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Die
Erfindung betrifft eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
für ein
Fahrzeug nach dem Anspruch 1 und den unabhängigen Nebenansprüchen 4 und
7.
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In 14 ist
eine Schnittansicht dargestellt, die eine herkömmliche dynamo-elektrische
Wechselstrommaschine für
ein Fahrzeug (nachstehend als eine "dynamo-elektrische Maschine" bezeichnet) zeigt.
Die dynamo-elektrische Maschine weist ein Gehäuse 80', einen Rotor 200 vom
Lundell-Typ, der an einer Rotorwelle 12 befestigt ist,
die in dem Gehäuse 80' vorgesehen
ist, einen Stator 101, der an der Fläche einer Innenwand des Gehäuse 80' befestigt ist,
einen Schleifring 15, der an einem Ende der Rotorwelle 12 befestigt
ist, und der dem Rotor 200 Strom zuführt, ein Paar von Bürsten 13,
die auf der Fläche
des Schleifrings 15 gleiten, und einen Bürstenhalter 102,
der die Bürsten 13 und
Federn 14, die auf die Bürsten 13 drücken, aufnimmt.
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Der
Rotor 200 weist eine Feldwicklung 11, die magnetische
Flüsse
erzeugt, wenn ein Strom hindurchfließt, und einen Rotoreisenkern 10,
der die Feldwicklung 11 bedeckt, auf. Der Stator 101 weist einen
Statoreisenkern 1, durch welchen die Magnetflüsse von
der Feldwicklung 11 fließen, und der aus einer Vielzahl
von Lagen von Stahlplatten besteht, und eine dreiphasige Statorwicklung 2,
durch welche der dreiphasige Wechselstrom fließt, auf.
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Der
Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine mit dem oben genannten
Aufbau wird nun beschrieben.
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Wenn
der Motor gestartet wird, wirkt die dynamo-elektrische Maschine
als Motor, um der Dreiphasenstatorwicklung 2 Wechselstrom
zuzuführen. Dies
erzeugt ein Drehmoment in dem Rotor 200, und das Drehmoment
wird zu einem V-Riemen (nicht gezeigt) übertragen, der um eine Riemenscheibe 60 gewunden
ist, die eine Komponente der Energieübertragungsvorrichtung ist,
um so den Motor zu starten.
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Wenn
einem Fahrzeug elektrische Energie zugeführt wird, arbeitet die dynamo-elektrische
Maschine als Generator. Die Energie von dem Motor dreht den Rotor 200 über die
Riemenscheibe 60 und die Rotorwelle 12. Zu dieser
Zeit wird der Feldwicklung 11 des Rotors 200 über die
Bürsten 13 und
den Schleifring 15 von einer Batterie (nicht gezeigt) Strom zugeführt, und
deswegen werden magnetische Flüsse
erzeugt. Die Drehung des Rotors 200 führt dazu, dass die Magnetflüsse die
Dreiphasenstatorwicklung 2 verketten, und eine elektromotorische
Kraft wird in der Dreiphasenstatorwicklung 2 erzeugt, wobei
dem Fahrzeug elektrische Energie zugeführt wird.
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Bei
der dynamo-elektrischen Maschine gemäß dem obigen Aufbau ist ein
Riemenscheibenverhältnis
(das Verhältnis
eines Riemenscheibendurchmessers des Motors zu einem Riemenscheibendurchmesser
der dynamo-elektrischen Maschine) bei dem Riemen der Energieübertragungsvorrichtung auf
ungefähr
maximal 2 eingestellt, um einen Schlupf des Riemens zu verhindern
und um eine ausreichende Dimension der Riemenscheibe 60 zum
Eingriff des Riemens, um so das Drehmoment sicher auf den Motor
zu übertragen,
wenn der Motor gestartet wird, sicherzustellen.
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In
der obigen dynamo-elektrischen Maschine bleibt das Verhältnis einer
Umdrehungszahl der dynamo-elektrischen Maschine zu einer Umdrehungszahl
des Motors in beiden Betriebsarten unverändert. Wenn das Riemenscheibenverhältnis betrachtet wird,
muss die dynamo-elektrische Maschine, um eine passende Leistungsausgabe,
die zum Starten des Motors erforderlich ist, zu erhalten, aufgrund
des unten dargestellten Ausdrucks größer ausgeführt werden, was insofern ein
Problem darstellt, dass die dynamo-elektrische Maschine zu groß wird,
um in ein Fahrzeug eingebaut zu werden:
Rotationsausgabe (W) α (Außendurchmesser
des Rotors) 2 × Volumen
des Statoreisenkerns ≅ Volumen
der dynamoelektrischen Maschine.
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Als
weiterer Stand der Technik ist der in der
DE 199 41 705 A1 offenbarte
Antriebsstrang zu nennen. Bei dieser dynamo-elektrischen Maschine
wird gemäß einem
Ausführungsbeispiel
zum Start eines Verbrennungsmotors eine Roterwelle der dynamo-elektrischen
Maschine über
eine elektromagnetische Kupplung mit einem Sonnenrad eines Planetengetriebes
verbunden. Zwischen einem feststehenden Hohlrad des Planetengetriebes
und dem Sonnenrad ist ein Planetenradsatz angeordnet, der mit einer
Riemenscheibe verbunden ist, die wiederum über eine Energieübertragungsvorrichtung
mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung steht. Zwischen der Riemenscheibe
und der Rotorwelle ist ein Freilauf angeordnet, der im Generatormodus
der elektrischen Maschine die Leistung von dem Verbrennungsmotor über den
Freilauf auf die Rotorwelle überträgt. Die elektromagnetische
Kupplung ist dabei geöffnet.
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Diese
dynamo-elektrische Maschine weist den Nachteil auf, dass die elektromagnetische
Kupplung neben einem feststehenden Kupplungshauptkörper mit
Elektromagnet einen sich mit der Rotorwelle drehenden Kupplungsflansch
und eine axial verschiebliche, drehbare Druckplatte aufweist, die mit
dem Sonnenrad über
eine Verzahnung verbunden ist. Eine weitere Verzahnung dient der
Verbindung von Druckplatte und Kupplungsflansch.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die dynamoelektrische Wechselstrommaschine
im Aufbau insbesondere in Hinblick auf die elektromagnetische Kupplung
zu vereinfachen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und die unabhängigen Nebenansprüche 4 und
7.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen angegeben.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer ersten
Ausführungsform
zeigt;
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2 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
zeigt;
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3 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer dritten
Ausführungsform
zeigt;
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4 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer vierten
Ausführungsform
zeigt;
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5 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer fünften Ausführungsform
zeigt;
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6 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer sechsten
Ausführungsform
zeigt;
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7 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer siebten
Ausführungsform
zeigt;
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8 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer achten
Ausführungsform
zeigt;
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9 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer neunten
Ausführungsform
zeigt;
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10 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer zehnten
Ausführungsform
zeigt;
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11 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer elften
Ausführungsform
zeigt;
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12 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer zwölften Ausführungsform
zeigt;
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13 eine
Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Wechselstrommaschine
gemäß einer dreizehnten
Ausführungsform
zeigt; und
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14 eine
Schnittansicht, die eine herkömmliche
dynamoelektrische Wechselstrommaschine zeigt.
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Fahrzeug-Wechselstrommaschine (nachstehend
als eine "dynamoelektrische
Maschine" bezeichnet)
gemäß einer
ersten Ausführungsform
zeigt.
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Die
dynamo-elektrische Maschine weist einen ersten Gehäuseteil 80,
einen Rotor 100 vom Lundell-Typ, der an einer Rotorwelle 12 befestigt
ist, die in dem ersten Gehäuseteil 80 angeordnet
ist, einen Stator 101, der an einer inneren Wandfläche des ersten
Gehäuseteils 80 befestigt
ist, einen Schleifring 15, der an einem Ende der Rotorwelle 12 befestigt
ist, und der dem Rotor 100 einen Strom zuführt, ein
Paar von Bürsten 13,
die auf der Fläche
des Schleifrings 15 gleiten, und einen Bürstenhalter 102,
der die Bürsten 13 und
Federn 14 unterbringt, die die Bürsten 13 drücken, auf.
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Der
Rotor 100 weist eine Feldwicklung 11, die magnetische
Flüsse
erzeugt, wenn Ströme
hindurchfließen,
und einen Rotoreisenkern 10, der die Feldwicklung 11 abdeckt,
auf. Der Stator 101 weist einen Statoreisenkern 1,
durch welchen die magnetischen Flüsse von der Feldwicklung 11 fließen, und der
aus einer Vielzahl von Lagen von Stahlplatten besteht, und eine
Dreiphasenstatorwicklung 2 auf, durch welche ein Dreiphasenwechselstrom
fließt.
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Die
dynamo-elektrische Maschine ist weiter mit einer elektromagnetischen
Kupplung 110, einem Planetengetriebe 111, einer
Energieübertragungsvorrichtung 112 und
einer Einwegkupplung 113, die an einem Ende der Rotorwelle 12 befestigt
ist, die in einem zweiten Gehäuseteil 81 bereitgestellt
ist, ausgerüstet.
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Die
elektromagnetische Kupplung 110 weist auf: einen elektromagnetischen
Kupplungshauptkörper 70,
der in dem zweiten Gehäuseteil 81 durch
eine Befestigungsschraube 72 und einem Feststeller 79 befestigt
ist; eine Feldspule 71, die in dem elektromagnetischen
Kupplungshauptkörper 70 bereitgestellt ist;
ein Kupplungs-Eingriffsglied 73, das durch eine Befestigungsschraube 75 über einen
Rückhalter 77 des
ersten Gehäuseteils 80 befestigt
ist, dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 gegenübersteht
und einen eingreifenden Abschnitt 76 an seinem inneren
Durchmesserabschnitt aufweist; und einer Feder 74, die
zwischen dem Kupplungs-Eingriffsglied 73 und einem Kopf
der Befestigungsschraube 75 bereitgestellt ist, um das
Kupplungs-Eingriffsglied 73 in
eine entgegengesetzte Richtung von dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 zu
drücken.
Eine Führungsfläche 77a ist
an einem äußeren Umfang
des Rückhalters 77 gebildet.
Das Kupplungs-Eingriffsglied 73 ist an dem Rückhalter 77 derart
installiert, dass eine Führungsfläche 73b,
die auf einem inneren Umfang des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 gebildet
ist, auf der Führungsfläche 77a in einer
axialen Richtung gleitet. Der Rückhalter 77 des ersten
Gehäuseteils 80 kann
integral mit dem ersten Gehäuseteil 80 gebildet
sein, anstatt dass diese als diskrete Komponenten ausgeführt werden.
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Das
Planetengetriebe 111 weist auf: ein Sonnenrad 20,
das integral mit der Rotorwelle 12 ausgeführt ist;
ein zylindrisches Element 40, das auf seiner Endfläche einen
eingreifenden Abschnitt 42 aufweist, der in den eingreifenden
Abschnitt 76 des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 eingreift
und eine Innenverzahnung 41 an seiner inneren Wandfläche aufweist; ein
Lager 44, das zwischen einem Ende des zylindrischen Elements 40 und
einem Ende des ersten Gehäuseteils 80 angeordnet
ist; ein Lager 43, das zwischen dem anderen Ende des zylindrischen
Elements 40 und dem zweiten Gehäuseteil 81 angeordnet
ist; ein Planetenrad 30, das mit der Innenverzahnung 41 und
dem Sonnenrad 20 ineinandergreift; eine Planetenradachse 65,
die einen zentralen Abschnitt des Planetenrads 30 über ein
Lager 31 durchdringt; und einen Träger 61, der das Planetenrad 30 über die
Planetenradachse 65 haltert und der durch eine Trägerhalteachse 64 gehaltert
ist. Ein Lager 63 ist zwischen dem Träger 61 und dem zweiten
Gehäuseteil 81 vorhanden,
wobei der Träger 61 so
gehaltert ist, dass er hinsichtlich des zweiten Gehäuseteils 81 gedreht
werden kann.
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Die
Energieübertragungsvorrichtung 112 weist
eine Riemenscheibe 60 auf, die an dem Träger 61 durch
eine Mutter 62 befestigt ist.
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Die
Einwegkupplung 113 ist mit einem Außenring 51 über ein
Lager 54 in dem ersten Gehäuseteil 80, Kupplungskörpern 52,
die innerhalb des Außenrings 51 vorgesehen
sind, Lagern 53, die auf beiden Seiten der Kupplungskörper 52 vorgesehen sind,
und einem Innenring 50, der an der Rotorwelle 12 befestigt
ist, bereitgestellt.
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In 1 bezeichnen
Bezugszeichen 16 und 17 Lager, 18 und 19 bezeichnen
Abstandshalter, und 21 und 55 bezeichnen Muttern.
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Ein
Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine mit dem oben bekanntgemachten
Aufbau wird nun beschrieben werden.
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Als
erstes wird der Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine in einem
Motorbetriebsmodus beschrieben werden. Bei einem Start eines Verbrennungsmotors
wird die Feldspule 71 der elektromagnetischen Kupplung 110 erregt,
das Kupplungs-Eingriffglied 73 verbindet
sich mit dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 gegen eine
elastische Kraft der Feder 74, und der gezahnte eingreifende
Abschnitt 76 des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 greift in
den gezahnten eingreifenden Abschnitt 42 des zylindrischen
Elements 40 ein. Folglich wird die Innenverzahnung 41 des
zylindrischen Elements 40 ein feststehendes Element, was
es ermöglicht,
eine Geschwindigkeitsverringerung auf der Grundlage eines Verhältnisses
einer Anzahl von Zähnen
des Planetengetriebes 111 (ungefähr 3 bis ungefähr 5) zu
erreichen. Ein Drehmoment des Rotors 100 verwendet das
Sonnenrad 20 als ein Eingangselement, und eine Drehung
des Sonnenrads 20 veranlasst das Planetenrad 30 dazu,
sich um das Sonnenrad 20 zu drehen, während es sich um die Planetenradachse 65 dreht.
Da sich das Planetenrad 30 dreht, dreht sich die Riemenscheibe 60,
die integral mit dem Träger 61 ausgeführt ist,
indem der Träger 61 als
ein Ausgangselement verwendet wird, und das Drehmoment wird zu dem
Verbrennungsmotor über
einen V-Riemen (nicht gezeigt) übertragen,
der um die Riemenscheibe 60 gewickelt ist, wodurch der
Verbrennungsmotor gestartet wird. Zu dieser Zeit läuft der
Außenring 51 der
Einwegkupplung 113 hinsichtlich des Innenrings 50 im
Leerlauf, was verhindert, dass das Drehmoment zu dem Träger 61 über die
Einwegkupplung 113, die Trägerhaltewelle 64 und
die Planetenradwelle 65 übertragen wird.
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Somit
wird hinsichtlich einer Drehgeschwindigkeit des Rotors 100 der
Motor bei einem Produkt des Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses (ungefähr 3 bis
ungefähr
5) des Planetengetriebes 111 und eines Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses
(fast 2) der Energieübertragungsvorrichtung 112 angetrieben.
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Das
Drehmoment des Rotors 100 wird wie folgt erhalten: Ein
Anregungsstrom wird der Feldwicklung 11 über eine
Batterie (nicht gezeigt), die Bürsten 13 und
den Schleifring 15 zugeführt, wodurch magnetische Flüsse in dem
Rotoreisenkern 10 erzeugt werden, und unter dieser Bedingung
wird der Dreiphasenstatorwicklung 2 ein Dreiphasenwechselstrom
zugeführt.
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Der
Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine in einem Generatorbetriebsmodus
wird nun beschrieben werden.
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Wenn
in dem Generatorbetriebsmodus elektrische Energie zugeführt wird,
wird der Strom, der der Feldspule 71 der elektromagnetischen
Kupplung 110 zugeführt
wird, abgeschaltet, um das Kupplungs-Eingriffsglied 73 dazu
zu veranlassen, sich von dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 durch
die elastische Kraft der Feder 74 zu trennen. Dies gibt
einen Eingriff zwischen dem eingreifenden Abschnitt 76 des
Kupplungs-Eingriffsglieds 73 und dem eingreifenden Abschnitt 42 des
zylindrischen Elements 40 frei, womit zugelassen wird,
dass sich das zylindrische Element 40 dreht. In diesem
Zustand wird Bewegungsenergie von dem Motor zu dem Träger 61,
der ein Eingangselement ist, über
die Energieübertragungsvorrichtung 112 übertragen.
Die Bewegungsenergie wird dann zu dem Innenring 50 über die
Planetenradwelle 65, die Trägerhaltewelle 64 und
den Außenring 51 der
Einwegkupplung 113 übertragen,
wodurch der Rotor 100 über
die Rotorwelle 12 gedreht wird.
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Dementsprechend
wird der Rotor 100 bei einem Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis (ungefähr 2) der
Energieübertragungsvorrichtung 112 hinsichtlich
einer Drehgeschwindigkeit des Motors angetrieben.
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Inzwischen
wird der Feldwicklung 11 von einer Batterie (nicht gezeigt) über die
Bürsten 13 und den
Schleifring 15 ein Strom zugeführt, wodurch magnetische Flüsse mit
einem resultierenden Magnetfeld erzeugt werden. Die Drehung des
Rotors 100 veranlasst die magnetischen Flüsse, die
Dreiphasenstatorwicklung 2 des Statoreisenkerns 1 zu
verketten, und eine elektromotorische Kraft wird in der Dreiphasenstatorwicklung 2 erzeugt.
Somit fließt
ein Ausgangsstrom zu einer externen Last, die mit der dynamoelektrischen
Maschine verbunden ist.
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Die
dynamo-elektrische Maschine mit dem oben bekanntgemachten Aufbau
ist mit einer Steuerung versehen, wobei in dem Motorbetriebsmodus ein
Erregungsbefehl zum Bremsen des zylindrischen Elements 40 durch
Erregen der Feldspule 71 des elektromagnetischen Kupplungshauptkörpers 70 ausgegeben
wird, wobei der Verbrennungsmotor in Ruhe ist. Diese Anordnung gestattet
einen weichen Eingriff, ohne die eingreifenden Abschnitte 42 und 76 zur
Zeit eines Eingriffs zu beschädigen.
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Überdies
ist die dynamo-elektrische Maschine mit einer Steuerung ausgerüstet, so
dass in dem Generatorbetriebsmodus ein Stromzufuhr-Abschaltbefehl
zum Abschalten einer Zufuhr des Stroms zu der Feldspule 71 des
elektromagnetischen Kupplungshauptkörpers 70, um das zylindrische
Element 40 freizugeben, ausgegeben wird, nachdem ein Start des
Verbrennungsmotors erfasst ist. Diese Anordnung verhindert eine
Startfehlfunktion, die durch fehlerhaftes Schalten von einem Startmodus
zu einem Energieerzeugungsmodus verursacht wird.
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In
der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform
ist das Kupplungs-Eingriffsglied 73 mit dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 verbunden
und greift in das zylindrische Element 40 ein, um dadurch
das zylindrische Element 40 in dem Motorbetriebsmodus zu bremsen.
Somit wird die Innenverzahnung 41 ein feststehendes Element,
und das Drehmoment des Rotors 100 wird zu der Energieübertragungsvorrichtung 112 über die
Rotorwelle 12, das Sonnenrad 20, das Planetenrad 30 und
den Träger 61 übertragen. Hinsichtlich
der Drehgeschwindigkeit des Rotors 100 wird der Motor bei
einem Produkt des Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses
des Planetengetriebes 111 (ungefähr 3 bis ungefähr 5) und
des Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses (fast 2) der Energieübertragungsvorrichtung 112 angetrieben.
Somit kann ein ausreichend hohes Drehmoment, das zum Starten des
Verbrennungsmotors erforderlich ist, durch Drehen des Rotors 100 bei
einer hohen Geschwindigkeit erreicht werden, wodurch sich der Bedarf
erübrigt,
die Größe der dynamo-elektrischen
Maschine zu erhöhen.
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Überdies
kann, da die gezahnten eingreifenden Abschnitte 42 und 76 als
die eingreifenden Einrichtungen des zylindrischen Elements 40 und
des Kupplungs-Eingriffglieds 73 verwendet werden, die Innenverzahnung 41 des
zylindrischen Elements 40 sicher in ein feststehendes Element überführt werden,
ohne die elektromagnetische Kupplung 110 zu vergrößern. Ein
Gewicht des zylindrischen Elements 40 kann verringert werden,
indem seine Wand dünner
ausgeführt
wird, und eine Last, die auf die Lager 43 und 44 wirkt,
kann dementsprechend verringert werden, mit einer resultierenden
verbesserten Zuverlässigkeit
der Lager 43 und 44.
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Außerdem ist
der Träger 61 drehbar
durch das zweite Gehäuseteil 81 über das
Lager 63 gehaltert, und die Einwegkupplung 113 ist
drehbar durch das erste Gehäuseteil 80 über das
Lager 54 gehaltert. Der Träger 61 und die Einwegkupplung 113 sind in
einem Stück über die
Trägerhaltewelle 64 und
die Planetenradwelle 65 kombiniert. Mit dieser Anordnung
wird die Festigkeit des Planetengetriebes 111 und der Einwegkupplung 113 verbessert,
und Schwierigkeiten, wie etwa eine Beschädigung an Zahnflächen, die
beispielsweise durch einen ungleichmäßigen Kontakt der Zahnflächen der
Innenverzahnung 41 verursacht wird, können verringert werden.
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Außerdem ist
eine radiale Länge
des eingreifenden Abschnitts 76 des Kupplungs-Eingriffglieds 73 unterschiedlich
von einer radialen Länge
des beweglichen eingreifenden Abschnitts 42 des zylindrischen
Elements 40. Deswegen kann, auch wenn die beiden gezahnten
eingreifenden Abschnitte 76, 42 in der axialen
Richtung dejustiert sind, die Dejustage absorbiert werden, wodurch
ein zuverlässiger
Eingriff und eine Freigabe der eingreifenden Abschnitte sichergestellt
wird.
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Zweite Ausführungsform
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In
den Beschreibungen der dynamo-elektrischen Maschinen gemäß den unten
diskutierten Ausführungsformen
werden ähnlichen
oder äquivalenten Komponenten
wie jenen der ersten Ausführungsform gleiche
Bezugszeichen zugeordnet werden.
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2 ist
eine Schnittansicht einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Die zweite Ausführungsform
ist von der ersten Ausführungsform
darin verschieden, dass eine äußere Fläche des
Außenrings 51 in
der Einwegkupplung 113 in engem Kontakt mit dem inneren Ring
des Lagers 44 steht, und eine innere Wandfläche des
zylindrischen Elements 40 in engem Kontakt mit einem äußeren Ring
des Lagers 44 steht.
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In
der zweiten Ausführungsform
trägt das
Lager 44 die Einwegkupplung 113 und das zylindrische Element 40.
Da das Lager 44 sowohl die Einwegkupplung 113 als
auch das zylindrische Element 40 drehbar haltert, kann
eine Gesamtanzahl und ein Gewicht verwendeter Lager verringert werden.
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Dritte Ausführungsform
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3 zeigt
eine Schnittansicht einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
dritten Ausführungsform.
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In
der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der dritten Ausführungsform
ist die Einwegkupplung 113 zwischen dem Träger 61 und
dem zylindrischen Element 40 bereitgestellt. Die Einwegkupplung 113 ist
mit dem Innenring 51 ausgerüstet, der an dem Träger 61 durch
einen Befestigungskeil 22, die Kupplungskörper 52,
die außerhalb
des Innenrings 50 bereitgestellt sind, und Lager 53,
die zwischen dem zylindrischen Element und dem Innenring 50 an beiden
Seiten der Kupplungskörper 52 angeordnet sind,
befestigt. Ein Ende des zylindrischen Elements 40 ist durch
das zweite Gehäuseteil 81 über das
Lager 43 drehbar gehaltert, und das andere Ende des zylindrischen
Elements 40 ist durch das erste Gehäuseteil 80 über das
Lager 54 drehbar gehaltert.
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Wenn
die dynamo-elektrische Maschine mit dem oben genannten Aufbau in
einem Motorbetriebsmodus ist, wird bei einem Start eines Verbrennungsmotors
die Feldspule 71 der elektromagnetischen Kupplung 110 erregt,
und das Kupplungs-Eingriffsglied 73 wird
mit einem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 gegen eine
elastische Kraft der Feder 74 verbunden, und der eingreifende Abschnitt 76 des
Kupplungs-Eingriffglieds 73 greift in den eingreifenden
Abschnitt 42 des zylindrischen Elements 40. Folglich
wird die Innenverzahnung 41 des zylindrischen Elements 40 ein
feststehendes Element, was es ermöglicht, eine Geschwindigkeitsverringerung
auf der Grundlage eines Verhältnisses einer
Anzahl von Zähnen
des Planetengetriebes 111 zu erreichen (ungefähr 3 bis
ungefähr
5). Ein Drehmoment des Rotors 100 verwendet das Sonnenrad 20 als
ein Eingangselement, und eine Drehung des Sonnenrads 20 veranlasst
das Planetenrad 30 dazu, sich um das Sonnenrad 20 herum
zu drehen, während
es sich um eine Planetenradachse 65 dreht. Wenn sich das
Planetenrad 30 herumdreht, dreht sich eine Riemenscheibe 60,
die integral mit dem Träger 61 ausgeführt ist,
unter Verwendung des Trägers 61 als
ein Ausgangselement und der Motor startet. Zu dieser Zeit läuft der
Innenring 50 der Einwegkupplung 113 hinsichtlich
des zylindrischen Elements 40 im Leerlauf.
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Somit
wird der Motor hinsichtlich einer Drehgeschwindigkeit des Rotors 100 mit
einem Produkt des Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses (ungefähr 3 bis
ungefähr
5) des Planetengetriebes 111 und eines Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses
(fast 2) der Energieübertragungsvorrichtung 112 angetrieben.
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Der
Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine in einem Generatorbetriebsmodus
wird nun beschrieben werden.
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Wenn
in dem Generatorbetriebsmodus elektrische Energie zugeführt wird,
wird der Strom, der der Feldspule 71 der elektromagnetischen
Kupplung 110 zugeführt
wird, ausgeschaltet, um das Kupplungs-Eingriffsglied 73 dazu
zu veranlassen, sich von dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 durch
die elastische Kraft der Feder 74 zu trennen, wodurch ein
Eingriff zwischen dem eingreifenden Abschnitt 76 des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 und
dem eingreifenden Abschnitt 42 des zylindrischen Elements 40 freigegeben
wird. Dies gestattet es, dass sich das zylindrische Element 40 dreht.
In diesem Zustand wird Energie von dem Motor zu dem Träger 61, der
ein Eingangselement ist, über
die Riemenscheibe 60 übertragen.
In dieser Drehrichtung ist die Einwegkupplung 113 in einem
Eingriffsmodus; deswegen drehen sich, wenn sich der Träger 61 dreht,
das zylindrische Element 40, das Planetenrad 30 und
das Sonnenrad 20, wobei das Sonnenrad 20 in einem Zentrum
ist, mit der gleichen Anzahl von Umdrehungen (der Träger 61,
das zylindrische Element 40 und das Planetenrad 30 sind
verbunden). Somit dreht sich der Rotor 100 über das
Sonnenrad 20, das mit dem Planetenrad 30 verzahnt
und der Rotorwelle 12 verbunden ist, wodurch eine elektromotorische
Kraft in der Dreiphasenstatorwicklung 2 erzeugt wird.
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In
der dritten Ausführungsform
sind ein Ende des Trägers 61 und
ein Ende des zylindrischen Elements 40 hinsichtlich des
zweiten Gehäuseteils 81 über das
gleiche Lager 43 drehbar gehaltert. Somit kann eine Menge
an Lagern, verglichen mit den dynamo-elektrischen Maschinen in den
ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsformen, verringert werden.
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Vierte Ausführungsform
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4 ist
eine Schnittansicht einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
vierten Ausführungsform
gezeigt.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform dadurch, dass der Träger 61 durch
zwei Komponenten ausgebildet ist, nämlich einem ersten Trägerelement 61A und
einem zweiten Trägerelement 61B,
und die Trägerelemente 61A und 61B sind
integral mit einer Schraube 67 verbunden. Um in das erste
Trägerelement 61A und
das zweite Trägerelement 61B sicher
einzugreifen, weist eine äußere Umfangskante
des ersten Trägerelements 61A eine
Nut 61A1 auf, während
eine äußere Umfangskante
des zweiten Trägerelements 61B einen
Vorsprung 61B1 aufweist.
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Gemäß der vierten
Ausführungsform
wird, um das Planetengetriebe 111 an dem ersten Gehäuseteil 80 zu
installieren, das Planetengetriebe 111 zuerst an dem zweiten
Trägerelement 61B über das
Lager 54 angebracht, dann wird das erste Mitnehmerelement 61A,
das ein Gegenstück
des zweiten Trägerelements 61B ist,
an dem zweiten Trägerelement 61B mit
der Schraube 67 über
das Planetenrad 30 und die Planetenradachse 65 gesichert.
Diese Anordnung lässt
eine größere Einfachheit
einer Installation zu.
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Fünfte Ausführungsform
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In 5 ist
eine Schnittansicht einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
fünften
Ausführungsform
gezeigt.
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In
der fünften
Ausführungsform
ist ein Ende eines an den Rotor 100 angrenzenden Träger 61 durch
das Lager 54, das an der Rotorwelle 12 befestigt
ist, drehbar gehaltert.
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Somit
wird, verglichen mit den oben bekanntgemachten dritten und vierten
Ausführungsformen, worin
das an den Rotor 100 angrenzende Ende des Trägers 61 durch
das Lager 54, das an dem ersten Gehäuseteil 80 befestigt
ist, drehbar gehaltert ist, die Festigkeit des Trägers 61 verbessert,
und das Planetenrad 30 greift sanft in die Innenverzahnung 41 des zylindrischen
Elements 40 und das Sonnenrad 20 ein, was es ermöglicht,
Schwierigkeiten, wie etwa eine Beschädigung an den Zahnflächen, die
durch einen ungleichmäßigen Kontakt
oder dergleichen herbeigeführt
wird, zu verhindern.
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Sechste Ausführungsform
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6 zeigt
eine Schnittansicht einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
sechsten Ausführungsform.
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In
der dynamo-elektrischen Maschine gemäß der sechsten Ausführungsform
sind das Sonnenrad 20 und der Innenring 50 der
Einwegkupplung 113 an einem Ende der Rotorwelle 12 über den
Befestigungskeil 22 befestigt. Der Träger 61, der das Planetenrad 30 drehbar
haltert und integral mit der Riemenscheibe 60 ausgeführt ist,
ist an einer äußeren Seite
der Einwegkupplung 113 über
die Planetenradachse 65 bereitgestellt, die in einen zentralen
Abschnitt des Planetenrads 30 in einer axialen Richtung eindringt.
Ein Lager 54 ist zwischen einem Ende des Trägers 61 und
einem Ende des zylindrischen Elements 40 bereitgestellt.
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Ein
Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine, die den zuvor genannten
Aufbau aufweist, wird in einem Motorbetriebsmodus beschrieben werden.
Bei einem Start des Verbrennungsmotors wird die Feldspule 71 der
elektromagnetischen Kupplung 110 erregt, und das Kupplungs-Eingriffsglied 73 wird
mit dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 gegen eine
elastische Kraft der Feder 74 verbunden, und der eingreifende
Abschnitt 76 des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 greift
in den eingreifenden Abschnitt 42 des zylindrischen Elements 40 ein.
Folglich wird die Innenverzahnung 41 des zylindrischen Elements 40 ein
feststehendes Element, was es ermöglicht, eine Geschwindigkeitsverringerung
auf der Grundlage eines Verhältnisses
einer Anzahl von Zähnen
des Planetengetriebes 111 (ungefähr 3 bis ungefähr 5) zu
erreichen. Ein Drehmoment des Rotors 100 verwendet das
Sonnenrad 20 als ein Eingabeelement, und eine Drehung des
Sonnenrads 20 veranlasst das Planetenrad 30 dazu,
sich um das Sonnenrad 20 zu drehen, während es sich um die Planetenradwelle 65 dreht.
Wenn sich das Planetenrad 30 dreht, dreht sich die Riemenscheibe 60,
die integral mit dem Träger 61 ausgeführt ist,
indem der Träger 61 als
ein Ausgangselement verwendet wird und der Motor startet. Zu dieser
Zeit läuft
der Innenring 50 der Einwegkupplung 113 hinsichtlich
des Trägers 61 im Leerlauf.
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Somit
wird hinsichtlich einer Drehgeschwindigkeit des Rotors 100 der
Motor bei einem Produkt des Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses (ungefähr 3 bis
ungefähr
5) des Planetengetriebes 111 und eines Geschwindigkeitsverringerungsverhältnisses
(fast 2) der Energieübertragungseinrichtung 112 angetrieben.
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Der
Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine in einem Generatorbetriebsmodus
wird nun beschrieben.
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Wenn
in dem Generatorbetriebsmodus Energie zugeführt wird, wird Strom, der der
Feldspule 71 der elektromagnetischen Kupplung 110 zugeführt wird,
abgeschaltet, um das Kupplungs-Eingriffsglied 73 dazu
zu veranlassen, sich von dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 durch
die Kraft der Feder 74 zu trennen. Dies gibt einen Eingriff
zwischen einem eingreifenden Abschnitt 76 des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 und
einem eingreifenden Abschnitt 42 des zylindrischen Elements 40 frei,
was es zulässt,
dass sich das zylindrische Element 40 dreht. In diesem
Zustand wird Bewegungsenergie von dem Motor zu dem Träger 61,
der ein Eingangselement ist, über
die Energieübertragungsvorrichtung 112 übertragen.
In dieser Drehrichtung ist die Einwegkupplung 113 in einem
Eingriffsmodus; deswegen dreht sich, wenn sich der Träger 61 dreht,
der Rotor 100 über
ein Zwischenelement 23 und die Rotorwelle 12,
was eine elektromotorische Kraft in der Dreiphasenstatorwicklung 2 erzeugt.
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In
dieser Ausführungsform
ist der Träger 61 integral
mit der Riemenscheibe 60 ausgeführt und drehbar hinsichtlich
des zylindrischen Elements 40 über das Lager 54 gehaltert,
das zwischen dem Träger 61 und
dem zylindrischen Element 40 angeordnet ist. Somit kann
die Anzahl von Lagern, verglichen mit beispielsweise der dynamo-elektrischen
Maschine in der fünften
Ausführungsform,
worin der Träger 61 durch
ein Paar von Lagern 54 drehbar gehaltert ist, verringert
werden.
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Siebte Ausführungsform
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7 zeigt
eine Schnittansicht einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
siebten Ausführungsform.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform darin, dass das zylindrische
Element 40 eine Unterseite aufweist. Die mit einer Unterseite
versehene zylindrische Konfiguration des zylindrischen Elements 40 verbessert
die Festigkeit des zylindrischen Elements 40, und das Planetenrad 30 greift
sanft in die Innenverzahnung 41 und das Sonnenrad 20 des
zylindrischen Elements 40 ein. Diese Anordnung erlaubt
eine Verhinderung einer Beschädigung
oder dergleichen an Zahnflächen
aufgrund eines ungleichmäßigen Kontakts
oder dergleichen.
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Achte Ausführungsform
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In 8 ist
eine Schnittansicht einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
achten Ausführungsform
gezeigt.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform darin, dass die Riemenscheibe 60 integral
mit dem Träger 61 über einen
Befestigungskeil 68 ausgeführt ist, und die Riemenscheibe 60 und
der Träger 61 durch
das zweite Gehäuseteil 81 über das
Lager 54 drehbar gehaltert sind.
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In
der achten Ausführungsform
wird eine Momentenlast von der Riemenspannung, die auf die Riemenscheibe 60 wirkt,
durch das zweite Gehäuseteil 81 über das
Lager 54 gehaltert. Mit dieser Anordnung kann eine Deformation
des Trägers 61,
die einer Last, die durch die Energieübertragungsvorrichtung 112 angelegt
wird, verhindert werden, und das Planetenrad 30 greift
sanft in die Innenverzahnung 41 und das Sonnenrad 20 des
zylindrischen Elements 40 ein, was eine Verhinderung einer
Beschädigung
oder dergleichen an Zahnflächen
aufgrund eines ungleichmäßigen Kontakts
oder dergleichen zulässt.
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Neunte Ausführungsform
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9 ist
eine Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
neunten Ausführungsform
zeigt.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform darin, dass eine Einrichtung 69 in
Form einer Gummikomponente zwischen der Einwegkupplung 113 und
dem Träger 61 angeordnet
ist. Die Gummikomponente ist ein elastisches Element, das als eine
vibrationsabsorbierende Einrichtung zum Absorbieren von Vibration
und von Drehmomentwelligkeiten dient.
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In
der neunten Ausführungsform
führt,
wenn Drehmomentwelligkeiten, die der Verbrennung innerhalb der Zylinder
in dem Verbrennungsmotor zuzuschreiben sind, zu der Einwegkupplung 113 übertragen
werden, die Einwegkupplung 113 eingreifende und freigebende
Betriebsweisen in Reaktion auf die Drehmomentwelligkeiten durch.
Wiederholte eingreifende und freigebende Betriebsweisen können es beispielsweise
verursachen, dass koppelnde Flächen
der Kupplungskörper 52 der
Einwegkupplung 113 ermüden
und brechen. Die Gummikomponente ermöglicht eine Absorption der
Variationen in einer Drehung, was zu einer verlängerten Lebensdauer der Einwegkupplung 113 führt. Aus
dem gleichen Grundabsorbiert die Gummikomponente plötzliche Variationen
in der Drehung oder einer Stoßlast
bei einem Start oder Stopp des Verbrennungsmotors, was zu einer
verlängerten
Lebensdauer der Einwegkupplung 113 führt.
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Zehnte Ausführungsform
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10 ist
eine Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
zehnten Ausführungsform
zeigt.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass der
eingreifende Abschnitt 76 des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 und
der eingreifende Abschnitt 42 des zylindrischen Elements 40 an
einer äußeren Umfangsseite des
elektromagnetischen Kupplungshauptkörpers 70 eingerastet
und freigegeben werden können.
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Gemäß der zehnten
Ausführungsform
kann eine axiale Dimension der dynamo-elektrischen Maschine, verglichen
mit der ersten Ausführungsform, verringert
werden.
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Elfte Ausführungsform
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11 ist
eine Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
elften Ausführungsform
zeigt.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der zehnten Ausführungsform darin, dass das Kupplungs-Eingriffsglied 73 durch
einen kreisförmigen
Scheibenabschnitt 73A, der eine magnetische Schaltung bildet
und aus einem magnetischen Bestandteil besteht, und einen zylindrischen
Abschnitt 73B, der aus einer Aluminiumlegierung (einem Nicht-Eisen-Metall)
besteht und den eingreifenden Abschnitt 76 an seiner Endfläche aufweist,
ausgebildet ist. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der zehnten Ausführungsform auch darin, dass das
zweite Gehäuseteil 81 eine
konkav-konvexe Führungsfläche 81a aufweist,
und eine äußere Umfangsfläche des
zylindrischen Abschnitts 73B eine Führungsfläche 73B1 aufweist,
die auf die Führungsfläche 81a in
einer axialen Richtung geschoben werden kann. Der zylindrische Abschnitt 73B kann
aus einem synthetischen Harz gebildet sein.
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In
der elften Ausführungsform
ist der zylindrische Abschnitt 73B, der nicht in der magnetischen Schaltung
eingeschlossen ist, aus einer Aluminiumlegierung oder einem synthetischen
Harz gebildet, was es zulässt,
dass ein geringeres Gewicht erzielt werden kann.
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Überdies
ermöglicht
es das Kupplungs-Eingriffsglied 73, das mit der Führungsfläche 81a und der
Führungsfläche 73B1 versehen
ist, dass sich das Kupplungs-Eingriffsglied 73 sanft mit
dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 verbindet, wenn
die Feldspule 71 erregt wird, und sich auch sanft davon
trennt, wenn die Feldspule 71 deaktiviert wird. Außerdem wirken,
um das Kupplungs-Eingriffsglied 73 an dem zweiten Gehäuseteil 81 zu
installieren, die Führungsflächen 81a und 73B1 als
Positioniereinrichtungen, was eine größere Einfachheit der Installation
zulässt.
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Zwölfte Ausführungsform
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12 ist
eine Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
zwölften
Ausführungsform
zeigt.
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Die
zwölfte
Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass eine konkav-konvexe
Führungsfläche 80a auf
einer äußeren Umfangsfläche des
ersten Gehäuseteils 80 gebildet
ist, und eine Führungsfläche 73a auf
einer inneren Durchmesserfläche
des Kupplungs-Eingriffsglieds 73 derart gebildet ist, dass
es in einer axialen Richtung hinsichtlich der Führungsfläche 80a gleiten kann.
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Das
Kupplungs-Eingriffsglied 73 ist mit der Führungsfläche 80a und
der Führungsfläche 73a versehen,
so dass sich das Kupplungs-Eingriffsglied 73 sanft mit
dem Kupplungshauptkörper 70 verbindet, wenn
die Feldspule 71 erregt wird, und sich auch sanft davon
trennt, wenn die Feldspule 71 deaktiviert wird. Außerdem wirken,
um das Kupplungs-Eingriffsglied 73 an dem ersten Gehäuseteil 80 zu
installieren, die Führungsflächen 80a und 73a als
Positioniereinrichtungen, was eine größere Einfachheit der Installation
zulässt.
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Dreizehnte Ausführungsform
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13 ist
eine Schnittansicht, die eine dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
dreizehnten Ausführungsform
zeigt.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der zehnten Ausführungsform darin, dass die konkav-konvexe
Führungsfläche 81a auf
einer inneren Wandfläche
des zweiten Gehäuseteils 81 gebildet
ist und die Führungsfläche 73a auf
einer äußeren Fläche des
Kupplungs-Eingriffsglieds 73 derart gebildet ist, dass
es in einer axialen Richtung bezüglich der
Führungsfläche 81a gleiten
kann.
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In
der dreizehnten Ausführungsform
ist das Kupplungs-Eingriffsglied 73 mit
der Führungsfläche 81a und
der Führungsfläche 73a versehen,
so dass sich das Kupplungs-Eingriffsglied 73 sanft
mit dem elektromagnetischen Kupplungshauptkörper 70 verbindet,
wenn die Feldspule 71 erregt wird, und sich auch sanft
davon trennt, wenn die Feldspule 71 deaktiviert wird. Außerdem wirken,
um das Kupplungs-Eingriffsglied 73 an dem zweiten Gehäuseteil 81 zu
installieren, die Führungsflächen 81a und 73a als
Positioniereinrichtungen, was eine größere Einfachheit der Installation
zulässt.
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In
den ersten bis dreizehnten oben beschriebenen Ausführungsformen
ist das zylindrische Element 40 aus einem nicht-magnetischen
Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung oder einem synthetischen
Harz, gebildet.
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Zumindest
eines der Lager 43 (oder Bezugszeichen 54 in den
vierten, fünften,
sechsten, siebten und neunten Ausführungsformen) oder 44,
das das zylindrische Element 40, das die Innenverzahnung 41 auf
seiner inneren Umfangswandfläche
aufweist, setzt ein ringförmiges
Kugellager oder dergleichen ein, das eine resultierende Last aus
axialen und radialen Lasten drehbar aufnimmt.
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In
den ersten, zehnten und dreizehnten Ausführungsformen sind eine Vielzahl
von Lagern 54 für die
Einwegkupplung 113 angeordnet; jedoch kann statt dessen
ein Lager 54 verwendet werden.
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Im
Hinblick auf die Lager für
das zylindrische Element 40 kann entweder das Lager 43 oder 44 allein
in der ersten Ausführungsform
(1), der achten Ausführungsform (8)
und der zehnten (10) bis der dreizehnten (13)
verwendet werden. Die zweite Ausführungsform (2)
kann das Lager 44 allein verwenden. In der sechsten Ausführungsform
(6) kann entweder das Lager 44 oder 54 verwendet
werden. Die siebte Ausführungsform
(7) kann das Lager 44 allein verwenden. Die
neunte Ausführungsform
(9) kann entweder das Lager 44 oder 54 allein
verwenden.
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In
den oben bekannt gemachten Ausführungsformen
sind die Beschreibungen der dynamo-elektrischen Maschinen mit Rotoren
gegeben worden, wobei Feldwicklungen um Rotoreisenkerne gewickelt
sind; jedoch können
auch dynamo-elektrische Maschinen, wie etwa Käfigläuferinduktionsmaschinen und
magnetosynchrone Maschinen verwendet werden.
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Die
V-Riemen, die als die Komponenten der Energieübertragungseinrichtungen in
den obigen Ausführungsformen
verwendet werden, können durch
Ketten oder gezahnte Riemen ersetzt werden.