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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
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Diese Anwendung basiert auf und beansprucht Priorität von der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-228316 , eingereicht am 8. Oktober 2010, und Nr. 2011-103629, eingereicht am 6. Mai 2011, deren Inhalte hiermit unter Bezugnahme in vollem Umfang in diese Anmeldung mit aufgenommen werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drehende elektrische Maschinen die, zum Beispiel, in motorisierten Fahrzeugen als elektrische Motoren und elektrische Generatoren verwendet werden. Außerdem kann die Erfindung ebenso auf industrielle Maschinen und elektrische Haushaltsgeräte angewandt werden.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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20 stellt eine konventionelle drehende elektrische Maschine
100 (siehe, zum Beispiel,
Japanische Patentanmeldung PublikationsNr. 2001-268868 ) dar. Die drehende elektrische Maschine
100 enthält einen Stator
104 und einen Rotor
105. Der Stator
104 enthält einen Statorkern
102 und eine auf den Statorkern
102 gewickelte Statorwicklung
103. Der Statorkern
102 weist eine Vielzahl von Statorzähnen
101 auf, die in der Umfangsrichtung des Statorkerns
102 in bestimmten Abständen angeordnet sind. Weiter weist jeder der Statorzähne
101 eine Vielzahl an (z. B., vier in
20) Statorzähnchen (oder kleine Zähne)
108 auf, die an seinem distalen Ende ausgebildet sind. Der Rotor
105 ist drehbar radial innerhalb Stator
104 angeordnet. Der Rotor
105 weist eine Vielzahl von Rotorzähnchen
110 auf, die auf der radial äußeren Peripherie des Rotors
105 derart ausgebildet sind, dass diese den Statorzähnchen
108 über einen dazwischen ausgebildeten Luftspalt
109 gegenüberliegen. Der Rotor
105 wird durch eine positive elektromagnetische Kraft, die zwischen den Statorzähnchen
108 und den Rotorzähnchen
110 erzeugt wird, gedreht. Nachstehend kennzeichnet die positive elektromagnetische Kraft eine elektromagnetische Kraft, die einen Beitrag zum Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine leistet.
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Außerdem ist es, im Sinne der Vergrößerung des Drehmoments der drehenden elektrischen Maschine 100, vorzuziehen, die umfänglichen Abstände der Statorzähnchen 108 und der Rotorzähnchen 110 klein festzulegen, in anderen Worten, die Anzahl der Statorzähnchen 108 und der Rotorzähnchen 110 groß festzulegen.
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Allerdings, wenn die umfänglichen Abstände der Statorzähnchen 108 und der Rotorzähnchen 110 zu klein festgelegt werden, wird ebenso eine negative elektromagnetische Kraft zwischen den Statorzähnchen 108 und den Rotorzähnchen 110 erzeugt. Die negative elektromagnetische Kraft behindert die Drehung des Rotors 105, wodurch das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 100 vermindert wird.
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Deshalb ist es gewünscht, die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft zwischen den Statorzähnchen 108 und den Rotorzähnchen 110 zu unterdrücken, wourch das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 100 vergrößert wird.
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Zusätzlich beinhalten drehende elektrische Maschinen, die ein Reluktanz-Drehmoment erzeugen, wie zum Beispiel ein synchroner Reluktanz-Motor, generell des Problem der Reduzierung des Drehmoments, bedingt durch die negative elektromagnetische Kraft die zwischen Stator und Rotor erzeugt wird.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer Ausführungsform, ist eine erste drehende elektrische Maschine vorgesehen, die einen Stator, eine Rotor und eine Vielzahl an magnetischen Schirmen enthält. Der Stator enthält einen Statorkern und eine um den Statorkern gewickelte Statorwicklung. Der Statorkern weist eine Vielzahl an Statorzähnen auf, die in der Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Der Rotor enthält einen Rotorkern, der darin eine Vielzahl von ausgeprägten Magnetpole ausgebildet hat. Die ausgeprägten Magnetpole liegen den Statorzähnen über einen dazwischen ausgebildeten Luftspalt gegenüber. Jede der magnetischen Schirmungen ist dazu vorgesehen, entweder an der vorderen Seite des entsprechenden Statorzahns oder an der rückwärtigen Seite des entsprechenden ausgeprägten Magnetpols in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors, einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der die Erzeugung einer negativen magnetischen Kraft unterdrückt, die die Drehung des Rotors behindert.
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Folglich ist es mit den magnetischen Schilden möglich die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft, die zwischen den Statorzähnen und den ausgeprägten Magnetpole erzeugt wird, zu unterdrücken, dabei wird das Drehmoment der neuartigen drehenden elektrischen Maschine vergrößert.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist eine zweite drehende elektrische Maschine vorgesehen, die einen Stator und eine Rotor enthält. Der Stator beinhaltet einen Statorkern und eine auf den Statorkern gewickelte Statorwicklung. Der Statorkern weist eine Vielzahl von Statorzähnen auf, die in der Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Jeder der Statorzähne weist eine Vielzahl Statorzähnchen auf, die an seinem distalen Ende ausgebildet sind. Der Rotor enthält einen Rotorkern der eine Vielzahl von Rotorzähnchen darin ausgebildet hat. Die Rotorzähnchen liegen den Statorzähnchen über einen dazwischen ausgebildeten Luftspalt gegenüber. Weiter ist für jeden der Statorzähne eine Vielzahl an magnetischen Schirmungen an den Statorzähnchen eines Statorzahns vorgesehen, um einen magnetischen Fluss zu verursachen, der die Erzeugung einer negativen magnetischen Kraft unterdrückt, die die Drehung des Rotors behindert.
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Folglich ist es mit den magnetischen Schirmungen möglich, die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft, die zwischen den Statorzähnchen und den Rotorzähnchen erzeugt wird, zu unterdrücken. Als Ergebnis ist es möglich, das Drehmoment der zweiten drehenden elektrischen Maschine zu vergrößern. Zusätzlich wird es möglich, das Drehmoment der zweiten drehenden elektrischen Maschine noch weiter zu vergrößern, indem die Anzahl der Statorzähnchen und der Rotorzähnchen vergrößert wird.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen der ersten und der zweiten drehenden elektrischen Maschinen besteht jede der magnetischen Schirmungen aus einem elektrischen Leiter. Folglich ist es möglich, Wirbelstrom oder Kurzschlussstrom in jeder der magnetischen Schirmungen zu induzieren und dadurch einen magnetischen Fluss zu verursachen, der die Erzeugung von negativer magnetischer Kraft unterdrückt.
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Weiter sind die magnetischen Schirmungen der ersten drehenden elektrischen Maschine elektrisch vom Statorkern und vom Rotorkern isoliert. Folglich wird der Wirbelstrom oder Kurzschlussstrom, der in den magnetischen Schirmungen induziert wird, daran gehindert zu dem Statorkern und dem Rotorkern zu fließen. Als Ergebnis ist es möglich, die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft zuverlässig zu unterdrücken, ohne die Erzeugung von positiver elektromagnetischer Kraft zu beeinflussen.
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In ähnlicher Weise sind in der zweiten drehenden elektrischen Maschine die magnetischen Schirmungen elektrisch von den Statorzähnchen isoliert. Folglich wird der Wirbelstrom oder Kurzschlussstrom, der in den magnetischen Schirmungen induziert wird, daran gehindert in die Statorzähnchen zu fließen. Als Ergebnis ist es möglich, die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft zuverlässig zu unterdrücken, ohne die Erzeugung von positiver elektromagnetischer Kraft zu beeinflussen.
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Des Weiteren besteht in den ersten und zweiten drehenden elektrischen Maschinen jede der magnetischen Schirmungen aus Kupfer oder Aluminium, die beide einen niedrigen Widerstand besitzen. Folglich kann der Wirbelstrom oder der Kurzschlussstrom in den magnetischen Schirmungen leicht induziert werden und dadurch die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft effektiver unterdrücken.
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In den ersten und zweiten drehenden elektrischen Maschinen kann jede der magnetischen Schirmungen aus einer elektrischen Leiterplatte bestehen. In diesem Fall ist es möglich, einen Wirbelstrom an der Oberfläche von jeder der magnetischen Schirmungen zu induzieren und dadurch einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der die Erzeugung negativer elektromagnetischer Kraft unterdrückt.
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Alternativ können die magnetischen Schirmungen aus einer kurzgeschlossenen Wicklung bestehen. In diesem Fall ist es möglich, Kurzschlussstrom in jeder der magnetischen Schirmungen zu induzieren und dadurch einen magnetischen Fluss zu erzeugen, der die Erzeugung der negativen elektromagnetischen Kraft unterdrückt.
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In der ersten drehenden elektrischen Maschine kann jeder der ausgeprägten Magnetpole des Rotorkerns aus einem Vorsprung bestehen, der in Richtung des Stators hervorragt.
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Alternativ kann in der ersten elektrischen Maschine der Rotorkern eine Vielzahl von im Wesentlichen U-förmigen Rotorkernsegmenten beinhalten, die in der Umfangsrichtung des Rotorkerns in bestimmten Abständen angeordnet sind. Jede der Rotorkernsegmente kann ein Paar an Vorsprungsabschnitten aufweisen, die entsprechend an den gegenüberliegenden umfänglichen Enden des Rotorkerns derart ausgebildet sind, dass diese in Richtung des Stators hervorragen und einen Verbindungsabschnitt der sich in Umfangsrichtung des Rotorkerns erstreckt, um die Vorsprungsabschnitte zu verbinden. Jeder der ausgeprägten Magnetpole des Rotorkerns kann aus einem zugehörigen in Umfangsrichtung benachbarten Paar von Vorsprungsabschnitten verschiedener Rotorkernsegmente bestehen.
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Als eine andere Alternative kann in der drehenden elektrischen Maschine der Rotorkern eine Vielzahl von stark magnetisch reluktanten Abschnitten und eine Vielzahl von niedrig magnetisch reluktanten Abschnitten aufweisen. Die stark magnetisch reluktanten Abschnitte sind in Abständen zueinander in Umfangsrichtung des Rotorkerns angeordnet. Jeder der niedrig reluktanten Abschnitte hat eine niedrigere magnetische Reluktanz als die stark magnetisch reluktanten Abschnitte und wird zwischen einem entsprechenden in Umfangsrichtung benachbarten Paar von stark magnetisch reluktanten Abschnitten ausgebildet. Jeder der ausgeprägten Magnetpole des Rotorkerns kann aus einen der entsprechenden der niedrig magnetisch reluktanten Abschnitte bestehen.
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In der ersten drehenden elektrischen Maschine kann jeder der Statorzähne eine Vielzahl an Statorzähnchen besitzen, die an seinem distalen Ende ausgebildet sind. Der Rotorkern kann eine Vielzahl an Rotorzähnchen aufweisen, bei dem jedes einen der ausgeprägten Magnetpole ausbildet. Jede der magnetischen Schirmungen kann entweder auf einer vorderen Seite des entsprechenden Statorzähnchens oder auf der rückwärtigen Seite des entsprechenden Rotorzähnchens in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist in der zweiten drehenden elektrischen Maschine jedes der Rotorzähnchen derart geformt, dass es in Bezug auf eine imaginäre Linie asymmetrisch ist; wobei die imaginäre Linie dadurch definiert ist, dass diese sich gerade durch die Umfangsmitte des Rotorzähnchens am proximalen Ende des Rotorzähnchens und der radialen Achse eines rotierenden Schafts des Rotors erstreckt. Für jedes der Rotorzähnchen ist der Luftspalt auf der rückwärtigen Seite breiter als auf der vorderen Seite des Rotorzähnchens in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors.
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Mit obiger Konfiguration ist es möglich, für jedes der Rotorzähnchen die magnetische Permeabilität zwischen dem Rotorzähnchen und dem Statorzähnchen auf der rückwärtigen Seite des Rotorzähnchens zu reduzieren und damit die negative magnetische Kraft nach weiter zu reduzieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden, diese sollten jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf bestimmte Ausführungsformen, sondern nur zum Zweck der besseren Erläuterung und Verständnisses verwendet werden.
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In den begleitenden Zeichnungen:
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1 ist eine axiale Endansicht sowohl des Stators als auch des Rotors einer drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine;
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3A ist eine schematische Ansicht, die die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole und den Statorzähnen, die dem ausgeprägten Magnetpol in der drehenden elektrischen Maschine radial gegenüberliegen, erläutert, wenn keine magnetische Schirmung für den ausgeprägten Magnetpol vorgesehen ist;
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3B ist eine schematische Ansicht, die die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole und den Statorzähnen, die dem ausgeprägten Magnetpol in der drehenden elektrischen Maschine radial gegenüberliegen, erläutert, wenn eine magnetische Schirmung für den ausgeprägten Magnetpol vorgesehen ist;
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4 ist ein Schwingungsdiagramm, das einen Vergleich der Drehmomente der drehenden elektrischen Maschine mit und ohne die magnetischen Schirmungen der ausgeprägten Magnetpole gibt;
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5 ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils einer drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 ist eine axiale Endansicht sowohl des Stators als auch des Rotors einer drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
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7 ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten Ausführungsform;
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8A ist eine schematische Darstellung, die die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole und den Statorzähnen, die dem ausgeprägten Magnetpol in der drehenden elektrischen Maschine radial gegenüberliegen, gemäß der dritten Ausführungsform erläutert, wenn keine magnetische Schirmung für den ausgeprägten Magnetpol vorgesehen ist;
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8B ist eine schematische Darstellung, die die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole und den Statorzähnen, die dem ausgeprägten Magnetpol in der drehenden elektrischen Maschine radial gegenüberliegen, gemäß der dritten Ausführungsform erläutert, wenn eine magnetische Schirmung für den ausgeprägten Magnetpol vorgesehen ist;
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9 ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung;
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10A ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung;
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10B ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung;
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11 ist eine axiale Endansicht sowohl eines Stators als auch eines Rotors einer drehenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung;
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12 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils von 11, der mit einer gestrichelten Linie umgeben ist.
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13A ist eine schematische Darstellung, die die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um die Statorzähnchen und die Rotorzähnchen in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform erläutert, wenn keine magnetischen Schirmungen für die Statorzähnchen vorgesehen sind;
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13B ist eine schematische Darstellung, die die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um die Statorzähnchen und die Rotorzähnchen in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der siebten Ausführungsform erläutert, wenn magnetischen Schirmungen für die Statorzähnchen vorgesehen sind;
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14 ist ein Schwingungsdiagramm, dass einen Vergleich zwischen den Drehmomenten der drehenden elektrischen Maschine, erzeugt mit und ohne den magnetischen Schirmungen der Statorzähnchen, gemäß der siebten Ausführungsform, gibt;
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15 ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine gemäß der achten Ausführungsform der Erfindung;
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16 ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine gemäß der neunten Ausführungsform der Erfindung;
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17 ist eine vergrößerte axiale Endansicht eines Teils der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zehnten Ausführungsform der Erfindung;
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18 ist eine axiale Endansicht sowohl des Stators also auch des Rotors einer drehenden elektrischen Maschine gemäß der elften Ausführungsform der Erfindung;
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19 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils von 18, der mit einer gestrichelten Linie umgeben ist;
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20 ist eine schematische Ansicht die sowohl die positiven als auch die negativen elektromagnetischen Kräfte, die zwischen den Statorzähnchen und den Rotorzähnchen in einer konventionellen drehenden elektrischen Maschine erzeugt werden, darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die 1–19 beschrieben. Aus Gründen der Klarheit und des Verständnisses sollte zur Kenntnis genommen werden, dass identische Komponenten mit identischen Funktionen in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, wenn möglich, in jeder der Zeichnungen mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet wurden und, um Redundanz zu vermeiden, Beschreibungen der identischen Komponenten nicht wiederholt werden.
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[Erste Ausführungsform]
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1 stellt eine Gesamtkonfiguration einer drehenden elektrischen Maschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform ist die drehende elektrische Maschine 1 als synchroner Reluktanz-Motor konfiguriert.
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Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die drehende elektrische Maschine 1 einen Rotor 2 und einen Stator 3 der radial außerhalb von Rotor 2 derart angeordnet ist, dass er den Rotor 2 umgibt.
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Genauer gesagt beinhaltet der Rotor 2 einen Rotorkern 2a, der durch das Schichten einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen in eine hohle zylindrische Form ausgebildet wird. Der Rotorkern 2a wird an seinem radialen Zentrum an einer drehenden Achse 4 angebracht. An der radial äußeren Peripherie des Rotorkerns 2a ist eine Vielzahl (z. B., acht in der vorliegenden Ausführungsform) magnetisch ausgeprägter Pole 5 ausgebildet, um ein Reluktanz-Drehmoment zu erzeugen. Jeder der ausgeprägten Magnetpole steht radial nach außen hervor (z. B. in Richtung von Stator 3) und ist in bestimmten Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 2a angeordnet.
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Stator 3 enthält einen Statorkern 6 und eine mehrphasige Wicklung 7. Der Statorkern 6 wird gebildet, indem eine Vielzahl von magnetischen Stahlblechen in eine hohle zylindrische Form geschichtet wird. Die Statorwicklung 7 beinhaltet aus einer Vielzahl an Phasenwicklungen und ist auf den Statorkern mithilfe einer verteilten Wicklungsmethode aufgewickelt.
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Der Statorkern 6 weist eine Vielzahl von Statorzähnen 9 auf, die auf der radialen inneren Peripherie des Statorkerns 6 derart ausgebildet sind, dass diese radial nach innen hervorstehen (z. B. in Richtung von Rotor 2). Die Statorzähne 9 sind in Umfangsrichtung des Statorkerns 6 in bestimmten Abständen angeordnet. Weiter ist zwischen jedem in Umfangsrichtung benachbarten Paar von Statorzähnen 9 ein Schlitz 10 ausgebildet. Die Statorwicklung 7 ist derart um den Statorzahn 9 gewickelt, dass diese in dem Schlitz 10 des Statorkerns 6 aufgenommen wird. Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl der Statorzähne 9 gleich 48 und die Statorwicklung 7 ist eine drei-phasige Statorwicklung.
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Weiter Bezug nehmend auf 2 in der vorliegenden Ausführungsform, weist jeder der Statorzähne 9 einen distalen Endteil 9a (z. B. einen radial innenliegenden Endteil gerichtet auf Rotor 2) auf, der radial nach innen gerichtet von dem radial inneren Ende der Statorwicklung 7 hervorsteht und bei dem sich die Umfangsbreite des Statorzahns 9 radial nach innen vergrößert.
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Die Statorzähne 9 liegen radial den ausgeprägten Magnetpole 5 des Rotorkerns 2a über einen dazwischen ausgebildeten Luftspalt 13 gegenüber. Im Betrieb, bei Bestromung der Statorwicklung 7, wird eine positive elektromagnetische Kraft zwischen den Statorzähnen 9 und den ausgeprägten Magnetpole 5 erzeugt und dadurch Rotor 2 zum Drehen veranlasst.
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Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform für jede der ausgeprägten Magnetpole 5 eine magnetische Schirmung 11 auf der rückwärtigen Seite des ausgeprägten Magnetpols 5 in Bezug auf die Rotationsrichtung von Rotor 2 vorgesehen. Die magnetische Schirmung 11 erzeugt einen magnetischen Fluss um die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft zwischen dem ausgeprägten Magnetpol 5 und den Statorzähnen 9 zu unterdrücken; die negative elektromagnetische Kraft behindert die Drehung von Rotor 2.
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Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die magnetische Schirmung 11 in Form einer elektrischen Leiterplatte ausgeführt, die zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer besteht. Die magnetische Schirmung 11 ist an einer rückwärtigen Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 angebracht. Weiter ist zwischen der magnetischen Schirmung 11 und der rückwärtigen Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 eine isolierende Platte oder isolierende Beschichtung (nicht dargestellt) eingefügt, um die magnetische Schirmung 11 von dem ausgeprägten Magnetpol 5 elektrisch zu isolieren.
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Die vorteilhaften Effekte, magnetischen Schirmungen 11 in der drehenden elektrischen Maschine vorzusehen, werden nachstehend mit Verweis auf 3A und 3B beschrieben.
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3A stellt die Verteilung der elektromagnetischer Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole 5 und den Statorzähnen 9 dar, die dem ausgeprägten Magnetpol 5 radial gegenüberliegen, wenn keine magnetische Schirmung 11 für den ausgeprägten Magnetpol 5 vorgesehen ist. Andererseits stellt 3b die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole und den Statorzähnen 9 dar, die dem ausgeprägten Magnetpol 5 radial gegenüberliegen, wenn eine magnetische Schirmung 11 für den ausgeprägten Magnetpol 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist.
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Wenn, wie in 3A dargestellt, keine magnetische Schirmung für den ausgeprägten Magnetpol 5 vorgesehen ist, wird eine negative elektromagnetische Kraft zwischen dem ausgeprägten Magnetpol 5 und den distalen Endteilen 9a des Statorzahns 9 erzeugt (siehe den Teil von 3A, der mit einer gestrichelten Linie umgeben ist).
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Wenn zum Vergleich, wie in 3B dargestellt, eine magnetische Schirmung 11 für den ausgeprägten Magnetpol 5 vorgesehen ist, wird die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft unterdrückt (siehe den Teil von 3B, der mit einer gestrichelten Linie umgeben ist).
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Dies kommt daher, dass: das magnetische Feld, das bei Erregung bzw. Bestromung der Statorwicklung 7 erzeugt wird, induziert einen Wirbelstrom an der Oberfläche der magnetischen Schirmung 11; und der Wirbelstrom erzeugt einen magnetischen Fluss der den magnetischen Fluss schwächt, der die negative elektromagnetische Kraft erzeugt.
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Insbesondere erzeugt der Wirbelstrom, der an der Oberfläche der magnetischen Schirmung induziert wird, einen magnetischen Fluss in einer Richtung der den magnetischen Fluss, der durch die Erregung bzw. Bestromung der Statorwicklung 7 (d. h. den magnetischen Hauptfluss) erzeugt wird, behindert. Somit wird die magnetische Flussdichte um die magnetische Schirmung 11 vermindert und dadurch die negative elektromagnetische Kraft vermindert. Infolgedessen ist das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 1 erhöht.
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4 gibt einen Vergleich der erzeugten Drehmomente der drehenden elektrischen Maschine 1 mit und ohne den magnetischen Schirmungen 11 die für die ausgeprägten Magnetpole 5 vorgesehen sind; die Drehmomente werden durch numerische Analyse erhalten.
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Wie in 4 zu sehen, ist das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 1 das mit den magnetischen Schirmungen 11, die für die ausgeprägten Magnetpole 5 vorgesehen sind, erzeugt wird, größer als das, das ohne die magnetischen Schirmungen 11 erzeugt wird. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform das Drehmoment das mit den magnetischen Schirmungen 11, die für die ausgeprägten Magnetpole 5 vorgesehen sind, erzeugt wird, um durchschnittlich 10% größer als ohne die magnetischen Schirmungen 11.
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[Zweite Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die fast die gleiche Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen beschrieben.
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Bezug nehmend auf 5 enthält in dieser Ausführungsform die drehende elektrische Maschine 1 anstelle der magnetischen Schirmungen 11 der ersten Ausführungsform eine Vielzahl an magnetischen Schirmungen 11a, bei der jede aus einer kurzgeschlossenen Wicklung besteht.
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Insbesondere ist die kurzgeschlossene Wicklung eine Wicklung die kurzgeschlossen ist, um einen geschlossenen elektrischen Stromkreis auszubilden. Die kurzgeschlossene Wicklung erhält man, in dem ein beschichteter elektrischer Draht gewickelt wird, der einen elektrisch leitfähigen Draht, der, zum Beispiel, aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist und eine isolierende Hülle die die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Drahts bedeckt, enthält.
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Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform für jeden der ausgeprägten Magnetpole 5 des Rotorkerns 2a an der rückwärtigen Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 ein Vorsprung 5b und ein Ausschnitt 5c, der den Vorsprung 5b umgibt, ausgebildet.
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Jede der magnetischen Schirmungen 11a ist derart um den Vorsprung 5b des entsprechenden ausgeprägten Magnetpols gewickelt, dass diese in den Ausschnitt 5c des entsprechenden ausgeprägten Magnetpols 5 aufgenommen wird. Zusätzlich, nachdem jede der magnetischen Schirmungen 11a wie oben beschrieben aus einem beschichteten elektrischen Draht besteht, ist diese elektrisch von dem entsprechenden ausgeprägten Magnetpol isoliert.
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Im Betrieb der drehenden elektrischen Maschine 1 induziert das magnetische Feld, das bei Erregung bzw. Bestromung der Statorwicklung 7 erzeugt wird, für jedes der magnetischen Schirmungen 11a einen Kurzschlussstrom in der magnetischen Schirmung 11a. Der Kurzschlussstrom erzeugt einen magnetischen Fluss, der den magnetischen Fluss schwächt, der die negative elektromagnetische Kraft erzeugt.
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Insbesondere erzeugt der Kurzschlussstrom den magnetischen Fluss in einer Phase, die hinter der Phase des magnetischen Flusses der durch die Erregung bzw. Bestromung der Statorwicklung 7 (d. h. dem magnetischen Hauptfluss) entsteht nachläuft. Folglich wird die magnetische Flussdichte um die magnetische Schirmung 11a vermindert, dabei wird die negative elektromagnetische Kraft vermindert. Im Ergebnis wird das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 1 erhöht.
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[Dritte Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die fast die gleiche Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen beschrieben.
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In der ersten Ausführungsform weist der Rotorkern 2a eine einteilige Struktur auf, wie in 1 dargestellt.
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Zum Vergleich, wie in 6 dargestellt, besteht in der vorliegenden Ausführungsform der Rotorkern 2a aus einer Vielzahl von Rotorkernsegmenten 2b, die in Umfangsrichtung in bestimmten Abständen angeordnet sind.
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Jede der Rotorkernsegmente 2b weist im Wesentlichen eine U-Form auf. Insbesondere weist jeder der Rotorkernsegmente 2b ein Paar an Vorsprungsabschnitten 2c, die jeweils an den gegenüberliegenden umfänglichen Enden des Rotorkernsegments 2b derart gebildet werden, dass diese radial nach außen hervorstehen (z. B. in Richtung von Stator 3) und einen Verbindungsabschnitt 2d, dass sich in Umfangsrichtung des Rotorkerns 2a erstreckt, um die radial inneren Abschnitte der Vorsprungsabschnitte 2c zu Verbinden, auf.
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Die Rotorkernsegmente 2b werden an der drehenden Achse 4 mit dazwischen ausgebildeten bestimmten umfänglichen Lücken angebracht. Folglich bildet jedes in Umfangsrichtung benachbarte Paar von Vorsprungsabschnitten 2c von verschiedenen Abschnitten der Rotorkernsegmente 2b einen ausgeprägten Magnetpol 5 des Rotorkerns 2a. Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform sowohl die Anzahl der Rotorkernsegmente 2b als auch die Anzahl der ausgeprägten Magnetpole 5 des Rotorkerns 2a gleich acht.
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Außerdem ist, wie in 7 dargestellt, für jeden der ausgeprägten Magnetpole 5 eine magnetische Schirmung 11 auf der rückwärtigen Seite des ausgeprägten Magnetpols 5 in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgesehen. Die magnetische Schirmung 11 erzeugt einen magnetischen Fluss um die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft zwischen dem ausgeprägten Magnetpol 5 und den Statorzähnen 9 zu unterdrücken; die negative elektromagnetische Kraft behindert die Drehung von Rotor 2.
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Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die magnetische Schirmung 11 mit einer elektrischen Leiterplatte wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt. Die magnetische Schirmung 11 ist an der rückwärtigen Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 angebracht. Hier wird die rückwärtige Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 von einer rückwärtigen Endoberfläche des vorderseitig Vorsprungsabschnitts 2c des rückseitigen Teils der beiden in Umfangsrichtung benachbarten Rotorkernsegmente 2b, die zusammen den ausgeprägten Magnetpol 5 bilden, repräsentiert. Weiter ist zwischen der magnetischen Schirmung 11 und der rückwärtigen Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 eine isolierende Platte oder isolierende Beschichtung (nicht dargestellt) eingefügt, um die magnetische Schirmung 11 von dem ausgeprägten Magnetpol 5 elektrisch zu isolieren.
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8A stellt die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole 5 und den Statorzähnen 9, die dem ausgeprägten Magnetpol 5 radial gegenüberliegen dar, wenn keine magnetische Schirmung 11 für den ausgeprägten Magnetpol 5 vorgesehen ist. Auf der anderen Seite stellt 8B die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um einen der ausgeprägten Magnetpole 5 und den Statorzähnen 9, die dem ausgeprägten Magnetpol 5 gegenüberliegen, dar, wenn eine magnetische Schirmung 11 für den ausgeprägten Magnetpol 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist.
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Wenn keine magnetische Schirmung 11, wie in 8A dargestellt, für den ausgeprägten Magnetpol 5 vorgesehen ist, wird eine negative elektromagnetische Kraft zwischen dem ausgeprägten Magnetpol 5 und den distalen Endteilen 9a der Statorzähne 9 erzeugt (siehe den Teil der 8A, der mit einer gestrichelten Linie umgeben ist).
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Zum Vergleich, wie in 8B dargestellt, wird die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft unterdrückt, wenn eine magnetische Schirmung 11 für den ausgeprägten Magnetpol 5 vorgesehen ist (siehe den Teil von 8b, der mit einer gestrichelten Linie umgeben ist).
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Zusätzlich weist der Rotorkern 2a in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, die segmentierte Struktur auf. Deshalb ist es für die negative elektromagnetische Kraft einfacher erzeugt zu werden, als in der ersten Ausführungsform, in der der Rotorkern 2a eine einteilige Struktur besitzt. Allerdings ist es auch bei der vorliegenden Ausführungsform immer noch möglich die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft mit den magnetischen Schirmungen 11, die für die ausgeprägten Magnetpole 5 vorgesehen sind, zuverlässig zu unterdrücken.
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[Vierte Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die eine fast identische Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der dritten Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen erläutert.
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In der dritten Ausführungsform ist jede der magnetischen Schirmungen 11 auf der rückwärtigen Seite des entsprechenden ausgeprägten Magnetpols 5 des Rotorkerns 2a in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgesehen.
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Zum Vergleich ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, jede der magnetischen Schirmungen 11 auf der vorderen Seite des distalen Endteils 9a des entsprechenden Statorzahns 9 in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgesehen.
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Insbesondere ist in der gegenwärtigen Ausführungsform jede der magnetischen Schirmungen 11 an einer vorderen Endoberfläche 9b des distalen Endteils 9a des entsprechenden Statorzahns 9 angebracht. Weiter ist zwischen der magnetischen Schirmung 11 und der vorderen Endoberfläche 9b des distalen Endteils 9a des entsprechenden Statorzahns 9 eine isolierende Platte oder eine isolierende Beschichtung (nicht dargestellt) eingefügt, um die magnetische Schirmung 11 vom entsprechenden Statorzahn 9 elektrisch zu isolieren.
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Durch das Vorsehen von die magnetischen Schirmungen 11 für die Statorzähne 9 ist es möglich die gleichen vorteilhaften Effekte zu erzielen, wie durch das Vorsehen von magnetischen Schirmungen 11 für die ausgeprägten Magnetpole 5 des Rotorkerns 2a.
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[Fünfte Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die eine fast identische Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen erläutert.
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In der ersten Ausführungsform besteht jeder der ausgeprägten Magnetpole 5 des Rotorkerns 2a aus einem Vorsprung der derart auf der radialen äußeren Peripherie des Rotorkerns 2a ausgebildet ist, dass er radial nach außen hervorsteht (z. B. in Richtung von Stator 3).
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Zum Vergleich weist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 10A dargestellt, der Rotorkern 2a eine Vielzahl an Hohlräume (oder leeren Räumen) 2e, die darin ausgebildet werden, auf. Die Hohlräume 2c sind voneinander in bestimmten Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 2a angeordnet. Jede der Hohlräume 2e, die eine große magnetische Reluktanz besitzt, stellt einen Abschnitt des Rotorkerns 2a, der den magnetischen Fluss blockiert dar. Weiter ist zwischen jedem in Umfangsrichtung benachbarten Paar an Hohlräume 2e ein niedrig magnetisch reluktanter Abschnitt des Rotorkerns 2a ausgebildet; der niedrig magnetisch reluktante Abschnitt stellt einen ausgeprägten Magnetpol 5 des Rotorkerns 2a dar.
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Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform für jeden der ausgeprägten Magnetpole 5 eine magnetische Schirmung 11 auf der rückwärtigen Seite des ausgeprägten Magnetpols 5 in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgesehen. Die magnetische Schirmung 11 erzeugt einen magnetischen Fluss, der die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft zwischen dem ausgeprägten Magnetpol 5 und den Statorzähnen 9 unterdrückt; die negative elektromagnetische Kraft behindert die Rotation des Rotors 2.
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Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die magnetische Schirmung 11 in Form einer elektrischen Leiterplatte wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt. Die magnetische Schirmung 11 ist an der rückwärtigen Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 angebracht. Hier liegt die rückwärtige Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 derjenige der Hohlräume 2e gegenüber, die auf der rückwärtigen Seite des ausgeprägten Magnetpols 5 ist. Weiter ist zwischen der magnetischen Schirmung 11 und der rückwärtigen Endoberfläche 5a des ausgeprägten Magnetpols 5 eine isolierende Platte oder isolierende Beschichtung (nicht dargestellt) eingefügt, um die magnetische Schirmung 11 von dem ausgeprägten Magnetpol 5 elektrisch zu isolieren.
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Die oben beschriebene drehende elektrische Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform besitzt die gleichen Vorteile wie diejenige gemäß der ersten Ausführungsform.
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[Sechste Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die eine fast identische Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der fünften Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen erläutert.
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In der fünften Ausführungsform ist jede der magnetischen Schirmungen 11 auf der rückwärtigen Seite des entsprechenden ausgeprägten Magnetpols 5 des Rotorkerns 2a in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgesehen.
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Zum Vergleich ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 10B dargestellt, jede der magnetischen Schirmungen 11 auf der vorderen Seite des distalen Endteils 9a des entsprechenden Statorzahns 9 in Bezug auf die Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgesehen.
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Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform jede der magnetischen Schirmungen 11 an der vorderen Endoberfläche 9b des distalen Endteils 9a des entsprechenden Statorzahns 9 angebracht. Weiter ist zwischen der magnetischen Schirmung 11 und der vorderen Endoberfläche 9b des distalen Endteils 9a des entsprechenden Statorzahns 9 eine isolierende Platte oder isolierende Beschichtung (nicht dargestellt) eingefügt, um die magnetische Schirmung 11 vom entsprechenden Statorzahn 9 elektrisch zu isolieren.
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Durch das Vorsehen von magnetischen Schirmungen 11 für die Statorzähne 9 ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Effekte zu erzielen, wie durch das Vorsehen von magnetischen Schirmungen 11 für die ausgeprägten Magnetpole 5 des Rotorkerns 2a.
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[Siebte Ausführungsform]
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11 stellt die Gesamtkonfiguration einer drehenden elektrischen Maschine 1 gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung dar. In dieser Ausführungsform ist die drehende elektrische Maschine 1 als Reluktanz-Schrittmotor konfiguriert.
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Wie in 11 dargestellt, beinhaltet die drehende elektrische Maschine 1 einen Rotor 2 und einen Stator 3 der derart radial außerhalb von Rotor 2 angeordnet ist, dass er Rotor 2 umgibt.
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Genauer gesagt wird Rotor 2 durch das Schichten einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen in eine hohle zylindrische Form ausgebildet. Der Rotor 2 wird an seinem radialen Zentrum an einer drehenden Achse 4 angebracht. Weiter, wie in 12 dargestellt, weist der Rotor 2 eine Vielzahl von Rotorzähnchen 14 auf, die an der radial äußeren Peripherie des Rotors 2 ausgebildet sind und in Umfangsrichtung des Rotors 2 in bestimmten Abständen angeordnet sind.
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Andererseits enthält Stator 3 einen Statorkern 6 und eine mehr-pasen Statorwicklung 7. Der Statorkern 6 wird durch das Schichten einer Vielzahl von magnetischen Stahlblechen in eine hohle zylindrische Form ausgebildet. Die Statorwicklung 7 weist eine Vielzahl an Phasenwicklungen auf und ist auf den Statorkern 6 mit Hilfe einer konzentrierten Wicklungsmethode aufgewickelt.
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Der Statorkern 6 weist eine Vielzahl an Statorzähnen 9 auf, die an der radial inneren Peripherie des Statorkerns 6 derart ausgebildet sind, dass diese radial nach innen hervorstehen (z. B. in Richtung von Rotor 2). Die Statorzähnchen 9 sind in Umfangsrichtung des Statorkerns 6 in bestimmten Abständen angeordnet. Weiter ist zwischen jedem in Umfangsrichtung benachbarten Paar von Statorzähnen 9 ein Schlitz 10 ausgebildet. Die Statorwicklung 7 ist derart um die Statorzähne 9 gewickelt, dass diese in den Schlitzen 10 des Statorkerns 6 aufgenommen wird.
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Des Weiteren weist, wie in 12 dargestellt, jeder der Statorzähne 9 eine Vielzahl von Statorzähnchen 12 auf, die derart am distalen Ende (z. B. das radial innere Ende, dass Rotor 2 gegenüberliegt) des Statorzahns 9 ausgebildet sind, dass diese radial nach innen (z. B., in Richtung von Rotor 2) hervorstehen. Die Statorzähnchen 12 sind in Umfangsrichtung des Statorkerns 6 in bestimmten Abständen angeordnet. Die Statorzähnchen 12 liegt den Rotorzähnchen 14 über einen Luftspalt 13, der dazwischen ausgebildet ist, radial gegenüber.
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Dabei sei angemerkt, dass die Anzahl der Statorzähnchen 12 für jeden der Statorzähne 9 und die Anzahl der Rotorzähnchen 14 entsprechend, zum Beispiel, der Anzahl der Statorzähne 9 und dem benötigten Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 1 passend festgelegt werden kann.
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Im Betrieb der drehenden elektrischen Maschine 1 wird durch das sequentielle Schalten der Bestromungen der Phasenwicklungen der Statorwicklung 7 mittels gepulster Signale ein drehendes magnetisches Feld erzeugt, dass den Rotor 2 zum Drehen bringt. Insbesondere erzeugt das rotierende magnetische Feld eine positive elektromagnetische Kraft zwischen den Statorzähnchen 12 der Statorzähne 9 und den Rotorzähnchen 14, wodurch der Rotor 2 zum Drehen gebracht wird.
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Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform für jeden der Statorzähne 9 eine Vielzahl von magnetischen Schirmungen an den Statorzähnchen 12 des Statorzahns 9 vorgesehen. Jede der magnetischen Schirmungen erzeugt einen magnetischen Fluss, um die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft zwischen den Statorzähnchen 12 und den Rotorzähnchen 14 zu unterdrücken; die negative elektromagnetische Kraft behindert die Drehung von Rotor 2.
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Insbesondere enthält, wie in 12 dargestellt, bei der vorliegenden Ausführungsform jeder der Statorzähne 9 drei Statorzähnchen 12, d. h. ein Statorzähnchen 12a, dass an der rückwärtigen Seite angeordnet ist (oder an der vorgelagerten Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung von dem Rotor 2), ein Statorzähnchen 12c das an der vorderen Seite angeordnet ist (oder auf der nachgelagerten Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung von dem Rotor 2) und ein Statorzähnchen 12b das zwischen den Statorzähnchen 12a und 12c angeordnet ist. Die magnetischen Schirmungen, die für den Statorzahn 9 vorgesehen sind, werden in Form von drei kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22 realisiert. Die kurzgeschlossene Wicklung 20 ist in einer Nut bzw. einem Ausschnitt, der zwischen den Statorzähnchen 12a und 12b ausgebildet ist, vorgesehen. Die kurzgeschlossene Wicklung 21 ist in einem Ausschnitt, der zwischen den Statorzähnchen 12b und 12c ausgebildet ist, vorgesehen. Die kurzgeschlossene Wicklung 22 ist an der vorderen Endoberfläche 24 des Statorzähnchens 12c vorgesehen.
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Zusätzlich ist jede der kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22 eine Wicklung die kurzgeschlossen ist, um einen geschlossenen elektrischen Stromkreis auszubilden. Außerdem erhält man jede der kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22, in dem ein beschichteter elektrischer Draht gewickelt wird, der einen elektrisch leitfähigen Draht, der, zum Beispiel, aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist und eine isolierende Hülle, die die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Drahts bedeckt, enthält. Folglich sind die kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22 von der Statorzähnchen 12a–12c elektrisch isoliert.
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13A stellt die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um die Statorzähnchen 12 und die Rotorzähnchen 14 dar, wenn keine magnetischen Schirmungen an den Statorzähnchen 12 vorgesehen sind. Andererseits stellt 13B die Verteilung der elektromagnetischen Kraft um die Statorzähnchen 12 und die Rotorzähnchen 14 dar, wenn magnetischen Schirmungen (z. B. die kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22) an den Statorzähnchen 12 vorgesehen sind.
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Wie in 13A dargestellt, wird eine negative elektromagnetische Kraft zwischen den Statorzähnchen 12 und den Rotorzähnchen 14 (siehe diejenigen Teile in 13A, die mit einer gestrichelten Linie umschlossen sind) erzeugt, wenn keine magnetischen Schirmungen an den Statorzähnchen 12 vorgesehen sind.
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Zum Vergleich, wie in 13B dargestellt, wird die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft unterdrückt, wenn magnetische Schirmungen (z. B. die kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22) an den Statorzähnen 12 vorgesehen sind (siehe diejenigen Teile in 13B, die mit einer gestrichelten Linie umschlossen sind).
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Denn das magnetische Feld, das bei der Bestromung der Statorwicklung 7 erzeugt wird, induziert einen Kurzschlussstrom in jeder der kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22; der Kurzschlussstrom erzeugt einen magnetischen Fluss der den magnetischen Fluss schwächt, der die negative elektromagnetische Kraft erzeugt.
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Insbesondere erzeugt der Kurzschlussstrom den magnetischen Fluss in einer Phase, die hinter der Phase des magnetischen Flusses, der durch die Bestromung der Statorwicklung 7 (d. h. den magnetischen Hauptfluss) entsteht, nachläuft. Folglich wird die magnetische Flussdichte um die kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22 vermindert, dabei wird die negative elektromagnetische Kraft vermindert. Im Ergebnis wird das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 1 erhöht.
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14 gibt einen Vergleich der erzeugten Drehmomente der drehenden elektrischen Maschine 1 mit und ohne den magnetischen Schirmungen, die an den Statorzähnchen 12 vorgesehen sind; die Drehmomente werden durch numerische Analyse erhalten.
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Wie in 14 zu sehen, ist das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 1, das mit den magnetischen Schirmungen, die für die Statorzähnchen 12 vorgesehen sind, erzeugt wird, sehr viel größer als wenn es ohne die magnetischen Schirmungen erzeugt wird.
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[Achte Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die eine fast identische Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der siebten Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen erläutert.
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Wie vorhergehend in der siebten Ausführungsform beschrieben, sind die magnetischen Schirmungen für jeden der Statorzähne 9 in Form von kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22, die an den Statorzähnchen 12 des Statorzahns 9 vorgesehen sind, ausgeführt.
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Zum Vergleich sind in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 15 dargestellt, die magnetischen Schirmungen in Form von einer Vielzahl von elektrischen Leiterplatten 26, von denen jede an der vorderen Endoberfläche 24 eines entsprechenden Statorzähnchens 12 des Statorzahns 9 angebracht ist, ausgeführt.
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Weiter gibt es für jede der elektrischen Leiterplatten 26 eine isolierende Platte oder isolierende Beschichtung (nicht dargestellt), die zwischen der elektrischen Leiterplatte 26 und der vorderen Endoberfläche 24 des entsprechenden Statorzähnchens 12 eingefügt ist. Folglich sind die elektrischen Leiterplatten 26 elektrisch von den entsprechenden Statorzähnchen 12 isoliert.
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Im Betrieb der drehenden elektrischen Maschine 1 induziert das magnetische Feld, das bei Bestromung der Statorwicklung 7 erzeugt wird, Wirbelstrom an den Oberflächen der elektrischen Leiterplatten 26; der Wirbelstrom erzeugt einen magnetischen Fluss, der den magnetischen Fluss schwächt, der die negative elektromagnetische Kraft erzeugt.
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Insbesondere erzeugt der Wirbelstrom den magnetischen Fluss in einer Richtung, die den magnetischen Fluss, der durch die Bestromung der Statorwicklung 7 (d. h. den magnetischen Hauptfluss) entsteht, behindert. Folglich wird die magnetische Flussdichte um die elektrischen Leiterplatten 26 vermindert, dabei wird die negative elektromagnetische Kraft vermindert. Im Ergebnis wird das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine 1 erhöht.
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Des Weiteren bestehen in der vorliegenden Ausführungsform die elektrischen Leiterplatten 26 aus Aluminium oder Kupfer, die beide einen niedrigen Widerstand besitzen. Folglich kann der Wirbelstrom einfach an den Oberflächen der elektrischen Leiterplatten 26 erzeugt werden und dadurch die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft effektiver unterdrücken.
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Zusätzlich können die elektrischen Leiterplatten 26 sicher an den vorderen Endoberflächen 24 der entsprechenden Statorzähnchen 12 wie folgt angebracht werden: Zuerst werden die elektrischen Leiterplatten 26 an den vorderen Endoberflächen 24 temporär angebracht; und dann werden alle Teile des Stators 3 inklusive der Statorwicklung 7 zusammengeformt.
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[Neunte Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die eine fast identische Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der achten Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen erläutert.
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Wie vorhergehend in der achten Ausführungsform beschrieben, werden für jeden der Statorzähne 9 die magnetischen Schirmungen mit den elektrischen Leiterplatten 26, die an den vorderen Endoberflächen 24 der entsprechenden Statorzähnchen 12 des Statorzahns 9 angebracht sind, ausgeführt.
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Im Vergleich werden in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 16 dargestellt, die magnetischen Schirmungen nicht nur mit den elektrischen Leiterplatten 26, sondern auch mit einer Vielzahl an elektrischen Leiterplatten 28 ausgeführt. Jede der elektrischen Leiterplatten 28 ist an der rückwärtigen Endoberfläche 27 des entsprechenden Statorzähnchens 12 des Statorzahns 9 angebracht.
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Weiter wird in der vorliegenden Ausführungsform die radiale Breite der elektrischen Leiterplatten 26 größer als die der elektrischen Leiterplatten 28 definiert. Zusätzlich wird die Erzeugung von negativer elektromagnetischer Kraft umso effektiver unterdrückt, je größer Unterschied in der radialen Breite zwischen den elektrischen Leiterplatten 26 und den elektrischen Leiterplatten 28 ist.
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[Zehnte Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die eine fast identische Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der siebten Ausführungsform aufweist, deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen erläutert.
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Wie vorhergehend bei der siebten Ausführungsform beschrieben, sind die magnetischen Schirmungen für jeden der Statorzähne 9 in Form von kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22 ausgeführt, die entsprechend in Ausschnitten, die zwischen den Statorzähnchen 12 des Statorzahns 9 und der vorderen Endoberfläche 24 des Statorzähnchens 12, das am meisten vorne liegt, ausgebildet sind.
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Zum Vergleich werden in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 17 dargestellt, für jeden der Statorzähne 9 die magnetischen Schirmungen mit kurzgeschlossenen Wicklungen 30 ausgeführt, wobei jede an der vorderen Endoberfläche 24 des entsprechenden Statorzähnchens 12 des Statorzahns 9 vorgesehen ist.
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Insbesondere werden in der vorliegenden Ausführungsform an der vorderen Endoberfläche 24 des Statorzähnchens 12 für jeden der Statorzähnchen 12 ein Vorsprung 31 und ein Ausschnitt 32, der den Vorsprung 31 umgibt, ausgebildet.
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Jede der kurzgeschlossenen Wicklungen 30 ist derart um den Vorsprung 31 des entsprechenden Statorzähnchens 12 gewickelt, dass diese von dem Ausschnitt 32 des entsprechenden Statorzähnchens 12 aufgenommen wird.
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Mit obiger Anordnung der kurzgeschlossenen Wicklungen 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Effekte wie mit der Anordnung der kurzgeschlossenen Wicklungen 20–22 gemäß der siebten Ausführungsform zu erzielen.
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[Elfte Ausführungsform]
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Diese Ausführungsform stellt eine drehende elektrische Maschine 1 dar, die eine fast identische Konfiguration wie die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der achten Ausführungsform aufweist; deshalb werden nachstehend nur die Unterschiede zwischen diesen erläutert.
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Mit Bezug auf die 18 und 19 der vorliegenden Ausführungsform ist jedes der Rotorzähnchen derart geformt, dass dieses in Bezug auf eine imaginäre Linie X asymmetrisch geformt ist. Die imaginäre Linie X ist dadurch definiert, dass diese sich gerade sowohl durch die Umfangsmitte C des Rotorzähnchens 14 am proximalen Ende des Rotorzähnchens 14 als auch der radialen Achse O eines drehenden Schafts 4 des Rotors 2 erstreckt.
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Insbesondere weist in der vorliegenden Ausführungsform jede der Rotorzähnchen 14 eine derartige trapezförmige Form auf, dass die rückwärtige Endoberfläche 33 des Rotorzähnchens 14 zur imaginären Linie X schräggestellt ist, während die vordere Endoberfläche 34 zur imaginären Linie X parallel ist. Folglich erweitert sich der Luftspalt 13 zwischen dem Rotorzähnchen 14 und den Statorzähnchen 12 auf der rückwärtigen Seite (oder auf der vorgelagerten Seite mit Bezug auf die Rotationsrichtung von Rotor 2) des Rotorzähnchens 14 um eine dreieckige Fläche die in 19 mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet ist. Als Ergebnis wird der Luftspalt 13 ebenso asymmetrisch in Bezug auf die imaginäre Linie X.
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Mit obiger Anordnung ist es möglich, für jedes der Rotorzähnchen 14 die magnetische Permeabilität zwischen den Rotorzähnchen 14 und den Statorzähnchen 12 auf der rückwärtigen Seite der Rotorzähnchen 14 zu verkleinern und dadurch die negative magnetische Kraft, die zwischen dem Rotorzähnchen 14 und den Statorzähnchen 12 erzeugt wild, zu reduzieren.
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Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform jede der magnetischen Schirmungen 26 derart verändert, dass diese eine trapezförmige Querschnittsform, wie in 19 dargestellt, haben.
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Während oben speziellen Ausführungsformen gezeigt und erläutert wurden, wird von einem Fachmann verstanden, dass verschiedene Modifizierungen, Änderungen und Verbesserungen gemacht werden können, auch ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
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Zum Beispiel sind in der ersten bis zur dritten und der fünften Ausführungsform die magnetischen Schirmungen nur an den ausgeprägten Magnetpole 5 des Rotorkerns 2a vorgesehen. Es ist jedoch genauso möglich die magnetischen Schirmungen sowohl an den ausgeprägten Magnetpole 5 als auch an den distalen Endteilen 9a der Statorzähne 9 vorzusehen.
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Außerdem ist in der siebten bis zur elften Ausführungsform die drehende elektrische Maschine 1 als Reluktanz-Schrittmotor konfiguriert. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenso auf andere drehende elektrische Maschinen, die Statorzähnchen und Rotorzähnchen aufweisen, wie zum Beispiel ein geschalteter Reluktanz-Motor oder ein Vernier-Motor, angewandt werden. Zusätzlich kann die Methode magnetische Schirmungen an den Statorzähnchen 12 vorzusehen ebenso auf Linearmotoren angewandt werden.
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In der siebten Ausführungsform ist die Statorwicklung 7 auf den Statorkern 6 mittels einer konzentrierten Wickelmethode gewickelt. Jedoch kann die Statorwicklung 7 auf den Statorkern 6 auch mittels einer verteilten Wickelmethode gewickelt werden.
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In der siebten bis zu elften Ausführungsform sind die magnetischen Schirmungen nur an den Statorzähnchen 12 vorgesehen. Jedoch ist es auch möglich die magnetischen Schirmungen nur an den Rotorzähnchen 14 oder sowohl an den Statorzähnchen 12 als auch an den Rotorzähnchen 14 vorzusehen.
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In der achten und neunten Ausführungsform weist jede der elektrischen Leiterplatten 26 und 28 eine rechteckige Querschnittsform auf. Andererseits besitzt in der elften Ausführungsform jede der elektrischen Leiterplatten 28 eine trapezförmige Querschnittsform. Es sei angemerkt, dass jede der elektrischen Leiterplatten 26 und 28 ebenso andere Querschnittsformen gemäß den Designspezifikationen aufweisen können.
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In der neunten Ausführungsform ist die radiale Breite der elektrischen Leiterplatten 26 größer als die der elektrischen Leiterplatten 28 festgelegt. Jedoch ist es möglich, die radiale Breite der elektrischen Leiterplatten 26 mit der der elektrischen Leiterplatten 28 gleich und das Material der elektrische leitfähigen Platten 26 zu der der elektrischen Leiterplatten 28 unterschiedlich festzulegen. Das heißt, dass es bis zu dem Ausmaß in dem der magnetische Fluss in den vorderen Endoberflächen 24 und den rückwärtigen Endoberflächen 27 der Statorzähnchen 12 asymmetrisch erzeugt werden kann möglich ist, die radialen Breiten der elektrischen Leiterplatten 26 und 28 auf andere passende Werte festzulegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-228316 [0001]
- JP 2001-268868 [0003]
