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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Permanentmagnet-Synchronmotor,
bei welchem Permanentmagneten als Feldmagneten in einem Rotor vorgesehen
sind.
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Üblicherweise
sind Permanentmagnet-Synchronmotoren mit konzentrierten Wicklungen
so aufgebaut, dass 3n Zähne
eines Statorkerns in gleichmäßigem Abstand
angeordnet sind, wobei n eine positive ganze Zahl ist, eine Statorwicklung
dadurch ausgebildet wird, dass drei Phasen der Wicklung, die jeweils
unabhängig
auf die Zähne
gewickelt sind, in Y-Schaltung verbunden werden, und 2n Permanentmagneten
so angeordnet werden, dass sie dem Statorkern gegenüberliegen.
Andees ausgedrückt
weisen Permanentmagnet-Synchronmotoren mit konzentrierter Wicklung
ein Permanentmagnetfeld mit 2n Polen auf, das in Bezug auf 3n Zähne angeordnet
ist.
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Da ein konzentriertes Wicklungsverfahren bei
herkömmlichen
Permanentmagnet-Synchronmotoren eingesetzt werden, die auf diese
Art und Weise ausgebildet sind, wird die Induktivität durch
benachbarte Zähne
erhöht,
welche entgegengesetzte Pole bilden, was die Einwirkung von Demagnetisierungsfeldern
auf die Permanentmagneten erleichtert. Bei den Magnetpolen, die von
der Statorwicklung erzeugt werden, und den Magnetpolen der Permanentmagneten,
die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, trat daher das Problem
auf, dass Anteile der von der Statorwicklung erzeugten Magnetfelder
in die Permanentmagneten hineingelangen, und auf die Permanentmagneten
als Demagnetisierungsfelder einwirken, wodurch die Permanentmagneten
entmagnetisiert werden.
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Um Probleme dieser Art zu überwinden
wurde als Verbesserung ein Permanentmagnet-Synchronmotor beispielsweise
im japanischen Patent Nr. 3076006 vorgeschlagen, bei welchem der
Raum zwischen den Zähnen
verringert ist, damit von der Statorwicklung erzeugte Magnetfelder
zu benachbarten Zähnen
hin fließen
können,
anstatt in die Permanentmagneten einzutreten.
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Bei diesem herkömmlichen Permanentmagnet-Synchronmotor,
der als Verbesserung im japanischen Patent Nr. 3076006 vorgeschlagen
wurde, sind ein Spalt (La) zwischen einem benachbarten Paar von
Zahnspitzenabschnitten und ein Luftspalt (Lg) zwischen einem Statorkern
und einem Rotor so ausgebildet, dass die Bedingung 0,3 Lg < La ≤ 2,0 Lg erfüllt ist.
Weiterhin ist der Raum (La) zwischen den Zähnen auf zwischen 0,3 mm und
0,4 mm eingestellt.
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Da der Raum (La) zwischen dem benachbarten
Paar der Zahnspitzenabschnitte kleiner oder gleich dem Zweifachen
des Luftspaltes (Lg) ist, kann der Fluß von einem Entmagnetisierungsmagnetfluß zum Rotor
(dem Permanentmagneten) unterdrückt werden.
Daher wird ausgeführt,
dass selbst dann, wenn die von der Statorwicklung erzeugten Magnetpole
und die Magnetpole der Permanentmagneten einander gegenüberliegen,
Entmagnetisierungsfelder weniger stark auf den Permanentmagneten
einwirken, was eine Verbesserung der Beständigkeit der Permanentmagneten
gegen eine Entmagnetisierung ermöglicht.
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Da der Raum zwischen dem benachbarten Paar
von Zahnspitzenabschnitten in dem herkömmlichen Permanentmagnet-Synchronmotor mit
konzentrierter Wicklung, der wie voranstehend geschildert als Verbesserung
vorgeschlagen wurde, so ausgebildet ist, dass er schmal ist, wird
ein Magnetfluß-Streuverlust
zwischen den Zähnen
erhöht,
was die Induktivität
in der Statorwicklung erhöht.
Der Anstieg der Induktivität
in der Statorwicklung führt
zu einer Erhöhung
der Zeitkonstanten der Statorwicklung, wodurch sich die Phasendifferenz
zwischen einer Treiberspannung, die an die Statorwicklung angelegt wird,
und einem Treiberstrom erhöht,
der tatsächlich durch
die Statorwicklung fließt.
Dies führt
dazu, dass Probleme in Bezug auf eine Beeinträchtigung der Eigenschaften
bei starker Belastung auftraten, wodurch die Überschußspannung bei schwerer Belastung
verringert wird, was die Drehfrequenz herabsetzt.
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Mit der vorliegenden Erfindung sollen
die voranstehend geschilderten Probleme gelöst werden, und ein Ziel der
vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Permanentmagnet-Synchronmotors,
der eine Beeinträchtigung
der Eigenschaften bei starker Belastung ausschaltet, die deswegen
auftritt, da eine Schlitzöffnung
schmal in einem Permanentmagnet-Synchronmotor ausgebildet ist, der
vorher als Verbesserung vorgeschlagen wurde, durch Vorgabe einer
Beziehung zwischen der Schlitzöffnung
und einem Schlitzabstand, oder einer Beziehung zwischen der Schlitzöffnung und
der Dicke erster und zweiter Umfangsendabschnitte auf Innenumfangsenden
von Zähnen,
um bei dem konzentrierten Wicklungsverfahren auftretende Probleme
zu überwinden,
bei welchen die Induktivität
durch benachbarte Zähne
vergrößert wird,
welche entgegengesetzte Pole bilden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Permanentmagnet-Synchronmotor zur Verfügung gestellt,
der einen Stator und einen Rotor aufweist. Der Stator weist einen
zylindrischen Statorkern auf, bei welchem 3n Zähne in einem vorbestimmten
Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei n eine positive
ganze Zahl ist, wobei Schlitze zwischen benachbarten Paaren der
Zähne so
vorgesehen sind, dass sie zur Innenumfangsseite hin offen sind,
sowie eine Statorwicklung, die als konzentrierte Wicklung in dem
Statorkern angebracht ist. Der Rotor ist drehbar innerhalb des Stators
angeordnet, und 2n Permanentmagneten sind in vorbestimmtem Abstand
in Umfangsrichtung auf dem Außenumfangsabschnitt
des Rotors angeordnet. Der Permanentmagnet-Synchronmotor zeichnet
sich dadurch aus, dass der Statorkern so ausgebildet ist, dass eine Schlitzöffnung (d)
und ein Schlitzabstand (p) an einer Innenumfangsoberfläche des
Statorkerns die Bedingung 0,1 ≤ d/p ≤ 0,3 erfüllen.
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Daher wird die Induktivität verringert,
wodurch ein kompakter Permanentmagnet-Synchronmotor mit konzentrierter
Wicklung zur Verfügung
gestellt wird, der eine Verbesserung der Drehfrequenz während schwerer
Belastung ermöglicht,
und auch eine Verbesserung der Motorausgangsleistung ermöglicht.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit
einem Stator und einem Rotor zur Verfügung gestellt. Der Stator weist
einen zylindrischen Statorkern auf, bei welchem 3n Zähne in vorbestimmtem
Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei n eine positive
ganze Zahl ist, und Schlitze zwischen benachbarten Paaren der Zähne so vorgesehen
sind, dass sie sich zur Innenumfangsseite hin öffnen, sowie eine Statorwicklung,
die als konzentrierte Wicklung in dem Statorkern angebracht ist.
Der Rotor ist drehbeweglich innerhalb des Stators angeordnet, und
2n Permanentmagneten sind in vorbestimmtem Abstand in Umfangsrichtung
auf dem Außenumfangsabschnitt
des Rotors angeordnet. Der Permanentmagnet-Synchronmotor zeichnet
sich dadurch aus, dass der Statorkern so ausgebildet ist, dass eine
Schlitzöffnung
(d) und eine Dicke (h) erster und zweiter Umfangsendabschnitte am
Innenumfangsende der Zähne
die Bedingung 0,2 ≤ h/d ≤ 0,7 erfüllen.
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Daher wird die Induktivität verringert,
wodurch ein kompakter Permanentmagnet-Synchronmotor mit konzentrierter
Wicklung zur Verfügung
gestellt wird, der eine Verbesserung der Drehfrequenz bei schwerer
Belastung ermöglicht,
sowie eine Erhöhung
der Ausgangsleistung.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit
einem Stator und einem: Rotor zur Verfügung gestellt. Der Stator weist
einen zylindrischen Statorkern auf, bei welchem 3n Zähne in vorbestimmtem
Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei n eine positive
ganze Zahl ist, und Schlitze zwischen benachbarten Paaren der Zähne so vorgesehen
sind, dass sie sich zur Innenumfangsseite hin öffnen, und eine Statorwicklung,
die als konzentrierte Wicklung in dem Statorkern angebracht ist. Der
Rotor ist drehbeweglich innerhalb des Stators angeordnet, und 2n
Permanentmagneten sind in vorbestimmtem Abstand in Umfangsrichtung
auf dem Außenumfangsabschnitt
des Rotors angeordnet. Der Permanentmagnet-Synchronmotor zeichnet
sich dadurch aus, dass der Statorkern so ausgebildet ist, dass eine
Schlitzöffnung (d),
ein Schlitzabstand (p) an der Innenumfangsoberfläche des Statorkerns, und eine
Dicke (h) erster und zweiter Umfangsendabschnitte auf dem Innenumfangsende
der Zähne die
Bedingungen 0,1 ≤ d/p ≤ 0,3 und 0,2 ≤ h/d ≤ 0,7 erfüllen.
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Daher wird die Induktivität verringert,
wodurch ein kompakter Permanentmagnet-Synchronmotor mit konzentrierter
Wicklung zur Verfügung
gestellt wird, der eine Verbesserung der Drehfrequenz bei schwerer
Belastung ermöglicht,
sowie eine Erhöhung
der Ausgangsleistung.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 einen
Querschnitt eines Permanentmagnet-Synchronmotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung;
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2 einen
vergrößerten Querschnitt
eines Teils des Permanentmagnet-Synchronmotors gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Diagramm mit der Beziehung zwischen einem Verhältnis der Schlitzöffnung d
zum Schlitzabstand p und einem Induktivitätsverhältnis in dem Permanentmagnet-Synchronmotor
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Diagramm mit der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Schlitzöffnung d
zum Schlitzabstand p und einem Drehfrequenzverhältnis in dem Permanentmagnet-Synchronmotor
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5 ein
Diagramm der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Schlitzöffnung d
zum Schlitzabstand p und einem Drehmomentverhältnis in dem Permanentmagnet-Synchronmotor gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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6 ein
Diagramm mit der Beziehung zwischen einem Verhältnis der Zahnendabschnitts-Dicke
h zur Schlitzöffnung
d und einem Drehmomementverhältnis
in dem Permanentmagnet-Synchronmotor gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Diagramm der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Zahnendabschnitts-Dicke h
zur Schlitzöffnung
d und einem Drehfrequenzverhältnis
in dem Permanentmagnet-Synchronmotor gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung; und
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8 ein
Diagramm der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Zahnendabschnitts-Dicke h
zur Schlitzöffnung
d und einem Induktivitätsverhältnis in
dem Permanentmagnet-Synchronmotor gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung.
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AUSFÜHRUNGSFORM 1
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1 ist
ein Querschnitt, der einen Permanentmagnet-Synchronmotor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung zeigt, und 2 ist
ein vergrößerter Querschnitt
eines Teils des Permanentmagnet-Synchronmotors gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren weist ein Permanentmagnet-Synchronmotor 1 mit
konzentrierter Wicklung einen Stator 2 und einen Rotor 8 auf,
der drehbeweglich innerhalb des Stators 2 angeordnet ist.
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Der Stator 2 weist einen
zylindrischen Statorkern 3 auf, der mit Kernabschnitten 4 entsprechend der
Anzahl von Schlitzen 5 versehen ist, und eine Statorwicklung 6,
die in dem Statorkern 3 angebracht ist.
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Jeder der Kernabschnitte 4 wird
so aufgebaut, dass eine vorbestimmte Anzahl an Blechen aus einem
magnetischen Material, beispielsweise Siliziumstahlbleche, aufeinander
laminiert und miteinander vereinigt werden. Zähne 4a, die auf den
Kernabschnitten 4 vorgesehen sind, sind in gleichmäßigem Winkelabstand
in Umfangsrichtung angeordnet, wobei die Schlitze 5 des
Statorkerns 3 zwischen benachbarten Paaren der Zähne 4a so
ausgebildet sind, dass sie zur Innenumfangsseite hin geöffnet sind.
Flanschabschnitte 4b sind so angeordnet, dass sie vom Innenumfangsende
jedes der Zähne 4a in
einer ersten und zweiten Umfangsrichtung verlaufen.
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Die Statorwicklung 6 ist
so ausgebildet, dass in Y-Schaltung drei Phasen der Wicklung 7,
die jeweils durch Wickeln eines Wicklungsdrahtes unabhängig auf
die Zähne 4a jedes
der Kernabschnitte 4 ausgebildet werden, auf denen Isolatoren
(nicht gezeigt) angeordnet sind, miteinander verbunden werden. Anders
ausgedrückt
ist die Statorwicklung 6 in dem Statorkern 3 als
konzentrierte Wicklung angebracht.
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Der Rotor 8 weist eine Welle 9 auf,
die als Rotorkern dient, und aus magnetischem Material wie beispielsweise
Eisen besteht, sowie Permanentmagneten 10, die an Außenumfangsabschnitten
der Welle 9 angebracht sind. Obwohl nicht dargestellt,
wird die Festigkeit in Bezug auf Zentrifugalkräfte dadurch sichergestellt,
dass ein Zylinder aus dünnem
Edelstahlblech auf den Außenumfang
des Rotors 8 aufgepasst wird, oder ein Verstärkungsband
auf den Außenumfang
des Rotors 8 gewickelt wird. Weiterhin werden Seltenerdmagneten
oder Ferritmagneten als die Permanentmagneten 10 eingesetzt.
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Bei der Ausführungsform 1 beträgt die Anzahl
n an Polpaaren 3, wobei neun (3n) Zähne 4a in gleichmäßigem Winkelabstand
in Umfangsrichtung angeordnet sind, und sechs (2n) Permanentmagneten 10 in
gleichmäßigem Winkelabstand
in Umfangsrichtung auf der Außenwandoberfläche der
Welle 9 angeordnet sind. Anders ausgedrückt ist dieser Permanentmagnet-Synchronmotor 1 mit
konzentrierter Wicklung ein Motor mit drei Schlitzen pro zwei Polen, bei
welchem das Verhältnis
zwischen der Anzahl an Schlitzen in dem Stator 2 und der
Anzahl an Polen in dem Rotor 8 gleich 3:2 ist. Der Permanentmagnet-Synchronmotor 1 mit
konzentrierter Wicklung ist so ausgebildet, dass er als Motor arbeitet,
bei welchem sich der Rotor 8 dadurch dreht, dass durch
die Statorwicklung 6 ein Treiberstrom geschickt wird, der entsprechend
der Drehlage des Rotors 8 eingestellt wird.
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Wie in 2 gezeigt,
sind die Abmessungen des Permanentmagnet-Synchronmotors 1 mit
konzentrierter Wicklung so gewählt,
dass die Beziehung 0,1 ≤ d/p ≤ 0,3 erfüllt ist,
wobei d die Schlitzöffnung des
Statorkerns 3 ist, und p der Schlitzabstand an der Innenumfangsoberfläche 3a des
Statorkerns 3 ist. Weiterhin lässt sich der Schlitzabstand
p ausdrücken als
p = 2πR/S,
wobei 2R der Innendurchmesser des Statorkerns 3 ist, und
S die Anzahl an Schlitzen 5 ist. Die Schlitzöffnung p
ist ein Spalt zwischen den Flanschabschnitten 4b (ein Spalt
zwischen Rändern
der Innenumfangsenden eines benachbarten Paares von Zähnen 4a).
Weiterhin beträgt
die Dicke h von Endabschnitten der Flanschabschnitte 4b (erste
und zweite Umfangsrandabschnitte auf den Innenumfangsenden der Zähne 4a)
1,0 mm.
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In den 3, 4 und 5 sind Ergebnisse dargestellt, wobei
ein Induktivitätsverhältnis (Prozent),
ein Drehfrequenzverhältnis
(Prozent), und ein Drehmomentverhältnis (Prozent) in dem Permanentmagnet-Synchronmotor 1 mit
konzentrierten Wicklungen gemessen wurden, der wie voranstehend
geschildert aufgebaut ist, und d variiert wurde, und p auf einem Wert
von 16,5 mm festgehalten wurde.
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Aus 3 ersieht
man, dass für
d/p kleiner als 0,1 (d/p < 0,1)
das Induktivitätsverhältnis schnell mit
wachsendem d/p absinkt, und dass für d/p größer 0,1 der Abfall des Induktivitätsverhältnisses
gering ist. Ist d/p größer oder
gleich 0,1 (0,1 ≤ d/p),
so wird das Induktivitätsverhältnis auf
einem niedrigen Niveau gehalten.
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Aus 4 wird
deutlich, dass dann, wenn d/p kleiner ist als 0,1 (d/p < 0,1), das Drehfrequenzverhältnis mit
wachsendem d/p schnell ansteigt, und dass dann, wenn d/p größer ist
als 0,1, die Erhöhung des
Drehfrequenzverhältnisses
gering ist. Ist d/p größer oder
gleich 0,1 (0,1 ≤ d/p),
so wird das Drehfrequenzverhältnis
auf einem hohen Niveau gehalten.
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Da Änderungen der Eigenschaften
des Motors infolge von Unregelmäßigkeiten
beim Induktivitätsverhältnis und
beim Drehfrequenzverhältnis
groß werden,
wenn d/p auf einen Bereich eingestellt ist, in welchem die Änderungen
des Induktivitätsverhältnisses
und des Drehfrequenzverhältnisses
groß sind (d/p < 0,1), so dass das
Erzeugnis instabil arbeitet, ist es daher wünschenswert, dass d/p größer oder gleich
0,1 ist (0,1 ≤ d/p)
.
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Aus 5 wird
deutlich, dass dann, wenn d/p kleiner oder gleich 0,3 ist (d/p ≤ 0,3), das
Drehmomentverhältnis
mit wachsendem d/p allmählich
abnimmt, und dass dann, wenn d/p den Wert von 0,3 überschreitet,
das Drehmomentverhältnis
schnell absinkt. Ist d/p kleiner oder gleich 0,3 (d/p ≤ 0,3), so
wird das Drehmomentverhältnis
auf einem hohen Niveau gehalten.
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Da Änderungen der Eigenschaften
des Motors infolge von Unregelmäßigkeiten
beim Drehmomentverhältnis
groß werden,
wenn d/p auf einen Bereich eingestellt ist, in welchem die Änderungen
des Drehmomentverhältnisses
groß sind
(0,3 < d/p), so dass
das Erzeugnis instabil arbeitet, ist es daher wünschenswert, dass d/p kleiner
oder gleich 0,3 ist (d/p ≤ 0,3).
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Wenn daher die Beziehung zwischen
der Schlitzöffnung
d und dem Schlitzabstand p in dem Statorkern 3 so gewählt ist,
dass die Bedingung 0,1 ≤ d/p ≤ 0,3 erfüllt ist,
werden bei dem konzentrierten Wicklungsverfahren auftretende Schwierigkeiten überwunden,
beispielsweise eine Erhöhung
der Induktivität
durch benachbarte Zähne,
die entgegengesetzte Pole bilden, und wird eine Verschlechterung der
Eigenschaften unter starker Belastung infolge einer engen Ausbildung
der Schlitzöffnungen
ausgeschaltet, wodurch ein Motor zur Verfügung gestellt wird, bei dem
die Drehmomentverringerung gering ist, die Induktivität verringert
ist, und die Drehfrequenz hoch ist. Da die Drehmomentverringerung
im Vergleich zur Verbesserung der Drehfrequenz gering ist, kann
die vom Motor abgegebene Ausgangsleistung verbessert werden. Zusätzlich können die
Abmessungen eines Motors verringert werden, ohne die Ausgangsleistung
zu reduzieren, so dass der Motor kompakt ausgebildet werden kann.
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Weiterhin wurden ähnliche Auswirkungen wie bei
der voranstehenden Ausführungsform
1 dann erzielt, wenn der Schlitzabstand p geändert wurde (≠ 16,5 mm),
und die Beziehung zwischen d/p und dem Induktivitätsverhältnis, die
Beziehung zwischen d/p und dem Drehfrequenzverhältnis, und die Beziehung zwischen
d/p und dem Drehmomentverhältnis
gemessen wurden.
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AUSFÜHRUNGSFORM 2
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Bei der Ausführungsform 2 sind die Abmessungen
des Permanentmagnet-Synchronmotors 1 mit konzentrierter
Wicklung gemäß der voranstehenden
Ausführungsform
1 so gewählt,
dass 0,2 ≤ h/d ≤ 0,7 gilt,
wobei d die Schlitzöffnung
des Statorkerns 3 ist, und h die Dicke eines Endabschnitts
der Flanschabschnitte 4b.
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In den 6, 7 und 8 sind Ergebnisse dargestellt, die erhalten
wurden, wenn das Drehmomentverhältnis
(Prozent), das Drehfrequenzverhältnis (Prozent),
und das Induktivitätsverhältnis (Prozent) bei
einem Statorkern 3 gemessen wurden, bei welchem der Schlitzabstand
p an den Innenumfangsoberflächen 3a des
Statorkerns 3 gleich 16,5 mm war, und die Schlitzöffnung d
3,0 mm betrug (d/p = 0,182), während
h variiert wurde.
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Aus 6 wird
deutlich, dass dann, wenn h/d kleiner ist als 0,2 (h/d < 0,2), das Drehmomentverhältnis mit
wachsendem h/d schnell ansteigt, und dass dann, wenn h/d größer wird
als 0,2, die Erhöhung
des Drehmomentverhältnisses
gering ist. Ist h/d größer oder
gleich 0,2 (0,2 ≤ h/d),
so wird das Drehmomentverhältnis
auf hohem Niveau gehalten.
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Da Änderungen der Eigenschaften
des Motors infolge von Unregelmäßigkeiten
beim Drehmomentverhältnis
groß werden,
wenn h/d auf den Bereich eingestellt ist, in welchem die Änderungen
des Drehmomentverhältnisses
groß sind
(h/d < 0,2), wodurch
das Verhalten des Erzeugnisses instabil wird, ist es daher wünschenswert,
dass h/d größer oder gleich
0,2 ist (0, 2 ≤ h/d)
.
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Aus 7 wird
deutlich, dass dann, wenn h/d kleiner oder gleich 0,7 ist (h/d ≤ 0,7), das
Drehfrequenzverhältnis
mit wachsendem h/d allmählich
abnimmt, und dass dann, wenn h/d den Wert von 0,7 überschreitet,
das Drehfrequenzverhältnis
schnell abnimmt. Ist h/d kleiner oder gleich 0,7 (h/d ≤ 0,7), wird
das Drehfrequenzverhältnis
auf hohem Niveau gehalten.
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Da Änderungen der Eigenschaften
des Motors infolge von Unregelmäßigkeiten
beim Drehfrequenzverhältnis
groß werden,
wenn h/d auf den Bereich eingestellt ist, in welchem die Änderungen
des Drehfrequenzverhältnisses
groß sind
(0,7 < h/d), wodurch
das Verhalten des Erzeugnisses instabil wird, ist es daher wünschenswert,
dass h/d kleiner oder gleich 0,7 ist (h/d ≤ 0,7).
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Aus 8 wird
deutlich, dass das Induktivitätsverhältnis mit
wachsendem h/d zunimmt. Ist das Induktivitätsverhältnis groß, so wird die Zeitkonstante der
Wicklung erhöht,
wodurch die Phasendifferenz zwischen einer Treiberspannung, die
an die Wicklung angelegt wird, und einem Treiberstrom zunimmt, der tatsächlich durch
die Wicklung fließt.
Daher wird die überschüssige Spannung
bei hoher Belastung verringert, wodurch die Drehfrequenz absinkt.
Weiterhin werden, wenn das Induktivitätsverhältnis zu gering ist, anders
ausgedrückt,
wenn h zu stark verkleinert wird, die Zähne magnetisch gesättigt, was
zu einer Abnahme des Drehmoments führt.
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Wenn daher die Beziehung zwischen
der Dicke h des Endabschnitts der Flanschabschnitte 4b der
Zähne 4a und
der Schlitzöffnung
d in dem Statorkern 3 so gewählt ist, dass die Bedingung
0,2 ≤ h/d ≤ 0,7 erfüllt ist,
werden daher Probleme überwunden, die
bei dem konzentrierten Wicklungsverfahren auftreten, beispielsweise
eine Erhöhung
der Induktivität durch
benachbarte Zähne,
welche entgegengesetzte Pole bilden, und wird eine Beeinträchtigung
der Eigenschaften unter starker Belastung ausgeschaltet, die von
einer engen Ausbildung der Schlitzöffnungen herrührt, wodurch
ein Motor zur Verfügung
gestellt wird, dessen Drehmomentverringerung gering ist, dessen
Induktivität
verringert ist, und dessen Drehfrequenz hoch ist. Da die Drehmomentabnahme
im Vergleich zur Verbesserung der Drehfrequenz gering ist, kann
die Ausgangsleistung des Motors verbessert werden. Weiterhin können die
Abmessungen eines Motors verkleinert werden, ohne die Ausgangsleistung
zu verringern, so dass der Motor kompakter ausgebildet werden kann.
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Darüber hinaus wurden ähnliche
Auswirkungen wie bei der voranstehenden Ausführungsform 2 auch dann erzielt,
wenn die Schlitzöffnung
d geändert
wurde (≠ 3,0
mm), und die Beziehung zwischen h/d und dem Drehmomentverhältnis, die
Beziehung zwischen h/d und dem Drehfrequenzverhältnis, und die Beziehung zwischen
h/d und dem Induktivitätsverhältnis gemessen
wurden.
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AUSFÜHRUNGSFORM 3
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Bei der Ausführungsform 3 ist der Permanentmagnet-Synchronmotor 1 gemäß der voranstehenden
Ausführungsform
1 so ausgebildet, dass die Beziehung zwischen der Schlitzöffnung (d)
und dem Schlitzabstand (p) und die Beziehung zwischen der Schlitzöffnung (d)
und der Dicke (h) des Endabschnitts der Flanschabschnitte 4b in
dem Statorkern 3 die Bedingung 0,1 ≤ d/p ≤ 0,3 bzw. die Bedingung 0,2 ≤ h/d ≤ 0,7 erfüllen.
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Bei der Ausführungsform 3 kann daher eine synergistische
Kombination der Auswirkungen der voranstehenden Ausführungsformen 1 und 2 erzielt werden.
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Weiterhin wurde jede der voranstehenden Ausführungsform
unter Bezugnahme auf einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung
erläutert,
bei welchem die Anzahl an Magnetpolen in dem Rotor 8 gleich
sechs ist, und die Anzahl an Schlitzen gleich neun ist, jedoch ist
es nur erforderlich, dass die vorliegende Erfindung bei einem Permanentmagnet-Synchronmotor mit
konzentrierter Wicklung mit drei Schlitzen pro zwei Pole eingesetzt wird,
so dass entsprechende Auswirkungen auch dann erzielt werden können, wenn
die vorliegende Erfindung bei einem Permanentmagnet-Synchronmotor
mit konzentrierter Wicklung eingesetzt wird, bei welchem die Anzahl
an Magnetpolen in dem Rotor 8 gleich acht ist, und die
Anzahl an Schlitzen gleich zwölf
ist.
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Bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen
wurde die Konstruktion des Statorkerns 3 so erläutert, dass
mehrere Kernabschnitte 4 vorgesehen sind, jedoch ist der
Statorkern 3 nicht auf eine derartige Konstruktion beschränkt, und
kann beispielsweise ein Statorkern eingesetzt werden, der durch
Stanzen ringförmiger
Körper
mit Zähnen
und Schlitzen aus einem dünnen
Blech aus magnetischem Material hergestellt wird, und durch Zusammenlaminieren
und Vereinigen der ringförmigen
Körper,
oder ein Statorkern, der so hergestellt ist, dass ein streifenförmiger Körper gestanzt
wird, der Zähne und
Schlitze aufweist, aus einem streifenförmigen, dünnen Blech aus magnetischem
Material, und der streifenförmige
Körper
schraubenförmig
aufgewickelt und vereinigt wird.
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Bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen
weist der Rotor 8 eine Welle 9 aus magnetischem
Material und Permanentmagneten 10 auf, die an Außenumfangsabschnitten
der Welle 9 angebracht sind, jedoch ist der Rotor nicht
auf diese Konstruktion beschränkt,
und kann auch ein Rotor eingesetzt werden, bei welchem Permanentmagneten
am Außenumfang
eines zylindrischen Rotorkerns angebracht sind, der aus magnetischem
Material besteht, und eine Welle durch einen zentralen Axialabschnitt des
Rotorkerns hindurchgeführt
und dort befestigt ist. In diesem Fall muss die Welle nicht aus
magnetischem Material bestehen.
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Als nächstes werden Verwendungen
des Permanentmagnet-Synchronmotors
mit konzentrierter Wicklung gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Erstens kann der Permanentmagnet-Synchronmotor
mit konzentrierter Wicklung gemäß der vorliegenden
Erfindung als ein durch Rechtecksignale angetriebener Motor eingesetzt
werden, bei dem eine rechteckförmige
Treiberspannung an eine Statorwicklung angelegt wird.
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Allgemein ergibt sich die Phasendifferenz α, die zwischen
der Treiberspannung, die an die Statorwicklung angelegt wird, und
dem Treiberstrom entsteht, der tatsächlich durch die Statorwicklung
fließt, aus
dem folgenden Ausdruck: α = tan–1{(ωLI)/(e +
RI}), wobei ω die
Frequenz des Treiberstroms ist (=2πf), L die Induktivität ist, I
der Treiberstrom ist, e die induzierte Motorspannung ist, und R
der Wicklungswiderstand ist.
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Aus der voranstehenden Gleichung
wird deutlich, dass die Phasendifferenz α mit steigender Frequenz zunimmt.
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Ein Rechtecksignal kann als Kombination von
Sinussignalen angesehen werden, welche Frequenzanteile höherer Ordnung
enthalten. Wenn die vorliegende Erfindung bei einem durch Rechtecksignale
angetriebenen Motor eingesetzt wird, bei welchem der Treiberstrom
einen großen
Anteil von Bestandteilen höherer
Ordnung mit hoher Frequenz enthält,
kann eine Beeinträchtigung
der Eigenschaften unter schwerer Belastung unterdrückt werden, die
sich infolge einer großen
Phasendifferenz α ergibt,
da die Phasendifferenz α verkleinert
werden kann, infolge der. die Induktivität verringernden Auswirkungen
des Permanentmagnet-Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Anders ausgedrückt
werden, wenn der Permanentmagnet-Synchronmotor
mit konzentrierter Wicklung gemäß der vorliegenden
Erfindung als durch ein Rechtecksignal angetriebener Motor ausgebildet
ist, die die Induktivität
verringernden Auswirkungen der folgenden Erfindung noch deutlicher.
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Als nächstes werden die Motoreigenschaften von
Permanentmagnet-Synchronmotoren mit konzentrierten Wicklungen überlegt.
Es gilt allgemein, dass dann, wenn die Schlitzöffnungen klein sind, Drehmomentschwankungen
in dem Motor verringert werden, was das von dem Motor abgegebene
Drehmoment (das konstant vom Motor abgegebene Drehmoment) erhöht. Werden
die Schlitzöffnungen
kleiner ausgebildet, nehmen jedoch Magnetfluß-Kriechverluste zwischen benachbarten
Zähnen
zu, wodurch die Induktivität
in den Wicklungen ansteigt. Wird die Induktivität in den Wicklungen erhöht, so nimmt
die Zeitkonstante der Wicklung zu, wodurch wiederum die Phasendifferenz
zwischen der an die Wicklungen angelegten Treiberspannung und dem
Treiberstrom zunimmt, der tatsächlich
durch die Wicklungen fließt. Dies
führt dazu,
dass die überschüssige Spannung bei
schwerer Belastung absinkt, wodurch die Drehfrequenz absinkt.
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Da die Motoreigenschaften bei schwerer
Belastung verschlechtert werden, wenn die Schlitzöffnungen
zu stark verkleinert werden, ist ein etwas größeres Ausbilden der Schlitzöffnungen
für Anwendungen
wirksam, bei denen Drehmomentschwankungen kein Problem darstellen.
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Diese Auswirkungen zeigen sich deutlich, wenn
der Permanentmagnet-Synchronmotor mit konzentrierten Wicklungen
gemäß der vorliegenden Erfindung
bei Anwendungen eingesetzt wird, bei denen Drehmomentschwankungen
kein Problem darstellen.
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Der Permanentmagnet-Synchronmotor
mit konzentrierten Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung
kann beispielsweise bei Hydraulikpumpen-Antriebsmotoren eingesetzt
werden, bei denen Drehmomentschwankungen kein Problem darstellen. Beispiele
von Hydraulikpumpen dieser Art umfassen beispielsweise Hydraulikpumpen
für Lenkservoeinrichtungen
in Kraftfahrzeugen. In derartigen Fällen ist der Permanentmagnet-Synchronmotor
mit konzentrierter Wicklung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz im Kraftfahrzeugbereich geeignet, infolge
seiner verringerten Abmessungen.
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Der Permanentmagnet-Synchronmotor
mit konzentrierter Wicklung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auch bei elektrischen Lenkservoeinrichtungsmotoren
eingesetzt werden. Auch in diesem Fall ist der Permanentmagnet-Synchronmotor
mit konzentrierter Wicklung gemäß der vorliegenden
Erfindung für
den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich geeignet, infolge seiner verringerten
Abmessungen. In derartigen Fällen
wird der Permanentmagnet-Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung
gemäß der vorliegenden
Erfindung so eingesetzt, dass eine Dämpfung und dergleichen erfolgt,
um den Einfluss von Drehmomentschwankungen abzumildern.