DE10316831A1

DE10316831A1 - Permanentmagnetrotor für eine rotierende elektrische Maschine mit Innenrotor und magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor

Info

Publication number: DE10316831A1
Application number: DE10316831A
Authority: DE
Inventors: Jiro Asai; Shinichi Ogawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2003-11-27
Also published as: US7105971B2; US20050040723A1; US20040007930A1

Abstract

Eine Vielzahl an Permanentmagneten (42), die in einem Rotorkern (40) installiert sind, befinden sich dicht bei einer äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes und diese sind in vorbestimmten Winkelteilungen in der Umfangsrichtung des Rotorkernes angeordnet. Alle Permanentmagneten (42) sind in einer solchen Weise magnetisiert, daß die Richtung der Magnetisierung die gleiche ist, wenn man in der radialen Richtung blickt. Eine Vielzahl an magnetlosen Löchern (44) erstreckt sich in der axialen Richtung in der Nachbarschaft der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (40) und diese sind zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten (42) vorgesehen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnetrotor für eine rotierende elektrische Maschine mit Innenrotor und einen magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Flächen-Permanentmagnetmotore (SPM) und die Innen-Permanentmagnetmotore (IPM) sind zwei repräsentative herkömmliche Synchronmaschinen, die Permanentmagnetrotore verwenden. Die letzteren sind insofern vorteilhaft, als die mechanische Halterung der Permanentmagnete einfach ist und ein Reluktanzdrehmoment zusätzlich zu einem magnetischen Rotor erhalten werden kann.
Bei dem herkömmlichen IPM sind Permanentmagnete in einem Rotorkern installiert, und zwar dicht bei einer äußeren Zylinderfläche desselben, und sind in gleicher Teilung angeordnet. Die Permanentmagnete sind so magnetisiert, daß sie abwechselnde Polaritäten in der Umfangsrichtung besitzen.
Ferner sind auch geschaltete Reluktanzmotore (SRM) und Synchron-Reluktanzmotore (SYNRM) in herkömmlicher Weise als repräsentative Reluktanzmotore bekannt.
Die IPMs werden weit verbreitet auf industriellen und Fahrzeuggebieten verwendet und sind aus verschiedenen Gründen ernsthaft erforderlich, um die Größe und das Gewicht als auch die Herstellungskosten zu reduzieren. Das Reduzieren der Herstellungskosten kann dadurch in einfacher Weise erreicht werden, indem man die oben beschriebenen Reluktanzmotore (RM) oder die IPMs unter Verwendung von billigen Ferritmagneten anpaßt. Jedoch wird die Motorqualität verschlechtert. Die Motorgröße wird dabei unvermeidbar erhöht. Dies ist speziell bei Automobilmotoren nicht wünschenswert, da die Reduzierung der Größe und des Gewichtes einen wichtigen Faktor bei Automobilmotoren darstellen. Demzufolge stellt die Anpassung der oben erläuterten Reluktanzmotore (RM) oder der ferritmagnet-basierten IPMs keine bevorzugte Wahl dar. Im allgemeinen ist die Restmagnetflußdichte von Ferritmagneten gering. Um ein erforderliches Ausmaß an Magnetfluß zu erreichen, ist es definitiv erforderlich, die Größe des Motors in der Umfangsrichtung zu erweitern oder auch in der axialen Richtung. Als ein Ergebnis werden die Motorgröße und das Gewicht desselben unvermeidbar erhöht.
Im Hinblick auf das vorangegangen gesagte, besteht ein bevorzugter Weg, eine Größenreduzierung und eine Gewichtsreduzierung von Motoren zu erreichen, darin, die IPMs unter Verwendung von Seltenenerde-Magneten anzupassen, da Seltene-Erde-Magnete eine ausgezeichnete Rest-Magnetflußdichte besitzen. Jedoch sind die Seltene- Erde-Magnete kostspielig. Die erforderliche Menge an Magneten für jeden Motor muß daher reduziert werden.
Um die Reduzierung des Magnetflusses zu unterdrücken und um die Menge an verwendeten Magneten zu reduzieren, ist das Reduzieren der Dicke von jedem Magnet wirksam. Es ist jedoch allgemein schwierig, einen dünnen Magneten mit einer Dicke zu realisieren, die geringer ist als angenähert 2 mm, und zwar hinsichtlich der Einschränkungen bei den Herstellungsprozessen der Magnete, und auch vom Gesichtspunkt der Anforderungen, um eine ausreichende mechanische Festigkeit der Magnete sicherzustellen.
Obwohl ferner die Permanentmagnete in Einführlöcher des Rotors installiert werden, die sich in der axialen Richtung erstrecken, ist dies Installationsarbeit in einem Fall nicht einfach, bei dem die Permanentmagnete im voraus magnetisiert wurden. Demzufolge wird die übliche Prozedur der Installation der Permanentmagnete in die Einführlöcher dadurch ausgeführt, indem nichtmagnetisierte Permanentmagnete in die Einführlöcher eingeführt werden und dann die Gesamtheit des Rotors magnetisiert wird. Jedoch werden gemäß den herkömmlichen Rotoren die Permanentmagnete nahe bei der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes vorgesehen und werden auch so magnetisiert, daß sie abwechselnde Polaritäten in der Umfangsrichtung aufweisen. Es ist somit erforderlich, das Magnetisieren der Magnetpole an einer inneren Zylinderfläche anzuordnen, die der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes gegenüber liegt, um dadurch abwechselnde Polaritäten in der Umfangsrichtung zu erreichen. Demzufolge verläuft der Magnetisierungsmagnetfluß in dem Rotorkern, der mit den zu magnetisierenden Magnetpolen ausgestattet ist, durch die Rotorkernzone mit Auftreten zwischen den benachbarten Permanentmagneten und als ein Ergebnis umgeht dieser die Permanentmagnete. Dies macht es schwierig, in einheitlicher Weise die Permanentmagnete in der radialen Richtung zu magnetisieren. Ferner wird die Konstruktion eines erforderlichen Magnetisierungsgerätes auch kompliziert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme, die dem Stand der Technik anhaften, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Permanentmagnetrotor für eine rotierende elektrische Maschine mit Innenrotor zu schaffen, der in einfacher Weise magnetisiert werden kann und dazu befähigt ist, eine Erhöhung der Motorgröße und des Gewichtes in einem Fall zu unterdrücken, bei dem die Permanentmagnete dicht an der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert sind.
Um diese oben erläuterte Aufgabe zu lösen und weitere Ziele zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung einen Permanentmagnetrotor für eine rotierende elektrische Maschine mit Innenrotor mit einem Rotorkern, der eine äußere Zylinderfläche aufweist, die einer inneren Zylinderfläche eines Stators gegenüber liegt, und eine Vielzahl an Permanentmagneten enthält, die in dem Rotorkern dicht bei der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert sind und in vorbestimmen Winkelabständen bzw. Winkelteilungen in der Umfangsrichtung des Rotorkernes angeordnet sind, wobei all die Permanentmagnete in einer solchen Weise magnetisiert werden, daß die Richtung der Magnetisierung die gleiche ist, wenn man in der radialen Richtung blickt.
Es wird bei dieser Anordnung möglich, einen Permanentmagnetrotor für eine rotierende elektrische Maschine mit Innenrotor zu schaffen, die in einfacher Weise magnetisiert werden kann und bei der auch eine Vergrößerung der Motorgröße und des Gewichtes in einem Fall unterdrückt werden kann, bei dem die Permanentmagnete dicht an der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die oben beschriebenen Permanentmagnete aus Seltene-Erde-Magneten.
Spezifischer ausgedrückt, um die Herstellungskosten zu vermindern, ist die Auswahl eines billigeren Magnetmaterials oder keine Anpassung der Magnete zu bevorzugen. Dies ist jedoch in einem Fall nicht praktisch, bei dem die Motorgröße oder das Motorgewicht begrenzt oder eingeschränkt ist. Ein Seltene-Erde-Magnet besitzt eine ausgezeichnete Magnetflußdichte. Auf Grund der Zerbrechlichkeit ist es jedoch schwierig, die Dicke der Seltene-Erde-Magnete zu reduzieren, und zwar zum Zweck einer Reduzierung der Menge der Magnete, die verwendet werden müssen. Vom Standpunkt der Herstellungseinschränkungen liegt die Grenze in der Reduzierung der Dicke der Seltene-Erde-Magneten bei angenähert 2 mm.
Gemäß der herkömmlichen elektrischen Rotationsmaschine vom Innenrotortyp sind bei dem magnetischen Kreis, der durch die Permanentmagnete gebildet wird, zwei benachbarte Permanentmagnete in Reihe in dem magnetischen Pfad überlappend vorgesehen. Ein effektiver oder gültiger Magnetflußwert nimmt um einen bestimmten Wert ab, und zwar auf Grund einer Leckage des Magnetflusses. Es wird jedoch in einem idealen Fall angenommen, daß zwei benachbarte Permanentmagnete äquivalent zu einem einzelnen Permanentmagneten sind, der eine doppelte Dicke besitzt.
Die vorliegende Erfindung nutzt die oben beschriebene Erscheinung aus. All die Permanentmagnete, die dicht an der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert sind, werden in solcher Weise magnetisiert, daß die Magnetisierung die gleiche ist, und zwar gesehen in der radialen Richtung. Femer ist eine Zwischenmagnet-Außenumfangszone zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten eingefügt, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind und dicht bei der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes gelegen sind. Die Zwischenmagnet-Außenumfangszone wird so magnetisiert, daß sie eine Polarität entgegengesetzt zu der Polarität von den Magneten benachbarten äußeren Umfangszonen ist, die an der radialen Außenseite der jeweiligen Permanentmagnete positioniert sind.
Mit dieser Anordnung kann die Menge an verwendeten Magneten auf den halben Wert reduziert werden, ohne dabei wesentlich die Magnetflußgröße zu reduzieren. Die Herstellungskosten der rotierenden elektrischen Maschine mit Innenrotor können stark reduziert werden.
Ferner braucht gemäß dem Permanentmagnetrotor der Erfindung das Magnetisierungsgerät lediglich den Permanentmagnetrotor in der radialen Richtung mit der gleichen Richtung einer Magnetisierung magnetisieren, und zwar entlang von dessen gesamter Zylinderoberfläche. Damit wird die Anordnung des erforderlichen Magnetisierungsgerätes einfach, und zwar verglichen mit dem herkömmlichen Magnetisierungsgerät. Es ist ferner auch möglich, die Leckage des Magnetflusses zu reduzieren. Dies ist vorteilhaft bei der Realisierung einer Größenreduzierung und Kostenreduzierung des Magnetisierungsgerätes. Die Herstellungskosten für eine rotierende elektrische Maschine mit Innenrotor können weiter reduziert werden.
Ferner kann gemäß dem Permanentmagnetrotor der Erfindung ein Abschnitt des Rotorkernes, der mit keinen Permanentmagneten ausgestattet ist, effektiv als Magnetpfad verwendet werden. Es kann der das Reluktanzdrehmoment erzeugende Fluß Φq (das heißt der Fluß, der durch den q-Achsenstrom hervorgerufen wird), der durch diese Zone hindurch verläuft, erhöht werden. Als ein Ergebnis kann das Reluktanzdrehmoment erhöht werden.
Ferner führt die Reduzierung in der Zahl der erforderlichen Magnete zu einer Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Permanentmagnetrotors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt der Rotorkern eine Vielzahl an magnetlosen Löchern, die sich in der axialen Richtung in der Nachbarschaft der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes erstrecken, so daß diese zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten zwischengefügt sind. Die magnetlosen Löcher können so ausgebildet werden, daß sie mit der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes kommunizieren.
Mit Hilfe dieser Anordnung wird es möglich, einen nachteiligen Einfluß, wie beispielsweise eine Erhöhung der Ankerreaktion zu beseitigen, die verursacht wird, wenn die Zahl der Magneteinführlöcher reduziert wird. Das Gewicht des Rotorkernes kann dadurch ebenfalls reduziert werden.
Spezifischer gesagt, sind die magnetlosen Löcher in der Zwischenmagnet-Außenumfangszone des Rotorkernes positioniert, die zwischen zwei benachbarten Magneten gelegen ist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind und in der gleichen Richtung einer Magnetisierung magnetisiert sind, und zwar gesehen in der radialen Richtung.
In der Zwischenmagnet-Außenumfangszone sind keine Magneteinführlöcher vorgesehen. Die Magnetflüsse, die durch die Permanentmagnete hervorgerufen werden, die an beiden Umfangsenden positioniert sind, können glatt zu dieser Zone hin oder durch diese hindurch fließen. Der Stromfluß, der durch den Ankerstrom hervorgerufen wird, kann glatt durch diese Zone fließen oder diese Zone in der Umfangsrichtung passieren. Ein Teil dieses Stromflusses, das heißt der q-Achsenstromfluß, wird effektiv dazu verwendet, um eine Reluktanzdrehmoment als ein Ergebnis einer elektromagnetischen Interaktion mit einem d-Achsenstrom zu erzeugen. Mit anderen Worten trägt eine gewisse Komponente dieses Stromflusses nicht zu der elektromagnetischen Wechselwirkung mit dem d-Achsenstrom bei und erhöht die ungültige oder reaktive Induktanz und erhöht auch den Verlust. Solch eine ungültige oder reaktive Induktanz und Verlust können dadurch reduziert werden, indem die oben beschriebenen magnetlosen Löcher entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das magnetlose Loch eine längliche Querschnittsgestalt mit einer radialen Größe länger als eine Umfangsgröße. Diese Ausbildung oder Anordnung ist hinsichtlich einer weiteren Reduzierung des oben beschriebenen nachteiligen Einflusses vorteilhaft, der in der Ankerreaktionszone entsteht, wenn die Reduzierung des Magnetflusses unterdrückt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt das magnetlose Loch eine Verdrahtung vom Korbtyp auf (basket-type wiring). Dies ist zur Unterdrückung der Erzeugung des Induktionsdrehmoments wirksam und auch beim Verhindern, daß der Motor in einen ungeordneten oder nicht synchronen Zustand hineingelangt. Es wird möglich, die Reduzierung des Magnetpfadquerschnittsbereiches des Magnetflusses in dem Rotorkern zu unterdrücken. Die Verdrahtung vom Korbtyp bringt die Wirkung mit sich, die Befestigungsstärke von Vielfachschicht-Elektromagnetstahlplatten, die den Rotorkern bilden, zu erhöhen.
Ferner sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen magnetlosen Löcher in einem vorbestimmten Matrixmuster angeordnet, wobei sich eine Vielzahl an Linien und Reihen in der Umfangsrichtung und in der radialen Richtung erstrecken. Diese Anordnung ist bei der Sicherung von sowohl dem Magnetpfad zum Hindurchlassen der Magnetflüsse als auch des Magnetpfades zum Hindurchlassen der q-Achsenstromflüsse vorteilhaft.
Gemäß dieser Anordnung können die Magneteinführlöcher, die nichts zur Erhöhung der q-Achsenstromflüsse beitragen, die zum Erzeugen des Reluktanzdrehmoments erforderlich sind, beseitigt werden. Als ein Ergebnis können die Achsenstromflüsse ohne Reduzierung der Magnetflußgröße erhöht werden.
Auch ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, einen magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor zu schaffen, der ausgezeichnete Ausgangsleistungseigenschaften besitzt.
Um die oben genannte Aufgabe und andere damit in Beziehung stehende Ziele zu lösen bzw. zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung einen magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor mit einem Rotorkern und einer Gesamtheit von k Permanentmagneten, die in dem Rotorkern dicht bei einer äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkerns installiert sind. Die Gesamtheit von k Magnetaufnahmelöchern ist in dem Rotorkern ausgebildet, um getrennt die Permanentmagnete aufzunehmen. Die Permanentmagnet-Aufnahmelöcher, die sich in einer axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken, sind in gleichen Winkelabständen von θn (= 360/k Grad) angeordnet. Eine Gesamtheit von 2k magnetlosen Löchern sind in dem Rotorkern ausgebildet, um keine Permanentmagnete aufzunehmen. Die magnetlosen Löcher, die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken, sind an beiden Umfangsenden der k Magnetaufnahmelöcher positioniert. Eine Vielzahl von ersten Magnetpolabschnitten mit einer ersten Polarität sind an der radialen Außenseite der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes vorgesehen. Eine Vielzahl von zweiten Magnetpolabschnitten mit einer zweiten Polarität sind zwischen jeweils zwei der magnetlosen Löcher vorgesehen, die nächstliegend zueinander angeordnet sind, und zwar entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes.
Gemäß dem ersten magnetsparenden Rotor der vorliegenden Erfindung beträgt ein Sektorwinkel, der von jedem der magnetlosen Löcher belegt wird, die an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher positioniert sind, gleich θ0 (= 0,5 (θn-θ1-θ2)), worin θ1 einen Sektorwinkel wiedergibt, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte belegt wird, θ2 einen Sektorwinkel wiedergibt, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte belegt wird, und θ0 einen Sektorwinkel angibt, der durch jede der Grenzzonen belegt wird, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten und den zweiten Magnetpolabschnitten zwischenliegen.
Gemäß der Konstruktion des oben beschriebenen ersten magnetsparenden Rotors für einen Synchronmotor sind die magnetlosen Löcher, die an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher positioniert sind, durchgehend mit jedem Magnetaufnahmeloch ausgebildet, so daß kein Kernabschnitt zwischen den magnetlosen Löchern und den zugeordneten Magnetaufnahmelöchern vorgesehen ist. Es kann ein Lekken des Magnetflusses unterdrückt werden. Es kann auch das Drehmoment erhöht werden. Die Symmetrie hinsichtlich der Verteilung des Magnetflusses entlang der Umfangsrichtung des Rotorkernes kann verbessert werden und es kann demzufolge die Drehmomentwelligkeit reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt ein Verhältnis (θ0/θn) des Sektorwinkels θ0 zu dem Teilungswinkel θn in dem Bereich von 0,05 bis 0,125.
Experimentell gewonnene Daten der Erfinder demonstrieren die Wirkung, daß diese Einstellung die mittlere Magnetflußdichte erhöhen kann, das heißt den effektiven oder gültigen Magnetfluß in einem Stator-/Rotorspalt (das heißt dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor).
Gemäß der von den Erfindern getroffenen Annahme werden dann, wenn das Verhältnis θ0/θn zu viel größer ist als der oben beschriebene Bereich, die Sektorwinkel des ersten und des zweiten Magnetpolabschnitts so klein, und demzufolge nimmt die mittlere Magnetflußdichte, das heißt die effektive oder gültige Magnetflußdichte ab. Wenn auf der anderen Seite das Verhältnis (θ0/θn) sehr viel kleiner ist als der oben beschriebene Bereich, wird der magnetische Widerstand eines Magnetpfades, der nahe dem magnetlosen Loch in dem zweiten Magnetpolabschnitt verläuft, ziemlich klein, und zwar verglichen mit dem magnetischen Widerstand eines Magnetpfades, der weit von dem magnetlosen Loch entfernt verläuft. Als ein Ergebnis wird die Einheitlichkeit in der Verteilung des Magnetflusses in dem zweiten Magnetpolabschnitt schlecht. Dieses bildet den Grund dafür, warum die mittlere Magnetflußdichte, das heißt der effektive oder gültige Magnetfluß reduziert wird. Die Reduzierung des effektiven oder gültigen Magnetflusses führt direkt zu einer Reduzierung der Motorausgangsleistung.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt ein Verhältnis (θ2/θ1) des Sektorwinkels θ2 zu dem Sektorwinkel θ1 in dem Bereich von 0,9 bis 1,1.
Die von den Erfindern erhaltenen experimentellen Daten demonstrieren die Wirkung, daß diese Einstellung die mittlere Magnetflußdichte erhöhen kann, das heißt den effektiven oder gültigen Magnetfluß, und zwar in dem Stator-/Rotorspalt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete aus Seltene-Erde-Magneten gebildet. Der Seltene-Erde-Magnet besitzt einen großen magnetischen Restfluß, der zum Erzielen einer hohen Motorausgangsleistung vorteilhaft ist.
Gemäß dem magnetsparenden Rotor der Erfindung wird ein Magnetkreis über die Route gemäß dem ersten Magnetpolabschnitt, dem Stator-/Rotorspalt, dem Statorkern, dem Stator-/Rotorspalt, dem zweiten Magnetpolabschnitt und dem ersten Magnetpolabschnitt gebildet. In diesem magnetischen Kreis ist lediglich ein Permanentmagnet als eine Feldflußquelle vorhanden. Es ist einfacher, dickere Permanentmagnete verglichen mit denjenigen der herkömmlichen Rotoren zu installieren. Eine Erhöhung der Dicke der Permanentmagnete kompensiert den Nachteil des Seltene-Erde-Magneten (das heißt die Zerbrechlichkeit). Daher kann der magnetsparende Motor der Erfindung in bevorzugter Weise als Hochgeschwindigkeitselektrorotationsmaschine verwendet werden.
Ferner besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen anderen magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor zu schaffen, der ausgezeichnete Ausgangsleitungseigenschaften besitzt.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen und andere damit in Beziehung stehende Ziele zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung einen zweiten magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor, der einen Rotorkern und eine Gesamtzahl von k Permanentmagneten enthält, die in dem Rotorkern dicht an der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert sind. Eine Gesamtzahl von k Magnetaufnahmelöchern sind in dem Rotorkern ausgebildet, um getrennt die Permanentmagnete aufzunehmen. Die Magnetaufnahmelöcher, die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken, sind in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet. Es ist eine Gesamtzahl von 2k magnetlosen Löchern in dem Rotorkern ausgebildet, um keine Permanentmagnete aufnehmen. Die magnetlosen Löcher, die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken, sind an beiden Umfangsenden der k Magnetaufnahmelöcher positioniert. Eine Gesamtzahl von k ersten Magnetpolabschnitten mit einer ersten Polarität ist an der radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes positioniert. Eine Gesamtzahl von k zweiten Magnetpolabschnitten mit einer zweiten Polarität ist zwischen irgendwelchen zwei eher magnetlosen Löchern positioniert, die entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes nächstliegend zueinander angeordnet sind.
Gemäß dem zweiten magnetsparenden Rotor der Erfindung liegt ein Verhältnis (θ2/61) eines Sektorwinkels θ2, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte belegt wird, zu einem Sektorwinkel θ1, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte belegt wird, in einem Bereich von 0,9 bis 1,1, und ein Sektorwinkel θ0, der von jeder der Grenzzonen belegt wird, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten und den zweiten Magnetpolabschnitten dazwischen liegt, ergibt sich gemäß 0,5 (θn-θ1-θ2).
Die von den Erfindern erhaltenen experimentellen Daten demonstrieren die Wirkung, daß diese Einstellung die mittlere magnetische Flußdichte erhöhen kann, das heißt den effektiven oder gültigen Magnetfluß, und zwar in dem Stator-/Rotorspalt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sektorwinkel θ0 gleich einem Sektorwinkel, der durch jedes der magnetlosen Löcher belegt wird, die an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher positioniert sind.
Gemäß dieser Anordnung sind die magnetlosen Löcher, die an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher positioniert sind, durchgehend mit den zugeordneten Magnetaufnahmelöchern ausgebildet, so daß kein Kernabschnitt zwischen den magnetlosen Löchern und den zugeordneten Magnetaufnahmelöchern vorgesehen ist. Es kann das Lecken des Magnetflusses unterdrückt werden. Das Drehmoment kann erhöht werden. Die Symmetrie bei der Verteilung des Magnetflusses entlang der Umfangsrichtung des Rotorkernes kann verbessert werden und es kann demzufolge die Drehmomentwelligkeit reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt ein Verhältnis (θ0/θn) des Sektorwinkels θ0 zu dem Teilungswinkel θn in dem Bereich von 0,05 bis 0,125.
Durch Experimente gewonnene Daten, die durch die Erfinder durchgeführt wurden, demonstrieren die Wirkung, daß diese Einstellung die mittlere Magnetflußdichte erhöhen kann, das heißt den effektiven oder gültigen Magnetfluß, und zwar in einem Stator-/Rotorspalt (das heißt dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor).
Gemäß der Annahme der Erfinder wird, wenn das Verhältnis (θ0/θn) sehr viel größer ist als der oben angegebene Bereich, die Winkelbereiche des ersten und des zweiten Magnetpolabschnitts sehr klein und demzufolge nimmt die mittlere Magnetflußdichte, das heißt der effektive oder gültige Magnetfluß ab. Wenn auf der anderen Seite das Verhältnis (θ0/θn) sehr viel kleiner ist als der oben angegebene Bereich, wird der magnetische Widerstand eines Magnetpfades, der nahe dem magnetlosen Loch in dem zweiten Magnetpolabschnitt hindurch verläuft, ziemlich klein, und zwar verglichen mit dem magnetischen Widerstand eines Magnetpfades, der weit von dem magnetlosen Loch entfernt verläuft. Als ein Ergebnis wird die Einheitlichkeit der Verteilung des Magnetflusses in dem zweiten Magnetpolabschnitt schlecht. Dies ist der Grund dafür, warum die mittlere Magnetflußdichte, das heißt der effektive oder gültige Magnetfluß abnimmt. Die Reduzierung des effektiven oder gültigen Magnetflusses führt direkt zu einer Reduzierung der Motorausgangsleistung.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Permanentmagnete aus einem Seltene-Erde-Magneten hergestellt. Der Seltene-Erde- Magnet besitzt einen großen magnetischen Restfluß, was zum Erzielen einer höheren Motorausgangsleistung vorteilhaft ist.
Gemäß dem magnetsparenden Motor der Erfindung wird ein magnetischer Kreis über die Route gemäß dem ersten Magnetpolabschnitt, dem Stator-/Rotorspalt, dem Statorkern, dem Stator-/Rotorspalt, dem zweiten Magnetpolabschnitt und dem ersten Magnetpolabschnitt gebildet. In diesem magnetischen Kreis ist lediglich ein Permanentmagnet als Feldflußquelle vorgesehen. Es ist einfach, dickere Permanentmagnete zu installieren, und zwar verglichen mit denjenigen von herkömmlichen Rotoren. Eine Erhöhung der Dicke der Permanentmagnete kompensiert den Nachteil des Seltene-Erde- Magneten (das heißt die Zerbrechlichkeit). Damit kann der magnetsparende Motor der Erfindung in bevorzugter Weise in einer elektrischen Hochgeschwindigkeitsrotationsmaschine eingesetzt werden.
Ferner besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen anderen magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor zu schaffen, der die Fähigkeit hat, ein Lecken des Magnetilusses zu unterdrücken, und zwar über Brücken zwischen den magnetlosen Löchern und der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes.
Um das oben genannte Ziel und weitere damit in Verbindung stehende Ziele zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung einen dritten magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor mit einem Rotorkern und einer Gesamtzahl von k Permanentmagneten, die in dem Rotorkern dicht bei einer äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert sind. Es ist eine Gesamtzahl von k Magnetaufnahmelöchern in dem Rotorkern ausgebildet, um getrennt die Permanentmagnete aufzunehmen. Die Magnetaufnahmelöeher, die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken, sind in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet. Eine Gesamtzahl von 2k magnetlosen Löchern ist in dem Rotorkern für die Aufnahme von keinen Magnetkernen ausgebildet. Zwei magnetlose Löcher, die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken, sind durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem der k Magnetaufnahmelöcher ausgebildet. Eine Gesamtzahl von k ersten Magnetpolabschnitten mit einer ersten Polarität ist an der radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes positioniert. Eine Gesamtzahl von k zweiten Magnetpolabschnitten mit einer zweiten Polarität ist zwischen jeweils zweien der magnetlosen Löcher positioniert, die zueinander nächstliegend entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes angeordnet sind. Ein Paar von Brücken ist zwischen einer äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes und den magnetlosen Löchern vorgesehen, die an beiden Umfangsenden von jedem Magnetaufnahmeloch positioniert sind. Gemäß dem dritten Typ eines magnetsparenden Rotors der vorliegenden Erfindung liegt ein Verhältnis der Dicke von jeder Brücke zu einem Spalt zwischen dem Rotorkern und einem Stator, der Teil des Synchronmotors bildet, in dem Bereich von 0,5 bis 3.
Die oben beschriebene Anordnung bzw. Konstruktion des magnetsparenden Rotors der vorliegenden Erfindung ist zur Verhinderung eines Lecks des Magnetflusses über die Brücken wirksam.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt jede der Brücken eine einheitliche Dicke in der Umfangsrichtung und ein Magnetfluß in jeder Brücke ist gesättigt.
Ferner besteht gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Querschnittsgestalt von jedem magnetlosen Loch aus einer rechtwinkligen Dreiecksgestalt, mit einer Hypotenuse, die sich entlang der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes erstreckt.
Ferner ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Umfangsgröße des ersten Magnetpolabschnitts größer als eine Umfangsgröße des zweiten Magnetpolabschnitts.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, gelesen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die einen IPM gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar entlang einer Ebene, die eine Achse des IPM enthält;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die einen Permanentmagnetrotor darstellt, der in Fig. 1 gezeigt ist, entlang einer Ebene senkrecht zur Achse des IPM;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die einen modifizierten Permanentmagnetrotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die einen magnetsparenden Rotor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 einen Graphen, welcher Testdaten in bezug auf eine mittlere Magnetflußdichte in einem Stator-/Rotorspalt darstellt, die erhalten wird, wenn der Sektorwinkel von leeren Löchern vielfältig geändert wird, in Einklang mit der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 einen Graphen, der Testdaten in bezug auf die mittlere Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt zeigt, die dann erhalten wird, wenn das Verhältnis aus ersten Magnetpolabschnitten zu zweiten Magnetpolabschnitten vielfältig geändert wird, entsprechend der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Ansicht, welche die umfangsmäßige Verteilung der Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt in einem Fall wiedergibt, bei dem leere Löcher vorgesehen sind, und auch in einem Fall, bei dem keine leeren Löcher vorgesehen sind, gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die einen magnetsparenden Rotor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 9 einen Graphen, der Testdaten darstellt, und zwar in bezug auf die mittlere Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt, die erhalten wird, wenn der Sektorwinkel von leeren Löchern vielfältig geändert wird, gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 einen Graphen, der Testdaten in bezug auf die mittlere Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt wiedergibt, die dann erhalten wird, wenn das Verhältnis aus ersten Magnetpolabschnitten zu zweiten Magnetpolabschnitten in vielfältiger Weise geändert wird, gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine Ansicht, welche die umfangsmäßige Verteilung der Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt bei einem Fall wiedergibt, bei dem leere Löcher vorgesehen sind, und auch in einem Fall, bei dem keine leeren Löcher vorgesehen sind, gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht, die eine Endfläche eines Synchronmotors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 13 eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die einen magnetsparenden Rotor eines Synchronmotors darstellt, der in Fig. 12 gezeigt ist;
Fig. 14 einen Graphen, der die Qualität des magnetsparenden Rotors des Synchronmotors, welcher in Fig. 12 gezeigt ist, erläutert;
Fig. 15 eine Querschnittsansicht, die einen magnetsparenden Rotor gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 16 eine Querschnittsansicht, die einen magnetsparenden Rotor gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 17 eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die einen magnetsparenden Rotor eines Synchronmotors gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt; und
Fig. 18 eine quer verlaufende Querschnittsansicht, die einen magnetsparenden Rotor eines Synchronmotors gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt einen IPM vom Innenrotortyp, der einen 6-Pol Dreiphasen-Synchronmotor bildet.
Ein Frontgehäuse 1 und ein hinteres Gehäuse 2 sind sicher durch Befestigungsschrauben befestigt. Ein Stator 3 ist an einer Innenzylinderfläche des Frontgehäuses 1 fixiert. Ein Rotor 4 ist in einer radialen Innenseite des Stators 3 aufgenommen. Der Rotor 4 ist sicher um eine Rotorwelle 5 fixiert. Die Rotorwelle 5 wird durch die Gehäuse 1 und 2 über Lager gehalten. Der Rotor 4 enthält einen Rotorkern 40, der aus vielschichtigen elektromagnetischen Stahlplatten hergestellt ist, und enthält Permanentmagnete 42, die in Permanentmagneteinführlöcher 41 dieses Rotorkernes 40 installiert sind.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Rotors 4, und zwar entlang einer Ebene senkrecht zur Achse des Rotors 4, obwohl eine Strichlierung, die den Querschnitt des Rotorkernes zeigt, weggelassen ist. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Permanentmagneteinführlöchern 41 besitzt der Rotorkern 40 ein Drehwellenloch 43, welches sich in der axialen Richtung erstreckt und in welches die Rotorwelle 5 gemäß einem Preßsitz eingesetzt ist.
Eine Gesamtzahl von drei Magneteinführlöchern 41 ist dicht an der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 40 positioniert und ist auch symmetrisch um das Drehzentrum herum angeordnet. Es braucht kaum erwähnt zu werden, daß die Gesamtzahl der Magneteinführlöcher 41 und der Permanentmagnete 42 nicht auf 3 beschränkt ist und somit reduziert oder erhöht werden kann, und zwar auf 1, 2, 4 oder eine andere Zahl.
Der Querschnitt von jedem Magneteinführloch 41, und zwar entlang der Ebene senkrecht zur Achse des Rotors 4, hat eine rechteckförmige Gestalt, die in der Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des Rotorkernes 40 verlängert ist. Der Querschnitt des jeweiligen Magneteinführloches 41 besitzt zwei Hauptebenen 45 und 45, die senkrecht zu der radialen Richtung des Rotorkernes 40 verlaufen. Eine vorragende Bohrung 46, die an zwei radialen Außenenden des jeweiligen Magneteinführloches 41 ausgebildet ist, unterdrückt das Lecken des Magnetflusses der Permanentmagnete 42. Die Permanentmagnete 42, die als Seltene-Erde-Magnet ausgeführt sind, sind in einer flachen Plattengestalt konfiguriert und sind in einer solchen Weise magnetisiert, daß die Richtung der Magnetisierung die gleiche ist, wenn man in der radialen Richtung blickt.
Spezifischer gesagt, besitzen die radialen Außenflächen der jeweiligen Permanentmagnete 42, die den radialen äußeren Hauptebenen 45 der jeweiligen Magneteinführlöcher 41 gegenüber liegen, die gleiche Polarität (z. B. entweder S-Pol oder N-Pol). Auf der anderen Seite besitzen die radial innen liegenden Flächen der jeweiligen Permanentmagnete 42, die den radial innen liegenden Hauptebenen 45 der jeweiligen Magneteinführlöcher 41 gegenüber liegen, eine unterschiedliche Polarität (z. B. dem Gegenteil von S-Pol und N-Pol).
Der oben beschrieben IPM besitzt die folgenden Eigenschaften.
Gemäß dieser Ausführungsform ist jeder Permanentmagnet 42 in einer solchen Weise magnetisiert, daß die Richtung der Magnetisierung die gleiche ist, wenn man in der radialen Richtung blickt. Bei dieser Anordnung sind die Magnetpole, welche die gleiche Polarität besitzen, in den Magneteinführlöchern 41 ausgebildet, als auch in den Magnetnachbarschaftsaußenumfangszonen S. das heißt den Zonen benachbart der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 40, die an der radialen Außenseite der jeweiligen Magneteinführlöcher 41 positioniert sind. Auf der anderen Seite sind die Magnetpole, welche die entgegengesetzte Polarität besitzen, in den Zwischenmagnet-Außenumfangszonen M ausgebildet, die zwischen benachbarten Permanentmagneten 42 vorhanden sind, und sind dicht bei der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 40 gelegen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden Magnetflüsse Φd in der Richtung ausgebildet, die durch strichlierte Linien angezeigt sind und die von dem Magnet benachbarten Außenumfangszonen S zu den Zwischenmagnet-Außenumfangszonen M reichen, die zwischen diesen vorhanden sind. Die Magnetflüsse Φd und ein q-Achsenstrom Iq arbeiten zusammen, um ein Magnetdrehmoment zu erzeugen. Dabei bildet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, der q-Achsenstrom Iq einen q-Achsenstromfluß Φq, wie durch eine abwechselnd lang strichlierte und kurz strichlierte Linie angezeigt ist. Der q-Achsenstromfluß Φq und ein d-Achsenstrom Id arbeiten zusammen, um ein Reluktanzdrehmoment zu erzeugen.
Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Gesamtheit von fünf Leerlöchern (das heißt magnetlosen Löchern) 44 dicht bei der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 40 ausgebildet, so daß diese in der Umfangsrichtung in jeder Zwischenmagnet-Außenumfangszone M angeordnet sind, die zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten 42 und 42 vorhanden ist, wobei die Permanentmagnete 42 und 42 in einer solchen Weise magnetisiert sind, daß die Magnetisierungsrichtung die gleiche ist, wenn man in der radialen Richtung blickt. Zwischen zwei benachbarten Leerlöchern 44 ist ein vorbestimmter Spalt g vorgesehen. Der Querschnitt der jeweiligen Leerlöcher 44 besitzt eine längliche Gestalt, die sich in der radialen Richtung erstreckt, wobei eine radiale Größe derselben länger ist als eine Umfangsgröße.
Es erstrecken sich jeweilige Leerlöcher 44 in der axialen Richtung des Rotorkernes 40. Es ist ein Spalt g' zwischen dem Leerloch 44 und der vorspringenden Bohrung 46 vorgesehen. Der Spalt g' ist größer als der oben beschriebene Spalt g. Die Leerlöcher 44 sind dicht an der äußeren Zylinderfläche angeordnet. Diese Anordnung unterdrückt effektiv die Reduzierung des q-Achsenstromflusses Φq, was erforderlich ist, um das Reluktanzdrehmoment zu erzeugen. Die Leerlöcher 44 besitzen die Funktion, einen ungültigen oder reaktiven Fluß Φi zu reduzieren, was durch eine ausgezogene Linie angezeigt ist, und auch die Leckinduktivität zu reduzieren, ferner den Eisen- oder Kernverlust und die Ankerreaktion. Es braucht kaum erwähnt zu werden, daß die Zahl der Leerlöcher 44 und die Querschnittskonfiguration der jeweiligen Löcher 44 auf verschiedenste Weise modifiziert werden können.
Wie oben beschrieben ist, sollten die Löcher dieser Ausführungsform nichtmagnetische Abschnitte darstellen, mit der Fähigkeit, nicht nur die Reduzierung des q- Achsenstromflusses Φq zu unterdrücken, sondern auch den ungültigen oder reaktiven Fluß Φi zu reduzieren. Es ist in dieser Hinsicht zu bevorzugen, die Löcher, die sich durch die vielschichtigen elektromagnetischen Stahlplatten hindurch erstrecken, zu öffnen, und diese Löcher mit einem nichtmagnetischen Material zu füllen. Alternativ ist es zu bevorzugen, ein Plattenteil zu verarbeiten oder zu bearbeiten, welches mit nichtmagnetischen Abschnitten ausgestattet ist, um dieses Plattenteil in eine Scheibengestalt zu bringen und um dann eine Vielzahl der Scheiben zur Bildung des Rotorkernes übereinander zu schichten.
Der oben beschrieben IPM vom Innenrotortyp besitzt folgende Wirkungen.
Zuallererst ist es möglich, die Menge der Magnete zu reduzieren, die erforderlich sind, um eine höhere Flußdichte zu erreichen, ohne dabei die Dicke der verwendeten Seltene-Erde-Magneten reduzieren zu müssen. Die Herstellungskosten können ebenfalls reduziert werden. Die Reduzierung der Zahl der Magnete führt allgemein zu einer Reduzierung des effektiven oder gültigen Magnetflusses nicht so schwerwiegend und kann dadurch kompensiert werden, indem man die Motorgröße und das Gewicht geringfügig erhöht, um die gleiche Ausgangsleistung bzw. gleichen Ausgangsleistungswert zu erhalten, und zwar verglichen mit dem herkömmlichen IPM. Als Ganzes gesehen, liegen zur Realisierung der gleichen Ausgangsleistung die Kosten für die Herstellung des zuvor beschriebenen IPM dieser Ausführungsform niedriger als diejenigen, die bei einem herkömmlichen IPM auf der Grundlage von Seltene-Erde-Magneten erforderlich sind. Wenn man ferner einen Vergleich mit den herkömmlichen Reluktanzmotoren unter Verwendung von keinen Magneten durchführt, ist der oben beschrieben IPM dieser Ausführungsform insofern vorteilhaft, als die Motorgröße und das Gewicht stark reduziert werden können.
Ferner muß gemäß dem Permanentmagnetrotor dieser Ausführungsform das Magnetisierungsgerät lediglich den Permanentmagnetrotor in der radialen Richtung mit gleicher Magnetisierungsrichtung magnetisieren, und zwar entlang der gesamten Zylinderfläche. Damit wird die Anordnung oder der Aufbau des erforderlichen Magnetisierungsgerätes einfach, und zwar verglichen mit dem herkömmlichen Magnetisierungsgerät. Es ist ferner möglich, das Lecken des magnetischen Flusses zu reduzieren. Dies ist bei der Realisierung einer Größenreduzierung und einer Kostenreduzierung des Magnetisierungsgerätes vorteilhaft. Die Herstellungskosten für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp können weiter reduziert werden.
Ferner kann gemäß dem Permanentmagnetrotor dieser Ausführungsform ein Abschnitt des Rotorkernes 40, der mit keinen Permanentmagneten versehen ist, effektiv als ein magnetischer Pfad verwendet werden. Der das Reluktanzdrehmoment erzeugende Fluß Φq (das heißt der Fluß, der durch den q-Achsenstrom gebildet wird, der über diese Zone hinweg verläuft, kann erhöht werden). Als ein Ergebnis kann das Reluktanzdrehmoment erhöht werden.
Ferner führt die Reduzierung der Zahl der erforderlichen Magnete zu einer Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Permanentmagnetrotors. Die Zahl der Magneteinführlöcher 41 ist reduziert, und zwar auf Grund der Vorsehung der Leerlöcher 44. Dies ist zum Unterdrücken einer Gewichtserhöhung des Motors wirksam.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform lediglich dadurch, daß die Leerlöcher 44 mit einer Verdrahtung vom Korbtyp (basket-type wiring) versehen sind, die durch Aluminiumformgießen erzeugt wird. Dies schafft die Möglichkeit, das Erzeugen eines Induktionsdrehmoments zu unterdrücken, und verhindert, daß der Motor in einen ungeordneten oder nicht synchronen Zustand gelangt. Obwohl das zusätzliche Vorsehen der Verdrahtung vom Korbtyp herkömmlich bekannt ist, gab es schwerwiegende räumliche Einschränkungen beim Installieren dieser Art einer Verdrahtung, da der verfügbare Raum eingeschränkt war, und zwar auf eine schmale Zone zwischen den Magneteinführlöchern 41 und der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 40. Der Magnetpfadwiderstand des Magneten Flusses war groß. Auf der anderen Seite kann gemäß dieser Ausführungsform die Verdrahtung vom Korbtyp (basket-type wiring) einfach in einer breiten Zone installiert werden, wo die Magneteinführlöcher 41 weggelassen sind. Somit löst diese Ausführungsform das herkömmliche Problem.

Dritte Ausführungsform

Fig. 3 zeigt einen modifizierten Permanentmagnetrotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform sind Leerlöcher 44' in einem vorbestimmten Matrixmuster angeordnet, wobei sich zwei Zeilen in der radialen Richtung erstrecken und sieben Reihen in der Umfangsrichtung des Rotorkernes 40 verlaufen. Die jeweiligen Leerlöcher 44' erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 40. Bei dieser Anordnung können sowohl der magnetische Pfad zum Hindurchlassen des Magnetflusses Φd als auch der magnetische Pfad zum Hindurchlassen der q-Achsenstromflüsse Φq in angemessener Weise ausgebildet werden. Die Magnetflüsse Φd sind durch Punktlinien angezeigt. Die q-Achsenstromflüsse Φq, die das Reluktanzdrehmoment erzeugen, sind durch ausgezogene Linien angezeigt.
Der Rest der dritten Ausführungsform ist der gleiche wie derjenige der ersten Ausführungsform.

Vierte Ausführungsform

Ein Rotor vom Magneteinspartyp für einen Synchronmotor gemäß einer vierten Ausführungsform wird nun unter Hinweis auf Fig. 4 erläutert.
Der Magneteinsparrotor, der in Fig. 4 gezeigt ist, enthält einen Rotorkern 101, der aus Weicheisen gebildet ist, und enthält eine Gesamtzahl von drei Permanentmagneten 102, die als Seltene-Erde-Magnete ausgeführt sind. Der Rotorkern 101 enthält die gleiche Anzahl von (z. B. drei) Permanentmagnetaufnahmelöchern 103, um die Permanentmagnete 102 getrennt aufzunehmen. Es erstrecken sich jeweilige Permanentmagnetaufnahmelöcher 103 in einer axialen Richtung des Rotorkernes 101 und sind in gleichen Winkelteilungen von 120° angeordnet. Ferner enthält der Rotorkern 101 eine Gesamtzahl von sechs Leerlöchern (das heißt magnetlosen Löchern) 104, um darin keine Permanentmagnete aufzunehmen. Die jeweiligen Leerlöcher 104 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 101 und sind fortlaufend an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher 103 positioniert. Die Leerlöcher 104 sind durchgehend oder zusammenhängend mit den zugeordneten Magnetaufnahmelöchern 103 ausgebildet, so daß kein Kernabschnitt zwischen den Leerlöchern 104 und den Magnetaufnahmelöchern 103 vorhanden ist.
Ein erster Magnetpolabschnitt 105 mit einer ersten Polarität ist an der radialen Außenseite von jedem Magnetaufnahmeloch 103 in einer Außenumfangszone des Rotorkernes 101 positioniert. Die erste Polarität (z. B. S-Pol) wird durch den Permanentmagneten 102 gebildet oder gegeben, der in dem Magnetaufnahmeloch 103 installiert ist. Ein zweiter Magnetpolabschnitt 106 mit einer zweiten Polarität (z. B. N-Pol) ist ohne Permanentmagnete zwischen irgendwelchen zwei Leerlöchern 104, die nächstliegend zueinander angeordnet sind, entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 101 positioniert. Eine Vielzahl an Grenzzonen 107 ist zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 105 und den zweiten Magnetpolabschnitten 106 vorgesehen.
Gemäß der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist der Zwei-Pol-Teilungswinkel θn gleich einer Summe aus einem Sektorwinkel θ1, der durch den ersten Magnetpolabschnitt 105 belegt ist, einem Sektorwinkel θ2, der durch den zweiten Magnetpolabschnitt 106 belegt wird, und dem Zweifachen eines Sektorwinkels θ0 gebildet, der durch die Grenzzone 107 belegt wird. Die Gesamtheit des Sektorwinkels θ0 wird im wesentlichen durch das Leerloch 104 besetzt, welches in der Grenzzone 107 gelegen ist. Bei dieser Ausführungsform ist jeder Sektorwinkel als ein zentraler Winkel von irgendeinem Sektor definiert, der um die zentrale Achse des Rotorkernes 101 ausgebildet ist (das heißt dem axialen Zentrum eines Drehwellenloches 110, in welches eine Rotorwelle gemäß einem Preßsitz eingeführt ist).
Die Permanentmagnete 102 dieser Ausführungsform sind als Seltene-Erde-Magnete ausgeführt. Der Sektorwinkel θ1, der durch den ersten Magnetpolabschnitt 105 belegt ist, ist gleich dem Sektorwinkel θ2, der durch den zweiten Magnetpolabschnitt 106 belegt ist. Ferner beträgt ein Verhältnis (θ0/8n) aus dem Sektorwinkel θ0, der durch jedes Leerloch 104 belegt wird, zu dem Zwei-Pol-Teilungswinkel θn gleich 0,065.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, besitzt jeder Permanentmagnet 102 eine flache rechteckförmige Gestalt mit vier Ecken. Der Sektorwinkel θ1 ist ein Winkel, der zwischen zwei Linien gebildet ist, die ihren Ursprung an dem axialen Zentrum des Rotorkernes 101 haben und die zwei radialen Außenecken des rechteckförmigen Permanentmagneten 102 passieren. Der Spielraum, der zwischen dem Leerloch 104 und der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 101 vorgesehen ist, ist so dünn wie möglich ausgebildet, und zwar innerhalb der Einschränkungen, um eine ausreichende mechanische Festigkeit des Rotorkernes 101 sicherzustellen.
Der Sektorwinkel θ2 ist ein Winkel, der zwischen zwei Linien gebildet ist, die ihren Ursprung im axialen Zentrum des Rotorkernes 101 haben und durch die Ränder der Leerlöcher 104 verlaufen, die in den Grenzzonen 107 positioniert sind.
Gemäß dem oben beschriebenen Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp kann die magnetische Flußdichte in dem Stator- /Rotorspalt verbessert werden. Die Motorausgangsleistung wird erhöht.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Testdaten. Der getestete Rotor besaß die in Fig. 4 gezeigte Gestalt. Der Außendurchmesser des Rotorkernes 101 betrug 50 mm und der Innendurchmesser des Rotorkernes 101 lag bei 16 mm.
Fig. 5 zeigt die mittlere Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt, die dann erhalten wird, wenn der Sektorwinkel θ0 des Leerloches 104 in vielfältiger Weise geändert wird, und zwar unter der Bedingung, daß der Sektorwinkel θ1 des ersten Magnetpolabschnitts 105 gleich ist dem Sektorwinkel θ2 des zweiten Magnetpolabschnitts 106. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist es zum Erzielen einer ausgezeichneten Magnetflußdichte wünschenswert, daß das Verhältnis 2θ0/θn im Bereich von 0,1 bis 0,25 liegt.
Fig. 6 zeigt die mittlere Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt, die dann erhalten wird, wenn das Verhältnis θ1/θ2 vielfältig geändert wird, und zwar unter der Bedingung, daß das Verhältnis 2θ0/θn auf 0,125 fixiert ist. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, ist es wünschenswert, daß das Verhältnis θ1/θ2 zum Erzielen einer ausgezeichneten Magnetflußdichte in dem Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt.
Fig. 7 zeigt die umfangsmäßige Verteilung der Magnetflußdichte in dem Stator- /Rotorspalt in einem Fall, bei dem die Leerlöcher 104 unter der Bedingung vorgesehen sind, daß das Verhältnis 2θ0/θn 0,125 beträgt und das Verhältnis θ1/θ2 bei 1 liegt (durch eine ausgezogene Linie A angezeigt), und auch in einem vergleichbaren Fall, bei dem keine Leerlöcher vorgesehen sind (durch die ausgezogene Linie B angezeigt). Wie aus Fig. 7 entnommen werden kann, verläuft in dem Fall, daß die Leerlöcher 104 vorgesehen sind, die Änderung des Magnetfeldes in der Grenzzone 107 steil. Mit anderen Worten ist die Leckage des Magnetflusses des Permanentmagneten 102 klein. Demzufolge wird die Magnetflußdichte in dem zweiten Magnetpolabschnitt 106 größer, verglichen mit dem Fall, bei dem keine Leerlöcher vorgesehen sind.
Wie ferner aus Fig. 7 hervorgeht, ergibt sich in dem Fall, daß Leerlöcher 104 vorgesehen sind, kein wesentlicher Unterschied hinsichtlich des Absolutwertes der Magnetflußdichte zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 105 und den zweiten Magnetpolabschnitten 106. Die Symmetrie der Verteilung des Magnetflusses entlang der Umfangsrichtung kann verbessert werden und demzufolge wird die Drehmomentrauhigkeit oder Drehmomentwelligkeit gering.
Es braucht kaum erwähnt zu werden, daß die Gesamtzahl der Magnetaufnahmelöcher 103 und der Permanentmagnete 102 nicht auf 3 beschränkt ist und somit reduziert oder erhöht werden kann, beispielsweise auf 1, 2, 4 oder auch andere Werte.
In dieser Hinsicht liefert die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Magneteinsparrotor für einen Synchronmotor, der den Rotorkern 101 und eine Gesamtheit von k Permanentmagneten 102 enthält, die in dem Rotorkern 101 dicht bei der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 101 installiert sind. Der Rotorkern 101 enthält eine Gesamtzahl von k Magnetaufnahmelöchern 103, die in dem Rotorkern 101 ausgebildet sind, um die Permanentmagnete 102 getrennt aufzunehmen, so daß sich diese in der axialen Richtung des Rotorkernes 101 erstrecken und in gleichen Winkelteilungen oder Winkelabständen von θn (= 360/k Grad) angeordnet sind. Eine Gesamtzahl von 2k magnetlosen Löchern 104 sind in dem Rotorkern 101 ausgebildet, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, so daß sich diese Löcher in der axialen Richtung des Rotorkernes 101 erstrecken und durchgehend an beiden Umfangsenden der k Magnetaufnahmelöcher 103 positioniert sind.
Die ersten Magnetpolabschnitte 105, welche die erste Polarität haben, sind an der radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher 103 in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 101 positioniert. Die zweiten Magnetpolabschnitte 106 mit der zweiten Polarität, die von der ersten Polarität verschieden ist, sind, mit keinen Permanentmagneten zwischen irgendwelchen zwei magnetlosen Löchern 104, die nächstliegend zueinander angeordnet sind, entlang der Umfangsrichtung der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 101 positioniert. Der Sektorwinkel, der durch jedes magnetlose Loch 104 belegt wird, die an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher 106 positioniert sind, ist gleich θ0 (= 0,5 (θn-θ1-θ2)), wobei θ1 den Sektorwinkel wiedergibt, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte 105 belegt wird, θ2 den Sektorwinkel bedeutet, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte 106 belegt wird, und θ0 den Sektorwinkel angibt, der durch die Grenzzone 107 belegt wird, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 105 und den zweiten Magnetpolabschnitten 106 dazwischen liegt.

Fünfte Ausführungsform

Ein Magneteinsparrotor für einen Synchronmotor gemäß der fünften Ausführungsform wird nun unter Hinweis auf Fig. 8 erläutert.
Der Magneteinsparrotor, der in Fig. 8 gezeigt ist, enthält einen Rotorkern 201, der aus Weicheisen hergestellt ist, und enthält eine Gesamtzahl von drei Permanentmagneten 202, die als Seltene-Erde-Magneten ausgeführt sind. Der Rotorkern 201 enthält die gleiche Anzahl von (das heißt drei) Permanentmagnetaufnahmelöchern 203, um die Permanentmagnete 202 getrennt aufzunehmen. Die jeweiligen Permanentmagnetaufnahmelöcher 203 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 201 und sind in gleichen Winkelabständen oder Winkelteilungen von 120° angeordnet. Ferner enthält der Rotorkern 201 eine Gesamtzahl von sechs Leerlöchern (das heißt magnetlosen Löchern) 204, um keine Permanentmagnete aufzunehmen. Die jeweiligen Leerlöcher 204 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 201 und sind durchgehend an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher 203 positioniert. Die Leerlöcher 204 sind durchgehend oder zusammenhängend mit den zugeordneten Magnetaufnahmelöchern 203 ausgebildet, so daß kein Kernabschnitt zwischen den Leerlöchern 204 und den Magnetaufnahmelöchern 203 vorhanden ist.
Ein erster Magnetpolabschnitt 205 mit einer ersten Polarität ist an der radialen Außenseite von jedem Magnetaufnahmeloch 203 in einer äußeren Umfangszone des Rotorkernes 201 positioniert. Die erste Polarität (z. B. S-Pol) ist durch den Permanentmagneten 202 gegeben oder gebildet, der in dem Magnetaufnahmeloch 203 installiert ist. Ein zweiter Magnetpolabschnitt 206 mit einer zweiten Polarität (z. B. N-Pol) ist mit keinen Permanentmagneten zwischen zwei Leerlöchern 204, die nächstliegend zueinander angeordnet sind, entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 201 positioniert. Eine Vielzahl an Grenzzonen 207 ist zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 205 und den zweiten Magnetpolabschnitten 206 vorgesehen.
Gemäß der in Fig. 8 gezeigten Anordnung ist ein Zwei-Pol-Teilungswinkel θn gleich einer Summe aus dem Sektorwinkel θ1, der durch den ersten Magnetpolabschnitt 205 belegt wird, einem Sektorwinkel θ2, der durch den zweiten Magnetpolabschnitt 206 belegt wird, und zweimal einem Sektorwinkel θ0 gebildet, der durch die Grenzzone 207 belegt ist. Die Gesamtheit des Sektorwinkels θ0 wird im wesentlichen durch das Leerloch 204 besetzt, welches in der Grenzzone 207 gelegt ist. Bei dieser Ausführungsform ist jeder Sektorwinkel als ein zentraler Winkel von irgendeinem Sektor definiert, der um das axiale Zentrum des Rotorkernes 201 gebildet ist (das heißt dem axialen Zentrum eines Drehwellenloches 210, in welches eine Rotorwelle gemäß einem Preßsitz eingeführt ist).
Die Permanentmagnete 202 dieser Ausführungsform sind als Seltene-Erde-Magnete ausgeführt. Der Sektorwinkel θ1, der durch den ersten Magnetpolabschnitt 205 belegt ist, ist gleich dem Sektorwinkel θ2, der durch den zweiten Magnetpolabschnitt 206 belegt ist. Ferner liegt ein Verhältnis (θ0/θn) des Sektorwinkels θ0, der durch jedes Leerloch 204 belegt ist, zu dem Zwei-Pol-Teilungswinkel θn bei 0,065.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, besitzt jeder Permanentmagnet 202 eine flache, rechteckförmige Gestalt mit vier Ecken. Der Sektorwinkel θ1 ist ein Winkel, der zwischen zwei Linien gebildet ist, die ihren Ursprung an dem axialen Zentrum des Rotorkernes 201 haben und zu den zwei radialen Außenecken des rechteckförmigen Permanentmagneten 202 verlaufen. Der Spielraum, der zwischen dem Leerloch 204 und der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 201 vorgesehen ist, ist so dünn wie möglich ausgeführt mit den Einschränkungen, um eine ausreichende mechanische Festigkeit des Rotorkernes 201 sicherzustellen.
Der Sektorwinkel θ2 ist ein Winkel, der zwischen zwei Linien gebildet ist, die ihren Ursprung an dem axialen Zentrum des Rotorkernes 201 haben und durch die Ränder oder Kanten der Leerlöcher 204 verlaufen, die in den Grenzzonen 207 positioniert sind.
Gemäß dem oben beschriebenen Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp kann die Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt verbessert werden. Die Motorausgangsleistung wird erhöht.
Die Fig. 9 und 10 zeigen Testdaten. Der getestete Rotor besaß die in Fig. 8 gezeigte Gestalt. Der Außendurchmesser des Rotorkernes 201 betrug 50 mm und der Innendurchmesser des Rotorkernes 201 lag bei 16 mm.
Fig. 9 zeigt die mittlere Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt, die dann erhalten wurde, wenn der Sektorwinkel θ0 des Leerloches 204 vielfältig geändert wurden, und zwar unter der Bedingung, daß der Sektorwinkel θ1 des ersten Magnetpolabschnitts 205 gleich gemacht wurde dem Sektorwinkel θ2 des zweiten Magnetpolabschnitts 206. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist es zum Erzielen einer ausgezeichneten Magnetflußdichte wünschenswert, daß das Verhältnis 2θ0/θn in dem Bereich von 0,1 bis 0,25 liegt.
Fig. 10 zeigt die mittlere Magnetflußdichte in dem Stator-/Rotorspalt, die erhalten wird, wenn das Verhältnis θ1/θ2 verschiedentlich geändert wird, und zwar unter der Bedingung, daß das Verhältnis θ0/θn auf 0,125 fixiert wurde. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist es zum Erzielen einer ausgezeichneten Magnetflußdichte wünschenswert, daß das Verhältnis θ1/θ2 in dem Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt.
Fig. 11 zeigt die Umfangsverteilung der Magnetflußdichte in dem Stator- /Rotorspalt in einem Fall, daß die Leerlöcher 204 unter der Bedingung vorgesehen sind, daß das Verhältnis 2θ0/θn gleich ist 0,125 und das Verhältnis θ1/θ2 bei 1 liegt (durch eine ausgezogene Linie A angezeigt), und auch in einem vergleichbaren Fall, bei dem keine Leerlöcher vorgesehen sind (durch eine ausgezogene Linie B angezeigt). Wie aus Fig. 11 ersehen werden kann, verläuft in dem Fall, daß die Leerlöcher 204 vorgesehen sind, die Änderung des Magnetfeldes in der Grenzzone 207 steil. Mit anderen Worten ist die Leckage des Magnetflusses des Permanentmagneten 202 gering. Demzufolge wird die Magnetflußdichte in dem zweiten Magnetpolabschnitt 206 höher, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem keine Leerlöcher vorgesehen sind.
Wie ferner aus Fig. 11 ersehen werden kann, sind in dem Fall, daß Leerlöcher 204 vorgesehen sind, keine wesentlichen Unterschiede im Absolutwert der Magnetflußdichte zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 205 und den zweiten Magnetpolabschnitten 206 zu verzeichnen. Die Symmetrie in der Verteilung des Magnetflusses entlang der Umfangsrichtung kann verbessert werden und demzufolge wird die Drehmomentrauhigkeit oder Drehmomentwelligkeit klein.
Es braucht kaum hervorgehoben zu werden, daß die Gesamtzahl der Magnetaufnahmelöcher 203 und der Permanentmagnete 202 nicht auf drei beschränkt ist, und diese Zahl reduziert oder erhöht werden kann auf beispielsweise 1, 2, 4 oder andere Werte.
In dieser Hinsicht schafft die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Magneteinsparrotor für einen Synchronmotor, der einen Rotorkern 201 und eine Gesamtzahl von k Permanentmagneten 202 enthält, die in dem Rotorkern 201 dicht an der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes 201 installiert sind. Der Rotorkern 201 enthält eine Gesamtzahl von k-Magnetaufnahmelöchern 203, die in dem Rotorkern 201 ausgebildet sind, um getrennt die Permanentmagnete 202 aufzunehmen, und diese erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 201 und sind in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet. Eine Gesamtzahl von 2k magnetlosen Löchern 204 sind in dem Rotorkern 201 ausgebildet, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, und erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 201 und sind kontinuierlich an beiden Umfangsenden der k Magnetaufnahmelöcher 203 positioniert.
Die ersten Magnetpolabschnitte 205, welche die erste Polarität besitzen, sind an der radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher 203 in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 201 positioniert. Die zweiten Magnetpolabschnitte 206, welche die zweite Polarität aufweisen, welche von der ersten Polarität verschieden ist, sind zwischen irgendwelchen zwei der Magnetaufnahmelöcher 204 positioniert, welche zueinander nächstliegend angeordnet sind, und zwar entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 201.
Das Verhältnis (θ2/θ1) des Sektorwinkels θ2, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte 206 belegt ist, zu dem Sektorwinkel θ1, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte 205 belegt ist, liegt in dem Bereich von 0,9 bis 1,1, und der Sektorwinkel θ0, der durch jede der Grenzzonen 207 belegt ist, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 205 und den zweiten Magnetpolabschnitten 206 zwischengefügt sind, wird ausgedrückt durch 0,5 (θn-θ1-θ2).

Sechste Ausführungsform

Ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit einem Stator und einem Rotor bildet einen repräsentativen Synchronmotor. Der Stator des Permanentmagnet-Synchronmotors, der in eine zylinderförmige, hüllenähnliche Gestalt konfiguriert ist, besitzt einen Statorkern und Wicklungen. Der Rotor, der als eine zylinderförmige Säulengestalt konfiguriert ist, besitzt einen Rotorkern und Permanentmagnete. Ein Spalt zwischen der inneren Zylinderfläche des Statorkernes und der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes ist allgemein in den Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm eingestellt, und zwar unter Berücksichtigung des Flusses des Magnetflusses zwischen dem Rotor und dem Stator.
Der Rotor enthält eine Gesamtzahl von k (z. B. zwei bis vier) Permanentmagnete, die in dem Rotorkern dicht an einer äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert sind und in vorbestimmten Winkelteilungen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Eine Gesamtzahl von k Magnetaufnahmelöchern ist in dem Rotorkern ausgebildet, um die Permanentmagnete getrennt aufzunehmen. Die Magnetaufnahmelöcher, die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken, sind in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet. Eine Gesamtzahl von 2k magnetlosen Löchern sind in dem Rotorkern ausgebildet, um keine Permanentmagnete aufzunehmen. Die magnetlosen Löcher erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes und sind durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem der k Magnetaufnahmelöcher ausgebildet. Ein Paar von Brücken ist zwischen der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes und den magnetlosen Löchern vorgesehen, die an beiden Umfangsenden von jedem Magnetaufnahmeloch positioniert sind. Wenn man in einer quer verlaufenden Querschnittsansicht blickt oder auch in einer Endansicht blickt, ist jedes der Magnetaufnahmelöcher in einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des Rotorkernes länglich gestaltet. Ein Paar der magnetlosen Löcher ist durchgehend an beiden Umgangsenden eines zugeordneten Magnetaufnahmeloches ausgebildet.
Die Querschnittsgestalt von jedem magnetlosen Loch ist eine rechtwinklige Gestalt mit einer Hypotenuse, die sich entlang der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes erstreckt. Ein Bodenrand des magnetlosen Loches, einer der verbleibenden Ränder, ist durchgehend mit der Bodenwand des zugeordneten Magnetaufnahmeloches ausgebildet. Ein Seitenrand oder Seitenkante des magnetlosen Loches, der anderen der verbleibenden Ränder oder Kanten, verläuft gemeinsam mit der Seitenwand des zugeordneten Magnetaufnahmeloches. In bevorzugter Weise sind die Permanentmagnete als Seltene-Erde-Magnete ausgeführt.
Eine Gesamtzahl von k ersten Magnetpolabschnitten mit einer ersten Polarität sind an der radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes positioniert. Eine Gesamtzahl von k zweiten Magnetpolabschnitten, welche eine zweite Polarität besitzen, sind zwischen irgendwelchen zwei der magnetlosen Löcher, die zueinander nächstliegend angeordnet sind, entlang der Umfangsrichtung der äußeren Umfangszone des Rotorkernes positioniert. Es sind somit eine Gesamtheit von 2k Magnetpolabschnitten abwechselnd entlang der Umfangsrichtung des Rotorkernes vorgesehen.
Im allgemeinen gilt, je dünner die Dicke von jeder Brücke ist, desto geringer ist die Leckage des magnetischen Flusses. Vom Standpunkt der Herstellung und der Festigkeitseinschränkungen her gibt es jedoch eine Grenze hinsichtlich der Reduzierung der Dicke der jeweiligen Brücken. Demzufolge wird vom Gesichtspunkt der Erzielung einer ausreichenden Spaltmagnetflußdichte zum Sichern eines erforderlichen Drehmoments die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für eine Optimierung der Dicke der jeweiligen Brücken in Relation zu dem Spalte zwischen dem Stator und dem Rotor ausgelegt.
Fig. 14 zeigt einen Graphen, der das Spaltmagnetflußdichteverhältnis in Relation zu dem Verhältnis t/Lg zeigt, worin t die Dicke der Brücke angibt und Lg den Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor bezeichnet. Die Dicke t der Brücke bildet einen radialen Spielraum zwischen den magnetlosen Löchern und der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes. Das Verhältnis t/Lg wird mit zunehmender Dicke der jeweiligen Brücken groß und wird mit Reduzierung der Dicke der Brücken klein. Das Spaltmagnetflußdichteverhältnis ist die normierte Dichte des Magnetflusses, der durch den Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor verläuft.
Wenn die Dicke t der Brücken gleich ist dem Spalt Lg zwischen den magnetlosen Löchern und der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes (das heißt t/Lg = 1), erreicht das Spaltmagnetflußdichteverhältnis den Wert 1. Fig. 14 zeigt das Spaltmagnetflußdichteverhältnis in Relation zu der Änderung von t/Lg. Wenn das Verhältnis t/Lg gleich ist 3, liegt das Spaltmagnetflußdichteverhältnis bei angenähert 0,79. Auf Grund der Herstellungs- und Festigkeitseinschränkungen kann das Verhältnis t/Lg nicht auf einen kleinen Wert weniger als 0,5 reduziert werden. In einem Fall, bei dem das Verhältnis t/Lg klein ist (z. B. 0,5 oder weniger), nimmt der Spalt Lg relativ zu. Damit nimmt dann die Spaltmagnetflußdichte ab. Im Gegensatz dazu nimmt in einem Fall, bei dem das Verhältnis t/Lg groß ist (z. B. 3 oder mehr) die Lecke des Magnetflusses in den Brücken relativ zu.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß zur Sicherung eines zufriedenstellenden Spaltmagnetflußdichteverhältnisses es zu bevorzugen ist, daß das Verhältnis t/Lg (das heißt das Verhältnis der Dicke von jeder Brücke zu dem Spalt zwischen dem Rotorkern und dem Stator) in dem Bereich von 0,5 bis 3 liegt.
Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mehr in Einzelheiten unter Hinweis auf die Fig. 12 und 13 erläutert.
Der Permanentmagnet-Synchronmotor (bürstenloser Motor), der in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, enthält einen Stator 310 und einen Rotor 320. Der Stator 310 enthält einen Statorkern 311 und Statorwicklungen 317. Der Statorkern 311 besitzt eine hülsenähnliche Gestalt mit einem Außendurchmesser von angenähert 85 mm und einem Innendurchmesser von angenähert 51 mm. Eine Vielzahl von Wicklungseinführlöchern 312, von denen sich jedes in der axialen Richtung von einer Endfläche zu der anderen Endfläche des Stators 310 erstreckt, ist in dem Stator 310 vorgesehen, so daß diese in vorbestimmten Winkelteilungen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Zahlreiche Zähne 313 sind zwischen benachbarten Wicklungseinführlöchern 312 vorgesehen. Die jeweiligen Wicklungseinführlöcher 312 besitzen die gleiche Weite in der Umfangsrichtung und nehmen die Statorwicklungen 317 auf.
Der Rotor 320 enthält einen Rotorkern 321 und Permanentmagnete 330. Der Rotorkern 321 besitzt eine säulenförmige Gestalt mit einem Außendurchmesser von angenähert 50 mm. Eine Gesamtheit von drei Permanentmagnetaufnahmelöchern 322, von denen sich jedes in der axialen Richtung von einer Endfläche zu der anderen Endfläche des Rotorkernes 321 erstreckt, sind in dem Rotorkern 321 ausgebildet, so daß in vorbestimmten Winkelteilungen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Wenn man in einer quer verlaufenden Querschnittsansicht blickt, so ist jedes der Magnetaufnahmelöcher 322 in einer flachen rechteckförmigen Gestalt konfiguriert, und zwar länglich in einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des Rotorkernes 321. Mit anderen Worten ist jedes Magnetaufnahmeloch 322 auf einer Kreissehne eines Kreises entsprechend der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes 321 angeordnet.
Ein Paar von magnetlosen Löchern 325 (im folgenden als Leerlöcher bezeichnet) ist durchgehend an beiden Umfangsenden eines zugeordneten Magnetaufnahmeloches 322 ausgebildet. Ein leicht gestufter Abschnitt ist zwischen der Bodenkante des Leerloches 325 und der radial innen liegenden Hauptebene des zugeordneten Magnetaufnahmeloches 322 vorgesehen. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Gesamtheit von drei Magnetaufnahmelöchern 322 in gleichen Winkelteilungen 120 (= 360/3) Grad ausgebildet.
Die Querschnittsgestalt von jedem Leerloch 325, und zwar entlang einer Ebene senkrecht zur Achse des Rotorkernes 321 genommen, bildet ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck. Eine Bodenwand 326a des Leerloches 325 ist durchgehend mit der Bodenwand 323a des Magnetaufnahmeloches 322 ausgebildet und erstreckt sich dicht bei der äußeren Zylinderfläche 324 des Rotorkernes 321. Eine Seitenwand 326b des Leerloches 325 stimmt mit einer Seitenwand 323b des Magnetaufnahmeloches 322 überein. Eine Hypotenuse 326c des Leerloches 325 erstreckt sich entlang der äußeren Zylinderfläche 324 des Rotorkernes 321. Als ein Ergebnis ist eine dünne Brücke 328 mit einer einheitlichen Dicke zwischen jedem Leerloch 325 und der äußeren Zylinderoberfläche 324 des Rotorkernes 321 ausgebildet.
Eine Gesamtzahl von drei Permanentmagneten 330, von denen jeder in einer dünnen rechteckförmigen Plattengestalt konfiguriert ist und einen S-Pol an einer radial innen liegenden Fläche und einen N-Pol an einer radial außen liegenden Fläche aufweist, ist in den jeweiligen Magnetaufnahmelöchern 322 aufgenommen. Eine Gesamtzahl von drei ersten Magnetpolabschnitten 331 mit einer ersten Polarität sind hier realisiert. In jedem der ersten Magnetpolabschnitte 331 dient die radial außen liegende Zone des Rotorkernes 321 außerhalb des Magnetaufnahmeloches 322 als N-Pol, während die radial innen liegende Zone des Rotorkernes 321 innerhalb des Magnetaufnahmeloches 322 als S-Pol dient. Eine Gesamtzahl von drei zweiten Magnetpolabschnitten 334, die eine zweite Polarität besitzen, ist zwischen zwei benachbarten ersten Magnetpolabschnitten 331 ausgebildet. Jeder der zweiten Magnetpolabschnitte 334, die als S-Pol dienen, ist zwischen irgendwelchen zwei der Leerlöcher 325 positioniert, die nächstliegend zueinander angeordnet sind, und zwar entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone (das heißt einem vorspringenden Abschnitt 332 des Rotorkernes 321).
Ferner beträgt die umfangsmäßige Größe W1 des ersten Magnetpolabschnitts 331 das 1,1-fache einer umfangsmäßigen Größe W2 des zweiten Magnetpolabschnitts 334. Die umfangsmäßige Größe W2 des zweiten Magnetpolabschnitts 334 ist gleich der Breite oder Weite des vorspringenden Abschnitts 332, und zwar spezifisch ausgedrückt gleich einem Abstand zwischen zwei Leerlöchern 325, die zueinander nächstliegend an beiden Umfangsenden des zweiten Magnetpolabschnitts 334 angeordnet sind.
Ein Spalt 336 ist zwischen einer inneren Zylinderfläche 314 des Statorkernes 311 und der äußeren Zylinderoberfläche 324 des Rotorkernes 321 vorgesehen. Die Dicke des Spaltes 336, das heißt die radiale Größe des Spaltes 336 ist in der Umfangsrichtung konstant und auch in der axialen Richtung konstant, und ist im wesentlichen gleich der Dicke der Brücke 328.
Der Magnetfluß des Rotors 320 verläuft aus dem N-Pol der jeweiligen ersten Magnetpolabschnitte 331 heraus und tritt in die S-Pole der jeweils zweiten Magnetpolabschnitte 334 ein. Ein Magnetpolsensor (nicht gezeigt) detektiert den Magnetpol des Rotors 320. Wenn der Wicklung 317 des Stators 310 Strom zugeführt wird, die dem detektierten Magnetpol entspricht, dreht sich der Rotor 320 auf Grund der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Strom, der in der Wicklung 317 fließt, und dem Magnetfluß des Permanentmagneten 330.
Wie oben beschrieben ist, ist bei dieser Ausführungsform die Dicke von jeder Brücke 328 im wesentlichen gleich der radialen Größe des Spaltes 336. Die umfangsmäßige Länge des ersten Magnetpolabschnitts 331 ist länger als die umfangsmäßige Länge des zweiten Magnetpolabschnitts 334. Die sechste Ausführungsform erreicht die folgenden Wirkungen.
Zuallererst wird es bei dem Rotorkern 321 möglich, ein Lecken des Magnetflusses über die Brücken 328 an beiden Umfangsenden von jedem Magnetaufnahmeloch 322 zu unterdrücken, da die Dicke der Brücke 328 auf einen Wert reduziert ist, der angenähert identisch ist mit der Größe des Spaltes 336, so daß der Magnetfluß, der über die Brücke 328 fließt, gesättigt sein kann.
Zweitens ist es einfach, die Brücke 328 mit einer gewünschten Dicke auszubilden, da ein Paar von Leerlöchern 325, von denen jedes eine Querschnittsgestalt eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks besitzt, durchgehend mit dem Magnetaufnahmeloch 322 an beiden umfangsmäßigen Enden desselben ausgebildet ist und da die Hypotenuse von jedem Leerloch 325 sich entlang der äußeren Zylinderoberfläche 324 des Rotorkernes 321 erstreckt. Die Höhe der Seitenwand 326b von jedem Leerloch 325, das heißt die radiale Größe des Leerloches 325 ist ziemlich größer als die Höhe der Seitenwand 323b des Magnetaufnahmeloches 322. Diese Anordnung hat als Wirkung, daß der Magnetfluß an einem Lecken in den Leerhohlraum 325 an beiden Enden der Permanentmagnete 332 hinein unterdrückt wird.
Drittens können die Eigenschaften des Rotors 320 speziell hinsichtlich des Abgleiches der Magnetflußstärke in den ersten und den zweiten Magnetpolabschnitten 331 und 334 verbessert werden, da die umfangsmäßige Länge W1 des ersten Magnetpolabschnitts 331 geringfügig länger ist als die umfangsmäßige Länge W2 des zweiten Magnetpolabschnitts 334.
Obwohl schließlich lediglich drei Permanentmagnete in dem Rotor 320 dieser Ausführungsform aufgenommen sind, ist es möglich, die Magnetflußdichte zu erhalten, die durch einen herkömmlichen Rotor erzielt werden kann, der sechs Permanentmagnete aufnimmt. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Zahl der erforderlichen Permanentmagnete auf einen halben Wert zu reduzieren. Die Herstellungskosten können ausgeprägt reduziert werden. Wenn die umfangsmäßige Länge W1 des ersten Magnetpolabschnitts 331 kürzer ist als die umfangsmäßige Länge W2 des zweiten Magnetpolabschnitts 334, nimmt die Magnetflußgröße des ersten Magnetpolabschnitts 331 ab und demzufolge werden die Motoreigenschaften verschlechtert.
Wie oben beschrieben ist, sind bei einem magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dünne Brücken zwischen der äußeren Zylinderoberfläche des Rotors und den magnetlosen Löchern ausgebildet die durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem Magnetaufnahmeloch des Rotors vorgesehen sind. Diese Anordnung ist effektiv darin, um den Magnetfluß an einem Lecken über die Brücken in der Umfangsrichtung zu hindern bzw. dieses Lecken zu unterdrücken. Demzufolge fließt nahezu die Gesamtheit des Magnetflusses effektiv von dem Rotor zu dem Stator und umgekehrt. Die Rotoreigenschaften können verbessert werden.
Gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt jedes der Brückenteile eine einheitliche Dicke in der Umfangsrichtung und der Magnetfluß ist in jeder Brücke gesättigt. Dies ist insofern vorteilhaft, um zu verhindern, daß der Magnetfluß über die Brücken verläuft. Ferner ist gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Querschnittsgestalt der jeweiligen magnetlosen Löcher eine rechtwinklige Dreiecksgestalt, bei der die Hypotenuse sich entlang der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes erstreckt. Dies ist hinsichtlich einer einfachen Herstellung der Brücken mit einer vorbestimmten Dicke vorteilhaft. Ferner ist gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Umfangsgröße des ersten Magnetpolabschnitts größer als die Umfangsgröße des zweiten Magnetpolabschnitts. Dies ist beim Abgleich der Magnetflußstärke der ersten Magnetpolabschnitte mit der ersten Polarität mit der Magnetflußstärke der zweiten Magnetpolabschnitte, welche die zweite Polarität haben, vorteilhaft. Es können die Rotoreigenschaften verbessert werden.

Siebte Ausführungsform

Fig. 15 zeigt eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im wesentlichen äquivalent einer Kombination der oben beschriebenen ersten Ausführungsform mit der oben beschriebenen vierten oder fünften Ausführungsform ist.
Spezifischer gesagt, enthält der magnetsparende Rotor, der in Fig. 15 gezeigt ist, einen Rotorkern 401, der aus Weicheisen hergestellt ist, und enthält eine Gesamtzahl von drei Permanentmagneten 402. Der Rotorkern 401 enthält die gleiche Anzahl von (das heißt drei) Permanentmagnetaufnahmelöchern 403 für eine getrennte Aufnahme der Permanentmagnete 402. Die jeweiligen Permanentmagnetaufnahmelöcher 403 erstrecken sich in einer axialen Richtung des Rotorkernes 401 und sind in gleichen Winkelteilungen von 120° angeordnet. Ferner enthält der Rotorkern 401 eine Gesamtzahl von sechs Leerlöchern (das heißt magnetlosen Löchern) 404, um keine Permanentmagnete aufzunehmen. Die jeweiligen Leerlöcher 404 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 401 und sind an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher 403 positioniert. Die Leerlöcher 404 sind durchgehend mit den zugeordneten Magnetaufnahmelöchern 403 ausgebildet, so daß kein Kernabschnitt zwischen den Leerlöchern 404 und den Magnetaufnahmelöchern 403 vorhanden ist.
Ein erster Magnetpolabschnitt 404 mit einer ersten Polarität ist an der radialen Außenseite von jedem Magnetaufnahmeloch 403 in einer äußeren Umfangszone des Rotorkernes 401 positioniert. Die erste Polarität (z. B. S-Pol) wird durch den Permanentmagneten 402 geliefert, der in dem Magnetaufnahmeloch 403 installiert ist. Ein zweiter Magnetpolabschnitt 406 mit einer zweiten Polarität (z. B. N-Pol) ist entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 401 positioniert, wobei keine Permanentmagnete zwischen irgendwelchen zwei Leerlöchern 404, die nächstliegend zueinander angeordnet sind, vorhanden sind. Eine Vielzahl von Grenzzonen 407 ist zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 405 und den zweiten Magnetpolabschnitten 406 vorgesehen.
Gemäß der in Fig. 15 gezeigten Anordnung ist ein Zwei-Pol-Teilungswinkel θn gleicher einer Summe aus einem Sektorwinkel θ1, der durch den ersten Magnetpolabschnitt 405 belegt ist, einem Sektorwinkel 62, der durch den zweiten Magnetpolabschnitt 406 belegt ist, und dem Zweifachen eines Sektorwinkels θ0 gebildet, der durch die Grenzzone 407 belegt ist. Die Gesamtheit des Sektorwinkels θ0 wird im wesentlichen durch das Leerloch 404 belegt, welches in der Grenzzone 407 gelegen ist. Bei dieser Ausführungsform ist jeder Sektorwinkel als ein Zentrumswinkel von irgendeinem Sektor definiert, der um das axiale Zentrum des Rotorkernes 401 ausgebildet ist (das heißt dem axialen Zentrum eines Drehwellenloches 410, in welches eine Rotorwelle gemäß einem Preßsitz eingesetzt ist.
Die Permanentmagnete 402 dieser Ausführungsform sind als Seltene-Erde-Magnete ausgeführt. Der Sektorwinkel θ1, der durch den ersten Magnetpolabschnitt 405 belegt ist, ist gleich dem Sektorwinkel θ2, der durch den zweiten Magnetpolabschnitt 406 belegt ist. Ferner liegt ein Verhältnis (θ0/θn) aus dem Sektorwinkel θ0, der durch jedes Leerloch 404 belegt ist, zu dem Zwei-Pol-Teilungswinkel θn bei 0,065.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist, besitzt jeder Permanentmagnet 402 eine flache rechteckförmige Gestalt mit vier Ecken. Der Sektorwinkel θ1 ist ein Winkel, der zwischen zwei Linien gebildet ist, die ihren Ursprung in dem zentralen Zentrum des Rotorkernes 401 haben und die zwei radiale äußere Ecken des rechteckförmigen Permanentmagnetes 402 durchlaufen. Ein Spielraum, der zwischen dem Leerloch 404 und der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes 401 vorgesehen ist, ist so dünn wie möglich ausgebildet, und zwar innerhalb der Einschränkungen zur Sicherstellung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit für den Rotorkern 401.
Der Sektorwinkel θ2 ist ein Winkel, der zwischen zwei Linien gebildet ist, die ihren Ursprung an dem axialen Zentrum des Rotorkernes 401 haben und durch die Ränder oder Kanten der Leerlöcher 404 verlaufen, die in den Grenzzonen 407 positioniert sind.
Gemäß dem oben beschriebenen Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp kann die magnetische Flußdichte in dem Stator- /Rotorspalt verbessert werden. Die Motorausgangsleistung wird erhöht.
Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform eine Gesamtzahl von fünf Leerlöchern (das heißt magnetlosen Löchern) 412 dicht an der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes 401 ausgebildet, so daß diese in der Umfangsrichtung in jedem zweiten Magnetpolabschnitt 406 angeordnet sind. Ein vorbestimmter Spalt g ist zwischen zwei benachbarten Leerlöchern 412 vorgesehen. Der Querschnitt des jeweiligen Leerloches 412 hat eine längliche Gestalt, die sich in der radialen Richtung erstreckt.
Jeweilige Leerlöcher 412 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 401. Ein Spalt g' ist zwischen dem äußersten Leerloch 412 in dem zweiten Magnetpolabschnitt 406 und ein Leerloch 404 in der Grenzzone 407 positioniert. Der Spalt g' ist größer als der oben beschriebene Spalt g. Die Leerlöcher 412 sind dicht an der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes 401 vorgesehen.
Wie bereits bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist diese Anordnung zum Unterdrücken der Reduzierung des q-Achsenstromflusses wirksam, der erforderlich ist, um das Reluktanzdrehmoment zu erzeugen. Die Leerlöcher 412 haben die Funktion, den ungültigen oder reaktiven Fluß zu reduzieren und auch die Leckinduktivität zu reduzieren, den Eisen- oder Kernverlust zu reduzieren und auch die Ankerreaktion. Es braucht kaum erwähnt zu werden, daß die Zahl der Leerlöcher 412 und die Querschnittskonfiguration der jeweiligen Löcher 412 auf verschiedenste Weise modifiziert werden können.
Wie oben beschrieben ist, schafft die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen magnetsparenden Rotor für einen Synchronmotor, der einen Rotorkern 401 und eine Gesamtzahl von k Permanentmagneten 402 enthält, die in dem Rotorkern 401 dicht an der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes 401 installiert sind. Der Rotorkern 401 enthält eine Gesamtzahl von k Magnetaufnahmelöchern 403, die in dem Rotorkern 401 ausgebildet sind, um getrennt die Permanentmagnete 402 aufzunehmen, so daß sie sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 401 erstrecken und in gleichen Winkelteilungen von θn (= 3601k Grad) angeordnet sind. Eine Gesamtzahl von 2k magnetlosen Löchern 404 sind in dem Rotorkern 401 ausgebildet, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, so daß sie sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 401 erstrecken und durchgehend an beiden Umfangsenden der k Magnetaufnahmelöcher 403 positioniert sind.
Die ersten Magnetpolabschnitte 405 mit der ersten Polarität sind an der radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher 403 in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 401 positioniert. Die zweiten Magnetpolabschnitte 406 mit der zweiten Polarität, die von der ersten Polarität verschieden ist, sind ohne Permanentmagnete zwischen irgendwelchen zwei der magnetlosen Löcher 404, die nächstliegend zueinander angeordnet sind, entlang der Umfangsrichtung in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes 401 positioniert.
Zusätzliche magnetlose Löcher, die sich in der axialen Richtung in der Nachbarschaft der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes 401 erstrecken, sind in den zweiten Magnetpolabschnitten 406 vorgesehen.
Der Sektorwinkel, der durch jedes der magnetlosen Löcher 404 belegt ist, die durchgehend an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher 403 positioniert sind, ist gleich θ0 (= 0,5 (θn-θ1-θ2)), worin θ1 den Sektorwinkel angibt, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte 405 belegt ist, θ2 den Sektorwinkel angibt, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte 406 belegt wird, und θ0 den Sektorwinkel bedeutet, der durch die Grenzzone 407 belegt wird, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten 405 und den zweiten Magnetpolabschnitten 406 zwischengefügt ist.
Das Verhältnis (θ2/θ1) aus dem Sektorwinkel θ2, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte 406 belegt ist, zu dem Sektorwinkel θ1, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte 405 belegt ist, bewegt sich in dem Bereich von 0,9 bis 1,1.
Die Permanentmagnete 402 dieser Ausführungsform sind als Seltene-Erde-Magnete ausgeführt.
Ferner liegt das Verhältnis (θ0/θn) aus dem Sektorwinkel θ0, der durch jedes Leerloch 404 belegt ist, zu dem Zwei-Pol-Teilungswinkel θn in dem Bereich von 0,05 bis 0,125.

Achte Ausführungsform

Eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen äquivalent einer Kombination aus der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform und der oben beschriebenen vierten oder fünften Ausführungsform.
Mit anderen Worten unterscheidet sich die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der oben beschriebenen siebten Ausführungsform lediglich darin, daß die Leerlöcher 412 mit einer Korbverdrahtung ausgestattet sind die durch Aluminiumformgußformen hergestellt wird. Dies schafft die Möglichkeit, das Erzeugen des Induktionsmoments zu unterdrücken und zu verhindern, daß der Motor in einen verzerrten oder nicht synchronen Zustand gelangt.

Neunte Ausführungsform

Fig. 16 zeigt eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im wesentlichen äquivalent einer Kombination aus der oben beschriebenen dritten Ausführungsform mit der oben beschriebenen vierten oder fünften Ausführungsform ist.
Mit anderen Worten unterscheidet sich die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der oben beschriebenen siebten Ausführungsform darin, daß Leerlöcher 412' in einer vorbestimmten Matrixgestalt oder Matrixmuster mit zwei Zeilen, die sich in der radialen Richtung erstrecken, und sieben Reihen, die sich in der Umfangsrichtung des Rotorkernes 401 erstrecken, angeordnet sind. Die jeweiligen Leerlöcher 412' erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 401. Bei dieser Anordnung kann sowohl der magnetische Pfad zum Hindurchlassen der Magnetflüsse als auch der magnetische Pfad zum Hindurchlassen der q-Achsenstromflüsse in adäquater Weise ausgebildet werden.

Zehnte Ausführungsform

Fig. 17 zeigt eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im wesentlichen äquivalent einer Kombination aus der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform ist.
Spezifischer ausgedrückt, enthält der Rotor 520 einen Rotorkern 521 und Permanentmagnete (das heißt Seltene-Erde-Magnete) 530. Eine Gesamtzahl von drei Permanentmagnetaufnahmelöchern 422, von denen sich jedes in der axialen Richtung von einer Endfläche zu der anderen Endfläche des Rotorkernes 421 erstreckt, sind in dem Rotorkern 521 so ausgebildet, daß sie in vorbestimmten Winkelteilungen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Wenn man in einer quer verlaufenden Querschnittsansicht blickt, ist jedes der Magnetaufnahmelöcher 522 in einer flachen rechteckförmigen Gestalt konfiguriert, die in einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des Rotorkernes 521 länglich ist. Mit anderen Worten ist jedes Magnetaufnahmeloch 522 auf einer Kreissehne eines Kreises angeordnet, welcher der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes 521 entspricht.
Ein Paar von Leerlöchern (das heißt magnetlosen Löchern) 525 ist durchgehend an beiden Umfangsenden eines zugeordneten Magnetaufnahmeloches 522 ausgebildet. Ein geringfügig gestufter Abschnitt ist zwischen dem Bodenrand des Leerloches 525und einer radial innen liegenden Hauptebene des zugeordneten Magnetaufnahmeloches 522 vorgesehen. Gemäß der Ausführungsform ist eine Gesamtzahl von drei Magnetaufnahmelöchern 522 in gleichen Winkelteilungen 120 (= 360/3) Grad ausgebildet.
Die Querschnittsgestalt von jedem Leerloch 525, und zwar entlang einer Ebene senkrecht zur Achse des Rotorkernes 521, bildet ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck. Eine Bodenwand 526a des Leerloches 525 ist durchgehend mit der Bodenwand 523a des Magnetaufnahmeloches 522 ausgebildet und erstreckt sich dicht zu der äußeren Zylinderoberfläche 524 des Rotorkernes 521. Eine Seitenwand 526b des Leerloches 525 stimmt mit einer Seitenwand 523b des Magnetaufnahmeloches 522 überein. Eine Hypotenuse 526c des Leerloches 525 erstreckt sich entlang der äußeren Zylinderfläche 524 des Rotorkernes 521. Als ein Ergebnis ist eine dünne Brücke 528 mit einer einheitlichen Dicke zwischen jedem Leerloch 525 und der äußeren Zylinderoberfläche 524 des Rotorkernes 521 ausgebildet.
Eine Gesamtzahl von drei Permanentmagneten 520, von denen jeder in einer dünnen rechteckförmigen Plattengestalt konfiguriert ist, mit einem S-Pol an einer radial innen liegenden Fläche und einem N-Pol an einer radial außen liegenden Fläche, sind in jeweiligen Magnetaufnahmelöchern 522 aufgenommen. Eine Gesamtzahl von drei ersten Magnetpolabschnitten 531 mit einer ersten Polarität sind ausgebildet. In jedem der ersten Magnetpolabschnitte 531 dient die radial äußere Zone des Rotorkernes 521 außerhalb des Magnetaufnahmeloches 522 als N-Pol, während die radial innen liegende Zone des Rotorkernes 521 innerhalb des Magnetaufnahmeloches 522 als S-Pol dient. Eine Gesamtzahl von drei zweiten Magnetpolabschnitten 534 mit einer zweiten Polarität sind zwischen zwei benachbarten ersten Magnetpolabschnitten 531 ausgebildet. Jeder der zweiten Magnetpolabschnitte 534, der als S-Pol dient, ist zwischen irgendwelchen zwei der Leerlöcher 525, die zueinander nächstliegend entlang der Umfangsrichtung in der äußeren peripheren Zone des Rotorkernes 521 angeordnet sind, positioniert.
Ferner ist eine Umfangsgröße W1 des ersten Magnetpolabschnitts 531 um das 1,1- fache größer als eine Umfangsgröße W2 des zweiten Magnetpolabschnitts 534. Die Umfangsgröße W2 des zweiten Magnetpolabschnitts 534 ist gleich einem Abstand zwischen zwei Leerlöchern 525, die zueinander nächstliegend an beiden Umfangsenden des zweiten Magnetpolabschnitts 534 angeordnet sind.
Ein Spalt 536 ist zwischen einer inneren Zylinderfläche 514 eines Statorkernes 511 eines Stators 510 und der Außenzylinderfläche 524 des Rotorkernes 521 vorgesehen. Die Dicke oder Weite des Spaltes 536, das heißt die radiale Größe des Spaltes 536 ist in der Umfangsrichtung konstant und auch in der axialen Richtung konstant und ist im wesentlichen gleich der Dicke der Brücke 528.
Wie oben beschrieben ist, ist gemäß dieser Ausführungsform die Dicke von jeder Brücke 528 im wesentlichen gleich der radialen Größe des Spaltes 536. Die umfangsmäßige Länge des ersten Magnetpolabschnitts 531 ist größer als die umfangsmäßige Länge des zweiten Magnetpolabschnitts 534.
Ferner sind gemäß dieser Ausführungsform eine Gesamtheit von fünf Leerlöchern (das heißt magnetlosen Löchern) 540 dicht an der äußeren Zylinderfläche 524 des Rotorkernes 521 ausgebildet, so daß sie in der Umfangsrichtung in jedem zweiten Magnetpolabschnitt 534 angeordnet sind. Ein vorbestimmter Spalt g ist zwischen zwei benachbarten Leerlöchern 540 vorgesehen. Der Querschnitt der jeweiligen Leerlöcher 540 besitzt in der radialen Richtung eine längliche Gestalt, wobei eine radiale Größe länger ist als eine Umfangsgröße.
Die jeweiligen Leerlöcher 540 erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 521. Ein Spalt g' ist zwischen dem äußersten Leerloch 540 in dem zweiten Magnetpolabschnitt 53 vorgesehen und ein Leerloch 525 ist durchgehend mit dem Magnetaufnahmeloch 522 ausgebildet. Der Spalt g' ist größer als der oben beschriebene Spalt g. Die Leerlöcher 540 sind dicht an der äußeren Zylinderfläche 524 des Rotorkernes 521 vorgesehen.
Um gemäß dieser Ausführungsform ein zufriedenstellendes Spaltmagnetflußdichteverhältnis sicherzustellen, ist es zu bevorzugen, daß das Verhältnis t/Lg (das heißt das Verhältnis aus der Dicke von jeder Brücke zu dem Spalt zwischen dem Rotorkern und dem Stator) in dem Bereich von 0,5 bis 3 liegt.
In Verbindung mit dem Rotorkern 521 wird es möglich, das Lecken des Magnetflusses über die Brücken 528 an beiden Umfangsenden von jedem Magnetaufnahmeloch 522 zu unterdrücken, da die Dicke der Brücke 528 auf einen Wert reduziert ist, der angenähert identisch mit der Größe des Stator-/Rotorspaltes 536 ist, so daß der Magnetfluß, der über die Brücke 528 verläuft, gesättigt sein kann.
Es ist einfach, die Brücken 528 mit einer gewünschten Dicke herzustellen, da ein Paar der Leerlöcher 525, von denen jedes eine Querschnittsgestalt gemäß einem rechtwinkligen und gleichschenkligen Dreieck besitzt, durchgehend mit dem Magnetaufnahmeloch 522 an beiden Umfangsenden desselben ausgebildet ist, und da die Hypotenuse von jedem Leerloch 525 sich entlang der Außenzylinderfläche 524 des Rotorkernes 521 erstreckt. Die Höhe der Seitenwand 526b von jedem Leerloch 525, das heißt die radiale Größe des Leerloches 525 ist ziemlich größer als die Höhe der Seitenwand 523b des Magnetaufnahmeloches 522. Diese Anordnung bringt die Wirkung mit sich, daß der Magnetfluß an einem Lecken in den leeren Hohlraum 525 an beiden Enden der Permanentmagnete 530 hinein unterdrückt wird.
Die Eigenschaften des Rotors 520 können speziell hinsichtlich des Abgleiches der Magnetflußstärke in dem ersten und dem zweiten Magnetpolabschnitt 531 und 534 verbessert werden, da die umfangsmäßige Länge W1 des ersten Magnetpolabschnitts 531 geringfügig länger ist als die umfangsmäßige Länge W2 des zweiten Magnetpolabschnitts 534.

Elfte Ausführungsform

Eine elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen äquivalent mit einer Kombination aus der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform und der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform.
Mit anderen Worten unterscheidet sich die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der oben beschriebenen zehnten Ausführungsform lediglich dadurch, daß die Leerlöcher 540 mit einer Korbverdrahtung ausgestattet sind, die durch Aluminiumformgießen hergestellt ist. Dies schafft die Möglichkeit, die Erzeugung des Induktionsmomentes zu unterdrücken und zu verhindern, daß der Motor in einen disorientierten oder nicht synchronen Zustand gelangt.

Zwölfte Ausführungsform

Fig. 18 zeigt eine zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im wesentlichen äquivalent einer Kombination aus der oben beschriebenen dritten Ausführungsform mit der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform ist.
Mit anderen Worten unterscheidet sich die zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch von der oben beschriebenen zehnten Ausführungsform, daß die Leerlöcher 540' in einem vorbestimmten Matrixmuster angeordnet sind, und zwar mit zwei Zeilen, die sich in der radialen Richtung erstrecken, und mit sieben Reihen, die sich in der Umfangsrichtung des Rotorkernes 521 erstrecken. Die jeweiligen Leerlöcher 540' erstrecken sich in der axialen Richtung des Rotorkernes 521. Bei dieser Anordnung können sowohl der Magnetpfad zum Hindurchlassen der Magnetflüsse als auch der Magnetpfad zum Hindurchlassen der q-Achsenstromflüsse in angemessener Weise ausgebildet werden.
Obwohl die Erfindung in Einzelheiten dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorangegangene Beschreibung in allen Aspekten lediglich als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu interpretieren. Es sei daher darauf hingewiesen, daß zahlreiche andere Abänderungen und Variationen realisiert werden können, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp, mit:
einem Rotorkern (40) mit einer äußeren Zylinderfläche, die einer inneren Zylinderfläche eines Stators (3) gegenüber liegt; und
einer Vielzahl an Permanentmagneten (42), die in dem Rotorkern (40) dicht an der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes installiert sind und in vorbestimmten Winkelteilungen in der Umfangsrichtung des Rotorkernes angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
alle die Permanentmagnete (42) in einer solchen Weise magnetisiert sind, daß die Richtung der Magnetisierung die gleiche ist, wenn man in der radialen Richtung blickt.

2. Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp nach Anspruch 1, bei dem die Permanentmagnete (42) als Seltene-Erde-Magnet ausgeführt sind.

3. Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Rotorkern (40) eine Vielzahl an magnetlosen Löchern (44) aufweist, die sich in der axialen Richtung in der Nachbarschaft der äußeren Zylinderfläche des Rotorkernes (40) erstrecken, so daß sie zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten (42) zwischengefügt sind.

4. Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp nach Anspruch 3, bei dem jedes der magnetlosen Löcher (44) eine längliche Querschnittsgestalt aufweist, wobei die radiale Größe länger ist als eine Umfangsgröße.

5. Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem die magnetlosen Löcher (44) eine Korbverdrahtung (basket-type wiring) aufnehmen.

6. Permanentmagnetrotor für eine elektrische Rotationsmaschine vom Innenrotortyp nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die magnetlosen Löcher (44) in einem vorbestimmten Matrixmuster angeordnet sind, bei dem sich eine Vielzahl von Zeilen und Reihen in der Umfangsrichtung und in der radialen Richtung erstrekken.

7. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor, mit:
einem Rotorkern (101), und
einer Gesamtzahl von k Permanentmagneten (102), die in dem Rotorkern dicht an der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (101) installiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotorkern (101) folgendes aufweist:
eine Gesamtzahl von k Magnetaufnahmelöchern (103), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um die Permanentmagnete (102) getrennt aufzunehmen, und die sich in einer axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet sind;
eine Gesamtzahl von 2k magnetlosen Löchern (104), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, und die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und an beiden Umfangsenden der k Magnetaufnahmelöcher (103) positioniert sind;
erste Magnetpolabschnitte (105) mit einer ersten Polarität, die an einer radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher (103) in einer äußeren Umfangszone des Rotorkernes (101) positioniert sind; und
zweite Magnetpolabschnitte (106) mit einer zweiten Polarität, die zwischen irgendwelchen zwei der magnetlosen Löcher (104), welche nächstliegend zueinander entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, in der äußeren Umfangszone des Rotorkernes (101) positioniert sind,
wobei ein Sektorwinkel, der durch jedes der magnetlosen Löcher (104) belegt ist, die an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher (103) positioniert sind, gleich ist mit θ0 (= 0,5 (θn-θ1-θ2)),
worin θ1 einen Sektorwinkel bedeutet, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte (105) belegt ist, θ2 einen Sektorwinkel wiedergibt, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte (106) belegt ist, und θ0 einen Sektorwinkel wiedergibt, der durch jede von Grenzzonen (107) belegt ist, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten (105) und den zweiten Magnetpolabschnitten (106) dazwischen liegen.

8. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 7, bei dem ein Verhältnis (θ0/θn) aus dem Sektorwinkel θ0 zu dem Teilungswinkel θn in einem Bereich von 0,05 bis 0,125 liegt.

9. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem ein Verhältnis (θ2/θ1) aus dem Sektorwinkel θ2 zu dem Sektorwinkel θ1 in einem Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt.

10. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Permanentmagnete (102) als Seltene-Erde-Magnet ausgeführt sind.

11. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor, mit:
einem Rotorkern (201), und
einer Gesamtheit von k Permanentmagneten (202), die in dem Rotorkern dicht an einer äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (201) installiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotorkern (201) folgendes aufweist:
eine Gesamtheit von k Magnetaufnahmelöchern (203), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um die Permanentmagnete (202) getrennt aufzunehmen, und die sich in einer axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet sind;
eine Gesamtheit von 2k magnetlosen Löchern (204), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, und die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und an beiden Umfangsenden der k Magnetaufnahmelöcher (203) positioniert sind;
erste Magnetpolabschnitte (205) mit einer ersten Polarität, die an einer radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher (203) in einer äußeren Umfangszone des Rotorkernes (201) positioniert sind; und
zweite Magnetpolabschnitte (206) mit einer zweiten Polarität, die zwischen irgendwelchen zwei der magnetlosen Löcher (204), welche nächstliegend zueinander entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, in der äußeren peripheren Zone des Rotorkernes (201) positioniert sind,
wobei ein Verhältnis (θ2/θ1) aus einem Sektorwinkel θ2, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte (206) belegt ist, zu einem Sektorwinkel θ1, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte (205) besetzt ist, in einem Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt, und
ein Sektorwinkel θ0, der durch jede der Grenzzonen (207) besetzt ist, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten (205) und den zweiten Magnetpolabschnitten (206) zwischengefügt sind, dem Ausdruck 0,5 (θn-θ1-θ2) entspricht.

12. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 11, bei dem der Sektorwinkel θ0 gleich ist einem Sektorwinkel, der durch jedes der magnetlosen Löcher (204) besetzt ist, die an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher (203) positioniert sind.

13. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei dem ein Verhältnis (θ0/θn) aus dem Sektorwinkel θ0 zu dem Teilungswinkel θn in einem Bereich von 0,05 bis 0,125 liegt.

14. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Permanentmagnete (202) aus einem Seltene-Erde-Magneten bestehen.

15. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor, mit:
einem Rotorkern (321), und
einer Gesamtheit von k Permanentmagneten (330), die in dem Rotorkern dicht an einer äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (321) installiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotorkern (321) folgendes aufweist:
eine Gesamtheit von k Magnetaufnahmelöchern (322), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um die Permanentmagnete (330) getrennt aufzunehmen, wobei sich diese in einer axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet sind;
eine Gesamtheit von 2k magnetlosen Löchern (325), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, und die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem der k Magnetaufnahmelöcher (322) ausgebildet sind;
erste Magnetpolabschnitte (331) mit einer ersten Polarität, die an einer radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher (322) in einer äußeren Umfangszone des Rotorkernes (321) positioniert sind;
zweite Magnetpolabschnitte (334) mit einer zweiten Polarität, die zwischen irgendwelchen zwei der magnetlosen Löcher (325), welche nächstliegend zueinander entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, in der äußeren peripheren Zone des Rotorkernes (321) positioniert sind; und
ein Paar von Brücken (328), die zwischen einer äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (321) und zwei der magnetlosen Löcher (325) vorgesehen sind, die durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem Magnetaufnahmeloch (322) positioniert sind,
wobei ein Verhältnis (t/Lg) aus der Dicke (t) von jeder der Brücken (328) zu einem Spalt (Lg) zwischen dem Rotorkern (321) und einem Stator (310), der einen Teil des Synchronmotors bildet, in einem Bereich von 0,5 bis 3 liegt.

16. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 15, bei dem jede der Brücken (328) eine einheitliche Dicke in der Umfangsrichtung aufweist und bei dem ein Magnetfluß in jeder Brücke (328) gesättigt ist.

17. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, bei dem die Querschnittsgestalt von jedem der magnetlosen Löcher (325) aus einer rechtwinkligen Dreiecksgestalt besteht, von dem eine Hypotenuse (326c) sich entlang der äußeren Zylinderoberfläche (324) des Rotorkernes (321) erstreckt.

18. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem eine umfangsmäßige Größe (W1) des ersten Magnetpolabschnitts (331) größer ist als eine umfangsmäßige Größe (W2) des zweiten Magnetpolabschnitts (334).

19. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor, mit:
einem Rotorkern (401), und
einer Gesamtheit von k Permanentmagneten (402), die in dem Rotorkern dicht an einer äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (401) installiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotorkern (401) folgendes aufweist:
eine Gesamtheit von k Magnetaufnahmelöchern (403), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um die Permanentmagnete (402) getrennt aufzunehmen, und die sich in einer axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet sind;
eine Gesamtheit von 2k ersten magnetlosen Löchern (404), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, und die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem der k Magnetaufnahmelöcher (403) positioniert sind; erste Magnetpolabschnitte (405) mit einer ersten Polarität, die an einer radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher (403) in einer äußeren Umfangszone des Rotorkernes (401) positioniert sind;
zweite Magnetpolabschnitte (406) mit einer zweiten Polarität, die zwischen irgendwelchen zwei der ersten magnetlosen Löcher (404), welche nächstliegend zueinander entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, in der äußeren peripheren Zone des Rotorkernes (401) positioniert sind; und
eine Vielzahl an zweiten magnetlosen Löchern (412), die in den zweiten Magnetpolabschnitten (406) ausgebildet sind und sich in der axialen Richtung in der Nachbarschaft der äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (401) erstrecken.

20. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 19, bei dem ein Sektorwinkel, der durch jedes der ersten magnetlosen Löcher (404) belegt ist, die durchgehend an beiden Umfangsenden der jeweiligen Magnetaufnahmelöcher (403) positioniert sind, gleich ist mit θ0 (= 0,5 (θn-θ1-θ2)), worin θ1 einen Sektorwinkel angibt, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte (405) belegt ist, θ2 einen Sektorwinkel angibt, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte (406) belegt ist, und θ0 einen Sektorwinkel wiedergibt, der durch jede der Grenzzonen (407) belegt ist, die zwischen den ersten Magnetpolabschnitten (405) und den zweiten Magnetpolabschnitten (406) verlaufen.

21. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, bei dem die Permanentmagnete (402) als Seltene-Erde-Magnet ausgeführt sind.

22. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem das Verhältnis (θ2/θ1) aus dem Sektorwinkel θ2, der durch jeden der zweiten Magnetpolabschnitte (406) belegt ist, zu dem Sektorwinkel θ2, der durch jeden der ersten Magnetpolabschnitte (405) belegt ist, in einem Bereich von 0,9 bis 1,1 liegt.

23. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem ein Verhältnis (θ0/θn) des Sektorwinkels θ0, der durch jede der Grenzzonen (407) belegt ist, zu dem Teilungswinkel θn in dem Bereich von 0,05 bis 0,125 liegt.

24. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem jedes der zweiten magnetlosen Löcher (412) eine längliche Querschnittsgestalt besitzt, wobei die radiale Abmessung länger ist als eine umfangsmäßige Abmessung.

25. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die zweiten magnetlosen Löcher (412) eine Korbverdrahtung (basket-type wiring) aufnehmen.

26. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 19 bis 25, bei dem die zweiten magnetlosen Löcher (412') in einem vorbestimmten Matrixmuster angeordnet sind, mit einer Vielzahl von Zeilen und Reihen, die sich in der Umfangsrichtung und in der radialen Richtung erstrecken.

27. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor, mit:
einem Rotorkern (521), und
einer Gesamtheit von k Permanentmagneten (530), die in dem Rotorkern dicht an einer äußeren Zylinderoberfläche des Rotorkernes (521) installiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotorkern (521) folgendes aufweist:
eine Gesamtheit von k Magnetaufnahmelöchern (522), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um die Permanentmagnete (530) getrennt aufzunehmen, und die sich in einer axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und in gleichen Winkelteilungen von θn (= 360/k Grad) angeordnet sind;
eine Gesamtheit von 2k ersten magnetlosen Löchern (525), die in dem Rotorkern ausgebildet sind, um keine Permanentmagnete aufzunehmen, und die sich in der axialen Richtung des Rotorkernes erstrecken und durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem der k Magnetaufnahmelöcher (522) ausgebildet sind;
erste Magnetpolabschnitte (531) mit einer ersten Polarität, die an einer radialen Außenseite der Magnetaufnahmelöcher (522) in einer äußeren peripheren Zone des Rotorkernes (521) positioniert sind;
zweite Magnetpolabschnitte (534) mit einer zweiten Polarität, die zwischen irgendwelchen zwei der ersten magnetlosen Löcher (525), welche nächstliegend zueinander entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind, in der äußeren peripheren Zone des Rotorkernes (521) positioniert sind;
ein Paar von Brücken (528), die zwischen einer äußeren Zylinderoberfläche (524) des Rotorkernes (521) und zwei der ersten magnetlosen Löcher (525) vorgesehen sind, die durchgehend an beiden Umfangsenden von jedem Magnetaufnahmeloch (522) positioniert sind, und
eine Vielzahl an zweiten magnetlosen Löchern (540), die in den zweiten Magnetpolabschnitten (534) ausgebildet sind und sich in der axialen Richtung in der Nachbarschaft der äußeren Umfangsfläche (524) des Rotorkernes (521) erstrecken,
wobei ein Verhältnis (t/Lg) aus der Dicke (t) von jeder der Brücken (528) zu einem Spalt (Lg) zwischen dem Rotorkern (521) und einem Stator (510), der einen Teil des Synchronmotors bildet, in einem Bereich von 0,5 bis 3 liegt.

28. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 27, bei dem die Permanentmagnete (530) als Seltene-Erde-Magnet ausgeführt sind.

29. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, bei dem jedes der zweiten magnetlosen Löcher (540) eine längliche Querschnittsgestalt besitzt, mit einer radialen Abmessung länger als eine umfangsmäßige Abmessung.

30. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 27 bis 29, bei dem die zweiten magnetlosen Löcher (540') in einem vorbestimmten Matrixmuster mit einer Vielzahl an Zeilen und Reihen angeordnet sind, die sich in der Umfangsrichtung und in der radialen Richtung erstrecken.

31. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 27 bis 30, bei dem jede der Brücken (528) eine einheitliche Dicke in der Umfangsrichtung besitzt und der Magnetfluß in jeder Brücke (528) gesättigt ist.

32. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 27 bis 31, bei dem die Querschnittsgestalt von jedem der magnetlosen Löcher (525) aus einer rechtwinkligen Dreiecksgestalt besteht, mit einer Hypotenuse (526c), die sich entlang der äußeren Zylinderoberfläche (524) des Rotorkernes (521) erstreckt.

33. Magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 27 bis 32, bei dem eine umfangsmäßige Größe (W1) des ersten Magnetpolabschnitts (531) größer ist als eine umfangsmäßige Größe (W2) des zweiten Magnetpolabschnitts (534).