DE102016204154B4

DE102016204154B4 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102016204154B4
Application number: DE102016204154.1A
Authority: DE
Inventors: Kanei Tou; Masahiro Aoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP2016178834A; CN105990971B; DE102016204154A1; CN105990971A; JP6528490B2

Abstract

Rotierende elektrische Maschine (100), die umfasst:einen Stator (11) mit einer Mehrzahl von Ankerspulen (14), die so konfiguriert sind, dass sie bei Erregung einen magnetischen Fluss erzeugen;einen Rotor (21) mit einer Längsachse, einem Außenumfang, einer ersten und einer zweiten Endfläche, einer Mehrzahl von Schlitzen, die sich longitudinal entlang des Außenumfangs zwischen der ersten und der zweiten Endfläche erstrecken,wobei der Rotor (21) eine Mehrzahl von Schenkelpolen (22), die jeweils wenigstens eine Erregerspule (28) aufweisen, die in die benachbarten zwei der Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt ist, sowie eine Mehrzahl von zusätzlichen Polen (25) aufweist, die in die Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt sind, die jeweils eine Induktionsspule (27) aufweisen, die in einen der Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt ist;eine Harzmasse, welche die Mehrzahl von Schlitzen füllt; undwenigstens einen Abstandshalter (45), der relativ zu dem Rotor (21) an einer Position nahe einer von der ersten und der zweiten Endfläche befestigt ist, um einen End-Zwischenraum zu definieren, der erforderlich ist, um die Induktions- und die Erregerspulen (27, 28) zu steuern,dadurch gekennzeichnet, dassjede der Induktionsspulen (27) und der Erregerspulen (28) wenigstens einen Befestigungsabschnitt (27L, 28L) aufweist, um an dem Abstandshalter (45) befestigt zu werden, wobei sich der Befestigungsabschnitt (27L, 28L) nahe des Außenumfangs befindet, unddie Induktionsspulen (27) und die Erregerspulen (28) an dem Abstandshalter (45) mittels eines Kabels (41) befestigt sind, das den Befestigungsabschnitt (27L, 28L) und wenigstens einen Halterungsring (48) miteinander verbindet, mit dem der Abstandshalter (45) ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine, die in Reaktion auf ein mittels Selbsterregung erzeugtes magnetisches Feld angetrieben wird.
Bisheriger Stand der Technik
Rotierende elektrische Maschinen werden in verschiedenen Antriebsvorrichtungen als eine Quelle verwendet. Motoren mit internem Permanentmagnet (IPM-Motoren) sind zum Beispiel bekannt für bestimmte Kraftfahrzeuganwendungen, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge und Hybrid-Elektrofahrzeuge. Um einem Bedarf nach einer hohen Ausgangsleistung (oder einer hohen Energiedichte) und einer Miniaturisierung zu entsprechen, werden aufgrund der hohen Restflussdichte und der hohen Hitzebeständigkeit von Permanentmagneten mit Seltenen Erden, wie beispielsweise Neodym-Magneten, diese häufig in IPM-Motoren verwendet. Es kann jedoch notwendig sein, kostenaufwendige Elemente der Seltenen Erden, wie beispielsweise Dysprosium (Dy) und Terbium (Tb), in magnetischen Neodym-Legierungen beizumischen. Dies macht die Magnete noch kostenaufwendiger.
Für die neuesten rotierenden elektrischen Maschinen werden sogenannte „Synchronmotoren mit Erregerspulen“ vorgeschlagen, bei denen Permanentmagnete durch Erregerspulen ersetzt sind. Unter diesen werden Synchronmotoren vom Selbsterregungs-Typ vorgeschlagen, bei denen ein Induktionsstrom, der von Induktionsspulen innerhalb eines Rotors erzeugt wird, als ein Erregerstrom für die Erregerspulen verwendet wird.
Synchronmotoren vom Selbsterregungs-Typ verwenden einen magnetischen Streufluss, d.h. einen magnetischen Fluss der Oberwelle, die eine Frequenz aufweist, die höher als die Grundfrequenz eines Antriebswechselstroms ist, der Ankerspulen auf einem Stator zugeführt wird, um zu bewirken, dass Induktionsspulen auf einem Rotor einen Induktionsstrom erzeugen. Beispiele für derartige Synchronmotoren vom Selbsterregungs-Typ sind in JP 2010 - 136 524 A und JP 2012 - 175 835 A offenbart.
In den in JP 2010 - 136 524 A und JP 2012 - 175 835 A offenbarten rotierenden elektrischen Maschinen wird ein Induktionswechselstrom, der mittels Induktionsspulen in Reaktion auf einen magnetischen Streufluss erzeugt wird, für eine Erregung mittels Gleichrichtern gleichgerichtet, um eine Selbsterregung der Erregerspulen zu bewirken. Auf diese Weise funktionieren die Erregerspulen als Elektromagnete, um ein magnetisches Feld bereitzustellen, wodurch es ermöglicht wird, ein magnetisches Moment zusätzlich zu einem Reluktanz-Moment zu verwenden, ohne auf Permanentmagneten angewiesen zu sein.
Derartige rotierende elektrische Maschinen sind durchgehend und bei hohen Drehzahlen in Betrieb. Somit besteht eine Notwendigkeit für einen Aufbau, der in der Lage ist, derartige Bestandteilselemente so zu erhalten, wie sie sind, wenn sie erstmals auf einem Rotor montiert werden, und der Zentrifugalkraft während einer Rotation bei hohen Drehzahlen standhalten.
Die DE 10 2014 003 658 A1 offenbart eine rotierende elektrische Maschine, die einen Stator mit einer Mehrzahl von Ankerspulen, die bei Erregung einen magnetischen Fluss erzeugen, und einen Rotor umfasst. Der Rotor weist eine Mehrzahl von Schlitzen auf, die sich longitudinal entlang eines Außenumfangs erstrecken. Ferner umfasst der Rotor eine Mehrzahl von Schenkelpolen, die j eweils eine Erregerspule aufweisen, die in die benachbarten zwei der Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt ist. In der Mehrzahl von Schlitzen sind zusätzlich Pole eingesetzt, wobei die Mehrzahl von Schlitzen mit einer Harzmasse gefüllt ist. Die rotierende elektrische Maschine weist ferner eine Abstandsstruktur auf.
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, in einer rotierenden elektrischen Maschine des Typs, der mit einem Drehmoment betrieben werden kann, das von einem infolge einer Selbsterregung von Erregerspulen erzeugten magnetischen Feld herrührt, ein Mittel bereitzustellen, um Bestandteilselemente, die für eine derartige Selbsterregung notwendig sind, in einer Weise auf einem Rotor zu montieren, dass die Stabilität der Eigenschaften und die Haltbarkeit derartiger Bestandteilselemente sichergestellt sind.
Lösung für das Problem
Gemäß einem Aspekt wird eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellt, die umfasst: einen Stator mit einer Mehrzahl von Ankerspulen, die so konfiguriert sind, dass sie bei einer Erregung einen magnetischen Fluss erzeugen; einen Rotor mit einer Längsachse, einem Außenumfang, einer ersten und einer zweiten Endfläche, einer Mehrzahl von Schlitzen, die sich zwischen der ersten und der zweiten Endfläche longitudinal entlang des Außenumfangs erstrecken, wobei der Rotor eine Mehrzahl von Schenkelpolen aufweist, die jeweils wenigstens eine Erregerspule aufweisen, die in die benachbarten zwei der Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt ist, sowie einer Mehrzahl von zusätzlichen Polen, die in die Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt sind, wobei jeder eine Induktionsspule aufweist, die in einen der Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt ist; eine Harzmasse, welche die Mehrzahl von Schlitzen füllt; und wenigstens einen Abstandshalter, der relativ zu dem Rotor an einer Position nahe einer von der ersten und der zweiten Endfläche befestigt ist, um einen End-Zwischenraum zu definieren, der erforderlich ist, um die Induktions- und die Erregerspulen zu steuern. Die rotierende elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass jede der Induktionsspulen und der Erregerspulen wenigstens einen Befestigungsabschnitt aufweist, um an dem Abstandshalter befestigt zu werden, wobei sich der Befestigungsabschnitt nahe des Außenumfangs befindet, und die Induktionsspulen und die Erregerspulen an dem Abstandshalter mittels eines Kabels befestigt sind, das den Befestigungsabschnitt und wenigstens einen Halterungsring miteinander verbindet, mit dem der Abstandshalter ausgebildet ist.
Vorteilhafte Auswirkung der Erfindung
Auf diese Weise stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer rotierenden elektrischen Maschine des Typs, der mit einem Drehmoment betrieben werden kann, das von einem infolge einer Selbsterregung von Erregerspulen erzeugten magnetischen Feld herrührt, ein Mittel bereit, um Bestandteilselemente, die für eine derartige Selbsterregung notwendig sind, in einer Weise auf einem Rotor zu montieren, dass die Stabilität der Eigenschaften und die Haltbarkeit derartiger Bestandteilselemente sichergestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Querschnitt einer in 6 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine, welche die vorliegende Erfindung verkörpert.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 1.
3 ist ein Schaltplan eines geschlossenen Stromkreises, bei dem Induktionsspulen und Erregerspulen von einer von einer Mehrzahl von Gruppen mit Dioden des zugehörigen von einer Mehrzahl von Paaren verbunden sind.
4 ist ein Schaltplan eines weiteren geschlossenen Stromkreises, bei dem sämtliche der Induktionsspulen und sämtliche der Erregerspulen, die in Reihe geschaltet sind, in einer Struktur mit einem Paar von Dioden verbunden sind.
5 ist ein Schaltplan noch eines weiteren geschlossenen Stromkreises, bei dem sämtliche der Induktionsspulen und sämtliche der Erregerspulen in einer weiteren Struktur mit einem Paar von Dioden verbunden sind.
6 ist eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine.
7 ist ein Diagramm, das zu Vergleichszwecken eine Variation des Induktionsstroms bei unterschiedlichen Verbindungsweisen des geschlossenen Stromkreises zeigt.
8 ist ein Diagramm, das zu Vergleichszwecken eine Variation des Drehmoments bei unterschiedlichen Verbindungsweisen des geschlossenen Stromkreises zeigt.
9A ist ein axialer Schnitt der in 6 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine.
9B ist ein vergrößerter Schnitt eines Teils der in 9A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines mit einer Welle zusammengebauten Rotors, die zeigt, dass die Einheit von sämtlichen der Induktionsspulen und sämtlichen der Erregerspulen durch ein Kabel (durch Kabel) verstärkt ist.
11 ist eine perspektivische Ansicht von einem von zwei Abstandshaltern, die dazu verwendet werden, die Einheit von sämtlichen der Induktionsspulen und sämtlichen der Erregerspulen durch das Kabel zu verstärken.
12 ist eine vergrößerte Ansicht von 10, die zeigt, wie das Kabel durch einen der Halterungsringe des Abstandshalters, die zugehörigen zwei Erregerspulen, einen weiteren Halterungsring des Abstandshalters, die zugehörige Induktionsspule und den weiteren Halterungsring hindurch geführt ist, um diese zusammen zu binden.
13 ist eine perspektivische Ansicht von jener von zwei Spulenende-Abdeckungen, die mit einer Mehrzahl von Halterungen ausgebildet ist, die jeweils eine Dioden-Abdeckung aufnehmen, die ein Paar von Dioden enthält, die in dem in 3 gezeigten geschlossenen Stromkreis verwendet werden.
14 ist eine Unterseitenansicht des in 13 gezeigten Abstandshalters.
15 ist eine Draufsicht auf ein Schaltungssubstrat, das so ausgelegt ist, dass es in der in 13 gezeigten Spulenende-Abdeckung aufgenommen wird.
16 ist eine Unterseitenansicht des in 15 gezeigten Schaltungssubstrats in einem Zustand, in dem es von der in 13 gezeigten Spulenende-Abdeckung aufgenommen ist.
17 ist eine teilweise vergrößerte, perspektivische Ansicht eines Verdrahtungsplans, der die unter Verwendung des Schaltungssubstrats verschalteten Induktionsspulen und Erregerspulen zeigt.
18 ist eine perspektivische Ansicht eines den Rotor umgebenden Formharzes, das durch Füllen von Zwischenräumen, welche die Rotorschlitze beinhalten, mit Harz mittels einer Injektion vor einem Zusammenbau mit dem Schaltungssubstrat erzeugt wird.
19 ist eine Explosions-Seitenansicht, die an einer ersten und einer zweiten Endfläche des Rotors anzubringende Teile zeigt.
20 ist eine perspektivische Ansicht des Rotors mit einer Endplatte in einer beabstandeten Relation zu der Spulenende-Abdeckung, die Gehäuse für Dioden zeigt.
21 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Form eines teilweise entfernten Rotors, um eine weitere Spulenende-Abdeckung zu zeigen.

Beschreibung von Ausführungsformen
Bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen sind nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Die 1 bis 20 zeigen eine rotierende elektrische Maschine 100, die eine Rotationsachse aufweist.
In den 1 und 2 weist die rotierende elektrische Maschine 100 einen Aufbau auf, der keine Energiezufuhr von außen in einen Rotor 21 erfordert. Somit ist sie bevorzugt zum Beispiel an Hybrid-Elektrofahrzeugen oder Elektrofahrzeugen angebracht.
Bezugnehmend auf die 1, 2 und 6 beinhaltet eine rotierende elektrische Maschine 100 einen näherungsweise zylindrischen Stator 11 sowie einen Rotor 21 innerhalb des Stators 11, der an einer Welle 101 befestigt ist, die als eine Antriebswelle drehbar ist (siehe 6). Der Rotor 21 ist an der Welle 101 mittels Einsetzen in einen Innenzylinder befestigt, der durch einen Innenumfang 21a des Rotors 21 definiert ist. Spezifisch ist die Welle 101 mit einem Paar von diametral entgegengesetzten Führungsnuten 106 ausgebildet, die jeweils longitudinal entlang eines Außenumfangs der Welle 101 verlaufen, und der Rotor 21 ist mit einem Paar Führungsvorsprüngen 26 ausgebildet, die sich jeweils von einer ersten Endfläche bis zu einer zweiten Endfläche longitudinal entlang des Innenumfangs 21a erstrecken. Die Führungsvorsprünge 26 sind in die Führungsnuten 106 eingesetzt und werden axial entlang derselben bewegt, um den Rotor 21 koaxial an der Welle 101 derart anzubringen, dass der Rotor 21 und die Welle 101 als eine Einheit um die Rotationsachse herum drehbar sind.
Der Stator 11 weist eine Längsachse, einen Innenumfang 12a sowie eine Mehrzahl von beabstandeten inneren Statorschlitzen 13 auf, die sich longitudinal entlang des Innenumfangs 12a erstrecken, um eine Mehrzahl von Statorzähnen 12 zu definieren, die jeweils zwischen den benachbarten zwei inneren Statorschlitzen 13 definiert sind. Mit anderen Worten, die Statorzähne 12 sind in Umfangsrichtung äquidistant und erstrecken sich radial zu der Rotationsachse hin. Jeder der Statorzähne 12 ist in einem vorspringenden Aufbau mit einem Innenumfang ausgebildet, der einen Abschnitt des Innenumfangs 12a definiert und einem Außenumfang 22a des Rotors 21 über einen kalibrierten Luftspalt G gegenüberliegt. Eine Mehrzahl von Ankerspulen 14 ist auf einen Stator 11 gewickelt und in die inneren Statorschlitze 13 eingesetzt, die jeweils zwischen Seiten 22b der benachbarten zwei Statorzähne 12 ausgebildet sind, so dass jede der Ankerspulen 14 in jeder von drei Phasen mit einer konzentrierten Wicklung um den zugehörigen der Statorzähne 12 herum gewickelt ist. Eine Erregung der Ankerspulen 14 mit einem Dreiphasenwechselstrom bewirkt, dass die Statorzähne 12 magnetische Felder erzeugen, wodurch sie als Elektromagnete dienen.
Der Rotor 21 ist in dem Stator 12 derart aufgenommen, dass sein Außenumfang 22a durch den kalibrierten Luftspalt G von dem Innenumfang 12a des Stators 12 getrennt ist. Der Rotor 21 weist eine Mehrzahl von Rotorschlitzen 23 auf, die sich longitudinal entlang des Außenumfangs 22a erstrecken, um eine Mehrzahl von Rotorzähnen 22 zu definieren, die jeweils zwischen den benachbarten zwei Rotorschlitzen 23 definiert sind. Mit anderen Worten, die Mehrzahl der Rotorzähne 22, mit denen der Rotor 21 ausgebildet ist, ist in Umfangsrichtung äquidistant und erstreckt sich radial von der Rotationsachse weg. Jeder der Rotorzähne 22 ist in einem vorspringenden Aufbau mit einem Außenumfang ausgebildet, der einen Abschnitt des Außenumfangs 22a definiert und dem Innenumfang 12a des Stators 11 über den kalibrierten Luftspalt G gegenüberliegt. Spezifisch unterscheiden sich die Rotorzähne 22 bezüglich der Anzahl von den Statorzähnen 12 in einer solchen Weise, dass sich der Außenumfang 22a von jedem der Rotorzähne 22 während einer Drehung des Rotors 21 relativ zu dem Stator 11 den Innenumfängen 12a der Statorzähne 12 nacheinander in einer geeigneten Weise nähert und diesen gegenüberliegt.
Somit treten in der rotierenden elektrischen Maschine 100 magnetische Flüsse auf, wenn die in den Statorschlitzen 13 des Stators 11 liegenden Ankerspulen 14 erregt werden, strömen von den Innenumfängen 12a der Statorzähne 12 aus und koppeln mit den Außenumfängen 22a jener Rotorzähne 22, denen die Statorzähne 12 gegenüberliegen. Die rotierende elektrische Maschine 100 ermöglicht durch ein Reluktanz-Moment (oder ein Hauptdrehmoment), das dazu tendiert, eine Reluktanz in einem Magnetkreis zu minimieren, eine Rotation des Rotors 21 relativ zu dem Stator 11. Im Ergebnis kann die rotierende elektrische Maschine 100 elektrische Energie abgeben, die als ein Eingangsstrom von der Welle 101, die integral mit dem innerhalb des Stators 11 relativ drehbaren Rotor 21 drehbar ist, als mechanische Energie zugeführt wird. Mit anderen Worten, die rotierende elektrische Maschine 100 dient als ein Reluktanz-Motor.
In einer rotierenden elektrischen Maschine 100 enthält jeder der Flüsse, der von den Innenumfängen 12a der Statorzähne 12 aus mit den Außenumfängen 22a der Rotorzähne 22 koppelt, eine Oberwelle, die der Grundschwingung überlagert ist. Aus diesem Grund verwendet der Rotor 21 eine Änderung in der Dichte des magnetischen Flusses der Oberwelle, die in dem magnetischen Fluss enthalten ist, der von dem Stator 11 aus mit dem Rotor 21 koppelt, und bewirkt, dass eingebaute Spulen einen Induktionsstrom (Unterstützungsstrom) erzeugen, damit sich eine elektromagnetische Kraft ergibt.
Wird jedoch den Ankerspulen 14 auf dem Stator 11 einfach Elektrizität mit nur der Grundfrequenz zugeführt, bewirkt dies nichts mehr als ein Drehen des Rotors 21 (der Rotorzähne 22) mit einem Fluss, der sich mit der Grundfrequenz ändert, und bewirkt keine Änderung des Flusses, der mit dem Rotor 21 koppelt, selbst wenn auf dem Rotor 21 Spulen angeordnet sind, und hat keinen Erfolg dabei, zu bewirken, dass derartige Spulen einen Induktionsstrom erzeugen.
Andererseits enthält der Fluss eine Oberwelle, die der Grundschwingung überlagert ist, und seine raumharmonischen Schwingungen, die sich in Bezug auf die Zeit mit Frequenzen ändern, die sich von der Grundfrequenz unterschieden, koppeln mit einem der Rotorzähne 22 von seinem Außenumfang 22a aus nach innen gerichtet. Aus diesem Grund ermöglicht die der Grundschwingung überlagerte Oberwelle eine effektive Erzeugung eines Induktionsstroms mittels einer Spule, ohne irgendeine Zufuhr von Elektrizität von außen zu erfordern, wenn sich die Spule einfach innerhalb des Rotorzahns 22 in der Nähe seines Außenumfangs 22a befindet. Im Ergebnis kann der magnetische Fluss der Oberwelle, der als eine Ursache für einen Eisenverlust angesehen wird, als Energie für eine Selbsterregung wiedergewonnen werden.
Nun wird die Gesamtheit einer Mehrzahl von Induktionsspulen 27, die mittels einer konzentrierten Wicklung jeweils um eine Mehrzahl von zusätzlichen Polkernen 25 herum gewickelt sind, in der rotierenden elektrischen Maschine 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform jeweils zwischen den benachbarten zwei der Rotorzähne 22 in die Rotorschlitze 23 eingesetzt. Die Mehrzahl von Induktionsspulen 27 ist in der Umfangsrichtung des Rotors 21 angeordnet. Darüber hinaus ist eine Mehrzahl von Paaren oder Sätzen von Erregerspulen 28 derart um den Rotor 21 herum gewickelt, dass jedes der Mehrzahl von Paaren von Erregerspulen 28 in die benachbarten zwei der Rotorschlitze 23 eingesetzt ist. Mit anderen Worten sind Erregerspulen 281 und 282 von jedem Paar 28, die mit einer konzentrierten Wicklung um den zugehörigen der Rotorzähne 22 herum gewickelt sind und in Reihe geschaltet sind, so angeordnet, dass sie eine Stufe (oder eine Masse) über der Gesamtheit des einen Rotorzahns 22 stehen.
Der Schenkel (oder Träger) 35 von jedem der zusätzlichen Polkerne 25 ist durch die wechselseitig gegenüberliegenden Seiten 22b der benachbarten zwei Rotorzähne 22 getragen. Auf diese Weise ist der Schenkel 35 des zusätzlichen Polkerns 25 mit dessen Körper 31 verbunden und trägt diesen, um den eine der Erregerspulen 27 herum gewickelt ist, um die Erregerspule 27 innerhalb von einem der Rotorschlitze 23 zwischen den Seiten 22b der benachbarten zwei Rotorzähne 22 zu positionieren und zu tragen.
Der Körper 31 jedes zusätzlichen Polkerns 25 ist mittels Laminieren von elektromagnetischen Platten in einer solchen Weise hergestellt, dass er sich longitudinal entlang und parallel zu der Welle 101 erstreckt, und ist in einer plattenartigen Struktur ausgebildet, die eine Wicklung der Induktionsspule 27 in einer Face-to-Face-Relation zu den wechselseitig gegenüberliegenden Seiten 22b der benachbarten zwei Rotorzähne 22 des Rotors 21 ermöglicht. Der Körper 31 ist mit dem Rotor 21 in einer solchen Weise zusammengebaut, dass er sich innerhalb des zugehörigen einen Rotorschlitzes 23 zwischen den benachbarten zwei Rotorzähnen 22 radial von der Rotationsachse weg oder in einer Richtung des Rotors 21 radial nach außen so erstreckt, dass er von der Induktionsspule 27 umhüllt ist, wobei eine äußere Endfläche 32a seines radial nach außen gerichteten Endabschnitts 32 dem Innenumfang 12a des benachbarten Statorzahns 12 des Stators 11 gegenüberliegt. Der radial nach außen gerichtete Endabschnitt 32 ist hinsichtlich der Breite mehr als der restliche Abschnitt des Körpers 31 vergrößert, um eine Abweichung der umhüllenden Induktionsspule 27 infolge der Zentrifugalkraft während einer Rotation des Rotors 21 einzuschränken.
Der Schenkel 35 jedes zusätzlichen Polkerns 25 ist mittels Laminieren elektromagnetischer Platten in einer solchen Weise hergestellt, dass er sich longitudinal entlang und parallel zu der Welle 101 erstreckt. Der Schenkel 35 ist in einer Art Platte derart ausgebildet, dass er sich von dem radial nach innen gerichteten Ende des zugehörigen Körpers 31 aus lateral in eine Richtung zu einer der wechselseitig gegenüberliegenden Seiten 22b der benachbarten zwei Rotorzähne hin und in der entgegengesetzten Richtung zu der anderen hin erstreckt. Der Schenkel 35 trägt den zugehörigen Körper 31, indem er dessen zwei entfernteste laterale Kanten 36 in zwei Tragenuten 39 einpasst, die von den wechselseitig gegenüberliegenden Seiten 22b aus nach innen geschnitten sind, um sie an den Seiten 22b zu montieren oder mit diesen zu verbinden. Dies ermöglicht eine Montage von jedem der zusätzlichen Polkerne 25 einfach durch Einfügen der lateralen Kanten 36 in zwei Tragenuten 39 für einen der Rotorschlitze 23 von einem von zwei axialen Enden des Rotors 21 aus und anschließendes Ausüben eines Drucks auf den Polkern 25 zu dem anderen axialen Ende hin, um zu bewirken, dass die lateralen Kanten 36 entlang der Tragenuten 39 gleiten.
Der Schenkel 35 jedes zusätzlichen Polkerns 25 ist mittels Laminieren elektromagnetischer Platten in einer solchen Weise hergestellt, dass eine ausreichende Festigkeit für ein Tragen des Körpers 31 bereitgestellt ist und seine Breite so stark wie möglich verringert ist, so dass er sich zum Beispiel mit einer Breite, die bei der größten Dicke der zwei elektromagnetischen Platten festgelegt ist, longitudinal entlang der Rotationsachse erstreckt. Mit anderen Worten, der Schenkel 35 ist in einer plattenartigen Struktur mit einer Querschnittsfläche ausgebildet, die so festgelegt ist, dass sie gering ist, um einen magnetischen Fluss zwischen seinem Körper 31 und den benachbarten Rotorzähnen 22 so stark wie möglich einzuschränken, um eine magnetisch unabhängige Trägerform bereitzustellen, bei der es ermöglicht ist, dass der zusätzliche Polkern 25 als ein separater Pol (zusätzlicher Pol) von den benachbarten Rotorzähnen 22 fungiert.
Aus diesem Grund erreicht der Rotor 21 problemlos den Zustand einer magnetischen Sättigung, da ein Durchströmen des magnetischen Flusses durch den Schenkel 35 jedes zusätzlichen Polkerns 25 eingeschränkt ist, so dass sich magnetische Flusslinien verdichten, die dazu tendieren, unmittelbar hindurch zu strömen. Eine derartige Struktur verhindert eine magnetische Kopplung zwischen jedem zusätzlichen Polkern 25 und den benachbarten Rotorzähnen 22, was es ermöglicht, den zusätzlichen Polkern 25 in einem magnetisch ausreichend unabhängigen Zustand von den benachbarten Rotorzähnen 22 zu tragen. Dies ermöglicht eine hocheffiziente Rotation des Rotors 21 durch ein großes Drehmoment, da eine Abnahme der Effizienz der Erzeugung eines magnetischen Feldes und eines Induktionsstroms verhindert wird, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Fluss, der mit dem zusätzlichen Polkern koppelt, und dem Fluss, der mit den Rotorzähnen 22 koppelt, verursacht wird.
Darüber hinaus erleichtert diese Struktur eine Montage des Rotors 21, indem ermöglicht wird, dass ein Anteil oder die Gesamtheit von jeder der Erregerspulen 28 um einen radial nach innen gerichteten Endabschnitt von einem der Rotorzähne oder um die Gesamtheit desselben gewickelt wird, bevor jeder der zusätzlichen Polkerne 25 angebracht wird, wie von den benachbarten zwei der Rotorzähne getragen, und dass dann der Schenkel 35 des zusätzlichen Polkerns 25 in die Tragenuten 39 eingepasst wird, die in den wechselseitig gegenüberliegenden Seiten 22b der benachbarten zwei Rotorzähne 22 ausgebildet sind.
Danach wird jede der Induktionsspulen 27 einfach um einen Körper 31 von einem der zusätzlichen Polkerne 25 herum gewickelt, bevor oder nachdem der Schenkel 35 von jedem der zusätzlichen Polkerne 25 angebracht wird, wie von den benachbarten zwei der Rotorzähne 22 getragen. Darüber hinaus wird jede der Erregerspulen 28 in einer Art um einen der Rotorzähne 22 herum gewickelt, in der sie in eine erste Erregerspule 281, die sich von dem Schenkel 35 des zusätzlichen Polkerns 25 radial nach innen gerichtet befindet, und eine zweite Erregerspule 282 unterteilt ist, die sich von dem Schenkel 35 radial nach außen gerichtet befindet, wobei die erste und die zweite Erregerspule 281 und 282 in Reihe geschaltet sind, um die Erregerspule 28 zu bilden.
In der vorstehend erwähnten Weise hält der Rotor 21 die Induktionsspulen 27 nahe seines Außenumfangs 22a, da jede der Induktionsspulen 27 um einen der Körper 31 der zusätzlichen Polkerne 25 herum gewickelt ist, die über ihre Schenkel 35 in den Rotorschlitzen 23 getragen sind. Darüber hinaus können die erste und die zweite Erregerspule 281 und 282 von jeder der Erregerspulen 28 um die Gesamtheit von einem der Rotorzähne 22 herum gewickelt sein, ohne von dem zugehörigen der Schenkel 35 gestört zu sein, da jeder Schenkel 35 innerhalb von einem der Rotorschlitze 23 getragen ist, wobei seine zwei entferntesten lateralen Kanten 36 in zwei Tragenuten 39 eingepasst sind, die longitudinal entlang der benachbarten zwei der Rotorzähne 22 verlaufen, die dazwischen den Rotorschlitz 23 definieren. Dieser Aufbau bewirkt, dass die Induktionsspule 27 effizient einen Induktionsstrom erzeugt, indem der Raum innerhalb des Rotorschlitzes 23 effektiv genutzt wird. Mit diesem Induktionsstrom werden die Erregerspulen 28 so erregt, dass sie effektiv ein magnetisches Feld erzeugen.
Ein Wickeln der ersten und der zweiten Erregerspule 281 und 282 jedes Satzes von Erregerspulen 28 um die Gesamtheit von einem der Rotorzähne 22 herum (wobei die Gesamtheit sowohl den radial nach innen gerichteten Bereich als auch den radial nach außen gerichteten Bereich beinhaltet) mittels eines Prozesses erfordert, dass jeder der zusätzlichen Polkerne 25 in einer Beschaffenheit verbleibt, in der ein Raum für ein Gleiten dessen Schenkels 35 in einem der Rotorschlitze 23 belassen ist. Ein Wickeln der ersten Erregerspule 281 um den Rotorzahn 22 herum, bevor dieser Rotorzahn 22 und der benachbarte Rotorzahn 22 einen der zusätzlichen Polkerne 25 tragen, und ein Wickeln der zweiten Erregerspule 282 um den Rotorzahn 22 herum, nachdem die benachbarten zwei Rotorzähne 22 den zusätzlichen Polkern 25 tragen, erfordert, dass die zweite Erregerspule 281 nach einem Wickeln der ersten Erregerspule 281 um einen radial nach innen gerichteten Bereich des Rotorzahns 22 vor oder nach einem Wickeln der Induktionsspule 27 um den Körper 31 des zusätzlichen Polkerns 25 herum um einen radial nach außen gerichteten Bereich des Rotorzahn 22 herum gewickelt werden sollte.
Durch Verwenden von jedem der zusätzlichen, aus elektromagnetischen Stahlplatten (einem magnetischen Material) hergestellten Polkerne 25 in den Induktionsspulen 27 wird die Permeabilität erhöht, um es einem magnetischen Fluss zu ermöglichen, in hoher Dichte mit dem zusätzlichen Polkern 25 zu koppeln. Darüber hinaus ermöglicht ein Platzieren von jeder der Induktionsspulen 27 in einem magnetischen Pfad an einer geeigneten Position, die dem Innenumfang 12a des benachbarten der Statorzähne 12 über den kalibrierten Luftspalt G gegenüberliegt, der sehr schmal ist, dass mehr des magnetischen Flusses der Oberwellen mit dem zusätzlichen Polkern 25 koppelt. Um die dritte zeit-harmonische Schwingung effektiv zu nutzen, die in einem magnetischen Fluss enthalten ist, der von den Innenumfängen 12a der Statorzähne 12 mit den Außenumfängen 22a der Rotorzähne 22 koppelt, wird eine Analyse des magnetischen Feldes durchgeführt, um genau zu erhärten, wo in magnetischen Pfaden für Oberwellen die Induktionsspulen 27 in einer solchen Weise zu platzieren sind, dass bewirkt wird, dass sie effizient einen Induktionsstrom erzeugen. Darüber hinaus sind die Induktionsspulen 27 jeweils zwischen den benachbarten zwei der Rotorzähne 22 in die Rotorschlitze 23 derart eingesetzt, dass ein notwendiger und ausreichender Luftspalt zwischen jeder der Induktionsspulen 27 und den benachbarten Erregerspulen 28 erhalten ist.
Wird eine konzentrierte Wicklungsstruktur wie diese verwendet, ist es nicht mehr notwendig, die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 unter Verwendung von mehr als zwei Rotorschlitzen in der Umfangsrichtung zu montieren, was es ermöglicht, die gesamte Abmessung der rotierenden elektrischen Maschine zu reduzieren. Ein Koppeln der dritten zeit-harmonischen Schwingung in einem rotierenden Rahmen (d-q-Achse) mit jeder Induktionsspule 27 bewirkt eine effiziente Erzeugung eines Induktionsstroms, wobei ein Kupferverlust auf der primären Seite reduziert ist, was die Erzeugung eines magnetischen Feldes bewirkt. Es ist anzumerken, dass die dritte zeit-harmonische Schwingung in einem rotierenden Rahmen die zweite raumharmonische Schwingung in einem statischen Rahmen ist.
Auf diese Weise sind die Induktionsspulen 27 von den Erregerspulen 28 getrennt, so dass die magnetischen Pfade für die ersteren nicht mit jenen für die letzteren interferieren und ein Strömen des magnetischen Flusses ermöglicht ist, wobei die Gesamtheit der Verdrahtung für jede der Induktionsspulen 27 genutzt wird, die sich longitudinal über die gesamte Länge (Breite) des benachbarten Rotorzahns 22 erstreckt, was bewirkt, dass die Induktionsspulen 27 effizient einen Induktionsstrom erzeugen, wobei eine magnetische Interferenz reduziert ist.
Derweil ist die rotierende elektrische Maschine 100 als ein Beispiel für einen Aufbau, der primär die 3f^te zeit-harmonische Schwingung in einem rotierenden Rahmen (f = 1, 2, 3 ...) nutzt, in einem Aufbau ausgebildet, der dem folgenden Verhältnis genügt: $P : S = 2 : 3$

wobei: P die Anzahl von Schenkelpolen (von Rotorzähnen 22) des Rotors 21 ist; und
S die Anzahl von Statorschlitzen 13 des Stators 11 ist.

Die dritte zeit-harmonische Schwingung in einem rotierenden Rahmen weist eine Frequenz auf, die höher als die Grundfrequenz eines Wechselstroms ist, mit dem die Ankerspulen 14 gespeist werden, und schwingt somit mit einem verkürzten Zyklus. Dies bewirkt eine Rotation des Rotors 21, indem eine Verlustenergie effizient wiedergewonnen wird, die durch Oberwellen verursacht wird, die der Grundschwingung des magnetischen Flusses überlagert sind, da eine Änderung der Dichte des magnetischen Flusses, der mit jeder Induktionsspule 27 in dem Rotorschlitz 23 zwischen den benachbarten zwei der Rotorzähne 22 koppelt, eine effiziente Erzeugung eines Induktionsstroms bewirkt.
Somit ist es für die rotierende elektrische Maschine 100 als einer Struktur, welche die Qualität einer relativen elektromagnetischen Wirkung zwischen dem Rotor 21 und dem Stator 11 optimiert, erforderlich, der vorstehend erwähnten Beziehung zu genügen, dass das Verhältnis P/S = 2/3 ist, um so eine Rotation zu erreichen, die frei von elektromagnetischem Rauschen ist, indem elektromagnetische Vibrationen reduziert werden.
Eine Magnetfeldanalyse der Verteilung eines magnetischen Flusses weist darauf hin, dass eine ungleichmäßige Verteilung von elektromagnetischen Kräften vorliegt, die auf den Stator 11 angewendet werden, da die Dichte des magnetischen Flusses in Reaktion auf das Verhältnis von P zu S (P/S) in einer Umfangsrichtung über 360 mechanische Grad verteilt ist.
Dagegen ist der magnetische Fluss, der mit dem Rotor 21 koppelt, in der rotierenden elektrischen Maschine 100 mit dem Aufbau, welcher der Beziehung genügt, dass P/S = 2/3 ist, in der Umfangsrichtung gleichmäßig über die Gesamtheit von 360 mechanischen Grad verteilt, was eine Rotation des Rotors 21 innerhalb des Stators 11 mit einer hohen Qualität ermöglicht.
Dies ermöglicht eine ruhige Rotation der rotierenden elektrischen Maschine 100, indem elektromagnetische Vibrationen drastisch reduziert werden, da ein Drehmoment unter Verwendung des magnetischen Flusses der Oberwelle erzeugt wird.
Die rotierende elektrische Maschine 100 bewirkt, dass jede der Induktionsspulen 27, die auf einer q-Achse auf dem Rotor 21 liegen, effizient einen Induktionsstrom erzeugt, diesen als Erregerstrom in die zugehörigen Erregerspulen 28 einspeist, die auf der benachbarten d-Achse liegen, was es ermöglicht, dass der zugehörige der Rotorzähne 22 als ein Selbsterregungs-Elektromagnet funktioniert. Somit ermöglicht die rotierende elektrische Maschine 100 eine hocheffiziente Rotation des Rotors 21, indem sie ein zusätzliches Drehmoment (elektromagnetische Kraft) erhält, um eine Unterstützung für ein Hauptdrehmoment bereitzustellen, das von der Elektrizitätszufuhr zu den Ankerspulen 14 herrührt. Mit anderen Worten wird in der rotierenden elektrischen Maschine 100 bewerkstelligt, dass der von einer Oberwelle auf der q-Achse herrührende magnetische Fluss infolge eines zusätzlichen, auf der q-Achse liegenden Pols als eine Erregerenergie-Quelle zur Verfügung steht, was die Dichte des von einer Selbsterregung herrührenden magnetischen Moments verbessert, indem die wechselseitige Induktanz im Vergleich zu dem Aufbau ohne einen derartigen zusätzlichen Pol auf einer d-Achse stärker erhöht wird.
Die Induktionsspulen 27, die in zwei Gruppen angeordnet sind, sind mit einer identischen Verdrahtung mittels einer konzentrierten Wicklung in der gleichen Wicklungsrichtung um radiale Richtungen des Rotors 21 herum gewickelt und in der Umfangsrichtung des inneren Rotors 30 Seite an Seite angeordnet. Die Induktionsspulen 27, die zu einer Gruppe gehören, sind in alternierende Rotorschlitze 23 eingesetzt und in Reihe geschaltet, um eine Reihenschaltung zu bilden, und die Induktionsspulen 27, die zu der anderen Gruppe gehören, sind in den anderen Rotorschlitzen 23 eingesetzt und in Reihe geschaltet, um eine weitere Reihenschaltung zu bilden. An beiden Enden sind die zwei Reihenschaltungen der Induktionsspulen 27 parallel geschaltet. Die Erregerspulen 28 (281, 282) sind mit einer konzentrierten Wicklung in wechselseitig umgekehrten Wicklungsrichtungen um radiale Richtungen des Rotors 21 herum gewickelt. Jede der Erregerspulen 28 besteht aus den in Reihe geschalteten Erregerspulen 281 und 282. Die Erregerspulen 28, die in einer Wicklungsrichtung gewickelt sind, sind hintereinander in Reihe geschaltet. In einer ähnlichen Weise sind die Erregerspulen 28, die in der umgekehrten Wicklungsrichtung gewickelt sind, hintereinander geschaltet.
Bezugnehmend auf 3 bildet ein Paar von Dioden (Gleichrichtern) 29A und 29B zusammen mit einem Satz von Induktionsspulen 27 und Erregerspulen 28 für die benachbarten zwei Rotorzähne 22 und Rotorschlitze 23 einen geschlossenen Stromkreis 30.
Wie in 3 dargestellt, weist jeder der geschlossenen Stromkreise 30 zwei Dioden 29A und 29B eines Paars auf, die geeignet platziert sind, um beide Enden der in Reihe geschalteten zwei Erregerspulen 28A und 28B eines Paars (zwei Sätze von Erregerspulen 281 und 282) mit beiden Enden von zwei parallel geschalteten Induktionsspulen 27A und 27B zu verbinden.
Spezifisch sind in dem geschlossenen Stromkreis 30 ein erster Verbindungsendabschnitt 28p auf einem Ende der zwei Erregerspulen 28A und 28B, die in Reihe geschaltet sind und mit einer konzentrierten Wicklung in den entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind, und zwei erste Verbindungsendabschnitte 27p der zwei Induktionsspulen 27A und 27B, die parallel geschaltet sind, an einem einzelnen Knotenpunkt verknüpft. Darüber hinaus ist ein zweiter Verbindungsendabschnitt 28q auf dem anderen Ende der zwei Erregerspulen 28A und 28B, die in Reihe geschaltet sind, mit einem Verbindungsanschluss (einer Verbindungs-Anschlussklemme) 29c auf der Kathoden-Seite der beiden Dioden 29A und 29B verbunden, und zwei zweite Verbindungsendabschnitte 27q der zwei Induktionsspulen 27A und 27B, die parallel geschaltet sind, sind mit jeweiligen Verbindungsanschlüssen 29c jeweils auf der Anoden-Seite von einer der zwei Dioden 29A und 29B verbunden. Mit anderen Worten, die Dioden 29A und 29B sind in einer Packung vom Typ mit gemeinsamer Kathode derart angeordnet, dass der Verbindungsanschluss 29c, der ihren Kathoden-Seiten gemeinsam ist, zu der Außenseite des Gehäuses hin freiliegend ist und dass die Verbindungsanschlüsse 29c für ihre jeweiligen Anoden-Seiten zu der Außenseite des Gehäuses hin freiliegend sind.
Diese Dioden 29A und 29B sind in einer Stempunkt-Klemmen-Vollwellengleichrichterschaltung ausgebildet, indem Elemente so verbunden werden, dass eine Phasendifferenz von 180 Grad zwischen einer Einspeisung eines Induktionswechselstroms und der anderen Einspeisung eines Induktionswechselstroms bereitgestellt wird, und indem eine der zwei Einspeisungen der Induktionswechselströme invertiert wird, um Einweggleichrichter-Ausgangsleistungen zu verknüpfen.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung verständlich ist, ermöglicht es die elektrische Maschine 100, dass die Oberwelle, die in dem magnetischen Fluss enthalten ist, der von dem Innenumfang 12a des Stators 11 in den Außenumfang 22a des Rotors 21 eintritt, durch die zusätzlichen Polkerne 25 aus elektromagnetischem Stahl mit einer hohen Permeabilität hindurch strömt, die von den Induktionsspulen 27A und 27B eingehüllt sind, was eine effiziente Erzeugung eines Induktionsstroms ermöglicht. Darüber hinaus wird der Induktionsstrom, der von jeder der zwei Reihenschaltungen der Induktionsspulen 27A und 27B erzeugt wird, von der zugehörigen der Dioden 29A und 29B gleichgerichtet. Nach dem Gleichrichten der Induktionsströme wird bewirkt, dass sich die gleichgerichteten Induktionsströme vereinigen, und sie werden den in Reihe geschalteten Erregerspulen 28A und 28B zugeführt. Dies bewirkt, dass die rotierende elektrische Maschine 100 effektiv eine Selbsterregung der Erregerspulen 28A und 28B durchführt, was bewirkt, dass sie ein magnetisches Feld erzeugen.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 bilden die Dioden 29A und 29B eines Paars zusammen mit einem Satz von zwei Induktionsspulen 27A & 27B und Erregerspulen 28A & 28B einen geschlossenen Stromkreis 30. Die Induktionsspulen 27A und 28 in dem geschlossenen Stromkreis 30 sind in der gleichen Richtung gewickelt und parallel verbunden. Die Erregerspulen 28A und 28B sind in einer Weise gewickelt, dass die Wicklungsrichtung bei jedem weiteren Rotorzahn 22 des Rotors 21 umgedreht ist.
Mit anderen Worten, wenn die Erregerspulen 28A und 28B bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 mit einem Erregerstrom erregt werden, ist die Magnetisierungsrichtung von Elektromagneten bei jedem weiteren Rotorzahn 22 des Rotors 21 umgedreht, so dass der N-Pol und der S-Pol alternierend in eine Face-to-Face-Relation zu den Statorzähnen 12 des Stators 11 gebracht werden. Mit anderen Worten, eine der Erregerspulen 28A und 28B pro geschlossenem Stromkreis 30 wird magnetisiert, um als ein Elektromagnet zu dienen, dessen S-Pol dem Stator 11 gegenüberliegt, und die andere wird magnetisiert, um als ein Elektromagnet zu dienen, dessen N-Pol dem Stator 11 gegenüberliegt, und sämtliche der Erregerspulen 28A und 28B sind in einer Weise angeordnet, dass die gleiche Anzahl von N-Polen und S-Polen dem Stator 11 gegenüberliegt.
Daraus folgt, dass die rotierende elektrische Maschine 100, da die Spulen für die Induktion von den Spulen für das magnetische Feld getrennt sind, die Oberwelle effizient als eine Energie zurückgewinnen kann und diese als eine Ausgangsleistung bereitstellen kann, indem eine wechselseitige Interferenz bzw. Beeinflussung zwischen den Induktionsspulen 27A und 27B und den Erregerspulen 28A und 28B vermieden wird, die das erzeugte magnetische Feld schwächen könnte. Es ist anzumerken, dass die Rotorzähne 22 in der rotierenden elektrischen Maschine 100 Schenkelpole bilden, um die herum die Erregerspulen 28A und 28B gewickelt sind, und dass zusätzliche Polkerne zusätzliche Pole bilden, um die herum die Induktionsspulen 27A und 27B gewickelt sind.
Darüber hinaus wird bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 bewirkt, dass die Schwingungsform des magnetischen Flusses der Oberwelle, die mit den Induktionsspulen 27A und 27B koppelt, von jedem der geschlossenen Stromkreise 30 gemeinsam ist, indem sechs (6) Sätze von geschlossenen Stromkreisen 30 auf dem Rotor 21 in Umfangsrichtung Seite an Seite angeordnet werden, wie in 3 gezeigt, und indem der Aufbau verwendet wird, welcher der Beziehung genügt, dass ein Verhältnis der Anzahl von Rotorzahn-Schenkelpolen P zu der Anzahl von Statorschlitzen gleich 2/3 ist. Der von den Induktionsspulen 27A und 27B erzeugte Induktionsstrom ohne irgendeine Phasendifferenz wird als ein Erregerstrom mit dem gleichen Level in die Erregerspulen 28A und 28B eingespeist, was ein Drehmoment bereitstellt, um den Rotor 21 effizient mit einer hohen Qualität anzutreiben.
Dieser Schaltungsaufbau, der in der rotierenden elektrischen Maschine 100 verwendet wird, ist dahingehend, dass er vermeidet, dass der Verdrahtungswiderstand so verknüpft wird, dass er einen hohen Widerstandswert aufweist, da die Induktionsspulen 27A & 27B und Erregerspulen 28A & 28B in sechs (6) Sätzen jeweils für einen geschlossenen Stromkreis 30, der in 3 dargestellt ist, segmentiert sind, besser als eine Reihenschaltung, wie in 4 dargestellt, bei der zur Ausführung einer Gleichrichtung, um zu bewirken, dass die Erregerspulen 28A & 28B als Elektromagnete funktionieren, sämtliche der Induktionsspulen 27A & 27B und Erregerspulen 28A & 28B des Rotors 21 mit den zwei Dioden 29A und 29B verschaltet sind.
Wenn sich der Rotor 21 zum Beispiel mit geringen Geschwindigkeiten dreht, um das Fahrzeug mit geringen Geschwindigkeiten anzutreiben, ist die Änderung des magnetischen Feldes um die Induktionsspulen 27A & 27B herum gering, so dass ein induzierter Strom gering ist. Unter diesen Umständen bewirkt der vorstehend erwähnte Schaltungsaufbau, dass die rotierende elektrische Maschine 100 eine Erregung der Erregerspulen 28A & 28B frei von einem unwirtschaftlichen Energieverbrauch erreicht, indem eine Verschwendung von Energie infolge eines Verdrahtungswiderstands an den Induktionsspulen 27A & 27B und den Erregerspulen 28A & 28B reduziert wird (indem ein den Strom begrenzender Widerstandswert reduziert wird). Dies stellt eine Unterstützung für das Drehmoment bereit, das von den Ankerspulen 14 auf dem Stator 11 erzeugt wird, indem eine effiziente Erzeugung eines magnetischen Felds bewirkt wird.
Ein Kupferverlust, der infolge einer Erregung durch Verdrahtungen entsteht, wird reduziert, indem eine Induktionsspannung, die von jeder der Induktionsspulen 27A & 27B erzeugt wird, und eine Erregerspannung, die von jeder der Erregerspulen 28A & 28B erzeugt wird, auf niedrige Spannungspegel begrenzt werden, indem die Induktions- und Erregerspannungen verteilt werden. Dies vermeidet ein Misslingen der Erzeugung eines gewünschten Drehmoments durch die rotierende elektrische Maschine 100, das infolge einer übermäßigen Zunahme des Spannungswerts verursacht wird.
Eine Reduktion der Spannung und des Widerstands von jeder der Induktionsspulen 27A & 27B und der Erregerspulen 28A & 28B kann bewerkstelligt werden, indem die Induktionsspulen 27A & 27B und die Erregerspulen 28A & 28B parallel geschaltet werden, wie in 5 dargestellt. Jede der Induktionsspulen 27A & 27B und der Erregerspulen 28A & 28B, die parallel geschaltet sind, erzeugt jedoch einen Kreisstrom infolge einer Induktionsspannung, die in einer Richtung erzeugt wird, in der das Auftreten eines magnetischen Flusses (eine Änderung) verhindert wird, wodurch die Erzeugung eines magnetischen Flusses (einer magnetischen Kraft) verhindert wird. Aus diesem Grund ist eine Anordnung von sechs (6) Sätzen von geschlossenen Stromkreisen 30 auf dem Rotor 21 als eine Gleichrichterschaltung der rotierenden elektrischen Maschine 100 geeignet.
Bei einer derartigen rotierenden elektrischen Maschine 100 wird während der ersten Drehung des Rotors 21 beim Starten der Drehung des Rotors 21, indem den Ankerspulen 14 auf dem Stator 11 Energie zugeführt wird, wenn das Fahrzeug zum Beispiel beginnt, sich zu bewegen, unter den segmentierten geschlossenen Stromkreisen 30 (nachstehend einfach als „Segment-Typ“ bezeichnet), wie in 3 gezeigt, in Bezug auf eine Schwingungsform des Induktionsstroms, nachdem er von einer Diode (zum Beispiel der Diode 29A) gleichgerichtet wurde, eine Erzeugung eines Induktionsstroms mit graduell zunehmenden Amplituden festgestellt, die für eine effektive Erzeugung einer Erregerenergie ausreichend hoch sind, wie in 7 gezeigt. Andererseits wird während der ersten Drehung des Rotors 21 unter einem Reihenschaltungs-Stromkreis (nachstehend einfach als „Reihenschaltungs-Typ“ bezeichnet), in dem sämtliche der Induktionsspulen 27A und 27B in Reihe geschaltet sind, wie in 4 gezeigt, eine Erzeugung eines Induktionsstrom mit Amplituden, die für eine effektive Erzeugung einer Erregerenergie ausreichend hoch sind, wie in 7 gezeigt, nicht festgestellt.
Somit wird in dem Fall des in 3 gezeigten Segment-Typs ein Induktionswechselstrom mit Amplituden, die für eine effektive Erzeugung einer Erregerenergie ausreichend hoch sind, während der ersten Drehung des Rotors 21 durch die Dioden 29A und 29B gleichgerichtet, um die Erregerspulen 28A und 28B mit einem Erregergleichstrom zu erregen.
Dies verursacht eine Differenz des Drehmoments. Bezugnehmend auf 8 kann in dem Fall des in 4 gezeigten Reihenschaltungs-Typs eine Erregung mit einem Erregerstrom, der nach einem Gleichrichten eines Induktionsstroms erhalten wird, eine Erzeugung eines magnetischen Moments während der ersten Drehung des Rotors 21 nicht sicherstellen, und es wird lediglich ein konstantes Drehmoment an den Rotor 21 angelegt, das durch eine Erregung der Ankerspulen 14 erzeugt wird. Andererseits wird der Rotor 21 in dem Fall des in 3 gezeigten Segment-Typs so angetrieben, dass er sich mit einem Drehmoment dreht, das durch Hinzufügen eines magnetischen Moments, das während der ersten Drehung des Rotors 21 durch die Erregerspulen 28A und 28B erzeugt wird, zu einem Drehmoment erhalten wird, das durch eine Erregung der Ankerspulen 14a erzeugt wird, und das Drehmoment nimmt mit einer Zunahme des magnetischen Moments graduell zu, so dass eine hocheffiziente Rotation des Rotors 21 bereitgestellt wird.
Spezifisch ist die Stromzufuhr zu den Ankerspulen 14 während einer Rotation des Rotors 21 mit einer geringen Geschwindigkeit mit einer geringen Last gering, es ist keine ausreichende Oberwellenkomponente vorhanden, die in die Induktionsspulen 27A und 27B eintritt, und ein Fluss des Induktionsstroms ist behindert, da ein interner Widerstand in dem Fall des Reihenschaltungs-Typs hoch ist. Da ein interner Widerstand in dem Fall des Segment-Typs gering ist, ist andererseits ein Fluss des Induktionsstroms nicht behindert, so dass ein magnetisches Moment effektiv erzeugt und genutzt werden kann.
Darüber hinaus ist eine Stromzufuhr zu den Ankerspulen 14 während einer Rotation des Rotors 21 mit einer geringen Drehzahl mit einer hohen Last hoch, es ist eine ausreichende Oberwellenkomponente vorhanden, die in die Induktionsspulen 27A und 27B eintritt, und ein ausreichender Fluss eines Induktionsstroms ist in dem Fall eines Reihenschaltungs-Typs nicht sichergestellt, da ein interner Widerstand hoch ist und ein Spannungsabfall groß ist. Andererseits ist in dem Fall des Segment-Typs ein ausreichender Fluss des Induktionsstroms sichergestellt, da ein interner Widerstand gering ist und ein Spannungsabfall gering ist, so dass ein magnetisches Moment effektiv erzeugt und genutzt werden kann.
Schließlich ist während einer Rotation des Rotors 21 mit einer hohen Drehzahl mit einer geringen und einer hohen Last eine große Fluktuation des magnetischen Flusses (der Frequenz) der Oberwellenkomponente vorhanden, die in die Induktionsspulen 27A und 27B eintritt, so dass die Erzeugung einer hohen Induktionsspannung an den Induktionsspulen 27A und 27B und eine magnetische Sättigung der zusätzlichen Polkerne 25 bewirkt wird, was zu einer Abnahme der Induktanz führt, so dass das magnetische Moment ohne irgendeine Interferenz mit einem Fluss des Induktionsstroms erzeugt und sogar in dem Fall des Reihenschaltungs-Typs genutzt werden kann.
Nunmehr bezugnehmend auf 9A und 9B wird die Form eines Aufbaus des Rotors 21 und der zugehörigen Teile in Bezug auf die rotierende elektrische Maschine 100 nach einem Wickeln der Ankerspulen 14 auf den Stator 11 und der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 28 auf den Rotor 21 durch Pressformen von Harz in einer Harzform konstant gehalten, und unter Konstanthalten der Form des äußeren Rotors 21 in axialen Richtungen der Welle (oder der Antriebswelle) 101 werden die Spulenende-Abdeckungen 110 angebracht, um beide der äußeren axialen Endflächen des Rotors 21 abzudecken.
Bei einer spezifischen Beschreibung auch unter Bezugnahme auf die 1 und 2 handelt es sich bei jeder der Ankerspulen 14 um eine Wicklungsspule, die in einer Form ausgebildet ist, die in einen der Statorschlitze 13 mit einem Flansch 12c einsetzbar ist, der das Ende des Statorzahns 12 nach innen definiert. Unmittelbar nach dem Einsetzen wird die Wicklungsspule von der Seite 12b des Statorzahns 12 getrennt und nachfolgend bei einer Formung mit der Seite 12b in Kontakt gebracht. In einer ähnlichen Weise handelt es sich bei jeder der Erregerspulen 28 um eine Wicklungsspule, die in einer Form ausgebildet ist, die in einen der Rotorschlitze 23 mit einem Flansch 22c einsetzbar ist, der das Ende des Rotorzahns 22 nach innen definiert. Unmittelbar nach dem Einsetzen wird die Wicklungsspule von der Seite 22b des Rotorzahns 22 getrennt und nachfolgend bei einer Formung mit der Seite 22b in Kontakt gebracht. Darüber hinaus handelt es sich bei jeder der Induktionsspulen 27 um eine Wicklungsspule, die in einer in den Rotorschlitz 23 einsetzbaren Form mit einem vergrößerten radial nach außen gerichteten Endabschnitt 32 des Körpers 31 des zusätzlichen Polkerns 25 nach innen ausgebildet ist. Unmittelbar nach dem Einsetzen wird die Wicklungsspule von der Seite 31b des Körpers 31 getrennt und nachfolgend bei einer Formung mit der Seite 31b in Kontakt gebracht.
Auch bezugnehmend auf 6 weist jede der Ankerspulen 14 in Bezug auf den Stator 11 schleifenförmige Abschnitte 14L (nicht dargestellt) an Positionen außerhalb der beiden axialen Endflächen des Stators 11 auf, die in einer axialen Richtung der Welle 101 beabstandet sind. Wie in den 10 und 12 gezeigt, weist jede der Induktionsspulen 27 in Bezug auf den Rotor 21 schleifenförmige Abschnitte 27L an Positionen außerhalb der beiden axialen Endflächen des Rotors 21 auf, die in der axialen Richtung der Welle 101 beabstandet sind, und in einer ähnlichen Weise weist jede der Ankerspulen 28 schleifenförmige Abschnitte 28L an Positionen außerhalb der beiden axialen Endflächen des Rotors 21 auf. Die schleifenförmigen Abschnitte 27L und 28L sind Seite an Seite entlang des Umfangs des Rotors 21 angeordnet und dienen als Befestigungsabschnitte. Wie am besten aus 12 ersichtlich, sind die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 mit dem Rotor 21 verbunden und an diesem befestigt, indem ein Verbindungsstrang (oder ein Kabel) 41 durch die schleifenförmigen Abschnitte 27L und 28L hindurchgeführt ist und über den gesamten Umfang des Rotors 21 hinweg verbunden ist. Es ist anzumerken, dass der Verbindungsstrang 41 in einem ausreichend starken Kabel ausgebildet ist, indem synthetische Fasern, die zum Beispiel aus Polyphenylensulfid (PPS) hergestellt sind, in einer schlauchartigen Form verwirkt sind. Das Kabel kann mit einem Lack oder dergleichen beschichtet sein, um seine Festigkeit zu erhöhen.
Wie in 10 gezeigt, sind die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 für eine integrale Rotation mit der Welle 101 stabil an dem Rotor 21 montiert, indem der Verbindungsstrang 41, der durch die schleifenförmigen Abschnitte 27L und 28L hindurch geführt ist, auch durch ein Ringelement 45 hindurch geführt ist, das an der Welle 101 befestigt ist.
Wie in 11 gezeigt, sind die Ringelemente 45 ebenso wie der Rotor 21 mit der Welle 101 für eine integrale und konzentrische Rotation mit der Welle 101 gekoppelt, indem die Ringelemente 45 gezwungen sind, zu Positionen außerhalb der beiden Endflächen des Rotors 21 zu gleiten, nachdem Führungsvorsprünge 46, die auf einem Innenumfang 45c ausgebildet sind, der eine Wellen-Mittelbohrung definiert, in die jeweiligen sich longitudinal erstreckenden Führungsnuten 106 der Welle 101 eingepasst sind.
Dieses Ringelement 45 ist mit Durchgangslöchern ausgebildet, die sich an seinen beiden Endflächen öffnen, die in einer axialen Richtung der Welle 101 beabstandet sind. Derartige Durchgangslöcher beinhalten Schrauben-Durchgangslöcher 47, um zu ermöglichen, dass Innensechskantschrauben 118 (häufig als Allen-Schrauben bezeichnet), die später beschrieben sind, durch diese hindurch geführt werden, sowie Verbindungslöcher (Sicherungsringe) 48, um zu ermöglichen, dass der Verbindungsstrang 41 durch diese hindurch geführt wird. Ausschnitte 48a sind von dem Außenumfang so nach innen geschnitten, dass sie sich an jeweiligen Verbindungslöchern 48 öffnen, um das Durchführen des Verbindungsstrangs 41 zu ermöglichen.
Die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 (281 & 282) sind stabil mit der Welle 101 verbunden und relativ zu der Welle 101 starr positioniert, indem beide Außenseiten des Rotors 21, die in einer axialen Richtung des Rotors 21 beabstandet sind, mittels des Verbindungsstrangs 41 mit dem Ringelement 45 gekoppelt werden.
Wie spezifisch in 12 gezeigt, wird der Verbindungsstrang 41, der durch die Verbindungslöcher 48 hindurch geführt ist, nach dem Verbinden von jedem der Ringelemente 45 mit der Welle 101 in einer Weise, dass die Ausschnitte 48a von dem benachbarten Ende der Welle 101 axial nach innen positioniert sind, um den schleifenförmigen Abschnitt 28L (281L & 282L) von jeder der Erregerspulen 28 (281 & 282) und um den schleifenförmigen Abschnitt 27L von jeder der Induktionsspulen 27 herum gewickelt, um sie für eine stabile Positionierung und Befestigung an der Welle 101 (dem Rotor 21) zu verbinden.
Die Verbindungsprozedur unter Verwendung des Verbindungsstrangs 41 geht wie folgt vonstatten, wobei als ein Beispiel die Verbindung von einer Gruppe des schleifenförmigen Abschnitts 27L der Induktionsspule 27, des schleifenförmigen Abschnitts 281L der Erregerspule 281 und des schleifenförmigen Abschnitts 282L der Erregerspule 282 beschrieben wird.
Die Verbindungsprozedur beginnt mit einem Durchführen eines Verbindungsstrangs 41 durch ein Verbindungloch 48 des Ringelements 45 und einem Herausziehen des Verbindungsstrangs 41 aus dem zugehörigen Ausschnitt 48a (Schritt S1). Danach wird der Verbindungsstrang 41 entlang der Außenseite der schleifenförmigen Abschnitte 281L und 282L der Erregerspulen 281 und 282 radial nach außen gezogen (Schritt S2). Nachfolgend wird der Verbindungsstrang 41 einmal um die schleifenförmigen Abschnitte 281L und 282L herum gewickelt, indem der Verbindungsstrang 41 von einer Öffnung 282Lo auf der Seite des Außenumfangs 22a des Rotorzahns 22 in die schleifenförmigen Abschnitte 281L und 282L eingeführt wird und aus einer Öffnung 281 Li auf der entgegengesetzten Seite oder der Seite der Wellen-Mitte heraus gezogen wird (Schritt S3).
Als nächstes wird der Verbindungsstrang 41 erneut um die gleichen schleifenförmigen Abschnitte 281L und 282L herum gewickelt, indem der Verbindungsstrang 41 auf der Seite der Wellen-Mitte aus der Öffnung 281 Li der schleifenförmigen Abschnitte 281L und 282L der Erregerspulen 281 und 282 heraus gezogen wird, der Verbindungsstrang 41 erneut entlang der Außenseite der gleichen schleifenförmigen Abschnitte 281 L und 282L radial nach außen gezogen wird, der Verbindungsstrang 41 von der Öffnung 282Lo auf der Seite des Außenumfangs 22a des Rotorzahns 22 in die schleifenförmigen Abschnitte 281 L und 282L eingeführt wird und aus der Öffnung 281 Li auf der entgegengesetzten Seite oder der Seite der Wellen-Mitte herausgezogen wird (Schritte S4 und S5).
Als nächstes wird der Verbindungsstrang 41 um das Ringelement 45 herum gewickelt, indem der Verbindungsstrang 41 erneut auf der Seite der Wellen-Mitte aus der Öffnung 281Li der schleifenförmigen Abschnitte 281L und 282L heraus gezogen wird, der Verbindungsstrang 41 in einen Ausschnitt 48a für ein weiteres Verbindungsloch 48 benachbart zu dem zuvor erwähnten Verbindungsloch 48 eingeführt wird, wobei sich ein Schrauben-Durchgangsloch 47 des Ringelements 45 dazwischen befindet, und der Verbindungsstrang 41 innerhalb einer scheibenförmigen Fläche 45, die nach außen gewandt ist, aus dem Verbindungsloch 48 heraus gezogen wird (Schritt S6).
Nachfolgend wird der Verbindungsstrang 41 einmal um den schleifenförmigen Abschnitt 27L der Induktionsspule 27 herum gewickelt, indem der Verbindungsstrang 41 aus dem Verbindungsloch 48 des Ringelements 45 heraus gezogen wird, der Verbindungsstrang entlang der Außenseite der Grenze zwischen den benachbarten zwei schleifenförmigen Abschnitten 28L und der Außenseite des schleifenförmigen Abschnitts 27L der Induktionsspule 27 radial nach außen gezogen wird (Schritt S7), der Verbindungsstrang 41 aus einer Öffnung 27Lo auf der Seite der äußeren Endfläche 32a des zusätzlichen Polkerns 25 in den schleifenförmigen Abschnitt 27L eingeführt wird und der Verbindungsstrang 41 aus einer Öffnung 27Li auf der entgegengesetzten Seite oder der Seite der Wellen-Mitte heraus gezogen wird (Schritt S8).
Zuletzt wird der Verbindungsstrang 41 erneut um das Ringelement 45 herum gewickelt, indem der Verbindungsstrang 41 aus der Öffnung 27Li des schleifenförmigen Abschnitts 27L der Induktionsspule 27 auf der Seite der Wellen-Mitte heraus gezogen wird, der Verbindungsstrang 41 von der scheibenförmigen Fläche 45a durch das gleiche Verbindungsloch 48 hinein gezogen wird (Schritt S9) und der Verbindungsstrang 41 aus einem Ausschnitt 48a heraus gezogen wird. Der Verbindungsstrang 41 wird über den gesamten Umfang des Rotors 21 hinweg von einer Gruppe zu einer weiteren gewickelt, indem die vorstehend erwähnte Prozedur von Schritt S1 an wiederholt wird.
Somit sind die Induktionsspulen 27 sowie die Erregerspulen 281 und 282 für eine Rotation als eine Einheit stabil mit der Welle 101 verbunden, indem die schleifenförmigen Abschnitte 27L, 281L und 282L mit dem Verbindungsstrang 41 mit dem Ringelement 45 verbunden werden. Insbesondere sind die zusätzlichen Polkerne 25 stabil an der Seite der Rotorzähne 22 (oder der Welle 101) befestigt, indem die Induktionsspulen 27 außer einem Tragen der Schenkel 35 mit dem Verbindungsstrang 41 verbunden werden, indem deren Spitzen 36 in die Tragenuten 39 der Rotorzähne 22 eingepasst werden.
Bezugnehmend auf 6 und die 9A und 9B sind die Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B für ein Anbringen an einer Seite des Rotors 21 nahe eines Verbindungsendes 101a der Welle 101 beziehungsweise an der entgegengesetzten Seite nahe eines „Rotations“-Endes 101b für einen Rotationssensor hergestellt. Eine Mehrzahl von Halterungen 111, mit denen eine Mehrzahl von Gruppen von Dioden 29A und 29B montiert ist, jede für einen der geschlossenen Stromkreise 30, ist an einer Mehrzahl von Positionen innerhalb einer in Bezug auf eine axiale Richtung der Welle 101 äußeren Oberfläche 110s der Spulenende-Abdeckung 110a für ein Anbringen an der Seite nahe des Verbindungsendes 101a ausgebildet. Bei diesem Beispiel ist die Spulenende-Abdeckung 110B in nahezu der gleichen Form ausgebildet, wobei deren Dicke reduziert ist und sie nicht mit Halterungen versehen ist, um das Gewicht zu reduzieren, die Spulenende-Abdeckung 110A kann jedoch für die Spulenende-Abdeckung 110B bestimmt werden.
Die Dioden 29A und 29B von jeder der Mehrzahl von Gruppen sind in einem von einer Mehrzahl von Gehäusen (Packungen) 121 aufgenommen. Die Montage wird durchgeführt, indem die Mehrzahl von Gehäusen 121 jeweils in die Mehrzahl von Halterungen 111 festsitzend eingepasst wird, mit denen die äußere Oberfläche 110s der Spulenende-Abdeckung 110A ausgebildet ist, und die Verbindungsanschlüsse 29c mit den Verbindungsenden 27p, 27q und 28p verbunden werden, die gebildet werden, indem Drähte aus den Induktionsspulen 27 und der Erregerspule 28 herausgezogen werden, um die geschlossenen Stromkreise 30 zu bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein direktes Verbinden der Verbindungsanschlüsse 29c mit Drähten von Verdrahtungsspulen als ein Beispiel beschrieben. Dieses Beispiel beschränkt die vorliegende Erfindung nicht. Um den Austausch der Dioden 29A und 29B (innerhalb der Gehäuse 121) zu erleichtern, kann an den Verbindungsenden der Verdrahtungsspulen ein Kontaktteilstück bereitgestellt sein, das so ausgelegt ist, dass eine Leitung durch die Verbindungsanschlüsse 29c ermöglicht ist, wenn es eingesetzt ist.
Wie in 13 gezeigt, handelt es sich bei den Halterungen 111 um Vertiefungen, die jeweils einen durchgehenden Raum definieren, der ein Querschnittsprofil aufweist, das für ein festsitzendes Aufnehmen von einem der Gehäuse 121 mit seinen zugehörigen Verbindungsanschlüssen 29c geeignet ist, die derart an einer Mehrzahl von separaten und äquidistanten Positionen in einer Umfangsrichtung entlang des Umfangs der äußeren Oberfläche 110s der Spulenende-Abdeckung 110A angeordnet sind, dass Positionen ausgerichtet sind, die für die geschlossenen Stromkreise 30 vorgesehen sind.
Jede der Halterungen 111 weist ein unteres Ende auf, das mit einer Gewindebohrung 112 ausgebildet ist, um ein Befestigungselement 119 festzuhalten (siehe 6), das sich durch ein Durchgangsloch (121b) (siehe 20) erstreckt, so dass die Gehäuse 121, die in die Halterungen 111 eingesetzt sind, mit den Befestigungselementen 119 an der Spulenende-Abdeckung 110A angebracht sind.
Unter weitergehender Bezugnahme auf 13 sind die Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B ebenso wie die Ringelemente 45 und der Rotor 21 mit der Welle 101 für eine integrale und konzentrische Rotation mit der Welle 101 verbunden, indem erzwungen wird, dass die Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B zu geeigneten Positionen außerhalb der beiden Endflächen des Rotors 21 gleiten, nachdem Führungsvorsprünge 116, die auf einem Innenumfang 110c ausgebildet sind, der eine Wellen-Mittelbohrung definiert, in die jeweiligen Führungsnuten 106 der Welle 101 eingepasst wurden.
Jede der Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B ist mit Löchern 117 ausgebildet, die an den gleichen Positionen wie die Schrauben-Durchgangslöcher 47 des Ringelements 45 gebohrt sind, so dass sie mit dem zwischengefügten Ringelement 45 mittels der später beschriebenen Innensechskantschrauben 118, die in die Löcher 117 und die Schrauben-Durchgangslöcher 47 so einsetzt werden, dass sie durch Durchgangslöcher 21b des Rotors 21 hindurch gehen, unbeweglich mit dem Rotor 21 verschraubt und starr an diesem befestigt sind (siehe die 9A und 9B).
Die Spulenende-Abdeckung 110A oder 110B ist in einem kurzen Zylinder mit Boden ausgebildet, der Vorsprünge 114a aufweist, die aus einer äußeren peripheren Wand 114 um die äußere Oberfläche 110s herum an Positionen herausstehen, die für ein Eingreifen in die Rotorschlitze 23 von der benachbarten Endfläche des Rotors 21 geeignet sind.
Da die Halterungen 111 mit den Gehäusen 121 in der Umfangsrichtung entlang des Umfangs der äußeren Oberfläche 110s oder auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse der Welle 101 liegt, äquidistant angeordnet sind, ist die Spulenende-Abdeckung 110A somit für eine integrale Rotation ohne irgendeine Verschlechterung der Qualität der Rotation des Rotors 21 an dem Rotor 21 und der Welle 101 befestigt, wobei deren Massenmittelpunkt auf der Wellen-Mitte liegt. Bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform ist das Gehäuse der Spulenende-Abdeckung 110A mit den äquidistant angeordneten Halterungen 111, die außerhalb einer Endfläche des Rotors 21 angeordnet sind, als ein Beispiel beschrieben, dieses Beispiel beschränkt die vorliegende Erfindung jedoch nicht. Als weitere Beispiele können die Halterungen 111 um den Außenumfang des Rotors 21 herum angeordnet sein, oder sie können an irgendwelchen Positionen angeordnet sein, die keine Rotationssymmetrie aufweisen, solange der Massenmittelpunkt auf der Wellen-Mitte gehalten wird.
Bezugnehmend auf 2, die 9a und 9B sowie 19 verhindern die Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B darüber hinaus eine Verschlechterung der Qualität der Rotation, indem zusätzliche Polkerne 25 festgehalten werden, die dazu tendieren, sich während der Rotation durch die Zentrifugalkraft zu bewegen, da sie in einer solchen Weise montiert sind, dass die Vorsprünge 114a, die aus den äußeren peripheren Wänden 114 herausstehen, in die Rotorschlitze 23 zwischen den benachbarten zwei der Rotorzähne 22 von einer und der entgegengesetzten Endfläche des Rotors 21 eingreifen, um ein axiales Ende und das entgegengesetzte axiale Ende des radial nach außen gerichteten Endabschnitts 32 von jedem der Körper 31 der zusätzlichen Polkerne 25 festzuhalten.
Mit einem Schaltungs- oder Verbindungssubstrat 122, das zwischen die Spulenende-Abdeckung 110A und den Rotor 21 zwischengefügt ist, und einer später beschriebenen Endplatte auf der äußeren Spulenende-Abdeckung 110a ist die Spulenende-Abdeckung 110A bezugnehmend auf die 19 und 20 darüber hinaus mit Innensechskantschrauben 118 an die Welle 101 geschraubt.
Bezugnehmend auf die 14 bis 17 und insbesondere auf 15 ist das Schaltungssubstrat 122 in einer solchen Form ausgebildet, dass es in die Rückseite der Spulenende-Abdeckung 110A eingepasst ist, d.h. die Seite, die entgegengesetzt zu der Seite der äußeren Oberfläche 110s ist, es mit Führungsvorsprüngen 126 ausgebildet ist, die aus einem Innenumfang 122c herausstehen, der die Wellen-Mitte definiert, und es mit Nuten 127 ausgebildet ist, die von einem Außenumfang 122b nach innen geschnitten sind, um Führungsvorsprünge 115 aufzunehmen (siehe 14). Darüber hinaus ist dieses Schaltungssubstrat 122 an den gleichen Positionen wie die Schrauben-Durchgangslöcher 47 des Ringelements 45 mit Schrauben-Durchgangslöchern 128 ausgebildet, so dass es zwischen die Spulenende-Abdeckungen 110A und das Ringelement 45 zwischengefügt ist und mit den später beschriebenen Innensechskantschrauben 118, die durch die Schrauben-Durchgangslöcher 128 hindurch gehen, unbeweglich an dem Rotor 21 befestigt ist.
Wie aus 16 leicht ersichtlich ist, ermöglicht es dies, das Schaltungssubstrat 122 starr und nicht drehbar relativ zu der Spulenende-Abdeckung 110A auf der Rückseite zu positionieren, die entgegengesetzt zu der Seite der äußeren Oberfläche 110s ist, indem die Führungsvorsprünge 115, die aus der innenseitigen äußeren peripheren Wand 114 der Spulenende-Abdeckung 110A herausstehen, in die Führungsnuten 127 des Außenumfangs 122b eingepasst werden. Das Schaltungssubstrat 122 und die Spulenende-Abdeckung 110A sind für eine Rotation als eine Einheit durch die Führungsvorsprünge 116 und 126 in den Führungsnuten der Welle 101 an der Welle 101 angebracht.
Bezugnehmend auf die 15 und 16 ist dieses Schaltungssubstrat 122 mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 123a, einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 123b, einer Mehrzahl von Leitungsstruktur-Sätzen ausgebildet, die jeweils aus vier verschiedenen Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d bestehen. Die Durchgangslöcher 123a und 123b sind bereitgestellt, um ein Einsetzen der Verbindungsenden 27p, 27q, 281p, 281q, 282p und 282q zu ermöglichen, die aus den Verdrahtungsspulen der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 28 (281 & 282) heraus gezogen sind. Die Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d sind bereitgestellt, um die geschlossenen Stromkreise 30 zu bilden, indem die Dioden 29A und 29B mit den Induktionsspulen 27 und den Erregerspulen 28 verbunden werden.
Außerdem bezugnehmend auf 3 sind die Durchgangslöcher 123a innerhalb von Gebieten offen, die mit den Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d bedeckt sind, um problemlose leitfähige Verbindungen mit Lot oder dergleichen zwischen den eingesetzten Verbindungsenden 27p, 281p, 281q, 282p (des N-Pols) und 282q der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 281 und 282 und den Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d zu ermöglichen.
Die Durchgangslöcher 123b sind innerhalb von Gebieten offen, die nicht mit den Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d bedeckt sind, um zu ermöglichen, dass die Verbindungsenden 27q und 282p (des S-Pols) für eine Verbindung mit den Verbindungsanschlüssen 29c der Dioden 29A und 29B ohne irgendeine leitfähige Verbindung mit irgendeiner von den Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d heraus gezogen werden.
Bezugnehmend auf 17 unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3, wobei spezifisch das Schaltungssubstrat 122 beschrieben ist, ist es ermöglicht, dass die Verbindungsenden 281q und 282q der Erregerspulen 28A (281) und 28A (282) durch die Durchgangslöcher 123a bis zu der mit der Leitungsstruktur 124a bedeckten Verbindungsoberfläche freigelegt sind und mit dieser leitfähig verbunden sind. In einer ähnlichen Weise sind die Verbindungsenden 281p und 281q der Erregerspulen 28A (281) und 28B (281) mit der Leitungsstruktur 124b leitfähig verbunden. Des Weiteren sind die Verbindungsenden 281p und 282q der Erregerspulen 28B (281) und 28B (282) mit der Leitungsstruktur 124c leitfähig verbunden. Schließlich ist das Verbindungsende 27p der Induktionsspule 27A, das Verbindungsende 28p (282p) der Erregerspule 28B (282) sowie das Verbindungsende 27p der Induktionsspule 27B mit der Leitungsstruktur 124d leitfähig verbunden.
Andererseits sind das Verbindungsende 28p (282p) der Erregerspule 28A (282), das Verbindungsende 27q der Induktionsspule 27A sowie das Verbindungsende 27q der Induktionsspule 27B eingesetzt und heraus gezogen.
Dann werden die heraus gezogenen Verbindungsenden 28p (282p), 27q und 27q der Erregerspule 28A (282), der Induktionsspule 27A und der Induktionsspule 27B in die Durchgangslöcher 110d eingesetzt, mit denen die Spulenende-Abdeckung 110A ausgebildet ist, wie in 14 gezeigt, und für eine leitfähige Verbindung mit den Verbindungsanschlüssen 29c der Dioden 29A und 29B zu der Seite der äußeren Oberfläche 110s heraus gezogen. Die Durchgangslöcher 110d sind an Positionen ausgebildet, an denen die Verbindungsanschlüsse 29c der Dioden 29A und 29B liegen, wenn die Gehäuse 121, welche die Dioden 29A und 29B enthalten, in die Halterungen 111 der Spulenende-Abdeckung 110A eingepasst werden.
Dies ermöglicht eine problemlose leitfähige Lot-Verbindung des Verbindungsendes 28p (282p) der Erregerspule 28A (282), des Verbindungsendes 27q der Induktionsspule 27A sowie des Verbindungsendes 27q der Induktionsspule 27B mit jeweiligen Verbindungsanschlüssen 29c der Dioden 29A und 29B.
Der Rotor 21 in der rotierenden elektrischen Maschine 100, d.h. der Rotor 21 mit den Induktionsspulen 27 und den Erregerspulen 28, die mittels des Verbindungsstrangs 41 unter Verwendung des Ringelements 45 verbunden sind und starr als eine Einheit verbunden sind, wird vor einem Zusammenbau mit dem Schaltungssubstrat 122 in einen Form-Zwischenraum (oder einen Hohlraum) einer Form für einen Formvorgang eingesetzt, nicht gezeigt, und ein PPS-Harz wird in Zwischenräume im Inneren injiziert, um derartige Zwischenräume zu füllen.
In dem Fall einer Formgebung des Rotors 21 mit der Welle 101, die vertikal gehalten ist, weist die Form für den Formvorgang einen Form-Zwischenraum, der eine innere Umfangsoberfläche beinhaltet und durch diese definiert ist, die einen derartigen Innendurchmesser aufweist, dass sie dem Außenumfang 22a von jedem der Rotorzähne 22 ohne irgendeinen Spalt gegenüberliegt, eine Deckenfläche sowie eine Bodenfläche auf. Die Form für den Formvorgang weist Teile auf, die in der gleichen Form wie die äußeren peripheren Wände 114 der Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B ausgebildet sind, wobei sie entlang der Innenumfangsoberfläche in den Form-Zwischenraum vorragen. Die Decke des Form-Zwischenraums ist mit Durchgangslöchern ausgebildet, die sich in der Nähe der Verdrahtungsspulen öffnen, um die Verbindungsenden 27p, 27q, 281p, 281q, 282p und 282q festzuhalten, die aus den Verdrahtungsspulen herausgezogen sind.
Im Hinblick auf die erforderliche Länge des Drahts, um welche die Verbindungsenden jeweils heraus gezogen werden sollten, werden die Drähte, die in die Durchgangslöcher 123a des Schaltungssubstrats 122 einzusetzen sind, auf eine Länge oder Längen geschnitten, die ausreichend lang sind, um zu bewirken, dass ihre Verbindungsenden 27p, 281p, 281q, 282p (des N-Pols) und 282q herausstehen. Andererseits werden die Drähte, die in die Durchgangslöcher 123b des Schaltungssubstrats 122 einzusetzen sind, auf eine Länge oder Längen geschnitten, die ausreichend lang sind, um eine leitfähige Verbindung ihrer Verbindungsenden 27q und 282p (des S-Pols) durch Löten oder dergleichen mit den Verbindungsanschlüssen 29c der Dioden 29A und 29B in den Halterungen 111 der Spulenende-Abdeckung 110A nach einem Einsetzen in die Durchgangslöcher 110d zu ermöglichen.
Da die Decke den Form-Zwischenraum bedeckt, der den Rotor 21 aufnimmt, wobei die Drähte, die in die Durchgangslöcher 123a und 123b einzusetzen sind, durch ihre Durchgangslöcher aus dem Form-Zwischenraum heraus gezogen sind, sind die Verbindungsenden 27p, 27q, 281p, 281q, 282p und 282q durch die Durchgangslöcher der Decke festgehalten.
Nachfolgend wird das PPS-Harz für den Formvorgang in die Form injiziert. Während der Injektion des PPS-Harzes wird erzwungen, dass das PPS-Harz in das Innere des Rotors 21 eintritt, um zu bewirken, dass es in die Spalte zwischen den und die Spalte um die Verdrahtungen der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 28 herum eintritt und derartige Spalte füllt, während das Eintreten des Harzes zum Füllen von Zwischenräumen beschränkt ist, die für ein Aufnehmen der peripheren Wände 114 der Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B vorgesehen sind, die an beiden Endflächen des Rotors 21 anzubringen sind. Da die Harzmasse nach einem Festwerden des Harzes die Zwischenräume zwischen den Verdrahtungen der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 28 und Zwischenräume auf beiden Längsenden der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 28 füllt, ist eine Bewegung der Verdrahtungen beschränkt, was zu einer Stabilisierung der Eigenschaften und einer Verbesserung der Haltbarkeit führt.
Darüber hinaus überbrückt das PPS-Harz kontinuierlich und fließt gleichmäßig in den Außenumfang 22a von jedem der Rotorzähne 22a hinein, um die Rotorschlitze 23 in einer Weise zu füllen, dass es die Gesamtheit der zusätzlichen Kerne 25 zusammen mit den Induktionsspulen 27 und den Feldspulen 28 bedeckt und fest wird, um die Harzmasse zu erzeugen. So wird die Tendenz der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 28, sich während der Rotation des Rotors 21 durch die Zentrifugalkraft zu bewegen, mit einer hohen Zuverlässigkeit beschränkt. Spezifisch werden die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 zusätzlich zu der Begrenzung der Erregerspulen durch die Flansche 22c der Rotorzähne 22c mit einer hohen Zuverlässigkeit festgehalten.
Da das PPS-Harz die schleifenförmigen Abschnitte 27L und 28L auf beiden Endflächen des Rotors 21 und den Verbindungsstrang 41 bedeckt, ist verhindert, dass die bedeckten Teile oder Abschnitte unter der Beanspruchung irgendeiner Last deformiert werden oder brechen.
Nach dem Injektions-Formvorgang wird der Rotor 21 in der Form einer Formharzmasse Mo aus der Form für den Formvorgang herausgenommen, wie in 18 gezeigt. Die Formharzmasse Mo, in die der Form-Zwischenraum transferiert ist, positioniert die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 zusammen mit den Rotorzähnen 22 und den zusätzlichen Polkernen 25 starr und trägt diese. Die Formharzmasse Mo bewirkt, dass die Verbindungsenden 27p, 281p, 281q, 282p (des N-Pols) und 282q in der Form von Leitungsvorsprüngen MoP auf einer Deckenfläche Mou herausstehen.
Dies ermöglicht eine Einsetzung der Leitungsvorsprünge MoP in die Durchgangslöcher 123a des Schaltungssubstrats 124 für ein Löten an die Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d, indem lediglich der Rotor 21 mit dem Schaltungssubstrat 122 bedeckt wird, während eine geeignete Positionierung relativ zu dem Rotor 21 während dessen Bewegung zu der Formharzmasse Mo hin gehalten wird, was es leicht macht, Verbindungen zwischen den Verbindungsenden 27p, 27q, 281p, 281q, 282p (des N-Pols) und 282q herzustellen.
Darüber hinaus bewirkt die Formharzmasse Mo, dass sich die Drähte der Verbindungsenden 27q und 282p (des S-Pols), die aus den Induktionsspulen und den Erregerspulen 28 heraus gezogen sind, auf der Deckenfläche Mou in der Form von Leitungen MoL zeigen.
Dies ermöglicht eine Einsetzung der Leitungen MoL aus den Durchgangslöchern 123b des Schaltungssubstrats 122 in die Durchgangslöcher 110d der Spulenende-Abdeckung 110A. Nach einem Anbringen dieses Stromkreises 122 und der Spulenende-Abdeckung 110A an dem Rotor 21 werden die Leitungen MoL abgeschnitten, um nicht erforderliche Abschnitte zu entfernen, und werden an die Verbindungsanschlüsse 29c gelötet, was es leicht macht, Verbindungen zwischen den Verbindungsenden 27q, 27q und 282p (des S-Pols) und den Verbindungsanschlüssen 29c der Dioden 29A und 29B herzustellen, die in die Halterungen 111 eingepasst sind.
Die äußeren peripheren Wände 114 sind bei oder nach einem Anbringen der Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B an dem Rotor 21, der aus der Form für den Formvorgang herausgenommen ist, durchgehend mit dem Umfang 22a von jedem der Rotorzähne 22 und einer Seitenfläche Mos der Formharzmasse Mo verbunden. Darüber hinaus üben deren Vorsprünge 114a, die zwischen den benachbarten zwei der Rotorzähne 22 eingesetzt sind, Druck auf die Längsenden des radial nach außen gerichteten Endabschnitts 32 des Körpers 31 des zusätzlichen Polkerns 25 aus.
Wie am besten aus 19 ersichtlich, sind die Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B zwischen Endplatten 136A und 136B zwischengefügt und mit Innensechskantschrauben 118 zusammen mit dem Schaltungssubstrat 122 an die Welle 101 geschraubt.
Nunmehr bezugnehmend auf 20 sind die Endplatten 136A und 136B derart hergestellt, dass sie während des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine keinerlei Einfluss auf die Erzeugung von magnetischen Pfaden haben, indem eine nicht-magnetische Metallplatte, wie beispielsweise eine Messingplatte, in eine Scheibenform mit im Wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie jede der Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B geformt wird. Die Endplatte 136A auf der Seite der Spulenendplatte 110A ist so ausgelegt, dass sie als ein Kühlkörper wirkt, indem deren eine Seite in engen Kontakt zu einer Seite von jedem der Gehäuse 121 gebracht wird, die als eine Wärmeabführungsoberfläche 121a hergestellt ist, zum Beispiel als eine Wärmeabführungsoberfläche auf der Grundlage von Aluminium, um Wärme, die während des Betriebs der Dioden 29A und 29B erzeugt wird, über einen Wärmeaustausch an den Außenraum abzuführen. Darüber hinaus wirken die Endplatten 136A und 136B als Gleichgewichtskorrekturplatten, um so das Rotationsgleichgewicht der Gesamtheit sicherzustellen, indem der Versatz in der Umfangsrichtung der Welle 101 korrigiert wird, der infolge einer Verschiedenheit der Bestandteile verursacht wird.
Außerdem bezugnehmend auf die 9A und 9B ist die Endplatte 136A, die in den 9A und 9B mit 116A bezeichnet ist, an den gleichen Positionen wie die Schrauben-Durchgangslöcher 128 des Schaltungssubstrats 122 und die Schrauben-Durchgangslöcher 117 der Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B mit Schrauben-Durchgangslöchern ausgebildet, um den Durchtritt der Innensechskantschrauben 118 zu ermöglichen. Die Endplatte 136B, die in 9A mit 116B bezeichnet ist, ist mit Gewindebohrungen ausgebildet, die in 9A mit 138 bezeichnet sind, um die Innensechskantschrauben 118 festzuhalten.
Der Rotor 21 wird in der vorstehend erwähnten Weise durch Verschrauben der Innensechskantschrauben 118 mit den Endplatten 136A und 136B montiert, die auf beiden Endseiten des Rotors 21 platziert sind, der mit dem Schaltungssubstrat 122 und den Spulenende-Abdeckungen 110A und 110B zusammengebaut wurde, um die geschlossenen Stromkreise 30 einzurichten. Dann wird der Rotor 21 in den Stator 11 eingesetzt.
Im Hinblick auf die rotierende elektrische Maschine 100 ist die Welle 101 in einer Rändelwelle ausgebildet, deren Verbindungsendabschnitt 101a eine Keilform aufweist, um in eine Keilbohrung, nicht gezeigt, von mechanischen Teilen hinein zu passen, die einen Kraftübertragungspfad eines Fahrzeugs bilden. Darüber hinaus ist die rotierende elektrische Maschine 100 in dem Fahrzeug eingebaut, indem ein Gehäuse (nicht gezeigt), das so ausgelegt ist, dass es die Gesamtheit des Stators 11 bedeckt, an das Fahrzeug geschraubt wird.
Wie in 9A gezeigt, weist diese rotierende elektrische Maschine 100 einen Rotationssensor 131 auf dem Endabschnitt 101b auf, der entgegengesetzt zu dem Verbindungsendabschnitt 101a liegt. Ein Rotor 132 des Rotationssensors 131 wird mittels eines Druckrings 139 in einer integralen Rotation mit dem Endabschnitt 101b festgehalten. Ein Stator 133 des Rotationssensors 131 ist an der Seite des Gehäuses befestigt. Der Rotationssensor 131 erfasst somit eine Rotation der Welle 101.
Da die Dioden 29A und 29B (die Gehäuse 121) in die Spulenende-Abdeckung 110A eingesetzt sind, die auf der Seite des Verbindungsendabschnitts 101 a angeordnet ist, der entgegengesetzt zu dem Endabschnitt 101b liegt, an dem der Rotationssensor 131 angebracht ist, verschlechtert ein während eines Betriebs der Dioden 29A und 29B vorkommendes Rauschen die Erfassungsgenauigkeit nicht, mit welcher der Rotationssensor 131 eine Rotation erfasst.
Aus der vorhergehenden Beschreibung versteht es sich, dass die Erregerspulen 27 und die Erregerspulen 28 sowie die zusätzlichen Kerne 25 in der rotierenden elektrischen Maschine 100 fixiert sind, da erzwungen wird, dass das PPS-Harz in die Spalte in jedem der Rotorschlitze 23 jeweils zwischen den benachbarten zwei der Rotorzähne 22 eintritt und diese füllt, indem der Rotor 21 in die Form für einen Formvorgang eingesetzt wird und das PPS-Harz injiziert wird, um derartige Spalte zu füllen. Somit bewahrt das PPS-Harz, das in die Verdrahtungen eintritt und diese festhält, derartige Verdrahtungen vor Deformation und Bewegung. Das PPS-Harz, das die Rotorschlitze 23 füllt, begrenzt in dem Fall der zusätzlichen Polkerne 25 eine Bewegung der zusätzlichen Polkerne 25 unter dem Einfluss einer Zentrifugalkraft, zusätzlich zu der Tatsache, dass jeder der zusätzlichen Polkerne 25 von den Spitzen 36 seiner Schenkel 35 getragen ist, die in die Tragenuten 29 eingepasst sind, die sich longitudinal entlang der wechselseitig gegenüberliegenden Seiten der benachbarten zwei der Rotorzähne 22 erstrecken.
Die Tendenz der Induktionsspulen 27 und der Erregerspulen 28, sich unter dem Einfluss einer Zentrifugalkraft zu bewegen, ist beschränkt, da die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 mit dem Verbindungsstrang 41, der durch die schleifenförmigen Abschnitte 27L und 28L hindurch geführt ist, die sich von beiden Endflächen des Rotors 21 nach außen erstrecken, stabil mit dem an der Welle 101 befestigten Ringelement 45 verbunden sind. Die Induktionsspulen 27 sind mittels des Verbindungsstrangs 41 stabiler gegenüber einer Bewegung getragen, zusätzlich zu der Tatsache, dass jede der Erregerspulen 27 durch den Schenkel 35 getragen ist. Wenn es nicht gelingt, dass das PPS-Harz die Zwischenräume oberhalb der Endflächen des Rotors füllt, wirken die Ringelemente 45 als Abstandshalter, um eine Deformation der schleifenförmigen Abschnitte 27L und 28L zu beschränken, indem Zwischenräume bereitgestellt werden, die sie umgeben.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist klar, dass eine qualitativ hochwertige Rotation der rotierenden elektrischen Maschine 100 bereitgestellt ist, da verhindert wird, dass die Induktionsspulen 27 und die Erregerspulen 28 innerhalb der Rotorschlitze 23 aufgrund von Vibrationen oder dergleichen während des Betriebs geschädigt werden.
Darüber hinaus wird eine Herstellung von Verbindungen zwischen den Verbindungsenden unter Verwendung der Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d ermöglicht, indem die Verbindungsenden einfach in die Löcher 123a des Schaltungssubstrats 122 eingesetzt werden, das von den Leitungsstrukturen 124a, 124b, 124c und 124d bedeckt ist. Andererseits wird eine Fertigstellung der geschlossenen Stromkreise durch eine Herstellung von Verbindungen mit den Verbindungsanschlüssen 29c der Dioden 29A und 29B leicht gemacht, indem einfach die Verbindungsenden durch die Löcher 123b des Schaltungssubstrats 122 so hindurch geführt werden, dass sie sich durch die Spulenende-Abdeckung 110A hindurch erstrecken.
Darüber hinaus wird eine Mehrzahl von geschlossenen Stromkreisen 30 hergestellt, um den Induktionswechselstrom gleichzurichten, damit sich ein Gleichstrom ergibt, so dass verhindert wird, dass die Induktionsspannung und der Verdrahtungswiderstand zusätzlich zu einer Reduktion der Amplitude des Stroms (der Last), der durch die Dioden 29A und 29B gleichzurichten ist, ziemlich hoch werden. Somit wird bei reduziertem Kupferverlust (Kern-Verlust) effizient ein magnetisches Feld (magnetisches Moment) erzeugt.
In der rotierenden elektrischen Maschine 100 wird das Drehmoment effizient erzeugt, da ein Streufluss (die Oberwelle), der (die) in dem magnetischen Fluss enthalten ist, der von dem Stator in den Rotor 21 eintritt, für eine Erzeugung eines magnetischen Feldes genutzt wird.
Da die Dioden 29A und 29B (die Gehäuse 121) in die Spulenende-Abdeckung 110A eingesetzt sind, die auf der Seite des Verbindungsendabschnitts 101a angeordnet ist, der entgegengesetzt zu dem Endabschnitt 101b liegt, an dem der Rotationssensor 131 angebracht ist, verschlechtert ein während des Betriebs der Dioden 29A und 29B vorkommendes Rauschen die Erfassungsgenauigkeit nicht, mit welcher der Rotationssensor 131 eine Rotation erfasst.
Ein Austauschen der Dioden 29A und 29B wird leicht gemacht, da dies begonnen werden kann, indem einfach die Endplatte 136A entfernt wird, und beendet werden kann, indem die Verbindungsanschlüsse 29c an geeignete Verbindungsenden gelötet werden, die aus den Spulenverdrahtungen herausgezogen werden, nachdem die gepackten Dioden 29A und 29B in eine der Halterungen 111 innerhalb der äußeren Oberfläche 110s der Spulenende-Abdeckung 110A eingesetzt wurden.
Die Spulenende-Abdeckungen 110A weisen Gehäuse 121 auf, welche die Dioden 29A und 29B in den Halterungen 111 enthalten, die an einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung entlang des Umfangs der äußeren Oberfläche 110s der Spulenende-Abdeckung 110A getrennten und äquidistanten Positionen derart angeordnet sind, dass Positionen ausgerichtet sind, die für die geschlossenen Stromkreise 30 vorgesehen sind. Dies ermöglicht eine konzentrische Rotation, wobei sich der Massenschwerpunkt der Spulenende-Abdeckung 110A auf der Rotationsachse der Welle 101 befindet, ohne irgendeine Verschlechterung der Qualität der Rotation.
Es wird eine weitere Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird ein Stromkreis mit einer Reihenschaltung (Reihenschaltungs-Typ), der in 4 gezeigt ist, dazu verwendet, die Anzahl von Dioden 29A und 29B zu reduzieren. In diesem Fall ist eine modifizierte Spulenende-Abdeckung 210A bereitgestellt, welche die gleiche Funktion wie die Spulenende-Abdeckung 110A aufweist. Die modifizierte Spulenende-Abdeckung 210A weist eine einzelne Halterung 111 für ein einzelnes Gehäuse 121 für ein Paar von Dioden 29A und 29B auf. Bei dieser weiteren Ausführungsform sind die weiteren Abschnitte mit Ausnahme eines Abschnitts, in dem die Halterung 111 ausgebildet ist, dünn hergestellt, um das Gewicht zu reduzieren, und eine Mehrzahl von Rippen 211 ist ausgebildet, um die Festigkeit mit einem erforderlichen Niveau beizubehalten. Mit der Welle 101 als dem Mittelpunkt kann die Abweichung des Massenschwerpunkts von der Wellen-Mitte vermieden werden, indem die Anzahl von Rippen 211 auf der entgegengesetzten Seite der Halterung 111 erhöht wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Induktionsspulen 27 durch die zusätzlichen Polkerne 25 getragen und in die Rotorschlitze 23 eingesetzt, dies stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar und beschränkt die Anordnung der Induktionsspulen nicht. Zusätzlich zu den Erregerspulen 29 um die Rotorzähne 22 herum können die Induktionsspulen 27 um die Rotorzähne 22 herum gewickelt sein. Wenn die Verbindung vom Segment-Typ verwendet wird, wird in diesem Fall verhindert, dass die Induktionsspannung und der Verdrahtungswiderstand zusätzlich zu einer Reduktion der Amplitude des Stroms (der Last), der durch die Dioden 29A, 29B gleichzurichten ist, ziemlich hoch werden. Somit wird bei reduziertem Kupferverlust (Kern-Verlust) effizient ein magnetisches Feld (magnetisches Moment) erzeugt.
Die Bauweisen des Stators 11 und des Rotors 21 sind nicht auf laminierte Bauweisen durch ein Laminieren von elektromagnetischen Stahlblechen beschränkt. Die Bauweisen können zum Beispiel sogenannte weichmagnetische Komposit-Kerne (SMC-Kerne) verwenden, die als Pulver-Magnetkerne beschrieben werden können, die aus einem Kompressions-Formvorgang von Eisenpulver und einer Wärmebehandlung von weichmagnetischen Kompositen (SMCs) aus ferromagnetischen Pulverpartikeln resultieren, wie beispielsweise Eisenpulver-Partikeln, die von einem elektrisch isolierenden Film umgeben sind. Der SMC-Kern ist aufgrund der Einfachheit dessen Formvorgangs für den Aufbau mit einem axialen Spalt geeignet.
Die Dioden 29A und 29B sind für eine Gleichrichtung des Induktionsstroms nicht immer notwendig. Es können andere Halbleiterelemente angebracht werden, wie beispielsweise Schaltelemente. Darüber hinaus kann die vorliegende Ausführungsform auf eine elektrische Maschine angewendet werden, die auf ihrem Stator einen sogenannten Klauenpol-Aufbau verwendet.
Die Anwendungen der elektrischen Maschine 100 sind nicht auf Kraftfahrzeuganwendungen beschränkt. Diese Anwendungen können die Verwendung der elektrischen Maschine 100 als einen Generator in Windkraftgeneratoren und/oder als einen Motor in Werkzeugmaschinen beinhalten.
Wenngleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist für einen Fachmann ersichtlich, dass Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Sämtliche derartigen Modifikationen und Äquivalente derselben sollen von den folgenden Ansprüchen abgedeckt sein, die im Umfang der Ansprüche beschrieben sind.
Beschreibung der Bezugszeichen

11: Stator
12: Statorzähne
13: Statorschlitz
14: Ankerspule
21: Rotor
22: Rotorzähne (Schenkelpol)
22c: Flansch
23: Rotorschlitz
25: zusätzlicher Polkern (zusätzlicher Pol)
27, 27A, 27B: Induktionsspule
27L, 28L, 281L, 282L: schleifenförmiger Abschnitt (Befestigungsabschnitt)
27p, 27q, 28p, 28q, 281p, 281q, 282p, 282q: Verbindungsende
28, 28A, 28B, 281, 282: Erregerspule
29A, 29B: Diode (Gleichrichter)
29c: Verbindungsanschluss
30: geschlossener Stromkreis
31: Körper
32: radial nach außen gerichteter Endabschnitt
32a: äußere Endoberfläche
35: Schenkel (Träger)
36: Spitze
39: Tragenut
41: Verbindungsstrang (Kabel)
45: Ringelement (Abstandshalter)
47: Loch
48: Verbindungsloch (Halterungsring)
48a: Ausschnitt
100: rotierende elektrische Maschine
101: Welle (rotierende Welle)
110, 110A, 110B, 210A: Spulenende-Abdeckung
110d, 123a, 123b: Durchgangsloch
111: Halterung
121: Gehäuse
122: Schaltungssubstrat (Verbindungssubstrat)
124a ~ 124d: Leitungsstruktur
136A, 136B: Endplatte
211: Rippe
G: kalibrierter Luftspalt
Mo: Formharz

Claims

Rotierende elektrische Maschine (100), die umfasst: einen Stator (11) mit einer Mehrzahl von Ankerspulen (14), die so konfiguriert sind, dass sie bei Erregung einen magnetischen Fluss erzeugen; einen Rotor (21) mit einer Längsachse, einem Außenumfang, einer ersten und einer zweiten Endfläche, einer Mehrzahl von Schlitzen, die sich longitudinal entlang des Außenumfangs zwischen der ersten und der zweiten Endfläche erstrecken, wobei der Rotor (21) eine Mehrzahl von Schenkelpolen (22), die jeweils wenigstens eine Erregerspule (28) aufweisen, die in die benachbarten zwei der Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt ist, sowie eine Mehrzahl von zusätzlichen Polen (25) aufweist, die in die Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt sind, die jeweils eine Induktionsspule (27) aufweisen, die in einen der Mehrzahl von Schlitzen eingesetzt ist; eine Harzmasse, welche die Mehrzahl von Schlitzen füllt; und wenigstens einen Abstandshalter (45), der relativ zu dem Rotor (21) an einer Position nahe einer von der ersten und der zweiten Endfläche befestigt ist, um einen End-Zwischenraum zu definieren, der erforderlich ist, um die Induktions- und die Erregerspulen (27, 28) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Induktionsspulen (27) und der Erregerspulen (28) wenigstens einen Befestigungsabschnitt (27L, 28L) aufweist, um an dem Abstandshalter (45) befestigt zu werden, wobei sich der Befestigungsabschnitt (27L, 28L) nahe des Außenumfangs befindet, und die Induktionsspulen (27) und die Erregerspulen (28) an dem Abstandshalter (45) mittels eines Kabels (41) befestigt sind, das den Befestigungsabschnitt (27L, 28L) und wenigstens einen Halterungsring (48) miteinander verbindet, mit dem der Abstandshalter (45) ausgebildet ist.
Rotierende elektrische Maschine (100) nach Anspruch 1, wobei die Harzmasse ein Harzmaterial beinhaltet, das zwischen die Wicklungen an den Längsenden der Induktionsspule (27) und der Erregerspule (28) eintritt und diese bedeckt.
Rotierende elektrische Maschine (100) nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren umfasst: ein Verbindungssubstrat (122), das mit Leitungsmustern (124a-124d) ausgebildet ist, durch die Endabschnitte von jeder der Verdrahtungen der Induktions- und der Erregerspulen (27, 28) verbunden sind.
Rotierende elektrische Maschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren umfasst: eine Abdeckung, die eine äußere Oberfläche aufweist, die mit wenigstens einer Halterung (111) gebildet ist; und wenigstens einen Satz von Gleichrichtern (29A, 29B), die in der Halterung (111) aufgenommen sind und Verbindungs-Anschlussklemmen aufweisen, die mit der Induktionsspule (27) und der Erregerspule (28) verbunden sind.