DE112012006389T5

DE112012006389T5 - Drehender Elektromotor und Verbrennungsmotor-Lader

Info

Publication number: DE112012006389T5
Application number: DE201211006389
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corpor Arita Hideaki; c/o Mitsubishi Electric Corpor Goto Takashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2032-08-25
Also published as: WO2014030251A1; CN104604109A; US9225207B2; DE112012006389B4; CN104604109B; JPWO2014030251A1; JP5653569B2; US20150122235A1

Abstract

Zahnförmige Bereiche 11b eines Magnets 11 sind derart ausgebildet, dass ein Teil der Projektionsebene von jedem der zahnförmigen Bereiche in Umfangsrichtung in Bezug auf jenem von einem von Zähnen 8b und 9b aus Axialrichtung eines ersten Statorkerns 8 und eines zweiten Statorkerns 9 gesehen vorragt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen drehenden Elektromotor, in welchem ein Rotor, der aus einem Magnetkörper und einem Magnet (Permanentmagnet) zusammengesetzt ist, als Stator angeordnet ist, und einen Verbrennungsmotor-Lader für Fahrzeuge, der den drehenden Elektromotor verwendet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist allgemein bekannt, dass eine konventionell geschaltete Reluktanzmotor-Struktur insbesondere bei einem mit hoher Drehzahl drehenden Elektromotor vorteilhaft ist, weil die geschaltete Reluktanzmotor-Struktur eine hohe mechanische Haltbarkeit aufweist und erwartungsgemäß einen hohen Wirkungsgrad bereitstellen kann. Eine konventionell geschaltete Reluktanzmotor-Struktur wird z. B. von einer Patent-Referenzschrift 1 usw. offenbart. Ein von dieser Patent-Referenzschrift 1 offenbarter Permanentmagnetmotor weist eine Struktur auf, die umfasst: einen Rotor, bei dem jeder von zwei geschichteten Magnetkörpern in einen N-Pol und einen S-Pol unterteilt ist, wobei die Magnetkörper in einem vorgegebenen Abstand angeordnet sind, und Schenkelpole, welche der N-Pol und der S-Pol bilden, auf einer Drehwelle montiert sind, wobei jeder der Schenkelpole um eine Hälfte der Teilung verdreht ist; und einen Stator, in dem ein Magnetkörper in Axialrichtung derart in zwei Teile unterteilt ist, um den N-Pol und den S-Pol des oben beschriebenen Rotors zu Umschließen, und einen Magnet zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung, der in der Axialrichtung magnetisiert ist, zwischen den Magnetkörpern platziert ist. Da ein solcher konventioneller Permanentmagnetmotor eine Struktur aufweist, welche die Schenkelpole des Rotors durch die Verwendung des im Stator angeordneten Magnets als Magnetpole dienen lässt, ist es nicht erforderlich, einen Magnet im Rotor anzuordnen. Da die Struktur eine hohe mechanische Haltbarkeit aufweist, ist diese daher für einen drehenden Elektromotor geeignet, der für eine Drehung mit hoher Drehzahl oder eine Drehung mit ultrahoher Drehzahl ausgelegt ist. Im Patent-Referenzdokument 1 ist darüber hinaus veranschaulicht, dass der Statorkern und der Magnet im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen.
DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
Patent-Referenzschrift

Patent-Referenzschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 8-214519 .

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Konventionelle mit hoher Drehzahl drehende Motoren sind, wie durch die o. g. Patent-Referenzschrift offenbart, vom Typ eines Permanentmagnet-Motors, und normalerweise sind der Statorkern und der Magnet ausgelegt, die im Wesentlichen gleiche Form aufzuweisen. Ein Problem besteht jedoch darin, dass im Fall eines Hochleistungs-Elektromotors, der einen großen Strom benötigt, weil ein übermäßiger magnetischer Streufluss zwischen einander benachbarten Zähnen im Statorkern auftritt, wenn der Statorkern und der Magnet die gleiche Form aufweisen, sich der Motorwirkungsgrad verschlechtert, und als Folge dieser Verschlechterung die zum Erreichen einer erforderlichen Anzahl von Umdrehungen benötigte Zeit, d. h. die Ansprechgeschwindigkeit, sich in höchstem Maße verschlechtert.
Ein Lader für Fahrzeuge, der einen mit einer Drehwelle eines Motors verbundenen Drehflügel mit hoher Drehzahl dreht und eine druckbeaufschlagte Zuführung von Ansaugluft für einen Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Zuführung eines großen Stroms, usw. bereitstellt, weist zum Beispiel ein großes Problem auf, wie die Ansprechgeschwindigkeit zu verbessern ist. Solange der Statorkern und der Magnet jedoch mit der im Wesentlichen gleichen Form ausgelegt sind, wird eine Verschlechterung der Ansprechgeschwindigkeit unter dem Einfluss eines magnetischen Streuflusses zwischen den Zähnen nicht vermieden. Daher ist insbesondere wenn ein Permanentmagnetmotor-System bei einem Verbrennungsmotor-Lader verwendet wird, eine Maßnahme zum Reduzieren des magnetischen Streuflusses zwischen den Zähnen ein wichtiges Thema.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben genannten Probleme zu lösen, und es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen drehenden Elektromotor, der für Verwendungen geeignet ist, die eine Zufuhr eines großen Stroms erfordern und die für Drehungen mit ultrahoher Drehzahl erwünscht sind, deren Anzahl 100.000 Drehungen erreicht, und einen Verbrennungsmotor-Lader bereitzustellen, der den drehenden Elektromotor verwendet.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Ein drehender Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Rahmen; einen Rotor, der an einer vom Rahmen drehbar abgestützten Drehwelle befestigt ist, und der im Rahmen drehbar angeordnet ist; und einen Stator mit zwei Statorkernen derselben Form, die vom Rahmen gehalten werden und koaxial so angeordnet sind, dass diese den Rotor umschließen, einen Magnet zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung, der zwischen den oben beschriebenen beiden Statorkernen eingefügt ist und der den Rotor erregt, und eine Antriebsspule zur Drehmomenterzeugung umfasst, die um die oben beschriebenen beiden Statorkerne gewickelt ist und die das Erzeugen eines Drehmoments bewirkt, und jeder der Statorkerne eine scheibenförmige Kernrückseite und Zähne aufweist, die in radialer Richtung aus einer Innenseite der oben beschriebenen Kernrückseite nach innen vorragen und Schlitze bilden, die zu deren Innenumfangsfläche offen sind, der Magnet zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung einen kernrückseitenförmigen Bereich der gleichen Form wie die Kernrückseiten der Statorkerne und zahnförmige Bereiche der gleichen Form wie die Zähne aufweist, und ein Teil einer Projektionsebene von jedem der zahnförmigen Bereiche des Magnets zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung in Umfangsrichtung in Bezug zu jenem von einem der Zähne aus Axialrichtung der Statorkerne gesehen vorragt.
Ein Verbrennungsmotor-Lader gemäß der vorliegenden Erfindung treibt einen Drehflügel eines Verdichters unter Verwendung des oben beschriebenen drehenden Elektromotors rotierend an.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ragt ein Teil der Projektionsebene von jedem der zahnförmigen Bereiche des Magnets zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung in Umfangsrichtung in Bezug zu jenem von einem der Zähne aus Axialrichtung der Statorkerne gesehen vor. In einem Fall, bei dem sich die Breite in Umfangsrichtung von jedem der Zähne verschmälert, um den Magnet zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung vorragen zu lassen, weil ein magnetischer Streufluss, der durch die Kernrückseiten des Stators auftritt, der die Antriebsspule zur Drehmomenterzeugung umschließt, können die in Umfangsrichtung einander benachbarten Zähne und die Schlitze daher stark reduziert werden, wobei eine Reduzierung des Antriebsmoments aufgrund des Auftretens des magnetischen Streuflusses verhindert werden kann. In einem Fall, bei dem sich die Breite in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche des Magnets zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung erweitert, um den Magnet in Bezug auf die Zähne vorragen zu lassen, kann das Antriebsmoment erhöht werden, weil sich die Flussdichten der Zähne erhöhen. Daher kann in beiden Fällen ein drehender Elektromotor bereitgestellt werden, der für Verwendungen geeignet ist, die Umdrehungen mit ultrahoher Drehzahl erfordern.
Da die Ladefähigkeit des Laders gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht werden kann und die Ansprechempfindlichkeit der Lade-Funktion durch die Verwendung des drehenden Elektromotors ebenfalls in hohem Maße verbessert werden kann, der für Umdrehungen mit ultrahoher Drehzahl geeignet ist, kann ein Verbrennungsmotor-Lader mit hoher Ansprechempfindlichkeit gemäß dem Beschleunigungsvorgang des Fahrers bereitgestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines drehenden Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 zeigt eine Draufsicht von einem ersten Statorkern aus gesehen in einem Zustand, bei dem ein Statorkern und ein Magnet des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 in Bezug auf eine Axialrichtung aufeinander platziert sind;
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Stators des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 vom ersten Statorkern aus gesehen;
4 zeigt eine Draufsicht, welche die Form eines Magnets des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 veranschaulicht;
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Stators von einem ersten Statorkern aus gesehen, der eine konventionelle Form aufweist, bei der kein vorragender Bereich des Magnets vorhanden ist;
6 zeigt ein Vergleichsdiagramm eines magnetischen Streuflusses zur Erläuterung eines Vergleichs zwischen der Kennlinie eines magnetischen Streuflusses, der zwischen Zähnen des Stators im drehenden Elektromotor gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 auftritt, und der Kennlinie eines magnetischen Streuflusses, der zwischen Zähnen des Stators mit der konventionelle Form auftritt;
7 zeigt ein Diagramm, das einen Leistungsverbesserungseffekt des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 veranschaulicht, der relativ zu dem eines drehenden Elektromotors mit der konventionellen Form ist;
8 zeigt eine Draufsicht, die eine Variante des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 veranschaulicht, und den Stator vom ersten Statorkern aus gesehen veranschaulicht;
9 zeigt eine Draufsicht, die eine weitere Variante des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 veranschaulicht und den Stator vom ersten Statorkern aus gesehen veranschaulicht;
10 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines drehenden Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
11 zeigt eine Draufsicht, die eine Variante des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 veranschaulicht, und die Form eines Magnets veranschaulicht;
12 zeigt eine Draufsicht, die eine weitere Variante des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 veranschaulicht, und die Form eines Magnets veranschaulicht;
13 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines drehenden Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
14 zeigt eine Draufsicht, welche die Form eines Magnets des drehenden Elektromotors gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 veranschaulicht;
15 zeigt eine Grafik, welche die Ergebnisse eines Vergleichs zwischen Versuchsberechnungen eines mittleren Drehmoments für die drehenden Elektromotoren gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 veranschaulicht; und
16 zeigt eine Querschnittsansicht, welche die Struktur eines Verbrennungsmotor-Laders gemäß einem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und die Struktur zur Verwendung des drehenden Elektromotors gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 veranschaulicht.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Zur detaillierteren Erläuterung dieser Erfindung werden nachfolgend die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1.
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein drehender Elektromotor 100 einen Rotor 2, der an einer Drehwelle 1 koaxial befestigt ist, einen Stator 6, der koaxial derart angeordnet ist, um den Rotor 2 zu umschließen, und in welchem eine Statorspule 10, die als Antriebspule zur Drehmomenterzeugung vorgesehen ist, um einen Statorkern 7 gewickelt ist, der einen Magnet 11 zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung einschließt, und einen Rahmen 12, der aus Metall, wie z. B. einem Eisenmaterial oder Aluminiummaterial, hergestellt ist und den Rotor 2 und den Stator 6 in einem zylindrischen Bereich aufnimmt und hält. Der Rahmen 12 weist den in 1 dargestellten zylindrischen Bereich und ein nicht dargestelltes Paar von Endplatten auf, die Öffnungen an beiden Enden dieses zylindrischen Bereichs verschließen.
Der Rotor 2 umfasst einen ersten Magnetkörper 3 und einen zweiten Magnetkörper 4 von denen jeder durch Schichten einer großen Anzahl von magnetischen Stahlplatten hergestellt ist, die in einer spezifischen Form, z. B. einstückig, ausgebildet sind, und eine scheibenförmige Trennwand 5, die durch Schichten einer vorgegebenen Anzahl von magnetischen Stahlplatten einstückig hergestellt ist und in die an einer axialen Mittenposition davon eine Einschuböffnung gebohrt ist, in welche die Drehwelle eingesetzt ist. Der erste Magnetkörper 3 und der zweite Magnetkörper 4 sind so hergestellt, dass sie die gleiche Form aufweisen, und weisen zylindrische Basen 3a und 4a, in die eine Einsatzöffnung, in welche die Drehwelle eingefügt ist, an deren axialen Mittenpositionen gebohrt ist, und Schenkelpole 3b und 4b auf, zwei Schenkelpole für jeden Magnetkörper, die derart angeordnet sind, dass diese in radialer Richtung von den Außenseiten der Basen 3a und 4a nach außen vorragen und jeweils in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Der erste Magnetkörper 3 der zweite Magnetkörper 4 sind derart angeordnet, dass diese in Umfangsrichtung um eine Hälfte der Schenkelpol-Teilung in Bezug zueinander versetzt angeordnet sind, und über die Trennwand 5 gegenüberliegen und in engem Kontakt miteinander stehen, und sind derart aufgebaut, um an der Drehwelle 1 befestigt zu werden, die in deren Einsatzöffnungen eingefügt ist.
Jeder der ersten und zweiten Magnetkörper 3 und 4 ist aus einer großen Anzahl von magnetischen Stahlplatten ausgebildet, die einstückig geschichtet sind. Alternativ kann jeder der ersten und zweiten magnetischen Körper durch Härten eines Eisenpulvers, wie z. B. einem pulververdichteten Eisenkern, mit einem Harz ausgebildet werden. In diesem Fall kann der gleiche Vorteil wie in dem Fall des einstückigen Schichtens von magnetischen Stahlplatten bereitgestellt werden.
Der Statorkern 7 ist mit einem ersten Statorkern 8 und einem zweiten Statorkern 9 versehen, von denen jeder durch Schichten einer Vielzahl von magnetischen Stahlplatten hergestellt ist, die in einer bestimmten Form einstückig ausgebildet werden. Der erste Statorkern 8 ist mit einer zylindrischen Kernrückseite 8a und sechs Zähnen 8b versehen, die so angeordnet sind, dass diese in radialer Richtung von einer Innenseite der Kernrückseite 8a nach innen vorragen und in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung angeordnet sind, und ein Schlitz 8c, der in Richtung zu einem Innenumfang des Statorkerns offen ist, ist zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Zähnen 8b in Umfangsrichtung ausgebildet.
Der Statorkern 7 ist aus einer Anzahl von magnetischen Stahlplatten ausgebildet, die einstückig geschichtet sind. Als Alternative kann der Statorkern durch Härten eines Eisenpulvers, wie z. B. einem pulververdichteten Eisenkern, mit einem Harz ausgebildet sein. In diesem Fall kann der gleiche Vorteil wie im Fall des einstückigen Schichtens von magnetischen Stahlplatten bereitgestellt werden.
Der zweite Statorkern 9 derart hergestellt, dass dieser die gleiche Form wie der erste Statorkern 8 aufweist, und ist mit einer zylindrischen Kernrückseite 9a und sechs Zähnen 9b versehen, die so angeordnet sind, dass diese in radialer Richtung von einer Innenseite der Kernrückseite 9a nach innen vorragen, und in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung angeordnet sind, und ein Schlitz 9c, der in Richtung zu einem Innenumfang des Statorkerns offen ist, ist zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Zähnen 9b in Umfangsrichtung ausgebildet.
Der erste Statorkern 8 und der zweite Statorkern 9, die derart aufgebaut sind, sind so angeordnet, dass die Positionen in Umfangsrichtung der Zähne 8b mit denen der Zähne 9b übereinstimmen, die ersten und zweiten Statorkerne koaxial angeordnet sind, wobei diese durch einen Zwischenraum voneinander beabstandet sind, welcher der Dicke der Trennwand 5 in der Axialrichtung entspricht, und der erste Statorkern 8 den ersten Magnetkörper 3 umschließt und der zweite Statorkern 9 den zweiten Magnetkörper 4 umschließt.
Die Statorspule 10 setzt sich aus sechs Phasenspulen zusammen, die um die Zähne 8b und 9b gewickelt sind, die in Bezug auf die Axialrichtung einander gegenüberliegen und ein Paar miteinander bilden, d. h. gemäß einer sogenannten konzentrierten Wicklungsmethode um die Zähne gewickelt sind. Die Statorspule 10 ist insbesondere durch mehrmaliges Wickeln von Wicklungen für drei Phasen U, V und W der Reihe nach N-mal in einer konzentrierten Wicklungsweise um die sechs Paare von Zähnen 8b und 9b gebildet, die in Bezug auf die Axialrichtung einander gegenüberliegen und ein Paar miteinander bilden.
Der Magnet 11 ist derart ausgebildet, dass dieser im Wesentlichen die gleiche Form wie der erste Statorkern 8 und der zweite Statorkern 9 aufweist, und ist durch diese ersten und zweiten Statorkerne 8 und 9 koaxial eingeschlossen. Der Magnet 11 ist in einer Form ausgebildet, mit welcher der Magnet in Bezug auf die Zähne 8b und 9b teilweise vorragt. Die Details der Formen des ersten Statorkerns 8, des zweiten Statorkerns 9 und des Magnets 11 werden nachfolgend beschrieben.
Die Drehwelle 1 wird durch ein nicht dargestelltes Paar von Endplatten des Rahmens 12 drehbar abgestützt, der Rotor 2 ist im zylindrischen Bereich des Rahmens 12 in einem Zustand untergebracht, bei dem sich der Rotor frei drehen kann, und der Stator 6 ist in den zylindrischen Bereich des Rahmens 12 eingepasst und wird in einem Zustand gehalten, bei dem der Stator koaxial so platziert ist, dass er diesen Rotor 2 umschließt, sodass der drehende Elektromotor 100 aufgebaut ist.
Im so aufgebauten drehenden Elektromotor 100 ist ein magnetischer Fluss 3b, der vom Schenkelpol 3b des ersten Magnetkörpers 3 in den ersten Statorkern 8 fließt und vom zweiten Statorkern 9 zum Schenkelpol 4b des zweiten Magnetkörpers 4 zurückkehrt, aufgrund der Magnetkraft des Magnets 11 ausgebildet, wie dies durch einen Pfeil in 1 veranschaulicht ist. Da die Schenkelpole 3b und 4b des ersten Magnetkörpers 3 und des zweiten Magnetkörpers 4 in Umfangsrichtung um eine Hälfte der Schenkelpol-Teilung in Bezug zueinander angeordnet sind, wirkt der magnetische Fluss derart, dass ein N-Pol und ein S-Pol in Umfangsrichtung aus der Axialrichtung gesehen abwechselnd angeordnet sind. Demzufolge arbeitet der drehende Motor 100 als Nicht-Kommutatormotor und arbeitet magnetisch wie ein drehender Permanentmagnet-Elektromotor mit 4-Polen und 6-Schlitzen, bei dem eine konzentrierte Wicklungsmethode angewendet wurde.
Als nächstes werden die Details der Formen des ersten Statorkerns 8, des zweiten Statorkerns 9 und des Magnets 11 beschrieben.
2 zeigt eine Draufsicht vom ersten Statorkern 8 aus in einem Zustand gesehen, bei dem der Statorkern 7 und der Magnet 11 des drehenden Elektromotors 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 in Bezug auf die Axialrichtung aufeinander platziert sind, und 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 2. 4 zeigt eine Draufsicht, welche die Form des Magnets 11 veranschaulicht.
Der Magnet 11 weist einen kernrückseitigförmigen Bereich 11a, der im Wesentlichen die gleiche Form wie die Kernrückseiten 8a und 9a des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 aufweist und zwischen die Kernrückseiten 8a und 9a und zahnförmigen Bereichen eingefügt ist, und zahnförmige Bereiche 11b auf, die jeweils die im Wesentlichen gleiche Form wie die Zähne 8b und 9b aufweisen und zwischen die Zähne 8b und 9b eingefügt sind. Zwischen den zahnförmigen Bereichen 11b ist ein schlitzförmiger Bereich 11d mit der im Wesentlichen gleichen Form wie die Schlitze 8c und 9c offen und die Statorspule 10 durchdringt jeden schlitzförmigen Bereich 11d. Die Größe (Breite) in Umfangsrichtung von jedem der schlitzförmigen Bereiche 11b ist größer als die Größe (Breite) in Umfangsrichtung von jedem der Zähne 8b und 9b festgelegt, wobei Teile von jedem zahnförmigen Bereich, die in Bezug auf die Zähne 8b und 9b vorragen, als Vorsprungbereiche 11c definiert sind. In 4 ist jeder Vorsprungbereich 11c durch eine schraffierte Fläche dargestellt.
Wenn der Statorkern 7 in 2 daher im Zustand, bei dem der Magnet 11 zwischen dem ersten Statorkern 8 und dem zweiten Statorkern 9 eingefügt ist, der aus der Axialrichtung gesehen nicht sichtbar ist, ragt jeder Vorsprungbereich 11c des Magnets 11 zur Umfangsrichtung der Zähne 8b vor. Tc zeigt in 2 die Größe in Umfangsrichtung von jedem der Zähne 8b und 9b des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9, der nicht sichtbar ist, und Mc zeigt die Größe in Umfangsrichtung jedes zahnförmigen Bereichs 11b, welcher die Vorsprungbereiche 11c des Magnets 11 umfasst. Die nachfolgende Beziehung: Mc > Tc ist hergestellt.
Nachfolgend wird die Wirkung des Vorsprungs des Magnets 11 in Bezug auf die Zähne 8b und 9b des Statorkerns 7 erläutert.
5 zeigt schematisch eine Situation, bei der ein magnetischer Streufluss zwischen den Zähnen 8b in einem Fall auftritt, bei dem der Magnet eine Form aufweist, bei der eine Beziehung Mc = Tc herrscht, die aufzeigt, dass kein Vorsprungbereich 11c im Magnet 11, d. h. eine konventionelle Form, vorhanden ist. Da der Magnet 11 und der zweite Statorkern 9 in 5 derart ausgebildet sind, dass diese die gleiche Form wie der erste Statorkern 8 aufweisen, sind der Magnet 11 und der zweite Statorkern 8 hinter dem ersten Statorkern 8 in einem Zustand nicht sichtbar, bei dem die Kerne und der Magnet aufeinander platziert sind. Während die Größe in Umfangsrichtung von jedem zahnförmigen Bereich 11b des Magnets 11 für die Fälle von 2 und 5 identisch ist, ist im Fall von 2 die Größe in Umfangsrichtung des vorderen Abschlussteils von jedem der Zähne 8b und 9b zudem kleiner als die im Falle von 5 hergestellt (die Schlitze 8c und 9c sind erweitert), um die Vorsprungbereiche 11c auszubilden.
Wenn ein Strom durch die Statorspule 10 in jeder der Strukturen von 2 und 5 geleitet wird, tritt ein magnetischer Fluss in jedem der Schlitze 8c und 9c über die Kernrückseiten 8a und 9a in die Atmosphärenluft aus, welche die Statorspule 10 und die Zähne 8b und 9b umschließen. Folglich wird ein magnetischer Weg gebildet, der an der Statorspule 10 zentriert ist und durch eine gestrichelte Linie in der Figur dargestellt ist, und ein Leck eines magnetischen Flusses tritt auf.
In einem Fall, bei dem der drehende Elektromotor wie ein Verbrennungsmotor-Lader für Fahrzeuge das Zuführen eines großen Stroms erfordert, führt eine Effizienzverschlechterung aufgrund des magnetischen Streuflusses, der zwischen den in Umfangsrichtung einander benachbarten Zähnen 8b und den in Umfangsrichtung einander benachbarten Zähnen 9b auftritt, zu einer Reduzierung des Antriebsmoments für den Lader. In einem Fall, bei dem der drehende Elektromotor einer für ultrahohe Drehzahl ist, dessen Umdrehungsanzahl 100.000 erreicht, nimmt z. B. die Ansprechgeschwindigkeit stark ab.
6 zeigt eine grafische Darstellung, die Versuchsberechnungsergebnisse der Größe des magnetischen Streuflusses zwischen den Zähnen sowohl in der Form gemäß diesem in 2 (mit den Vorsprungbereichen 11c) dargestellten Ausführungsbeispiels 1, als auch der in 5 (ohne die Vorsprungbereiche 11c) dargestellten konventionellen Form veranschaulicht. In der Figur zeigt die horizontale Achse den elektrischen Winkel [in Grad] und die vertikale Achse zeigt die Größe des magnetischen Streuflusses zwischen den Zähnen [in Milliweber]. Ferner ist die Kennlinie des magnetischen Streuflusses im Fall der konventionellen Form (ohne die Vorsprungbereiche 11c) durch eine gepunktete Linie dargestellt und die Kennlinie für den magnetischen Streufluss im Fall der Form gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 (mit den Vorsprungbereichen 11c) ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
In diesem Beispiel der Versuchsberechnung weist der Absolutwert des magnetischen Streuflusses alle 180 Grad des elektrischen Winkels ein Maximum auf, und aus einem Vergleich dieses Maximums zwischen dem magnetischen Streufluss im Fall der konventionellen Form (ohne die Vorsprungbereiche 11c) und jenem im Fall der Form gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 (mit den Vorsprungbereichen 11c) ist ersichtlich, dass der magnetische Streufluss im Fall der Form gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 (mit den Vorsprungbereichen 11c) um 60 Prozent im Vergleich zu jenem im Fall der konventionellen Form (mit den Vorsprungbereichen 11c) reduziert ist.
Daher ist ersichtlich, dass durch das kleinere Festlegen der Größe in Umfangsrichtung von jedem der Zähne 8b und 9b des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9, das Anordnen der Vorsprungbereiche 11c in jedem zahnförmigen Bereich 11b des Magnets 11 und Herstellen der Vorsprungbereiche mit einer Form, bei der die Beziehung Mc > Tc erfüllt ist, der magnetische Streufluss im Vergleich mit einem drehenden Elektromotor mit der konventionellen Form, d. h. einer Form mit der Beziehung Mc = Tc, stark reduziert werden kann.
Daher haben die Erfinder usw. ein experimentelles Modell zur Motorleistungsevaluierung mit dem Statorkern 7, der eine konventionelle Form (ohne die Vorsprungbereiche 11c) aufweist, und ein weiteres mit der Form gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 (mit den Vorsprungbereichen 11c) hergestellt, und einen Verbesserungseffekt der Leistung des drehenden Elektromotors festgestellt, der durch die Reduzierung des magnetischen Streuflusses bewirkt wird.
7 zeigt ein Balkendiagramm, das relative Testergebnisse zur Erkennung des Verbesserungseffekts der Leistung des drehenden Elektromotors veranschaulicht, und weiße Balken zeigen die Testergebnisse des drehenden Elektromotors, welcher den Statorkern mit der konventionellen Form (mit den Vorsprungbereichen 11c) aufweist, und schwarze Balken zeigen die Testergebnisse des drehenden Elektromotors 100, der den Statorkern 7 mit der Form gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 (mit den Vorsprungbereichen 11c) aufweist.
Es wurde zuvor mit Bezug auf 6 erläutert, dass der magnetische Streufluss zwischen den Zähnen durch die Verwendung des Statorkerns 7 mit der Form gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 (mit den Vorsprungbereichen 11c) im Vergleich zum Fall der Verwendung des Statorkerns 7 mit der konventionellen Form (ohne die Vorsprungbereiche 11c) um etwa 60% verbessert (reduziert) werden kann. Durch Verkleinern der Größe in Umfangsrichtung des vorderen Abschlussteils von jedem der Zähne 8b und 9b ist hierbei gemäß diesem Ausführungsbeispiel 1 die Fläche der Spitze von jedem der Zähne 8b und 9b, die dem Rotor 2 zugewandte vordere Spitze, etwas kleiner festgelegt, und demzufolge reduziert sich ein mittleres Drehmoment um 4%. Jedoch ist diese Reduzierung des mittleren Drehmoments gering und die Ansprechgeschwindigkeit des drehenden Elektromotors 100 ist im Wesentlichen die gleiche wie die des drehenden Elektromotors, der den Statorkern mit der konventionellen Form (ohne die Vorsprungbereiche 11c) verwendet.
Hinsichtlich einer Erhöhung der Leistung des drehenden Elektromotors 100, was die Aufgabe darstellt, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, werden ca. 12% Leistungssteigerung verglichen mit dem drehenden Elektromotor mit der herkömmlichen Form erreicht, wie dies in 7 dargestellt ist. Daher ist es klar, dass der Reduzierungseffekt des magnetischen Streuflusses zwischen den Zähnen, der durch den Statorkern 7 mit der Form gemäß dieses Ausführungsbeispiels 1 (mit den Vorsprungbereichen 11c) bereitgestellt wird, in hohem Maße zur Erhöhung der Leistung des drehenden Elektromotors 100 beiträgt.
Wie oben beschrieben umfasst der drehende Elektromotor 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1: den Rahmen 12; den Rotor 2, der an der vom Rahmen drehbar abgestützten Drehwelle befestigt ist und der im Rahmen 12 drehbar angeordnet ist, und der im Rahmen 12 drehbar angeordnet ist; und den Stator 6 mit dem ersten Statorkern 8 und den zweiten Statorkern 9 der gleichen Form, die vom Rahmen 12 gehalten werden und koaxial derart angeordnet sind, um die Drehwelle 1 zu umschließen, den Magnet 11, der zwischen dem ersten Statorkern 8 und dem zweiten Statorkern 9 eingefügt ist und der den Rotor 2 erregt, und die Statorspule 10, die um den ersten Statorkern 8 und den zweiten Statorkern 9 gewickelt ist und bewirkt, dass die Drehwelle 1 ein Drehmoment erzeugt, und sowohl der erste Statorkern 8 als auch der zweite Statorkern ist durch Schichten von magnetischen Stahlplatten hergestellt, der erste Statorkern 8 und der zweite Statorkern 9 weisen scheibenförmige Kernrückseiten 8a und 9a und Zähne 8b und 9b auf, die von Innenseiten der Kernrückseiten 8a und 9a in radialer Richtung nach innen vorragen und Schlitze 8c und 9c bilden, die zu deren Innenumfängen offen sind, der Magnet 11 weist einen kernrückseitenförmigen Bereich 11a der gleichen Form wie die Kernrückseiten 8a und 9a des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 und zahnförmige Bereiche 11b mit im Wesentlichen der gleichen Form wie die Zähne 8b und 9b auf, und ein Teil der Projektionsebene von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 ragt in Umfangsrichtung in Bezug auf jenen von einem der Zähne 8b und 9b aus Axialrichtung des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 gesehen vor. Insbesondere durch Verschmälern der Größe Tc in Umfangsrichtung von jedem der Zähne 8b und 9b des Statorkerns 7, damit die zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 vorragen, kann der magnetische Streufluss zwischen den Zähnen 8b und jenem zwischen den Zähnen 9b stark reduziert werden, und die Flussdichten der Zähne 8b und 9b können erhöht werden. Dadurch kann die Antriebsleistung in hohem Maße verbessert werden, ohne die Ansprechgeschwindigkeit des drehenden Elektromotors 100 zu reduzieren, und dieser drehende Elektromotor ist für Verwendungen geeignet, die Umdrehungen mit ultrahoher Drehzahl erfordern.
Obwohl der drehende Elektromotor 100 im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 in einer konzentrierten Wicklungsweise aufgebaut ist, kann der drehende Elektromotor in einer verteilten Wicklungsweise aufgebaut sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, ausdrücklich zu erwähnen, dass der gleiche Vorteil bereitgestellt wird.
Ferner ist im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 der Innendurchmesser des Magnets 11 gleichgroß wie der des Statorkerns 7 hergestellt (d. h. die Länge in Radialrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 ist gleichgroß wie die von jedem der Zähne 8b und 9b des Statorkerns 7 hergestellt). Als Alternative kann der Innendurchmesser des Magnets gegenüber dem des Statorkerns unterschiedlich hergestellt werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass der Innendurchmesser des Magnets 11 gleichgroß wie der des Statorkerns 7 hergestellt wird, weil sich das Drehmoment verbessert.
Im Gegensatz dazu ist es unter dem Gesichtspunkt der Herstellung des drehenden Elektromotors 100 vorteilhaft, dass der Innendurchmesser des Magnets 11 größer als der des Statorkerns 7 hergestellt wird und der Magnet 11 an einer Position näher an einem Außenumfang platziert wird, weil ein resultierender Freiraum auf einer Seite des Innenumfangs mit einem Harz oder dergleichen abgedichtet werden kann.
In einer Draufsicht des Statorkerns 7 aus Axialrichtung gesehen, die in 8 dargestellt ist, ist die Länge Mr in der Radialrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 z. B. kürzer als jene von Tr von jedem der Zähne 8b und 9b hergestellt, und resultierende Freiräume sind mit Harz abgedichtet, um Harzabdichtungsbereiche 13 zu bilden, und demzufolge sind die zahnförmigen Bereiche 11b und die Vorsprungbereiche 11c abgedeckt. Durch Ausbilden der Harzabdichtungsbereiche 13 kann, selbst wenn ein Riss oder ein Absplittern im Magnet 11 auftritt, ein Fragment des Magnets 11 am Eintritt in eine Region auf einer Seite des Innenumfangs gehindert werden, wo sich der Rotor 2 dreht, wodurch das Verhindern eines Blockierens des Rotors 2 (wodurch der Rotor sich nicht bewegt) ermöglicht wird. Ferner kann in einem Fall, bei dem ein Magnet, in dem ein Wirbelstrom aufgrund einer Änderung des magnetischen Flusses durch eine Oberfläche davon fließt, wie z. B. ein Neodym-Magnet, als Magnet 11 verwendet wird, wobei ein Vorteil der Reduzierung des Wirbelstromverlusts auch durch Anordnen der Position des Magnets entfernt vom Rotor 2 bereitgestellt werden kann, wie dies in 8 veranschaulicht ist. Der drehende Elektromotor 100 kann durch eine Reduzierung des Wirbelstroms mit einem hohen Wirkungsgrad hergestellt werden.
Darüber hinaus ist im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 die Größe in Umfangsrichtung von jedem der Zähne 8b und 9b des Statorkerns 7 kleiner hergestellt, um die Vorsprungbereiche 11c auszubilden, ohne die Größe in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 zu verändern. Im Gegensatz dazu kann die Größe in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 größer hergestellt werden, um die Vorsprungbereiche 11c auszubilden, ohne die Größe in Umfangsrichtung von jedem der Zähne 8b und 9b des Statorkerns 7 zu verändern.
In einer Draufsicht des Statorkerns 7 aus Axialrichtung gesehen, die in 9 veranschaulicht ist, ist z. B. die Größe Mc in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 größer als jene von Tc von jedem der Zähne 8b und 9b festgelegt, um die Vorsprungbereiche 11c zu bilden. Die Größe Tc in Umfangsrichtung von jedem der Zähne 8b und 9b in der in 5 dargestellten konventionellen Form (ohne die Vorsprungbereiche 11c) ist identisch zu der in dieser 9 dargestellten Form hergestellt, und in 9 ist die Größe Mc in Umfangsrichtung des vorderen Abschlussteils von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 größer hergestellt, um die Vorsprungbereiche 11c zu bilden. Obwohl sich der magnetische Streufluss in diesem Fall nicht reduziert, da die Form von jedem der Zähne 8b und 9b nicht verändert ist, erhöhen sich die Flussdichten der Zähne 8b und 9b und somit verbessert sich das Drehmoment, weil sich der Magnet 11 vergrößert. Daher ist in einem Fall, bei dem die gleiche Leistung wie jene im Fall der konventionellen Form von 5 (ohne die Vorsprungbereiche 11c) und das gleiche Drehmoment benötigt werden, die in 9 dargestellte Form effektiv.
Ausführungsbeispiel 2.
10 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines drehenden Elektromotors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 10 sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in 1 oder ähnliche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Erläuterung der Komponenten wird nachfolgend weggelassen. Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 ist die Größe in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b größer als die von jedem der Zähne 8b und 9b festgelegt, um die Vorsprungbereiche 11c zu bilden. Im Gegensatz dazu ist gemäß dieser Ausführungsform 2 ein innerer ringförmiger Magnet 21 zum Ausfüllen von Schlitzen 8c und 9c, der in radialer Richtung in Bezug auf eine Statorspule 10 auf Zähnen 8b und 9b innen liegt, angeordnet, um Vorsprungbereiche 11c zu bilden.
11 zeigt eine Draufsicht, die ein Beispiel der Form eines Magnets 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel 2 veranschaulicht.
Der Magnet 11 ist konkret aus den folgenden zwei Teilen zusammengesetzt: einem äußeren ringförmigen Magnet 20 mit großem Durchmesser, und dem inneren ringförmigen Magnet 21 mit kleinem Durchmesser, der in diesem äußeren ringförmigen Magnet 20 eingesetzt ist. Der äußere ringförmige Magnet 20 ist so ausgebildet, dass dieser im Wesentlichen die gleiche Form wie Basen von Kernrückseiten 8a und 9a und die Zähne 8b und 9b aufweist. Ferner sind ausgesparte Bereiche 20a an Bereichen angeordnet, wo die Statorspule 10 eindringt, um schlitzförmige Bereiche 11d zu bilden. Der innere ringförmige Magnet 21 ist auf einer Seite eines Innenumfangs des äußeren ringförmigen Magnets 20 derart angeordnet, dass dieser einen Außenumfang einer Trennwand 5 umschließt, die zwischen einem ersten Magnetkörper 3 und einem zweiten Magnetkörper 4 eines Rotors 2 angeordnet ist.
In einem Fall, bei dem der Magnet 11, der aus dem äußeren ringförmigen Magnet 20 und dem inneren ringförmigen Magnet 21 zusammengesetzt ist, zwischen einem ersten Statorkern 8 und einem zweiten Statorkern 9 koaxial eingefügt ist, bilden Teile des inneren ringförmigen Magnets 21 die Vorsprungbereiche 11c, die in Bezug auf die Zähne 8b und 9b (Bereiche in 11, von denen jeder durch eine schraffierte Fläche dargestellt ist) vorragen.
Da der Magnet 11 die beiden Teile in der in 11 dargestellten Struktur aufweist, bleibt ein Problem, dass ein Befestigungsvorgang des äußeren ringförmigen Magnets 20 und des inneren ringförmigen Magnets 21, die zum Herstellungszeitpunkt des drehenden Elektromotors 100 unterschiedliche Körper sind, eine gewisse Zeit dauert, weil der Magnet aus zwei Teilen zusammengesetzt ist. Durch Aufbringen eines Haftklebemittels auf eine Kontaktfläche zwischen dem äußeren ringförmigen Magnet 20 und dem inneren ringförmigen Magnet 21, damit diese zu einem einzigen Stück verbunden werden, kann das oben genannte Problem jedoch gelöst werden.
12 zeigt eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel der Form des Magnets 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel 2 veranschaulicht.
Um den Magnet 11 konkret auszubilden, der aus dem äußeren ringförmigen Magnet 20 und dem inneren ringförmigen Magnet 21 einstückig zusammengesetzt ist, ist der Magnet in sechs Teilmagnete 22-1 bis 22-6 unterteilt. Die Teilmagnete 22-1 bis 22-6 sind wie ein Fächer geformt und ihre Längen in radialer Richtung sind im Wesentlichen die gleichen wie die Längen in radialer Richtung eines Bereichs, der sich vom äußeren ringförmigen Magnet 20 zum inneren ringförmigen Magnet 21 erstreckt. Die ausgesparten Bereiche 22a sind in Bereichen von jedem der Teilmagnete 22-1 bis 22-6 angeordnet, in welche die Statorspule 10 eindringt, um die schlitzförmigen Bereiche 11d zu bilden.
In einem Fall, bei dem der Magnet 11, in welchem die Teilmagnete 22-1 bis 22-6 in einer Torusform kombiniert sind, zwischen dem ersten Statorkern 8 und dem zweiten Statorkern 9 koaxial eingefügt ist, ist ein Innenumfangsbereich von jedem der Teilmagnete 22-1 bis 22-6 mit der im Wesentlichen gleichen Form wie der in 11 dargestellte innere ringförmige Magnet 21 hergestellt, und demzufolge werden Vorsprungbereiche 11c gebildet, die in Bezug auf die Zähne 8b und 9b (Bereiche in 12 von denen jeder durch eine schraffierte Fläche dargestellt ist) vorragen.
Im Fall der in 12 dargestellten Struktur kann auch durch Unterteilen sowohl des ersten Statorkerns 8 als auch des zweiten Statorkerns 9 in sechs Teile wie die Teilmagnete 22-1 bis 22-6 der Füllfaktor der Statorspule 10 (das Verhältnis der Statorspule 10 zu den Schlitzen 8c und 9c) erhöht werden. Wenn der Füllfaktor der Statorspule 10 erhöht wird, kann entweder eine Verbesserung des Drehmoments aufgrund eines Anstiegs des Stroms, der hindurchgeleitet werden kann, oder eine Reduzierung des Kupferverlusts bereitgestellt werden, und eine Verbesserung der Effizienz der Statorspule 10 bereitgestellt werden.
Hinsichtlich eines hierbei verwendeten Herstellungsverfahrens werden zuerst die sechs ersten Statorkern-Stücke, in die der erste Statorkern 8 unterteilt ist, die sechs zweiten Statorkern-Stücke, in die der zweite Statorkern 9 unterteilt ist, und die sechs Teilmagnete 22-1 bis 22-6, in die der Magnet 11 unterteilt ist, unter Verwendung eines Klebens oder dergleichen aneinander befestigt, um sechs Statorkern-Blöcke herzustellen. Beim Wickeln der Statorspule 10 um jeden Statorkern-Block kann das Wickeln erleichtert werden, selbst wenn ein dicker, harter Wickeldraht zum Durchleiten eines großen Stroms als Statorspule 10 verwendet wird, und der Füllfaktor der Statorspule 10 kann verbessert werden. Sechs Teile, welche die gleichen wie dieses Teil sind, werden hergestellt und schließlich an einem Rahmen 12 befestigt, sodass jeder der Statorkern-Blöcke in einer Torusform längs einer Innenseite des Rahmens 12 platziert werden kann.
Ferner werden in einem Fall, bei dem der drehende Elektromotor 100 einer ist, der für Hochgeschwindigkeitsumdrehungen verwendet wird, bei dem der Zwischenraum (Luftspalt) zwischen dem Rotor 2 und einem Stator 6 signifikant ist, die sechs Statorkern-Blöcke in einem Stück mit einer Torusform unter Verwendung eines Harzes oder dergleichen in einem Zustand ausgebildet, bei dem die Innenseiten der sechs Statorkern-Blöcke bündig miteinander sind, um den Stator 6 herzustellen. Da hierbei die Außenfläche des Stators 6 aufgrund von Änderungen der Größen der Teile, usw. unregelmäßig werden kann, wird der Stator 6 hierbei durch die Verwendung eines Rahmens 12,. der nach außen verformt werden kann, am Rahmen 12 befestigt. Als Folge davon kann der drehende Elektromotor 100 hergestellt werden, bei dem sichergestellt werden kann, dass die Innenseite des Stators 6 eine bestimmte Kreisform aufweist. Ferner können die Teilmagnete 22-1 bis 22-6 in einem Stück ohne die Verwendung eines Haftklebemittels oder dergleichen ausgebildet werden.
Da die schlitzförmigen Bereiche 11d, welche das Hindurchdringen der Statorspule 10 bewirken, im Magnet 11 mit der in jeder der 11 und 12 dargestellten Form wie im Fall des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels 1 ausgebildet sind, kann die Statorspule 10 um die Zähne 8b und 9b gewickelt werden, wodurch das Erzeugen eines magnetischen Wechselfelds ermöglicht wird. Zudem erhöht sich das Volumen des Magnets 11 im Vergleich zu dem gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 und daher können sich die Flussdichten der Zähne 8b und 9b erhöhen. Somit kann das zum Antreiben der Drehwelle 1 benötigte mittlere Drehmoment weiter erhöht werden und die Ansprechgeschwindigkeit des drehenden Elektromotors 100 verbessert werden.
Durch Verschmälern des Zwischenraums zwischen dem ersten Statorkern 8 und dem Magnet 11 und des Zwischenraums zwischen dem zweiten Statorkern 9 und dem Magnet 11 soweit als möglich, kann eine Drehmomentreduzierung verhindert werden. Da sich das Drehmoment mit einem Anstieg des Volumens des Magnets 11 erhöht, ist es wünschenswert, die Zwischenräume zwischen den Teilmagneten 22-1 bis 22-6 im Fall von 12 soweit als möglich zu verschmälern, wodurch sich das Volumen erhöht.
Wie oben beschrieben ist im drehenden Elektromotor 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der innere ringförmige Magnet 21 angeordnet, der die Drehwelle 1 umschließt, und ein Vorsprungbereich 11c auf einer Seite des Vorderendes von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b erstreckt sich derart in die Umfangsrichtung, dass Teile der Projektionsebene von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 in Bezug auf die Projektionsebene von einem der Zähne 8b und 9b aus Axialrichtung des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 gesehen in Umfangsrichtung vorragen. Daher kann das mittlere Drehmoment erhöht werden, das zum Antreiben der Drehwelle 1 erforderlich ist, und die Ansprechgeschwindigkeit des drehenden Elektromotors 100 kann verbessert werden. Somit kann ein drehender Elektromotor 100 bereitgestellt werden, der für Verwendungen geeignet ist, die Umdrehungen mit ultrahoher Drehzahl erfordern.
Obwohl die Struktur des Kombinierens der zwei Teilmagneten (des äußeren ringförmigen Magnets 20 und des inneren ringförmigen Magnets 21) und die Struktur des Kombinierens der sechs Teilmagnete (Teilmagnete 21-1 bis 22-6) im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 2 veranschaulicht sind, ist dieses Ausführungsbeispiel nicht auf diese Strukturen beschränkt. Zum Beispiel kann ein einzelner Teilmagnet 1 mit einer Torusform, in der sechs schlitzförmige Bereiche offen sind, anstelle der Teilmagnete verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 3.
13 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines drehenden Elektromotors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 13 sind die gleichen Komponenten wie die in 1 dargestellten oder ähnliche Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die Beschreibung der Komponenten wird nachfolgend weggelassen. Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 ist die Größe in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b größer als die von jedem der Zahnbereiche 8b und 9b festgelegt, um die Vorsprungbereiche 11c auszubilden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel 3 sind demgegenüber säulenförmige Magnete 31 zum Ausfüllen von Schlitzen 8c und 9c angeordnet, die in radialer Richtung in Bezug auf eine Statorspule 10 auf den Zähnen 8b und 9b innen liegen, um die Vorsprungbereiche 11c auszubilden.
14 zeigt eine Draufsicht, die ein Beispiel der Form eines Magnets 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel 3 veranschaulicht.
Der Magnet 11 ist konkret aus einem Magnet 30 mit der im Wesentlichen gleichen Form wie ein erster Statorkern 8 und ein zweiter Statorkern 9 und den säulenförmigen Magneten 31 zusammengesetzt, mit denen Öffnungen auf einer Seite eines Innenumfangs von schlitzförmigen Bereichen 11d ausgefüllt werden, die in diesem Magnet 30 ausgebildet sind. Da der drehende Elektromotor 100 einer mit 4 Polen und 6 Schlitzen ist, sind die sechs säulenförmigen Magnete 31 (der säulenförmige Magnet 31-1 bis 31-6 von 14) jeweils in Axialrichtung in die sechs schlitzförmigen Bereiche 11d derart eingefügt, um einen Außenumfang einer Trennwand 5 zu umschließen, die zwischen einem ersten Magnetkörper 3 und einem zweiten Magnetkörper 4 eines Rotors 2 angeordnet ist.
Diese säulenförmigen Magnete 31-1–31-6 bilden die Vorsprungbereiche 11c, die in Bezug auf die Zähne 8b und 9b des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 (Bereiche in 14, von denen jeder durch eine schraffierte Fläche dargestellt ist) vorragen.
Nachdem der Magnet 30 im Fall der in 14 dargestellten Struktur zwischen dem ersten Statorkern 8 und dem zweiten Statorkern 9 eingefügt ist und diese unter Verwendung eines Klebens oder dergleichen zu einem Stück vereint sind, wird die Statorspule 10 gewickelt und danach werden die säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 jeweils in der Axialrichtung in die Schlitze 8c und 9c eingefügt und werden an den Magnet 30, den ersten Statorkern 8 und den zweiten Statorkern 8 geklebt.
Die Form der säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 kann gemäß der Form der Schlitze 8c und 9c verformt werden, und die Form ist nicht auf die in 14 dargestellte Form beschränkt. Da die säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 in einer sich verjüngend in Form ausgebildet sind, und die Größe in Umfangsrichtung eines Außenumfangs von jedem der säulenförmigen Magnete kleiner als die Größe in Umfangsrichtung einer Öffnung auf einer Seite des Innenumfangs festgelegt ist, kann verhindert werden, dass die säulenförmigen Magnete in Richtung des Innenumfangs abrutschen. Selbst in einem Fall, bei dem die Größe in Umfangsrichtung von jedem der säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 kleiner als die Größe in Umfangsrichtung der Öffnung auf einer Seite des Innenumfangs von jedem der Schlitze 8c und 9c derart festgelegt ist, dass die säulenförmigen Magnete in Richtung des Innenumfangs abrutschen können, wird es durch Ankleben der säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 am Stator 6 für die säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 aufgrund der Verklebung mit dem Stator 6 und der Wirkung der zwischen den Magneten und dem Stator wirkenden Magnetkraft schwierig, sich zu bewegen.
Nachfolgend wird ein Vergleich zwischen den in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 dargestellten Strukturen durchgeführt.
15 zeigt eine Grafik, welche die Ergebnisse von durchgeführten Versuchsberechnungen des mittleren Drehmoments für die in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 gezeigten Strukturen veranschaulicht und einen Vergleich zwischen den Ergebnissen veranschaulicht. In der Figur zeigt die horizontale Achse die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 und die vertikale Achse zeigt ein Drehmomentverhältnis im Fall der Ausführungsbeispiele 2 und 3 unter der Annahme, dass das mittlere Drehmoment in dem Fall des Ausführungsbeispiels 1 100% beträgt.
Wie in 15 dargestellt, ist ersichtlich, dass das mittlere Drehmoment zum Antreiben des Rotors 2 in etwa um ca. 3% verbessert werden kann, da sich die Flussdichten der Zähne 8b und 9b durch Ausbilden des Magnets 11 in eine Form zum Ausfüllen der Schlitze 8c und 9c wie im Fall der Ausführungsbeispiele 2 und 3 erhöhen.
Wie oben beim drehenden Elektromotor 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 beschrieben, sind die säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 mit einer Form, die sich in der Axialrichtung bis zu den Schlitzen 8c und 9c des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns erstreckt, angeordnet, und ein Vorsprungbereich 11c auf einer Seite des Vorderendes von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b ist in Umfangsrichtung derart erweitert, dass Teile der Projektionsebene von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 in Umfangsrichtung in Bezug auf die Projektionsebene von einem der Zähne 8b und 9b aus Axialrichtung des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 gesehen vorragt. Daher kann das zum Antreiben der Drehwelle 1 erforderliche mittlere Drehmoment erhöht werden und die Ansprechgeschwindigkeit des drehenden Elektromotors verbessert werden. Somit kann ein drehender Elektromotor 100 bereitgestellt werden, der für Verwendungen geeignet ist, die Umdrehungen mit ultrahoher Drehzahl erfordern.
Im dargestellten Beispiel weist jeder der säulenförmigen Magnete 31-1 bis 31-6 eine Form auf, die sich in Axialrichtung bis zu den Schlitzen 8c und 9c des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 erstreckt. Als Alternative kann jeder der säulenförmigen Magnete eine Form aufweisen, die die sich in Axialrichtung bis zu einem der Schlitze 8c und 9c erstreckt.
Ausführungsbeispiel 4.
16 zeigt eine Querschnittsansicht zum zur Erläuterung einer konkreten Struktur in einem Fall der Verwendung des drehenden Elektromotors 100 gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 in einem Verbrennungsmotor-Lader für Fahrzeuge usw. Die nachfolgende Erläuterung erfolgt unter Verwendung der 1, 10 und 13.
Die beiden Enden des Rotors 2 sind durch zwei Lager 101 drehbar abgestützt, und der erste Statorkern 8 und der zweite Statorkern 9, die den Magnet 11 dazwischen einklemmen, sind im Rahmen 12 eingeschlossen. Ferner ist ein Drehflügel 111 an einem Ende der Drehwelle 1 montiert und der Drehflügel 111 ist in einem Verdichtergehäuse 110 eingeschlossen.
Auf einer Seite des drehenden Elektromotors 100, die dem Verdichtergehäuse 110 gegenüberliegt, ist eine Steuereinheit 200 zum Steuern der Drehung des Drehflügels 111 unter Verwendung von nicht dargestellten Schrauben einstückig montiert. Ferner ist ein Umdrehungserfassungssensor 207 in einem Bereich, der den Endbereich der Drehwelle 1 umgibt, auf der gleichen Seite wie die Steuereinheit 200 platziert.
Die durch eine Abdeckung 206 abgedeckte Steuereinheit 200 umfasst eine Platine ASSY 204, auf der elektronische Bauteile 205 montiert sind, die zum Steuern der Drehung des Drehflügels 111 erforderlich sind, und führt einen Schaltsteuervorgang zum Umschalten von elektrischer Energie aus, die von einem Energieanschluss 201 zwischen den Phasen der Statorspule 10 mittels einer Stromschiene 203 zugeführt wird, die mit einer Sammelschiene ASSY 202 einstückig geformt ist.
Beim so aufgebauten Verbrennungsmotor-Lader ist die Breite in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 größer als die von jedem der Zähne 8b und 9b des ersten Statorkerns 8 und des zweiten Statorkerns 9 festgelegt, wie dies in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 dargestellt ist.
Da sich die vom Schenkelpol 3b des Rotors 2 zu den Zähnen 8b des ersten Statorkerns 8 fließende Flussdichte und die von den Zähnen 9b des zweiten Statorkerns 9 zum Schenkelpol 4b des Rotors 2 fließende Flussdichte, wie durch den Pfeil in 1 dargestellt, erhöhen, wird das Antriebsdrehmoment der Drehwelle 1 verbessert.
In einem Fall, bei dem der drehende Elektromotor 100, der unter Verwendung des Magnets 11, wie oben beschrieben, aufgebaut ist, für den Verbrennungsmotor-Lader eingesetzt wird, kann daher die zum Erreichen einer Soll-Umdrehungsanzahl erforderliche Zeit stark verkürzt werden.
Da der Verbrennungsmotor-Lader für Fahrzeuge usw. gemäß dem Ausführungsbeispiel 4, wie oben beschrieben, derart aufgebaut ist, dass dieser den Drehflügel 111 des Verdichters unter Verwendung des drehenden Elektromotors 100 gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele 1 bis 3 drehend anzutreibt, kann das Antriebsmoment des Drehflügels 111 erhöht werden. Weil die Ladefähigkeit des Laders erhöht werden kann und die Ansprechempfindlichkeit des Laders ebenfalls stark verbessert werden kann, kann ein Verbrennungsmotor-Lader bereitgestellt werden, der eine hohe Ansprechempfindlichkeit auf einen Beschleunigungsvorgang des Fahrers aufweist.
Obwohl die Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, sei hierbei angemerkt, dass eine beliebige Kombination von zwei oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsbeispielen hergestellt kann, diverse Änderungen in einer beliebigen Komponente gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsformen erfolgen können, und eine beliebige Komponente gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele im Schutzumfang der Erfindung entfallen kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Da der drehende Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, derart aufgebaut ist, dass die Breite in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche 11b des Magnets 11 größer als die von jedem der Zähne 8b und 9b des Statorkerns 7 festgelegt ist, und der drehende Elektromotor für Umdrehungen mit ultrahoher Drehzahl geeignet ist, ist der drehende Elektromotor zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor-Lader geeignet, der in einem Fahrzeug oder dergleichen, usw. montiert ist.
Bezugszeichenliste

1: Drehwelle
2: Rotor
3: erster Magnetkörper
3a: Basis
3b: Schenkelpol
4: Zweiter Magnetkörper
4a: Basis
4b: Schenkelpol
5: Trennwand
6: Stator
7: Statorkern
8: erster Statorkern
8a und 9a: Kernrückseite
8b und 9b: Zähne
8c und 9c: Schlitz
9: zweiter Statorkern
10: Statorspule (Antriebspule zur Drehmomenterzeugung)
11: Magnet (Magnet zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung)
11a: kernrückseitenförmiger Bereich
11b: zahnförmiger Bereich
11c: Vorsprungbereich
11d: schlitzförmiger Bereich
12: Rahmen
13: Harzabdichtungsbereich
20: äußerer ringförmiger Magnet
20a und 22a: ausgesparte Bereiche
21: Innerer ringförmiger Magnet
22-1 bis 22-6: Teilmagnete
100: drehender Elektromotor
101: Lager
110: Verdichtergehäuse
111: Drehflügel
200: Steuereinheit
201: Stromanschluss
202: Sammelschiene ASSY
203: Stromschiene
204: Platine ASSY
205: elektronische Bauteile
206: Abdeckung
207: Umdrehungserfassungssensor

Claims

Drehender Elektromotor, umfassend: einen Rahmen; einen Rotor, der an einer vom Rahmen drehbar abgestützten Drehwelle befestigt ist, und der im Rahmen drehbar angeordnet ist; und einen Stator, der zwei Statorkerne derselben Form, die vom Rahmen gehalten werden und koaxial derart angeordnet sind, um den Rotor zu umschließen, einen Magnet zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung, der zwischen den beiden Statorkernen eingefügt ist und der den Rotor erregt, und eine Antriebsspule zur Drehmomenterzeugung umfasst, die um die beiden Statorkerne gewickelt ist und die das Erzeugen eines Drehmoments bewirkt, wobei jeder der Statorkerne eine scheibenförmige Kernrückseite und Zähne aufweist, die in radialer Richtung aus einer Innenoberfläche der Kernrückseite nach innen vorragen und Schlitze bilden, die zu deren Innenumfangsfläche offen sind, der Magnet zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung einen kernrückseitenförmigen Bereich der gleichen Form wie die Kernrückseiten der Statorkerne und zahnförmige Bereiche der gleichen Form wie die Zähne aufweist, und ein Teil einer Projektionsebene von jedem der zahnförmigen Bereiche des Magnets zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung in Umfangsrichtung in Bezug auf jenen von einem der Zähne aus Axialrichtung der Statorkerne gesehen vorragt.
Drehender Elektromotor nach Anspruch 1, wobei eine Breite in Umfangsrichtung von jedem der zahnförmigen Bereiche des Magnets zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung größer als die eines jeden der Zähne der Statorkerne ist.
Drehender Elektromotor nach Anspruch 2, wobei der Teil des Magnets zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung, der in Bezug auf die Zähne vorragt, sich in die Umfangsrichtung erstreckt und in einer den Rotor umschließenden Ringform ausgebildet ist.
Drehender Elektromotor nach Anspruch 2, wobei der Teil des Magnets zur magnetomotorischen Feldkrafterzeugung, der in Bezug auf die Zähne vorragt, sich in Axialrichtung bis zu den Schlitzen von jedem der beiden Statorkerne erstreckt.
Verbrennungsmotor-Lader, der einen Drehflügel eines Verdichters unter Verwendung des drehenden Elektromotors nach Anspruch 1 rotierend antreibt.