DE112013000316T5

DE112013000316T5 - Drehende Elektromaschine mit Hybriderregung

Info

Publication number: DE112013000316T5
Application number: DE112013000316.3T
Authority: DE
Inventors: c/o Aisin AW Co. Ltd. Kono Katsuichi; c/o Aisin AW Co. Ltd. Yokota Junichi; c/o Aisin AW Co. Ltd. Takeda Ken
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: CN104011972A; DE112013000316B4; US20130221771A1; US9356479B2; JP2013183507A; WO2013128979A1; JP5857799B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine drehende Hybriderregungs-Elektromaschine, die, um eine Magnetsättigung während des Anlegens eines Stroms an eine Erregerspule zu reduzieren, ohne die Größe zu erhöhen, Folgendes enthält: einen Rotor mit einem ersten und zweiten Rotorkern, die in einer axialen Richtung mit einem dazwischen liegenden Spalt getrennt sind, wobei erste Magnetpole, die durch einen Dauermagneten erregt werden, und zweite Magnetpole, die nicht durch den Dauermagneten erregt werden, abwechselnd in einer Umfangsrichtung in jedem von dem ersten und dem zweiten Rotorkern angeordnet sind, die ersten Magnetpole des ersten Rotorkerns eine andere Polarität haben als die ersten Magnetpole des zweiten Rotorkerns, und die ersten Magnetpole von einem von dem ersten und zweiten Rotorkern derart angeordnet sind, dass sie in der axialen Richtung mit dem Spalt, der dazwischen liegt, zu den zweiten Magnetpolen von dem anderen von dem ersten und zweiten Rotorkern weisen, wobei die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine ferner enthält: einen Stator, der radial nach außen von dem Rotor platziert ist, und der ein drehendes Magnetfeld erzeugt, das den Rotor dreht, und eine Erregerspule, die in dem Spalt angeordnet ist, und die die zweiten Magnetpole erregt, wobei der Stator erste Statorkerne aufweist, die an beiden Seiten in der axialen Richtung bereitgestellt sind, und einen zweiten Statorkern, der in einem Zentrum in der axialen Richtung bereitgestellt ist und einen geringeren Magnetwiderstand in der axialen Richtung aufweist als der erste Statorkern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft drehende Elektromaschinen mit Hybriderregung (im Folgenden auch drehende Hybriderregungs-Elektromaschine genannt), und spezieller drehende Hybriderregungs-Elektromaschinen, die als Erregerschaltung einen Dauermagneten und einen Elektromagneten verwenden.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Drehende Hybriderregungs-Elektromaschinen, die einen Dauermagneten und einen Elektromagneten enthalten, sind üblicherweise bekannt (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Eine derartige drehende Elektromaschine enthält einen Rotor und einen Stator, der radial nach außen von dem Rotor platziert ist, zum Erzeugen eines drehenden Magnetfelds, das den Rotor dreht. Der Stator hat einen Statorkern und eine Statorspule. Der Rotor hat eine Welle, die sich in der axialen Richtung erstreckt, und einen ersten und zweiten Kern, die in der axialen Richtung voneinander getrennt sind. Jeder von dem ersten und zweiten Kern enthält Dauermagneterregungs-Magnetpole, die durch einen Dauermagneten erregt werden, und nicht erregte Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole, die nicht durch den Dauermagneten erregt werden, und die Dauermagneterregungs-Magnetpole, die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind abwechselnd in der Umfangsrichtung in dem radialen Ende von jedem von dem ersten und zweiten Kern angeordnet. Die Dauermagneterregungs-Magnetpole in dem ersten Kern und die Dauermagneterregungs-Magnetpole in dem zweiten Kern haben Polaritäten, die zueinander umgekehrt sind. Die Dauermagneterregungs-Magnetpole in dem ersten Kern sind derart angeordnet, dass sie zu den Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpolen in dem zweiten Kern in der axialen Richtung weisen, und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole in dem ersten Kern sind derart angeordnet, dass sie zu den Dauermagneterregungs-Magnetpolen in dem zweiten Kern in der axialen Richtung weisen.
Die Größe des Magnetflusses des Dauermagneten ist im Wesentlichen konstant. Die drehende Elektromaschine enthält ferner eine Erregerspule, die die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole erregt. Wenn Strom von außen an die Erregerspule angelegt wird, erregt die Erregerspule die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der den magnetischen Fluss, der von dem Dauermagneten erzeugt wird, zu schwächen oder zu verstärken. Gemäß der obigen drehenden Elektromaschine kann folglich der Rotor durch einen kombinierten Magnetfluss aus dem Magnetfluss des Dauermagneten und dem Magnetfluss des Elektromagneten geeignet gedreht werden.
[Stand der Technik Dokument]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] Japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer H06-351206 ( JP H06-351206 A )

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[Das von der Erfindung zu lösende Problem]
In der drehenden Elektromaschine gemäß dem Patentdokument 1 ist die Erregerspule zwischen zwei Statorkernen angeordnet, die in der axialen Richtung mit einem dazwischen liegenden Spalt voneinander getrennt sind. Die Erregerspule befindet sich nahe eines Jochs, das den äußeren Umfang des Statorkerns abdeckt. Der Statorkern ist durch eine Mehrzahl von gestapelten Stahlplatten gebildet, die in der axialen Richtung gestapelt sind. Bei der Struktur einer derartigen drehenden Elektromaschine ist folglich ein magnetischer Pfad radial nach außen von der Erregerspule schmal auf der Seite des Stators, und der magnetische Widerstand davon ist relativ hoch. Wenn Strom an die Erregerspule geliefert wird, tritt aufgrund der Konzentration des Magnetflusses eine entsprechende magnetische Sättigung radial nach außen von der Erregerspule auf, wodurch eine Reduzierung des Drehmoments verursacht wird. Die magnetische Sättigung kann reduziert werden, indem die radiale Dicke des Statorkerns radial nach außen von der Erregerspule vergrößert wird. Bei einem derartigen Aufbau vergrößert sich jedoch die gesamte radiale Dicke des Statorkerns, wodurch die Größe der drehenden Elektromaschine zunimmt.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine drehende Hybriderregungs-Elektromaschine bereitzustellen, die eine magnetische Sättigung während des Lieferns eines Stroms an eine Erregerspule reduzieren, ohne die Größe zu erhöhen.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Die obige Aufgabe wird durch eine drehende Hybriderregungs-Elektromaschine gelöst, die enthält: einen Rotor mit einem ersten und einem zweiten Rotorkern, die in einer axialen Richtung mit einem Spalt zwischen den Rotorkernen getrennt voneinander sind, wobei erste Magnetpole, die durch einen Dauermagneten erregt werden, und zweite Magnetpole, die nicht durch den Dauermagneten erregt werden, in einer Umfangsrichtung abwechselnd in jedem von dem ersten und zweiten Rotorkern angeordnet sind, die ersten Magnetpole des ersten Rotorkerns eine andere Polarität aufweisen als die ersten Magnetpole des zweiten Rotorkerns, und die ersten Magnetpole von einem von dem ersten und zweiten Rotorkern derart angeordnet sind, dass sie zu den zweiten Magnetpolen von dem anderen von dem ersten und zweiten Rotorkern in der axialen Richtung mit dem Spalt zwischen den Rotorkernen angeordnet sind; einen Stator, der radial nach außen von dem Rotor angeordnet ist, und der ein drehendes Magnetfeld erzeugt, das den Rotor dreht; und eine Erregerspule, die in dem Spalt angeordnet ist und die zweiten Magnetpole erregt, wobei der Stator erste Statorkerne aufweist, die auf beiden Seiten in der axialen Richtung bereitgestellt sind, und einen zweiten Statorkern, der in einem Zentrum in der axialen Richtung bereitgestellt ist und einen geringeren magnetischen Widerstand in der axialen Richtung aufweist als die ersten Statorkerne.
[Wirkungen der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine magnetische Sättigung während des Anlegens eines Stroms an eine Erregerspule reduziert werden, ohne die Größe zu erhöhen.
KURZEBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 zeigt eine Querschnittansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschnitten entlang einer Ebene, die eine Achsenlinie enthält.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschnitten entlang der Schnittlinie III-III in 2.
4 zeigt eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschnitten entlang der Schnittlinie IV-IV in 2.
5 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht und eine perspektivische Explosionsansicht eines Stators der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt Darstellungen, die die Wirkungen der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verdeutlichen.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein spezielles Ausführungsbeispiel der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine 10 ist teilweise aufgeschnitten in 1 gezeigt. 2 zeigt eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels geschnitten entlang einer Ebene, die eine Achsenlinie (Mittellinie) enthält. 3 zeigt eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels geschnitten entlang der Linie III-III in 2. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels geschnitten entlang der Linie IV-IV in 2. 5 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht und eine perspektivische Explosionsansicht der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine 10 einen Rotor 12, der um eine Achse drehbar ist, und einen Stator 14, der ein drehendes Magnetfeld erzeugt, das den Rotor 12 dreht. Der Rotor 12 ist drehbar durch ein Gehäuse 20 über Lager 16, 18 an beiden axialen Enden abgestützt. Der Stator 14 ist radial nach außen von dem Rotor 12 angeordnet und an dem Gehäuse 20 fixiert. Der Rotor 12 und der Stator 14 weisen in der radialen Richtung zueinander, wobei sich ein Luftspalt 22 mit einer vorbestimmten Länge zwischen ihnen befindet.
Der Stator 14 hat einen Statorkern 24 und eine Statorspule 28. Der Statorkern 24 ist in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet. Ein Statorzahn 26 ist auf der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 24 gebildet. Der Statorzahn 26 steht in der radialen Richtung von dem Statorkern 24 nach innen vor, also in Richtung der Achse, und erstreckt sich zwischen den axialen Enden des Statorkerns 24. Eine Mehrzahl (beispielsweise 12 oder 18) der Statorzähne 26 ist in der Umfangsrichtung in der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 24 bereitgestellt und in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet.
Die Statorspule 28 ist um jeden Statorzahn 26 gewickelt. Eine Mehrzahl (beispielsweise 12 oder 18) der Statorspulen ist in der Umfangsrichtung in der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 24 bereitgestellt und in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. In dem Fall, bei dem die drehende Hybriderregungs-Elektromaschine 10 beispielsweise für einen Dreiphasenwechselstrom(AC)-Motor verwendet wird, bildet jede Statorspule 28 eine von einer U-Phasenspule, V-Phasenspule und W-Phasenspule.
Der Statorkern 24 ist in der axialen Richtung unterteilt und hat einen ersten Statorkern 30, einen zweiten Statorkern 32 und einen dritten Statorkern 34. Der erste bis dritte Statorkern 30 bis 34 ist in der axialen Richtung angeordnet. Der erste und dritte Statorkern 30, 34 befinden sich jeweils an beiden axialen Enden. Der zweite Statorkern 32 ist im Zentrum in der axialen Richtung angeordnet und befindet sich zwischen dem ersten Statorkern 30 und dem dritten Statorkern 34 in der axialen Richtung. Der Statorkern 24 ist folglich in der axialen Richtung unterteilt in den zweiten Statorkern 32, der im Zentrum in der axialen Richtung angeordnet ist, und in den ersten und dritten Statorkern 30, 34, die sich jeweils an beiden Seiten des zweiten Statorkerns 32 in der axialen Richtung befinden.
Der erste bis dritte Statorkern 30 bis 34 ist jeweils in einer hohlen zylindrischen Form gebildet und hat im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser und im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser. Jeder von dem ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 ist durch einen hinteren Jochbereich 30a, 32a, 34a gebildet, die in einer Ringform gebildet sind, und durch einen Statorzähnebereich 30b, 32b, 34b, der von der inneren Umfangsfläche des hinteren Jochbereichs 30a, 32a, 34a zu der Achse vorsteht. In jedem von dem ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 ist der hintere Jochbereich 30a, 32a, 34a integriert mit dem Statorzähnebereich 30b, 32b, 34b gebildet. In jeden von dem ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 können der hintere Jochbereich 30a, 32a, 34b und der Statorzähnebereich 30b, 32b, 34b als separate Teile bereitgestellt sein.
Die Statorzähne 26 sind in jedem von dem ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 bereitgestellt und entsprechen den Statorzähnebereichen 30b, 32b, 34b. Die Statorzähnebereiche 30b, 32b, 34b des ersten bis dritten Statorkerns 30 bis 34 sind derart angeordnet, dass sie in der axialen Richtung nebeneinander angeordnet sind. Jede Statorspule 28 ist derart gebildet, dass sie sich durch den ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 in der axialen Richtung in einem Schlitz zwischen den Statorzähnen 26 erstreckt, die sich in der Umfangsrichtung nebeneinander befinden.
Jeder von dem ersten und dritten Statorkern 30, 34 ist ein elektromagnetischer Stahlplattenkern, der gebildet ist durch Stapeln einer Mehrzahl von isolationsbeschichteten elektromagnetischer Stahlplatten in der axialen Richtung. Der zweite Statorkern 32 ist ein Mittelstückkern aus einem weichen magnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, speziell einem Material, das erzeugt wird durch Formpressen eines isolationsbeschichteten Weichmagnetmaterialpulvers. Der magnetische Widerstand in der axialen Richtung des zweiten Statorkern 32 ist geringer als der in der axialen Richtung des ersten und dritten Statorkerns 30, 34.
Ein dünnes zylindrisches Joch 36 ist radial nach außen von dem Statorkern 24 bereitgestellt. Das Joch 36 ist derart gebildet, dass es die gesamten äußeren Umfänge von dem ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 abdeckt, und stützt den ersten bis dritten Statorkern 30 bis 34 ab. Wie der zweite Statorkern 32 ist das Joch 36 ein Mittelstückkern aus einem Material, das hergestellt wird durch Formpressen eines isolationsbeschichteten Weichmagnetmaterialpulvers. Der magnetische Widerstand in der Axialrichtung des Jochs 36 ist geringer als der in der axialen Richtung des ersten und dritten Statorkerns 30, 34. Das Joch 36 kann integriert mit dem zweiten Statorkern 32 gebildet sein. Das Joch 36 ist an die radial äußeren Flächen des ersten Statorkerns 30 und des dritten Statorkerns 34 gebondet und fixiert. Der erste Statorkern 30 und der dritte Statorkern 34 sind über das Joch 36 und den zweiten Statorkern 32 magnetisch miteinander gekoppelt.
Der Statorkern 24 hat einen Anbringungsbereich 38, der zu der radial äußeren Seite vorsteht und der den Stator 14 an dem Gehäuse 20 anbringt und fixiert. Der Anbringungsbereich 38 ist durch eine Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlplatten gebildet, die in der axialen Richtung gestapelt sind. Der Anbringungsbereich 38 hat einen Anbringungsbereich 38b, der mit dem ersten Statorkern 30 integriert gebildet ist, einen Anbringungsbereich 38b, der mit dem dritten Statorkern 34 integriert gebildet ist, und einen Anbringungsbereich 38c, der zwischen den Anbringungsbereichen 38a, 38b liegt. Der Anbringungsbereich 38c ist radial nach außen von dem zweiten Statorkern 32 angeordnet. Der Anbringungsbereich 38c kann mit dem zweiten Statorkern 32 integriert gebildet sein, anstatt durch die Mehrzahl von elektromagnetischer Stahlplatten gebildet zu sein, die in der axialen Richtung gestapelt sind. Eine Mehrzahl (beispielsweise 3) von Anbringungsbereichen 38 ist in der Umfangsrichtung bereitgestellt. Ein Durchgangsloch ist in jedem Anbringungsbereich 38 derart bereitgestellt, dass es sich durch diesen in der axialen Richtung hindurch erstreckt. Der Stator 14 ist an dem Gehäuse 20 durch Anziehen von Bolzen 42 in dem Gehäuse 20 befestigt, die sich durch die Durchgangslöcher 40 des Anbringungsbereiches 38 erstrecken.
Der Rotor 12 ist radial nach innen von dem Stator 14 angeordnet. Der Rotor 12 hat eine Welle 50 und einen Rotorkern 52. Die Welle 50 erstreckt sich in der axialen Richtung und erstreckt sich jenseits der axialen Enden des Stators 14 an ihren beiden axialen Enden. Die Welle 50 muss sich nur jenseits des axialen Endes des Stators 14 auf mindestens einer Seite in der axialen Richtung erstrecken. Die Welle 50 ist aus einem Material, das einen vorbestimmten Eisenverlust aufweist, speziell C-Stahl wie etwa S45C. Der Rotorkern 52 hat einen radial äußeren Rotorkern 54, der radial nach außen von der Welle 50 derart angeordnet ist, dass er durch die Welle 50 abgestützt wird. Der radial äußere Rotorkern 54 ist in einer hohlen zylindrischen Form gebildet und an der radial äußeren Fläche der Welle 50 befestigt.
Der radial äußere Rotorkern 54 ist in der axialen Richtung unterteilt und hat einen ersten radial äußeren Rotorkern 56 und einen zweiten radial äußeren Rotorkern 58. Der erste und zweite radial äußere Rotorkern 56, 58 sind in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet und radial nach außen von der Welle 50 derart angeordnet, dass sie von der Welle 50 abgestützt werden. Jeder von dem ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 ist durch eine Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlplatten gebildet, die in der axialen Richtung gestapelt sind. Der erste radial äußere Rotorkern 56 und der zweite radial äußere Rotorkern 58 sind in der axialen Richtung mit einem dazwischen liegenden ringförmigen Spalt 60 voneinander getrennt.
Die radial äußere Fläche des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 weist zu der radial inneren Fläche des ersten Statorkerns 30 in radialer Richtung. Die radial äußere Fläche des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 und die radial innere Fläche des ersten Statorkerns 30 weisen also in der radialen Richtung zueinander. Die radial äußere Fläche des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 weist zu der radial inneren Fläche des dritten Statorkerns 34 in der radialen Richtung. Die radial äußere Fläche des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 und die radial innere Fläche des dritten Statorkerns 34 weisen also in radialer Richtung zueinander. Der Spalt 60 weist zu der radial inneren Fläche des zweiten Statorkerns 32 und ist radial nach innen von dem zweiten Statorkern 32 bereitgestellt.
Ein Rotorzahn 62 ist in dem äußeren Umfang des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 gebildet. Der Rotorzahn 62 steht in der radialen Richtung von dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 nach außen vor. Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) der Rotorzähne 62 ist in der Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsfläche des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 bereitgestellt und in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet.
Ein Dauermagnet 64 ist zwischen den Rotorzähnen 62, die in der Umfangsrichtung aneinander angrenzen, angebracht, um an den Rotorzähnen 62 anzugrenzen. Der Dauermagnet 64 ist radial nach außen von dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 angeordnet. Der Dauermagnet 64 ist beispielsweise ein Eisenmagnet. Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) von Dauermagneten 64 ist in der Umfangsrichtung und in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung bereitgestellt. Jeder Dauermagnet 64 hat eine vorbestimmte Breite (Winkel) in der Umfangsrichtung, und hat eine vorbestimmte radiale Dicke. Jeder Dauermagnet 64 ist mit einer vorbestimmten Polarität magnetisiert (beispielsweise radial äußere Seite ist der N-Pol und die radial innere Seite ist der S-Pol).
Die radial äußere Endfläche des Dauermagneten 64 und die radial äußere Endfläche des Rotorzahns 62 sind im Wesentlichen mit dem gleichen Abstand von der Achse gebildet. Der erste radial äußere Rotorkern 56 hat Dauermagneterregungs-Magnetpole, die durch die Dauermagneten 64 erregt werden, und nicht erregte Dauermagnete-Nichterregungsmagnetpole, die nicht durch die Dauermagnete 64 erregt werden. Die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind in den Rotorzähnen 62 gebildet. Die Dauermagneterregungs-Magnetpole und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Der erste radial äußere Rotorkern 56 hat einen Magnetpol unterschiedlicher Polarität bei jedem vorbestimmten Winkel, und hat eine vorbestimmte Anzahl (beispielsweise 12) von Magnetpolen in der Umfangsrichtung durch die Dauermagneterregungs-Magnetpole und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole.
Ein Rotorzahn 66 ist in dem äußeren Umfang des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 gebildet. Der Rotorzahn 66 steht in der radialen Richtung von dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 nach außen vor. Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) von Rotorzähnen 66 ist in der Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsfläche des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 bereitgestellt und in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet.
Ein Dauermagnet 68 ist zwischen den Rotorzähnen 66, die in der Umfangsrichtung aneinander angrenzen, derart angebracht, dass er an die Rotorzähne 66 angrenzt. Der Dauermagnet 68 ist radial nach außen von dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 angeordnet. Der Dauermagnet 68 ist beispielsweise ein Eisenmagnet (Ferritmagnet). Eine Mehrzahl (beispielsweise 6) der Dauermagnete 68 ist in der Umfangsrichtung bereitgestellt und in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Jeder Dauermagnet 68 hat eine vorbestimmte Breite (Winkel) in der Umfangsrichtung und hat eine vorbestimmte radiale Dicke. Jeder Dauermagnet 68 ist mit einer vorbestimmten Polarität magnetisiert, die von der des Dauermagneten 64 verschieden ist (beispielsweise ist die radial äußere Seite der S-Pol und die radial innere Seite ist der N-Pol). Der Dauermagnet 68 und der Dauermagnet 64 haben also Polaritäten, die zueinander umgekehrt sind.
Die radial äußere Endfläche des Dauermagneten 68 und die radial äußere Endfläche des Rotorzahns 66 sind im Wesentlichen mit dem gleichen Abstand von der Achse gebildet. Der zweite radial äußere Rotorkern 58 hat Dauermagneterregungs-Magnetpole, die durch die Dauermagneten 68 erregt werden und nicht erregte Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole, die nicht durch die Dauermagnete 68 erregt werden. Die Dauermagnete-Nichterregungsmagnetpole sind in den Rotorzähnen 66 gebildet. Die Dauermagneterregungs-Magnetpole und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole sind in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet. Der zweite radial äußere Rotorkern 58 hat einen Magnetpol mit einer unterschiedlichen Polarität bei jedem vorbestimmten Winkel und hat die gleiche vorbestimmte Anzahl (beispielsweise 12) von Magnetpolen, wie der erste radial äußere Rotorkern 56 in der Umfangsrichtung durch die Dauermagneterregungs-Magnetpole und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole.
Die Dauermagneterregungs-Magnetpole des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind derart angeordnet, dass sie zu den Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpolen des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der axialen Richtung mit dem dazwischen liegenden Spalt 60 weisen. Die Dauermagneten 64 des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind also derart angeordnet, dass sie zu den Rotorzähnen 66 des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der axialen Richtung mit dem dazwischen liegenden Spalt 60 weisen. Die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind derart angeordnet, dass sie zu den Dauermagneterregungs-Magnetpolen des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der axialen Richtung mit dem dazwischen liegenden Spalt 60 weisen. Die Rotorzähne 62 des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 sind also derart angeordnet, dass sie zu den Dauermagneten 68 des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der axialen Richtung mit dem dazwischen liegenden Spalt 60 weisen.
Eine Erregerspule 70, die die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole der Rotorzähne 62, 66 erregen, ist in dem Spalt 60 platziert bzw. angeordnet, also zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 in der axialen Richtung. Die Erregerspule 70 füllt fast den gesamten Bereich des Spalts 60 aus. Die Erregerspule 70 ist in einer Ringform um die Welle 50 herum gebildet und in einer Ringform gewickelt. Die Erregerspule 70 ist radial nach außen von der Welle 50 platziert, radial nach innen von dem zweiten Statorkern 32 platziert und weist in der radialen Richtung zu dem zweiten Statorkern 32. Die Erregerspule 70 ist an dem Stator 14 oder dem Statorkern 24 angebracht und befestigt. Ein Gleichstrom wird an die Erregerspule 70 geliefert. Wenn der Gleichstrom an die Erregerspule 70 geliefert wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der auf der radial inneren Seite (die Achsenseite) der Erregerspule 70 in der axialen Richtung verläuft. Der Magnetfluss wird in einem Ausmaß erzeugt, das dem Gleichstrom entspricht, der an die Erregerspule 70 geliefert wird.
Das Befestigen der Erregerspule 70 an dem Stator 14 kann durch direktes Bonden der Erregerspule 70 an den Stator 14 erfolgen. Eine Mehrzahl von U-förmigen Haltebauteilen (Klipps) 71, die die ringförmige Erregerspule 70 von der radial inneren Seite halten, sind in der Umfangsrichtung bereitgestellt, und eine Mehrzahl von Löchern 73 ist in der Umfangsrichtung in den gegenüberliegenden axialen Endflächen des ersten und dritten Statorkerns 30, 34 des Statorkerns 24 gebildet, oder in der radial inneren Fläche des zweiten Statorkerns 32. Das Befestigen der Erregerspule 70 an dem Stator 14 kann implementiert werden, indem Klinkenbereiche an beiden Seiten jedes Haltebauteils 71 durch die Löcher 73 eingehängt werden. 5 zeigt den Zustand, bei dem die Erregerspule 70 an dem Stator 14 befestigt ist durch die Mehrzahl von Haltebauteilen 71, die in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind.
Die Welle 50 ist in einer hohlen Form ausgebildet. Die Welle 50 hat einen zylindrischen Bereich 72 mit großem Durchmesser, der einen relativ großen Durchmesser aufweist, und zylindrische Bereiche 74, 76 mit kleinem Durchmesser, die einen relativ kleinen Durchmesser haben. Die zylindrischen Bereiche 74, 76 mit kleinem Durchmesser sind an beiden axialen Enden bereitgestellt. Die zylindrischen Bereiche 74, 76 mit kleinem Durchmesser der Welle 50 werden durch das Gehäuse 20 über die Lager 16, 18 abgestützt. Der zylindrische Bereich 72 mit großem Durchmesser ist in der axialen Richtung in dem Zentrum bereitgestellt und ist zwischen den zylindrischen Bereichen 74, 76 mit kleinem Durchmesser an beiden axialen Enden angeordnet. Der erste und zweite radial äußere Rotorkern 56, 58 sind radial nach außen von dem zylindrischen Bereich 72 mit großem Durchmesser derart angeordnet, dass sie durch den zylindrischen Bereich 72 mit großem Durchmesser abgestützt werden, und sind an der radial äußeren Fläche des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser befestigt.
Der Rotorkern 52 hat einen radial inneren Rotorkern 80, der radial nach innen von der Welle 50 derart angeordnet ist, dass er von der Welle 50 abgestützt wird. Der radial innere Rotorkern 80 ist radial nach innen von dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des Rotorkerns 52 und der Erregerspule 70 angeordnet. Ein Hohlraum 82 ist in dem zylindrischen Bereich 72 mit großem Durchmesser der Welle 50 gebildet. Der radial innere Rotorkern 80 ist in dem Hohlraum 82 des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser untergebracht und ist an die radial innere Fläche des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser gebondet und fixiert. Der radial innere Rotorkern 80 ist aus einem Weichmagnetmaterial, speziell aus einem Material, das hergestellt wird durch Pressformen eines isolationsbeschichteten Weichmagnetmaterialpulvers. Der radial innere Rotorkern 80 ist aus einem Material, das einen geringeren Eisenverlust aufweist als die Welle 50.
Der radial innere Rotorkern 80 ist in der Umfangsrichtung unterteilt und gebildet durch eine Mehrzahl (beispielsweise 6) von Rotorkemteilen 84, die in einer Sektorform (Kreisausschnittsform) ausgebildet sind, bei Betrachtung in der axialen Richtung. Das Unterteilen des radial inneren Rotorkerns 80 in der Umfangsrichtung erfolgt in regelmäßigen Abständen (gleiche Winkel) in der Umfangsrichtung, und die Rotorkemteile 84 haben die gleiche Form. Die Anzahl von Teilen, in die der radial innere Rotorkern 80 in Umfangsrichtung unterteilt wird, also die Anzahl von Rotorkemteilen 84, ist gleich der Anzahl von Polen des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 in dem radial äußeren Rotorkern 54 oder ein Divisor der Anzahl von Polen. In dem Fall bei dem die Anzahl von Polen beispielsweise gleich „12” ist, ist der radial innere Rotorkern 80 unterteilt in „2”, „3”, „4”, „6” oder „12” Teile (in 3 und 4 ist der radial innere Rotorkern 80 in „6” Teile unterteilt.
Das Teilen des radial inneren Rotorkerns 80 in Umfangsrichtung erfolgt entlang der Linien, die sich durch die Achse des Rotors 12 und der Welle 50 erstrecken, und der Umfangszentren von mindestens zwei der Dauermagnete 64, 68 und der Rotorzähne 62, 66 (also die Dauermagneterregungs-Magnetpole und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole, die in der Umfangsrichtung in dem ersten und zweiten radial äußeren Rotorkern 56, 58 des Rotors 12 abwechselnd angeordnet sind. Jede Ebene, die die Ebene enthält, die den radial inneren Rotorkern 80 in der Umfangsrichtung teilt, erstreckt sich durch die Achse des Rotors 12 und der Welle 50 und durch das Umfangszentrum von jedem der Dauermagnete 64, 68 und Rotorzähne 62, 66 (also die Dauermagneterregungs-Magnetpole und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole).
Der radial inneren Rotorkern 80 hat Kerbenlöcher 86, 88, die sich in axialer Richtung in dessen axialen Enden erstrecken. Die Kerbenlöcher 86, 88 sind an beiden axialen Enden bereitgestellt. Jedes von den Kerbenlöchern 86, 88 ist in einer verjüngten oder stufenähnlichen Form derart gebildet, dass sein Durchmesser von der axialen Endfläche in Richtung zu dem axialen Zentrum abnimmt. Der Durchmesser an dem axialen Ende (der flachste Bereich) der Kerbenlöcher 86, 88 passt im Wesentlichen zu dem inneren Durchmesser des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser der Welle 50, und der Durchmesser an dem axialen Zentrumsbereich (der tiefste Bereich) der Kerbenlöcher 86, 88 hat einen vorbestimmten Durchmesser. Der radial innere Rotorkern 80 hat eine vorbestimmte radiale Dicke in dem axialen Zentrumsbereich, und hat eine kleinere radiale Dicke an beiden axialen Enden als in dem axialen Zentrumsbereich. Die radiale Dicke des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser der Welle 50 ist derart festgelegt, dass die Festigkeit, die erforderlich ist zum Übertragen eines Motordrehmoments, aufrecht erhalten bleibt, und die radiale Dicke des axialen Zentrumsbereichs des radial inneren Rotorkerns 80 ist auf die vorbestimmte Dicke festgelegt, bei der der magnetische Fluss, der durch die Erregerspule 70 erzeugt wird, nicht gesättigt ist. Die radiale Dicke des axialen Zentrumbereichs des radial inneren Rotorkerns 80 ist folglich größer als die des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser der Welle 50.
Das Kerbenloch 86 und das Kerbenloch 88 sind im Zentrum in der axialen Richtung miteinander in Kommunikation und an ihren tiefsten Bereichen miteinander verbunden durch ein Durchgangsloch 89, das sich durch den Rotorkern 80 in der axialen Richtung erstreckt. Der radial innere Rotorkern 80 ist also in einer Hohlform ausgebildet, um so das Durchgangsloch 89 zu haben. Sämtliche Kerbenlöcher 86, 88 und das Durchgangsloch 89 des radial inneren Rotorkerns 80 sind auf der Achsenlinie der Welle 50 bereitgestellt. Das Durchgangsloch 89 des radial inneren Rotorkerns 80 hat im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die tiefsten Bereiche der Kerbenlöcher 86, 88.
Der Rotor 12 ist in zwei Bereiche in der axialen Richtung unterteilt. Die Welle 50 ist in zwei Bereiche in axialer Richtung unterteilt und durch zwei schalenförmige (becherförmige) Bauteile 90, 92, die zusammenpassen, gebildet. Die Welle 50 ist in axialer Richtung im Wesentlichen entlang dem Zentrum in der axialen Richtung unterteilt. Das schalenförmige Bauteil 90 hat den zylindrischen Bereich 74 mit kleinem Durchmesser und einen Teil des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser (speziell eine Hälfte, die mit dem zylindrischen Bereich 74 mit kleinem Durchmesser verbunden ist). Das schalenförmige Bauteil 92 hat den zylindrischen Bereich 76 mit kleinem Durchmesser und einen Teil des zylindrischen Bereichs 72 mit großem Durchmesser (speziell eine Hälfte, die mit dem zylindrischen Bereich 76 mit kleinem Durchmesser verbunden ist). Die Welle 50 ist gebildet durch Montage des schalenförmigen Bauteils 90 und des schalenförmigen Bauteils 92. Der erste radial äußere Rotorkern 56 wird von dem schalenförmigen Bauteil 90 abgestützt, und der zweite radial äußere Rotorkern 58 wird von dem schalenförmigen Bauteil 92 abgestützt. Der erste radial außere Rotorkern 56 ist an der radial äußeren Fläche des schalenförmigen Bauteils 92 fixiert, und der zweite radial äußere Rotorkern 58 ist an der radial äußeren Fläche des schalenförmigen Bauteils 92 fixiert.
Bolzenlöcher 94, 96, die sich in der axialen Richtung auf der Achse erstrecken, sind jeweils in den schalenförmigen Bauteilen 90, 92 gebildet. Die Bolzenlöcher 94, 96 haben im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie das Durchgangslöcher 89 des radial inneren Rotorkerns 80. Ein Bolzen 98 ist in die Bolzenlöcher 94, 96 der schalenförmigen Bauteile 90, 92 und das Durchgangsloch 89 des radial inneren Rotorkerns 80 eingeführt. Das schalenförmige Bauteil 90 und das schalenförmige Bauteil 92 sind aneinander montiert und durch den Bolzen 98 aneinander befestigt.
Der radial innere Rotorkern 80 kann in zwei Bereiche in axialer Richtung unterteilt sein. In diesem Fall kann der radial innere Rotorkern 80 in axialer Richtung an einer Stelle unterteilt sein, die der Stelle entspricht, wo die Welle 50 in axialer Richtung unterteilt ist oder im Wesentlichen entlang des Zentrums in der axialen Richtung. Einer der unterteilten zwei Bereiche des radial inneren Rotorkerns 80 ist an die radial innere Fläche des schalenförmigen Bauteils 90 der Welle 50 gebondet und daran befestigt, und der andere unterteilte Bereich des radial inneren Rotorkerns 80 ist an die radial innere Fläche des schalenförmigen Bauteils 92 gebondet und daran befestigt.
Wenn ein Gleichstrom an die ringförmige Erregerspule 70 in dem obigen Aufbau der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 geliefert wird, wird ein Magnetfluss erzeugt, der sich auf der radial inneren Seite (die Achsenseite) der Erregerspule 70 in der axialen Richtung erstreckt. Der Magnetfluss, der durch den Elektromagneten unter Verwendung der Erregerspule 70 erzeugt wird, fließt durch die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten oder zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58, den radial inneren Rotorkern 80, die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole des zweiten oder ersten radial äußeren Rotorkerns 58, 56, den Luftspalt 22, den Statorkern 24, den Luftspalt 22 und die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten oder zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58, in dieser Reihenfolge. Wenn ein derartiger Magnetfluss erzeugt wird, werden die Dauermagnet-Nichterregungs-Magnetpole des ersten und zweiten radial äußeren Rotorkerns 56, 58 erregt. Der magnetische Fluss, der in dieser Weise durch den Elektromagneten erzeugt wird, schwächt oder stärkt den magnetischen Fluss, der durch die Dauermagnete 46, 68 erzeugt wird. Die Größe des magnetischen Flusses, der durch den Elektromagneten erzeugt wird, wird gemäß der Größe des Gleichstroms, der an die Erregerspule 70 geliefert wird, eingestellt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Drehmoment, das den Rotor 12 um den Stator 14 dreht, durch den kombinierten magnetischen Fluss des Magnetflusses, der erzeugt wird durch die Dauermagnete 64, 68 und den Magnetfluss, der erzeugt wird durch den Elektromagneten unter Verwendung der Erregerspule 70, eingestellt werden, wodurch der Rotor 12 geeignet gedreht werden kann.
6 zeigt Darstellungen, die die Wirkungen der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigen. 6A zeigt eine Darstellung, die einen magnetischen Pfad in dem vorliegendem Ausführungsbeispiel zeigt, und 6B zeigt eine Darstellung, die einen magnetischen Pfad in einem Vergleichsbeispiel zeigt, das mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verglichen wird.
In der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Erregerspule 70 in dem Spalt 60 angeordnet, der sich in der axialen Richtung zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 des Rotors 12 erstreckt. Speziell ist die Erregerspule 70 derart positioniert, dass sie den ersten radial äußeren Rotorkern 56 und den zweiten radial äußeren Rotorkern 58 in der radialen Richtung überlappt, und derart, dass sie nicht den ersten radial äußeren Rotorkern 56 und den zweiten radial äußeren Rotorkern 58 in der axialen Richtung überlappt. Die Erregerspule 70 ist also derart positioniert, dass beide axiale Enden der Erregerspule 70 sich in dem Spalt 60 zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58 in der axialen Richtung derart befinden, dass das radial innere Ende der Erregerspule 70 sich näher an der Achse befindet als die radial äußeren Enden des ersten radial äußeren Rotorkerns 56 und des zweiten radial äußeren Rotorkerns 58 in der radialen Richtung.
Das axiale Ende eines axial äußeren Endes des ersten Rotorkerns, das sich auf der Seite des zweiten Rotorkerns befindet, ist auf einer einer Seite, wo der zweite Rotorkern vorhanden ist, in der axialen Richtung gegenüberliegenden Seite bezüglich eines axialen Endes der Erregerspule 70 positioniert, das sich auf der Seite des ersten Rotorkerns befindet, und ein axiales Ende eines radial äußeren Endes des zweiten Rotorkerns, das sich auf der Seite des ersten Rotorkerns befindet, ist auf einer einer Seite, wo der erste Rotorkern vorhanden ist, in der axialen Richtung bezüglich eines axialen Endes der Erregerspule positioniert, das sich auf der Seite des zweiten Rotorkerns befindet.
Die Erregerspule 70 ist an dem Stator 14 befestigt. Der erste Statorkern 30 und der dritte Statorkern 34, die auf beiden Seiten in der axialen Richtung des Stators 14 bereitgestellt sind, weisen in der radialen Richtung mit dem dazwischen liegenden Luftspalt 22 zu dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58. Der zweite Statorkern 32, der im Zentrum in der axialen Richtung des Stators 14 bereitgestellt ist, weist zu der Erregerspule 70 in der radialen Richtung. Diesbezüglich ist die Erregerspule 70 derart bereitgestellt, dass sie nach innen in radialer Richtung (also in Richtung Achse) von dem Hauptkörper des Statorkerns 24 des Stators 14 vorsteht und in den Spalt 60 zwischen dem ersten radial äußeren Rotorkern 56 und dem zweiten radial äußeren Rotorkern 58, der sich radial nach außen von der Welle 50 befindet, eingeführt ist.
Bei diesem Aufbau ist die Erregerspule 70, die am Stator 14 fixiert ist, näher an der Achse platziert in Bezug auf den Hauptkörper des Statorkerns 24. Dies ermöglicht einen Raum zum Platzieren des zweiten Statorkerns 32 des Statorkerns 24, um radial nach außen von der Erregerspule 70 bereitgestellt zu werden. Bei dem Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der zweite Statorkern 32, der als Pfad des magnetischen Flusses dienen kann, in dem Raum platziert, der sich radial nach außen von der Erregerspule 70 befindet (siehe 6A).
Gemäß dem Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Breite in der radialen Richtung des Statorkerns 24, die als ein magnetischer Pfad radial nach außen von der Erregerspule 70 dienen kann, vergrößert werden verglichen zu einer Vergleichsstruktur, wie in 6B gezeigt, bei der der zweite Statorkern 32 nicht in dem Raum platziert wird, der sich radial nach außen von der Erregerspule 70 befindet. Dies kann eine Konzentration des magnetischen Flusses, der in der axialen Richtung in dem Statorkern 24 radial nach außen von der Erregerspule 70 fließt, unterdrücken, wodurch ein magnetischer Pfad effektiv gebildet werden kann, wenn ein drehendes Magnetfeld durch Anlegen eines Stroms an die Statorspulen 28 erzeugt wird, oder wenn der magnetische Fluss durch Anlegen eines Stroms an die Erregerspule 70 erzeugt wird.
In dem vorliegendem Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus der zweite Statorkern 32, der radial nach außen von der Erregerspule 70 platziert ist, ein Mittelstückkern aus einem gepressten Weichmagnetmaterial, und jeder von dem ersten und dritten Statorkern 30, 34 mit dem in der axialen Richtung dazwischen angeordneten zweiten Statorkern 32 ist ein elektromagnetischer Stahlplattenkern, der gebildet ist durch eine Mehrzahl von elektromagnetischen Stahlplatten, die in der axialen Richtung gestapelt sind. Der magnetische Widerstand in der axialen Richtung des zweiten Statorkerns 32 ist also geringer als der in der axialen Richtung des ersten und dritten Statorkerns 30, 34. Dies erleichtert den Fluss in der axialen Richtung des magnetischen Flusses, der in der Statorspule 24 fließt, die sich radial nach außen von der Erregerspule 70 befindet, und folglich kann die magnetische Sättigung radial nach außen von der Erregerspule 70 während des Anlegens eines Stroms an die Erregerspule 70 reduziert werden.
Bei einem Aufbau, bei dem der zweite Statorkern 32 durch eine Mehrzahl von elektromagnetischer Stahlplatten gebildet ist, die in der axialen Richtung gestapelt sind, kann die radiale Dicke des zweiten Statorkerns 32 und des Statorkerns 24 zunehmen, um eine gewünschte Magnetsättigungscharakteristik zu erhalten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch, da der zweite Statorkern 32 ein Mittelstückkern mit einem relativ geringen magnetischen Widerstand ist, ist es nicht notwendig, die radiale Dicke des zweiten Statorkerns 32 zu erhöhen, um eine gewünschte Magnetsättigungscharakteristik zu erhalten. Gemäß der drehenden Hybriderregungs-Elektromaschine 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann folglich die Magnetsättigung während des Anlegens eines Stroms an die Erregerspule 70 reduziert werden, ohne die gesamte Größe zu erhöhen.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann folglich das Drehmoment, das den Rotor dreht, effizient erzeugt werden, und eine Drehmomenterhöhung bei Drehung des Rotors 12 kann implementiert werden. Dies kann eine Vergrößerung der Vorrichtung, um ein großes Drehmoment zu erzeugen, verhindern. Diesbezüglich kann eine gewünschte Drehmomentperformance erreicht werden, selbst wenn Ferritmagnete mit einer relativ geringen Magnetkraft als Dauermagnete 64, 68 verwendet werden. Dies kann die Notwendigkeit einer Verwendung von beispielsweise Neodym-Magneten mit einer relativ großen Magnetkraft vermeiden, während eine gewünschte Drehmomentperformance erzielt wird.
In dem obigen Ausführungsbeispiel entsprechen der erste und zweite radial äußere Rotorkern 56, 58 dem „ersten Rotorkern” und „zweiten Rotorkern”, die in den Ansprüchen beschrieben sind, der erste und dritte Statorkern 30, 34 entsprechen den „ersten Statorkernen”, die in den Ansprüchen beschrieben sind, der zweite Statorkern 32 entspricht dem „zweiten Statorkern”, der in den Ansprüchen beschrieben ist, der hintere Jochbereich 32a entspricht dem „hinteren Jochbereich”, der in den Ansprüchen beschrieben ist, und der Statorzähnebereich 32b entspricht dem „Statorzähnebereich”, der in den Ansprüchen beschrieben ist.
In dem obigen Ausführungsbeispiel haben der erste bis dritte Statorkern 30 bis 34 des Statorkerns 24 im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser, und die Erregerspule 70 ist radial nach innen von dem zweiten Statorkern 32, der sich im Zentrum in der axialen Richtung befindet, platziert. Der gesamte Statorkern 24 befindet sich folglich auf der radial äußeren Seite der Erregerspule 70, ist also auf der Seite angeordnet, die der Achse in der radialen Richtung gegenüber liegt, und der erste bis dritte Statorkern 30 bis 34 des Statorkerns 24 sind nicht, auch nicht teilweise, radial nach innen von der Erregerspule 70 vorhanden. Der erste und dritte Statorkern 30, 34 kann jedoch teilweise radial nach innen von der Erregerspule 70 vorhanden sein.
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist der zweite Statorkern 32 gebildet durch beide, den ringförmigen hinteren Jochbereich 32a und den Statorzähnebereich 32b, der von der inneren Umfangsfläche des hinteren Jochbereichs 32a in Richtung Achse vorsteht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der zweite Statorkern 32 kann nur durch den ringförmigen hinteren Jochbereich 32a oder nur durch die Statorzähnebereiche 32b, die eine Mehrzahl von Teilen haben, die die Statorzähne 26 bilden, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Die internationale Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentveröffentlichung mit der Nummer 2012-044852 , eingereicht am 29. Februar 2012, und deren Offenbarung wird hiermit durch Bezugnahme gänzlich aufgenommen.
Bezugszeichenliste

10: Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine
12: Rotor
14: Stator
22: Luftspalt
24: Statorkern
28: Statorspule
30: erster Statorkern
32: zweiter Statorkern
32a: hinterer Jochbereich
32b: Statorzähnebereich
34: dritter Statorkern
36: Joch
52: Rotorkern
54: radial äußerer Rotorkern
56: erster radial äußerer Rotorkern
58: zweiter radial äußerer Rotorkern
60: Spalt
62, 66: Rotorzahn
64, 68: Dauermagnet
70: Erregerspule

Claims

Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine, gekennzeichnet durch: einen Rotor, der einen ersten und zweiten Rotorkern aufweist, die in einer axialen Richtung mit einem Spalt zwischen den Rotorkernen getrennt sind, wobei erste Magnetpole, die durch einen Dauermagneten erregt werden, und zweite Magnetpole, die nicht durch den Dauermagneten erregt werden, abwechselnd in einer Umfangsrichtung in jedem von dem ersten und zweiten Rotorkern angeordnet sind, die ersten Magnetpole des ersten Rotorkerns eine andere Polarität haben als die der ersten Magnetpole des zweiten Rotorkerns, und die ersten Magnetpole von einem von dem ersten und zweiten Rotorkern angeordnet sind, um zu den zweiten Magnetpolen von dem anderen von den ersten und zweiten Rotorkernen in der axialen Richtung mit dem Spalt zwischen den Rotorkernen zu weisen; einen Stator, der radial nach außen von dem Rotor angeordnet ist, und der ein drehendes Magnetfeld, das den Rotor dreht, erzeugt; und eine Erregerspule, die in dem Spalt platziert ist, und die die zweiten Magnetpole erregt, wobei der Stator erste Statorkerne aufweist, die auf beiden Seiten in der axialen Richtung bereitgestellt sind, und einen zweiten Statorkern, der in einem Zentrum in der axialen Richtung bereitgestellt ist und einen geringeren Magnetwiderstand in der axialen Richtung hat als die ersten Statorkerne.
Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Statorkern ein Mittelstückkern ist, der gebildet ist durch Formpressen eines isolationsbeschichteten Weichmagnetmaterialpulvers.
Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder von den ersten Statorkernen ein elektromagnetischer Stahlplattenkern ist, der gebildet ist durch Stapeln einer Mehrzahl von isolationsbeschichteten elektromagnetischen Stahlplatten in der axialen Richtung, und ein Statorkern des Stators in der axialen Richtung in den zweiten Statorkern und die zwei ersten Statorkerne unterteilt ist, wobei der zweite Statorkern zwischen den ersten Statorkernen in der axialen Richtung angeordnet ist.
Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule derart eingeordnet ist, dass beide axialen Enden der Erregerspule sich in dem Spalt zwischen dem ersten Rotorkern und dem zweiten Rotorkern in der axialen Richtung befinden, und dass ein radial inneres Ende der Erregerspule sich näher an einer Achse befindet als radial äußere Enden des ersten Rotorkerns und des zweiten Rotorkerns in einer radialen Richtung sind, die ersten Statorkerne zu dem ersten Rotorkern und dem zweiten Rotorkern in der radialen Richtung mit einem dazwischen liegenden Luftspalt weisen, und der zweite Statorkern zu der Erregerspule in der radialen Richtung weist.
Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Statorkern durch einen hinteren Jochbereich gebildet ist, der in einer Ringform gebildet ist, und einen Statorzähnebereich, der von einer inneren Umfangsfläche des hinteren Jochbereichs in Richtung der Achse vorsteht.
Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Jochbereich und der Statorzähnebereich als separate Teile gebildet sind.
Drehende Hybriderregungs-Elektromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Statorkern mit einem Joch, das radial nach außen von dem Stator bereitgestellt ist, derart integriert gebildet ist, dass ein gesamter Umfang des Stators abgedeckt wird.