DE102018126147A1

DE102018126147A1 - Rotor eines Synchronmotors

Info

Publication number: DE102018126147A1
Application number: DE102018126147.0A
Authority: DE
Inventors: Takanori Yokochi; Tatsuya Shizu
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2038-10-23
Also published as: US20190131834A1; CN109728665A; DE102018126147B4; JP2019083604A; US10784730B2; CN109728665B; JP6904882B2

Abstract

Ein Rotor (1) eines Synchronmotors weist einen Rotorkern (8) und einen Permanentmagneten (3) auf. Der Rotorkern (8) ist durch Stapeln von mehreren Siliciumstahlblechen ausgebildet und weist mehrere Magneteinsetzöffnungen MS und mehrere Schlitze (7) auf. Der Permanentmagnet (3) ist in jeder der Magneteinsetzöffnungen MS angeordnet, so dass die Magnetpole der Permanentmagnete in einer Durchmesserrichtung gerichtet sind. Die Schlitze (7) sind auf einer radial äußeren Seite der Magneteinsetzöffnung MS ausgebildet, um sie mit Intervallen entlang einer Seite des Permanentmagneten (3) auszurichten. Magnetpfade Z1 bis Z5 sind zwischen benachbarten Schlitzen (7) definiert. Ein Spalt AS, der ein in der axialen Richtung des Rotorkerns (1) offener Schlitz ist, ist auf der entgegengesetzten Seite von mehreren Magnetpfaden Z2, Z3, Z4 über den Permanentmagneten (3) ausgebildet, um den magnetischen Widerstand der Magnetpfade einzustellen, um eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein zu machen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-208740 , eingereicht am 30. Oktober 2017, einschließlich der Beschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung, ist hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Rotoren von IPM-Synchronmotoren, wobei die Rotoren jeweils einen Permanentmagneten umfassen.
HINTERGRUND
Die Rotoren von Motoren weisen verschiedene Strukturen auf. Einige Rotoren weisen beispielsweise mehrere Magneteinsetzöffnungen, die ihrem Inneren ausgebildet sind, und Permanentmagneten, die sich in den jeweiligen Magneteinsetzöffnungen befinden, auf. Diese Typen von Motoren werden als Innenpermanentmagnetsynchronmotoren (IPM-Synchronmotoren) bezeichnet. Die Rotoren solcher IPM-Synchronmotoren werden nun beschrieben.
2 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Rotors eines herkömmlichen IPM-Synchronmotors. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Rotor 1 mehrere Siliciumstahlbleche, die in Schichten gestapelt sind. Der Rotor 1 umfasst einen Rotorkern 8 und Permanentmagnete 3. Der Rotorkern 8 weist mehrere Magneteinsetzöffnungen MS und mehrere Schlitze 7 auf. Jeder Permanentmagnet 3 ist in jeder Magneteinsetzöffnung MS angeordnet. Insbesondere ist der Permanentmagnet 3 derart orientiert, dass seine Magnetpole in der Durchmesserrichtung des Rotors 1 gerichtet sind. Das heißt, die Pole (Magnetpole) des Permanentmagnets 3 sind einwärts bzw. auswärts in der Durchmesserrichtung des Rotors 1 gerichtet.
Wie in 2 dargestellt, sind die Schlitze 7 parallel zum Magnetfluss ausgebildet, der vom Permanentmagneten 3 erzeugt wird. Die Schlitze 7 und der Magnetfluss vom Permanentmagneten 3 bilden einen N-Pol- oder S-Pol-Magnetpol des Rotors 1. Die Schlitze 7 sind an der radial äußeren Seite der Magneteinsetzöffnung MS ausgebildet, um sie entlang einer Seite des Permanentmagneten 3 mit Intervallen auszurichten. Ein Magnetpfad ist zwischen benachbarten Schlitzen 7 definiert.
Der Motor weist einen Stator auf, der außerhalb des Rotors 1 angeordnet ist. 3 stellt einen Teil des Rotors 1 und einen Teil des Stators 2 vergrößert dar. In 3 weist der Stator 2 Schlitze 5, in denen sich Drähte befinden, und Zähne 6, durch die der Magnetfluss verläuft, auf. Eine Luftschicht oder ein Luftspalt AG ist zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 1 definiert. Wie öffentlich bekannt, erzeugt ein Strom, der an den Draht im Schlitz 5 angelegt wird, ein Drehmoment im Rotor 1 gemäß der Position des Magnetpols des Rotors 1 gemäß der Linke-Hand-Regel von Fleming. Der angelegte Strom im Draht erzeugt auch konzentrische Magnetflüsse mit dem Draht als Zentrum gemäß der Rechte-Hand-Regel von Fleming. Der erzeugte Magnetfluss erstreckt sich orthogonal zur Richtung des Magnetflusses des Permanentmagneten 3, was folglich die Drehmomenterzeugung mit dem Rotor 1 behindert. Um das Obige anzugehen, ist der Schlitz 7 im Rotor 1 so ausgebildet, dass er sich parallel zum Magnetfluss vom Permanentmagneten 3, das heißt orthogonal zur Richtung des Magnetflusses, aufgrund des Stroms, der das Drehmoment erzeugt, erstreckt.
Wenn kein Strom an den Draht im Schlitz 5 angelegt wird und der Rotor 1 dann gezwungen wird, sich mit einer konstanten Drehzahl zu drehen, wobei eine externe Kraft auf die Welle des Motors aufgebracht wird, pulsiert beispielsweise ein am Rotor 1 erzeugtes Drehmoment. Dieses Phänomen wird als Ruckeldrehmomentwelligkeit bezeichnet. Es ist bekannt, dass die Ruckeldrehmomentwelligkeit aufgrund einer Änderung der magnetischen Anziehungskraft verursacht wird, die zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 erzeugt wird. Der Betrag der magnetischen Anziehungskraft ist so bestimmt, dass er zur Anzahl von Magnetflusslinien proportional ist, die sich vom Rotor 1 über den Luftspalt AG zum Stator 2 erstrecken. Das heißt eine größere magnetische Anziehungskraft wird in einem Bereich mit einer größeren Anzahl von Magnetflusslinien erzeugt, während nur eine kleinere magnetische Anziehungskraft in einem Bereich mit einer kleineren Anzahl von Magnetflusslinien erzeugt wird.
Die Ruckeldrehmomentwelligkeit wird aufgrund einer Veränderung der magnetischen Anziehungskraft verursacht, wobei die Veränderung von der Position des Rotors 1 abhängt, wie vorstehend beschrieben. Hier ist zu beachten, dass die Anzahl von Magnetflusslinien vom Permanentmagneten 3 immer konstant ist. Unterdessen weist die Tatsache, dass die magnetische Anziehungskraft variiert, daraufhin, dass die Anzahl von Magnetflusslinien, die sich vom Rotor 1 über den Luftspalt AG zum Stator 2 erstrecken, variiert, wie vorstehend beschrieben. Das heißt, die Anzahl von Magnetflusslinien, die sich zum Stator 2 erstrecken, variiert trotz der konstanten Anzahl von Linien des Magnetflusses, der durch den Permanentmagneten 3 erzeugt wird, da der magnetische Widerstand zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 variiert. Der Betrag des magnetischen Widerstandes ist auf der Basis einer Vielfalt von Faktoren bestimmt, einschließlich des Abstandes des Luftspalts AG und der Länge oder Dicke eines Magnetpfades. Daher ist die Veränderung des magnetischen Widerstandes zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 in Abhängigkeit von der Position des Rotors 1 unvermeidlich, wenn der Stator 2 eine diskrete Struktur mit Zähnen und offenen Abschnitten, die abwechselnd ausgebildet sind, aufweist.
ENTGEGENHALTUNGSLISTE
PATENTLITERATUR
PATENTLITERATUR 1 JP 2007-143331A
ZUSAMMENFASSUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wenn kein Strom an den Draht des Stators 2 angelegt wird, wobei der Rotor 1 die Struktur, wie in 3 dargestellt, aufweist, verläuft der Magnetfluss vom Permanentmagneten 3, wie durch die Pfeile in 3 angegeben. Das heißt, in dem Fall, in dem der N-Pol des Permanentmagneten 3 in der Durchmesserrichtung auswärts gerichtet ist, wie in 3 dargestellt, verläuft der Magnetfluss gerade in Richtung des Stators 2, während der Schlitz 7 in der Nähe der Mitte des Permanentmagneten 3 gemieden wird. In der Nähe der jeweiligen Enden des Permanentmagneten 3 verläuft andererseits der Magnetfluss teilweise um die Magneteinsetzöffnung MS mit dem Permanentmagneten 3 darin, um in Richtung des S-Pols des Permanentmagneten 3 fortzuschreiten, wie durch φr in der Zeichnung angegeben, neben dem Magnetfluss, der gerade in Richtung des Stators 2 verläuft.
Es soll angenommen werden, dass, wie in 3 dargestellt, vier Schlitze 7 S1 bis S4 vorhanden sind und dass die Magnetpfade zwischen den jeweiligen benachbarten Schlitzen S1, S2, S3, S4 und Magnetpfade außerhalb der jeweiligen Endschlitze S1, S4 jeweils als Magnetpfade Z1 bis Z5 bezeichnet werden. In diesem Fall tritt einiges des Magnetflusses von nahe der Mitte des Permanentmagneten 3 direkt in den mittleren Magnetpfad Z3 ein und verläuft hindurch, wobei einiges die Schlitze S2, S3 meidet. Ferner tritt einiges des Magnetflusses vom Permanentmagneten direkt in den Magnetpfad Z2 unmittelbar neben dem mittleren Magnetpfad Z3 ein und verläuft hindurch, wobei einiges die Schlitze S1, S2 meidet. Dies wird ähnlich auf den Magnetpfad Z4 angewendet. Noch ferner tritt einiges des Magnetflusses vom Permanentmagneten 3 direkt in den Magnetpfad Z1 ganz am Ende ein und verläuft hindurch, wobei einiges den Schlitz S1 meidet. Nahe dem Magnetpfad Z1 verläuft überdies einiges des Magnetflusses um die Magneteinsetzöffnung MS mit dem Permanentmagneten 3 darin, um in Richtung des S-Pols fortzuschreiten, wie vorstehend beschrieben. Dies wird ebenso auf den Magnetpfad Z5 angewendet.
Wie vorstehend beschrieben, verläuft der Magnetfluss vom Permanentmagneten 3 durch den Rotor 1 und durchquert den Luftspalt AG, um zum Stator 2 fortzuschreiten. Im Obigen sind die Magnetflussdichten in den Magnetpfaden Z1 bis Z5 voneinander verschieden. Das heißt, während der Magnetfluss vom Permanentmagneten 3 direkt oder unter Meiden des Schlitzes 7 durch die Magnetpfade Z2, Z3 und Z4 hindurchtritt, verläuft der Magnetfluss teilweise um die Magneteinsetzöffnung MS, wie vorstehend beschrieben. Dies führt zu einer niedrigeren Magnetflussdichte in den Magnetpfaden Z1, Z5 im Vergleich zu jenen in den Magnetpfaden Z2, Z3, Z4. Überdies ist von den Magnetpfaden Z2, Z3, Z4 die Magnetflussdichte im Magnetpfad Z3 geringfügig niedriger im Vergleich zu jenen in den Magnetpfaden Z2, Z4. Dies liegt daran, dass der Permanentmagnet 3 magnetisiert ist, so dass er eine niedrigere Magnetflussdichte in seinem mittleren Abschnitt im Vergleich zu jenen in seinen Endabschnitten aufweist. Folglich ergibt sich die höchste Magnetflussdichte in den Magnetpfaden Z2, Z4 oder Magnetpfaden unmittelbar neben dem mittleren Magnetpfad Z3, die zweithöchste Magnetflussdichte im mittleren Magnetpfad Z3 und die niedrigste Magnetflussdichte in den Magnetpfaden Z1, Z5.
Die Tatsache, dass die Magnetflussdichte sich zwischen den Magnetpfaden unterscheidet, weist daraufhin, dass die Anzahl von Magnetflusslinien, die den Luftspalt AG, um in den Stator 2 einzutreten, entlang der äußeren Oberfläche des Rotors 1 durchqueren, in Abhängigkeit von Positionen unterschiedlich ist. Dieser Unterschied führt zur Variation der magnetischen Anziehungskraft, wie vorstehend beschrieben, was folglich die Ruckeldrehmomentwelligkeit verursacht. Insbesondere kann eine große Änderung des Magnetflusses (das heißt eine große Differenz der Magnetflussdichte) zwischen benachbarten Magnetpfaden Z1, Z2 (ähnlich auf die Magnetpfade Z4 und Z5 angewendet), wie vorstehend beschrieben, wahrscheinlicher eine große Ruckeldrehmomentwelligkeit verursachen.
Angesichts des Obigen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor eines IPM-Synchronmotors zu schaffen, der weniger Ruckeldrehmomentwelligkeit verursacht.
LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
Der Rotor eines Synchronmotors gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine nachstehend beschriebene Struktur auf, um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erreichen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor eines Synchronmotors mit einem Rotorkern mit Siliciumstahlblechen, die in Schichten gestapelt sind, und mit mehreren Magneteinsetzöffnungen und mehreren Schlitzen und einem Permanentmagneten, der sich in jeder der Magneteinsetzöffnungen befindet, so dass Magnetpole des Permanentmagneten in einer Durchmesserrichtung gerichtet sind, geschaffen, wobei die Schlitze auf einer radial äußeren Seite der Magneteinsetzöffnungen ausgebildet sind, um sie mit Intervallen entlang einer Seite des Permanentmagneten auszurichten, wobei der Rotor ferner einen oder mehrere Magnetpfade umfasst, die zwischen benachbarten Schlitzen ausgebildet sind, und der Rotor ferner einen Spalt umfasst, der auf einer entgegengesetzten Seite von einem oder mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten ausgebildet ist, um den magnetischen Widerstand der vorbestimmten Magnetpfade einzustellen, um eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein zu machen, wobei der Spalt ein Schlitz ist, der in einer axialen Richtung des Rotorkerns offen ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Spalt auf der entgegengesetzten Seite von dem einen oder den mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten ausgebildet sein, um zu veranlassen, dass äquivalente Magnetflüsse durch die jeweiligen Magnetpfade verlaufen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Spalt auf der entgegengesetzten Seite von dem einen oder den mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten ausgebildet sein, um zu veranlassen, dass Magnetflüsse in den mehreren Magnetpfaden eine sinusförmige Verteilung mit einem Magnetfluss in einem Magnetpfad nahe einer Mitte des Permanentmagneten auf einem Maximum aufweisen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Spalt durch Vergrößern der Magneteinsetzöffnung ausgebildet sein und kann einen Teil der Magneteinsetzöffnung bilden.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Spalt auf der entgegengesetzten Seite von einem oder mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten ausgebildet, um den magnetischen Widerstand des vorbestimmten Magnetpfades/der vorbestimmten Magnetpfade einzustellen, um eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein zu machen. Dies kann die Ruckeldrehmomentwelligkeit verringern.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben es zeigen:

1 ein Beispiel eines Teils eines Rotors und eines Teils eines Stators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Beispiel eines herkömmlichen Rotors; und
3 ein Beispiel eines Teils eines herkömmlichen Rotors und eines Teils eines herkömmlichen Stators.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 stellt ein Beispiel eines Teils des Rotors 1 und eines Teils des Stators 2 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Von den Komponenten, die den Rotor 1 in 1 bilden, ist irgendeiner Komponente, die zu einem in 2 und 3 dargestellten Element ähnlich ist, auf die in Verbindung mit der herkömmlichen Technik Bezug genommen wurde, dasselbe Bezugszeichen gegeben und sie wird nicht erneut im Einzelnen beschrieben.
In 1 ist ein Spalt AS auf der radial inneren Seite einer Magneteinsetzöffnung MS mit einem Permanentmagnet 3 darin gebildet. Der Spalt AS weist eine vorbestimmte Breite WA und eine vorbestimmte Länge LA auf. Der Spalt AS ist auf der entgegengesetzten Seite von einem vorbestimmten Magnetpfad relativ zum Permanentmagneten 3 ausgebildet. Der Spalt ist tatsächlich ein abgestufter Ausschnitt, der auf einer Seite der Magneteinsetzöffnung MS definiert ist, in die ein Permanentmagnet 3 eingesetzt ist. Das Einsetzen eines Permanentmagneten 3 belässt den Spalt AS zwischen dem Permanentmagneten 3 und dem Rotorkern 8. Mit anderen Worten, der Spalt AS ist ein Schlitz, der auf der entgegengesetzten Seite von einem vorbestimmten Magnetpfad über den Permanentmagneten 3 ausgebildet ist, wobei sich der Schlitz in der axialen Richtung des Rotorkerns 1 erstreckt. Der Spalt AS ist durch Vergrößern der Magneteinsetzöffnung MS radial einwärts ausgebildet. Daher kann der Spalt AS als Teil der Magneteinsetzöffnung MS betrachtet werden. Der Spalt AS weist eine Breite WA gleich der Breite eines Magnetpfades in 1 und eine Länge LA, die kürzer ist als die Breite WA, auf. Obwohl der Spalt AS ein abgestufter Ausschnitt ist, der auf der Seite der Magneteinsetzöffnung MS auf der radial inneren Seite in dieser Ausführungsform ausgebildet ist, wie vorstehend beschrieben, kann der Spalt AS in einer Position, die von der Magneteinsetzöffnung MS geringfügig radial einwärts verlagert ist, als Schlitz, der von der Magneteinsetzöffnung MS separat ist, ausgebildet sein.
Ein typischer Permanentmagnet 3 weist einen N-Pol und einen S-Pol auf und ein Magnetfluss vom N-Pol erstreckt sich normalerweise zum S-Pol. Wenn der magnetische Widerstand um einen der Pole groß ist, nimmt die Anzahl von Magnetflusslinien ab. Beispielsweise führt die Ausbildung einer Luftschicht um den N-Pol, um dadurch den magnetischen Widerstand nur um den N-Pol zu erhöhen, zur Verringerung der Anzahl von Magnetflusslinien vom N-Pol. Wenn eine magnetomotorische Kraft als Φm, ein magnetischer Widerstand als Rm und ein Magnetfluss als Nm bezeichnet werden, gilt die durch den nachstehenden Ausdruck 1 ausgedrückte Beziehung. $Φ m = Rm \times Nm$
Wie aus dem obigen Ausdruck 1 bekannt ist, führt für einen Permanentmagneten 3 mit einer konstanten magnetomotorischen Kraft eine Erhöhung des magnetischen Widerstandes zu einer Verringerung der Anzahl von Magnetflusslinien. Dies wird ebenso auf den Fall eines größeren magnetischen Widerstandes um den S-Pol angewendet.
In einer Struktur mit einem Spalt AS, der auf einer radial inneren Seite des Permanentmagneten 3 ausgebildet ist, wie in 1 dargestellt, wird eine kleinere Anzahl von Magnetflusslinien vom Pol auf der entgegengesetzten Seite von der Seite mit dem Spalt AS im Vergleich zu einer Struktur ohne den Spalt AS erzeugt. Hier kann der Permanentmagnet 3 als Sammlung von ausgerichteten Magnetstäben betrachtet werden, wobei angenommen wird, dass die konstante Breite des Permanentmagneten 3 unterteilt ist. Die vorstehend erwähnte Verringerung der Anzahl von Magnetflusslinien kann erklärt werden, da, weil die Ausbildung eines Spalts auf einer radial inneren Seite von einem der Pole der Stabmagnete den magnetischen Widerstand erhöht, der erhöhte magnetische Widerstand die Anzahl von Magnetflusslinien verringert, die von den entgegengesetzten Polen erzeugt werden. Das heißt, die Anzahl von Magnetflusslinien auf der Seite entgegengesetzt von der Seite mit dem Spalt AS nimmt ab. In dieser Ausführungsform sind für die Magnetpfade Z1 bis Z5 in 1 Spalte AS auf der entgegengesetzten Seite von mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten 3 ausgebildet, um den magnetischen Widerstand von und folglich die Magnetflüsse in den Magnetpfaden einzustellen, um eine Änderung des Magnetflusses oder eine Differenz der Magnetflussdichte zwischen benachbarten Magnetpfaden kleiner zu machen.
Wenn die Länge des Magnetkreises als Lm, ein Querschnitt als Sm und eine Permeabilität eines betrachteten Teils als µ bezeichnet werden, kann der magnetische Widerstand Rm durch den nachstehenden Ausdruck 2 ausgedrückt werden. $Rm = Lm / (μ \times Sm)$
Die magnetischen Widerstände Rm1 bis Rm5 der jeweiligen Magnetpfade Z1 bis Z5 können durch den obigen Ausdruck 2 berechnet werden. Der magnetische Widerstand eines Magnetpfades mit einem Spalt AS enthält den magnetischen Widerstand RmAS des Bereichs des Spalts AS. Der magnetische Widerstand RmAS des Bereichs des Spalts AS kann durch den obigen Ausdruck 2 unter Verwendung der Länge LA des Spalts AS als Länge Lm eines Magnetkreises und eines Produkts der Breite WA des Spalts AS und der Stapellänge des Rotorkerns 8 als Querschnitt Sm berechnet werden. Eine längere Länge LA des Spalts AS führt zu einem größeren magnetischen Widerstand RmAS des Bereichs des Spalts AS und folglich einem größeren magnetischen Widerstand eines Magnetpfades, der dem Spalt AS entspricht.
Sobald der magnetische Widerstand eines Magnetpfades bekannt ist, kann, wie viel Erhöhung des magnetischen Widerstandes Rm zu wie viel Verringerung des Magnetflusses Nm führt, durch den obigen Ausdruck 1 erhalten werden, da die magnetomotorische Kraft Φm des Permanentmagneten 3 bereits bekannt ist. Mit anderen Worten, welche Länge LA und welche Breite WA des Spalts AS zu wie viel Verringerung des Magnetflusses Nm führen, kann bekannt sein.
Wie in 1 dargestellt, soll angenommen werden, dass die Schlitze S1, S2, S3, S4 jeweilige Breiten S1W, S2W, S3W, S4W aufweisen und dass ein Verbindungsabschnitt außerhalb der Magneteinsetzöffnungen SM eine Breite T3 aufweist. Ferner soll angenommen werden, dass die Magnetpfade Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 jeweilige Breiten Z1W, Z2W, Z3W, Z4W, Z5W aufweisen. In diesem Fall kann die magnetomotorische Kraft Φm1 im Magnetpfad Z1 durch den nachstehenden Ausdruck 3 ausgedrückt werden, wobei die magnetomotorische Kraft des gesamten Permanentmagneten als Φm und die Breite des Permanentmagneten 3 als MW bezeichnet sind. $Φ m1 = Φ m \times (Z1W + S1W / 2 - T 3) / MW$
Der Ausdruck 3 gibt an, dass die Permanentmagnetoberfläche eine gleichmäßige magnetomotorische Kraft aufweist, dass die Magnetpfadbreite Z1W des Magnetpfades Z1 und eine Hälfte der Breite S1W des Schlitzes S2 zur magnetomotorischen Kraft beitragen und dass ein Betrag des Magnetflusses, der der Breite T3 entspricht, entweicht, wodurch die magnetomotorische Kraft dementsprechend abnimmt.
Ebenso können die magnetomotorische Kraft Φm2 im Magnetpfad Z2 und die magnetomotorische Kraft Φm3 im Magnetpfad Z3 jeweils durch die nachstehenden Ausdrücke 4 und 5 erhalten werden. $Φ m2 = Φ m \times (Z2W + S1W / 2 + S2W / 2) / MW$
$Φ m3 = Φ m \times (Z3W + S2W / 2 + S3W / 2) / MW$
Unter Verwendung des magnetischen Widerstandes Rm1, Rm2, Rm3 der jeweiligen Magnetpfade Z1, Z2, Z3 und der magnetomotorischen Kräfte Φm1, Φm2, Φm3, die vorstehend erwähnt sind, können die Magnetflüsse Nm1, Nm2, Nm3 durch den Ausdruck 1 als jeweilige nachstehende Ausdrücke 6, 7 und 8 erhalten werden. $Ν m1 = Φ m1 / Rm1 = Φ m \times (Z1W + S1W / 2 - T 3) / (MW \times Rm1)$
$Ν m2 = Φ m2 / Rm2 = Φ m \times (Z2W + S1W / 2 + S2W / 2) / (MW \times Rm2)$
$Ν m3 = Φ m3 / Rm3 = Φ m \times (Z3W + S2W / 2 + S3W / 2) / (MW \times Rm3)$
Hier ist zu beachten, dass der Magnetpfad Z2 einen entsprechenden Spalt AS aufweist und sein magnetischer Widerstand Rm2 den magnetischen Widerstand Rm2AS des Bereichs des Spalts AS enthält und folglich dementsprechend erhöht wird. Das Unterteilen des magnetischen Widerstandes Rm2 des Magnetpfades Z2 in den magnetischen Widerstand Rm2AS im Bereich des Spalts AS und den magnetischen Widerstand Rm2i in anderen Bereichen ermöglicht das Umschreiben des Ausdrucks 7 in den Ausdruck 9. $Ν m2 = Φ m2 / Rm2 = Φ m \times (Z2W + S1W / 2 + S2W / 2) / (MW \times (Rm2i + Rm2AS))$
Wie in 1 dargestellt, weist der Magnetpfad Z3 einen entsprechenden Spalt AS auf. Folglich enthält der magnetische Widerstand Rm3 des Magnetpfades Z3 den magnetischen Widerstand Rm3AS des Bereichs des Spalts AS und wird folglich dementsprechend erhöht. Das Unterteilen des magnetischen Widerstandes Rm3 des Magnetpfades Z3 in den magnetischen Widerstand Rm3AS im Bereich des Spalts AS und den magnetischen Widerstand Rm3i in anderen Bereichen ermöglicht das Umschreiben des Ausdrucks 8 in den Ausdruck 10. $Ν m3 = Φ m3 / Rm3 = Φ m \times (Z3W + S2W / 2 + S3W / L 2) / (MW \times (Rm3i + Rm 3 AS))$
Der Magnetpfad Z4 weist einen entsprechenden Spalt AS auf und die magnetomotorische Kraft Φm4 und der Magnetfluss Nm4 des Magnetpfades Z4 können in einer Weise ähnlich zu jener für die magnetomotorische Kraft Φm2 und den Magnetfluss Nm2 des vorstehend erwähnten Magnetpfades Z2 erhalten werden. Ferner können die magnetomotorische Kraft Φm5 und der Magnetfluss Nm5 des Magnetpfades Z5 in einer Weise ähnlich zu jener für die magnetomotorische Kraft Φm1 und den Magnetfluss Nm1 des vorstehend erwähnten Magnetpfades Z1 erhalten werden.
Um die Ruckeldrehmomentwelligkeit zu verringern, ist es erforderlich, eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein zu machen. Angesichts des Obigen wird ein Spalt AS ausgebildet, um den magnetischen Widerstand eines Magnetpfades einzustellen, um eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein zu machen, insbesondere so dass äquivalente Magnetflüsse oder Magnetflüsse mit derselben Magnetflussdichte durch die jeweiligen Magnetpfade verlaufen. Mit anderen Worten, ein Spalt AS wird ausgebildet, um den magnetischen Widerstand eines Magnetpfades so einzustellen, dass äquivalente Magnetflüsse aufgrund der magnetomotorischen Kräfte der jeweiligen Magnetpfade erzeugt werden oder (Nm1 = Nm2 = Nm3 = Nm4 = Nm5) eingehalten wird. Für diesen Zweck werden die Längen LA und die Breiten WA der jeweiligen Spalte AS, die den jeweiligen Magnetpfaden entsprechen, durch die obigen Ausdrücke 6, 9 und 10 erhalten, um Nm1 = Nm2 = Nm3 (= Nm4 = Nm5) einzuhalten.
In dem Beispiel in 1 sind Spalte AS auf der entgegengesetzten Seite von den jeweiligen Magnetpfaden Z2, Z3, Z4 über den Permanentmagneten 3 gebildet, um die jeweiligen magnetischen Widerstände Rm2, Rm3, Rm4 einzustellen, so dass die jeweiligen Magnetflüsse Nm2, Nm3, Nm4 in den Magnetpfaden Z2, Z3, Z4 zu den Magnetflüssen Nm1, Nm5 der Magnetpfade Z1, Z5 als Referenzmagnetfluss gleich werden. In dem Beispiel in 1 sind die Längen LA der Spalte AS für die Magnetpfade Z2, Z4 mit dem größten Magnetfluss, das heißt der höchsten Magnetflussdichte, ohne Spalt länger festgelegt als die Länge LA des Spalts AS für den Magnetpfad Z3, um dadurch den magnetischen Widerstand zum Verringern der Magnetflussdichten der Magnetflüsse Nm2, Nm4 zu erhöhen.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Rotor 1 des Synchronmotors in dieser Ausführungsform Spalte AS, die auf der entgegengesetzten Seite von mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten 3 ausgebildet sind, um den magnetischen Widerstand der Magnetpfade einzustellen, um zu bewirken, dass äquivalente Magnetflüsse durch die jeweiligen Magnetpfade verlaufen. Diese Einstellung kann eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein machen und kann folglich effektiv die Ruckeldrehmomentwelligkeit verringern.
Obwohl in der obigen Ausführungsform die Spalte AS auf der entgegengesetzten Seite von mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten 3 ausgebildet sind, kann ein Spalt AS auf der entgegengesetzten Seite von einem einzelnen vorbestimmten Magnetpfad über den Permanentmagneten 3 beispielsweise in Abhängigkeit von der Anzahl der Schlitze 7 ausgebildet werden.
Obwohl in der obigen Ausführungsform ein Spalt AS auf der entgegengesetzten Seite von einem Magnetpfad über den Permanentmagneten 3 ausgebildet ist, kann ein Spalt AS auf der Magnetpfadseite (auf der radial äußeren Seite des Permanentmagneten 3) ausgebildet werden. Diese Struktur führt jedoch zu einer schmäleren Breite der Siliciumstahlbleche, die zwischen dem Spalt AS und dem Schlitz 7 angeordnet sind (diese überbrücken), was die Möglichkeit eines Risses der Bleche beispielsweise aufgrund einer Zentrifugalkraft, die auf den Rotor 1 bei der Drehung wirkt, erhöht. Angesichts des Obigen ist die Bildung eines Spalts AS auf der entgegengesetzten Seite von einem Magnetpfad über den Permanentmagneten 3, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bevorzugter. Obwohl die Längen LA und Breiten WA der Spalte AS derart bestimmt sind, dass in der obigen Ausführungsform der Magnetfluss in allen Magnetpfaden gleich ist, ist dies nicht begrenzend und irgendeine andere Ausführungsform, die eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein machen kann, ist anwendbar. Der Magnetfluss Nm3 nahe dem Zentrum eines Magnetpols kann beispielsweise groß festgelegt werden und die Magnetflüsse Nm1, Nm5 weit vom Zentrum des Magnetpols können auf der Basis der Ausdrücke 6, 9, 10 klein festgelegt werden, so dass die Magnetflüsse in den Magnetpfaden eine sinusförmige Verteilung mit dem Fluss im Zentrum des Magnetpols auf dem Maximum aufweisen. Mit anderen Worten, ein Spalt AS kann auf der anderen Seite von einem oder mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten 3 ausgebildet werden, um den magnetischen Widerstand des Magnetpfades/der Magnetpfade einzustellen, so dass die für die Magnetpfade relevante Magnetflussverteilung eine sinusförmige Verteilung mit dem Magnetfluss im Magnetpfad nahe der Mitte des Permanentmagneten 3 auf dem Maximum aufweist. Diese Struktur erreicht auch eine kontinuierliche Änderung des Magnetflusses über mehrere Magnetpfade und kann folglich eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein machen. Folglich kann die Ruckeldrehmomentwelligkeit verringert werden.
Die vorstehend beschriebene Anordnung eines Spalts AS ist nur ein Beispiel. Der Spalt AS kann irgendeine Breite WA gleich oder kleiner als die Breite eines Magnetpfades, dem der Spalt AS zugewandt ist, ohne Begrenzung aufweisen. Irgendeine Anzahl von Spalten AS kann ohne Begrenzung ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste
1 Rotor, 2 Stator, 3 Permanentmagnet, 4 Drehwelle, 5 Schlitz, 6 Zähne, 7, S1 bis S4 Schlitz, 8 Rotorkern, MS Magneteinsetzöffnung, AS Spalt, Z1 bis Z5 Magnetpfad.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017208740 [0001]
JP 2007143331 A [0009]

Claims

Rotor eines Synchronmotors, der Folgendes umfasst: einen Rotorkern mit Siliciumstahlblechen, die in Schichten gestapelt sind, und mit mehreren Magneteinsetzöffnungen und mehreren Schlitzen, und einen Permanentmagneten, der sich in jeder der Magneteinsetzöffnungen befindet, so dass Magnetpole des Permanentmagneten in einer Durchmesserrichtung gerichtet sind, wobei die Schlitze auf einer radial äußeren Seite der Magneteinsetzöffnungen ausgebildet sind, um sie mit Intervallen entlang einer Seite des Permanentmagneten auszurichten, der Rotor ferner einen oder mehrere Magnetpfade umfasst, die zwischen benachbarten Schlitzen definiert sind, und der Rotor ferner einen Spalt umfasst, der auf einer entgegengesetzten Seite von einem oder mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten ausgebildet ist, um den magnetischen Widerstand der vorbestimmten Magnetpfade einzustellen, um eine Änderung des Magnetflusses zwischen benachbarten Magnetpfaden klein zu machen, wobei der Spalt ein Schlitz ist, der in einer axialen Richtung des Rotorkerns offen ist.
Rotor eines Synchronmotors nach Anspruch 1, wobei der Spalt auf der entgegengesetzten Seite von dem einen oder den mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten ausgebildet ist, um zu veranlassen, dass äquivalente Magnetflüsse durch die jeweiligen Magnetpfade verlaufen.
Rotor eines Synchronmotors nach Anspruch 1, wobei der Spalt auf der entgegengesetzten Seite von dem einen oder den mehreren vorbestimmten Magnetpfaden über den Permanentmagneten ausgebildet ist, damit Magnetflüsse in den mehreren Magnetpfaden eine sinusförmige Verteilung mit einem Magnetfluss in einem Magnetpfad nahe einer Mitte des Permanentmagneten auf einem Maximum aufweisen.
Rotor eines Synchronmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Spalt durch Vergrößern der Magneteinsetzöffnung ausgebildet ist und einen Teil der Magneteinsetzöffnung bildet.