DE112008001226T5

DE112008001226T5 - Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine und Fertigungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112008001226T5
Application number: DE112008001226T
Authority: DE
Inventors: Tomonari Toyota-shi Kogure; Keiu Toyota-shi Kanada; Masaaki Toyota-shi Hiraga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2010-03-04
Also published as: JP2008283823A; JP4466681B2; US20100219712A1; CN101682221A; WO2008139307A1

Abstract

Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der sich um eine Drehachse der rotierenden elektrischen Maschine dreht, wobei der Rotor einen Rotorkern und einen in dem Rotorkern eingebetteten Permanentmagneten aufweist, wobei der Rotor dadurch gekennzeichnet, ist, dass:
der Permanentmagnet eine erste Oberfläche, die auf eine Seite eines Stators der rotierenden elektrischen Maschine gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, aufweist; und
eine in einer Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten mittlere Position eines mittleren Abschnitts des Permanentmagneten näher am Stator liegt als eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position von zwei einander entgegengesetzten Endabschnitten des Permanentmagneten, die orthogonal zur Magnetisierungsrichtung angeordnet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine und ein Fertigungsverfahren für den Rotor. Genauer betrifft die Erfindung einen Rotor, der als Rotor mit eingebetteten Permanentmagneten ausgebildet ist, und ein Fertigungsverfahren dafür.
2. Beschreibung der einschlägigen Technik
Eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor, in den Permanentmagnete eingebettet sind, ist ein Motor mit hoher Ausgangsleistung, der ein magnetisches Drehmoment und ein Reluktanzdrehmoment nutzt. Seit einigen Jahren werden rotierende elektrische Maschinen mit Rotoren, in die Permanentmagnete eingebettet ist, in den Antriebseinrichtungen von Fahrzeugen, beispielsweise Elektromotor-Fahrzeugen, Hybridmotor-Fahrzeugen usw. verwendet.
Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-166625 ( JP-A-2006-166625 ) beschreibt eine rotierende elektrische Maschine, die in der Lage ist, das Drehmoment des Rotors durch Senken des magnetischen Widerstands zu erhöhen.
Diese rotierende elektrische Maschine weist einen Rotor, in dem Magnete an einem Rotoreisenkern befestigt sind, durch dessen zwei einander entgegengesetzte Stirnflächen eine Drehwelle hindurchgeht, und einen Stator auf, in dem ein Statorwickeldraht auf einen Statoreisenkern gewickelt ist, der den Rotor umgibt. Der Rotor und der Statur werden so gehalten, dass sie sich drehen können, wobei ein Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator bleibt. Der Rotor ist mit offenen Magneteinpasslücken in zwei einander entgegengesetzten Stirnflächen versehen, in die Magnete eingepasst werden, so dass zwischen den Magnetpolen Voll- bzw. Schenkelpole ausgebildet werden. Was beispielsweise die Gestalt der Magnete dieses Typs einer rotierenden elektrischen Maschine betrifft, so werden in einigen davon Magnete mit einer Form verwendet, bei der ein mittlerer Abschnitt des Magneten von einer äußeren Umfangsseite zurückgesetzt ist.
12 ist eine Skizze, welche die Entmagnetisierung der Magnete eines Rotors beschreibt, der als Rotor mit eingebetteten Permanentmagneten ausgebildet ist. Wie in 12 dargestellt, weist der Rotor einen Rotorkern 502 und Permanentmagnete 504 auf, die in Löcher eingepasst sind, die im Rotorkern 502 ausgebildet sind. In dem in 12 dargestellten Abschnitt ist der Permanentmagnet 504 so angeordnet, dass sein N-Pol sich in Bezug auf den Rotor an einer Außenrandseite befindet, und sein S-Pol sich an einer Innenrandseite befindet.
Eine Statorspule 506 ist so angeordnet, dass sie auf den Außenrand des Rotors gerichtet ist. Von der Statorspule 506 wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, so dass sich der Rotor dreht. Man lässt einen Wechselstrom durch die Statorspule 506 fließen, um das rotierende Magnetfeld zu erzeugen.
In einem Fall wird während der Erzeugung des rotierenden Magnetfelds das Ende der Statorspule 506, das näher am Rotor liegt, zum N-Pol, wie in 12 dargestellt. In diesem Fall verleiht die Statorspule 506 dem Permanentmagneten 504 ein umgekehrtes Magnetfeld, welches das Magnetfeld des Permanentmagneten 504 abstößt. Daher kommt es in zwei Endabschnitten X1, X2 des Permanentmagneten, die einander orthogonal zu dessen Magnetisierungsrichtung entgegengesetzt sind, zu einer Entmagnetisierung. Das Magnetfeld von der Statorspule neigt dazu, sich an den zwei einander entgegengesetzten Enden des Magneten an der Außenrandseite zu konzentrieren, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass die beiden einander entgegengesetzten Endabschnitte des Magneten eine irreversible Entmagnetisierung durchmachen, höher ist als bei anderen Abschnitten des Magneten.
Um eine bessere Entmagnetisierungsbeständigkeit eines Magneten zu erreichen, ist es effizient, die Dicke des Magneten zu erhöhen, oder einen Magneten zu verwenden, der eine Seltenerde enthält, welche die Entmagnetisierungsbeständigkeit verbessert. Jede dieser Maßnahmen erhöht jedoch die Kosten erheblich. Im Hinblick auf die Verringerung der Abnutzung von Magneten ist es übrigens auch denkbar, die Dicke der Magneten nur an deren beiden einander entgegengesetzten Enden zu erhöhen. Falls die Magnete des Rotors mit eingebetteten Magneten so gestaltet werden, dass ein in der Drehrichtung mittlerer Abschnitt von den außenrandseitigen Abschnitten zurückgesetzt ist, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-166625 ( JP-A-2006-166625 ) beschrieben, verringert der größere Abstand zwischen dem mittleren Abschnitt und dem Stator jedoch das Drehmoment, das erzeugt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, deren Entmagnetisierungsbeständigkeit verbessert ist, und deren Kosten trotzdem beschränkt sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der sich um eine Drehachse der rotierenden elektrischen Maschine dreht, wobei der Rotor einen Rotorkern und einen Permanent- bzw. Dauermagneten, der in den Rotorkern eingebettet ist, aufweist. In diesem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine weist der Permanentmagnet eine erste Oberfläche, die auf eine Seite eines Stators der rotierenden elektrischen Maschine gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche auf, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, und eine in einer Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten mittlere Position eines mittleren Abschnitts des Permanentmagneten liegt näher am Stator als eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position von zwei einander entgegengesetzten Endabschnitten des Permanentmagneten, die orthogonal zur Magnetisierungsrichtung des Stators angeordnet sind.
Bei dieser Gestaltung kann ein Querschnitt des Permanentmagneten, der orthogonal zur Drehachse ist, von allgemein rechteckiger Form sein, und die zweite Oberfläche kann in einem mittleren Abschnitt einen zurückgesetzten Abschnitt aufweisen.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann der Permanentmagnet in einem Querschnitt des Permanentmagneten, der orthogonal zur Drehachse ist, ein erstes Magnetstück und ein zweites Magnetstück, die so angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetstücks und die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magnetstücks gleich sind, und so, dass die ersten und zweiten Magnetstücke einander orthogonal zur Magnetisierungsrichtung gegenüber liegen, sowie ein drittes Magnetstück aufweisen, das so angeordnet ist, dass das dritte Magnetstück zwischen den ersten und zweiten Magnetstücken angeordnet ist, und so, dass die Magnetisierungsrichtung des dritten Magnetstücks der Magnetisierungsrichtung der ersten und zweiten Magnetstücke gleich ist, und eine Dicke jedes der ersten und zweiten Magnetstücke in der Magnetisierungsrichtung kann größer sein als eine Dicke des dritten Magnetstücks in der Magnetisierungsrichtung.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann jedes der ersten bis dritten Magnetstücke von rechteckigem Querschnitt sein.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann der Stator radial außerhalb des Rotors angeordnet sein, und der Rotor kann ferner eine Vielzahl von Permanent- bzw. Dauermagneten aufweisen, die genauso aufgebaut sind wie der Permanentmagnet, und die Vielzahl von Permanentmagneten kann in eine Vielzahl von Paaren aufgeteilt sein, und die Permanentmagnete jedes Paars können V-förmig angeordnet sein, so dass jeder von aneinander angrenzenden Abschnitten der paarweise angeordneten Permanentmagnete näher an der Drehachse angeordnet ist als die beiden Endabschnitte des paarweise angeordneten Permanentmagneten.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine. Das Fertigungsverfahren für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine umfasst: Einfügen bzw. Einpassen eines ersten Mag netstücks, dessen Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, in jedes einer Vielzahl von Löchern, die in einem Rotorkern ausgebildet sind; Einpassen eines zweiten Magnetstücks, dessen Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, in jedes von der Vielzahl von Löchern an einer Position, die vom ersten Magnetstück, das sich in jedem von der Vielzahl von Löchern befindet, beabstandet ist; und Einpassen eines dritten Magnetstücks, dessen Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, zwischen den ersten und zweiten Magnetstücken in jedes von der Vielzahl von Löchern.
Dieses Fertigungsverfahren kann ferner das Gießen eines Harzes zum Fixieren der ersten bis dritten Magnetstücke in jedem von der Vielzahl von Löchern beinhalten.
In dem oben beschriebenen Verfahren können die ersten bis dritten Magnetstücke so angeordnet werden, dass die Magnetisierungsrichtungen der ersten bis dritten Magnetstücke gleich sind, und so, dass die ersten bis dritten Magnetstücke einander orthogonal zur Magnetisierungsrichtung gegenüber liegen, und die ersten und zweiten Magnetstücke können so angeordnet werden, dass eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position der ersten und zweiten Magnetstücke weiter weg von einem radial außerhalb des Rotors angeordneten Stator ist als eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position des dritten Magnetstücks.
Gemäß der Erfindung kann ein Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, deren Entmagnetisierungsbeständigkeit verbessert ist, mit geringen Kosten realisiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die genannten sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die begleitende Zeichnung deutlich werden, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Bauteile darzustellen, und wobei:
1 eine Querschnittsdarstellung ist, welche die Positionen eines Rotors und eines Stators eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschreibt;
2 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung ist, die Permanentmagnete des in 1 dargestellten Rotors und ihre Umgebungen zeigt;
3 eine perspektivische Darstellung ist, welche die Gestaltung eines Magneten in einem Zustand zeigt, in dem der Magnet in den in 2 dargestellten Rotor eingepasst wird;
4 ein Ablaufschema ist, das ein Fertigungsverfahren für einen Rotor eines Motors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5 ein Schema ist, das eine erste Modifikation der in 2 dargestellten Magnetgestaltung zeigt;
6 ein Schema ist, das eine zweite Modifikation der in 2 dargestellten Magnetgestaltung zeigt;
7 wie 2 ein Beispiel im Querschnitt zeigt, in dem ein Magnet nicht geteilt ist, sondern einstückig ausgebildet ist;
8 eine perspektivische Darstellung der in 7 dargestellten Magnetgestaltung ist;
9 wie 2 ein Beispiel im Querschnitt zeigt, in dem ein Magnet in einem modifizierten Verfahren geteilt wird;
10 eine perspektivische Darstellung der Magnetgestaltung von 9 ist;
11 ein Schema ist, das ein Beispiel für die Magnetanordnung zeigt, die keine V-förmige Magnetanordnung ist; und
12 ein Schema ist, das die Entmagnetisierung der Magnete eines eingebetteten permanentmagnetischen Rotors zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung ausführlich unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Gleiche oder entsprechende Abschnitte haben in der Zeichnung jeweils die gleichen Bezugszeichen, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
1 ist eine Querschnittsdarstellung, welche die Positionen eines Rotors und eines Stators eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Wie in 1 dargestellt, weist ein Motor, bei dem es sich um eine rotierende elektrische Maschine handelt, einen Stator 102 und einen Rotor 104 auf. Der Rotor 104 weist eine Welle 106 und einen Rotorkern 105 auf, der um die Welle 106 herum vorgesehen ist. 1 zeigt Einzelheiten der Abschnitte des Rotors und des Stators, die einem Sechstel von dessen gesamtem Umfang entsprechen.
Der Rotorkern 105 wird beispielsweise aus gestapelten elektromagnetischen Stahlblechen gebildet. Der Rotor 104 von 1 weist 12 Pole auf. Für jeden Pol wird ein Magnetpaar, das in einer V-Form angeordnet ist, verwendet. Der Rotorkern 105 ist mit 24 Löchern zum Einpassen von Magneten versehen. In diese Löcher werden Magnete 111, 112, 121, 122 eingepasst.
Der Stator 102 weist einen Statorkern und Spulen 131U, 131V, 131W auf, die um die Zähne des Statorkerns gewickelt sind. Der U-Phasenstrom, der V-Phasenstrom und der W-Phasenstrom werden jeweils von einer (nicht dargestellten) Wechselrichtereinheit durch die Spulen 131U, 131V bzw. 131W geschickt.
Der in 1 dargestellte Rotor 104 ist ein Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, der um die Drehwelle 106 der rotierenden elektrischen Maschine herum vorgesehen ist. Der Rotor 104 ist mit einem Rotorkern 105 und mit Permanentmagneten 111, 112, 121, 122, die in den Rotorkern eingebettet sind, versehen. Der Permanentmagnet 111 weist eine erste Oberfläche 115, bei der es sich um eine flache Oberfläche handelt, die auf die Statorseite gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche 116 auf, bei der es sich um eine Oberfläche handelt, die der ersten Oberfläche 115 entgegengesetzt ist. Die zweite Oberfläche 116 ist in einem Querschnitt, der orthogonal zur Drehwelle 106 ist, d. h. in einem Querschnitt, der in 1 dargestellt ist, so gestaltet, dass die Dicke des Permanentmagneten 111 in der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten (in Richtung vom N-Pol zum S-Pol) an dessen zwei einander orthogonal zur Magnetisierungsrichtung entgegengesetzten Enden größer ist als an einem mittleren Abschnitt zwischen den beiden einander entgegengesetzten Enden.
Der orthogonal zur Drehwelle 106 genommene Querschnitt des Permanentmagneten ist im Allgemeinen rechteckig. Von den vier Seiten der Rechteckform weist eine Seite, die in der zweiten Oberfläche 116 enthalten ist, in ihrem mittleren Abschnitt eine Aussparung auf. Die Rechteckform kann ein Rechteck sein oder kann auch ein Quadrat sein. Was die vier Seiten des Rechtecks betrifft, so kann bzw. können mindestens eine oder alle der Seiten, die in den Oberflächen 115, 117, 118 enthalten sind, mit einer Aussparung versehen sein, die kleiner ist als die Aussparung der Seite, die in der Oberfläche 116 enthalten ist.
Die rotierende elektrische Maschine kann auch als eine Maschine mit Außenrotor ausgebildet sein. Vorzugsweise ist jedoch der Stator 102 radial außerhalb des Rotors 104 angeordnet. Der Rotor 104 der rotierenden elektrischen Maschine ist ferner mit einer Vielzahl von Permanentmagneten 112, 121, 122 versehen, die genauso gestaltet sind wie der Permanentmagnet 111. Der Permanentmagnet 111 und die Vielzahl von Permanentmagneten 112, 121, 122 sind in eine Vielzahl von Paaren aufgeteilt. Die Permanentmagnete 111, 112, die ein Paar bilden, sind derart in V-Form angeordnet, dass Abschnitte der Magnete, die aneinander angrenzen, sich relativ nahe an der Drehwelle befinden. Die Permanentmagnete 121, 122, die ein Paar bilden, sind derart in V-Form angeordnet, dass die Abschnitte der Magnete, die aneinander angrenzen, sich relativ nahe an der Drehwelle befinden. Die Anordnung der Magnete in einer V-Form verbessert das Reluktanzdrehmoment.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht von Permanentmagneten des Rotors und eines Abschnitts des Rotors, der an die Permanentmagnete angrenzt. Wie in 2 dargestellt, ist der Rotorkern 105 um die Drehwelle 106 herum angeordnet. Der Rotorkern 105 ist mit Löchern 201, 202 zum Einpassen von Magneten versehen.
Der Permanentmagnet 111 weist Magnetstücke 111A, 111B, 111C auf. Bevor oder nachdem die Magnetstücke 111A bis 111C in die Löcher 201 eingepasst werden, wird ein Harz 211 zum Fixieren der Magnetstücke 111A bis 111C in die Löcher 201 gegossen.
Der Permanentmagnet 112 weist Magnetstücke 112A, 11B, 112C auf. Bevor oder nachdem die Magnetstücke 112A bis 112C in das Loch 202 eingepasst werden, wird ein Harz 212 zum Fixieren der Magnetstücke 112 bis 112C in das Loch 202 gegossen.
3 ist eine perspektivische Darstellung, welche die Gestaltung eines Magneten in einem Zustand zeigt, in dem der Magnet in den Rotor eingepasst wird. In 3 ist der Rotorkern nicht dargestellt, sondern es ist nur ein Magnet dargestellt.
Wie in 2 und 3 dargestellt, weist der Permanent- bzw. Dauermagneten 111 das erste Magnetstück 111A und das zweite Magnetstück 111E auf, die im Querschnitt so angeordnet sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen gleich sind, und so, dass sie einander orthogonal zur Magnetisierungsrichtung gegenüber liegen, und das dritte Magnetstück 111C ist so angeordnet, dass das dritte Magnetstück im Querschnitt zwischen dem ersten Magnetstück 111A und dem zweiten Magnetstück 111E angeordnet ist, und so, dass die Magnetisierungsrichtung des dritten Magnetstücks 111C mit der Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetstücks 111A und des zweiten Magnetstücks 111E übereinstimmt. Die Dicke des ersten Magnetstücks 111A und des zweiten Magnetstücks 111 in der Magnetisierungsrichtung ist größer als die Dicke des dritten Magnetstücks 111C in der Magnetisierungsrichtung.
Die Magnetstücke 111A, 111B, 111C sind so angeordnet, dass ihre statorseitigen Oberflächen eine im Allgemeinen bündige flache Oberfläche 150 bilden, und so, dass auf der Rotorwellenseite eine gestufte Oberfläche gebildet wird, wobei eine Oberfläche 151C des Magnetstücks 11C von Oberflächen 151A, 151B der Magnete 111A, 111B zurücksetzt ist. Die Oberflächen 151D, 151E der Magnetstücke 111B, 111A auf der Rotorwellenseite sind Stufenhöhenflächen.
Die Magnetstücke 111A, 111B, 111C des Rotors dieser Ausführungsform sind so angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtungen gleich sind, und zwar so, dass alle drei Magnetstücke ihre N-Pole auf der Statorseite und ihre S-Pole auf der Rotorwellenseite haben. Alternativ dazu können die Magnetstücke umgekehrt so angeordnet sein, dass ihre Magnetisierungsrichtungen gleich sind, aber so, dass ihre S-Pole auf der Statorseite liegen und ihre N-Pole auf der Rotorwellenseite liegen.
4 ist ein Ablaufschema, das Abläufe eines Fertigungsverfahrens für den Rotor zeigt. Wie in 2 und 4 dargestellt, wird zuerst ein Rotorkern 105, in dem elektromagnetische Stahlbleche gestapelt sind, hergestellt, und in Schritt S1 werden die ersten Magnetstücke 111A, 112A in den Rotorkern 105 eingepasst.
Anschließend werden in Schritt S2 die zweiten Magnetstücke 111B, 112B in den Rotorkern 105 eingepasst.
Dann wird in Schritt S3 das dritte Magnetstück 111C zwischen das erste Magnetstück 111A und das zweite Magnetstück 111B, die bereits eingepasst wurden, eingepasst, und das dritte Magnetstück 112C wird zwischen das erste Magnetstück 112A und das zweite Magnetstück 112, die bereits eingepasst wurden, eingepasst.
Da die Rotorwellenseite jedes der Löcher 201, 202 entsprechend den in 3 dargestellten Stufenhöhenflächen 151D, 151E gestuft gestaltet ist, sind die Einpasspositionen der Magnetstücke 111A, 111B festgelegt. Falls versucht wird, zuerst das Magnetstück 111C einzupassen, ist dessen Einpassposition nicht festgelegt. Nachdem jedoch die Magnetstücke 111A, 111E an den beiden gegenüber liegenden Seiten eingepasst wurden, ist die Einpassposition des Magnetstücks 111C ohne Weiteres festgelegt.
Durch Einpassen der Magnetstücke in dieser Reihenfolge ist es somit möglich, die Zusammenfügung effizient durchzuführen. Die Reihenfolge der Schritte S1 und S2 kann auch umgekehrt sein und wird dabei im Wesentlichen die gleiche Wirkung erzielen.
Nachdem die Einfügung des Magnetstücks in Schritt S3 abgeschlossen wurde, wird in Schritt S4 das Eingießen eines Magnetfixierharzes durchgeführt. Dadurch wird ein Wackeln oder Auseinanderfallen der Magnetstücke verhindert. Das Harz kann auch in einer Menge eingegossen werden, die dem Raum zwischen den Magneten und dem Rotorkern entspricht, bevor die Magnete eingepasst werden.
Nach Ende der Abläufe in den Schritten S1 bis S4 endet der Zusammenbau des Rotors in Schritt S5. Ausgehend von der obigen Beschreibung wird das Fertigungsverfahren für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung zusammengefasst. Das Fertigungsverfahren für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine schließt ein: den Schritt S1 der Einpassung erster Magnetstücke 111A, 112A, deren Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, in eine Vielzahl von Löchern 201 bzw. 202, die im Rotorkern 105 ausgebildet sind, den Schritt S2 der Einpassung zweiter Magnetstücke 111B, 112B, deren Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, an Positionen, die von denen der ersten Magnetstücke 111A, 112A beabstandet sind, in die Löcher 201 bzw. 202 und den Schritt S3 der Einpassung dritter Magnetstücke 111C bzw. 112C, deren Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, zwischen den ersten und zweiten Magnetstücken in die Löcher 201 bzw. 202.
Das Fertigungsverfahren für den Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine kann ferner den Schritt S4 der Eingießung von Harz 211, 212 zur Fixierung der ersten bis dritten Magnetstücke in die Löcher 201 bzw. 202 einschließen.
5 ist eine Skizze, die eine erste Modifikation der in 2 dargestellten Magnetgestaltung zeigt. 6 ist eine Skizze, die eine zweite Modifikation der in 2 dargestellten Magnetgestaltung zeigt.
In dem in 2 dargestellten Beispiel bilden die Magnetstücke 111A, 111B, 111C auf der Statorseite eine stufenlose, flache Oberfläche. Dagegen ist in dem in 5 dargestellten Beispiel das Magnetstück 111C auch auf der Statorseite von den Magnetstücken 111A, 111B zurückgesetzt (ausgespart). Jedoch ist der Umfang der Aussparung auf der statorseitigen Oberfläche geringer als der Umfang der Aussparung auf der Seite der Rotorwelle.
In dem in 6 dargestellten Beispiel ragt das Magnetstück 111C auf der statorseitigen Oberfläche leicht über die Magnetstücke 111A, 11B vor. Falls die Löcher des Rotorkerns eine Lochgestaltung aufweisen wie in 6 dargestellt, ist die Position des Magnetstücks 111C auch dann festgelegt, wenn das Magnetstück 111C zuerst eingepasst wird. Somit wird es möglich, die Zusammensetzungsprozedur zu ändern, und der Freiheitsgrad bei der Zusammensetzung des Motors wird größer.
In den in 5 und 6 dargestellten Fällen ist jedes der ersten bis dritten Magnetstücke 111A bis 111C in einem orthogonal zur Drehwelle 106 genommenen Querschnitt rechteckig. Die ersten und zweiten Magnetstücke 111A, 111E sind so angeordnet, dass eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position A2 der ersten und zweiten Magnetstücke 111A, 111B weiter weg vom Stator liegt als eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position A1 des dritten Magnetstücks 111. Der Abstand, um den die mittlere Position A2 weiter weg ist, ist im Fall von 5 ein Abstand D1 und ist im Fall von 6 ein Abstand D2, der etwas größer ist als der Abstand D1. Anders ausgedrückt, die mittlere Position A1 ist eine Mittellinie, die das N-Polende symmetrisch vom S-Polende des Magnetstücks 111C teilt. Ebenso ist die mittlere Position A2, anders ausgedrückt, eine Mittellinie, die das N-Polende symmetrisch vom S-Polende jedes der Magnetstücke 111A, 111E teilt.
Falls in 5 die mittlere Position A2 näher an das Statorende gebracht wird als die mittlere Position A1, nimmt das Maß, in dem die Magnetstücke 111A, 111E zur Statorseite hin vorstehen, im Querschnitt jedes Magneten in der V-förmigen Anordnung zu. Falls sie zu weit vorstehen, wird die Dicke eines rotorkern-außenrandseitigen Wandabschnitts des Magneteinpasslochs zu dünn, und die Stärke von Abschnitten des Rotorkerns, welche die Magnete gegen die Zentrifugalkraft stützen, nimmt ab. Ferner kommen die Magnetstücke 111A, 111B dem Stator zu nahe, so dass die Entmagnetisierung der Abschnitte der Magnetstücke, die an den Stator angrenzen, ausgeprägt wird.
Dagegen ist es auch vorstellbar, das Magnetstück 111C in einem Zustand, in dem eine bestimmte Dicke des rotorkern-außenrandseitigen Wandabschnitts jedes Magneteinpasslochs sichergestellt ist, zur Seite der Rotorwelle zu verschieben. Dies führt jedoch zu einer Abnahme des Motordrehmoments. Das heißt, da der Abstand zwischen dem mittleren Abschnitt und dem Stator größer wird, nimmt das Drehmoment, das erzeugt werden kann, ab.
Wie in 5 dargestellt, werden daher die ersten und zweiten Magnetstücke 111A, 111E so angeordnet, dass die in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position A2 der ersten und zweiten Magnetstücke 111A, 111B weiter weg vom Stator ist als die in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position A1 des dritten Magnetstücks 111C.
Dadurch, dass Magnete verwendet werden, die gestaltet sind wie oben beschriebenen, und dadurch, dass jeder Magnet aus drei Teilen gebildet wird, kann ein Rotor für eine rotierende elektrische Maschine verwirklicht werden, der eine Entmagnetisierung verhindert und dessen Kosten dabei so weit wie möglich beschränkt sind.
7 zeigt ein Beispiel, in dem die Magnete nicht geteilt sind, sondern eine in einem Querschnitt wie in 2 einstückige Gestaltung aufweisen.
8 ist eine perspektivische Darstellung einer in 7 dargestellten Magnetgestaltung. Wie in 7 und 8 dargestellt, kann eine Außenform des Magneten rechteckig sein, mit einer Oberfläche (einer der Statorseite entgegengesetzten Oberfläche), die einen Aussparungsabschnitt aufweist. Magnete werden häufig durch Sintern hergestellt. Wegen des Schrumpfens, das während des Sinterns stattfindet, ist es schwierig, eine komplizierte Form aus einem Sintermaterial herzustellen. In dem Fall, wo ein Sintermaterial für den Magneten genommen wird, kann der Magnet mit der oben beschriebenen Gestaltung durch Ausbilden einer Nut 214 durch Spanen oder Schneiden des rechteckigen Magneten verwirklicht werden. In diesem Beispiel ist zwar die Werkstoffausbeute der Magnete niedriger als in dem in 2 dargestellten Beispiel, aber es kann im Wesentlichen die gleiche Verbesserung der Beständigkeit gegenüber einer Entmagnetisierung erwartet werden.
9 zeigt in einem Querschnitt wie in 2 ein Beispiel, in dem ein Magnet anhand eines modifizierten Verfahrens geteilt wird. 10 ist eine perspektivische Darstellung einer Magnetgestaltung wie in 9.
Wie in 9 und 10 dargestellt, kann eine Form, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die in 2 und 7 dargestellte, durch Hinzufügen von Magnetstücken 111E, 111D, deren Querschnitt klein und rechteckig ist, zu einem Magnetstück 111F, dessen Querschnitt groß und rechteckig ist, so dass die Magnetstücke 111E, 111D vorstehende Abschnitte bilden, verwirklicht werden. Da die Grenzflächen zwischen den Magnetstücken 111E, 111D und dem Magnetstück 111F auf einem Magnetflusskreis liegen, besteht die Gefahr, dass der Magnetfluss schwächer wird als in dem in 2 dargestellten Fall. Was sie Entmagnetisierung betrifft, so kann jedoch die gleiche Verbesserung der Beständigkeit erwartet werden wie im Fall von 2.
Obwohl in den obigen Ausführungsformen für jeden der Magnetpole des Rotors ein Magnetpaar V-förmig angeordnet wird, ist die Erfindung nicht auf die V-förmige Anordnung beschränkt, sondern kann auch auf Rotoren mit anderen Magnetanordnungen angewendet werden.
11 zeigt ein Beispiel der Magnetanordnung, bei der es sich nicht um eine V-förmige Anordnung handelt. Wie in 11 dargestellt, ist ein Rotor 304 ein sechspoliger Rotor, in dem Permanentmagnete 301, 303, 305, 307, 309, 311 in einen Rotorkern 300 eingepasst sind. Der Magnet 301 ist in der Magnetisierungsrichtung an zwei einander entgegengesetzten Endabschnitten dicker. Ebenso sind die anderen Magnete 303, 305, 307, 309, 311 in der Magnetisierungsrichtung an zwei einander entgegengesetzten Endabschnitten ebenfalls dicker.
Das heißt, der Rotor 304 ist ein Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, der um eine Drehwelle 306 einer rotierenden elektrischen Maschine herum vorgesehen ist und der den Rotorkern 300 und die in dem Rotorkern eingebetteten Permanentmagnete 301, 303, 305, 307, 309, 311 aufweist. Der Permanentmagnet 301 weist eine erste Oberfläche, bei der es sich um eine flache Oberfläche handelt, die auf die Statorseite gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche auf, die eine Oberfläche ist, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist. Obwohl nicht dargestellt, ist die Magnetisierungsrichtung jedes Magneten eine Richtung von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche oder die umgekehrte Richtung. Die zweite Oberfläche ist in einem orthogonal zur Drehwelle 306 genommenen Querschnitt, d. h. in einem in 11 dargestellten Querschnitt, so gestaltet, dass die Dicke des Permanentmagneten in der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten (der Richtung vom N-Pol zum S-Pol) an zwei einander orthogonal zur Magnetisierungsrichtung entgegengesetzten Endabschnitten größer ist als an einem mittleren Abschnitt zwischen den beiden einander entgegengesetzten Enden.
Der Querschnitt des Permanentmagneten orthogonal zur Drehwelle 306 ist im Allgemeinen rechteckig. Von den vier Seiten des Rechtecks weist eine Seite, die in der zweiten Oberfläche enthalten ist, in ihrem mittleren Abschnitt eine Aussparung auf.
Die Verwendung einer solchen Magnetgestaltung kann die Entmagnetisierung der beiden einander entgegengesetzten Endabschnitte verringern, wie oben mit Bezug auf 12 beschrieben.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als Erläuterungen und nicht als Beschränkungen aufgefasst werden. Der Umfang der Erfindung wird nicht von der obigen Beschreibung definiert, sondern von den Patentansprüchen, und soll alle Modifikationen innerhalb des Gedankens und Bereichs, der den Patentansprüchen äquivalent ist, abdecken.
ZUSAMMENFASSUNG
ROTOR EINER ROTIERENDEN ELEKTRISCHEN MASCHINE UND FERTIGUNGSVERFAHREN DAFÜR
Ein Rotor (104) weist einen Rotorkern (105) und Permanentmagnete (111, 112, 121, 122) auf, die in dem Rotorkern (105) eingebettet sind. Der Permanentmagnet (111) weist eine erste Oberfläche auf, bei der es sich um eine flache Oberfläche handelt, die auf eine Statorseite gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist. Eine mittlere Position eines mittleren Abschnitts des Permanentmagneten (111), bei der es sich um eine Mitte in der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten (111) handelt, liegt auf einer Statorseite einer mittleren Position von zwei einander othogonal zur Magnetisierungsrichtung entgegengesetzten Endabschnitten des Permanentmagneten (111), bei der es sich um eine Mitte in der Magnetisierungsrichtung handelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-166625 [0003, 0008]
- JP 2006-166625 A [0003, 0008]

Claims

Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der sich um eine Drehachse der rotierenden elektrischen Maschine dreht, wobei der Rotor einen Rotorkern und einen in dem Rotorkern eingebetteten Permanentmagneten aufweist, wobei der Rotor dadurch gekennzeichnet, ist, dass: der Permanentmagnet eine erste Oberfläche, die auf eine Seite eines Stators der rotierenden elektrischen Maschine gerichtet ist, und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, aufweist; und eine in einer Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten mittlere Position eines mittleren Abschnitts des Permanentmagneten näher am Stator liegt als eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position von zwei einander entgegengesetzten Endabschnitten des Permanentmagneten, die orthogonal zur Magnetisierungsrichtung angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 1, wobei: ein Querschnitt des Permanentmagneten, der orthogonal zur Drehachse ist, im Allgemeinen von rechteckiger Form ist; und die zweite Oberfläche in ihrem mittleren Abschnitt einen Aussparungsabschnitt aufweist.
Rotor nach Anspruch 1, wobei: der Permanentmagnet in einem Querschnitt des Permanentmagneten, der orthogonal zur Drehachse ist, ein erstes Magnetstück und ein zweites Magnetstück aufweist, die so angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetstücks und die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magnetstücks gleich sind, und so, dass die ersten und zweiten Magnetstücke einander orthogonal zur Magnetisierungsrichtung gegenüber liegen, sowie ein drittes Magnetstück, das so angeordnet ist, dass das dritte Magnetstück zwischen den ersten und zweiten Magnetstücken angeordnet ist, und so, dass die Magnetisierungsrichtung des dritten Magnetstücks der Magnetisierungsrichtung der ersten und zweiten Magnetstücke gleich ist; und eine Dicke jedes der ersten und zweiten Magnetstücke in Magnetisierungsrichtung größer ist als eine Dicke des dritten Magnetstücks in der Magnetisierungsrichtung.
Rotor nach Anspruch 3, wobei jedes der ersten bis dritten Magnetstücke von rechteckigem Querschnitt ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Stator radial außerhalb des Rotors angeordnet ist; der Rotor ferner eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, welche die gleiche Form aufweisen wie der Permanentmagnet; die Vielzahl von Permanentmagneten in eine Vielzahl von Paaren aufgeteilt ist; und die Permanentmagnete jedes Paars in V-Form angeordnet sind, so dass jeder von aneinander angrenzenden Abschnitten der paarweise angeordneten Permanentmagnete näher an der Drehachse angeordnet ist als zwei Endabschnitte der paarweise angeordneten Permanentmagnete.
Rotor nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche in einem orthogonal zur Drehachse genommenen Querschnitt so gestaltet ist, dass ein mittlerer Abschnitt der ersten Oberfläche von zwei Endabschnitten der ersten Oberfläche, die orthogonal zur Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten angeordnet sind, zur Seite des Stators hin vorsteht.
Rotor nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche eine flache Oberfläche ist.
Fertigungsverfahren für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Einpassen eines ersten Magnetstücks, dessen Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, in jedes von einer Vielzahl von Löchern, die in einem Rotorkern ausgebildet sind; Einpassen eines zweiten Magnetstücks, dessen Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, in jedes von der Vielzahl von Löchern an einer Position, die vom ersten Magnetstück, das sich in jedem von der Vielzahl von Löchern befindet, beabstandet ist, und Einpassen eines dritten Magnetstücks, dessen Querschnittsform im Allgemeinen rechteckig ist, zwischen den ersten und zweiten Magnetstücken in jedes von der Vielzahl von Löchern.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner das Eingießen eines Harzes zum Befestigen der ersten bis dritten Magnetstücke in jedes von der Vielzahl von Löchern umfasst.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 8, wobei: die ersten bis dritten Magnetstücke so angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen der ersten bis dritten Magnetstücke gleich sind, und so, dass die ersten bis dritten Magnetstücke einander in orthogonaler Richtung zur Magnetisierungsrichtung gegenüber liegen; und wobei die ersten und zweiten Magnetstücke so angeordnet sind, dass eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position der ersten und zweiten Magnetstücke weiter weg von einem Stator liegt, der radial außerhalb des Rotors angeordnet ist, als eine in der Magnetisierungsrichtung mittlere Position des dritten Magnetstücks.