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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor, der einen Eisenkern mit primären Zähnen, wobei um jeden von ihnen eine Windung gewunden ist, und sekundäre Zähne umfasst, wobei um jeden von ihnen keine Windung gewunden ist.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Ein Elektromotor, der einen Eisenkern umfasst, der primäre Zähne, wobei um jeden von ihnen eine Windung gewunden ist, und sekundäre Zähne umfasst, wobei um jeden von ihnen keine Windung gewunden ist, ist bekannt (vgl. die
veröffentlichte japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 10-511837 und die
japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2004-187488 ).
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In dem Elektromotor, der den Eisenkern umfasst, der primäre Zähne und sekundäre Zähne umfasst, besteht ein Bedarf an einer weiteren Erhöhung des Schubs.
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Kurzfassung der Erfindung
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Gemäß einer ersten Erfindung in der Patentanmeldung ist ein Elektromotor vorgesehen, der umfasst: ein erstes Elektromotorelement, das einen Eisenkern und eine Vielzahl von Windungen umfasst; und ein zweites Elektromotorelement, das eine Vielzahl von Permanentmagneten umfasst, die eine Vielzahl von Polen ausbilden, und das dem ersten Elektromotorelement entgegengerichtet ist, wobei die Vielzahl von Windungen des ersten Elektromotorelements derart konfiguriert sind, dass, wenn dreiphasiger Wechselstrom zugeführt wird, sie mit der Vielzahl von Permanentmagneten des zweiten Elektromotorelements zusammenwirken, um Schübe des Elektromotors zu erzeugen, wobei der Eisenkern eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die hin zu dem zweiten Elektromotorelement überstehen, wobei die Vielzahl von Zähnen primäre Zähne, wobei um jeden von ihnen eine Windung gewunden ist, und sekundäre Zähne umfasst, wobei um jeden von ihnen keine Windung gewunden ist, wobei diese primären Zähne und sekundären Zähne alternierend zueinander angeordnet sind, und wobei ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Polen, die durch die Vielzahl von Permanentmagneten des zweiten Elektromotorelements ausgebildet sind, und der Anzahl von Phasen, die durch die Vielzahl von Windungen des ersten Elektromotorelements ausgebildet sind, 4m:3n beträgt (m und n sind natürliche Zahlen ausschließlich des Falls, in dem m:n = 2:3 erfüllt ist).
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Gemäß einer zweiten Erfindung in der Anmeldung, in der ersten Erfindung, ist der Elektromotor vorgesehen, wobei ein Verhältnis zwischen der Anzahl der Pole und der Anzahl der Phasen 4:3 beträgt.
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Gemäß einer dritten Erfindung in der Anmeldung, in der ersten oder zweiten Erfindung, ist der Elektromotor vorgesehen, wobei eine Breite der sekundären Zähne 1/4 oder weniger einer Breite der primären Zähne in einer Richtung beträgt, in der Schub erzeugt wird.
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Gemäß einer vierten Erfindung in der Anmeldung, in zumindest einer der ersten bis dritten Erfindungen, wird der Elektromotor vorgesehen, wobei zumindest eines des ersten Elektromotorelements und des zweiten Elektromotorelements beweglich ist.
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Gemäß einer fünften Erfindung in der Anmeldung, in zumindest einer der ersten bis vierten Erfindung, ist der Elektromotor vorgesehen, wobei die primären Zähne und die sekundären Zähne konstant Breiten in einer Richtung aufweisen, die hin zu dem zweiten Elektromotorelement übersteht.
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Gemäß einer sechsten Erfindung in der Anmeldung, in zumindest einer der ersten bis fünften Erfindungen, ist der Elektromotor vorgesehen, wobei die primären Zähne und die sekundären Zähne Spitzenpositionen aufweisen, die in einer Richtung ausgerichtet sind, die hin zu dem zweiten Elektromotorelement übersteht.
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Gemäß einer siebten Erfindung in der Anmeldung, in zumindest einer der ersten bis sechsten Erfindungen, ist der Elektromotor vorgesehen, der ein linearer Elektromotor ist.
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Gemäß einer achten Erfindung in der Anmeldung, in zumindest einer der ersten bis sechsten Erfindungen, ist der Elektromotor vorgesehen, der ein elektrischer Drehmotor ist.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Lichte der ausführlichen Beschreibung ihrer beispielhaften Ausführungsbeispiele offensichtlicher, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht, die einen Rotor und einen Stator in einem linearen Elektromotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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2 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem primären/sekundären Zahnbreitenverhältnis und einem Schub zeigt, der in dem linearen Elektromotor gemäß 1 erzeugt wird;
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3 eine schematische Ansicht, die einen Rotor und einen Stator in einem linearen Elektromotor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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4 eine schematische Ansicht, die einen Rotor und einen Stator in einem linearen Elektromotor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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5 eine schematische Ansicht, die einen Rotor und einen Stator in einem elektrischen Drehmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
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6 eine schematische Ansicht, die einen Rotor und einen Stator in einem linearen Elektromotor gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen, um der Einfachheit der Beschreibung Willen, können Elemente nach Bedarf im Maßstab von der praktischen Anwendung aus gesehen modifiziert werden.
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1 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Rotor 12 und einen Stator 14 in einem linearen Elektromotor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Des Weiteren gibt 1 konzeptmäßig Richtungen der Linien der Magnetkraft, Stärken der Magnetfelder und Richtungen und Beträge der Schübe an, die bei einer gegebenen Stromphase in dem linearen Elektromotor 10 erzeugt werden, der als ein vierpoliger, dreiphasiger Elektromotor aufgebaut ist.
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Der Rotor 12 ist ein erstes Elektromotorelement, das einen Eisenkern 16 und drei Windungen 18 umfasst. Der Stator 14 ist ein zweites Elektromotorelement, das vier Permanentmagneten 20 umfasst, die vier Pole ausbilden, und das dem Rotor 12 entgegengerichtet ist. Der Eisenkern 16 des Rotors 12 weist eine im Wesentlichen rechteckige Kernrückseite 22, die sich in einer Längsrichtung des linearen Elektromotors 10 erstreckt, und eine Vielzahl von Zähnen auf, die von der Kernrückseite 22 hin zu dem Stator 14 überstehen. Die Zähne umfassen eine Vielzahl von primären Zähnen 24, wobei um jeden von ihnen eine Windung 18 gewunden ist, und eine Vielzahl von sekundären Zähnen 26 auf, wobei um jeden von ihnen keine Windung gewunden ist. Die primären Zähne 24 und die sekundären 26 sind alternierend zueinander angeordnet.
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Obwohl jede Windung 18 effektiv um den primären Zahn 24 entlang eines Höhenabschnitts des primären Zahns 24 (ein Abschnitt, der aus der Kernrückseite 22 übersteht) durch eine konzentrierte Windung gewunden ist, sind z. B. die Windungen 18 lediglich konzeptmäßig in 1 gezeigt. Die Windung 18 ist ausgebildet, um die Anzahl von Umläufen zu maximieren, so dass die Magnetwirkungen verbessert werden kann. Die Windung 18 ist vorzugsweise derart gewunden, dass sie eine ausreichende Anzahl von Umläufen aufweist, um einen Kontakt mit dem sekundären Zahn 26 herzustellen, der sich bei einer vorbestimmten Distanz angrenzend an den primären Zahn 24 befindet. Wenn die Windungen 18 und die sekundären Zähne 26 einander kontaktieren, dann wird Wärme, die in den Windungen 18 während der Stromführung erzeugt wird, durch die sekundären Zähne 26 derart transferiert, dass der Wärmeabstrahlungseffekt verbessert werden kann.
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Die Windungen 18 des Rotors 12 sind derart aufgebaut, dass, wenn dreiphasiger Wechselstrom zugeführt wird, sie mit einer Vielzahl von Permanentmagneten 20 des Stators 14 zusammenwirken, um einen Schub des linearen Elektromotors 10 zu erzeugen. Jede Windung 18 ist entweder als ein Kreis mit einem kleinen schwarzen Punkt oder als ein Kreis mit einem Buchstaben „X” gezeigt. Der schwarze Punkt und der Buchstabe „X” geben eine Richtung an, in der elektrischer Strom in den Windungen 18 fließt. Genauer gesagt, in den Windungen 18, die durch die Kreise mit den schwarzen Punkten gezeigt sind, fließt elektrischer Strom hin zu der zugewandten Seite in Relation zu der Zeichnungsoberfläche. Demgegenüber, in den Windungen 18, die durch die Kreise mit dem Buchstaben „X” gezeigt sind, fließt elektrischer Strom hin zu der abgewandten Seite in Relation zu der Zeichnungsoberfläche.
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Die Richtung eines geschwärzten ringförmigen Pfeils, der um jede Windung 18 herum gezeigt ist, stellt eine Richtung dar, in der eine entsprechende Linie der Magnetkraft orientiert ist. Des Weiteren stellt die Breite von jedem ringförmigen Pfeil eine Stärke eines entsprechenden magnetischen Feldes dar. Insbesondere ist die Stärke des magnetischen Feldes, das durch die Windung 18 entsprechend dem breiten ringförmigen Pfeil erzeugt ist, zweimal größer als jene, die durch die Windung 18 entsprechend dem schmaleren ringförmigen Pfeil erzeugt ist. Diese Beziehung ist erfüllt, wenn den Windungen 18 dreiphasiger Wechselstrom zugeführt wird. Die magnetischen Felder, die durch die Windungen 18 erzeugt werden, verursachen die Erzeugung von magnetischen Flüssen in den Zähnen. In 1 befindet sich der primäre Zahn 24, der bei dem Mittelpunkt des Rotors 12 angeordnet ist, unter dem Einfluss der magnetischen Felder, die den zwei breiteren ringförmigen Pfeilen von den Windungen 18 und 18 entsprechen, die an die beiden Seiten des primären Zahns 24 angrenzen. Im Gegensatz dazu, in den sekundären Zähnen 26 und 26 auf den beiden Seiten des mittleren primären Zahns 24, heben magnetische Felder aus den Windungen 18 und 18, die an die beiden Seiten dieser sekundären Zähne 26 und 26 angrenzen, einander auf. Im Ergebnis sind diese sekundären Zähne 26 und 26 den Magnetfeldern entsprechend einem schmaleren ringförmigen Pfeil unterworfen. Der Betrag des magnetischen Flusses, der in dem primären Zahn 24 bei dem Mittelpunkt erzeugt wird, ist deshalb viermal größer als jener, der in den sekundären Zähnen 26 und 26 erzeugt wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel weisen die primären Zähne 24 und die sekundären Zähne 26 jeweils konstante Breiten in der Richtung auf, die aus der Kernrückseite 22 hin zu dem Stator 14 übersteht. Mit anderen Worten, auf der Zeichnungsoberfläche, weisen die primären Zähne 24 und die sekundären Zähne 26 jeweils eine rechteckige Form auf. Die Beträge der magnetischen Flüsse, die jeweils durch die primären Zähne 24 und die sekundären Zähne 26 fließen, hängen im Wesentlichen von den Breiten der Zähne in einer Richtung ab, die lotrecht zu einer Richtung verläuft, in der sich die magnetischen Flüsse fortpflanzen. Somit, in den primären Zähnen 24 und den sekundären Zähnen 26 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, sind die magnetischen Flüsse, die diese Zähne durchlaufen, insgesamt ausgeglichen. Im Ergebnis wird die Flussdichte relativ verringert, um den Kernverlust zu verringern und die Nennausgabe zu erhöhen.
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Des Weiteren, in diesem Ausführungsbeispiel, sind die primären Zähne 24 und die sekundären Zähne 26 derart ausgebildet, dass die Positionen ihrer Spitzen miteinander in einer Richtung ausgerichtet sind, die hin zu dem Stator 14 übersteht. Durch Ausrichten der Position der Spitzen der sekundären Zähne 26 relativ zu jenen der primären Zähne 24 können die Schübe, die durch die primären Zähne 24 erzeugt sind, und jene, die durch die sekundären Zähne 26 erzeugt sind, geeignet ausgeglichen werden. Die Spitzen der primären Zähne 24 und der sekundären Zähne 26 sind derart positioniert, dass sie so nahe wie möglich den Permanentmagneten 20 angeordnet werden können, da gilt: je kürzer die Distanz zwischen den primären Zähnen 24/sekundären Zähnen 26 und den Permanentmagneten 20, desto größer die Schübe, die erlangt werden können.
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Der Stator 14 umfasst ein Feldjoch 28, das sich in einer Längsrichtung des linearen Elektromotors 10 erstreckt, und eine Vielzahl von Permanentmagneten 20, die entlang des Feldjochs 28 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 20 sind derart magnetisiert, dass ihre Enden, die dem Rotor 12 gegenüberstehen, entweder einen Nordpol oder einen Südpol ausbilden. Diese Permanentmagneten 20 sind alternierend angeordnet, so dass die angrenzenden Permanentmagneten 20 relativ zueinander entgegengerichtete Magnetisierungsrichtungen aufweisen.
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Wie vorstehend beschrieben, in dem linearen Elektromotor 10, wird ein Schub des Rotors 12 durch das Zusammenwirken zwischen den Windungen 18 des Rotors 12 und den Permanentmagneten des Stators 14 erlangt. In 1 stellen schraffierte Pfeile, die nahe den Spitzen der primären Zähne 24 und der sekundären Zähne 26 vorgesehen sind, Richtungen und Beträge der Schübe dar, die in den Zähnen erzeugt sind. Im Einzelnen gilt: je breiter die Pfeile, desto größer die Schübe, die erlangt werden können. Des Weiteren stellt ein weißer Pfeil, der in der Figur gezeigt ist, eine Richtung dar, in der sich der lineare Elektromotor 10 bewegt. Der Schub, der in dem linearen Elektromotor 10 erzeugt wird, hängt im Wesentlichen von einer relativen Positionsbeziehung zwischen den primären Zähnen 24 oder den sekundären Zähnen 26 und den Permanentmagneten 20 ab. Im Einzelnen, wenn die primären Zähne 24 oder die sekundären Zähne 26 einander gegenüber stehen und die Permanentmagneten 20 derart positioniert sind, um einander gegenüberzustehen, wird lediglich eine Kraft (entweder eine Abstoßungskraft oder eine Anziehungskraft) in einer Richtung lotrecht zu der Bewegungsrichtung erzeugt und wird im Wesentlichen kein Schub in der Bewegungsrichtung des Rotors 12 erzeugt. Im Gegensatz dazu, wenn die primären Zähne 24 oder die sekundären Zähne 26 positioniert sind, um der Auslassung zwischen Polen der angrenzenden Permanentmagnete 20 gegenüberzustehen, werden die magnetischen Flüsse hin in die Richtung der Bewegung gebogen, und deshalb werden größere Schübe erzeugt. In dem vierpoligen, dreiphasigen linearen Elektromotor 10, der in 1 gezeigt ist, sind die primären Zähne 24 oder die sekundären Zähne 26 häufiger positioniert, um der Aussparung zwischen Polen der angrenzenden Permanentmagnete 20 gegenüberzustehen, und deshalb können Schübe effizienter erlangt werden.
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In dem linearen Elektromotor 10, der die sekundären Zähne 26 sowie die primären Zähne 24 umfasst, wenn er derart aufgebaut ist, dass ein Verhältnis der Anzahl von Polen, die durch die Permanentmagnete 20 des Stators 14 ausgebildet sind, und die Anzahl von Phasen, die durch die Windungen 18 des Rotors 12 ausgebildet sind, 4m:3n beträgt, dann kann der Schub des linearen Elektromotors 10 ebenso durch die sekundären Zähne 26 erzeugt werden. Mit anderen Worten, die Schübe, die durch die sekundären Zähne 26 erzeugt sind, sind in eine Richtung orientiert, die identisch mit jenen ist, die durch die primären Zähne 24 erzeugt sind. Die Buchstaben m und n sind natürliche Zahlen, und der Fall, in dem m:n = 2:3 erfüllt ist, ist ausgeschlossen. Andere Ausführungsbeispiele, in denen das Verhältnis zwischen dem Pol und der Phase die vorstehend beschriebene Beziehung erfüllt, werden später beschrieben werden.
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6 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Rotor 102 und einen Stator 104 in einem linearen Elektromotor 100 gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. Wie in der Figur gezeigt, weist der lineare Elektromotor 100 einen zweipoligen, dreiphasigen Aufbau auf. Somit sind drei primäre Zähne 106 auf dem Rotor 102 ausgebildet, und sind Permanentmagneten 108, die zwei Pole ausbilden, in dem Stator 104 angeordnet. Ebenso in dieser Figur, ähnlich der 1, sind Richtungen der Linien der Magnetkraft, Stärken von Magnetfeldern und Richtungen und Beträge von Schüben konzeptmäßig durch ähnliche Pfeile gezeigt. In diesem Vergleichsbeispiel, aufgrund der Positionsbeziehung zwischen den Polen und den Phasen, in den sekundären Zähnen 110, werden Schübe in der Richtung erzeugt, die jener der Bewegung des linearen Elektromotors 100 entgegengerichtet ist. Somit wird die Kraft in der Richtung erzeugt, um die Bewegung des linearen Elektromotors 100 zu verhindern. Im Ergebnis, in diesem Vergleichsbeispiel, damit der Schub erhöht wird, ist erwünscht, dass keine sekundären Zähne 110 vorgesehen sind.
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Unter Rückbezug auf 1, in dem linearen Elektromotor 10, tragen die sekundären Zähne 26 ebenso zu einer Erzeugung des Schubs des Rotors 12 bei. In dem linearen Elektromotor 10 mit diesem Aufbau passieren Magnetflüsse sowohl durch die primären Zähne 24 als auch durch die sekundären Zähne 26. Wenn jedoch der erhöhte Betrag von Magnetflüssen durch die sekundären Zähne 26 läuft, liegt eine Tendenz zum Auftreten einer magnetischen Sättigung vor, was die Schübe verringert. Demgemäß ist es bevorzugt, das Zahnbreitenverhältnis zwischen den primären Zähnen 24 und den sekundären Zähnen 26 in Anbetracht der Wirkungen der magnetischen Sättigung in den sekundären Zähnen 26 einzustellen. Wie vorstehend beschrieben, in diesem Ausführungsbeispiel, ist der Betrag an Magnetflüssen in den primären Zähnen 24 viermal größer als jener in den sekundären Zähnen 26. Deshalb können die Wirkungen der magnetischen Sättigungen effektiv verringert werden, falls die Breite der sekundären Zähne 26 1/4 oder weniger jener der primären Zähne 24 beträgt.
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2 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Zahnbreitenverhältnis der primären Zähne 24 und der sekundären Zähne 26 und einem Schub in dem linearen Elektromotor 10 gemäß 1 zeigt. In diesem Graphen stellt die horizontale Achse das Zahnbreitenverhältnis (eine Breite der sekundären Zähne 26/eine Breite der primären Zähne 24) dar, und stellt die vertikale Achse die Summe der Schübe dar, die auf den Rotor 12 insgesamt bei einer gegebenen Phase wirken. Wie aus 2 ersichtlich, wenn das Zahnbreitenverhältnis etwa 0,25 beträgt (die Breite der sekundären Zähne 26 beträgt 1/4 von jener der primären Zähne 24), dann weist der Schub einen Maximalwert auf. Des Weiteren ist ersichtlich, dass in dem Bereich, in dem das Zahnbreitenverhältnis weniger als 0,25 beträgt, der Schub im Wesentlichen konstant ist. Obwohl der unterste Grenzwert des Zahnbreitenverhältnisses nicht insbesondere für den Zweck zum Erhöhen des Schubs bestimmt ist, kann er durch den Fachmann in Anbetracht der strukturellen Stärke der sekundären Zähne 26 oder anderer Entwurfserfordernisse geeignet gewählt werden. Demgegenüber, wie vorstehend beschrieben, wenn die sekundären Zähne 26 ausgebildet sind, um die Windungen 18 zu kontaktieren, kann eine bessere Wärmeabstrahlungswirkung erlangt werden. Zudem, wenn die Breite der sekundären Zähne 26 größer wird, wird die Wärmeabstrahlungswirkung verbessert. Demgemäß, damit sowohl Zwecke des Erhöhens des Schubs als auch des Verbesserns der Wärmeabstrahlungswirkung erfüllt werden, können die sekundären Zähne 26 ausgebildet werden, um eine Breite aufzuweisen, die 1/4 jener der primären Zähne 24 beträgt. Insbesondere, wenn ein großer Strom, der dazu tendiert, eine magnetische Sättigung in dem Eisenkern 16 zu verursachen, angelegt wird, ist bevorzugt, das Zahnbreitenverhältnis auf 1/4 zu setzen.
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Obwohl 2 eine Korrelation zwischen dem Zahnbreitenverhältnis und dem Schub bei einer gegebenen Phase zeigt, ist diese Korrelation in irgendwelchen anderen Phasen ebenso erfüllt. Aufgrund der Form der Zähne und der Schlitze und anderer Faktoren ist es schwierig, den Betrag des Schubs bei verschiedenen Phasen immer konstant zu halten. Es wurde jedoch ermittelt, dass die Korrelation zwischen dem Zahnbreitenverhältnis und dem Schub im Wesentlichen das gleiche Ergebnis ergibt, wie es in 2 gezeigt ist.
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Nachstehend werden andere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden. Elemente, die jenen gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel identisch sind oder diesen entsprechen, sind durch die gleichen Bezugszeichen ausgewiesen. Redundante Beschreibungen werden demgemäß ausgelassen werden.
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3 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Rotor 12 und einen Stator 14 in einem linearen Elektromotor 40 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der lineare Elektromotor 40 als ein vierpoliger, neunphasiger Elektromotor aufgebaut. Im Einzelnen sind vier Permanentmagnete 20, die jeweils einen Pol bilden, in dem Stator 14 angeordnet. Des Weiteren weist der Rotor 12 neun primäre Zähne 24 auf, und es sind Windungen 18 um jeden primären Zahn 24 gewunden, um jeweils eine Phase auszubilden. Ähnlich der 1, zeigt 3 konzeptmäßig Richtungen von Linien der Magnetkraft, Stärken von Magnetfeldern und Richtungen und Beträge von Schüben, die bei einer gegebenen Stromphase erzeugt werden, durch ähnliche Pfeile wie in 1. Schraffierte Pfeile sind dargestellt, um eine Richtung und einen Betrag von Schüben bei den primären Zähnen 24 und den sekundären Zähnen 26 anzugeben, die derart positioniert sind, dass die Schübe für den linearen Elektromotor 40 am effizientesten erzeugt werden, d. h. derart positioniert, um der Aussparung zwischen Polen des Stators 14 gegenüberzustehen. Wie aus 3 ersichtlich, stimmt die Richtung des Schubs, der durch die primären Zähne 24 erlangt wird, mit jenem überein, der durch die sekundären Zähne 26 erlangt wird. Somit, in diesem Ausführungsbeispiel, ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, legen die sekundären Zähne 26 den Schub an den Rotor 12 in der Bewegungsrichtung an. Im Ergebnis erhöht sich der Schub des Rotors 12 insgesamt. Des Weiteren, ebenso in diesem Ausführungsbeispiel, wenn ein Verhältnis zwischen der Breite der primären Zähne 24 und der Breite der sekundären Zähne 26, d. h. das Zahnbreitenverhältnis, auf 1/4 oder weniger gesetzt wird, weist der Schub einen Maximalwert auf.
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4 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Rotor 12 und einen Stator 14 eines linearen Elektromotors 50 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen. In diesem Ausführungsbeispiel ist der lineare Elektromotor 50 als ein achtpoliger, neunphasiger Elektromotor aufgebaut. Somit sind acht Permanentmagnete 20, die jeweils einen Pol ausbilden, in dem Stator 14 angeordnet. Des Weiteren weist der Rotor 12 neun primäre Zähne 24 auf, und es sind Windungen um jeden primären Zahn 24 gewunden, um jeweils eine Phase auszubilden. Des Weiteren zeigt 4 konzeptmäßig Richtungen von Linien der Magnetkraft, Stärken von Magnetfeldern und Richtungen und Beträge von Schüben, die bei einer gegebenen Stromphase erzeugt werden, durch ähnliche Pfeile wie in 1. Schraffierte Pfeile sind gezeigt, um eine Richtung und einen Betrag von Schüben hinsichtlich der primären Zähne 24 und der sekundären Zähne 26 anzugeben, die derart positioniert sind, dass die Schübe für den linearen Elektromotor 50 am effizientesten erzeugt werden, d. h. derart positioniert, um der Aussparung zwischen Polen des Stators 14 gegenüberzustehen. Wie aus 4 ersichtlich, stimmt die Richtung des Schubs, der durch die primären Zähne 24 erlangt wird, mit jenem überein, der durch die sekundären Zähne 26 erlangt wird. Somit, in diesem Ausführungsbeispiel, ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, legen die sekundären Zähne 26 den Schub an den Rotor 12 in der Bewegungsrichtung an, und deshalb erhöht sich der Schub des Rotors 12 insgesamt. Des Weiteren, ebenso in diesem Ausführungsbeispiel, wenn ein Verhältnis zwischen der Breite der primären Zähne 24 und der Breite der sekundären Zähne 26, d. h. das Zahnbreitenverhältnis, auf 1/4 oder weniger gesetzt wird, weist der Schub einen Maximalwert auf.
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5 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Rotor 62 und einen Stator 64 eines elektrischen Drehmotors 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Konzepte der Erfindung, die vorstehend beschrieben sind, auf einen elektrischen Drehmotor angewendet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der elektrische Drehmotor 60 als ein 12-poliger, 9-phasiger Elektromotor aufgebaut. Der Stator 64 ist ein erstes Elektromotorelement, das einen Eisenkern 66 und eine Vielzahl von Windungen 68 umfasst. Der Rotor 62 ist ein zweites Elektromotorelement, das eine Vielzahl von Permanentmagneten 70 umfasst, die eine Vielzahl von Polen ausbildet, und das dem Stator 64 entgegengerichtet angeordnet ist.
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Der Rotor 62 umfasst hauptsächlich ein Feldjoch 72 und Permanentmagnete 70, die an einem Außenumfang des Feldjochs 72 im Wesentlichen bei einem gleichen Intervall in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Das Feldjoch 72 ist integral an eine Drehwelle 74 des elektrischen Drehmotors 60 derart angefügt, dass Drehkraft zu der Drehwelle 74 übermittelt wird. Ein weißer Pfeil in der Figur stellt eine Drehrichtung des elektrischen Drehmotors 60 dar.
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Der Eisenkern 66 des Stators 64 weist eine ringförmige Rumpfform auf, die im Wesentlichen entlang eines Außenumfangs des Rotors 62 angeordnet ist. Der Eisenkern 66 weist eine Vielzahl von Zähnen auf, die integral mit dem Eisenkern 66 ausgebildet sind und nach innen hin von einer Innenumfangsoberfläche des Eisenkerns 66 hin zu dem Rotor 62 überstehen. Die Vielzahl von Zähnen umfasst primäre Zähne 76, wobei um jeden von ihnen eine Windung 68 gewunden ist, und eine Vielzahl von sekundären Zähnen 78, wobei um jeden von ihnen keine Windung gewunden ist. In der Innenumfangsrichtung des Stators 64 sind die primären Zähne 76 und die sekundären Zähne 78 alternierend miteinander angeordnet, ähnlich den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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In 5 stellen geschwärzte Pfeile, die um jede Windung 68 herum gezeigt sind, ebenso konzeptmäßig Richtungen von Linien der Magnetkraft und Stärken von Magnetfeldern bei einer gegebenen Stromphase dar. Schraffierte Pfeile stellen konzeptmäßige Richtungen und Beträge von Schüben dar. Wie gezeigt, ebenso in diesem Ausführungsbeispiel, ist der Schub, der durch die sekundären Zähne 78 erzeugt wird, in die gleiche Richtung wie der Schub orientiert, der durch die primären Zähne 76 erzeugt wird. Somit fungieren die sekundären Zähne 78 zu einem Anlegen von Kraft zum Drehen des Rotors 62 in einer vorbestimmten Drehrichtung. In dem elektrischen Drehmotor 60, ähnlich den linearen Elektromotoren 10, 40 und 50, die vorstehend beschrieben sind, wenn ein Verhältnis der Anzahl von Polen, die durch die Permanentmagnete 70 ausgebildet sind, und der Anzahl von Phasen, die durch die Windungen 68 ausgebildet sind, 4m:3n beträgt, sind die Schübe, die durch die sekundären Zähne 78 erzeugt sind, in die Richtung orientiert, die mit jener identisch ist, die durch die primären Zähne 76 erzeugt ist. Die Buchstaben m und n sind irgendwelche natürliche Zahlen, wobei der Fall, in dem m:n = 2:3 erfüllt ist, ausgeschlossen wird.
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Ebenso in diesem Ausführungsbeispiel wird den Windungen 68 dreiphasiger Wechselstrom zugeführt. Deshalb, ähnlich den linearen Elektromotoren 10, 40 und 50, die vorstehend beschrieben sind, weist der Schub, der auf den Rotor 62 wirkt, einen Maximalwert auf, wenn das Zahnbreitenverhältnis (die Breite der sekundären Zähne 78/die Breite der primären Zähne 76) 0,25 oder weniger beträgt.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Elektromotorelement ein Rotor und ist das andere Elektromotorelement ein Stator. Der Fachmann kann jedoch wählen, welches Motorelement als ein Rotor aufgebaut werden soll. Demgemäß ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen oder gezeigten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Zum Beispiel können zwei Elektromotorelemente derart aufgebaut werden, dass beide Elektromotorelemente relativ zueinander beweglich sind.
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Des Weiteren kann die Erfindung auf die gleiche Art und Weise entweder bei einem linearen Elektromotor oder einem elektrischen Drehmotor angewendet werden. Deshalb treffen die Sachverhalte, die in Bezug auf den linearen Elektromotor beschrieben wurden, ebenso auf den Fall zu, in dem die Erfindung ihr Ausführungsbeispiel in einem elektrischen Drehmotor findet. Zum Beispiel, wenn die Erfindung ihr Ausführungsbeispiel in einem elektrischen Drehmotor findet, dann können die primären Zähne und die sekundären Zähne derart aufgebaut werden, dass die Breite der primären Zähne und der sekundären Zähne in der Überstandsrichtung gleichförmig ist und/oder zum Beispiel derart, dass die Spitzenpositionen der primären Zähne und der sekundären Zähne in der Überstandsrichtung ausgerichtet sind.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der ersten Erfindung sind die Schübe, die durch die sekundären Zähne erzeugt sind, in die gleiche Richtung orientiert wie die Schübe, die durch die primären Zähne erzeugt sind. Im Ergebnis kann der Schub des Elektromotors nicht lediglich durch die primären Zähne, sondern ebenso durch die sekundären Zähne erlangt werden, und deshalb kann ein Elektromotor vorgesehen werden, der einen großen Schub aufweist.
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Gemäß der zweiten Erfindung sind die Zähne häufiger positioniert, um der Aussparung zwischen angrenzenden Polen der Permanentmagnete gegenüberzustehen, wodurch der Schub am effizientesten erzeugt werden kann. Im Ergebnis kann ein Elektromotor vorgesehen werden, der den Schub effizienter erhöhen kann.
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Gemäß der dritten Erfindung wird das Zahnbreitenverhältnis derart bestimmt, dass das Gleichgewicht der magnetischen Sättigung zwischen den primären Zähnen und den sekundären Zähnen geeignet beibehalten werden kann. Im Ergebnis kann ein Elektromotor bereitgestellt werden, der einen großen Schub aufweist.
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Gemäß der vierten Erfindung ist eines oder sind beide des ersten Elektromotorelements und des zweiten Elektromotorelements als ein bewegliches Element aufgebaut. Deshalb kann ein Elektromotor nach Bedarf angewendet werden.
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Gemäß der fünften Erfindung wird die Magnetflussdichte, die die Zähne durchläuft, in der Überstandsrichtung der Zähne gleichförmig. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass sich der Magnetfluss konzentriert, und kann ein Elektromotor vorgesehen werden, der einen Kernverlust verringern und eine Nennausgabe erhöhen kann.
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Gemäß der sechsten Erfindung kann die Aussparung zwischen den sekundären Zähnen und den Permanentmagneten minimiert werden. Im Ergebnis können die Schübe, die durch die sekundären Zähne erzeugt sind, maximiert werden und kann ein Elektromotor vorgesehen werden, der einen großen Schub aufweist.
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Gemäß der siebten Erfindung kann ein linearer Elektromotor mit den Vorteilen gemäß zumindest einer der ersten bis sechsten Erfindung vorgesehen werden.
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Gemäß der achten Erfindung kann ein elektrischer Drehmotor mit den Vorteilen gemäß zumindest einer der ersten bis sechsten Erfindung vorgesehen werden.
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Obwohl die Erfindung mit ihren beispielhaften Ausführungsbeispielen gezeigt und beschrieben wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehenden und verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen an ihr und mit ihr durchgeführt werden können, ohne von dem Wesen und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 10-511837 [0002]
- JP 2004-187488 [0002]
