DE10056556B4

DE10056556B4 - Dynamo-elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10056556B4
Application number: DE10056556A
Authority: DE
Inventors: Shinji Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: US6495941B1; JP2001327135A; DE10056556A1

Abstract

Dynamo-elektrische Maschine mit:
einem Stator (40, 40A) mit einem Eisenkern (41, 41A), der durch Verbinden äußerer Umfangsabschnitte einer Vielzahl von ersten Zähnen (42b) und zweiten Zähnen (42a), die abwechselnd in Umfangsrichtung in gleichwinkliger Teilung angeordnet sind, durch eine kreisförmige Kernrückseite (43) gebildet ist, wobei zwischen den Zähnen (42a, 42b) am inneren Umfang des Stators (40, 40A) Schlitze (48) gebildet werden, und einer Vielzahl von Spulen (45), die um die Zähne (42a, 42b) herum gewickelt sind; und
einem Rotor (30, 30A), der aus einer Vielzahl von Magnetpolen (31) aufgebaut ist, die aus magnetischen Elementen, die in Umfangsrichtung in gleichwinkliger Teilung angeordnet sind, bestehen und in einem Basisabschnitt (32, 33) integriert sind, der aus einem nicht-magnetischen Element besteht, wobei der Rotor (30, 30A) drehbar um eine Achse des Stators (40, 40A) und vom Innenumfang des Stators (40, 40A) umgeben angeordnet ist,
wobei die Vielzahl von Spulen (45) aus einer...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamo-elektrische Maschine, die auf einen Motor und einen Generator anwendbar ist, und insbesondere eine dynamo-elektrische Maschine, die direkt mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt ist, um in idealer Weise zum Starten des Verbrennungsmotors und zum Erzeugen von Energie verwendet zu werden.
2. Beschreibung des verwandten Sachstandes
Als eine dynamo-elektrische Maschine, die für einen derartigen Typ einer Anwendung verwendet wird, existiert ein Klauenpol-Synchronmotor, der beispielsweise in dem japanischen Patent JP 2641166 B2 offenbart ist.
12 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das den Klauenpol-Synchrontor zeigt, der beispielsweise in dem japanischen Patent JP 2641166 B2 beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auf 12 ist der herkömmliche Klauenpol-Synchronmotor unter Verwendung eines Schwungrads 3 konfiguriert, das an einer Kurbelwelle 2 angebracht ist, die von einer Endfläche eines Motorhauptkörpers 1 vorsteht, und mit Drehfeldpolen 4 ausgerüstet, die an einem äußeren Umfangsabschnitt des Schwungrads 3, einer Feldspule 5, die an einer inneren Umfangsseite davon angeordnet ist, und einer Starterspule 6, die an einer äußeren Umfangsseite davon angeordnet ist, ausgerüstet. Die Drehfeldpole 4 sind integral in regelmäßigen Intervallen an dem äußeren Umfangsabschnitt des Schwungrads 3 bereitgestellt und aus ersten Polkernen 7 mit vielen Klauen 7a, zweiten Polkernen 8 mit vielen Klauen 8a, die zwischen den Klauen 7a positioniert sind, und einem nicht-magnetischen Ring 9, der die ersten und zweiten Polkerne innerhalb der distalen Enden der Klauen 7a und 8a koppelt, gebildet. Die Feldspule 5 ist durch Wickeln eines Leiters um einen Feldkern 10 aufgebaut, der an der Endfläche des Motorhauptkörpers 1 über ein Element (nicht gezeigt) gesichert ist, das ein Magnetfeld abschirmt, und in einem ausgesparten Abschnitt 3a, der in dem äußeren Umfangsabschnitt des Schwungrades 3 bereitgestellt ist, untergebracht, derart, dass seine äußere Umfangsfläche nahe bei und gegenüberliegend der inneren Umfangsfläche des rotierenden Magnetpols 4 ist. Sehr kleine Lücken sind zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Feldkerns 10 und des Schwungrads 3 und zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Feldspule 10 und des Drehfeldpols 4 bereitgestellt. Die Starterspule 6 ist durch Wickeln eines Leiters um einen ringförmigen Starterkern 11 aufgebaut, der aus vielen geschichteten Stahlplatten zusammengesetzt ist, wobei die innere Fläche davon nahe bei und gegenüberliegend der äußeren Umfangsfläche des Drehfeldpols 4 ist. Zahlreiche Schlitze 11a sind in regelmäßigen Intervallen in der inneren Peripherie des Starterkerns 11 gebildet. Eine Dreiphasenspule ist durch Installieren von Leitern in diesen Schlitzen 11a durch eine dreiphasig verteilte Wicklung aufgebaut.
In dem Klauenpol-Synchronmotor, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, erzeugt ein Leiten von Gleichströmen durch die Feldspule 5 einen magnetischen Fluss. Der magnetische Fluss verursacht, dass die Klauen 7a des Polkerns 7 auf die Nord-Polarität magnetisiert werden, und die Klauen 8a der Polkerne 8 auf die Süd-Polarität magnetisiert werden. Ein Zuführen eines Dreiphasenwechselstroms zu der Starterspule 6 führt dazu, dass ein Drehmagnetfeld an den Drehfeldpol 4 angelegt wird, um das Schwungrad 3 rotationsmäßig anzutreiben, d. h. die Ankerwelle 2, um dadurch den Motor zu starten.
Ein Stoppen der Zufuhr des Dreiphasenwechselstroms zu der Starterspule 6 führt dazu, dass das Drehmagnetfeld, das durch den Drehfeldpol 4 gebildet wird, statt dessen an die Starterspule 6 angelegt wird. Dies erzeugt eine induzierte, elektromotorische Kraft in der Starterspule 6, so dass der Motor als ein Generator wirkt.
Als eine weitere dynamo-elektrische Maschine, die für einen derartigen Typ von Anwendungen verwendet wird, existiert ein Generator vom Induktor-Typ, der beispielsweise in der japanischen geprüften Patentanmeldung Nr. 2-43029 offenbart ist.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die den Generator vom Induktor-Typ zeigt, der beispielsweise in der japanischen geprüften Patentanmeldung JP 2-43029 B4 offenbart ist, und 14 ist eine Abwicklungs-Frontansicht, die einen wesentlichen Abschnitt des Generators vom Induktor-Typ, der in 13 gezeigt ist, zeigt.
Der herkömmliche Generator vom Induktor-Typ, der in 13 und 14 gezeigt ist, weist viele Induktor-Magnetpole 15 auf, die an vorbestimmten Teilungen in einer Umfangsrichtung an der äußeren Umfangsfläche eines Schwungrads 14 bereitgestellt sind, das an einer Kurbelwelle 13, die direkt an einen Motor gekoppelt ist, angebracht ist. Das Schwungrad 14, das mit Induktor-Magnetpolen 15 versehen ist, bildet einen Rotor. Der Starter 16 ist mit einer Vielzahl von Polkernen 17 ausgerüstet, die in der Umfangsrichtung des Schwungrads 14 angeordnet sind. Untere Enden der Polkerne 17 stehen den Induktormagnetpolen 15 mit kleinen Lücken, die dazwischen bereitgestellt sind, gegenüber, während obere Enden davon an einer Abdeckplatte 19a eines Gehäuses 19 über ein Statorjoch 18 gesichert sind. Jede Ankerspule 20 ist um zwei Polkerne 17 gewunden, während jede Anregungsspule 21 um jeden der Polkerne 17 gewunden ist.
In dem Induktor-Generator, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, verursacht ein Leiten eines Gleichstroms durch die Anregungsspulen 21, dass die Anregungsspulen 21 erregt werden. Die Anregungsspulen 21 verursachen, dass die Polkerne 17, jeweils zwei, magnetisiert werden, so dass sie in entgegengesetzten Richtungen zueinander magnetisiert sind, und die gepaarten Polkerne 17, die von der gleichen Ankerspule 20 umwunden sind, sind magnetisiert, zueinander entgegengesetzte Polaritäten aufzuweisen. Dementsprechend wird zu einem bestimmten Moment eine magnetische Schaltung 22, die durch eine gestrichelte Linie in 14 angezeigt wird, geschaffen, und wenn sich das Schwungrad 14 dreht, um zu veranlassen, dass sich die Induktormagnetpole 15 um einen Winkel bewegen, der der Teilung der Polkerne 17 entspricht, wird eine magnetische Schaltung 23, die durch eine strichpunktierte Linie in 14 angezeigt ist, gebildet. Ein magnetischer Fluss, der durch diese magnetische Schaltungen 22 und 23 läuft, ist mit den Ankerspulen 20 verbunden, und die Richtung des magnetischen Flusses, der durch die magnetische Schaltung 22 läuft, ist der Richtung des magnetischen Flusses entgegengesetzt, der durch die magnetische Schaltung 23 läuft. Änderungen in den magnetischen Flüssen induzieren elektromotorische Kräfte in den Ankerspulen 20, was verursacht, dass der Motor als ein Generator wirkt.
Auf der anderen Seite werden in diesem herkömmlichen Induktionsgenerator die Anregungsspulen 21 durch eine Batterie (nicht gezeigt) erregt, um die magnetischen Schaltungen 22 und 23 abwechselnd zu bilden. Zu der gleichen Zeit fließen Ströme, die die Richtungen davon abwechselnd umkehren, durch die Ankerspulen 20, die angeordnet sind, mit den magnetischen Schaltungen 22 und 23 verkettet zu sein, wenn sich das Schwungrad 14 oder die Induktor-Magnetpole 15 drehen. Dies führt dazu, dass die Ankerspulen 20 einem Drehmoment in einer Drehrichtung unterworfen werden. Die Ankerspulen 20 bilden einen Stator, so dass er sich nicht drehen kann; die Induktor-Magnetpole 15 sind einer Reaktionskraft davon unterworfen. Somit dreht sich das Schwungrad 14, das mit den Induktorpolen 15 versehen ist, um den Motor zum Starten der Maschine bereitzustellen.
Der Drehfeldpol 4, der als der Rotor des herkömmlichen Klauenpol-Synchronmotors dient, ist durch die ersten Polkerne 7 mit vielen Klauen 7a, die zweiten Polkerne 8 mit vielen Klauen 8a, die zwischen den Klauen 7a positioniert sind, und dem nicht-magnetischen Ring, der die beiden Typen von Polkernen innerhalb der distalen Enden der Klauen 7a und 8a koppelt, aufgebaut. Somit weist der Motor einen komplizierten Aufbau auf, was ein Problem dahingehend bringt, dass er eine nicht zufriedenstellende Festigkeit gegenüber einer Zentrifugalkraft während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung aufzeigt, was zu einer Möglichkeit einer Beschädigung des Rotors während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs führt.
Überdies findet sich in dem herkömmlichen Induktor-Generator jede der Ankerspulen 20 um zwei Polkerne 17. Dies erfordert eine längere Spule mit folglich höherem Spulenwiderstand, was einen erhöhten Kupferverlust bedeutet, wenn Ströme durch die Ankerspulen 20 fließen, mit einem sich ergebenden, verschlechterten Wirkungsgrad.
Ferner offenbart die JP 08-308192 A einen AC Generator mit einem Stator, der einen Eisenkern umfasst, welcher durch Verbindung äußerer Umfangsabschnitte einer Vielzahl von Zähnen gebildet ist. Die Zähne sind in Umfangsrichtung in gleichwinkliger Teilung angeordnet und durch eine kreisförmige Kernrückseite verbunden. Eine Vielzahl von Spulen ist um die Zähne gewickelt. Ferner umfasst der AC Generator einen Rotor, der aus einer Vielzahl von Magnetpolen aufgebaut ist, die aus magnetischen Elementen, welche in Umfangsrichtung in gleichwinkliger Teilung angeordnet sind, bestehen und in einem Basisabschnitt integriert sind, der aus einem nicht-magnetischen Element besteht. Der Rotor ist um eine Achse des Stators drehbar und vom Innenumfang des Stators umgeben. Ferner sind die Spulen aus einer Vielzahl erster Spulen, die durch Wechselstrom angeregt werden und einer Vielzahl zweiter Spulen, die durch Gleichstrom angeregt werden, gebildet, wobei jede der Spulen um die Zähne gewickelt ist, ohne andere Zähne zu umfassen. Die ersten Spulen und die zweiten Spulen sind im Umfangsrichtung abwechselt angeordnet. Eine vergleichbare Dynamo-elektrische Maschine offenbart auch die EP 0 348 984 A1 .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist mit einem Blick auf ein Lösen der oben beschriebenen Probleme ausgeführt worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dynamo-elektrische Maschine bereitzustellen, die als ein Motor und als ein Generator wirkt, eine hohe Festigkeit gegenüber einer Zentrifugalkraft während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung besitzt, um so einen Motor vor einer Beschädigung während der Hochgeschwindigkeitsdrehung zu schützen, und auch einen geringen Spulenwiderstand der Ankerspulen besitzt, um eine Verschlechterung eines Wirkungsgrades, der durch einen Kupferverlust verursacht wird, zu unterdrücken.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die dynamo-elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Ferner ist im Folgenden unter Umfangszentren die jeweilige Mitte in Umfangsrichtung zu verstehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Frontansicht, die einen wesentlichen Teil einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht eines Rotors in der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine perspektivische Ansicht eines Stators in der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht eines Eisenkerns, der den Stator in der dynamo-elektrischen Maschine ausbildet, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine perspektivische Ansicht einer Spule, die den Stator in der dynamo-elektrischen Maschine, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausbildet;
6 ein elektrisches Anschlussdiagramm der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine perspektivische Ansicht eines Rotors in einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Frontansicht, die einen wesentlichen Abschnitt einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht, die einen Statoreisenkern, der in der dynamo-elektrischen Maschine eingesetzt wird, gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine perspektivische Ansicht, die einen Stator in der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein elektrisches Verbindungsdiagramm einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das einen herkömmlichen Klauenpol-Synchronmotor zeigt;
13 eine perspektivische Ansicht, die einen herkömmlichen Induktorgenerator zeigt; und
14 eine Abwicklungs-Frontansicht, die einen wesentlichen Abschnitt des herkömmlichen Induktorgenerators zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Frontansicht, die einen wesentlichen Abschnitt einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors in der in 1 gezeigten dynamo-elektrischen Maschine; 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Stator in der in 1 gezeigten dynamo-elektrischen Maschine zeigt; 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Eisenkerns, der den in 3 gezeigten Stator ausbildet; 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Spule, die den in 3 gezeigten Stator ausbildet; und 6 ist ein elektrisches Anschlussdiagramm der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 weist ein Rotor 30 acht Magnetpole 31 auf, die aus ungefähr trapezförmigen magnetischen Elementen bestehen, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und gehaltert und gesichert durch einen Basisabschnitt 32 sind, der aus einem nicht-magnetischen Element besteht. Der Rotor 30 dieser Ausführungsform ist durch Plazieren der acht Magnetpole 31, die integral durch Aufschichten dünner magnetischer Stahlplatten gebildet worden sind, in eine Gießform bei gleichwinkligen Teilungen in einer Umfangsrichtung, und durch Gießen geschmolzenen Aluminiums in die Gießform gefertigt. Der so gefertigte Rotor 33 weist die magnetischen Pole 31 und den Basisabschnitt 32, der in einem Stück gebildet ist, auf, weist eine scheibenförmige Gestalt als Ganzes auf, und ist so konfiguriert, dass äußere Umfangsflächen der Magnetpole 31 in gleichwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung exponiert sind.
Ein Stator 40 ist mit einem zylindrischen Eisenkern 41, der durch ein Aufschichten dünner magnetischer Stahlplatten in ein Stück gebildet ist, und Spulen 45, die um den Eisenkern 41 gewickelt sind, ausgerüstet. Der Eisenkern 41 ist durch zwölf Zähne 42 und eine ringförmige Kernrückseite 43 gebildet, die äußere Umfangsabschnitte der Zähne 42 verbindet. Die Zähne 42 sind in gleichwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung angeordnet und durch breite Zähne 42a und schmale Zähne 42b aufgebaut, die abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Jede der Spulen 45 weist eine erste Spule 46, die durch einen Wechselstrom angeregt wird, und eine zweite Spule 47, die durch einen Gleichstrom angeregt wird, auf, wobei diese Spulen durch Wickeln von Leitern um eine vorbestimmte Anzahl von Windungen in ringförmige Formen gebildet sind. Jede der ersten Spulen 46 ist um jeden der Zähne 42b gebildet, ohne irgendwelche anderen Zähne zu umfassen, während jede der zweiten Spulen 47 um jeden der Zähne 42a gewickelt ist, ohne irgendwelche anderen Zähne zu umfassen.
Der Rotor 30 ist drehbar um eine Achse des Stators 40 angeordnet, so dass er neben einem inneren Umfang des Stators 40 ist und eine kleine Lücke zwischen den äußeren Umfangsflächen der Magnetpole 31 und den distalen Endflächen der Zähne 42 bereitgestellt ist.
Die zweiten Spulen 47, die jeweils um die sechs Zähne 42a gewickelt sind, sind in Reihe verbunden und weiter mit einer Gleichstrom-Energiequelle 50 verbunden. Die sechs zweiten Spulen 47 sind derart verbunden, dass die Nord- und Süd-Polaritäten abwechselnd an den Zähnen 42a hinsichtlich der Umfangsrichtung erscheinen, wenn die Gleichstrom-Energiequelle verbunden wird.
Jede der ersten Spulen 46, die um jeden der sechs Zähne 42a gewickelt ist, ist in Reihe mit der ersten Spule 46, die um den siebten Zahn 42b, gezählt von dem Zahn 42b, um welchen sie selbst gewickelt ist, einschließlich des Zahns 42a, um den sie selbst gewickelt ist, verbunden. Die ersten Spulen 46 sind so gewickelt, dass die Polaritäten der Magnetpole, die an den distalen Enden der ersten und siebten Zähne 42 erzeugt werden, entgegengesetzt sind, wenn Ströme durch die beiden ersten Spulen 46, die in Reihe verbunden sind, geschickt werden. Diese Anordnung bildet drei Sätze von Wechselstromangeregten Wicklungen, die Phasendifferenzen von einem elektrischen Winkel von 120 Grad voneinander aufweisen. Mit anderen Worten sind die drei Sätze von Wicklungen, die durch die beiden ersten Spulen 46, die in Reihe verbunden sind, gebildet werden, in einer Dreiphasen-Y-Verbindung.
Ein Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine mit der obigen Konfiguration, wenn sie als ein Generator wirkt, wird beschrieben werden.
Zuerst werden, wenn die Gleichstromenergiequelle 50 mit einer Gruppe der zweiten Spulen 47, die in Reihe verbunden sind, verbunden wird, die sechs Zähne 42a derart magnetisiert, dass die Nord- und Süd-Polaritäten bezüglich der Umfangsrichtung abwechselnd auftreten. Dann wird, wenn sich der Rotor 30 dreht und eine Position erreicht, wo der Magnetpol 31 über den Zahn 42a, der in einer Nord-Polarität magnetisiert ist, und den dazu benachbarten Zahn 42b verläuft, der benachbarte Zahn 42b in der Nord-Polarität magnetisiert. Wenn sich der Rotor 30 weiter dreht, bis er eine Position erreicht, wo der Magnetpol 31 über den Zahn 42b, der in der Nord-Polarität polarisiert ist, und den Zahn 42a, der in der Süd-Polarität magnetisiert ist, verläuft, wird der Zahn 42b, der in der Nord-Polarität magnetisiert worden ist, nun in der Süd-Polarität magnetisiert. Somit werden die Zähne 42b abwechselnd in der Nord-Polarität und der Süd-Polarität polarisiert, wenn sich der Rotor 30 dreht; deswegen kehren sich die magnetischen Flüsse, die durch die Zähne 42b laufen, um. Dies induziert elektromotorische Kräfte in den ersten Spulen 46, die um die Zähne 42b gewickelt sind, was Energie erzeugt.
Nun werden Beschreibungen eines Betriebs der dynamo-elektrischen Maschine gegeben werden, wenn sie als ein Motor wirkt.
In diesem Fall ist auch eine Gleichstromenergiequelle 50 mit einer Gruppe der zweiten Spulen 47, die in Reihe verbunden sind, verbunden, und die sechs Zähne 42a sind derart magnetisiert, dass die Nord-Polarität und die Süd-Polarität in der Umfangsrichtung abwechselnd erscheinen.
Wenn Strom durch die erste Spule 46 geleitet wird, wenn das Umfangszentrum des magnetischen Pols 31 im Wesentlichen mit dem Zentrum der ersten Spule 46 übereinstimmt, dann versucht der magnetische Pol 31 oder der Rotor 30, sich zu bewegen, um sich über die erste Spule 46 und die zweite Spule 47 zu erstrecken, die einen magnetischen Pol gegenüberliegend jenem, der durch die erste Spule 46 erzeugt wird, erzeugt. Mit anderen Worten, wenn der Zahn 42a in der Drehrichtung positioniert ist, bevor der Zahn 42b, der mit dem magnetischen Pol 31 in dem Umfangszentrum übereinstimmt, auf die Süd-Polarität magnetisiert worden ist, dann versucht der magnetische Pol 31, sich zu dem Zahn 42a zu bewegen, der in der Drehrichtung vorher positioniert ist und auf die Süd-Polarität magnetisiert worden ist, wenn Strom zu der ersten Spule 46, die um den Zahn 42b gewickelt ist, zugeführt wird, um so den Zahn 42b auf die Nord-Polarität zu magnetisieren. Somit kann ein Drehmoment in der Drehrichtung erhalten werden.
Dann wird, wenn ein Mittelpunkt zwischen dem magnetischen Pol 31, der sich in der Drehrichtung voran bewegt hat und dem magnetischen Pol 31, der in Drehrichtung dahinter positioniert ist, mit dem Umfangszentrum des Zahnes 42b, der auf die Nord-Polarität magnetisiert ist, zusammenfällt, ein umgekehrter Strom durch die erste Spule 36 geleitet, um die Polarität des Zahnes 42b von der Nord-Polarität auf die Süd-Polarität zu schalten. Dies veranlasst den magnetischen Pol 31, der hinter dem vorangehenden magnetischen Pol 31 in der Drehrichtung positioniert ist, dazu zu versuchen, sich so zu bewegen, über den Zahn 42b, der auf die Süd-Polarität magnetisiert ist und den Zahn 42a, der in der Drehrichtung dahinter positioniert ist, den Zahn 42b, der auf die Süd-Polarität magnetisiert ist. Somit kann ein Drehmoment in der Drehrichtung erhalten werden.
Die Gruppe der ersten Spulen 46 ist aus drei Sätzen von Wechselstrom-angeregten Wicklungen gebildet, die Phasendifferenzen eines elektrischen Winkels von 120 Grad aufweisen. Somit ermöglicht es ein Zuführen eines Dreiphasenwechselstromes zu der Gruppe der ersten Spulen 46, ein Drehmoment kontinuierlich zu erzeugen.
Dementsprechend kann eine dynamo-elektrische Maschine, die als ein Motor und ein Generator arbeitet, durch Installieren des, wie oben beschrieben, konfigurierten Motors an der Ankerwelle 2 oder 13 anstelle des in 12 oder 13 gezeigten Rotors und durch Installieren des Stators 40 in einem Fall derart, dass er einen äußeren Umfang des Rotors 30 bedeckt, erreicht werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die ersten Spulen 46, die die Spulen sind, die durch den Wechselstrom erregt werden, und die zweiten Spulen 47, die die Spulen sind, die durch den Gleichstrom erregt werden, auf den Stator gewickelt, damit sich der Bedarf nach einem Mechanismus zum Zuführen von Strömen an sich drehende Komponenten und zum Herausführen von Strömen von den sich drehenden Komponenten erübrigt. Diese Anordnung ermöglicht es, eine bürstenlose, dynamo-elektrische Maschine mit einem einfacheren Aufbau und einer höheren Zuverlässigkeit zu implementieren.
Außerdem ist der Rotor 30 durch die Magnetpole 31 aufgebaut, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind und integral durch den Basisabschnitt 32 getragen werden, der aus einem nicht-magnetischen Element zusammengesetzt ist, womit ermöglicht wird, dass der Rotor einen einfacheren Aufbau aufweist als jener eines Klauenpolrotors, und eine verbesserte Festigkeit gegenüber einer Drehung, um so einer Beschädigung an dem Rotor während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung zu widerstehen, aufweist.
Überdies kann, da jede der ersten Spulen 46 und der zweiten Spulen 47 um jeden der Zähne 42a und 42b gewickelt ist, ohne irgendwelche anderen Zähne zu umfassen, die Spulenlänge verringert werden, was einen geringeren Spulenwiderstand erlaubt. Dies führt zu einem kleineren Kupferverlust mit einem resultierenden höheren Wirkungsgrad, wenn Strom durch die Spulen durchgeleitet wird.
Die ersten und zweiten Spulen 46 und 47 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet, so dass die ersten und zweiten Spulen 46 und 47 in einer einzigen Linie in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Mit dieser Anordnung kann die axiale Dimension verringert werden, was es zulässt, dass eine verringerte Größe erreicht wird.
Zusätzlich sind die zwölften Zähne 42a und 42b in gleichwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung angeordnet, und die achten magnetischen Pole sind auch in gleichwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung angeordnet, was es gestattet, dass die ersten Spulen 46 um die Zähne 42b gewickelt sind, um die Dreiphasenwechselstromwindungen aufzubauen. Diese Anordnung ermöglicht es, dass ein herkömmlicher Dreiphaseninverter verwendet wird, und geringe Kosten erreicht werden. In ähnlicher Weise sind die ersten Spulen 46 in der Dreiphasen-Y-Verbindung, so dass der herkömmliche Dreiphaseninverter verwendet werden kann, und geringere Kosten erreicht werden können.
Die zweiten Spulen 47, die die Spulen sind, die durch den Gleichstrom erregt werden, sind um sämtliche anderen Zähne 42a derart gewickelt, dass die Nord-Polarität und die Süd-Polarität abwechselnd in der Umfangsrichtung erscheinen; somit sind die magnetischen Flüsse mit den ersten Spulen 46 umgekehrt verkettet. Mit dieser Anordnung kann eine verringerte Größe erreicht werden, weil eine Fläche des Eisenkerns 41, die einen magnetischen Pfad bereitstellt, verringert werden kann, verglichen mit einem Fall, wo ein magnetischer Fluss eine halbe Amplitude aufweist, was eine Änderung in nur einer Richtung von Null bedeutet.
Überdies kann, da die magnetischen Pole 31, über welche die AC-Magnetfelder passieren, aus geschichteten, dünnen, magnetischen Stahlplatten gebildet sind, das Auftreten von Wirbelströmen verringert werden kann, was einen verbesserten Wirkungsgrad zulässt.
Der Basisabschnitt 32 ist durch Aluminiumspritzguss gebildet; deswegen kann der Rotor 30 durch Plazieren der Magnetpole 31 in einer Gießform und durch Gießen geschmolzenen Aluminiums in die Gießform (Spritzguss) gefertigt werden, was eine einfachere Fertigung zulässt.
Die Magnetpole 31 sind gebildet, ungefähr trapezförmige Formen aufzuweisen, so dass sich die Umfangslücken zwischen angrenzenden Magnetpolen 31 allmählich einwärts in der radialen Richtung erstrecken, was zu verringerten Leckflüssen führt. Dies erübrigt den Bedarf nach einem Magnetpfad zum Durchleiten von Überschussleckflüssen, was somit eine verringerte Größe zulässt.
Der magnetische Fluss, der durch die Zähne 42a passiert, um die die zweiten Spulen 47 gewickelt sind, die durch Gleichstrom angeregt werden, ist größer als der magnetische Fluss, der durch die Zähne 42b passiert, die um die ersten Spulen 46 gewickelt sind, die durch den Wechselstrom angeregt werden. Somit müssen die Querschnittsflächen der Zähne 42a erhöht werden, um eine magnetische Sättigung zu verhindern. Ein Verringern der Querschnittsflächen der Zähne 42b, während die Querschnittsflächen der Zähne 42a erhöht werden, erlaubt dementsprechend eine verringerte Größe des Stators. Die Querschnittsflächen der Zähne können durch Einstellen der Umfangsbreiten und der axialen Längen davon eingestellt werden.
In der ersten Ausführungsform sind die Breiten der Zähne 42a, um die die zweiten Spulen 47 gewickelt sind, die durch den Gleichstrom angeregt werden, größer als die Breiten der Zähne 42b, um die die ersten Spulen 46 gewickelt sind, die durch den Wechselstrom angeregt werden. Diese Anordnung erlaubt es, dass die Querschnittsflächen der Zähne durch die Umfangsbreiten davon eingestellt werden, was es ermöglicht, eine verringerte Dicke zu erreichen, ohne die axialen Dimensionen zu erhöhen.
Vorzugsweise sind die Querschnittsflächen der Zähne 42a eingestellt, im Wesentlichen 1,4 Mal die Querschnittsflächen der Zähne 42b zu betragen. Dies wird die magnetischen Flussdichten beider Zähne 42a und 42b gleich machen.
Zweite Ausführungsform
In einer zweiten Ausführungsform sind die Magnetpole 31 integral durch einen Basisabschnitt 33 gehalten, der aus rostfreiem Stahl zusammengesetzt ist, um einen Rotor 30A, wie in 7 gezeigt, zu bilden. In dieser Ausführungsform weist der Basisabschnitt 33 ausgesparte Abschnitte 33a zum Unterbringen der Magnetpole 31 auf, und untere Abschnitte der ausgesparten Abschnitte 33a weisen keilförmige ausgesparte Abschnitte 33b auf. Keilförmige Ausstülpungen 31a sind in den unteren Abschnitten der Magnetpole 31 gebildet. Die Magnetpole 31 werden in die ausgesparten Abschnitte 33a von der axialen Richtung eingepasst, so dass die Ausstülpungen 31a in die ausgesparten Abschnitte 33b eingepasst werden. Danach werden die Magnetpole 31 integral an den Basisabschnitt 33 durch Einpressen oder Schweißen gekoppelt, um so den Rotor 30A bereitzustellen. Der Rest des Aufbaus dieser Ausführungsform ist der gleiche wie der Aufbau der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird, da der Basisabschnitt 33 aus rostfreiem Stahl zusammengesetzt ist, die Festigkeit des Rotors verbessert, verglichen mit dem Basisabschnitt 33, der durch Aluminiumspritzguss gebildet ist, was es ermöglicht, einen Schaden an dem Rotor während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung sicher zu verhindern.
Dritte Ausführungsform
8 ist eine Frontansicht, die einen wesentlichen Abschnitt einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Statoreisenkern zeigt, der an der in 8 gezeigten dynamo-elektrischen Maschine angebracht ist; und 10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Stator zeigt, der an der in 8 gezeigten dynamo-elektrischen Maschine angebracht ist.
Unter Bezugnahme auf 8 bis 10 ist ein Eisenkern 41A, der einen Stator 40A ausbildet, aus dünnen magnetischen Stahlplatten gebildet, die in ein Stück geschichtet sind, und ist durch zwölf Zähne 42 und eine ringförmige Kernrückseite 43 gebildet, die die äußeren Umfangsabschnitte der Zähne 42 verbindet. Die Zähne 42 sind in gleichwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung angeordnet, und durch breite Zähne 42a und schmale Zähne 42b aufgebaut, die abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Überdies sind Backen 44 in der Umfangsrichtung derart bereitgestellt, dass sie nach hinten relativ zu einer Drehrichtung von den distalen Enden der jeweiligen Zähne 42a verlaufen. Der Rest des Aufbaus dieser Ausführungsform ist der gleiche wie der Aufbau der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform wird der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen 46, die um die Zähne 42b gewickelt sind, Null, wenn die Umfangszentren der Magnetpole 31 mit den Umfangszentren der Zähne 42b zusammenfallen, und wenn der Mittelpunkt zwischen angrenzenden Magnetpolen 31 mit dem Umfangszentrum des Zahns 42b zusammenfällt. Auf der anderen Seite erreicht der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen 46 verkettet ist, die um die Zähne 42b gewickelt sind, sein maximales Niveau, wenn das Umfangszentrum der Magnetpole 31 mit dem Umfangszentrum einer Öffnung eines Schlitzes 48 zusammenfällt, der zwischen angrenzenden Zähnen 42a und 42b gebildet ist. Die Position des Rotors 30, wo der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen 46 verkettet ist, ein maximales Niveau erreicht, ist nicht ein Mittelpunkt zwischen beiden Positionen des Rotors 30, wo der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen 46 verkettet ist, Null wird; die Position ist relativ zu der Drehrichtung nach hinten verschoben, oder die Position ist zu dem Umfangszentrum des Zahns 42b verschoben. Somit ist der magnetische Fluss, der mit der ersten Spule 46 verkettet ist, von einer Sinuswelle weg verschoben, was zu einer Drehmomentfluktuation führt.
In der dritten Ausführungsform sind die Backen 44 in der Umfangsrichtung derart bereitgestellt, dass sie von den distalen Enden der Zähne 42a nach hinten relativ zu der Drehrichtung verlaufen; somit sind die Umfangszentren der Öffnungen der Schlitze 48 nach hinten relativ zu der Drehrichtung verschoben. Mit dieser Anordnung wird die Position des Rotors 30, wo der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen 46 verkettet ist, sein maximales Niveau erreicht, näher an den Mittelpunkt zwischen beiden Positionen des Rotors 30 gebracht, wo der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen 46 verkettet ist, Null wird. Folglich wird der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen 46 verkettet ist, durch eine Sinuswelle angenähert, was es somit zulässt, dass eine Drehmomentfluktuation zurückgehalten wird.
Überdies wird, da die Backen 44 auf einer Seite der Zähne 42a in der Umfangsrichtung bereitgestellt sind, die Symmetrie des magnetischen Flusses verbessert, was zu einer weiteren Zurückhaltung einer Drehmomentfluktuation beiträgt.
In der dritten, oben beschriebenen Ausführungsform sind die Backen 44 auf einer Seite der Zähne 42a in der Umfangsrichtung bereitgestellt. Alternativ können die Backen 44 jedoch auf beiden Seiten der Zähne 42a in der Umfangsrichtung bereitgestellt sein, so dass die Umfangszentren der Öffnungen der Schlitze 48 nach hinten relativ zu der Drehrichtung verschoben sind. In diesem Fall werden die Flächen der Luftspalte zwischen den Zähnen 42a und den Magnetpolen 31 erhöht, was einen zusätzlichen Vorteil eines erhöhten Drehmoments bereitstellt.
Vierte Ausführungsform
In einer vierten, in 11 gezeigten Ausführungsform ist eine Dreiphasen-Diodenbrücke 51 mit Eingangsanschlüssen einer Dreiphasenwechselstromwicklung, die aus ersten Spulen 46 besteht, die um die Zähne 42b gewickelt sind, zusammengesetzt ist, verbunden, und eine Stromsteuerschaltung 52, die aus einer Diode 53 und einem Transistor 54 gebildet ist, ist zwischen einer zweiten Spule 47 und einer Gleichstromenergiequelle 50, die in Reihe geschaltet sind, verbunden. Der Rest der Konfiguration dieser Ausführungsform ist der gleiche wie die Konfiguration der ersten oben beschriebenen Ausführungsform.
Die vierte Ausführungsform arbeitet als ein bürstenloser Gleichstromgenerator, weil eine elektromotorische Kraft, die in der ersten Spule 46 induziert wird, durch die Dreiphasen-Diodenbrücke 51 in einem Gleichstrom konvertiert wird. Außerdem kann Energie ohne einen Inverter erzeugt werden, was eine Verringerung in den Kosten zulässt.
Die Stromsteuerschaltung 52 führt eine Steuerung so aus, den Gleichstromanregungsstrom, der der zweiten Spule 47 zugeführt wird, während der Hochgeschwindigkeitsdrehung zu verringern, und den Gleichstromanregungsstrom, der der zweiten Spule 47 während einer Niedriggeschwindigkeitsdrehung zugeführt wird, zu erhöhen. Somit wird der magnetische Fluss, der mit der ersten Spule 46 verkettet ist, verringert, mit einer sich ergebenden, kleineren elektromotorischen Kraft, die in der ersten Spule 46 induziert wird, was es gestattet, dass ein Betrieb einer Hochgeschwindigkeitsdrehung durchgeführt wird. Auf der anderen Seite nimmt für eine Niedriggeschwindigkeitsdrehung der magnetische Fluss, der mit der ersten Spule 46 verkettet ist, zu, mit einer sich ergebenden, größeren elektromotorischen Kraft, die in der ersten Spule induziert wird, was es gestattet, dass ein hohes Drehmoment erhalten wird. Dies wird einen betriebsmäßigen Drehbereich erweitern.
Wenn die dynamo-elektrische Maschine als ein Generator betrieben wird, wird ein Betrag einer Energie, die zu erzeugen ist, durch Steuern des Gleichstromanregungsstroms durch die Stromsteuerschaltung 52 gesteuert, was somit eine einfachere Steuerung des Betrags der erzeugten Energie und auch eine Verringerung in den Kosten zulässt.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen bilden die ersten Spulen 46, die durch den Wechselstrom angeregt werden, die Dreiphasenwechselstromwicklung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die drei Phasen beschränkt; es ist offensichtlich, dass die Erfindung auch auf beispielsweise eine Einzelphase, eine Vierfachphase und eine Fünffachphase angewendet werden kann.
In den obigen Ausführungsformen sind die zwölften Zähne 42 in gleichwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung angeordnet, und die achten magnetischen Pole sind auch in gleichwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung angeordnet. Jedoch können, wenn die Dreiphasenwechselstromwicklung durch die ersten Spulen 46, die durch den Wechselstrom angeregt werden, aufgebaut ist, jedwede Anzahlen der Zähne und der Magnetpole verwendet werden, solange das Verhältnis der Anzahl der Zähne 42 und der Anzahl der Magnetpole 31 12n:8n bleibt (”n” ist eine ganze Zahl).
Überdies sind die ersten Spulen 46 in den oben beschriebenen Ausführungsformen in der Dreiphasen-Y-Verbindung; jedoch kann der gleiche Vorteil erhalten werden, wenn die ersten Spulen 46 in einer Dreiphasen-Delta-Verbindung sind.
Die vorliegende Erfindung, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, stellt auch die folgenden Vorteile bereit:
Die dynamo-elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt: einen Stator mit einem Eisenkern, der durch Verbinden äußerer Umfangsabschnitte einer Vielzahl von Zähnen, die in gleichwinkligen Teilungen in einem Umfangsabschnitt angeordnet sind, durch eine ringförmige Kernrückseite, und eine Vielzahl von Spulen, die um die Zähne gewickelt sind, aufgebaut ist; und einen Rotor, der durch eine Vielzahl von Magnetpolen aufgebaut ist, die aus magnetischen Elementen zusammengesetzt sind, die in rechtwinkligen Teilungen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei die Magnetpole in ein Stück durch einen Basisabschnitt gebildet sind, der aus einem nicht-magnetischen Element zusammengesetzt ist, und der Rotor drehbar um eine Achse des Stators und Angrenzen an einen inneren Umfang des Stators angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Spulen aus einer Vielzahl von ersten Spulen, die durch einen Wechselstrom angeregt werden, und eine Vielzahl von zweiten Spulen, die durch einen Gleichstrom angeregt werden, zusammengesetzt ist, wobei jede der Spulen um jeden der Zähne gewickelt ist, ohne jedwede andere Zähne zu umfassen. Diese Anordnung ermöglicht es, eine als ein Motor und ein Generator arbeitende, bürstenlose, dynamo-elektrische Maschine zu implementieren, die eine verbesserte Festigkeit gegenüber einer Zentrifugalkraft während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung aufzeigt, um so in der Lage zu sein, einen Rotor vor einer Schädigung während der Hochgeschwindigkeitsdrehung zu schützen, und auch einen geringeren Spulenwiderstand der zweiten Spulen aufzeigt, die durch den Gleichstrom angeregt werden, um so in der Lage zu sein, einen durch einen Kupferverlust herbeigeführten Abfall im Wirkungsgrad zurückzuhalten.
Die ersten Spulen und die zweiten Spulen sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet, so dass die axiale Dimension verringert werden kann, was es zulässt, dass eine verringerte Größe erreicht wird.
Das Verhältnis der Anzahl der Zähne und der Anzahl der Magnetpole wird auf 12n:8n eingestellt (”n” ist eine ganze Zahl), was es gestattet, dass eine Dreiphasenwicklung, die durch einen Wechselstrom angeregt wird, einfach aufgebaut wird. Ein herkömmlicher Dreiphaseninverter kann verwendet werden, was es gestattet, dass geringere Kosten erreicht werden.
Die zweiten Spulen sind um die Zähne derart gewickelt, dass sie in entgegengesetzte Polaritäten abwechselnd hinsichtlich der Umfangsrichtung magnetisiert sind, wenn sie durch den Gleichstrom erregt werden. Mit dieser Anordnung kann die Fläche des Eisenkerns, der den Magnetpfad bereitstellt, verringert werden, was es zulässt, dass eine verringerte Größe erreicht wird.
Die vielfachen ersten Spulen sind in der Dreiphasen-Y-Verbindung oder Dreiphasen-Delta-Verbindung, so dass ein herkömmlicher Dreiphaseninverter verwendet werden kann, was damit Kosten spart.
Die Querschnittsflächen der Zähne, um die die zweiten Spulen gewickelt sind, sind größer als die Querschnittsflächen der Zähne, um die die ersten Spulen gewickelt sind, so dass der gesamte Stator kleiner ausgeführt werden kann.
Die Breiten der Zähne, um die die zweiten Spulen gewickelt sind, sind breiter als die Breiten der Zähne, um die die ersten Spulen gewickelt sind. Diese Anordnung erlaubt es, dass die Querschnittsflächen der Zähne durch die Breiten der Zähne eingestellt werden, was es ermöglicht, eine verringerte Dicke zu erreichen, ohne die axiale Dimension zu erhöhen.
Die Umfangszentren der Öffnungen der Schlitze, die durch die Zähne, um die die ersten Spulen gewickelt sind, und die Zähne, um die die zweiten Spulen gewickelt sind, gebildet werden, sind zu den Umfangszentren der Zähne, um die die ersten Spulen gewickelt sind, verschoben. Mit dieser Anordnung wird der magnetische Fluss, der mit den ersten Spulen verkettet ist, an eine Sinuswelle angenähert, was es gestattet, dass eine Drehmomentfluktuation zurückgehalten wird.
Die distalen Enden der Zähne, die mit den zweiten Spulen umwickelt sind, sind mit Backen versehen, die in der Umfangsrichtung verlaufen. Somit werden die Flächen der Luftspalte zwischen den Zähnen, die mit den zweiten Spulen umwickelt sind, und den Magnetpolen erhöht, was es ermöglicht, dass ein größeres Drehmoment erhalten wird.
Die Backen sind an den distalen Enden der Zähne, die mit den zweiten Spulen umwickelt sind, derart bereitgestellt, dass die Backen nach hinten relativ zu der Drehrichtung des Rotors verlaufen. Dies wird die Symmetrie eines magnetischen Flusses verbessern, was zu einer geringeren Drehmomentfluktuation beiträgt.
Die Magnetpole sind aus geschichteten, dünnen, magnetischen Stahlplatten gebildet, so dass ein Auftreten von Wirbelströmen, die durch Wechselstrommagnetfelder verursacht werden, die durch die Magnetpole laufen, verringert werden kann, was einen verbesserten Wirkungsgrad zulässt.
Der Basisabschnitt ist durch Aluminiumspritzguss gebildet, so dass eine einfachere Fertigung des Rotors erreicht werden kann.
Der Basisabschnitt ist aus rostfreiem Stahl zusammengesetzt, so dass die Festigkeit gegenüber den Zentrifugalkräften, die bei einer Hochgeschwindigkeitsdrehung erzeugt werden, weiter verbessert wird, was es ermöglicht, einen Schaden an dem Rotor während der Hochgeschwindigkeitsdrehung sicher zu verhindern.
Die Magnetpole sind so gebildet, dass sich die Umfangsspalte zwischen angrenzenden Magnetpolen allmählich einwärts in die radiale Richtung erweitern. Diese Anordnung führt zu verringerten Leckflüssen und erübrigt den Bedarf nach einem magnetischen Pfad zum Passieren von Überschussleckflüssen, was somit eine verringerte Größe zulässt.
Eine Stromsteuerschaltung ist bereitgestellt, um einen Anregungsgleichstrom, der den zweiten Spulen zuzuführen ist, bereitzustellen. Der betriebsmäßige Drehbereich kann durch Verringern des Anregungsgleichstroms während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung erweitert werden, während der Anregungsgleichstrom während einer Niedriggeschwindigkeitsdrehung durch die Stromsteuerschaltung erhöht wird. Überdies kann die Menge an zu erzeugender Energie durch Steuern des Anregungsgleichstroms durch die Stromsteuerschaltung gesteuert werden, was eine einfacherere Steuerung der Menge zu erzeugender Energie und geringere zu erreichende Kosten zulässt.
Die Dreiphasen-Diodenbrücke ist mit den mehrfachen ersten Spulen verbunden, so dass die dynamo-elektrische Maschine als ein Gleichstromgenerator verwendet werden kann. Dies erlaubt es, dass Energie ohne einen Inverter erzeugt wird, was zu geringeren Kosten beiträgt.

Claims

Dynamo-elektrische Maschine mit: einem Stator (40, 40A) mit einem Eisenkern (41, 41A), der durch Verbinden äußerer Umfangsabschnitte einer Vielzahl von ersten Zähnen (42b) und zweiten Zähnen (42a), die abwechselnd in Umfangsrichtung in gleichwinkliger Teilung angeordnet sind, durch eine kreisförmige Kernrückseite (43) gebildet ist, wobei zwischen den Zähnen (42a, 42b) am inneren Umfang des Stators (40, 40A) Schlitze (48) gebildet werden, und einer Vielzahl von Spulen (45), die um die Zähne (42a, 42b) herum gewickelt sind; und einem Rotor (30, 30A), der aus einer Vielzahl von Magnetpolen (31) aufgebaut ist, die aus magnetischen Elementen, die in Umfangsrichtung in gleichwinkliger Teilung angeordnet sind, bestehen und in einem Basisabschnitt (32, 33) integriert sind, der aus einem nicht-magnetischen Element besteht, wobei der Rotor (30, 30A) drehbar um eine Achse des Stators (40, 40A) und vom Innenumfang des Stators (40, 40A) umgeben angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Spulen (45) aus einer Vielzahl von ersten Spulen (46), die durch Wechselstrom angeregt werden, und einer Vielzahl von zweiten Spulen (47), die durch Gleichstrom angeregt werden, besteht, wobei jede der Spulen (46, 47) um die Zähne (42a, 42b) herum gewickelt ist, ohne irgendwelche anderen Zähne zu umfassen, wobei die ersten Spulen (46) und die zweiten Spulen (47) in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, und wobei durch einseitige Polschuhe (44) an den zweiten Zähnen (42a), die am inneren Umfang des Stators (40, 40A) an der der Drehrichtung des Rotors (30, 30A) entgegengesetzten Seite der zweiten Zähne (42a) angebracht sind, in Drehrichtung des Rotors (30, 30A) gesehen die Mitte der Schlitze (48) zwischen angrenzenden ersten Zähnen (42b) und zweiten Zähnen (42a) jeweils zur Mitte der ersten Zähne (42b) hin versetzt ist.
Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Anzahl der Zähne (42) und einer Anzahl der Magnetpole (31) des Rotors (30, 30A) 12n:8n beträgt (”n” ist eine ganze Zahl).
Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Spulen (47) derart um die zweiten Zähne (42a) gewickelt sind, dass die zweiten Zähen (42a) relativ zu der Umfangsrichtung abwechselnd entgegengesetzte magnetische Polaritäten aufweisen, wenn sie (47) durch Gleichstrom angeregt sind.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren ersten Spulen (46) in einer Dreiphasen-Y-Verbindung oder einer Dreiphasen-Delta-Verbindung geschaltet werden.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Querschnittsflächen der zweiten Zähne (42a), um welche die zweiten Spulen (47) gewickelt sind, größer sind als die Querschnittsflächen der ersten Zähne (42b), um welche die ersten Spulen (46) gewickelt sind.
Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Stators (40, 40A) gesehen die Breite der zweiten Zähne (42a), um welche die zweiten Spulen (47) gewickelt sind, größer ist, als die Breite der ersten Zähne (42b), um welche die ersten Spulen (46) gewickelt sind.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetpole (31) des Rotors (30, 30A) aus geschichteten, magnetischen Stahlplatten gebildet sind.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (32) des Rotors (30, 30A) durch Aluminiumspritzguss gebildet ist.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (33) des Rotors (30, 30A) aus rostfreiem Stahl besteht.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetpole (31) des Rotors (30, 30A) so gebildet sind, dass sich die Umfangsspalten zwischen benachbarten der Magnetpolen (31) allmählich einwärts in einer radialen Richtung nach innen erweitern.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter aufweisend eine Stromsteuerschaltung (52) zum Steuern eines Anregungsgleichstroms, der den zweiten Spulen (47) zugeführt ist.
Dynamo-elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dreiphasen-Diodenbrücke (51) mit den mehrfachen ersten Spulen (46) verbunden ist.