DE102013021110A1

DE102013021110A1 - Rotor eines Synchronmotors mit internen Permanentmagneten und Synchronmotor mit internen Permanentmagneten

Info

Publication number: DE102013021110A1
Application number: DE102013021110.7A
Authority: DE
Inventors: Yohei Arimatsu; Kenji Kawai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-06-18
Also published as: CN203722358U; CN103872824B; JP5722301B2; JP2014121202A; US9531226B2; US20140167551A1; CN103872824A

Abstract

Ein Rotor eines Synchronmotors mit internen Permanentmagneten umfasst einen Rotorkern, eine Vielzahl von Schlitzen, die in dem Rotorkern ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die in der Vielzahl von Schlitzen untergebracht ist. Jeder der Schlitze umfasst einen Halteabschnitt, der zwischen einer ersten Außendurchmesseroberfläche und einer ersten Innendurchmesseroberfläche ausgebildet ist, um jeden der Permanentmagneten zu halten, und einen Öffnungsabschnitt, der auf beiden Seiten des Halteabschnitts ausgebildet ist und durch eine zweite Außendurchmesseroberfläche, eine zweite Innendurchmesseroberfläche und eine Verbindungsoberfläche ausgebildet ist, die diese verbindet. Die zweite Außendurchmesseroberfläche ist in einer gekrümmten Form derart ausgebildet, dass eine Distanz zu einer Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns in der diametralen Richtung graduierlich kleiner wird von beiden Enden der zweiten Außendurchmesseroberfläche zu einem Zwischenabschnitt in der Umfangsrichtung.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor eines Synchronmotors mit internen Permanentmagneten, der sich bei einer hohen Geschwindigkeit drehen kann, und einen Synchronmotor mit internen Permanentmagneten.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Ein Synchronmotor mit internen Permanentmagneten ist bekannt, der eine Vielzahl von Magnethaltelöchern in der Umfangsrichtung eines im Wesentlichen zylindrisch geformten Rotorkerns vorsieht, und der Permanentmagnete in den Magnethaltelöchern einbettet, um einen Rotor auszubilden. Zum Beispiel wird in dem Elektromotor, der in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 3533209 ( JP3533209B ) beschrieben ist, jedes Magnethalteloch durch einander gegenüber stehende, gerade geformte äußere und innere Wände, Endwände, die sich von den Enden der äußeren Wand in der Umfangsrichtung erstrecken, und Passagenwände ausgebildet, die die Endwände und die Innenwand verbinden. Des Weiteren ist ein Magnet zwischen der Außenwand und der Innenwand eingelassen. Spalte werden auf den beiden Seiten des Magneten in der Umfangsrichtung (Innendurchmesserseiten der Endwände) ausgebildet. Des Weiteren wird die Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns bei den Außenseiten der Endwände in der diametralen Richtung mit Aussparungsabschnitten parallel zu den Endwänden versehen. Zwischen den Endwänden und den Aussparungsabschnitten sind Brückenabschnitte konstanter Dicke in der diametralen Richtung ausgebildet.
Der in JP3533209B beschriebene Rotor weist dünne Brückenabschnitte konstanter Dicken an den Außenseiten der Spalte in der diametralen Richtung auf. Die Querschnittsform des Rotorkerns ändert sich rapide an den beiden Enden der Endwände in der Umfangsrichtung. Aus diesem Grund konzentriert sich die Belastung an den beiden Enden der Endwände des Rotorkerns, und somit wird dann, wenn der Rotor veranlasst wird, sich zu drehen, die Zentrifugalkraft womöglich einen Bruch der dünnen Brückenabschnitte verursachen.
Kurzfassung der Erfindung
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Rotor eines Synchronmotors mit internen Permanentmagneten, der umfasst: einen Rotorkern, der sich bezüglich einer Achse dreht; eine Vielzahl von Schlitzen, die in dem Rotorkern an einer Vielzahl von Orten in einer Umfangsrichtung ausgebildet ist und die sich parallel zu der Achse erstreckt; und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die in der Vielzahl von Schlitzen untergebracht ist, wobei die Vielzahl von Permanentmagneten derart untergebracht ist, dass in den Schlitzen, die aneinander in der Umfangsrichtung angrenzen, gegenseitig unterschiedliche Pole in einer diametralen Richtung positioniert sind. Jeder der Vielzahl von Schlitzen dieses Rotorkerns umfasst einen Halteabschnitt, der zwischen einer ersten Außendurchmesseroberfläche, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und einer ersten Innendurchmesseroberfläche ausgebildet ist, die der ersten Außendurchmesseroberfläche gegenüber steht und sich in der Umfangsrichtung bei einer Innenseite von der ersten Außendurchmesseroberfläche in einer diametralen Richtung erstreckt, um jeden der Vielzahl von Permanentmagneten zu halten, und einen Öffnungsabschnitt, der bei beiden Seiten des Halteabschnitts in der Umfangsrichtung ausgebildet ist, wobei der Öffnungsabschnitt durch eine zweite Außendurchmesseroberfläche, die sich von der ersten Außendurchmesseroberfläche in der Umfangsrichtung erstreckt, eine zweite Innendurchmesseroberfläche, die sich von der ersten Innendurchmesseroberfläche in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine Verbindungsoberfläche ausgebildet wird, die die zweite Außendurchmesseroberfläche und die zweite Innendurchmesseroberfläche verbindet. Des Weiteren wird die zweite Außendurchmesseroberfläche in einer gekrümmten Form derart ausgebildet, dass eine Distanz zu einer Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns in der diametralen Richtung von beiden Enden der zweiten Außendurchmesseroberfläche in der Umfangsrichtung hin zu einem Zwischenabschnitt in der Umfangsrichtung graduierlich kleiner wird.
Des Weiteren umfasst ein Synchronmotor mit internen Permanentmagneten gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung den vorstehend beschriebenen Rotor und einen Stator, der um den Rotor herum angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden klarer werden aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Relation zu den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht, die den schematischen Aufbau eines Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 eine vergrößerte Ansicht, die den prinzipiellen Aufbau eines Rotors gemäß 1 zeigt;
3 eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiel gemäß 2 zeigt;
4 eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiel gemäß 2 zeigt;
5 eine Ansicht, die die Einstellung von Längen der Öffnungsabschnitte gemäß 2 in der Umfangsrichtung und der diametralen Richtung beschreibt;
6 eine Ansicht, die eine Modifikation gemäß 1 zeigt;
7 eine Ansicht, die ein Vergleichsbeispiel gemäß 6 zeigt; und
8 eine Ansicht, die eine Modifikation gemäß 2 zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Nachstehend wird ein Synchronmotor mit internen Permanentmagneten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben werden. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen schematischen Aufbau eines Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Der Elektromotor 100, der in 1 gezeigt ist, weist einen im Wesentlichen zylindrisch geformten Rotor 1, der sich bezüglich einer Achse L0 dreht, und einen im Wesentlichen zylindrisch geformten Stator 2 auf (die Darstellung dieses Abschnitts in der Umfangsrichtung ist ausgelassen), der um den Rotor 1 herum angeordnet ist, um den gesamten Umfang des Rotors 1 zu umgeben. Der Stator 2 weist einen Statorkern 3 auf, der aus elektrischen Stahlblechen besteht, die in der Achsrichtung gestapelt sind. Bei der Innenumfangsoberfläche des Statorkerns 3 ist eine Vielzahl von Schlitzausnutzungen 3a in der Umfangsrichtung hin zu der Außenseite in der diametralen Richtung ausgebildet. Eine Spule 4 ist in den Schlitzausnutzungen 3a angeordnet.
Der Rotor 1 weist einen Rotor 10, der aus elektrischen Stahlblechen besteht, die in der Achsrichtung gestapelt sind, und der eine zylindrisch geformte Innenumfangsoberfläche 10a und eine Außenumfangsoberfläche 10b über seinen gesamten Umfang aufweist, eine Vielzahl von Schlitzen 20, die bei dem Rotorkern 10 bei einer Vielzahl von Orten in der Umfangsrichtung ausgebildet ist und die sich parallel zu der Achse L0 erstreckt, und eine Vielzahl von Permanentmagneten 30 auf, die in die Schlitze 20 gepasst (eingebettet) sind. Die Magnete 30 sind derart untergebracht, dass gegenseitig unterschiedliche Pole in der diametralen Richtung in den Schlitzen 20 positioniert sind, die aneinander in der Umfangsrichtung angrenzen. Deshalb werden Nordpole und Südpole alternierend entlang der Außenumfangsoberfläche 10b des Rotorkerns 10 ausgebildet. In der Figur beträgt die Anzahl von Polen zwölf. Der Rotor 1 dreht sich in Synchronisation mit einem magnetischen Drehfeld durch Führen eines dreiphasigen Wechselstroms durch die Spule 4, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen.
Der Elektromotor 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel in eine Spindel einer Werkzeugmaschine als ein Einbaumotor eingefügt. Das heißt, die Innenumfangsoberfläche 10a des Rotorkerns 10 wird an der Außenumfangsoberfläche der Spindel durch Schrumpfpassung usw. angebracht. Im Allgemeinen muss die Spindel einer Werkzeugmaschine eine hohe Steifigkeit aufweisen, um eine ausreichende maschinelle Bearbeitungsgenauigkeit sicherzustellen. Damit die Steifigkeit der Spindel erhöht wird, ist es erforderlich, die Größe der Spindel zu erhöhen und das Sekundärmoment im Querschnitt zu erhöhen. Aus diesem Grund weist der Rotor 1 einen vergleichsweise großen Innendurchmesser auf, der dem Durchmesser der Spindel entspricht. Demgegenüber muss der Rotor 1 die Funktion aufweisen, die die Spindel veranlasst, sich bei einer hohen Geschwindigkeit zu drehen. Deshalb ist es erforderlich, die Maximalbelastung des Rotors 1 zu unterdrücken, die auf Grund der Zentrifugalkraft wirkt.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die den Aufbau von Hauptabschnitten des Rotors 1 gemäß 1 zeigt, und insbesondere die Form eines Endes eines Schlitzes 20 zeigt. Wie in 2 gezeigt, weist der Schlitz 20 einen Halteabschnitt 21, in dem ein Magnet 30 gehalten ist, und einen Öffnungsabschnitt 22 auf, der mit dem Halteabschnitt 21 verbunden und hin zu der Seite des Halteabschnitts 21 geöffnet ist. Wie in 1 gezeigt, zeigen der Schlitz 20 und der Magnet 30 symmetrische Formen in der Umfangsrichtung. Der Öffnungsabschnitt 22 ist bei den beiden Seiten des Halteabschnitts 21 in der Umfangsrichtung ausgebildet. Aus diesem Grund, wie in 2 gezeigt, weist der Rotorkern 10 einen Zahnabschnitt 23 (q-Achsenzahnabschnitt) auf, der sich von der Innenumfangsoberfläche 10a zu der Außenumfangsoberfläche 10b in der diametralen Richtung zwischen einem Öffnungsabschnitt 22 und einem Öffnungsabschnitt 22 erstreckt, die aneinander in der Umfangsrichtung angrenzen.
Der Zahnabschnitt 23 trägt zu der Erzeugung eines Reluktanzdrehmoments des Rotors 1 bei. Damit das Reluktanzdrehmoment erhöht wird, ist es deshalb bevorzugt, dass die Breite W in der Umfangsrichtung (q-Achsenzahnbreite) so groß wie möglich ist. Demgegenüber, wenn die q-Achsenzahnbreite erhöht wird, wird die Breite der Magneten 30 schmaler. Im Ergebnis verringert sich der magnetische Fluss, wird die Induktivität größer, und wird die Spannung womöglich unzureichend. Die q-Achsenzahnbreite wird in Anbetracht dieses Punktes gesetzt. Das heißt, falls der Grad an Ausnutzung des Reluktanzdrehmoments erhöht wird, wird die q-Achsenzahnbreite erhöht. Falls es nicht erforderlich ist, den Grad an Ausnutzung des Reluktanzdrehmoments zu erhöhen, wird die q-Achsenzahnbreite schmaler gestaltet.
Die Öffnungsabschnitte 22 sind vorgesehen, um einen Kurzschluss des magnetischen Flusses auf den Seiten der Magnete 30 zu verhindern. Zum Beispiel, wie in 3 gezeigt, falls keine Öffnungsabschnitte 22 bei den Seiten der Magnete 30 vorliegen, durchlaufen Teile des magnetischen Flusses nicht den Stator 2, sondern, wie durch die Pfeile in der Figur gezeigt, streuen zu den entgegengerichteten Polseiten der Magnete 30. Das heißt, der magnetische Fluss schließt sich kurz. Ein derartiger Kurzschluss des magnetischen Flusses trägt nicht zu der Erzeugung des Drehmoments bei, so dass ein Kurzschluss des magnetischen Flusses im größtmöglichen Ausmaß unterdrückt werden kann. Deshalb, in dem Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, werden Abschnitte (Öffnungsabschnitte 22), in denen keine elektrische Stahlbleche (sogenannte Eisenkerne) vorliegen, bei den Seiten der Magnete 30 vorgesehen, so dass der magnetische Fluss effizient den Stator 2 durchläuft. Die Öffnungsabschnitte 22 können einfache Räume sein oder können mit einem Harz oder einem anderen nicht-magnetischen Material gefüllt sein.
In einem derartigen Elektromotor 100 mit internen Permanentmagneten sind die Bereiche, in denen die auf den Rotorkern 10 wirkende Belastung mit Leichtigkeit höher wird, wenn sich der Rotor 1 dreht, die Abschnitte auf der Außenseite der Öffnungsabschnitte 22 in der diametralen Richtung (nachstehend als die „Brückenabschnitte 24” bezeichnet) und die Eisenkernabschnitte auf der Innendurchmesserseite der Schlitze 20 (nachstehend als die „Schlitzinnendurchmesserabschnitte 25” bezeichnet). Unter diesen erfahren die Abschnitte bei der Innendurchmesserseite der Schlitze 20 insbesondere eine größere Belastung bei den Abschnitten der Schlitzinnendurchmesserabschnitte 25, bei denen die Dicke in der diametralen Richtung (Querschnittsfläche) am kleinsten wird. Die maximale Belastung der Schlitzinnendurchmesserabschnitte 25 kann verringert werden durch eine kleinere Gestaltung des Innendurchmessers des Rotors 1 oder durch anderweitig geeignetes Ändern der Querschnittsfläche.
In Anbetracht der Brückenabschnitte 24, selbst wenn der Innendurchmesser des Rotors 1 verringert wird, kann demgegenüber keine Wirkung der Belastungsverringerung erlangt werden. Der Grund besteht darin, dass auf Grund der Zentrifugalkraft, die durch die Masse der Magneten 30 erzeugt wird, und der Zentrifugalkraft, die durch die Masse der Abschnitte der Schlitze 20 des Rotorkerns 10 auf der Außenseite in der diametralen Richtung erzeugt wird, eine Zugbelastung in der Umfangsrichtung hauptsächlich auf die Brückenabschnitte 24 wirkt. Da sich in dem Ausführungsbeispiel der Rotor 1 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, wird insbesondere die Belastung mit Leichtigkeit groß, die nahe den Brückenabschnitten wirkt. Deshalb wird der Rotor 1 in dem Ausführungsbeispiel wie folgt aufgebaut, damit die maximale Belastung verringert wird, die nahe den Brückenabschnitten wirkt. Ein Bruch bei den Schlitzinnendurchmesserabschnitten 25 verursacht einen großen Schaden an dem Elektromotor insgesamt. Deshalb ist der Rotor vorzugsweise derart aufgebaut, dass die maximale Belastung der Schlitzinnendurchmesserabschnitte 25 kleiner wird als die maximale Belastung der Brückenabschnitte 24.
Wie in 2 gezeigt, wird der Halteabschnitt 21 des Schlitzes 20 aus einer Außendurchmesserseitenhaltekante 211, die sich in der Tangentialrichtung eines Kreises bezüglich der Achse L0 erstreckt, und einer Innendurchmesserseitenhaltekante 212 ausgebildet, die sich in der Tangentialrichtung eines Kreises bezüglich der Achse L0 auf der Innendurchmesserseite von der Außendurchmesserseitenhaltekante 211 erstreckt und die der Außendurchmesserseitenhaltekante 211 gegenübersteht. Das Paar der Haltekanten 211 und 212 erstreckt sich parallel zueinander in geraden Formen. Ein Magnet 30 mit rechteckig geformtem Querschnitt wird in den Halteabschnitt 21 gepasst.
Die Längen eines Paars von Polflächen 301 und 302, die einen Nordpol und einen Südpol des Magneten 30 ausbilden, sind länger als das Paar von Seitenflächen 303, die die Polflächen 301 und 302 schneiden, und jeder Magnet 30 zeigt eine rechteckige Form im Querschnitt. Falls die Ausrichtung des Magneten 30 durch die Mittellinie 11 definiert wird, die durch die Mittelpunkte der Polflächen 301 und 302 verläuft, erstreckt sich der Magnet 30 (Mittellinie L1) in der Tangentialrichtung eines Kreises bezüglich der Achse L0.
Der Magnet 30 besteht vorzugweise aus einem Magneten mit einer größeren magnetischen Energie als ein Ferritmagnet, zum Beispiel ein Magnet aus seltener Erde. Als der Magnet seltener Erde kann zum Beispiel ein Magnet seltener Erde auf der Grundlage von Neodym-Eisen-Bor verwendet werden. Auf Grund dessen ist es möglich, die Dicke des Magneten 30 zu verringern, und ist es möglich, den Innendurchmesser des Rotors 1 mit Leichtigkeit zu erhöhen. Falls der Magnet 30 dünn gestaltet wird, wird des Weiteren die Zentrifugalkraft auf Grund der Masse des Magneten 30 verringert, so dass es möglich ist, die Belastung zu verringern, die auf den Brückenabschnitt 24 wirkt.
Jeder Öffnungsabschnitt 22 eines Schlitzes 202 wird durch eine Außendurchmesserseitenöffnungskante 221, die sich von der Außendurchmesserseitenhaltekante 211 in der Umfangsrichtung erstreckt, eine Innendurchmesserseitenöffnungskante 222, die der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 gegenübersteht und sich von der Innendurchmesserseitenhaltekante 212 in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine Verbindungskante 223 ausgebildet, die die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 und die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 verbindet. Der Schlitz 20 erstreckt sich parallel zu der Achse L0, während die Kanten 211, 212 und 221 bis 223 gemäß 2 Oberflächen definieren, die sich in der Achsrichtung erstrecken.
Eine gestrichelte Linie S1 in der Figur ist eine Linie, die einen Verbindungspunkt P1 zwischen der Außendurchmesserseitenhaltekante 211 und der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 mit der Achse L0 verbindet, während die gestrichelte Linie S2 eine Linie ist, die einen Punkt P2 auf der Verbindungskante 223, bei dem die Breite W des Zahnabschnitts 23 am kleinsten wird, mit der Achse L0 verbindet. Der Bereich, der durch diese gestrichelten Linien S1 und S2, die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 und die Außenumfangsoberfläche 10b des Rotorkerns 10 umgeben ist, wird zu dem Brückenabschnitt 24.
Die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 wird durch eine glatte Kurve ausgebildet, die nach außen hin in der diametralen Richtung entspringt (z. B. ein Kreisbogen mit einem Krümmungsradius von r = 1). Die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221, die Außendurchmesserseitenhaltekante 211 und die Verbindungskante 223 sind glatt verbunden. Der Krümmungsradius r1 der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 ist kleiner als die Länge von der Achse L0 zu der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221. Deshalb wird die Länge in der diametralen Richtung von der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 zu der Außenumfangsoberfläche 10b des Rotorkerns 10 graduierlich kleiner von den beiden Enden 241 und 242 des Brückenabschnitts 24 in der Umfangsrichtung hin zu dem Zwischenabschnitt 243 in der Umfangsrichtung. Das heißt, die diametrale Richtungslänge ΔL3 bei dem Zwischenabschnitt 243 ist kleiner als die Längen ΔL1 und ΔL2 des Brückenabschnitts 24 auf den gestrichelten Linien S1 und S2, während der Brückenabschnitt 24 die kleinste Dicke bei dem Zwischenabschnitt 243 annimmt. Die Längen ΔL1 und ΔL2 bei den beiden Enden 241 und 242 des Brückenabschnitts 24 sind im Wesentlichen einander gleich.
Die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 kann womöglich nicht aus einem einzigen kreisförmigen Bogen, sondern aus einer glatt zusammengesetzten Kurve ausgebildet werden, die aus einer Vielzahl von miteinander kombinierten Kreisbögen besteht. In diesem Fall ist es ausreichend, dass der maximale Radius der Kurve kleiner wird als die Länge von der Achse L0 zu dem am meisten außen gelegenen Durchmesserabschnitt der Außendurchmesserseitenöffnungskante 211, mit anderen Worten kleiner wird als der Krümmungsradius des Kreisbogens, der von der Außenumfangsoberfläche 10b des Statorkerns 10 zu der Innendurchmesserseite um exakt den Betrag der minimalen Dicke ΔL3 versetzt ist. Hierbei bedeutet „glatt” eine Bildung der Kurve der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221, um eine Belastungskonzentration zu unterdrücken. Zum Beispiel, wenn eine Vielzahl von Kurven verbunden wird, die sich in den Krümmungsradien unterscheiden, um die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 auszubilden, ist es bevorzugt, sie derart zu verbinden, dass zwei Kurven differenzierbar in ihrer Beziehung sind, d. h. so dass zwei Kurven gemeinsame Tangenten bei den Verbindungspunkten der zwei Kurven aufweisen.
Die Verbindungskante 223 wird ausgebildet, indem sie hin zu der Außenseite des Öffnungsabschnitts 22 in der Umfangsrichtung entspringt. Der Öffnungsabschnitt 22, der durch die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221, die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 und die Seitenfläche 303 des Magneten 30 umgeben ist, zeigt insgesamt eine im Wesentlichen dreieckige Form. Die Verbindungskante 223 kann durch eine Kurve aufgebaut werden, die aus einem einzelnen Kreisbogen besteht, oder durch eine glatt zusammengesetzte Kurve, die aus einer Vielzahl von gegenseitig kombinierten Kreisbögen besteht. Der Krümmungsradius des Kreisbogens, der diese Verbindungskante 223 ausbildet (in dem Fall einer zusammengesetzten Kurve der Minimalwert des Krümmungsradius) ist kleiner als die Krümmungsradien der Öffnungsseiten 221 und 222. In dem Ausführungsbeispiel wird das Ende der Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 mit einem überstehenden Abschnitt 22b versehen. Ohne Rücksichtnahme auf den überstehenden Abschnitt 22b wird jedoch der Krümmungsradius der Verbindungskante 223 am kleinsten in den Kanten, die den Öffnungsabschnitt 22 ausbilden.
Durch Ausbilden der Verbindungskante 223 in einer überstehenden Form wird der Zahnabschnitt 23 mit einem verengten Abschnitt (Punkt P2) ausgebildet. Aus diesem Grund weist der Zahnabschnitt 23 keinen geraden Abschnitt einer konstanten Breite in der Umfangsrichtung auf. Die Zahnabschnittsbreite W (q-Achsenzahnbreite) wird bei dem verengten Abschnitt am kleinsten. Im Gegensatz dazu, wie in 4 gezeigt, die das Vergleichsbeispiel des Ausführungsbeispiels zeigt, falls der Öffnungsabschnitt 22 durch das Paar von Kanten 221a und 222a der Außendurchmesserseite und der Innendurchmesserseite und die Kante 223a, die sich in der diametralen Richtung erstreckt, ausgebildet wird, wird der Zahnabschnitt 23 einen geraden Abschnitt mit einer konstanten Breite W aufweisen.
Wie in 2 gezeigt, weist die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 einen geraden Abschnitt 22a, der von der Verbindungskante 223 zu der Innendurchmesserseite geneigt ist, und einen überstehenden Abschnitt 22b auf, der nach außen hin zu der Außenseite in der diametralen Richtung bei dem Grenzabschnitt der Öffnungskante 222 und der Haltekante 212 übersteht. Die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 wird glatt von der Verbindungskante 223 mit dem geraden Abschnitt 22a, dem überstehenden Abschnitt 22b und der Innendurchmesserseitenhaltekante 212 verbunden.
Durch Vorsehen des geraden Abschnitts 22a bei einer Neigung bezüglich der Innendurchmesserseite ist es möglich, die maximale Länge des Öffnungsabschnitts 22 in der diametralen Richtung (5, D2) zu vergrößern. Der überstehende Abschnitt 22b fungiert als ein Positionierungsabschnitt, der die Position des Magneten 30 in dem Halteabschnitt 21 beschränkt. Da der überstehende Abschnitt 22b bei der Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 vorgesehen ist, bei der die Belastung kleiner als bei der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 ist, wird die Belastung nahe dem überstehenden Abschnitt 22b kleiner als die maximale Belastung, die auf den Brückenabschnitt 24 wirkt.
Bei dem Elektromotor 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel, der auf die vorstehend beschriebene Art und Weise aufgebaut ist, falls sich der Rotor 1 dreht, wirkt eine Belastung auf den Brückenabschnitt 24 auf Grund der Zentrifugalkraft des Magneten 30 und teilweise bei der Außenseite des Schlitzes 20 in der diametralen Richtung. In diesem Fall ändert sich die Querschnittsform des Brückenabschnitts 24 rapide bei dem Ende der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 (zum Beispiel dem Ende 241 auf der Seite der Verbindungskante 223). Der Öffnungsabschnitt 22 nimmt jedoch eine im Wesentlichen dreieckige Form ein, so dass die Länge ΔL1 des Endes 241 in der diametralen Richtung länger als die Länge ΔL3 des Zwischenabschnitts 243 in der diametralen Richtung ist. Aus diesem Grund wird die Belastung maximal bei dem Zwischenabschnitt 243, bei dem die Querschnittsfläche des Brückenabschnitts 24 am kleinsten wird.
In dem Ausführungsbeispiel ist die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 durch eine glatte Kurve aufgebaut, in der kein gerader Abschnitt umfasst ist. Aus diesem Grund kann eine Belastungskonzentration bei dem Zwischenabschnitt 243 unterdrückt und die maximale Belastung des Brückenabschnitts 24 verringert werden. Das heißt, die Belastung, die auf den Brückenabschnitt 24 wirkt, verringert sich graduierlich hin zu den beiden Enden 241 und 242 von dem Zwischenabschnitt 243 als Mittelpunkt. Ein Änderungsbereich wird ausgebildet, in dem sich die Belastung graduierlich über einen hohen Bereich in der gesamten Region des Brückenabschnitts 24 ändert. Auf Grund dessen ist es möglich, die maximale Belastung des Zwischenabschnitts 243 zu unterdrücken, und kann sich der Rotor 1 bei einer hohen Geschwindigkeit drehen.
Im Gegensatz dazu, wie in 4 gezeigt, falls die Kante 221a der Außendurchmesserseite aufgebaut wird, so dass die diametrale Richtungslänge ΔL des Brückenabschnitts 24 über die Umfangsrichtung konstant wird, verändert sich die Querschnittsform des Brückenabschnitts 24 rapide bei den beiden Enden A1 und A2 der Kante 221a in der Umfangsrichtung. In diesem Fall tritt die maximale Belastung bei den beiden Enden A1 und A2 des Brückenabschnitts 24 auf. Die Krümmungsradien der Abschnitte A1 und A2, bei denen diese maximale Belastung auftritt, sind kleiner als die Krümmungsradien des Abschnitts, bei dem die maximale Belastung des Ausführungsbeispiels auftritt (Zwischenabschnitt 243), so dass in dem Aufbau gemäß 4 die maximale Belastung mit Leichtigkeit größer wird. Im Ergebnis bricht der Brückenabschnitt 24, angefangen von den zwei Orten von A1 und A2. Die ausgebrochenen Abschnitte werden womöglich in der diametralen Richtung herausgeschleudert, und wird der Elektromotor 100 womöglich stark beschädigt.
Wenn die Kante 221a des Öffnungsabschnitts 22 gemäß 4 ausgebildet wird, zum Beispiel in einer geraden Form entlang der Tangentialrichtung des Kreises bezüglich der Achse L0, werden die beiden Enden des Brückenabschnitts 24 am kleinsten hinsichtlich der Querschnittsfläche. Aus diesem Grund wird die maximale Belastung bei A1 und A2 viel größer, und bricht der Brückenabschnitt 24 leichter, angefangen von A1 und A2.
Im dem Rotor des Ausführungsbeispiels sind die Längen des Öffnungsabschnitts 22 in der Umfangsrichtung und der diametralen Richtung vorzugsweise wie folgt aufgebaut. 5 zeigt eine Ansicht, die die Einstellung der Längen des Öffnungsabschnitts 22 in der Umfangsrichtung und der diametralen Richtung zeigt. Wie in 5 gezeigt, wird die kürzeste Distanz von einem Punkt P2 auf der Verbindungskante 223, bei der die Breite des Zahnabschnitts 23 minimal wird, zu der Seitenoberflächen 303 des Magneten 30 als D1 definiert, wird der Maximalwert der Länge des Öffnungsabschnitts 22 in der diametralen Richtung als D2 definiert, und wird die Dicke des Magneten (Abstand zwischen den Polflächen) als D3 definiert.
Zu diesem Zeitpunkt ist D1 länger als D2, wohingegen D2 länger als D3 ist. D1 beträgt zum Beispiel das 1,5-fache von D3. Deshalb weist der Öffnungsabschnitt 22 ausreichende Längen in der Umfangsrichtung und der diametralen Richtung auf. Aus diesem Grund, wie durch den Pfeil gemäß 5 gezeigt, falls ein Magnetfeld in der Entmagnetisierungsrichtung auf den Rotor 1 wirkt, durchläuft das Entmagnetisierungsfeld den Brückenabschnitt 24, bei dem der Magnetwiderstand kleiner als der Öffnungsabschnitt 22 ist, und es wird schwieriger, den Magneten 30 zu entmagnetisieren.
Im Gegensatz dazu, wie in 4 gezeigt, wenn die Längen des Öffnungsabschnitts 22 in der Umfangsrichtung und der diametralen Richtung kürzer als die Dicke des Magneten 30 sind, wird der Magnetwiderstand des Öffnungsabschnitts 22 nicht ausreichend groß, und durchläuft das Entmagnetisierungsfeld den Öffnungsabschnitt 22, wie durch die Pfeile gemäß 4 gezeigt. Im Ergebnis werden die Eckabschnitte des Magneten 30 womöglich entmagnetisiert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel können die folgenden Funktionen und Wirkungen erlangt werden:

(1) Der Schlitz 20 des Rotors 1 wird mit einem Halteabschnitt 21, in dem der Magnet 30 zu halten ist, und Öffnungsabschnitten 22 versehen, die bei den beiden Seiten des Halteabschnitts 21 in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Das heißt, die einander gegenüberstehenden Außendurchmesserseitenhaltekante 211 und die Innendurchmesserseitenhaltekante 212, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken, werden verwendet, um den Halteabschnitt 21 auszubilden. Außerdem werden die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221, die sich von der Außendurchmesserseitenhaltekante 211 in der Umfangsrichtung erstreckt, die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222, die sich von der Innendurchmesserseitenhaltekante 212 in der Umfangsrichtung erstreckt, und die Verbindungskante 223, die die Öffnungskanten 221 und 222 verbindet, verwendet, um den Öffnungsabschnitt 22 auszubilden. Des Weiteren wird die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 in einer gekrümmten Form derart ausgebildet, dass die Länge von der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 zu der Außenumfangsoberfläche 10b des Rotorkerns 10 in der diametralen Richtung graduierlich kleiner von beiden Enden 241, 242 in der Umfangsrichtung hin zu dem Zwischenabschnitt 242 in der Umfangsrichtung wird. Das heißt, die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 wird ausgebildet, indem sie nach außen hin zu der Außenseite in der diametralen Richtung entspringt, und die Dicke des Brückenabschnitts 24 bei dem Zwischenabschnitt 243 in der diametralen Richtung wird am kleinsten gestaltet.

Auf Grund dessen wird der Brückenabschnitt 24 derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche in der diametralen Richtung am kleinsten bei dem Zwischenabschnitt 243 wird, und die maximale Belastung bei dem Zwischenabschnitt 243 wirkt, bei dem sich die Querschnittsform graduierlich ändert. Im Ergebnis kann die maximale Belastung, die auf den Brückenabschnitt 24 wirkt, verringert werden, und kann der Rotor 1 veranlasst werden, sich mit einer hohen Geschwindigkeit zu drehen. Die maximale Belastung wirkt bei einem einzelnen Ort (dem Zwischenabschnitt 243) des Brückenabschnitts 24 anstelle einer Vielzahl von Orten, so dass selbst falls der Abschnitt bricht, der Brückenabschnitt 24 daran gehindert werden kann, zu der Seite des Stators 2 herausgeschleudert zu werden.

(2) Die Verbindungskante 223 wird in einer gekrümmten Form ausgebildet, die nach außen hin zu der Außenseite des Öffnungsabschnitts 22 in der Umfangsrichtung übersteht, so dass es möglich ist, mit Leichtigkeit die Querschnittsfläche des Endes 241 des Brückenabschnitts 24 in der Umfangsrichtung zu erhöhen, und es möglich wird, die Belastung des Endes 241 in der Umfangsrichtung zu verringern. Des Weiteren, da der Öffnungsabschnitt 22 eine im Wesentlichen dreieckige Form einnimmt, kann der magnetische Fluss gestaltet werden, effizient entlang der Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 und der Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 des Öffnungsabschnitts 22 zu laufen.
(3) Die Außendurchmesserseitenhaltekante 221 und die Innendurchmesserseitenhaltekante 212, die den Halteabschnitt 21 des Schlitzes 20 ausbilden, werden flach und parallel zueinander ausgebildet, so dass der Halteabschnitt 21 keine Unebenheit aufweist, und eine Belastungskonzentration bei dem Halteabschnitt 21 unterdrückt werden kann. Da es des Weiteren möglich ist, einen Magneten 30 mit rechteckigem Querschnitt entsprechend den Formen des Halteabschnitts 21 zu verwenden, fällt der Aufbau des Magneten 30 ebenso leicht.
(4) Der Rotorkern 10 weist eine kreisbogenförmige Außenumfangsoberfläche 10b auf, die frei von Unebenheiten über den gesamten Umfang ist, so dass die Dicke des Brückenabschnitts 24 in der diametralen Richtung sich glatt ändert und die Belastungskonzentration erleichtert werden kann. Des Weiteren kann ebenso eine formenartige Belastungskonzentration bei der Außenumfangsoberfäche 10b verhindert werden.
(5) Falls die Magnete 30 durch Magnete seltener Erden mit einer höheren magnetischen Energie als Ferritmagnete aufgebaut werden, ist es möglich, den erforderlichen magnetischen Fluss durch weniger Magnete zu erlangen und möglicherweise das Volumen der Magnete 30 zur Erlangung des erforderlichen Drehmoments klein zu halten. Im Ergebnis wird die Zentrifugalkraft verringert, die auf Grund der Masse der Magneten 30 wirkt, und kann der Rotor 1 mit höherer Geschwindigkeit betrieben werden.
(6) Die Länge D1 des Öffnungsabschnitts 22 – von dem Punkt P2 auf der Verbindungskante 223, bei der die Breite W des Zahnabschnitts 23 des Rotorkerns 10 am kleinsten wird, zu der Seitenfläche 303 des Magneten 30 – wird länger gestaltet als die Dicke D3 des Magneten 30 in der diametralen Richtung. Auf Grund dessen wird der Magnetwiderstand bei dem Öffnungsabschnitt 22 größer. Wenn ein magnetisches Feld in der Entmagnetisierungsrichtung wirkt, ist es deshalb möglich, das Entmagnetisierungsfeld zu verringern, das die Eckabschnitte des Magneten 30 und den Öffnungsabschnitt 22 zu dem Zahnabschnitt 23 durchläuft.
(7) Die maximale Länge D2 des Öffnungsabschnitts 22 in der diametralen Richtung wird länger gestaltet als die Dicke D3 des Magneten 30 in der diametralen Richtung, so dass der Magnetwiderstand bei dem Öffnungsabschnitt 22 ebenso in der diametralen Richtung größer wird. Deshalb kann die Entmagnetisierungswirkung bei den Eckabschnitten des Magneten 30 klein gehalten werden.
(8) Die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 des Öffnungsabschnitts 22 ist mit einem überstehenden Abschnitt 22b versehen, der nach außen hin zu der Außenseite in der diametralen Richtung entspringt, so dass der überstehende Abschnitt 22b verwendet werden kann, um den Magneten 30 leicht bei dem Halteabschnitt 21 zu positionieren. In diesem Fall ist die Innendurchmesserseite des Öffnungsabschnitts 22 in der Dicke größer in der diametralen Richtung verglichen mit der Außendurchmesserseite, und ist die erzeugte Belastung klein, so dass die Belastung nahe dem überstehenden Abschnitt 22 nicht übermäßig werden muss.
(9) Die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 ist mit einem geraden Abschnitt 22a versehen, der sich in der Umfangsrichtung gerade erstreckt, so dass magnetischer Fluss mit Leichtigkeit zu der innendurchmesserseitigen Polfläche 302 durchlaufen kann. Das heißt, der magnetische Fluss läuft entlang dem kürzesten Abstand, ohne einen übermäßigen Bogen zu beschreiben, und ist daher effizient.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl von Polen des Rotors 1 zwölf Pole. Die Anzahl der Pole kann davon jedoch erhöht oder verringert werden. Wenn zum Beispiel vier Pole, sechs Pole, acht Pole oder eine andere kleine Anzahl von Polen verwendet wird, werden die Breiten der Magnete 30 in der Umfangsrichtung größer, erhöht sich die Masse der Magneten 30 und erhöht sich ebenso die Belastung, die auf die Brückenabschnitte 24 wirkt. In diesem Fall, durch Zweiteilen der Schlitze 20 und der Magneten 30 in der Umfangsrichtung und durch Zwischenordnen des Rotorkerns 10 zwischen die unterteilten Paare von Schlitzen 20 und 20 ist es möglich, die Belastung zu erleichtern, die auf die Brückenabschnitte 24 wirkt. Nachstehend wird dieser Punkt beschrieben werden.
6 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel eines Rotors 1 zeigt, der die Schlitze 20 und die Magneten 30 in der Umfangsrichtung zweiteilt. Wie in 6 gezeigt, sind die Schlitze 20 durch Zwischenabschnitte in der Umfangsrichtung zweigeteilt, d. h. die Unterteilungsabschnitte 26 des Rotorkerns 10. Paare von Schlitzen 201 und 202 (erste Schlitze 201, zweite Schlitze 202) sind entlang Tangentialrichtungen eines Kreises bezüglich der Achse L0 ausgerichtet. Die ersten Schlitze 201 und die zweiten Schlitze 202 bringen Magnete 31 und 32 derart unter, dass die gleichen Pole in der diametralen Richtung positioniert sind.
Falls Unterteilungsabschnitte 26 bei dem Rotorkern 10 auf diese Art und Weise vorgesehen werden, um die Schlitze 20 in erste Schlitze 201 und zweite Schlitze 202 in der Umfangsrichtung zu unterteilen, ist es möglich, die Unterteilungsabschnitte 26 die Zentrifugalkraft empfangen zu lassen. Im Ergebnis wird die Last erleichtert, die auf die Brückenabschnitte 24 wirkt, und kann die maximale Belastung der Brückenabschnitte 24 verringert werden.
Des Weiteren sind die ersten Schlitze 201 und die zweiten Schlitze 202 gerade entlang der tangentialen Richtung eines Kreises ausgerichtet, der auf der Achse L0 zentriert ist, so dass die Unterteilungsabschnitte 26 nahe dem Außendurchmesser des Rotorkerns 10 positioniert werden können, der Innendurchmesser des Rotorkerns mit Leichtigkeit vergrößert werden kann, und die Erzeugung übermäßiger Belastung bei dem Innendurchmesserabschnitt des Rotorkerns 10 verhindert werden kann. Das heißt, wie zum Beispiel in 7 gezeigt, falls das Paar von Schlitzen 201a und 202a in einer V-Form angeordnet wird, wird die Wanddicke ΔL des Rotorkerns 10 bei dem Ende A der Schlitze 20 in der Umfangsrichtung extrem klein, und wirkt eine übermäßige Belastung auf das Ende A. Um dies zu vermeiden, ist es erforderlich, den Innendurchmesser des Rotorkerns 10 zu verringern und die Wanddicke ΔL zu erhöhen. Deshalb wird eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Rotorkerns 10 untersagt.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel (2) sind die Außendurchmesserseitenhaltekante 211 (erste Außendurchmesseroberfläche) und die Innendurchmesserseitenhaltekante 212 (erste Innendurchmesseroberfläche) in geraden Formen ausgebildet. Solange sie jedoch einander gegenüberstehen und sich in der Umfangsrichtung erstrecken, ist der Aufbau der ersten Außendurchmesseroberfläche und der ersten Innendurchmesseroberfläche, d. h. der Aufbau des Halteabschnitts 21, nicht auf die vorstehende Beschreibung eingeschränkt. Des Weiteren, obwohl die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 (zweite Außendurchmesseroberfläche), die sich von der Außendurchmesserseitenhaltekante 211 in der Umfangsrichtung erstreckt, die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 (zweite Innendurchmesseroberfläche), die sich von der Innendurchmesserseitenhaltekante 212 in der Umfangsrichtung erstreckt, und die Verbindungskante 223 (Verbindungsoberfläche), die die Öffnungskanten 221 und 222 verbindet, die in dem Öffnungsabschnitt 21 ausgebildet sind, sind die Aufbauten dieser zweiten Außendurchmesseroberfläche, zweiten Innendurchmesseroberfläche und Verbindungsoberfläche, d. h. der Aufbau des Öffnungsabschnitts 22, nicht auf die vorstehende Beschreibung eingeschränkt.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Verbindungskante 223 überstehend hin zu der Außenseite in der Umfangsrichtung ausgebildet, und wird der Öffnungsabschnitt 22 in einer im Wesentlichen dreieckigen Form gestaltet. Solange jedoch die Außendurchmesserseitenöffnungskante 221 in einer gekrümmten Form derart ausgebildet wird, dass die Distanz in der diametralen Richtung von der Außendurchmesserseitenöffnungskante 222 zu der Außenumfangsoberfläche 10b des Rotorkerns 10 (Länge des Brückenabschnitts 24 in der diametralen Richtung) graduierlich kleiner wird von den beiden Enden 241 und 242 in der Umfangsrichtung hin zu dem Zwischenabschnitt 243 in der Umfangsrichtung, ist die Form des Öffnungsabschnitts 22 nicht auf die vorstehende Beschreibung eingeschränkt. Er kann zum Beispiel im Wesentlichen quadratisch geformt sein. Deshalb ist die Form des Zahnabschnitts 23 (Abschnitt ohne Schlitze) zwischen einem Paar von Öffnungsabschnitten 22, die aneinander in der Umfangsrichtung angrenzen, nicht auf die vorstehende Beschreibung eingeschränkt. Selbst wenn der Zahnabschnitt 23 einen geraden Abschnitt aufweist, wird die Länge D1 des Öffnungsabschnitts 22 von dem Punkt auf der Verbindungskante 223, bei dem die Breite W des Zahnabschnitts 23 am kleinsten wird, zu der Seitenfläche 303 des Magneten 30 vorzugsweise länger als die Dicke D3 der diametralen Richtung des Magneten 30.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 mit einem geraden Abschnitt 22a und einem überstehenden Abschnitt 22b zum Zwecke der Positionierung versehen. Es können jedoch verschiedene Formen der Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 in Betracht gezogen werden. Wie in 8 gezeigt, ist es anstelle des geraden Abschnitts 22a zum Beispiel möglich, einen gekrümmten Abschnitt 22c vorzusehen, der nach außen hin bei der Innenseite der diametralen Richtung übersteht. Ebenso durch ihn läuft der magnetische Fluss glatt zu der Innendurchmesserseitenpolfläche 302, und wird ein effizienter Strom des magnetischen Flusses möglich. Die Innendurchmesserseitenöffnungskante 222 kann sowohl einen geraden Abschnitt 22a als auch einen gekrümmten Abschnitt 22c aufweisen. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Außenumfangsoberfläche 10b des Rotorkerns 10 in einer Kreisbogenform ohne Unebenheit über den gesamten Umfang ausgebildet. Solange jedoch die Außenumfangsoberfläche zumindest des Brückenabschnitts 24 in der Außenumfangsoberfläche 10b mit einer Kreisbogenform ohne Unebenheit ausgebildet wird, kann eine Unebenheit bei den anderen Orten vorliegen. Es ist um Beispiel möglich, einen Aussparungsabschnitt bei der Außenumfangsoberfläche des Zahnabschnitts 23 vorzusehen, bei dem die Wirkung des Belastungszustands klein ist.
Der Rotorkern 10 wird in einem einstückigen Abschnitt durch Stapeln einer Vielzahl von elektrischen Stahlblechen in der Achsrichtung ausgebildet. Die Vielzahl von elektrischen Stahlblechen besteht vorzugsweise aus gebondeten Stahlblechen, die durch ein Bindemittel aneinandergefügt sind. Zum Beispiel sind die Oberflächen der elektrischen Stahlbleche (die gesamten Oberflächen, die von den Schlitzen 20 verschieden sind) mit einem thermoplastischen Bindemittel beschichtet, und wird dann die Vielzahl von elektrischen Stahlblechen gestapelt. Die gestapelten elektrischen Stahlbleche werden einer vorbestimmten komprimierenden Kraft in der Achsrichtung unter Verwendung einer Fixatur usw. unterzogen. Des Weiteren werden die elektrischen Stahlbleche, auf die die komprimierende Kraft wirkt, in einem Elektroofen platziert, werden auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Bindemittel schmilzt, und werden dann abgekühlt und aus dem Elektroofen entnommen. Auf Grund dessen wird eine Vielzahl von elektrischen Stahlblechen durch ein Bindemittel zusammengefügt. Falls ein Bindemittel verwendet wird, um einen Rotorkern 10 auf diese Art und Weise auszubilden, besteht kein Bedarf an einem strukturellen Zusammenfügungsabschnitt zum Zusammenfügen der Vielzahl von elektrischen Stahlblechen, und es ist möglich, das Auftreten einer neuen Belastungskonzentration klein zu halten.
Als ein weiteres Verfahren zum Zusammenfügen der elektrischen Stahlbleche kann zum Beispiel deren Zusammenfügung durch Verpressung und deren Zusammenfügung durch einen Bolzen (Ankerbolzen) kann in Betracht gezogen werden. Wenn die Verpressung verwendet wird, um die elektrischen Stahlbleche zusammenzufügen, dann werden zuerst Abschnitte der elektrischen Stahlbleche (zum Beispiel innere periphere Kanten) durch ein Ausformwerkzeugabgeschoren. Die abgeschorenen Orte werden in der Achsrichtung gebogen und plastisch verformt, um überstehende Abschnitte auszubilden und um Aussparungsteile bei den inneren peripheren Kanten der elektrischen Stahlbleche auszubilden. Die überstehenden Abschnitte werden in die Aussparungen der zusammengefügten elektrischen Stahlbleche gedrückt, um die elektrischen Stahlbleche zusammenzufügen. In diesem Fall werden die überstehenden Abschnitte und die Aussparungsabschnitte verpresste Abschnitte. Die verpressten Abschnitte liegen bei einer Vielzahl von Orten in der Umfangsrichtung vor. Eine Belastungskonzentration tritt bei den verpressten Abschnitten auf, so dass die Zusammenfügung durch Verpressung für die Anwendung bei einem Rotorkern 10 ungeeignet ist, der sich bei einer hohen Geschwindigkeit dreht.
Des Weiteren, wenn ein Ankerbolzen verwendet wird, um die elektrischen Stahlbleche zu verbinden, wird jedes elektrische Stahlblech durchbohrt, um ein Durchgangsloch auszubilden. Ein Ankerbolzen wird in die Durchgangslöcher der gestapelten elektrischen Stahlbleche über die gesamte Achsrichtung eingefügt und durch Muttern bei den Enden des Ankerbolzens befestigt. Falls die Vielzahl von elektrischen Stahlblechen durch einen Ankerbolzen auf diese Art und Weise befestigt wird, werden die Durchgangslöcher zu neuen Orten für die Belastungskonzentration, so dass dieser Fall ebenso für die Anwendung bei einem Rotorkern 10 ungeeignet ist, der sich bei einer hohen Geschwindigkeit dreht.
Solange der Stator 2 um den Rotor 1 herum angeordnet wird, um einen Synchronmotor mit internen Permanentmagneten 100 auszubilden, ist der Elektromotor nicht in dem Aufbau auf die Beschreibung der 1 beschränkt. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Synchronmotor 100 mit internen Permanentmagneten zum Antreiben der Spindel in einer Werkzeugmaschine verwendet. Er kann jedoch in ähnlicher Weise bei anderen Maschinen angewendet werden.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann frei mit einer oder mehreren der Modifikationen kombiniert werden.
Gemäß der Erfindung wird die zweite Außendurchmesseroberfläche des Öffnungsabschnitts des Schlitzes in einer gekrümmten Form derart ausgebildet, dass die Distanz zu der Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns in der diametralen Richtung graduierlich kleiner wird hin zu dem Zwischenabschnitt in der Umfangsrichtung. Deshalb wird die Querschnittsfläche in der diametralen Richtung bei dem Zwischenabschnitt des Brückenabschnitts, bei dem sich die Querschnittsform graduierlich ändert, am kleinsten, und kann die maximale Belastung, die auf den Brückenabschnitt wirkt, verringert werden.
Vorstehend wurde die Erfindung in Relation zu den bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, aber es ist für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Korrekturen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung der nachfolgenden Patentansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3533209 [0002]
JP 3533209 B [0002, 0003]

Claims

Rotor eines Synchronmotors mit internen Permanentmagneten, umfassend: einen Rotorkern (10), der sich bezüglich einer Achse (L0) dreht; eine Vielzahl von Schlitzen (20), die in dem Rotorkern an einer Vielzahl von Orten in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind und sich parallel zu der Achse erstrecken; und eine Vielzahl von Permanentmagneten (30), die in der Vielzahl von Schlitzen untergebracht ist, wobei die Vielzahl von Permanentmagneten derart untergebracht ist, dass in den Schlitzen, die aneinander in der Umfangsrichtung angrenzen, gegenseitig verschiedene Pole in einer diametralen Richtung positioniert sind, wobei jeder der Vielzahl von Schlitzen umfasst: einen Halteabschnitt (21), der zwischen einer ersten Außendurchmesseroberfläche (211), die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und einer ersten Innendurchmesseroberfläche (212) ausgebildet ist, die der ersten Außendurchmesseroberfläche gegenübersteht und die sich in der Umfangsrichtung bei einer Innenseite von der ersten Außendurchmesseroberfläche in der diametralen Richtung erstreckt, um jeden der Vielzahl von Permanentmagneten zu halten, und einen Öffnungsabschnitt (22), der auf beiden Seiten des Halteabschnitts in der Umfangsrichtung ausgebildet ist, wobei der Öffnungsabschnitt durch eine zweite Außendurchmesseroberfläche (221), die sich von der ersten Außendurchmesseroberfläche in der Umfangsrichtung erstreckt, eine zweite Innendurchmesseroberfläche (222), die sich von der ersten Innendurchmesseroberfläche in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine Verbindungsoberfläche (223) ausgebildet ist, die die zweite Außendurchmesseroberfläche und die zweite Innendurchmesseroberfläche verbindet, und die zweite Außendurchmesseroberfläche zu einer gekrümmten Form ausgebildet ist, so dass eine Distanz zu einer Außenumfangsoberfläche (10b) des Rotorkerns in der diametralen Richtung von beiden Enden der zweiten Außendurchmesseroberfläche in der Umfangsrichtung zu einem Zwischenabschnitt in der Umfangsrichtung graduierlich kleiner wird.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß Anspruch 1, wobei die Verbindungsoberfläche eine gekrümmte Oberfläche umfasst, die nach außen hin zu einer Außenseite des Öffnungsabschnitts in der Umfangsrichtung übersteht.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Außendurchmesseroberfläche und die erste Innendurchmesseroberfläche derart ausgebildet sind, dass sie flach und zueinander parallel sind.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns in einer Kreisbogenform ohne Unebenheit über ihren gesamten Umfang ausgebildet ist.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rotorkern Unterteilungsabschnitte (26) aufweist, die die Vielzahl von Schlitzen in erste Schlitze (201) und zweite Schlitze (202) in der Umfangsrichtung unterteilen, und die Permanentmagnete in den ersten Schlitzen und den zweiten Schlitzen derart untergebracht sind, dass dieselben Pole in der diametralen Richtung positioniert sind.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß Anspruch 5, wobei die ersten Schlitze und die zweiten Schlitze entlang Tangenten in einer Umfangsrichtung eines Kreises ausgerichtet sind, der bezüglich der Achse zentriert ist.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Permanentmagnete Magnete seltener Erden mit einer höheren magnetischen Energie als Ferritmagnete sind.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Rotorkern einen Abschnitt (23) ohne Schlitz zwischen jedem Paar der Öffnungsabschnitte aufweist, die aneinander in der Umfangsrichtung angrenzen, eine Länge (D1) des Öffnungsabschnitts von einem Punkt (P2) auf der Verbindungsoberfläche, bei der der Abschnitt ohne Schlitz in der Breite am kleinsten wird, zu einer Endfläche (303) des Permanentmagneten in der Umfangsrichtung länger als eine Dicke (D3) des Permanentmagneten in der diametralen Richtung ist.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine maximale Länge (D2) des Öffnungsabschnitts in der diametralen Richtung länger als eine Dicke (D3) des Permanentmagneten in der diametralen Richtung ist.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Innendurchmesseroberfläche einen überstehenden Abschnitt (22b) aufweist, der nach außen hin zu einer Außenseite in der diametralen Richtung übersteht, um den Permanentmagneten zu positionieren.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Innendurchmesseroberfläche zumindest einen eines geraden Abschnitts und eines gekrümmten Abschnitts aufweist, die nach außen hin zu einer Innenseite in der diametralen Richtung in der Umfangsrichtung überstehen.
Rotor des Synchronmotors mit internen Permanentmagneten gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Rotorkern eine Vielzahl von elektrischen Stahlblechen umfasst, die aufeinandergestapelt sind, und die elektrischen Stahlbleche, die aneinander in der Achsrichtung angefügt sind, durch ein Bindemittel zusammengefügt werden.
Synchronmotor mit internen Permanentmagneten, umfassend einen Rotor (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, und einen Stator (2), der um den Rotor herum angeordnet ist.