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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Verringern eines Verzahnungsdrehmoments
und auf das Verbessern von Drehmomentlinearitätseigenschaften in Permanentmagnetmotoren
mit Permanentmagneten.
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Stand der
Technik
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Ein
herkömmlicher
Permanentmagnetmotor wird unter Bezug auf die japanische Patentveröffentlichung
119175/19187 beschrieben. Der Permanentmagnetmotor (im Folgenden
als „Oberflächenmagnetmotor" bezeichnet) wie
dieser weist einen Rotor auf, der mit einer Vielzahl von am Rand
einer Drehwelle befestigten Permanentmagneten, Abstandshaltern zwischen
den Permanentmagneten und aus nicht magnetischem Material gebildeten
Druckelementen zum radialen Drücken
auf die Oberfläche
der Permanentmagneten versehen ist.
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Hinsichtlich
dieses Oberflächenmagnetmotors,
da die Magneten an der Oberfläche
des Rotors befestigt sind, weist der Oberflächenmagnetmotor hervorragende
Drehmomentslinearitätseigenschaften
hinsichtlich der Linearität
zwischen Drehmoment und Strom auf. Daher kann unter hoher Last ein
großes
Drehmoment mit kleinem Strom erhalten werden, wodurch eine hervorragende
Steuerbarkeit bereitgestellt wird.
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Jedoch
erfordert der vorangegangene Oberflächenmagnetmotor die Druckelemente
und zugehörige
Komponenten zum Befestigen der Permanentmagnete, was in einem komplizierten
Aufbau resultiert. Um die oben genannten Probleme zu lösen, offenbart
die japanische Patentveröffentlichung 197292/2000
einen Innen-Permanentmagnetmotor.
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In
Bezug auf die in der Patentveröffentlichung
offenbarte Technologie weist der Innen-Permanentmagnetmotor rechteckige,
axial durchdringende Schlitze für
die Magneten auf, die in Umfangsrichtung in einem Rotoreisenkern
in gleichen Abständen
in einer der Anzahl der Pole des Rotors entsprechenden Menge vorgesehen
sind, wobei die lange Seite der Schlitze in Umfangsrichtung entlang
des Eisenkerns orientiert ist und die kurzen Seiten radial entlang
des Eisenkerns orientiert sind, wobei ein Permanentmagnet in jedem
der Magnetschlitze so befestigt ist, dass mit im Eisenkern diametral
angeordneten Magnetpolflächen
die benachbarten Magnetpole gegenüberliegen, wobei die Form des
Außenrands
der Magnetpolabschnitte des Rotors, die entlang den Magnetpolflächen an
der Außenrandseite jedes
der Permanentmagneten gebildet sind, so ist, dass jeder der Rotor-Magnetpolabschnitte
gebogen ist, sodass im umfangsmäßig mittleren
Abschnitt der Abstand von der Eisenkernmitte am längsten ist
und in den Abschnitten zwischen den Polen der Abstand von der Eisenkernmitte
am kürzesten
ist.
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Hinsichtlich
des Innenpermanentmagnetmotors sind die Permanentmagneten in den
Statoreisenkern eingebettet, sodass die Druckelemente zum Befestigen
der Permanentmagneten unnötig
sind.
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Jedoch
ist beim Innenpermanentmagneten in der oben beschriebenen japanischen
Patentveröffentlichung
197292/2000 die Dicke des äußeren Abschnitts
des Rotoreisenkerns nicht vorgeschrieben, sodass ein Problem darin
bestand, dass das Verzahnungsdrehmoment – die Drehmomentsänderung, die,
wenn kein Strom fließt,
aufgrund der harmonischen Komponenten der magnetischem Flussdichte im
Luftspalt auftritt – ziemlich groß wurde
und die Drehmomentslinearität
nicht verbessert werden konnte.
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Die
vorliegende Erfindung dient dazu, die oben beschriebenen Probleme
zu lösen
und hat als Aufgabe, einen Permanentmagneten vorzusehen, in welchem
das Verzahnungsdrehmoment verringert wird und die Drehmomentslinearität verbessert
wird.
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Darstellung
der Erfindung
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In
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet ein Permanentmagnetmotor: einen Stator
mit einer Statorspule; und einen Rotor, der einen Vielzahl von axial
gebohrten Magnetschlitzen aufweist, die in einer Menge entsprechend
der Anzahl der Pole im Rotoreisenkern vorgesehen sind, wobei die
Permanentmagneten in den Magnetschlitzen so befestigt sind, dass
benachbarte Magnetpole einander gegenüberliegen; wobei im Rotor die
Form des Außenrandes
der Rotormagnetpolabschnitte, die entlang jeder Magnetpolfläche an der
Seite des Außenrandes
der Permanentmagneten gebildet sind, so ausgebildet ist, dass in
einem umfangsmäßig mittleren
Abschnitt davon der Abstand von der Mitte des Rotoreisenkerns am
längsten
ist und im Raum zwischen den Polen zwischen einem ersten der Permanentmagneten
und einem zweiten der Permanentmagneten der Abstand von der Mitte
des Eisenkerns am kürzesten
ist und so dass die äußerste Fläche der Rotormagnetpolabschnitte
einen Bogen bildet, wobei jeder Magnetschlitz, dessen radial äußere Seite
ungefähr
dem Bogen entspricht, in einer ungefähren Bogenform gebohrt ist;
und da die Ummantelungsdicke tc, die von der außenseitigen Oberfläche jedes Permanentmagneten
und der äußersten
Oberfläche jedes
Magnetpolabschnitts gebildet wird, ungefähr konstant ist, wenn die Dicke
jedes Permanentmagneten die Magnetdicke tm ist, dann wird die Beziehung tc/tm ≤ 0,25 erfüllt.
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Entsprechend
dem Permanentmagnetmotor in diesem Fall wird im Vergleich zu herkömmlichen Innenpermanentmagnetmotoren
die Wirkung erzielt, dass das Verzahnungsdrehmoment klein ist und
die Drehmomentslinearität
verbessert wird.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, erfüllt
der Permanentmagnetmotor 0,143 ≤ tc/tm ≤ 0,174.
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Entsprechend
dem Permanentmagnetmotor in diesem Fall wird die Wirkung erzielt,
dass das Verzahnungsdrehmoment noch weiter verringert wird.
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In
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung, da der Durchmesser, an dem die außenseitige Oberfläche des
Rotors am weitesten von der Mitte des Rotoreisenkerns entfernt ist,
der maximale Rotordurchmesser Dr ist, und der Radius jedes von der außenseitigen
Oberfläche
von jedem der Rotormagnetpolabschnitte gebildeten Bogens der Rotorbogenradius
Rp ist, dann erfüllt
der Permanentmagnetmotor die Beziehung 0,23 ≤ Rp/Dr ≤ 0,32.
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Entsprechend
dem Permanentmagnetmotor nähert
sich beim Rotor in diesem Fall die Form der magnetischen Flusswelle
vom Nord(Süd)pol
des Permanentmagneten zum Süd(Nord)pol
einer idealen sinussoidalen Welle an, sodass die Wirkung einer Verringerung
des Verzahnungsdrehmoments erhalten wird.
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In
einer vierten Ausführungsform
der Erfindung, da die Breite jedes der Magnetschlitze, die der Dicke
jedes der Permanentmagneten entspricht, die Schlitzbreite th ist
und wobei beide Enden jedes der Magnetschlitze mit einer ungefähr halbkreisförmigen Oberfläche versehen
sind, der Radius der halbkreisförmigen
Oberfläche
der Schlitzendradius Rh ist, dann erfüllt der Permanentmagnetmotor
die Beziehung 0,45 ≤ Rh/th ≤ 0,5.
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Entsprechend
dem Permanentmagnetmotor in diesem Fall wird die Belastungskonzentration
in den Eckabschnitten der im Rotor vorgesehenen Magnetschlitze verringert,
sodass die Wirkung erhalten wird, eine Hochgeschwindigkeitsdrehung
des Rotors zu ermöglichen.
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In
einer fünften
Ausführungsform
der Erfindung ist der Permanentmagnetmotor der Gestalt, dass die
Anzahl der Pole im Rotor 2n ist, und die Anzahl der hervorstehenden
Pole im Stator 3n ist, wobei n eine positive ganze Zahl größer als
Null ist.
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Entsprechend
dem Permanentmagnetmotor in diesem Fall, in dem z.B. der Rotor schräggestellt ist,
wird die Wirkung der weiteren Verringerung des Verzahnungsdrehmoments
erhalten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Querschnittsdiagramm eines Permanentmagnetmotors entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Querschnittsdiagramm eines Rotors im in 1 veranschaulichten
Permanentmagnetmotor.
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3 ist
ein vergrößertes Teilquerschnittsdiagramm,
welches den magnetischen Fluss veranschaulicht, der vom Rotor zu
einem Stator im in 1 veranschaulichten Permanentmagneten
fließt.
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4 ist
eine Tabelle, die die numerischen Werte und Eigenschaften verschiedener
Komponenten des in 1 veranschaulichten Permanentmagnetmotors
mit einem herkömmlichen
Innenmagnetmotor vergleicht.
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5 ist
ein charakteristisches Diagramm, in welchem das Verhältnis zwischen
tc/tm und die Drehmomentslinearität analysiert wird, wobei die Ummantelungsdicke
der Magnetpolabschnitte des Rotors tc ist und die Magnetdicke der
Permanentmagneten tm ist.
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6 ist
ein charakteristisches Diagramm, in welchem das Verhältnis zwischen
tc/tm und das Verzahnungsdrehmoment analysiert wird, wobei die Ummantelungsdicke
der Magnetpolabschnitte des Rotors tc ist und die Magnetdicke der
Permanentmagneten tm ist.
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7 ist
ein charakteristisches Diagramm, in welchem eine Magnetfeldanalyse
des Verhältnisses
zwischen Rp/Dr und das Verzahnungsdrehmoment dargestellt sind, wobei
der maximale Durchmesser des Rotors Dr ist und der Bogenradius des Rotors
Rp ist.
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8 ist
ein vergrößertes Teilquerschnittsdiagramm
des äußersten
Abschnitts des Rotors entsprechend einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein charakteristisches Diagramm, in welchem das Schlitzverhältnis Rh/th
gezeigt ist, wobei die Schlitzbreite der Magnetschlitze th ist und der
Schlitzkurvenradius der Magnetschlitze Rh ist, und die Relativen
Belastungswerte für
die Eckabschnitte an jedem Ende der Magnetschlitze analysiert werden.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Ausführungsform 1
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der 1 bis 3 beschrieben. 1 ist
ein Querschnittsdiagramm eines Permanentmagnetmotors entsprechend
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, 2 ist ein
Querschnittsdiagramm eines Rotors im in 1 gezeigten
Permanentmagnetmotor, und 3 ist ein
vergrößertes Teilquerschnittsdiagramm,
das den magnetischen Fluss vom Rotor zu einem Stator im in 1 gezeigten
Permanentmagnetmotor veranschaulicht.
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In 1 und 2 beinhaltet
der Permanentmagnetmotor 1: einen Stator 10, der
aus einem durch Ausstanzen von dünnen
elektromagnetischen Stahlblechen und durch Beschichten der elektromagnetischen
Stahlbleche hergestellten Statoreisenkern 11 besteht und
Statorspulen 13 aufweist, die um 12 hervorspringende Pole 11t gewickelt
sind; und einen achtpoligen Rotor 20 mit Permanentmagneten 31. Der
Permanentmagnetmotor ist so gestaltet, dass die Anzahl der Pole
des Rotors 20 2n ist und die Anzahl der hervorstehenden
Pole 11t des Stators 10 ist 3n, wobei n eine positive
ganze Zahl größer als
Null ist, und dass ein Spalt G zwischen dem Stator 10 und dem
Rotor 20 gebildet wird, und wenn die Statorspulen 13 unter
Strom gesetzt werden, sich der Rotor 20 aufgrund des sich
drehenden Magnetfelds dreht.
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Der
Rotor 20 hat eine Form eines Crysanthemensiegels mit derselben
Anzahl von Blütenblättern wie
die Magnetpole, und besteht aus einem Rotoreisenkern 21,
welcher durch Ausstanzen von elektromagnetischen Stahlblechen mit
der Dicke tr (nicht gezeigt in der Figur) von 0,35 mm in vorbestimmten
Formen, die zusammenlaminiert werden, hergestellt ist. Ein Loch 21y ist
axial in die Mitte des Rotoreisenkerns zum Inneren der Permanentmagneten 31 gebohrt.
Acht Magnetschlitze 21e, deren Querschnittsflächen ungefähr gebogen
sind, um mit den Permanentmagneten 31 einzugreifen und
sie zu befestigen, werden axial gebohrt. Ein Raum 21a zwischen
den Polen wird zwischen einem ersten der Permanentmagneten 31 und
einem zweiten der Permanentmagneten 31, die nebeneinander
liegen, gebildet, die Permanentmagneten sind so angeordnet, dass
die Magnetpole des ersten der Permanentmagneten 31 und
des zweiten der Permanentmagneten 31 einander gegenüberliegen
und die Rotormagnetpolabschnitte 24 sind zur Seite des
Stators 10 der Permanentmagneten 31 ausgebildet,
insbesondere von den Permanentmagneten 31 nach außen.
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Die
Rotormagnetpolabschnitte 24 sind so ausgebildet, dass jeder
Rotormagnetpolabschnitt 24 gebogen ist, wobei der Abstand
von der Mitte des Rotoreisenkerns 21 im umfangsmäßig mittleren
Abschnitt der außenseitigen
Fläche 24c (äußere Randform)
jedes Rotormagnetpolabschnitts 24 am größten ist und der Abstand von
der Mitte des Rotoreisenkerns 21 im Raum 21a zwischen
den Polen zwischen den Permanentmagneten 31 am kürzesten
ist, und sind so ausgebildet, dass die Ummantelungsdicke tc, welche
der Abstand zwischen der außenseitigen
Fläche
der Permanentmagneten 31 und der außenseitigen Fläche 24c der
Rotormagnetpolabschnitte 24 ist, ungefähr konstant ist, und die Ummantelungsdicke
tc im Hinblick auf die Ausstanzherstellung so dünn wie möglich ist.
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Der
Querschnitt jedes Permanentmagneten 31 ist ungefähr bogenförmig, und
die Magnetdicke in der radialen Richtung des Rotors 20 ist
tm. Entsprechend dem Permanentmagnetmotor 1, der wie oben beschrieben
gestaltet ist, sind die Rotormagnetpolabschnitte 24 des
Rotors 20 aus elektromagnetischen Stahlblechen hergestellt,
sodass der magnetische Fluss Φ von
den Permanentmagneten 31 durch die Rotormagnetpolabschnitte 24 durchdringt,
wie in 3 veranschaulicht. Jedoch ist die Ummantelungsdicke
tc der Rotormagnetpolabschnitte 24 im Rotor 20 dünn ausgebildet,
sodass der magnetische Widerstand durch die Rotormagnetpolabschnitte 24 extrem
groß ist
und die Kriechverluste des magnetischen Flusses aus dem Permanentmagneten 31 durch
die Rotormagnetpolabschnitte 24 gering sind. Dementsprechend,
da der magnetische Fluss aus den Rotormagnetpolabschnitten 24 fast
die Sättigung erreicht,
wird der aus dem rotierenden Magnetfeld des Stators 10 erzeugte
magnetische Fluss kaum durch die Rotormagnetpolabschnitte 24 im
Rotor 20 hindurchtreten können, sodass die Drehmomentlinearität erhöht werden
kann.
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Der
Durchmesser des Rotors 20 ändert sich wie in 1 und 4 als
besonderes Beispiel gezeigt, und der Permanentmagnetmotor 1 ist
so gestaltet, dass der maximale Rotordurchmesser Dr = 107 mm ist,
wobei der Durchmesser der außenseitigen
Fläche 24c des
Rotors 20 maximal ist, der Rotorbogenradius Rp = 29,1 mm
ist, wobei dies der Radius des von der außenseitigen Fläche 24c jedes
Rotormagnetpolabschnitts 24 gebildeten Kreisbogens ist, das
Rotordurchmesserverhältnis
Rp/Dr = 0,272 ist, die konstante Dicke tc der Ummantelung, die die
Permanentmagneten 31 in ihrem äußersten Abschnitt der Rotormagnetpolabschnitte 24 bedeckt,
gleich 0,5 mm ist, die Magnetdicke tm in der radialen Richtung der
Permanentmagneten 31 gleich 3 mm ist, und das Magnetdickenverhältnis tc/tm
= 0,16 ist. Entsprechend dem oben beschriebenen Permanentmagnetmotor 1 erhält man die
Eigenschaften, bei denen der relative Wert des Verzahnungsdrehmoments
1,0 ist und der relative Wert der Drehmomentlinearität 1,059 ist.
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Da
im Gegensatz dazu bei einem herkömmlichen
Innenpermanentmagnetmotor die Ummantelungsdicke tc der Rotormagnetpolabschnitte
variiert, und da die maximale Ummantelungsdicke tc = 5 mm beträgt und die
Magnetdicke Pm der Permanentmagneten 31, der maximale Rotordurchmesser
Dr, der Radius des Rotorkreisbogens Rp und das Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr
die selben wie beim Permanentmagnetmotor 1 sind, ist dann
der relative Wert des Verzahnungsdrehmoments 3,267 und der relative
Wert der Drehmomentlinearität
ist 0,6497. Daher werden die Eigenschaften des Verzahnungsdrehmoments
und der Drehmomentslinearität
beim Permanentmagnetmotor 1 im Vergleich zum herkömmlichen
Innenpermanentmagnetmotor verbessert.
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<Drehmomentslinearität>
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Zunächst werden
das Verhältnis
zwischen der Ummantelungsdicke tc der Rotormagnetpolabschnitte 24 und
der Magnetdicke Pm der Permanentmagneten 31 sowie die Drehmomentslinearität entsprechend
der 5 beschrieben. 4 ist ein
charakteristisches Diagramm, in welchem die Beziehung zwischen dem
Magnetdickenverhältnis
tc/tm und der Drehmomentslinearität analysiert wird.
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Es
ist verständlich
dass, wie in 4 gezeigt, das Magnetdickenverhältnis tc/tm
verringert werden muss, um die Drehmomentslinearität zu erhöhen. Wenn
das Magnetdickenverhältnis
tc/tm verringert wird, wird die Ummantelungsdicke tc der Rotormagnetpolabschnitte 24 relativ
klein im Vergleich zu der Magnetdicke tm, so dass der magnetische Fluss
der Rotormagnetpolabschnitte 24 im Rotor 20 fast
die Sättigung
erreicht. Dementsprechend verringert sich der Kriechverlust des
magnetischen Flusses, der aus dem Rotor 20 zum Stator 10 fließt, so dass
die Drehmomentslinearität
erhöht
werden kann
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<Verzahnungsdrehmoment>
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1. Magnetdickenverhältnis tc/tm
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Als
nächstes
wir die Beziehung zwischen dem maximalen Rotordurchmesser Dr und
dem Rotorbogenradius Rp sowie dem Verzahnungsdrehmoment entsprechend
der 6 beschrieben. 6 ist ein
charakteristisches Diagramm, in welchem die Beziehung zwischen dem
Magnetdickenverhältnis
tc/tm und dem Verzahnungsdrehmoment analysiert wird, wobei die Ummangelungsdicke
der Rotormagnetpolabschnitte tc ist und die Magnetdicke der Permanentmagneten
tm ist.
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In 6 wird
das Verzahnungsdrehmoment des herkömmlichen Innenpermanentmagnetmotors mit
abwechselnd lang und kurz gestrichelter Linie veranschaulicht und
es ist zu verstehen, dass das Magnetdickenverhältnis tc/tm innerhalb eines
Bereichs von tc/tm ≤ 0,25
bezeichnet werden sollte, um das Verzahnungsdrehmoment des Permanentmagnetmotors 1 unter
das Verzahnungsdrehmoment des Innenpermanentmagnetmotors abzusenken.
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Der
relative Wert des Verzahnungsdrehmoments erreicht ein Minimum, wo
das Magnetdickenverhältnis
tc/tm ungefähr
0,158 beträgt,
da der magnetische Fluss in den Rotormagnetpolabschnitten 24 in
diesem Bereich gesättigt
ist. Wenn das Magnetdickenverhältnis
tc/tm 0,158 überschreitet,
steigt der relative Wert der Verzahnungsdrehmoments an. Das liegt
daran, dass je größer die
Ummantelungsdicke tc der Rotormagnetpolabschnitte 24 in
Bezug auf die Magnetdicke tm des Permanentmagneten 31 ist, umso
größer wird
der Kriechverlust des magnetischen Flusses aus dem Permanentmagneten 31 zu den
Rotormagnetpolabschnitten 24 hin.
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Der
relative Wert des Verzahnungsdrehmoments steigt an, wo das Magnetdickenverhältnis tc/tm < 0,158 ist. Dies
liegt daran, dass obwohl je kleiner die Ummantelungsdicke tc in
Bezug auf die Magnetdicke tm ist, umso geringer wird der Kriechverlust des
magnetischen Flusses aus den Permanentmagneten 31 zu den
Rotormagnetpolabschnitten 24, wobei der aus den Permanentmagneten 31 durch
den Statoreisenkern 11 gehende magnetische Fluss ansteigt,
so dass der relative Wert des Verzahnungsdrehmoments ansteigt.
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Wie
oben beschrieben beträgt
das Verzahnungsdrehmoment des Permanentmagnetmotors 31 ein
Minimum, wo das Magnetdickenverhältnis
tc/tm ungefähr
0,158 beträgt,
und das Verzahnungsdrehmoment steigt an, wenn das Magnetdickenverhältnis tc/tm
0,158 überschreitet
und steigt an wenn das Magnetdickenverhältnis tc/tm kleiner wird als
0,158.
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Wenn
der Permanentmagnetmotor 1 so hergestellt wird, dass das
Magnetdickenverhältnis
tc/tm = 0,158 beträgt,
entstehen Dimensionsabweichungen in der Magnetdicke tc und in der
Ummantelungsdicke tm. Wenn angenommen wird, dass die Dimensionsabweichungen
5% betragen, beträgt
der minimale Wert von tc/tm 0,158×0,95/1,05=0,143. Gleichzeitig
beträgt
der maximale Wert von tc/tm 0,158×1,05/0,95=0,174.
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Dementsprechend
kann durch das Festlegen des Magnetdickenverhältnisses tc/tm innerhalb eines
Bereichs von 0,143 ≤ tc/tm ≤ 0,174 das
Verzahnungsdrehmoment weiter verringert werden.
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Um
zusätzlich
zu erreichen, dass der Permanentmagnetmotor 1 Eigenschaften
erhält,
in welchen der Relativwert des Verzahnungsdrehmoments des Permanentmagnetmotors 1 ungefähr die Hälfte des Relativwerts
des Verzahnungsdrehmoments des herkömmlichen Innenpermanentmagnetmotors
beträgt, würde das
Magnetdickenverhältnis
tc/tm innerhalb eines Bereichs von 0,12 ≤ tc/tm ≤ 0,2 festgelegt werden.
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2. Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr
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Im
Folgenden wird ein in 7 veranschaulichtes charakteristisches
Diagramm beschrieben, in welchem eine Magnetfeldanalyse der Beziehung
zwischen einem Eisenkern-Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr
und dem Verzahnungsdrehmoment veranschaulicht ist, wobei der äußere Durchmesser
des Rotors bis zum äußersten
Rand des Rotors 20 Dr ist und der Bogenradius des Rotors
zur gebogenen Oberfläche
jedes Rotormagnetpolabschnitts 24 Rp ist.
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In 7 beträgt das Verzahnungsdrehmoment
des Permanentmagnetmotors 1 ein Minimum, wo das Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr
ungefähr 0,29
beträgt,
da die Form der magnetischen Flusswelle vom Nord(Süd)pol zum
Süd(Nord)pol
der Permanentmagneten 31 in den Rotormagnetpolabschnitten 24 sich
einer idealen sinosoidalen Welle in diesem Bereich annähert.
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Wenn
das Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr
0,29 übersteigt,
d.h. wenn der Rotorbogenradius Rp in Bezug auf den Durchmesser Dr
des Rotors 20 relativ ansteigt, wird die Gleichmäßigkeit
der magnetischen Flussveränderungen
in den Abschnitten zwischen den Permanentmagneten, wo die Polarität vom Nord(Süd)pol zum
Süd(Nord)pol 31 wechselt, gestört, insbesondere
bewegt sie sich weg von der idealen sinosoidalen Welle, so dass
das Verzahnungsdrehmoment ansteigt. Wenn das Eisenkern-Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr < 0,29 ist, d.h.
wenn sich der Rotorbogenradius Rp relativ in Bezug zum maximalen
Rotordurchmesser Dr verkleinert, steigt das Verzahnungsdrehmoment
an.
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Der
relative Wert des Verzahnungsdrehmoments im herkömmlichen Innenmagnetrotor würde 0,16
betragen, wobei das Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr einen konstanten
Wert von 0,272 aufweist.
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Um
dementsprechend zu erreichen, dass das Verzahnungsdrehmoment im
Permanentmagnetmotor 1 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform
so kontrolliert werden kann, dass es niedriger als das Verzahnungsdrehmoment
im herkömmlichen
Innenmagnetrotor liegt, sollte das Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr
innerhalb eines Bereichs von 0,23 ≤ Rp/Dr ≤ 0,32 festgelegt
werden.
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Um
zusätzlich
zu erreichen, dass der Permanentmagnetmotor 1 Eigenschaften
erhalten kann, in welchen der Relativwert des Verzahnungsdrehmoments
des Permanentmagnetmotors 1 ungefähr die Hälfte des Verzahnungsdrehmoments
des herkömmlichen
Innenpermanentmagnetmotors aufweist, würde das Rotordurchmesserverhältnis Rp/Dr
innerhalb eines Bereichs von 0,255 ≤ Rp/Dr ≤ 0,303 festgelegt werden.
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Wie
oben beschrieben kann durch das Festlegen des Rotormaximaldurchmessers
Dr und des Rotorbogenradius Rp innerhalb eines Bereichs von 0,23 ≤ Rp/Dr ≤ 0,32 und
durch Festlegen der Ummantelungsdicke tc der Rotormagnetpolabschnitte 24 auf
einen konstanten Wert und durch Festlegen der Magnetdicke tm der
Permanentmagneten 31 auf 2,5 mm und des Magnetdickenverhältnisses
tc/tm auf einem Bereich von 0,125 ≤ tc/tm ≤ 0,190 die
Drehmomentslinearität
erhöht
werden und das Verzahnungsdrehmoment verringert werden im Vergleich
zu dem herkömmlichen
Innenpermanentmagnetmotor.
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Zusätzlich kann
durch Festlegen des Magnetdickenverhältnisses tc/tm innerhalb eines
Bereichs von 0,143 ≤ tc/tm ≤ 0,174 das
Verzahnungsdrehmoment weiter verringert werden.
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Da
darüber
hinaus der Motor so gestaltet ist, dass die Anzahl der Pole des
Rotors 20 2n beträgt und
die Anzahl der hervorstehende Pole 12 des Stators 10 3n
beträgt,
kann, wenn der Rotor 20 schräg ist, das Verzahnungsdrehmoment
im Permanentmagnetmotor 1 weiter verringert werden.
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Ausführungsform 2
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird entsprechend 8 beschrieben. 8 ist
ein vergrößertes Teilquerschnittdiagramm des äußersten
Abschnitts des Rotors entsprechend der Ausführungsform der Erfindung.
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Außer dem
Verzahnungsdrehmoment und der Drehmomentslinearität gibt es
als weitere wichtige Eigenschaft des Permanentmagnetmotors die Höchstdrehgeschwindigkeit.
Der Grund liegt darin, dass, wenn die Höchstdrehgeschwindigkeit angehoben
wird, eine von dem Motor angetriebene Maschine mit hoher Geschwindigkeit
betrieben werden kann, so dass die Produktivität erhöht werden kann.
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Wenn
jedoch, wie in 8 illustriert, beim Permanentmagnetmotor,
in welchem Magnetschlitze 22 im Rotor 20 vorgesehen
sind und die Permanentmagnete 31 in die Magnetschlitze 22 eingesetzt
sind und durch Klebstoffe oder ähnliches
befestigt sind, die Höchstdrehgeschwindigkeit
angehoben wird, konzentriert sich die Belastung in den Eckabschnitten
an beiden Enden der Magnetschlitze 22, wodurch die Befestigung
der Permanentmagneten 31 negativ beeinflusst werden kann.
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Um
daher das oben beschriebene Problem zu lösen, ist es denkbar, dass gebogene
Abschnitte in den ungefähr
bogenförmigen
Magnetschlüssen 22 zur
Unterbringung der Permanentmagnete vorgesehen sind, axial in den
Rotor 20 wie in 8 veranschaulich eingebohrt,
um so die Belastungskonzentration zu verringern.
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Wenn
die Länge
der Magnetschlitze 22 in der radialen Richtung des Rotors 20 die
Schlitzbreite th ist, wird eine ungefähr halbkreisförmige Oberfläche in den
Eckabschnitten an beiden Enden jedes der Magnetschlitze 22 gebildet
und der Radius der halbkreisförmigen
Oberfläche
ist der Schlitzendradius Rh, dann sind die Magnetschlitze so gestaltet,
dass die Schlitzbreite th=2,6 mm beträgt, der Schlitzendradius Rh=1,3
mm beträgt
und das Schlitzverhältnis Rh/th=0,5
ist.
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Im
Folgenden wird ein in 9 veranschaulichtes charakteristisches
Diagramm beschrieben, in welchem das Schlitzverhältnis Rh/th und die relativen Belastungswerte
an den Eckabschnitten an beiden Enden jedes der Magnetschlitze 22 analysiert
werden.
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Wie
aus der 9 ersichtlich ist, ist dort,
wo das Schlitzverhältnis
Rh/th=0,5 ist, der relative Belastungswert an den Eckabschnitten
an beiden Enden der Magnetschlitze 22 minimal, und dort,
wo 0,4 ≤ Rh/th
ist, betragen die relativen Belastungswerte an den Eckabschnitten
an beiden Enden der Magnetschlitze 22 zwischen 1,0 und
1,2, was beim praktischen Einsatz keine Probleme verursacht.
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Wie
oben beschrieben, da die Breite th ist und der Schlitzendradius
Rh ist, kann durch das Einstellen von Rh/th innerhalb eines Bereichs
von 0,4 ≤ Rh/th,
die Belastungskonzentration in den Eckabschnitten an beiden Enden
der Magnetschlitze 22, die durch eine Zentrifugalkraft
aufgrund der Drehung des Rotors 20 verursacht wird, verringert
werden.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben, ist der Permanentmagnetmotor entsprechend der
vorliegenden Erfindung z.B. für
einen Synchronmotor geeignet.
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Zusammenfassung
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Ein
Permanentmagnetmotor 1 beinhaltet einen Rotor, in welchem
Permanentmagneten 31 befestigt sind. In dem Rotor 20 ist
die Form des Außenrandes
der Rotormagnetpolabschnitte 24 so ausgebildet, dass im
umfangsmäßig mittleren
Abschnitt der Abstand von der Mitte des Rotoreisenkerns 21 am längsten ist
und im Raum zwischen den Polen der Abstand von der Mitte des Rotoreisenkerns
am kürzesten
ist, und so dass die äußerste Fläche der
Rotormagnetpolabschnitte 24 einen Bogen bildet, und da
die Ummantelungsdicke tc, die von der außenseitigen Oberfläche jedes
Permanentmagneten 31 und der äußersten Oberfläche jedes
Rotormagnetpolabschnitts 24 gebildet wird, praktisch konstant
ist und die Dicke der Permanentmagneten die Magnetdicke tm ist,
wird dann die Beziehung tc/tm ≤ 0,25
erfüllt.