bis (36) gewickelt sind, die vierte Gruppe von Ankerwicklungen, die in dem vierten Satz der Nuten (37) bis (48) gewickelt sind, und die fünfte Gruppe von Ankerwicklungen, die in den fünften Satz der Nuten (49) bis (60) gewickelt sind, klassifiziert.
Die Ankerströme (U-, V- und W-Phasen-Wechselströme) haben einen Phasenunterschied, 120 Grad; mit diesen Ankerströmen wird von einem Wechselrichter 40 versorgt. Ein Anlegen eines Zyklus (360 elektrischen Grad) der Ankerströme an die erste Gruppe von Ankerwicklungen erzeugt einen Zyklus (360 elektrische Grad) eines magnetischen Drehfelds. Das magnetische Feld, das durch die Ankerströme, mit denen jede Gruppe von Ankerwicklungen versorgt wird, erzeugt wird, dreht sich mit anderen Worten um 360 elektrische Grad, die einem mechanischen Winkel von 75 Grad entsprechen. Ein aufeinanderfolgendes Anlegen der Ankerströme an die jeweiligen ersten bis fünften Gruppen von Ankerwicklungen erzeugt somit ein kontinuierliches magnetisches Drehfeld, das fünf Polpaare um den Ankerkern 2a (360 mechanische Grad) hat.
Sowohl die ersten und zweiten U-Phasen-Spulen, die ersten und zweiten V-Phasen-Spulen als auch die ersten und zweiten W-Phasen-Spulen können einzeln als zwei Paare von Dreiphasenwicklungen durch ein Paar von Wechselrichtern getrieben sein.
Eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem kontinuierlichen magnetischen Drehfeld und jedem der Pole (den Permanentmagnetpolen 31 und den Folgepolen 33) des Rotors 3 erzeugt ein Drehmoment, um den Rotor 3 zu drehen.
Der Motor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist speziell entwarfen, derart, das die Zahl von Zähnen 22, die jedem Permanentmagnetpol 31 zugewandt ist, auf sieben gleich der Summe von k und 1 eingestellt ist, und die Zahl von Zähnen 22, die jedem Folgepol 33 zugewandt ist, auf fünf gleich der Subtraktion von 1 von k eingestellt ist.
Um den Verkettungsfluss der Pole 31 und 33 des Rotors 3 zu den Ankerwicklungen 2b des Ankers 2 zu maximieren, ist der Motor 10 genauer gesagt derart entworfen, dass die elektrische Umfangswinkelbreite θm von jedem der Permanentmagnetpole 31 auf 207 elektrische Grad eingestellt ist, und eine elektrische Umfangswinkelbreite 8c jedes der Folgepole 33 auf 145 elektrische Grad eingestellt ist. Eine elektrische Umfangswinkelbreite von jeder der magnetischen Barrieren 34 ist auf 8 elektrische Grad eingestellt.
Die elektrische Umfangswinkelbreite θm von jedem der Permanentmagnetpole 31 und die elektrische Umfangswinkelbreite θc von jedem der Folgepole 33 werden, um den Verkettungsfluss der Pole 31 und 33 des Rotors 3 zu den Ankerwicklung 2b des Ankers 2 zu maximieren, wie folgt bestimmt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind genauer gesagt als das Material jedes der Permanentmagnetpole 31 ein Seltenerd-Magnet mit einer Restflussdichte Br von 1,4 Tesla [T] und als das Material des Jochs 32 des Rotors ein magnetisches Stahlblech, das eine Sättigungsflussdichte Bst von 1,9 [T] hat, verwendet. Es sei bemerkt, dass es zum Maximieren des Verkettungsflusses der Pole 31 und 33 des Rotors 3 zu den Ankerwicklungen 2b des Ankers 2 notwendig ist, die Menge eines magnetischen Flusses, der durch die Permanentmagnetpole 31 und die Folgepole 33 geht, an der oberen Grenze zu entwerfen. Die Menge φm des magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 31 erzeugt wird, ist proportional zu dem Produkt der Kreiswinkelbreite θm eines entsprechenden Permanentmagnetpols 31 und der Restflussdichte Br, was als folgende Gleichung ausgedrückt ist: φm ∝ θm × Br. Die Menge φs eines magnetischen Flusses, der von jedem Folgepol 33 erzeugt wird, ist ähnlicherweise proportional zu dem Produkt der Sättigungsflussdichte Bst mit der Subtraktion der Kreiswinkelbreite θm von 2π, was durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist: φs ∝ (2π – 0m) × Bst.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel das Material jedes Permanentmagnetpols 31 mit einer Restflussdichte Br von 1,4 [T] und das Materials jedes Folgemagnetpols 33 mit einer Sättigungsflussdichte Bst von 1,9 [T] ausgewählt sind, wird ein Wert der Kreiswinkelbreite θm jedes Permanentmagnetpols 31, der der Gleichung „φm = φs” genügt, im Wesentlichen als 207 elektrische Grad berechnet. Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, bestimmt, da die magnetischen Barrieren 34 zwischen den Permanentmagnetpolen 31 und den Folgenpolen 33 vorgesehen sind, die Bestimmung der elektrischen Umfangswinkelbreite θm jedes Permanentmagnetpols 31 auf 207 elektrische Grad die Kreiswinkelbreite θs jedes Folgepols 33 auf 145 elektrische Grad.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, weist der Motor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mehrere Sätze von Zähnen 22 des Ankers 2 auf, wobei jeder Satz derselben Mehrphasenankerwicklungen aufweist. Die mehreren Sätze von Zähnen 22 sind in der Richtung einer Drehung des Rotors 3 derart angeordnet, dass ein Satz von Zähnen 22 der mehreren Sätze von Zähnen 22 einem Zyklus eines magnetischen Drehfelds entspricht, das erzeugt wird, wenn die Mehrphasenankerwicklungen des einen Satzes von Zähnen 22 erregt werden; dieser eine Zyklus des magnetischen Drehfelds entspricht einer Polpaarteilung des Rotors 3.
Der Motor 10 ist ferner derart konfiguriert, dass
2k Zähne innerhalb eines mechanischen Winkels, der einer Polpaarteilung des Rotors 3 entspricht, vorgesehen sind, und
die Zahl von Zähnen 22, die jedem Permanentmagnetpol 31 zugewandt sind, auf gleich oder höher als die Summe von k und 1 eingestellt ist.
Der Motor 10 ist genauer gesagt derart konfiguriert, dass die Zahl von Zähnen 22, die jedem Folgepol 33 zugewandt ist, als gleich oder niedriger als die Subtraktion von 1 von k eingestellt ist.
Die Konfiguration des Motors 10, die im Vorhergehenden dargelegt ist, erhöht im Vergleich zu einem 60-Nut-10-Pol-Motor, dessen Zahl von Zähnen des Ankers gegenüber jedem Magnetpol identisch zu derselben von Zähnen gegenüber jedem Folgepol ist, die Länge der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 in der Umfangsrichtung des Rotors 3 im Wesentlichen um 15 Prozent; diese 15 Prozent werden durch Teilen von 207 durch 180 berechnet.
Es ist somit möglich, die Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 31 des Motors 10 erzeugt wird, im Wesentlichen um 15 Prozent im Vergleich zu der Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagneten eines 60-Nut-10-Pol-Motors erzeugt wird, dessen Zahl von Zähnen des Ankers gegenüber jedem Magnetpol identisch zu derselben von Zähnen gegenüber jedem Folgepol ist, zu erhöhen.
Wenn mit anderen Worten die Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 31 des Motors 10 erzeugt wird, entworfen ist, um in Übereinstimmung mit der Menge eines magnetischen Flusses zu sein, der von jedem Permanentmagneten eines 60-Nut-10-Pol-Motors (normalen 60-Nut-10-Pol-Motors) erzeugt wird, dessen Zahl von Zähnen des Ankers gegenüber jedem Magnetpol identisch zu derselben von Zähnen gegenüber jedem Folgepol ist, kann die Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole 31 des Motors 10 zu verwenden ist, verglichen mit der Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole des normalen 60-Nut-10-Pol-Motors zu verwenden ist, reduziert werden. Wenn sonst die Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 31 des Motors 10 erzeugt wird, entworfen ist, um in einer Übereinstimmung mit der Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagneten des normalen 60-Nut-10-Pol-Motors erzeugt wird, zu sein, ist es möglich, die axiale Länge von magnetischen Schaltungen zwischen dem Anker 2 und dem Rotor 3, das heißt die axiale Länge des Motors 10, im Vergleich zu der axialen Länge des normalen 60-Nut-10-Pol-Motors um 15 Prozent zu reduzieren.
Der Motor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich derart konfiguriert, dass es lediglich einen Permanentmagnetpol in magnetischen Schaltungen gibt, die zwischen dem Anker 2 und dem Rotor 3 innerhalb einer Polpaarteilung des Rotors 3 erzeugt werden. Dies reduziert im Vergleich zu derselben von normalen Oberflächenpermanentmagnetmotoren eine magnetische Reluktanz zwischen dem Anker 2 und dem Rotor 3.
Da jeder Folgepol 33 aus mindestens einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, ist die Sättigungsflussdichte jedes Folgepols 33 größer als die Restflussdichte jedes Permanentmagnetpols 31. Da die Drei-Phasen-Ankerwicklungen 2b in dem Ankerkern 2a in einer verteilten Durchmesserwicklung gewickelt sind, gehen magnetische Schaltungen, die zwischen dem Anker 2 und dem Rotor 3 erzeugt werden, über Zähne 22 innerhalb einer Polpaarteilung des Rotors 3. Dies ermöglicht, dass fünf Polpaare des magnetischen Drehfelds erzeugt werden, was in einer Übereinstimmung mit fünf Polpaaren des Rotors 3 ist. Diese reduziert die Erzeugung einer radialen Vibration in dem Motor 10.
Das heißt, während der technische Vorteil einer Vermeidung oder einer Reduzierung der Erzeugung einer radialen Vibration erreicht wird, erhöht die Konfiguration des Motors 10 einen Verkettungsfluss der Pole 31 und 33 des Rotors 3 zu den Ankerwicklungen 2b des Ankers 2, was es möglich macht, eine Aufrechterhaltung einer Drehmomenterzeugungsleistung des Motors 10 und eine Reduzierung der Größe des Motors 10 auszubalancieren.
Der Motor 10 ist derart konfiguriert, dass die Teilung zwischen benachbarten Nuten des Ankerkerns 2 auf 30 elektrische Grad eingestellt ist, was ein ganzzahliger Teiler von 60 elektrischen Grad ist (siehe 11 und 12). Diese Konfiguration erleichtert den Entwurf des Motors 10 und erzeugt zuverlässig eine Wiederholbarkeit von elektrischen Graden, beispielsweise 30 elektrischen Grad, die ein Zahn 22 pro Drehung eines mechanischen 360-Winkels des Rotors 10 braucht, sodass ein Geräusch aufgrund einer erhöhten radialen Vibration in dem Motor 10 reduziert wird.
Der Motor 10 ist genauer gesagt derart entworfen, dass die Zahl von Nuten pro Pol in dem Anker 2 auf zwei eingestellt ist, die Teilung zwischen benachbarten Nuten (benachbarten Zähnen 22) des Ankerkerns 2a auf 30 elektrische Grad eingestellt ist, die Zahl von Zähnen, die jedem Permanentmagnetpol 31 zugewandt ist, sieben ist, und die Zahl von Zähnen 22, die jedem Folgepol 33 zugewandt ist, fünf ist. Dies ermöglicht Fachleuten, den Motor 10 ohne Weiteres herzustellen.
Der Motor 10 ist derart konfiguriert, dass die fünf Permanentmagnetpole 31 an der äußeren Peripherie des Jochs 32 mit umfangsmäßig regelmäßigen Teilungen dazwischen angebracht sind. Diese Konfiguration erleichtert weiter ein Herstellen des Motors 10.
Ein Motor 10A gemäß der ersten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist in 2 dargestellt. Die Struktur und/oder Funktionen des Motors 10A gemäß der ersten Modifikation unterscheiden sich von denselben des Motors 10 in den folgenden Punkten. Die unterschiedlichen Punkte sind im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
Wie in 2 dargestellt ist, ist das Joch 32 mit fünf sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen 33a und fünf sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen 33b versehen. Eine elektrische Umfangswinkelbreite θm jedes der fünf sich radial nach außen erstreckenden Vorsprünge 33a ist auf 207 elektrische Grad länger als jeder der fünf sich radial nach außen erstreckenden Vorsprünge 33b eingestellt. Jeder der fünf sich radial nach außen erstreckenden Vorsprünge 33a dient als ein ausgeprägter Pol des Rotors 3.
Der Rotor 3 weist ferner fünf Paare von Permanentmagneten 31a und 31b, die eine plattenartige Form und die gleiche magnetische Polarität, wie zum Beispiel den Nord- oder Südpol, haben, auf. Die Permanentmagnete 31 und 31b jedes Paars sind in einem entsprechenden Vorsprung 33a eingebettet, um dem entsprechenden Vorsprung 33a als ein Permanentmagnetpol zu dienen.
Eine Hauptseite jedes der Permanentmagnete 31a und 31b ist der inneren Peripherie des Ankers 2 zugewandt, und ein Rand des Permanentmagneten 31a und derselbe des Permanentmagneten 31b jedes Paars sind nahe gegenüber oder in einer Berührung miteinander.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verursachen die magnetischen Polaritäten der fünf Paare von Permanentmagnetpolen 31a und 31b, dass die fünf Vorsprünge 33b folgend mit dergleichen magnetischen Polarität, die zu der magnetischen Polarität der fünf Paare von Permanentmagnetpolen 31a und 31b entgegengesetzt ist, magnetisiert werden; auf diese Vorsprünge 33b ist daher im Folgenden als „Folgepole 33b” Bezug genommen.
Die Konfiguration des Motors 10A gemäß der ersten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist in der Lage, zwischen jedem ausgeprägten Pol 33a des Rotors 3 und einem entsprechenden Pol des kontinuierlichen magnetischen Drehfelds, das in dem Anker 2 erzeugt wird, ein Reluktanzdrehmoment zu erzeugen.
Zusätzlich zu den technischen Vorteilen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden, macht es somit die Konfiguration des Motors 10A gemäß der ersten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels möglich, die Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole 31 des Motors 10A zu verwenden ist, verglichen mit der Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole 31 des Motors 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels zu verwenden ist, zu reduzieren, da der Motor 10A das Reluktanzdrehmoment verwenden kann, um den Rotor 3 zu drehen.
Ein Motor 10B gemäß der zweiten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist in 3 dargestellt. Die Struktur und/oder Funktionen des Motors 10B gemäß der zweiten Modifikation unterscheiden sich von denselben des Motor 10A in den folgenden Punkten. Die sich unterscheidenden Punkte sind so im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
Wie in 3 dargestellt ist, weist der Rotor 3 fünf Permanentmagnete 31c, die eine plattenartige Form und die gleiche magnetische Polarität, wie zum Beispiel den Nord- oder Südpol, haben, auf. Die Permanentmagnete 31c sind in den jeweiligen Vorsprüngen 33a eingebettet, um für jeden der Vorsprünge 33a als ein Permanentmagnetpol zu dienen.
Eine Hauptseite jedes Permanentmagneten 31c ist zu der inneren Peripherie des Ankers 2 gewandt.
Wie bei der ersten Modifikation verursachen die magnetischen Polaritäten der fünf Permanentmagnetpole 31c, dass die fünf Vorsprünge 33b folgend mit der gleichen magnetischen Polarität, die entgegengesetzt zu der magnetischen Polarität der fünf Permanentmagnetpole 31c ist, magnetisiert werden; auf diese Vorsprünge 33b ist daher im Folgenden als „Folgepole 33b” Bezug genommen.
Die Konfiguration des Motors 10B gemäß der zweiten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist in der Lage, zwischen jedem ausgeprägten Pol 33a des Rotors 3 und einem entsprechenden Pol des kontinuierlichen magnetischen Drehfelds, das in dem Anker 2 erzeugt wird, ein Reluktanzdrehmoment zu erzeugen.
Zusätzlich zu den technischen Vorteilen, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden, macht es somit die Konfiguration des Motors 10B gemäß der zweiten Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels möglich, die Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole 31 des Motors 10B zu verwenden ist, verglichen mit der Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole 31 des Motors 10 zu verwenden ist, zu reduzieren, da der Motor 10B das Reluktanzdrehmoment verwenden kann, um den Rotor 3 zu drehen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Motor 10-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 4A und 4B beschrieben. Die Struktur und/oder Funktionen. des Motors 10-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich in den folgenden Punkten von denselben des Motors 10. Die unterschiedlichen Punkte sind somit im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
Bezug nehmend auf 4A ist ein Drei-Phasen-54-Nut-6-Pol-Motor 10-1 mit im Wesentlichen einer zylindrischen Form, auf den einfach als ein „Motor 10-1” Bezug genommen ist, dargestellt.
Der Motor 10-1 weist einen Anker 5 und einen im Wesentlichen ringförmigen Rotor 6 auf.
Der Anker 5 weist einen im Wesentlichen ringförmigen Ankerkern 5a auf. Der Ankerkern 5a besteht aus einem ringförmigen Joch 51 und vierundfünfzig Zähnen 52, die von der inneren Oberfläche des Jochs 51 radial nach innen vorstehen. Die vierundfünfzig Zähne 52 sind in regelmäßigen Teilungen dazwischen umfangsmäßig angeordnet. Räume, die durch umfangsmäßig benachbarte Zähne und das Joch 51 umgeben sind, liefern vierundfünfzig Nuten des Ankerkerns 5a. Die inneren Oberflächen der sechzig Zähne 52 liefern die innere Peripherie des Ankerkerns 5a.
Der Rotor 6 ist aus einem magnetischen Stahlblech als ein Beispiel weichmagnetischer Materialien hergestellt und weist im Wesentlichen ein ringförmiges Joch (Kern) 62 auf, an dessen innerer Peripherie die Rotationswelle 4 fixiert ist. Der Rotor 6 weist drei Permanentmagnetpole 61, die aus beispielsweise Seltenerd-Magneten hergestellt sind, auf. Die drei Permanentmagnetpole 61 haben die gleiche magnetische Polarität, wie zum Beispiel den Nord- oder Südpol, und sind an der äußeren Peripherie des Jochs 62 angebracht. Die drei Permanentmagnetpole 61 sind in regelmäßigen Teilungen dazwischen umfangsmäßig angeordnet. Die äußere Oberfläche von jedem der Permanentmagnetpole 61 ist in einem vorbestimmten Krümmungsradius um die Mittelachse der Rotationswelle 4 gekrümmt.
Das Joch 62 ist mit drei sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen 63, die jeweils zwischen drei Permanentmagnetpolen 61 angeordnet sind und in regelmäßigen Teilungen umfangsmäßig angeordnet sind, versehen. Mit der Konfiguration des Rotors 6 verursachen die magnetischen Polaritäten der drei Permanentmagnetpole 61, dass die drei Vorsprünge 63 mit der gleichen magnetischen Polarität entgegengesetzt zu der magnetischen Polarität der drei Permanentmagnetpole 61 folgend magnetisiert werden; auf diese Vorsprünge 63 ist daher im Folgenden als „Folgepole 63” Bezug genommen. Das Joch 62 weist Räume 64 zwischen den Permanentmagnetpolen 61 und den Folgepolen 63 auf; diese Räume 64 dienen als magnetische Barrieren zwischen den Permanentmagnetpolen 6I und den Folgepolen 63. Die äußere Oberfläche von jedem der Folgepole 63 ist um die Mittelachse der Rotationswelle 4 in einem vorbestimmten Krümmungsradius gekrümmt.
Der Rotor 6 hat eine Polpaarteilung von 120 mechanischen Grad, die 360 elektrischen Grad entspricht. Wie in 4A und 4B dargestellt ist, gibt es achtzehn Zähne 52 des Ankerkerns 5a innerhalb von 120 mechanischen Grad, die einer Polpaarteilung des Rotors 5 entsprechen. Der 54-Nut-6-Pol-Motor 10-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass es achtzehn Zähne 52 innerhalb von 120 mechanischen Grad, die einer Polpaarteilung des Rotors 6 entsprechen, gibt, wobei k auf 9 eingestellt ist. Die Teilung zwischen benachbarten Nuten (benachbarten Zähnen 22) des Ankerkerns 2 ist somit auf 20 elektrische Grad eingestellt.
Der Anker 5 weist ferner Drei-Phasen-Ankerwicklungen 5b (siehe 4B), die in dem Ankerkern 5a in einer verteilten Durchmesserwicklungskonfiguration gewickelt sind, auf. Als jede der Drei-Phasen-Ankerwicklungen 5b kann die Verknüpfung einer Mehrzahl von Leitersegmenten, die jeweils aus einem Paar von in der Nut verlaufenden Abschnitten und einem Windungsabschnitt, der die ein Paar bildenden in der Nut verlaufende Abschnitte verknüpft, bestehen, oder ein Endlosdraht, der in seinem lateralen Querschnitt eine rechtwinklige Form hat, verwendet sein.
Bei einem elektrischen Winkelzyklus (360 elektrischen Grad) des Ankerkerns 5a, der einer Polpaarteilung des Rotors 6 entspricht, die achtzehn Nuten (1), (2), ..., (18) aufweist, ist beispielsweise eine erste U-Phasen-Spule in der ersten Nut (1) und der zehnten Nut (10) gewickelt, eine zweite U-Phasen-Spule ist in der zweiten Nut (2) und der elften Nut (11) gewickelt, und eine dritte U-Phasen-Spule ist in der dritten Nut (3) und der zwölften Nut (12) gewickelt. Die erste, die zweite und die dritte U-Phasen-Spule sind beispielsweise in Reihe geschaltet, um die U-Phasen-Wicklung zu liefern.
Bei einem elektrischen Winkelzyklus (360 elektrischen Grad) des Ankerkerns 5a ist ähnlicherweise eine erste V-Phasen-Spule in der siebten Nut (7) und der sechzehnten Nut (16) gewickelt, eine zweite V-Phasen-Spule ist in der achten Nut (8) und der siebzehnten Nut (17) gewickelt, und eine dritte V-Phasen-Spule ist in der neunten Nut (9) und der achtzehnten Nut (18) gewickelt. Die erste, die zweite und die dritte V-Phasen-Spule sind beispielsweise in Reihe geschaltet, um die V-Phasen-Wicklung zu liefern.
Bei einem elektrischen Winkelzyklus (360 elektrischen Grad) des Ankerkerns 5a ist zusätzlich eine erste W-Phasen-Spule in der dreizehnten Nut (13) und der vierten Nut (4) gewickelt, eine zweite W-Phasen-Spule ist in der vierzehnten Nut (14) und der fünften Nut (5) gewickelt, und eine dritte W-Phasen-Spule ist in der fünfzehnten Nut (15) und der sechsten Nut (6) gewickelt. Die erste, die zweite und die dritte W-Phasen-Spule sind beispielsweise in Reihe geschaltet, um die W-Phasen-Wicklung zu liefern.
Wie der erste Satz der Nuten (1) bis (18) sind U-, V- und W-Phasen-Wicklungen 5b in jeder des zweiten Satzes der Nuten (19) bis (36) und des dritten Satzes der Nuten (37) bis (54) gewickelt. Die Ankerwicklungen 5b sind mit anderen Worten in die erste Gruppe von Ankerwicklungen, die in dem ersten Satz der Nuten (1) bis (18) gewickelt sind, die zweite Gruppe von Ankerwicklungen, die in dem zweiten Satz der Nuten (29) bis (36) gewickelt sind, und die dritte Gruppe von Ankerwicklungen, die in dem dritten Satz der Nuten (37) bis (54) gewickelt sind, klassifiziert.
Die Ankerströme (U-, V- und W-Phasen-Wechselströme) haben einen Phasenunterschied von 120 Grad; mit diesen Ankerströmen wird von dem Wechselrichter 40 versorgt, Ein Anlegen eines Zyklus (360 elektrischen Grad) der Ankerströme an die erste Gruppe von Ankerwicklungen erzeugt einen Zyklus (360 elektrische Grad) eines magnetischen Drehfelds. Das magnetische Feld, das durch die Ankerströme erzeugt wird, mit denen jede Gruppe von Ankerwicklungen versorgt wird, dreht sich mit anderen Worten um 360 elektrische Grad, die dem mechanischen Winkel von 120 Grad entsprechen. Ein Anlegen der Ankerströme aufeinanderfolgend an die jeweiligen ersten bis dritten Gruppen von Ankerwicklungen erzeugt somit ein kontinuierliches magnetisches Drehfeld, das drei Polpaare um den Ankerkern 5a (360 mechanische Grad) hat.
Jede der ersten und zweiten U-Phasen-Spulen, der ersten und zweiten V-Phasen-Spulen und der ersten und zweiten W-Phasen-Spulen kann durch ein Paar von Wechselrichtern einzeln als zwei Paare von Dreiphasenwicklungen getrieben sein.
Eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem kontinuierlichen magnetischen Drehfeld und den Polen (den Permanentmagnetpolen 61 und den Folgepolen 62) des Rotors 6 erzeugt ein Drehmoment, um den Rotor 6 zu drehen.
Der Motor 10-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist speziell derart entworfen, dass die Zahl von Zähnen 52, die zu jedem Permanentmagnetpol 61 gewandt sind, auf elf gleich der Summe von k und 2 eingestellt ist, und die Zahl von Zähnen 52, die jedem Folgepol 63 zugewandt ist, auf sechs gleich der Subtraktion von 3 von k eingestellt ist.
Um genauer gesagt den Verkettungsfluss der Pole 61 und 63 des Rotors 6 zu den Ankerwicklungen 5b des Ankers 5 zu maximieren, ist der Motor 10-1 derart entworfen, dass eine elektrische Umfangswinkelbreite θm von jedem der Permanentmagnetpole 61 auf 220 elektrische Grad eingestellt ist, und eine elektrische Umfangswinkelbreite θc von jedem der Folgepole 63 auf 130 elektrische Grad eingestellt ist. Eine elektrische Umfangswinkelbreite von jeder der magnetischen Barrieren 64 ist auf 10 elektrische Grad eingestellt.
Die elektrische Umfangswinkelbreite θm von jedem der Permanentmagnetpole 61 und die elektrische Umfangswinkelbreite θc von jedem der Folgepole 63 werden, um den Verkettungsfluss der Pole 61 und 63 des Rotors 6 zu den Ankerwicklungen 5b des Ankers 5 zu maximieren, wie folgt bestimmt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind genauer gesagt als das Material jedes der Permanentmagnetpole 61 ein Seltenerd-Magnet mit einer Restflussdichte Br von 1,2 Tesla [T] und als das Material des Jochs 62 des Rotors 6 ein magnetisches Stahlblech, das eine Sättigungsflussdichte Bst von 1,9 [T] hat, verwendet. Es sei bemerkt, dass es zum Maximieren eines Verkettungsflusses der Pole 61 und 63 des Rotors 6 zu den Ankerwicklungen 5b des Ankers 5 notwendig ist, die Menge eines magnetischen Flusses, der durch die Permanentmagnetpole 61 und die Folgepole 63 geht, an ihrer oberen Grenze zu entwerfen. Die Menge φm des magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 61 erzeugt wird, ist proportional zu dem Produkt der Kreiswinkelbreite θm eines entsprechenden einen Permanentmagnetpols 61 und der Restflussdichte Br, was als die folgende Gleichung ausgedrückt ist: φm ∝ θm × Br. Ähnlicherweise ist die Menge φs eines magnetischen Flusses, der von jedem Folgepol 63 erzeugt wird, proportional zu dem Produkt der Sättigungsflussdichte Bst und der Subtraktion der Kreiswinkelbreite θm von 2π, was durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist: φs ∝ (2π – θm) × Bst.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird, da das Material jedes Permanentmagnetpols 61 mit der Restflussdichte Br von 1,2 [T] und das Material jedes Folgemagnetpols 63 mit der Sättigungsflussdichte Bst von 1,9 [T] ausgewählt sind, ein Wert der Kreiswinkelbreite θm jedes Permanentmagnetpols 61, der der Gleichung „φm = φs” genügt, im Wesentlichen als 220 elektrische Grad berechnet. Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, bestimmt, da die magnetischen Barrieren 64 zwischen den Permanentmagnetpolen 61 und den Folgepolen 63 vorgesehen sind, die Bestimmung der elektrischen Umfangswinkelbreite θm jedes Permanentmagnetpols 61 auf 220 elektrische Grad die Kreiswinkelbreite θs jedes Folgepols 63 auf 130 elektrische Grad.
Die Konfiguration des Motors 10-1, die im Vorhergehenden dargelegt ist, erhöht im Vergleich zu einem 54-Nut-6-Pol-Motor, dessen Zahl von Zähnen des Ankers gegenüber jedem Magnetpol identisch zu derselben von Zähnen gegenüber jedem Folgepol ist, die Länge der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 61 in der Umfangsrichtung des Rotors 6 im Wesentlichen um 22 Prozent; diese 22 Prozent werden durch Teilen von 220 durch 180 berechnet.
Es ist somit möglich, die Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 61 des Motors 10-1 erzeugt wird, im Vergleich zu der Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagneten eines 54-Nut-6-Pol-Motors erzeugt wird, dessen Zahl von Zähnen des Ankers gegenüber jedem Magnetpol identisch zu der Zahl von Zähnen gegenüber jedem Folgepol ist, um im Wesentlichen 22 Prozent zu erhöhen.
Wenn die Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 61 des Motor 10-1 erzeugt wird, mit anderen Worten entworfen ist, um in einer Übereinstimmung mit der Menge eines magnetischen Flusses zu sein, der von jedem Permanentmagneten eines 54-Nut-6-Pol-Motors (normalen 54-Nut-6-Pol-Motors) erzeugt wird, dessen Zahl von Zähnen des Ankers gegenüber jedem Magnetpol identisch zu derselben von Zähnen gegenüber jedem Folgepol ist, kann die Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole 61 des Motors 10-1 zu verwenden ist, verglichen mit der Menge von Permanentmagnetmaterialien, die für die Permanentmagnetpole des normalen 54-Nut-6-Pol-Motors zu verwenden ist, reduziert werden. Wenn andererseits die Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnetpol 61 des Motors 10-1 erzeugt wird, entworfen ist, um in einer Übereinstimmung mit der Menge eines magnetischen Flusses, der von jedem Permanentmagnet des normalen 54-Nut-6-Pol-Motors erzeugt wird, zu sein, ist es möglich, die axiale Länge von magnetischen Schaltungen zwischen dem Anker 2 und dem Rotor 3, das heißt die axiale Länge des Motors 10, im Vergleich zu der axialen Länge des normalen 54-Nut-6-Pol-Motors um 22 Prozent zu reduzieren.
Der Motor 10-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ferner im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie jene des Motors 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erreichen.
Der Motor 10-1 ist genauer gesagt derart entworfen, dass die Zahl von Nuten pro Pol in dem Anker 5 auf drei eingestellt ist, die Teilung zwischen benachbarten Nuten des Ankerkerns 5a auf 20 elektrische Grad eingestellt ist, die Zahl von Zähnen 52, die jedem Permanentmagnetpol 61 zugewandt sind, zehn ist und die Zahl von Zähnen 52, die jedem Folgepol 63 zugewandt sind, acht ist. Dies ermöglicht Fachleuten, den Motor 10-1 ohne Weiteres herzustellen,
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Motor 10-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, Die Struktur und/oder Funktionen des Motors 10-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von denselben des Motors 10 in den folgenden Punkten. Die sich unterscheidenden Punkte sind so hauptsächlich im Folgenden beschrieben.
Der Motor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass der Krümmungsradius jedes Permanentmagnetpols 31 von der Mittelachse der Rotationswelle 4 identisch zu demselben jedes Folgepols 33 von der Mittelachse der Rotationswelle 4 ist.
Der Motor 10-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist jedoch derart entworfen, dass ein Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 von einem Mittelpunkt P, der sich radial außerhalb der Mittelachse der Rotationswelle 4 befindet, definiert ist. Da ein Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 von der Mittelachse der Rotationswelle 4 definiert ist, reduziert verglichen mit dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 der Entwurf des Motors 10-2 den Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33. Der Entwurf des Motors 10-2 reduziert daher ein Nutrastdrehmoment des Motors 10-2.
Die Erfinder haben Experimente ausgeführt, um das Verhältnis einer Reduzierung des Betrags eines Nutrastdrehmoments zu dem Betrag eines Nutrastdrehmoments, das gemessen wird, wenn das Verhältnis des Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 zu dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 auf 1,0 eingestellt ist, während das Verhältnis des Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 zu dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 geändert wird, zu messen. Auf das Verhältnis einer Reduzierung des Betrags eines Nutrastdrehmoments zu dem Betrag eines Nutrastdrehmoments, das gemessen wird, wenn das Verhältnis (ra1) des Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 zu dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 auf 1,0 eingestellt ist, ist als ein „Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments” Bezug genommen.
6 zeigt die Korrelation zwischen jedem der gemessenen Werte des Verhältnisses einer Reduzierung des Betrags eines Nutrastdrehmoments zu dem Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments, wenn der Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments auf 1,0 normiert ist.
Der erste gemessene Wert des Verhältnisses einer Reduzierung des Betrags eines Nutrastdrehmoments zu dem Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments entspricht dem Verhältnis (ra2) von 0,8 des Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 zu dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31.
Der zweite gemessene Wert des Verhältnisses einer Reduzierung des Betrags eines Nutrastdrehmoments zu dem Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments entspricht dem Verhältnis (ra3) von 0,6 des Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 zu dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31.
Der dritte gemessene Wert des Verhältnisses einer Reduzierung des Betrags eines Nutrastdrehmoments zu dem Bezugsbetrag eines Nutrastdrehmoments entspricht dem Verhältnis (ra4) von 0,4 des Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 zu dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31.
Wie in 6 dargestellt ist, wird, je niedriger das Verhältnis des Krümmungsradius r1 der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 zu dem Krümmungsradius r2 der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 ist, der Betrag eines Nutrastdrehmoments um so mehr reduziert. Das heißt, die Konfiguration des Motors 10-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel reduziert verglichen mit der Konfiguration des Motors 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Betrag eines Nutrastdrehmoments.
Bei jedem der ersten und dritten Ausführungsbeispiele hat jeder der Permanentmagnetpole 31 eine im Wesentlichen halbzylindrische Form, die sich parallel zu der axialen Richtung der Rotationswelle 4 erstreckt. Jeder der Permanentmagnetpole 31 hat eine innere Oberfläche, die zumindest teilweise flach (siehe der Pfeil Y1 in 1) ist, gegenüber der gekrümmten äußeren Oberfläche desselben. Mindestens ein Teil der äußeren Peripherie des Jochs 32, an der der flache Abschnitt der inneren Oberfläche von jedem der Permanentmagnetpole 31 angebracht ist, ist flach gebildet.
Die Konfiguration von jedem der Permanentmagnetpole 31 erleichtert die Positionierung von jedem der Permanentmagnetpole 31 beim Anbringen desselben an einem entsprechenden Teil der äußeren Peripherie des Jochs 32 und/oder die Bildung eines Permanentmagnetmaterials in jeden der Permanentmagnetpole 31, was es möglich macht, größere Herstellungswirtschaftlichkeiten des Motors 10 zu erreichen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel hat ähnlicherweise jeder der Permanentmagnetpole 61 eine plattenartige Form, die sich parallel zu der axialen Richtung der Rotationswelle 4 erstreckt und in ihrem lateralen Querschnitt eine im Wesentlichen bogenförmige Form orthogonal zu der axialen Richtung der Rotationswelle 4 hat. Jeder der Permanentmagnetpole 61 hat eine gekrümmte innere Oberfläche, von der mindestens ein lateraler Rand flach (siehe der Pfeil Y1 in 4) ist, gegenüber der gekrümmten äußeren Oberfläche. Mindestens ein Teil der äußeren Peripherie des Jochs 32, an dem mindestens ein laterales flaches Ende der gekrümmten inneren Oberfläche jedes der Permanentmagnetpole 61 angebracht ist, ist flach gebildet,
Die Konfiguration von jedem der Permanentmagnetpole 61 erleichtert die Positionierung von jedem der Permanentmagnetpole 61 beim Anbringen desselben an einem entsprechenden Teil der äußeren Peripherie des Jochs 62 und/oder die Bildung eines Permanentmagnetmaterials in jeden der Permanentmagnetpole 61, was es möglich macht, größere Herstellungswirtschaftlichkeiten des Motors 10-1 zu erreichen.
Die Zahl von Polen eines Rotors und die Zahl von Zähnen eines Ankers sind nicht auf jeden der Motoren 10, 10A, 10B, 10-1 und 10-2 gemäß den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen und ihre Modifikationen begrenzt. Verschiedene Kombinationen zwischen der Zahl von Polen eines Rotors und der Zahl von Zähnen eines Ankers mit einer verteilten Durchmesserwicklungskonfiguration können genauer gesagt in dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung umfasst sein. Wie zusätzlich in 2 und 3 dargestellt ist, ist jeder der Permanentmagnetpole 31 und 61 an der äußeren Peripherie eines entsprechenden der Joche 32 und 62 angebracht, kann jedoch in einem entsprechenden der Joche 32 und 62 eingebettet sein.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist das Verhältnis der Länge der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 in der Umfangsrichtung des Rotors 3 zu der Länge der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 in der Umfangsrichtung des Rotors 3 gleich dem Verhältnis der Sättigungsflussdichte Bst des Materials von jedem der Folgepole 33 zu der Restflussdichte Br des Materials von jedem der Permanentmagnetpole 31.
Diese Beziehung ermöglicht nach einer Auswahl des Materials jedes Permanentmagnetpols 31 und desselben jedes Folgepols 33, dass die Länge der äußeren Oberfläche jedes Permanentmagnetpols 31 und dieselbe der äußeren Oberfläche jedes Folgepols 33 in der Umfangsrichtung des Rotors 3 eindeutig entworfen sind.
Da die Sättigungsflussdichte Bst eines weichmagnetischen Materials, das für jeden Folgepol 33 zu verwenden ist, allgemein größer als die Restflussdichte Br eines Permanentmagneten, der für jeden Permanentmagnetpol 31 zu verwenden ist, ist, kann dies als „Bst > Br” ausgedrückt sein. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise beschrieben ist, ermöglicht ein Verwenden des Materials jedes Folgemagnetpols 33 mit einer Sättigungsflussdichte Bst von 1,9 [T] und des Materials jedes Permanentmagnetpols 31 mit einer Restflussdichte Br von 1,4 [T], dass die Kreiswinkelbreite θm jedes Permanentmagnetpols 31 als 207 elektrische Grad eindeutig entworfen ist. Als ein anderes Beispiel, wie es bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ermöglicht ein Verwenden eines Materials jedes Folgemagnetpols 33 mit einer Sättigungsflussdichte Bst von 1,9 [T] und eines Materials jedes Permanentmagnetpols 31 mit einer Restflussdichte Br von 1,2 [T], dass die Kreiswinkelbreite θm jedes Permanentmagnetpols 31 als 220 elektrische Grad eindeutig entworfen ist.
Es sei bemerkt, dass die Summe der Zahl von Zähnen, die jedem Permanentmagnetpol 31 (61) zugewandt sind, und die Zahl von Zähnen, die jedem Folgepol 33 (63) zugewandt sind, sich um 2k unterscheiden kann.
7 und 8 stellen schematisch die dritte Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels dar. Die dritte Modifikation zeigt genauer ein Beispiel der Verknüpfung einer Mehrzahl von Leitersegmenten, die als jede der Drei-Phasen-Ankerwicklungen 2b, die in dem Ankerkern 2a einer verteilten Durchmesserwicklungskonfiguration gewickelt sind, verwendet sind.
Wie in 7 dargestellt ist, ist eine Mehrzahl von Leitersegmenten 7 vorgesehen. Jedes der Mehrzahl von Leitersegmenten 7 besteht aus einem Paar von in der Nut verlaufenden Abschnitten 7a und einem U- oder V-förmigen Windungsabschnitt 7b, derart, dass sich die in der Nut verlaufenden Abschnitte 7a an ihren einen Enden von Enden des Windungsabschnitts 7b erstrecken. Vor einem Einbau jedes Leitersegments 7 in dem Ankerkern 2a erstreckt sich das andere Ende von jedem der in der Nut verlaufenden Abschnitte 7a gerade.
Einer der in der Nute verlaufenden Abschnitte 7a von einem Leitersegment 7 ist in eine entsprechende Nut des Ankerkerns 2a eingeführt, und der andere der in der Nut verlaufenden Abschnitte 7a ist in eine entsprechende Nut des Ankerkerns 2a von dem Boden des Papiers von 8 eingeführt, sodass die anderen Enden der in der Nut verlaufenden Abschnitte 7a von den entsprechenden Nuten des Ankerkerns 2a vorspringen. Auf diese anderen Enden der in der Nut verlaufenden Abschnitte 7a, die aus den entsprechenden Nuten (dem Ankerkern 2a) vorspringen, ist im Folgenden als „vorspringende Endabschnitte” Bezug genommen.
Im Folgenden wird jeder der vorspringenden Endabschnitte des einen Leitersegments 7 gebogen, um in einem vorbestimmten elektrischen Winkel hinsichtlich der axialen Richtung einer entsprechenden Nut nach außen geneigt zu sein. Nach dem Biegen wird ein äußerstes Ende von jedem der vorspringenden Endabschnitte des Leitersegments 7 durch Schweißen (siehe Bezugszeichen 71 in 8) an ein äußerstes Ende eines entsprechenden der vorspringenden Endabschnitte eines alternativen Leitersegments 7, das in entsprechenden Nuten auf die gleiche Art und Weise wie das eine Leitersegment 7 eingeführt ist, geknüpft.
Das heißt die Mehrzahl von Leitersegmenten 7 ist in entsprechende Nuten des Ankerkerns 2a eingeführt, wobei die vorspringenden Endabschnitte von jedem der eingeführten Leitersegmente 7 gebogen sind, und ein äußerstes Ende von jedem der vorspringenden Endabschnitte von jedem der Leitersegmente 7 ist durch Schweißen an ein äußerstes Ende eines entsprechenden der vorspringenden Endabschnitte eines entsprechenden der eingeführten Leitersegmente 7 geknüpft. Dies liefert die Drei-Phasen-Ankerwicklungen 2b, von denen jede aus der Verknüpfung einer Zahl von Leitersegmenten, die in dem Ankerkern 2a in einer verteilten Durchmesserwicklungskonfiguration gewickelt sind, besteht.
Diese Wicklungskonfiguration ermöglicht, dass die Spulenenden der Ankerwicklungen in beispielsweise der Umfangs- und radialen Richtung des Motors 10 ausgerichtet sind. Dies macht es möglich, die Größe des Motors 10 zu reduzieren. Motoren, deren Ankerwicklungen eine verteilte Wicklungskonfiguration haben, können üblicherweise allgemein die Längen der Spulenenden der Ankerwicklungen erhöhen, was das Verkleinern der Motoren verschlechtert. Der Motor 10, dessen Ankerwicklungen 2b jeweils aus der Verknüpfung einer Mehrzahl von Leitersegmenten bestehen, verhindert jedoch, dass die Länge der Spulenenden der Ankerwicklungen erhöht ist.
Obwohl darstellende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung hierin beschrieben sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, umfasst jedoch ein und alle Ausführungsbeispiele, die Modifikationen, Weglassungen, Kombinationen (zum Beispiel von Aspekten über verschiedene Ausführungsbeispiele hinweg), Anpassungen und/oder Abwandlungen, wie es für Fachleute basierend auf der vorliegenden Offenbarung offensichtlich ist, haben. Die Begrenzungen in den Ansprüchen sollten basierend auf der Sprache, die in den Ansprüchen genutzt ist, als breit interpretiert werden und nicht auf Beispiele, die in der vorliegenden Beschreibung oder während des Verfahrens der Anmeldung beschrieben werden, begrenzt sein, wobei diese Beispiele als nicht ausschließlich aufzufassen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-109529 [0001]
JP 2004-357489 [0004]

Claims

Motor (10; 10A; 10B; 10-1) mit: einem ringförmigen Rotorglied (3; 6), das aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist und in dem Motor (10; 10A; 10B; 10-1) drehbar vorgesehen ist, wobei das Rotorglied (3; 6) folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von ersten magnetischen Polen, die in einer Umfangsrichtung des Rotorglieds (3; 6) mit Räumen (34; 64) dazwischen angeordnet sind, wobei jeder der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen durch einen äußeren peripheren Abschnitt des Rotorglieds (3; 6) und einen Permanentmagneten (31; 61) gebildet ist; und eine Mehrzahl von zweiten magnetischen Polen, die sich von dem Rotorglied (3; 6) radial erstrecken und jeweils zwischen der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von zweiten magnetischen Polen durch die Mehrzahl von ersten magnetischen Polen folgend als eine Mehrzahl von Folgepolen (33) magnetisiert wird; und einem Anker (2; 5), der vorgesehen ist, um dem Rotorglied (3; 6) gegenüberzuliegen, zum Erzeugen eines magnetischen Drehfelds, wobei der Anker (2; 5) folgende Merkmale aufweist: mehrere Sätze von Zähnen (22; 52), die in einer Richtung einer Drehung des Rotorglieds (3; 6) derart angeordnet sind, dass jeder Satz von Zähnen in den mehreren Sätzen von Zähnen (22; 52) innerhalb eines elektrischen Winkelzyklus des magnetischen Drehfelds ist, wobei ein elektrischer Winkelzyklus einer Polpaarteilung des ringförmigen Rotorglieds (3; 6) entspricht, wobei eine Zahl von Zähnen in der Mehrzahl von Zähnen (22; 52) innerhalb der einen Polpaarteilung auf 2k (k ist eine natürliche Zahl) eingestellt ist, eine Zahl von Zähnen, die jedem der ersten magnetischen Pole in der Mehrzahl von Zähnen (22; 52) zugewandt ist, auf gleich oder größer als die Summe von k und 1 eingestellt ist.
Motor (10; 10-1) nach Anspruch 1, bei dem jeder der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen derart konfiguriert ist, dass der Permanentmagnet (31; 61) an einer äußeren Oberfläche des äußeren peripheren Abschnitts des Rotorglieds (3; 6) angebracht ist.
Motor (10A; 10B) nach Anspruch 1, bei dem jeder der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen derart konfiguriert ist, dass der Permanentmagnet (31a, 31b; 31c) innerhalb des äußeren peripheren Abschnitts des Rotorglieds (3) vorgesehen ist.
Motor (10; 10A; 10B; 10-1) nach Anspruch 1, bei dem die Zahl von Zähnen, die jedem der zweiten magnetischen Pole in der Mehrzahl von Zähnen (22; 52) zu gewandt ist, als gleich oder niedriger als eine Subtraktion von 1 von k eingestellt ist.
Motor (10; 10-1) nach Anspruch 1, bei dem eine Teilung zwischen benachbarten Zähnen in der Mehrzahl von Zähnen (22; 52) auf einen ganzzahligen Teiler von 60 elektrischen Grad eingestellt ist.
Motor (10) nach Anspruch 5, bei dem die Zähne (22) der mehreren Sätze in der Richtung einer Drehung des Rotorglieds (3) mit regelmäßigen Räumen angeordnet sind, wobei die Räume eine Mehrzahl von Nuten sind, eine Zahl von Nuten pro Pol in dem Anker (2) auf zwei eingestellt ist, die Teilung zwischen benachbarten Zähnen (22) in der Mehrzahl von Zähnen (22) auf 30 elektrische Grad eingestellt ist, die Zahl von Zähnen (22), die jedem der ersten magnetischen Pole in der Mehrzahl von Zähnen (22) zugewandt ist, auf sieben eingestellt ist, und eine Zahl von Zähnen (22), die jedem der zweiten magnetischen Pole in der Mehrzahl von Zähnen (22) zugewandt ist, auf fünf eingestellt ist.
Motor (10-1) nach Anspruch 5, bei dem die Zähne (52) der mehreren Sätze in der Richtung einer Drehung des Rotorglieds (6) mit regelmäßigen Räumen angeordnet sind, wobei die Räume eine Mehrzahl Nuten sind, eine Zahl von Nuten pro Pol in dem Anker (5) auf drei eingestellt ist, die Teilung zwischen benachbarten Zähnen (52) in der Mehrzahl von Zähnen (52) auf 20 elektrische Grad eingestellt ist, die Zahl von Zähnen (52), die jedem der ersten magnetischen Pole in der Mehrzahl von Zähnen (52) zugewandt ist, auf zehn eingestellt ist, und eine Zahl von Zähnen (52), die jedem der zweiten magnetischen Pole in der Mehrzahl von Zähnen (52) zugewandt ist, auf acht eingestellt ist.
Motor (10; 10A; 10B; 10-1) nach Anspruch 1, bei dem jeder der Mehrzahl von zweiten magnetischen Polen eine gekrümmte äußere Oberfläche mit einem vorbestimmten ersten Krümmungsradius um einen Mittelpunkt, der sich radial außerhalb einer Drehungsachse (4) des Rotorglieds (3; 6) befindet, hat.
Motor (10; 10A; 10B; 10-1) nach Anspruch 1, bei jeder der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen eine gekrümmte äußere Oberfläche mit einem vorbestimmten zweiten Krümmungsradius, der größer als der erste Krümmungsradius ist, hat.
Motor (10) nach Anspruch 2, bei dem der Permanentmagnet (31) von jedem der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die radial angeordnet sind, um einander gegenüberzuliegen, hat, wobei der Permanentmagnet (31) jedes der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen an der ersten Oberfläche an der äußeren Oberfläche des äußeren peripheren Abschnitts des Rotorglieds (3) angebracht ist, wobei mindestens ein Teil der ersten Oberfläche flach gebildet ist.
Motor (10; 10A; 10B; 10-1) nach Anspruch 1, bei dem, wenn der Permanentmagnet (31; 61) von jedem der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen eine Restflussdichte von Br hat, und das weichmagnetische Material eine Sättigungsflussdichte von Bst hat, ein Verhältnis einer Umfangswinkelbreite einer äußeren Oberfläche von jedem der Mehrzahl von ersten magnetischen Polen zu einer Umfangswinkelbreite einer äußeren Oberfläche von jedem der Mehrzahl von zweiten magnetischen Polen im Wesentlichen gleich einem Verhältnis der Sättigungsflussdichte Bst zu der Restflussdichte Br ist.
Motor (10; 10A; 10B; 10-1) nach Anspruch 1, mit ferner einer Rotationswelle (4), die aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und an dem Rotorglied (3; 6) befestigt ist.
Motor (10; 10A; 10B; 10-1) nach Anspruch 1, bei dem die Zähne (22; 52) der mehreren Sätze in der Drehungsrichtung des Rotorglieds (3; 6) mit regelmäßigen Räumen angeordnet sind, wobei die Räume eine Mehrzahl von Nuten sind, der Anker (2; 5) Mehrphasenankerwicklungen, die in der Mehrzahl von Nuten gewiekelt sind, aufweist, zum Erzeugen des magnetischen Drehfelds, wenn dieselben erregt sind, wobei jede der Mehrphasenankerwicklungen eine Verknüpfung einer Mehrzahl von Leitersegmenten (7) ist, wobei jedes der Mehrzahl von Leitersegmenten (7) ein Paar von in der Nut verlaufenden Abschnitten (7a), die in entsprechende Nuten in der Mehrzahl von Nuten eingeführt sind, und einen U- oder V-förmigen Windungsabschnitt (7b), der das Paar der in der Nut verlaufenden Abschnitte (7a) verbindet, aufweist.