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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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Die
EP 1 217 713 A2 offenbart
einen Permanentmagnetrotor für
einen elektrischen Motor, der maschinell schnell hergestellt werden
kann.
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Die
JP 2000 23 27 62 A offenbart
einen bürstenlosen
Gleichstrommotor, in dem die aufgrund einer angelegten Spannung
erzeugten Vibrationen unterdrückt
werden können.
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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 Nutbreite schmal in einem Permanentmagnet-Synchronmotor ausgebildet
ist, der vorher als Verbesserung vorgeschlagen wurde, durch Vorgabe
einer Beziehung zwischen der Nutbreite und einem Polabstand, oder
einer Beziehung zwischen der Nutbreite 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
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 Nuten 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
Nutbreite (d), ein Polabstand (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 Nutbreite d zum Polabstand
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 Nutbreite d zum Polabstand
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 Nutbreite d zum Polabstand
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 Dicke der Polschuhspitzen
h zur Nutbreite 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 Dicke der Polschuhspitzen h
zur Nutbreite 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 Dicke der Polschuhspitzen h
zur Nutbreite 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 Nuten 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 Nuten 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 Nuten pro zwei Polen,
bei welchem das Verhältnis
zwischen der Anzahl an Nuten 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 Nutbreite des Statorkerns 3 ist, und p der
Polabstand an der Innenumfangsoberfläche 3a des Statorkerns 3 ist.
Weiterhin lässt
sich der Polabstand p ausdrücken
als p = 2πR/S,
wobei 2R der Innendurchmesser des Statorkerns 3 ist, und
S die Anzahl an Nuten 5 ist. Die Nutbreite p ist ein Spalt
zwischen den Flanschabschnitten 4b (ein Spalt zwischen
Rändern
der Innenumfangsenden eines benachbarten Paares von Zähnen 4a).
Weiterhin beträgt
die Dicke der Polschuhspitzen 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 Nutbreite d und dem Polabstand
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 Nutbreiten 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 Polabstand 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 Nutbreite des Statorkerns 3 ist, und h die
Dicke der Polschuhspitzen 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
Polabstand p an den Innenumfangsoberflächen 3a des Statorkerns 3 gleich
16,5 mm war, und die Nutbreite 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 der Polschuhspitzen des
Endabschnitts der Flanschabschnitte 4b der Zähne 4a und
der Nutbreite 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 Nutbreiten 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 Nutbreite 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 Nutbreite (d)
und dem Polabstand (p) und die Beziehung zwischen der Nutbreite
(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 Nuten gleich neun ist, jedoch ist es
nur erforderlich, dass die vorliegende Erfindung bei einem Permanentmagnet-Synchronmotor mit
konzentrierter Wicklung mit drei Nuten 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 Nuten 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 Nuten 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 Nuten 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 Nutbreiten klein sind, Drehmomentschwankungen
in dem Motor verringert werden, was das von dem Motor abgegebene
Drehmoment (das konstant vom Motor abgegebene Drehmoment) erhöht. Werden
die Nutbreiten 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 Nutbreiten zu stark verkleinert werden, ist ein etwas größeres Ausbilden
der Nutbreiten 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.