DE102016216178A1 - Rotierende elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, in der die strukturelle Festigkeit eines äußeren Rotors, der eine Vielzahl von Abschnitten aus weichmagnetischem Material umfasst, die voneinander beabstandet sind, verbessert ist. [Lösung] Eine rotierende elektrische Maschine mit einer Mittenlängsachse (1C) wird offenbart. Die rotierende elektrische Maschine umfasst: einen Stator, der Ankerspulen umfasst, die konfiguriert sind, einen Magnetfluss zu erzeugen, wenn sie erregt werden; einen inneren Rotor, der in Reaktion auf einen Durchfluss des Magnetflusses rotierbar ist; und einen äußeren Rotor (200) der um die Mittenlängsachse (1C) rotierbar ist, wobei der äußere Rotor in einem Magnetpfad des Magnetflusses liegt, der durch den inneren Rotor fließt. Der äußere Rotor (200) umfasst ein zylindrisches nicht-magnetisches Bauteil (202) mit einer Vielzahl von Einsteckschlitzen (202C), von denen sich jeder mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse (1C) von einem axialen Ende zu dem anderen axialen Ende erstreckt, und mit einer Vielzahl von Polschuhelementen (201) aus weichmagnetischem Material, die jeweils in die Vielzahl der Einsteckschlitze (202C) eingesetzt sind.

Description

• [Technisches Fachgebiet]
• Die vorliegende Erfindung betrifft rotierende elektrische Maschinen des Doppelläufertyps.
• [Allgemeiner Stand der Technik]
• JP 4505524 B2 , im Folgenden Patentliteratur 1 genannt, offenbart eine rotierende elektrische Maschine des Doppelläufertyps. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Stator, einen inneren Rotor und einen äußeren Rotor, der zwischen dem Stator und dem inneren Rotor angeordnet ist. Der innere und der äußere Rotor sind um eine Mittenlängsachse der rotierenden elektrischen Maschine drehbar. Der äußere Rotor umfasst einen Träger und eine Vielzahl von Polschuhen, die von dem Träger gehalten werden. Die Polschuhe bestehen aus weichmagnetischen Material und sind radial um die Mittenlängsachse derart angeordnet, dass die Polschuhe voneinander entlang eines Kreises um die Mittenlängsachse beabstandet sind. Der Träger ist fest an eine Welle der rotierenden elektrischen Maschine gekoppelt.
• [Stand der Technik]
• [Patentliteratur]
• Patentliteratur 1: JP 4505524 B2
• [Kurzdarstellung der Erfindung]
• [Technisches Problem]
• Der bekannte, in JP 4505524 B2 beschriebene äußere Rotor bringt die Schwierigkeit mit sich, die Polschuhe während des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine voneinander beabstandet zu halten. Mit anderen Worten sind die Polschuhe separate Teile und ein Luftspalt besteht zwischen zwei benachbarten Polschuhen, so dass die Polschuhe aus ihren ursprünglichen Positionen abweichen, wenn sie bei der Aufbringung eines Drehmoments belastet werden. Daher ist es bekannt, dass der äußere Rotor eine unzufrieden stellende strukturelle Festigkeit aufweist.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, in der die strukturelle Festigkeit eines äußeren Rotors, der eine Vielzahl von Abschnitten aus weichmagnetischem Material umfasst, die voneinander beabstandet sind, verbessert ist.
• [Lösung des Problems]
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Maschinemit einer Mittenlängsachse bereitgestellt, umfassend: einen Stator, der Ankerspulen umfasst, wobei die Ankerspulen konfiguriert sind, Magnetfluss zu erzeugen, wenn sie erregt werden; einen ersten Rotor, der um die Mittenlängsachse in Reaktion auf den Durchfluss des Magnetflusses rotierbar ist; und ein zweiter Rotor, der um die Mittenlängsachse rotierbar ist, wobei der zweite Rotor in einem Magnetpfad für den Magnetfluss ist, der durch den ersten Rotor fließt, wobei der zweite Rotor ein zylindrisches nicht-magnetisches Bauteil mit einer Vielzahl von Einsteckschlitzen umfasst, von denen sich jeder mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse von einem axialen Ende zu dem anderen axialen Ende erstreckt, und mit einer Vielzahl von Polschuhelementen aus weichmagnetischem Material, die jeweils in die Vielzahl von Einsteckschlitzen eingesetzt sind.
• [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
• Daher ist eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellt, in der die strukturelle Festigkeit eines äußeren Rotors, der eine Vielzahl von Abschnitten aus weichmagnetischem Material umfasst, die voneinander beabstandet sind, verbessert ist.
• [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
• 1 ist ein Querschnitt einer Hälfte (1/2) einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 zeigt Gleichrichterschaltungen, von denen jeder ein geschlossener Schaltkreis ist, der in einem inneren Rotor angeordnete Dioden umfasst.
• 3 ist eine graphische Repräsentation einer Oberschwingungsanalyse der Magnetflussdichte um einen Spalt zwischen dem inneren Rotor und einem äußeren Rotor.
• 4 ist ein Querschnitt der rotierenden elektrischen Maschine, geschnitten durch eine Mittenlängsachse der Maschine.
• 5 ist eine Explosionsansicht eines äußeren Rotors der rotierenden elektrischen Maschine.
• 6 ist eine Explosionsansicht eines inneren Rotors der rotierenden elektrischen Maschine.
• 7 ist ein Abschnitt der in 5 gezeigten Explosionsansicht, der ein Magnetpfadbauteil mit davon abgenommenen nicht-magnetischen Elementen zeigt.
• 8 ist eine axiale Endansicht des Magnetpfadbauteils mit den montierten nicht-magnetischen Elementen.
• 9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der 8, die zeigt, wie jedes der Brückensegmente eines der nicht-magnetischen Elemente hält.
• 10 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der 3, die zeigt, wie das Magnetpfadbauteil, eine äußere Welle, eine zylindrische Welle und ein Flansch nacheinander verbunden sind.
• 11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes in 10, der von einem einfach strichpunktierten Kreis B umgeben ist.
• 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes in 10, der von einem einfach strichpunktierten Kreis B umgeben ist.
• 13 ist eine perspektivische Ansicht des Magnetpfadbauteils mit nicht-magnetischen Elementen, die ausgesparte Abschnitte der Magnetpfadbauteile und der nicht-magnetischen Elemente zeigt.
• 14 ist ein Längsschnitt des äußeren Rotors mit einer Einspannvorrichtung.
• 15 ist ein vereinfachter Querschnitt eines Abschnitts der rotierenden elektrischen Maschine.
• 16 ist eine graphische Repräsentation der Beziehung zwischen einem Winkel von jedem aus der Vielzahl von Polschuhelementen und einer Flussdichte um einen Spalt.
• 17 ist ein Simulationsergebnis, wenn Ankerspulen mit konzentrierter Wicklung installiert werden.
• [Beschreibung der Ausführungsformen]
• Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen wird im Folgenden die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben. Die 1 bis 17 zeigen eine rotierende elektrische Maschine.
• In 1 ist eine rotierende elektrische Maschine 1 als eine rotierende elektrische Maschine des Doppelläufertyps konfiguriert, die eine Mittenlängsachse 1C aufweist. Die rotierende elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 100, der näherungsweise in Zylinderform ausgebildet ist, einen äußeren oder zweiten Rotor 200, der radial, relativ zu der Mittenlängsachse 1C, innerhalb des Stators 100 angeordnet ist, und einen inneren oder ersten Rotor 300, der radial relativ zu der Mittenlängsachse 1C von dem äußeren Rotor 200 angeordnet ist. Der äußere Rotor 200 und der innere Rotor 300 sind derart gelagert, dass der äußere und der innere Rotor 200 und 300 relativ rotierbar um die Mittenlängsachse 1C sind. 1 zeigt eine radiale Hälfte (1/2) einer Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine, d. h. eine radiale Verschiebung von 180° mechanischem Winkel von 360° mechanischem Winkel.
• Der Stator 100 umfasst einen Statorkern 101. Der Statorkern 101 umfasst eine Statorbasis und eine Vielzahl von Statorzähnen 102. Die Statorzähne 102 erstrecken sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von der Statorbasis nach innen. Wie aus 1 ersichtlich, sind die Statorzähne 101 radial um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Statorzähne 102 voneinander entlang einer Bogenlänge um einen Kreis um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Die Statorzähne 102 erstrecken sich zu inneren Enden oder inneren Umfangsflächen 102a der Statorzähne 102 derart, dass die inneren Umfangsflächen 102a äußeren Umfangsflächen 202a eines nicht-magnetischen Bauteils 202 des äußeren Rotors 200, welcher später beschrieben wird, über einen Luftspalt G1 gegenüberliegen.
• Der Stator 100 enthält Ankerspulen 104, die aufteilbar sind in und bestehen aus W-Phasenspulen, V-Phasenspulen und U-Phasenspulen für einen Drei-Phasen-Wechselstrom, so dass die Ankerspulen 104 in Nuten 103 eingelegt sind, von denen jede zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seiten 102b von zwei benachbarten Statorzähnen 102 definiert ist. Die Ankerspulen 104 sind um die Statorzähne 102 mit verteilter Wicklung gewickelt. Die Ankerspulen 104 erzeugen Magnetfluss, wenn sie erregt werden.
• In dem Stator 100 bewirkt die Zuführung von Drei-Phasen-Wechselstrom zu diesen Ankerspulen 104 die Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds. Das erzeugte rotierende Magnetfeld dringt in den äußeren Rotor 200 und den inneren Rotor 300 ein, wodurch es bewirkt, dass diese relativ zu dem Stator 100 rotieren.
• Der äußere Rotor 200 umfasst eine Vielzahl von Polschuhelementen 201 und das nicht-magnetische Bauteil 202. Jedes aus der Vielzahl der Polschuhelemente 201 ist aus weichmagnetischem Material, wie Stahl, mit hoher magnetischer Permeabilität. Das nicht-magnetische Bauteil 202 ist aus einem nicht-magnetischen Material, das keinen Durchfluss von Magnetfluss erlaubt, wie Polyphenylensulfid-(PPS)-Harz oder dergleichen. Das nicht-magnetische Bauteil 202 erstreckt sich mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse 1C. Jedes aus der Vielzahl der Polschuhelemente 201 erstreckt sich mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse 1C. Es wird darauf hingewiesen, dass die Mittenlängsachse eine Rotationsachse ist, um welche der äußere und der innere Rotor 200 und 300 relativ zu dem Stator 100 rotieren.
• Die Vielzahl der Polschuhelemente 201, von denen jedes mit einer stabförmigen Form durch das Laminieren einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlplatten nacheinander entlang einer Bogenlänge eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C gebildet ist, sind radial um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Polschuhelemente 201 voneinander entlang der Bogenlänge des Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Jedes der Vielzahl der Polschuhelemente 201 kann aus einem Magnetpulverkern hergestellt werden, der durch Pressen und Härten eines feinen Pulvers aus ferromagnetischem Material gebildet ist. Weil die Oberfläche des Magnetpuderkerns mit einem Isolierschutzfilm ummantelt ist, ist in diesem Fall der Wirbelstromverlust reduziert, der durch Oberschwingungskomponenten des Magnetflusses verursacht wird.
• Das nicht-magnetische Bauteil 202 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von Passformlöchern 202C. Die Vielzahl der Passformlöcher 202C ist um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Passformlöcher 202C mit einem gleichmäßigen Abstand voneinander entlang einer Bogenlänge eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Jedes aus der Vielzahl der Passformlöcher 202C erstreckt sich mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse 1C von einem axialen Ende des nicht-magnetischen Bauteils 202 zu dessen anderem Ende.
• Des Weiteren umfasst das nicht-magnetische Bauteil 202 eine Vielzahl von nicht-magnetischen Segmenten 202A, von denen jedes zwischen zwei benachbarten Passformlöchern 202C ist. Das nicht-magnetische Bauteil 202 umfasst eine Vielzahl von Brückensegmenten 202B. Jedes der Vielzahl der Brückensegmente 202B ist zwischen den zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmenten 202A angeordnet und verbindet diese an radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) Seiten nach außen und nach innen von dem Passformloch 202C, das zwischen den zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmenten 202A angeordnet ist. Die Vielzahl der nicht-magnetischen Segmente 202A und die Vielzahl der Brückensegmente 202C sind einstÜckig als ein Kern ausgebildet.
• In dem wie oben beschriebenen nicht-magnetischen Bauteil 202 bilden Räume, von denen jeder von zwei benachbarten aus der Vielzahl der nicht-magnetischen Segmente 202A und einem der Brückensegmente 202B, das zwischen den zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmenten 202A angeordnet ist, umgeben ist, jeweils die Vielzahl der Passformlöcher 202C. Die Vielzahl der Polschuhelemente 201 ist jeweils in die Vielzahl der Passformlöcher 202C eingesetzt.
• In dem veranschaulichten äußeren Rotor 200 sind die Polschuhelemente 201 aus weichmagnetischem Material und die nicht-magnetischen Segmente 202A radial um die Mittenlängsachse 1C angeordnet, so dass die Polschuhelemente 201 voneinander entlang der Bogenlänge des Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind und so dass jedes der nicht-magnetischen Segmente 202A zwischen zwei benachbarten Polschuhelementen 201 angeordnet ist. Die Polschuhelemente 201 und das nicht-magnetische Bauteil 202 werden später detailliert beschrieben.
• Der äußere Rotor 200 ist derart angeordnet, dass äußere Umfangsflächen 201a der Polschuhelemente 201 den inneren Umfangsflächen (inneren Enden) 102a der Statorzähne 102 des Stators 100 über die Brückensegmente 202B, die zwischen diesen angeordnet sind, gegenüberliegen und dass äußere Umfangsflächen 201b der Polschuhelemente 201 äußeren Umfangsflächen (äußeren Enden) 302a der Rotorzähne 302 eines später beschriebenen inneren Rotors 300 über die Brückensegmente 202B, die zwischen diesen angeordnet sind, gegenüberliegen. Eine in einer radialen (relativ zu der Mittenlängsachse 1C, siehe 4) Richtung gemessene Breite des radial äußeren Abschnitts von jedem der Brückensegmente 202B des nicht-magnetischen Bauteils 202 und eine in der radialen Richtung gemessene Breite von dem radial inneren Abschnitt des Brückensegments 202B sind kleiner als eine in der radialen Richtung gemessene Breite des benachbarten nicht-magnetischen Segments 202A, und diese sind zu derart kleinen Werten festgesetzt, dass der radial äußere Abschnitt des Brückensegments 202B den Durchfluss des Magnetflusses zwischen dem Stator 100 und dem Polschuhelement 201 nicht blockiert und dass der radial innere Abschnitt des Brückensegments 202B den Magnetfluss zwischen dem Polschuhelement 201 und dem inneren Rotor 300 nicht blockiert.
• Die Ankerspulen 104 des Stators 100 erzeugen einen Magnetfluss, der in den äußeren Rotor 200 eintritt. Der in den äußeren Rotor 200 eintretende Magnetfluss fließt effizient durch die Polschuhelemente 201, jedoch blockieren die nicht-magnetischen Segmente 202A den Durchfluss des Magnetflusses. Nachdem er durch die Polschuhelemente 201 geflossen ist, tritt der Magnetfluss in die Rotorzähne 302 des inneren Rotors 300 von den äußeren Umfangsflächen 302a her ein und fließt auf seinem Rückweg zu dem Stator 100 abermals durch die Polschuhelemente 201, um einen Magnetkreis zu vervollständigen.
• Während der Rotation des äußeren Rotors 200 relativ zu dem Stator 100 wählt ein Magnetkreis wechselweise einen ersten Weg, bei dem jedes der Polschuhelemente 201 den Durchfluss des Magnetflusses erlaubt, und einen zweiten Weg, bei dem das benachbarte der nicht-magnetischen Segmente 202A den Durchfluss des Magnetflusses beschränkt.
• Indem der äußere Rotor 200 auf diese Weise rotiert wird, wird es ermöglicht, die Anzahl der Pole und die Frequenz des rotierenden Magnetfelds, das von den Ankerspulen 104 erzeugt wird, zu ändern. Ein Drehmoment wird erzeugt bei der synchronen Rotation des so modulierten rotierenden Magnetfelds und des inneren Rotors 300.
• Der innere Rotor 300 umfasst einen Rotorkern 301, der durch das Laminieren von elektromagnetischen Stahlplatten entlang der Mittenlängsachse 1C ausgebildet ist. Der Rotorkern 301 umfasst eine Rotorbasis und eine Vielzahl von Rotorzähnen (Schenkelpolen) 302. Die Rotorzähne 302 erstrecken sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von der Rotorbasis nach außen. Wie aus 1 ersichtlich, sind die Rotorzähne 302 radial um die Mittenlängsachse 1C angeordnet, so dass die Rotorzähne 302 voneinander entlang einer Bogenlänge eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Die Rotorzähne 302 erstrecken sich zu äußeren Enden oder äußeren Umfangsflächen 302a der Rotorzähne 302, so dass die äußeren Umfangsflächen 302a einer inneren Umfangsfläche 201b des Magnetpfadbauteils 201 des äußeren Rotors 200 über einen Luftspalt G2 gegenüberliegen.
• Die Rotorzähne 302 weisen jeweils Sätze von Rotorwicklungen 330 auf. Die Rotorwicklungen 330 von jedem Satz dienen als eine Induktionsspule I und eine Erregerspule F. Die Induktionsspule I und die Erregerspule F sind um jeden der Rotorzähne 302 gewickelt, indem Spalten als Nuten 303 genutzt werden, von denen jede zwischen einander gegenüberliegenden Seiten 302b der benachbarten Rotorzähne 302 definiert ist, so dass die Induktionsspule I radial nach innen von dem äußeren Ende 302a des Rotorzahns 302 angeordnet ist und diesem nahe liegt, und die Erregerspule F ist radial innen von dem äußeren Ende 302 des Rotorzahns 302 weiter tieferliegend als die Induktionsspule I angeordnet. Mit anderen Worten sind die Induktionsspulen I an der Seite nahe des äußeren Rotors 200 während die Erregerspulen F an der Seite nahe der Mittenlängsachse 1C sind. Des Weiteren sind die Induktionsspulen I und die Erregerspulen F in die Nuten 303 eingelegt und um den inneren Rotor 300 derart gewickelt, dass die Induktionsspulen I radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) nach außen angeordnet sind und dass die Erregerspulen F radial nach innen angeordnet sind.
• Die Induktionsspulen I sind um die zwei benachbarte Rotorzähne 302 mit konzentrierter Wicklung in zueinander umgekehrter Wicklungsrichtung gewickelt. Die Induktionsspulen I sind radial um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Induktionsspulen I voneinander entlang der Bogenlänge des Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Jede der Induktionsspulen 34 erzeugt (oder induziert) Induktionsstrom, wenn sich die Flussdichte des Magnetflusses, der mit dieser koppelt, ändert.
• Die Erregerspulen F sind um die zwei benachbarten Rotorzähne 302 mit konzentrierter Wicklung in zueinander umgekehrten Wicklungsrichtungen gewickelt. Die Erregerspulen F sind radial um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Erregerspulen F voneinander entlang der Bogenlänge des Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Jede der Erregerspulen F dient als ein Elektromagnet, wenn sie bei der Zuführung des Erregerstroms erregt wird. Wie beschrieben, ist die Induktionsspule I und die Erregerspule F um jeden der Rotorzähne 302 derart gewickelt, dass die Richtung des Stroms, der durch die Induktionsspule I fließt, mit der Richtung des Stroms übereinstimmt, der durch die Erregerspule F fließt.
• In 1 ist nur eine Hälfte des inneren Rotors 300 gezeigt. Daher sind nur acht (8) Induktionsspulen I von allen und nur acht (8) Erregerspulen F von allen gezeigt. Die acht Induktionsspulen I werden I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7 und I8 in dieser Reihenfolge entlang einer Rotationsrichtung des inneren Rotors 300 benannt, d. h. eine Gegenuhrzeigersinnrichtung, um Verwirrung zu vermeiden. Die acht Erregerspulen F werden F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7 und F8 in dieser Reihenfolge entlang der Richtung der Rotation des inneren Rotors 300 benannt, um Verwirrung zu vermeiden. Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, trägt der innere Rotor 300 (16) Induktionsspulen I und sechszehn (16) Erregerspulen F. Die verbleibenden acht Induktionsspulen I, die in 1 nicht gezeigt sind, können I9, I10, I11, I12, I13, I14, I15 und I16 in dieser Reihenfolge entlang der Rotationsrichtung des inneren Rotors 300 genannt werden. Die verbleibenden acht Erregerspulen I, die nicht in 1 gezeigt sind, können F9, F10, F11, F12, F13, F14, F15 und F16 in dieser Reihenfolge entlang der Rotationsrichtung des inneren Rotors 300 genannt werden.
• Die sechszehn (16) Induktionsspulen I an dem inneren Rotor 300 sind in eine ungerade Gruppe, wie I1, I3, I5, I7, I9, I11, I13 und I15, und in eine gerade Gruppe, wie I2, I4, I6, I8, I10, I12, I14 und I16, aufteilbar. Die ungerade Gruppe ist weiter in eine erste Untergruppe, wie Induktionsspulen I1, I5, I9 und I13, und in eine zweite Untergruppe, wie die Induktionsspule I3, I7, I11 und I15, aufteilbar. Die erste Untergruppe der ungeraden Gruppe ist durch das Auswählen jeder zweiten ungeraden Induktionsspule, wie I1, I5, I9 und I13, gegeben, und die zweite Untergruppe der ungeraden Gruppe ist durch das Auswählen der verbleibenden jeder zweiten ungeraden Induktionsspule I3, I7, I1 l und I15, gegeben. Die gerade Gruppe ist ferner in eine erste Untergruppe, wie die Induktionsspulen I2, I6, I10 und I14, und in eine zweite Untergruppe, wie die Induktionsspule I4, I8, I12 und I16, aufteilbar. Die erste Untergruppe der geraden Gruppe ist durch das Auswählen jeder zweiten geraden Induktionsspulen, wie I2, I6, I10 und I14, gegeben und die zweite Untergruppe der geraden Gruppe ist durch das Auswählen der verbleibenden jeder zweiten geraden Induktionsspule, wie I4, I8, I12 und I16, gegeben. Wie aus 2 ersichtlich, wirken die Induktionsspulen, wie I1 und I5, der ersten Untergruppe der ungeraden Gruppe und die Induktionsspulen, wie I3 und I7, der zweiten Untergruppe der ungeraden Gruppe und ein Teil von allen der Erregerspulen F mit Dioden D1 und D2 zusammen, um eine Gleichrichterschaltung C1 auszubilden, die als ein geschlossener Stromkreis ausgebildet ist. In dieser Gleichrichterschaltung C1 sind die Induktionsspulen, wie I1 und I5, der ersten Untergruppe der ungeraden Gruppe und die Diode D1 seriell verbunden, und die Induktionsspulen, wie I3 und I7, der zweiten Untergruppe der ungeraden Gruppe um die Diode D2 sind in Serie verbunden. Die eine Serienverbindung der Induktionsspulen, wie I1 und I5, der ersten Untergruppe der ungeraden Gruppe mit der Diode D1 und die andere Serienverbindung der Induktionsspulen, wie I3 und I7, der zweiten Untergruppe der ungerazahligen Gruppe mit der Diode D2 sind parallel verbunden, so dass die Kathodenseiten der Dioden D1 und D2 mit einer Serienverbindung der Erregerspulen, wie F1 und F3, die den Teil aller Erregerspulen F bilden, verbunden sind. Wie vorstehend beschrieben, wird in der Gleichrichterschaltung C1 der Induktionswechselstrom, der von jeder der Induktionsspulen der ungeraden Gruppe erzeugt wird, durch die zugeordnete eine der Dioden D1 und D2 gleichgerichtet, um eine Versorgung von Gleichstrom zu den zugeordneten Erregerspulen F bereitzustellen.
• Weiter Bezug nehmend auf 2 wirken die Induktionsspulen, wie I2 und I6, der ersten Untergruppe der geraden Gruppe und die Induktionsspulen, wie I4 und I8, der zweiten Untergruppe der geraden Gruppe und der verbleibende Teil aller Erregerspulen F mit den Dioden D3 und D4 zusammen, um eine Gleichrichterschaltung C2 auszubilden, die als ein geschlossener Stromkreis ausgebildet ist. In dieser Gleichrichterschaltung C2 sind die Induktionsspulen, wie I2 und I6, der ersten Untergruppe der geraden Gruppe und die Diode D3 in Serie verbunden, und die Induktionsspulen, wie I4 und I8, der zweiten Untergruppe der geraden Gruppe und die Diode D4 sind in Serie verbunden. Die eine Serienverbindung der Induktionsspulen, wie I2 und I6, der ersten Untergruppe der geraden Gruppe mit der Diode D3 und die andere Serienverbindung der Induktionsspulen, wie I4 und I8, der zweiten Untergruppe der geraden Gruppe mit der Diode D4 sind parallel verbunden, so dass die Kathodenseiten der Dioden D3 und D4 mit einer Serienverbindung der Erregerspulen, wie F6 und F8, die den verbleibenden Teil aller Erregerspulen F bilden, verbunden sind. Wie vorstehend beschrieben, wird in der Gleichrichterschaltung C2 der Induktionswechselstrom, der von jeder der Induktionsspulen der geraden Gruppe erzeugt wird, durch die zugeordnete eine der Dioden D3 und D4 gleichgerichtet, um eine Versorgung mit Erregergleichstrom zu den zugeordneten Erregerspulen F bereitzustellen.
• Weil von den Induktionsspulen I erzeugte Induktionsstrom gleichgerichtet und als Erregerstrom verwendet wird, um die Erregerspulen F gleichzurichten, bewirkt der vorstehend beschriebene Schaltungsaufbau, dass die Rotorzähne 302 als Elektromagneten arbeiten.
• Gemäß diesem Schaltungsaufbau bezüglich der Dioden D1, D2, D3 und D4, ist ein Anstieg der Anzahl der zu verwendeten Dioden durch die Verwendung solcher Serienverbindungen beschränkt, selbst in dem Fall, dass ein Anstieg der Anzahl der Pole durch die Erhöhung der Anzahl der Induktionsspulen I und der Erregerspulen F benötigt wird. Um die Verwendung einer großen Anzahl von Dioden zu vermeiden, bildet der Schaltungsaufbau eine Sternpunkt-Klemmen-Einweggleichrichterschaltung, um einen Ausgangsstrom bereitzustellen, indem eine Einweggleichrichtung nach der Umrichtung von einem der zugeführten Induktionsströme durchgeführt wird, anstatt die weit verbreitete Zweiweggleichrichterschaltung des H-Brückentyps zu bilden.
• Die Erregerspulen F der Gleichrichterschaltungen C1 und C2 sind um die zwei benachbarten Rotorzähne 302 in zueinander umgekehrten Wicklungsrichtungen gewickelt. Einer der zwei benachbarten Rotorzähne 302, der einen Teil eines Magnetkreises bildet, wird derart magnetisiert, dass er als Elektromagnet dient, dessen S-Pol dem äußeren Rotor 200 gegenüberliegt, um einen Magnetfluss von dem benachbarten einen der Polschuhelementen 201 des äußeren Rotors 200 zu induzieren. Des Weiteren wird der andere der zwei benachbarten Rotorzähne 302 derart magnetisiert, dass er als ein Elektromagnet dient, dessen N-Pol den äußeren Rotor 200 gegenüberliegt, um einen Magnetfluss zu dem äußeren Rotor 200 zu induzieren.
• 3 zeigt ein Oberschwingungsanalyseergebnis der Oberschwingungskomponenten, die in der Flussdichte um einen Spalt zwischen dem inneren Rotor 300 und dem äußeren Rotor 200 enthalten sind, die sog. „Spaltflussdichte”. Die Polkombination ist derart, dass der Stator 100 4 Polpaare aufweist, der äußere Rotor 200 12 Pol aufweist und der innere Rotor 300 8 Polpaare aufweist. Der innere Rotor 300 ist ein massiver Rotor, d. h. ein Rotor ohne Pulsation eines magnetischen Widerstands.
• Es ist aus 3 ersichtlich, dass ein Spaltfluss 8. oder niedrigerer Ordnung und ein Spaltfluss der 16. oder höherer Ordnung bestehen bleiben, nachdem der äußere Rotor 200 einen Fluss 4. Ordnung von dem Stator 100 moduliert hat. Des Weiteren ist es ersichtlich, dass ein Spaltfluss der 4. Ordnung auch bestehen bleibt, aufgrund des Gleichstrom-Überlagerungsterms, der von einer von dem äußeren Rotor 200 abhängigen Permanenz verursacht wird. In 3 zeigt ein einfach strichpunktiert gezeichneter Kreis, der mit dem Bezugszeichen L bezeichnet ist, die Flussdichte des Spaltflusses 8. Ordnung und ein anderer einfach strichpunktiert gezeichneter Kreis, der mit dem Bezugszeichen M bezeichnet ist, zeigt die Flussdichte des Spaltflusses 4. Ordnung.
• Die Ordnung der Raumoberschwingung des synchronen Flusses, der nicht moduliert wird, wird das Polpaar des Stators. In dem veranschaulichten Beispiel der Oberschwingungsanalyse koppelt der Magnetfluss der Raumoberschwingung 4. Ordnung mit dem inneren Rotor 300 (unter der Annahme, dass ein mechanischer Winkel von 360° der 1. Ordnung entspricht).
• Nun wird das Prinzip der Drehmomenterzeugung in der rotierenden elektrischen Maschine 1 beschrieben. Unter dem Magnetflusskomponenten, die von dem Stator 100 herauskommen, durch den äußeren Rotor 200 fließen, um mit dem inneren Rotor 300 zu koppeln, ist zumindest eine Komponente, die von der Rotation des äußeren Rotors 200 moduliert ist, synchronisiert mit der Rotation des inneren Rotors 300 und koppelt mit dem inneren Rotor 300.
• Andererseits enthält der Magnetfluss, der mit den Induktionsspulen I des inneren Rotors 300 koppelt, zumindest eine Komponente, die variiert, ohne von der Rotation des äußeren Rotors 200 moduliert zu sein (d. h. ohne mit der Rotation des inneren Rotors 300 synchronisiert zu sein). Diese Komponente bewirkt, dass die Induktionsspulen I Induktionswechselstrom erzeugen. Der Induktionsstrom wird durch die Dioden D1, D2, D3 und D4 gleichgerichtet, um Erregergleichstrom bereitzustellen, um die Erregerspulen F zu erregen, wodurch bewirkt wird, dass die Rotorzähne 302 als Elektromagneten arbeiten, um Erregermagnetfluss zu erzeugen. Dies bewirkt die Produktion von Drehmoment innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 1.
• Es wird darauf hingewiesen, dass die Stromzuführung von einer Wechselstromquelle zu den Ankerspulen 104, die mit verteilter Wicklung gewickelt sind, die Erzeugung von Magnetfluss bewirkt, der von den Statorzähnen 102 des Stators 100 herauskommt, durch die Polschuhelemente 201 des äußeren Rotors 200 fließt und mit den Rotorzähnen 302 des inneren Rotors 300 koppelt.
• Obschon die Ankerspulen 104 mit konzentrierter Wicklung gewickelt sein können, sind sie dennoch in der vorliegenden Ausführungsform mit verteilter Wicklung gewickelt. In dem Fall mit konzentrierter Wicklung können die Ankerspulen mehr Oberschwingungskomponenten auf der Grundschwingung überlagern, als die mit verteilter Wicklung gewickelten Ankerspulen Oberschwingungen auf der Grundschwingung überlagern können. Weil die auf der Grundschwingung überlagerte Oberschwingungskomponente des Magnetflusses als eine Änderung in der Magnetflussmenge wirkt, bewirken die mit konzentrierter Wicklung gewickelten Ankerspulen 104, dass die Induktionsspulen I effizient Induktionsstrom erzeugen, wodurch eine größere Menge von Erregerstrom bewirkt wird, der den Erregerspulen I zugeführt werden soll, um ein Magnetfeld zu erzeugen.
• Die rotierende elektrische Maschine 1 ist in der Lage, die Rotation des inneren Rotors 300 relativ zu dem Stator 100 durch ein elektromagnetisches Moment (ein Drehmoment) zu ermöglichen, ohne Permanentmagnete bereitzustellen. In diesem inneren Rotor 300 ist es den Rotorzähnen 302 erlaubt, als Elektromagneten zu arbeiten, dessen Magnetisierungsrichtungen (N-Pol oder S-Pol) abwechselnd nacheinander entlang der Bogenlänge des Kreises um die Mittenlängsachse 1C umgekehrt sind, wodurch ein leicht gängiger Übergang von Magnetfluss, der über den äußeren Rotor und den Stator 100 koppelt, um die Nuten 303 ermöglicht wird.
• Diese rotierende elektrische Maschine 1 ist in der Lage, zu ermöglichen, dass der äußere Rotor 200 bei niedrigen Drehzahlen rotiert und der innere Rotor 300 bei hohen Drehzahlen rotiert, weil der äußere Rotor 200 relativ zu dem Stator 100 rotierbar ist und weil bewirkt wird, dass der innere Rotor 300, mit dem der Magnetfluss koppelt, der durch den rotierenden äußeren Rotor 200, d. h. durch die Polschuhelemente 201, fließt, relativ zu dem äußeren Rotor 200 durch das elektromagnetische Moment rotiert. Des Weiteren ist die rotierende elektrische Maschine 1 in der Lage, es zu ermöglichen, dass der äußere Rotor 200 bei hohen Drehzahlen rotiert und dass der innere Rotor 300 bei niedrigen Drehzahlen rotiert.
• Des Weiteren ist diese rotierende elektrische Maschine 1 konfiguriert, in Abhängigkeit einer Beziehung des Aufbaus des Stators 100, des äußeren Rotors 200 und des inneren Rotors 300 ein Drehmoment zu erzeugen, das für die vorstehend beschriebene Rotation benötigt wird. Wenn „A” die Polpaaranzahl der Ankerspulen 104 des Stators 100 ist, wenn „H” die Anzahl der Polschuhelemente 201 ist, die die Anzahl der Pole des äußeren Rotors 200 ausmachen, und wenn „P” die Polpaaranzahl der Rotorzähne (Elektromagnete) 302 ist, d. h. die Polpaaranzahl des inneren Rotors 300, kann insbesondere die vorstehend erwähnte Beziehung durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden. H = |A ± P| (1)
• Wenn diese Beziehung erfüllt ist, wird Drehmoment effizient erzeugt, um eine effiziente relative Rotation zwischen dem äußeren Rotor 200 und dem inneren Rotor 300 relativ zu dem Stator 100 zu ermöglichen. Beispielsweise erfüllt die rotierende elektrische Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Gleichung (1), weil A (die Polpaaranzahl der Ankerspulen 104 an den Stator 100) = 4, H (die Polpaaranzahl des äußeren Rotors 200) = 12 und P (die Polpaaranzahl der Rotorzähne 302 an dem inneren Rotor 300) = 8.
• Nun Bezug nehmend auf 4 ist in der rotierenden elektrischen Maschine 1 der äußere Rotor 200 von dem Stator 100 umgeben. Des Weiteren umgibt der äußere Rotor 200 den inneren Rotor 300. Der äußere Rotor 200 und der innere Rotor 300 sind um die Mittenlängsachse 1C der rotierenden elektrischen Maschine 1 rotierbar.
• Eine äußere Welle 201, die um die Mittenlängsachse 1C rotierbar ist, ist einstÜckig mit dem nicht-magnetischen Bauteil 202 des äußeren Rotors 200 verbunden. Eine innere Welle 300, die rotierbar um die Mittenlängsachse 1C ist, ist einstückig mit dem Rotorkern 301 des inneren Rotors 300 verbunden. Dies ermöglicht der rotierenden elektrischen Maschine 1 als Doppelachsenrotor des Flussmodulationstyps konfiguriert zu sein, der Kraft sowohl an die äußere Welle 210, als auch an die innere Welle 310 übertragen kann, indem das Prinzip der Flussmodulation genutzt wird.
• Daher kann die rotierende elektrische Maschine 1 gefertigt werden, um dieselbe Funktion wie ein bekannter Planetenradsatz aufzuweisen, so dass der Stator 100 als ein Sonnenrad des Planetenradsatzes, der äußere Rotor 200 als ein Planetenträger des Planetenradsatzes und der innere Rotor 300 als ein Hohlrad des Planetenradsatzes arbeitet. In der veranschaulichten rotierenden elektrischen Maschine 1 ist der äußere Rotor 200 gefertigt, um als Planetenträger zu arbeiten.
• Dies ermöglicht es der rotierenden elektrischen Maschine 1, nicht nur als ein Kraftübertragungsmechanismus, sondern auch als eine Antriebsquelle zu arbeiten, wenn die rotierende elektrische Maschine 1 an einem Hybridelektrofahrzeug zusammen mit einem Motor (d. h. einem Verbrennungsmotor) montiert wird, um eine Antriebsquelle auszubilden, in den die äußere Welle 210 des äußeren Rotors 200 und die innere Welle 310 des inneren Rotors 300 direkt Anteile eines Kraftübertragungswegs des Fahrzeugs verbunden werden, und indem eine Batterie des Fahrzeugs mit den Ankerspulen 104 des Stators 100 über einen Wechselrichter verbunden wird.
• (Äußerer Rotor)
• Bezug nehmend auf die 4 und 5 umfasst der äußere Rotor 200 ferner die äußere Welle 210 aus Eisenmaterial, einen ringförmigen Flansch 215 aus Eisenmaterial und eine zylinderförmige zylindrische Welle 214 aus Eisenmaterial, zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Polschuhelementen 201 und nicht-magnetischen Elementen 202.
• Die äußere Welle 210 umfasst einen säulenförmigen Teil mit kleinem Durchmesser 201A und einen flanschähnlichen Teil mit großem Durchmesser 201B, der sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) kontinuierlich von einem inneren Ende des Teils mit kleinem Durchmesser 201A nach außen erstreckt. Der Teil mit großem Durchmesser 210B erstreckt sich radial von der Mittenlängsachse 1C weiter nach außen als der Teil mit kleinem Durchmesser 210A. Der Teil mit großem Durchmesser 210B liegt dem Polschuhelementen 201 gegenüber, so dass dessen inneres Ende, dass sich radial von der Mittenlängsachse 1C nach außen erstreckt, den Magnetpfadbauteil 201 gegenübergestellt ist.
• Der Teil mit kleinem Durchmesser 210A der äußeren Welle 210 weist einen Resolverring 221 auf, einen Resolverrotor 220 und eine Aufnahme 218. Mit dem Resolverring 221 ist der Resolverrotor 220 an dem Teil mit kleinem Durchmesser 210A derart befestigt, dass der Resolverrotor 220 und der Teil mit kleinem Durchmesser 210A zur Rotation um die Mittenlängsachse 1C vereint sind. Die Aufnahme 218, die als ein ringförmiges Teil ausgebildet ist, hält ein später beschriebenes Radialkugellager 21, so dass ein Abschnitt einer nach außen gewandten Seite nahe und umgebend einen inneren Rand der Aufnahme 218 gegenüber einen äußeren Ring des Radialkugellagers 21 trägt. Zusätzlich ist die Aufnahme 218 mit einer Vielzahl von Schraubenmutterteilen 218A bereitgestellt, die mit später beschriebenen Schrauben 26 im Eingriff stehen.
• Der Flansch 215 ist zwischen dem Teil mit großem Durchmesser 210B der äußeren Welle 210 und einer Baugruppe der Polschuhelemente 201 und des nicht-magnetischen Bauteils 202 angebracht. Der Flansch 215 ist aus nicht-magnetischem Material, wie ein Aluminiummaterial, gefertigt. Dies verhindert, dass Magnetfluss, der von den Ankerspulen 104 erzeugt wird, als Streufluss zu der äußeren Welle 210 fließt.
• Der Teil mit großem Durchmesser 210B und der Flansch 215 sind jeweils mit einem ersten Satz von Einstecklöchern 210B1 und einem zweiten Satz von Einstecklöchern 215A ausgebildet. Jeder der ersten und zweiten Sätze der Einstecklöcher 210B1 und 215A sind radial um die Mittenlängsachse C1 derart angeordnet, dass die Einstecklöcher 210B1 und 215A voneinander entlang der Bogenlänge des Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Nicht-magnetische Befestigungselemente 219 sind in diese Einstecklöcher 210B1 und 215A eingesetzt. Die nicht-magnetischen Segmente 202A des nicht-magnetischen Bauteils 202 sind mit Einstecklöchern 202A ausgebildet, in welche die nicht-magnetischen Befestigungselemente 219 eingesetzt sind.
• Jeder der nicht-magnetischen Befestigungselemente 219 ist aus nicht-magnetischem Material gefertigt, das keinen Durchfluss des Magnetflusses erlaubt, z. B. Polyphenylensulfid-(PPS)-Harz oder dergleichen. Im Vergleich zu Befestigungselementen 219 aus magnetischem Material, wird daher der Permanenzwechsel (Schenkelverhältnis) durch die Polschuhelemente 201 in dem äußeren Rotor 200 groß gemacht, weil die Polschuhelemente 201 magnetisch unabhängig sind. Dies bewirkt, dass die rotierende elektrische Maschine 1 die Drehmomentdichte verbessert.
• Ein auftretender Wirbelstrom innerhalb der nicht-magnetischen Befestigungselemente 219 wird von Oberschwingungs-Magnetfluss bewirkt, der innerhalb des Spalts auftritt, und auftretender Wirbelstrom zwischen den nicht-magnetischen Befestigungselementen wird durch den Oberschwingungs-Magnetfluss verursacht. Weil jeder der nicht-magnetischen Befestigungselemente 219 aus nicht-magnetischem Material gefertigt ist, werden Verluste aufgrund solcher auftretenden Wirbelströme reduziert.
• Die zylindrische Welle 214 ist um die Mittenlängsachse 1C rotierbar und an den entferntesten axialen Enden des Magnetpfadbauteils 201 und der nicht-magnetischen Elemente 202 von dem Teil mit großem Durchmesser 210B, bezüglich der Mittenlängsachse 1C (d. h. die linke Endseite, gesehen in 4) angeordnet. Die zylindrische Welle 214 ist mit Innengewindelöchern 214A ausgebildet, um mit den nicht-magnetischen Befestigungselementen 219 im Eingriff zu stehen.
• Die zylindrische Welle 214 ist aus nicht-magnetischem Material, wie rostfreiem, gefertigt. Dies verhindert, dass der von den Ankerspulen 104 erzeugte Magnetfluss durch die zylindrische Welle 214 als Streufluss nach außen fließt.
• Beim Zusammenbau des äußeren Rotors 200 werden die äußere Welle 210 und der Flansch 215 fest an den naheliegenden axialen Enden des Magnetpfadbauteils 201 und des nicht-magnetischen Bauteils 202 (d. h. die rechte Endseite, gesehen in 4) befestigt, und die zylindrische Welle 214 wird fest an die entferntesten axialen Enden der Polschuhelemente 201 und des nicht-magnetischen Bauteils 202 (d. h. die linke Endseite, gesehen in 3) befestigt, indem die nicht-magnetischen Befestigungselemente 219 in die Einstecklöcher 210B1 des Teils mit großem Durchmesser 210B, in die Einstecklöcher 215A des Flanschs 215, und in die Einstecklöcher 202d des nicht-magnetischen Bauteils 202 nacheinander eingesetzt werden, um zu bewirken, dass sie mit den Innengewindelöchern 214A der zylindrischen Welle 214 im Eingriff stehen.
• (Innerer Rotor)
• Bezug nehmend auf 4 und 6 umfasst der innere Rotor 300 die innere Welle 310 aus Eisenmaterial. Die innere Welle 310 weist einen äußeren Umfangsteil auf. An dem äußeren Umfangsteil weist die innere Welle 310 eine Ausgleichsplatte 311, einen Abstandshalter 312, die Rotorwicklungen 330, einen Abstandshalter 314, eine Diodenhalterung 315, eine Ausgleichsplatte 316, eine U-Blechmutter 317, einen Aufnehmer 318, einen Resolverrotor 319 und einen Resolverring 320 auf.
• Die Ausgleichsplatte 311, die in einer Ringform aus Eisenmaterial ausgebildet ist, ist axial relativ zu der Mittenlängsachse 1c durch ein Flanschteil der inneren Welle 310 positioniert, so dass ein Abschnitt, der einen inneren Rand der Ausgleichsplatte 311 umgibt, in Kontakt mit dem Flanschteil der inneren Welle 310 gehalten wird. Die Ausgleichsplatte 311 hält die Rotorwicklungen 330 über Abstandshalter 312 von dem benachbarten axialen Ende der Rotorwicklungen 330 (d. h. dem rechten Ende, gesehen in 4).
• Der Abstandshalter 312 ist zwischen der Ausgleichsplatte 311 und den benachbarten axialen Ende der Rotorwicklungen 330 angeordnet. Der Abstandshalter 312 ist derart ausgebildet, dass der Abstandshalter 312 sich radial von der Mittenlängsachse 1C weniger als die Rotorwicklungen 330 nach außen erstreckt, und daher bleibt ein Raum zwischen der Ausgleichsplatte 311 und den Rotorwicklungen 330 frei. Der Abstandshalter 312 ist mit einer Ringform aus Aluminiummaterial gebildet. Die Ausgleichsplatte 311 und der Abstandshalter 312 werden von einer relativen Rotation zu der inneren Wellen 310 abgehalten, so dass diese integral mit den Rotorwicklungen 330 rotieren.
• Die Ausgleichsplatte 316, die in einer Ringform aus Eisenmaterial gebildet ist, ist axial relativ zu der Mittenlängsachse 1C durch eine U-Blechmutter 317 derart positioniert, dass ein Abschnitt, der einen inneren Rand der Ausgleichsplatte 316 umgibt, in Kontakt mit der U-Blechmutter 317 gehalten wird. Die Ausgleichsplatte 316 hält die Rotorwicklungen 330 über den Diodenhalter 315 und den Abstandshalter 314 von dem anderen axialen Ende der Rotorwicklungen 330 (d. h. der linken Endseite, gesehen in 3).
• Der Abstandshalter 314 ist zwischen dem Diodenhalter 315 und dem gegenüberliegenden axialen Ende der Rotorwicklungen 330 angeordnet. Der Abstandshalter 314 ist derart ausgebildet, dass sich der Abstandshalter 312 von der Mittenlängsachse 1C weiter radial nach außen erstreckt als die Rotorwicklungen 330, und daher wird ein Raum zwischen dem Diodenhalter 315 und den Rotorwicklungen 330 frei gelassen. Der Abstandshalter 314 ist in einer Ringform aus Aluminiummaterial gebildet.
• Der Diodenhalter 315 umfasst eine ringförmig ausgebildete Leiterplatte und hält die zuvor erwähnten Dioden D1, D2, D3 und D4. Die Ausgleichsplatte 316, der Diodenhalter 315 und der Abstandshalter 314 werden von der Rotation relativ zu der inneren Welle 310 abgehalten, so dass sie sich einstÜckig mit den Rotorwicklungen 330 drehen.
• Die U-Blechmutter 317 weist eine innere Umfangsfläche auf, die mit einem (nicht dargestellten) Innengewinde ausgebildet ist, in welche ein (nicht dargestelltes) Außengewinde an einer äußeren Umfangsfläche der inneren Welle 310 geschraubt wird. Die Rotorwicklungen 330 sind fest an der inneren Welle 310 gegen eine Axialbewegung entlang und eine Rotation um die Mittenlängsachse 1C befestigt, indem die U-Blechmutter 317 an die innere Welle 310 geschraubt wird, wobei die Rotorwicklungen 330 zwischen den Ausgleichsplatten 311 und 316 über die Abstandshalter 312 und 314 und den Diodenhalter 315 angeordnet sind.
• Die Aufnahme 318, die mit einer Ringform ausgebildet ist, hält ein Radialkugellager 23, das später beschrieben wird, so dass ein Abschnitt einer nach außen gewandten Seite (d. h. die linke axiale Endseite, gesehen in 3), die nahe an einem inneren Rand der Aufnahme 318 ist und diesen umgibt, gegen einen äußeren Ring des Radialkugellagers 23 lagert. An Abschnitten an einer innenliegend zugewandten Seite (d. h. die rechte axiale Endseite, gesehen in 4), ist zusätzlich eine Aufnahme 318 mit einer Vielzahl von Schraubenmutterteilen 318A bereitgestellt, welche mit später beschriebenen Schrauben 25 in Eingriff stehen.
• (Gesamtaufbau mit Gehäuse)
• Bezug nehmend auf 4 umfasst die rotierende elektrische Maschine 1 ein Gehäuse 10, wobei der zuvor beschriebene Stator 100, der äußere Rotor 200 und der innere Rotor 300 darin aufgenommen sind.
• Das Gehäuse 10 umfasst einen ersten Flansch 11, einen ersten Abstandshalter 12, ein erstes Gehäuse oder Untergehäuse 13, ein zweites Gehäuse oder Untergehäuse 14, einen zweiten Abstandshalter 15 und einen zweiten Flansch 16.
• Das erste Untergehäuse 13 umfasst ein scheibenförmiges Plattenteil 13A und ein zylindrisches Teil 13B, das sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) kontinuierlich von einem äußeren Rand an einem innenliegenden Ende des Plattenteils 13A nach außen erstreckt. Das Plattenteil 13A ist mit einem mittigen Durchgangsloch 13C ausgebildet. Das Durchgangsloch 13C ermöglicht es, dass der Teil mit kleinem Durchmesser 210A der äußeren Welle 210 dadurch verläuft.
• Der Stator 100 ist fest an einer inneren Umfangsfläche des zylindrischen Teils 13B befestigt. Des Weiteren liegt der zylindrische Teil 13B radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) den Polschuhelementen 201 und dem nicht-magnetischen Bauteil 202, dem Rotorkern 301 des inneren Rotors 300 und den Rotorwicklungen 330 gegenüber.
• Der Stator 100, die Polschuhelemente 201 und das nicht-magnetische Bauteil 202 des äußeren Rotors, der Rotorkern 301 des inneren Rotors 300 und die Rotorwicklungen 330 sind wie beschrieben innerhalb des zylindrischen Teils 13B aufgenommen.
• Das Radialkugellager 21 ist in dem Durchgangsloch 13C angeordnet. Das Radialkugellager 21 ist relativ zu der Mittenlängsachse 1C positioniert, indem Schrauben 26 in das Plattenteil 13A des ersten Untergehäuses 13 eingesetzt werden und indem die Schrauben 26 in die Schraubenmutterteile 218A der Aufnahme 218 geschraubt werden. Das Plattenteil 13A des ersten Untergehäuses 13 lagert den Teil mit kleinem Durchmesser 210A der äußeren Welle 210 über das Radialkugellager 21 auf drehbare Weise.
• Der Resolversensor 31 ist fest innerhalb des Durchgangslochs 13C montiert. Andererseits ist der scheibenförmige Resolverrotor 220 an dem Teil mit kleinem Durchmesser 210A der äußeren Welle 210 bereitgestellt, so dass der Resolverrotor 220 radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) dem Resolversensor 31 gegenüber gestellt ist. Der Resolverrotor 220 ist mit dem Resolverring 221 an dem Teil mit kleinem Durchmesser 210A befestigt, so dass der Resolverrotor 220 und der Teil mit kleinem Durchmesser 210A zur Rotation um die Mittenlängsachse 1C vereint sind.
• Der Resolversensor 31 detektiert einen Drehwinkel des äußeren Rotors 200, indem er einen Drehwinkel des Resolverrotors 220 detektiert.
• Das zweite Untergehäuse 14 umfasst einen äußeren zylindrischen Teil 14A, einen inneren zylindrischen Teil 14B, der innerhalb des äußeren zylindrischen Teils 14A angeordnet ist und einen scheibenförmigen Plattenteil 14C, der kontinuierlich den äußeren und dem inneren zylindrischen Teil 14A und 14B verbindet, um diese miteinander zu verbinden.
• Das erste Untergehäuse 13 und das zweite Untergehäuse 14 sind miteinander derart verbunden, um den Stator 100, den äußeren Rotor 200 und den inneren Rotor 300 aufzunehmen, indem der zylindrische Teil 13B des ersten Untergehäuses 13 und der äußere zylindrische Teil 14A des zweiten Untergehäuses 14 mit ihren einander gegenüberliegenden axialen Enden, die aneinander stoßen, mittels nicht gezeigter Befestigungselemente fest befestigt werden.
• Der äußere zylindrische Teil 14A liegt radial dem axialen Endabschnitt der zylindrischen Welle 214 des äußeren Rotors 200 gegenüber und lagert die zylindrische Welle 214 über ein Radialkugellager 22 auf drehbare Weise.
• In dem veranschaulichten Beispiel ist der Rotor 200 in der Form einer becherförmigen Struktur ausgebildet, in welcher das Magnetpfadbauteil 201 und die nicht-magnetischen Elemente 202 an den Teil mit großem Durchmesser 210B der äußeren Welle 210 befestigt sind.
• Wenn der äußere Rotor 200 mit der becherförmigen Struktur an dem ersten Untergehäuse 13 Auslege-gelagert wird, wird eine elektromagnetische Vibration erhöht, wenn die natürliche Vibration auftritt oder wenn elektromagnetische Anziehungskräfte auf den äußeren Rotor 200 wirken und die natürliche Vibration des äußeren Rotors 200 wird resonant, so dass eine übermäßige Kraft auf den äußeren Rotor 200 wirkt. Wenn der äußere Rotor 200 exzentrisch rotiert, wird des Weiteren eine übermäßige Last auf das Radialkugellager aufgebracht, das den äußeren Rotor 200 Auslege-lagert, was die Haltbarkeit dieses Radialkugellagers beeinträchtigt.
• In der veranschaulichten Ausführungsform ist daher die zylindrische Welle 214, die einstückig mit dem äußeren Rotor 200 ist, an dem zweiten Untergehäuse 14 durch das Radialkugellager 22 gelagert, das in der radialen Ausdehnung relativ zu der Mittenlängsachse 1C größer als das Radialkugellager 21 ist, das die äußere Welle 210 lagert.
• Dies ermöglicht es, dass der äußere Rotor 200 an beiden Enden gelagert ist. Dieser Aufbau verhindert einen Anstieg der elektromagnetischen Vibration und eine Aufbringung von einer übermäßigen Last auf das Radialkugellager 21, welche durch eine exzentrische Rotation des äußeren Rotors 200 verursacht wird.
• Wie ersichtlich aus 4 ist ein Schwerpunkt des äußeren Rotors 200 durch eine axiale Länge der zylindrischen Welle 214 bestimmt. Wenn die axiale Länge der zylindrischen Welle 214 kurz ist, weicht der Schwerpunkt des äußeren Rotors zu der einen axialen Endseite (d. h. zu der rechten Seite, gesehen in 4) ab. Im Gegensatz dazu weicht der Schwerpunkt zu der anderen axialen Endseite ab (d. h. der linken Seite gesehen in 4), wenn die axiale Länge der zylindrischen Welle 214 lang ist.
• Liegt eine solche Abweichung des Schwerpunkts vor, sind die Lasten, die auf die Radialkugellager 21 und 22 aufgebracht werden, nicht ausgeglichen. Für dieses eine der Radialkugellager, welches die schwerere Last trägt, bedarf es daher der Verwendung eines Radialkugellagers mit einer Größe, die mit der schwereren Last umgehen kann. In diesem Fall ist es schwierig, einen Einbauplatz für das Radialkugellager zu finden.
• Daher ist in der vorliegenden Ausführungsform die axiale Länge der zylindrischen Welle 214 derart festgesetzt, dass der Schwerpunkt des äußeren Rotors 200 so positioniert ist, um die Last, die auf das Radialkugellager 21 aufgebracht wird, an die Last, die auf das Radialkugellager 22 aufgebracht wird, anzugleichen.
• Des Weiteren sind in der vorliegenden Ausführungsform beide voneinander entlang der Mittenlängsachse 1C beabstandete Enden von jedem der Polschuhelemente 201 und des nicht-magnetischen Bauteils 202 jeweils mit der zylindrischen Welle 214 und dem Teil mit großem Durchmesser 210B der äußeren Welle 210 verbunden. Dies ermöglicht die Bereitstellung von zwei Auswuchtkorrekturoberflächen, eine an diesem Ende der zylindrischen Welle 214, welches den Polschuhelementen 201 und dem nicht-magnetischen Bauteil 202 gegenüberliegt, das andere an diesem Ende des Teils mit großem Durchmesser 210B, welches den Polschuhelementen 201 und dem nicht-magnetischen Bauteil 202 gegenüberliegt.
• Dies kann den Betrag der Auswuchtkorrektur an jeder Seite, die einer der beiden Enden von jedem der Polschuhelemente 201 und des nicht-magnetischen Bauteils 202 in dem äußeren Rotor 200 gegenüberliegt, reduzieren im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine Auswuchtkorrekturoberfläche an einer Seite bereitgestellt ist, die einem der beiden Enden gegenüberliegt. Daher reduziert dies einen Raum, der zur Auswuchtkorrektur an jeder Seite durch Wägung und/oder Schneiden einer Oberflächenschicht benötigt wird.
• Weil eine Auswuchtkorrektur an jeder Seite möglich ist, kann des Weiteren eine dynamische Auswuchtkorrektur zusätzlich zu einer statischen Auswuchtkorrektur durchgeführt werden. Daher wird die Rundlaufgenauigkeit von jedem der rotierenden Elemente mit hoher Genauigkeit aufrechterhalten.
• Der Resolversensor 32 ist fest innerhalb des inneren zylindrischen Teils 14B montiert. Andererseits ist der scheibenförmige Resolverrotor 319 an der inneren Welle 310 bereitgestellt, so dass der Resolverrotor 319 radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) dem Resolversensor 32 gegenübergestellt ist. Der Resolverrotor 319 ist mit dem Resolverring 320 an der inneren Welle 310 befestigt, so dass der Resolverrotor 319 und die innere Welle 310 zur Rotation um die Mittenlängsachse 1C vereint sind.
• Der Resolversensor 32 detektiert einen Drehwinkel des inneren Rotors 300, indem er einen Drehwinkel des Resolverrotors 319 detektiert.
• Das Radialkugellager 23 ist innerhalb des inneren zylindrischen Teils 14B angeordnet. Das Radialkugellager 23 ist relativ zu der Mittenlängsachse 1C positioniert, indem Schrauben 25 in den inneren zylindrischen Teil 14B eingesetzt werden und indem die Schrauben 25 in die Schraubenmutterteile 318A der Aufnahme 318 geschraubt werden. Der innere zylindrische Teil 14B des zweiten Untergehäuses 14 lagert die innere Welle 310 über das Radialkugellager 23 auf drehbare Weise.
• Ein Radialkugellager 24 ist innerhalb des Teils mit großem Durchmesser 210B der äußeren Welle 210 angeordnet. Der Teil mit großem Durchmesser 210B lagert den innenliegenden Endabschnitt der inneren Welle 310 auf drehbare Weise.
• Der erste Abstandshalter 12 ist mit einem Durchgangsloch 12A ausgebildet.
• Das Durchgangsloch 12A ermöglicht den Durchgang eines Kabels 31A, das sich von dem Resolversensor 31 erstreckt. Der erste Abstandshalter 12 ist zwischen dem ersten Untergehäuse 13 und dem ersten Flansch 11 angeordnet, um einen Raum für das Kabel 31A zum Durchgang zwischen dem ersten Untergehäuse 13 und dem ersten Flansch 11 sicher zu stellen.
• Der zweite Abstandshalter 15 ist mit einem Durchgangsloch 15A ausgebildet. Das Durchgangsloch 15A ermöglicht den Durchgang eines Kabels 32A, das sich von dem Resolversensor 32 erstreckt. Der zweite Abstandshalter 15 ist zwischen dem zweiten Untergehäuse 14 und dem zweiten Flansch 16 angeordnet, um einen Raum zum Durchgang des Kabels 32A zwischen dem zweiten Untergehäuse 14 und dem zweiten Flansch 16 sicher zu stellen.
• Der erste Flansch 11 ist fest an dem zylindrischen ersten Abstandshalter 12 mittels nicht dargestellten Befestigungselementen befestigt. Der erste Flansch 11 ist mit einer Flanschform ausgebildet, die eine größere radiale Abmessung relativ zu der Mittenlängsachse 1C als das erste Untergehäuse 13 hat. Der erste Flansch 11 ist angepasst, um fest mittels nicht gezeigter Befestigungselemente an der Fahrzeugkarosserie montiert zu werden.
• Eine Kupplung 33 ist fest an den Endabschnitt des Teils mit kleinem Durchmesser 210A der äußeren Welle 210 gekoppelt. Über diese Kupplung 33 ist beispielsweise eine Antriebswelle des Fahrzeugs mit dem Teil mit kleinem Durchmesser 210A der äußeren Welle 210 gekoppelt. Die Rotation der äußeren Welle 210 wird zu der Antriebswelle des Fahrzeugs übertragen.
• Der zweite Flansch 16 ist fest an dem zylindrischen zweiten Abstandshalter 15 mittels nicht dargestellten Befestigungselementen befestigt. Der zweite Flansch 16 ist in einer Flanschform ausgebildet, die eine größere radiale Abmessung relativ zu der Mittenlängsachse 1C als das zweite Untergehäuse 14 hat. Der zweite Flansch 16 ist angepasst, mittels nicht gezeigten Befestigungselementen fest an der Fahrzeugkarosserie montiert zu werden.
• Eine Kupplung 34 ist fest an den Endabschnitt der inneren Welle 310 des inneren Rotors 300 gekoppelt. Über diese Kupplung 34 ist beispielsweise eine Ausgangswelle eines nicht gezeigten Verbrennungsmotors des Fahrzeugs mit der inneren Welle 310 verbunden. Die Rotation des Verbrennungsmotors wird über die Kupplung 34 zu der inneren Welle 310 übertragen. In der veranschaulichten rotierenden elektrischen Maschine 1 ist die Antriebswelle des Fahrzeugs mit der äußeren Welle 210 verbunden und die Ausgangswelle des Verbrennungsmotors ist mit der inneren Welle 310 verbunden. In einer anderen Ausführungsform kann die Ausgangswelle des Verbrennungsmotors mit der äußeren Welle 210 verbunden sein und die Antriebswelle des Fahrzeugs kann mit der inneren Welle 310 verbunden sein.
• (Polschuhelemente und nicht-magnetisches Bauteil)
• Als nächstes werden Bezug nehmend auf 7 bis 9 die Polschuhelemente 201 und das nicht-magnetische Bauteil 202 detailliert beschrieben.
• Wie am besten aus 7 ersichtlich, wird die Vielzahl der Polschuhelemente 201 unter Verwendung einer nicht gezeigten Einpress-Einspannvorrichtung in Einsteckschlitze 202C in einer Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) des nicht-magnetischen Bauteils 202 gepresst. Jeder der Einsteckschlitze 202C ist ein Raum, der von den zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmenten 202A und einem der Brückensegmente 202B definiert und umgeben wird.
• Wie aus 8 ersichtlich, umfasst das nicht-magnetische Bauteil 202 die Vielzahl der Polschuhelemente 201 derart, dass das nicht-magnetische Bauteil 202 und die Polschuhelemente 201 integriert sind. Die nicht-magnetischen Segmente 202A sind radial um die Mittenlängsachse 1C (siehe 4) derart angeordnet, dass die nicht-magnetischen Segmente 202A voneinander entlang des Umfangs des nicht-magnetischen Bauteils 202 beabstandet sind und dass jedes der Polschuhelemente 201 zwischen zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmenten 202A angeordnet ist. Das Magnetpfadbauteil 202, das an die Polschuhelemente 201 integriert ist, ist über einen Flansch 251 an der äußeren Welle 210 (siehe 5) befestigt.
• Wie ersichtlich aus 9, umfasst jedes der Brückensegmente 202B des nicht-magnetischen Bauteils 202 einen radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C, siehe 4) äußeren Abschnitt, der sich erstreckt, um den äußeren Umfang des nicht-magnetischen Bauteils 202 zu definieren, und einen radial inneren Abschnitt, der sich erstreckt, um den inneren Umfang des nicht-magnetischen Bauteils 202 zu definieren, so dass der radial äußere und innere Abschnitt des Brückensegments 202B die zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmente 202A verbinden.
• Jedes der Polschuhelemente 201 wird relativ zu einem der Einsteckschlitze 202 an der Seite nahe zu dem Stator 100 und an der Seite nahe zu dem inneren Rotor 300 durch eine Spielpassung gehalten.
• Mit anderen Worten wird jedes der Polschuhelemente 201 relativ zu dem radial äußeren und inneren Abschnitt von einem der Brückensegmente 202B durch eine Spielpassung gehalten. Mit anderen Worten wird das Polschuhelement 201 durch das Brückensegment 202B mit einem Spiel gehalten. Dies verhindert das Aufbringen einer übermäßigen Last auf die radial äußeren und inneren Abschnitte mit jeweils einer schmalen Breite W der Brückensegmente 202B, während des Einpress-Einsetzens der Polschuhelemente 201 in den Einsteckschlitz 202C.
• Jedes der Polschuhelemente 201 wird relativ zu einem der Einsteckschlitze 202C an einer Seite nahe zu einem der zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmente 202A gegenüber dem Einsteckschlitz 202C und an der Seite nahe dem anderen nicht-magnetischen Segment 202A mittels einer Presspassung gehalten.
• Mit anderen Worten wird das Polschuhelement 202 relativ zu den benachbarten zwei nicht-magnetischen Segmenten 202A mittels einer Presspassung gehalten. Diese hält das Polschuhelement 202 derart, dass das Polschuhelement 202 in einem flächigen Kontakt mit jedem der zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmente 202A über die gesamte Länge entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) gehalten wird.
• Wie beschrieben, wird das Drehmoment, das auf jedes der Ballschuhelemente 201 während der Rotation des äußeren Rotors 200 wirkt, von einer Fläche aufgenommen, an der das Polschuhelement 201 relativ zu den benachbarten zwei nicht-magnetischen Segmenten 202A mittels einer Presspassung gehalten wird. Weil das Polschuhelement 201 mit jedem der benachbarten zwei nicht-magnetischen Segmente 202A über die gesamte Länge, die sich entlang der Mittenlängsachse 1C erstreckt (siehe 4), innerhalb einer Fläche, an der diese relativ zueinander durch eine Presspassung gehalten werden, in einem flächigen Kontakt ist, wird eine Reaktionskraft auf das Polschuhelement 201 von dem nicht-magnetischen Segment 202A aufgebracht, wenn das Drehmoment auf das Polschuhelement 201 wirkt. Dies verhindert, dass das Polschuhelement 201 relativ zu der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) verdreht wird. Daher überträgt der äußere Rotor 200 das Drehmoment von den Polschuhelementen 201 und dem nicht-magnetischen Bauteil 202 auf die äußere Welle 210.
• Im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit kann jedes der Polschuhelemente 201 relativ zu einem der Brückensegmente 202B und den benachbarten zwei nicht-magnetischen Segmenten 202A durch eine Spielpassung gehalten werden. In diesem Fall ist das Polschuhelement 201 fest mit dem zugeordneten Einsteckschlitz 202C befestigt, in dem das Polschuhelement 201 in den Einsteckschlitz 202C eingesetzt wird, nachdem die äußeren Umfangsflächen des Polschuhelements 201 oder die inneren Umfangsflächen, die den Einsteckschlitzt 202C definieren, mit Klebstoff beschichtet wurden.
• Zusätzlich kann jedes der Polschuhelemente 201 relativ zu einem der Brückensegmente 202B und den benachbarten zwei nicht-magnetischen Segmenten 202A durch eine Presspassung gehalten werden. In diesem Fall ist kein Klebstoff notwendig.
• (Verbindungsstruktur)
• Als nächstes werden Bezug nehmend auf die 10 bis 14 eine Verbindungsstruktur zwischen dem nicht-magnetischen Bauteil 202 und der zylindrischen Welle 214, eine Verbindungsstruktur zwischen dem nicht-magnetischen Bauteil 202 und dem Flansch 215 und eine Verbindungsstruktur zwischen dem Flansch 215 und der äußeren Welle 210 beschrieben.
• Um die Konzentrizität der äußeren Welle 210, der zylindrischen Welle 214 und des Flanschs 215 sicher zu stellen, sind das magnetischen Bauteil 202 und die zylindrische Welle 214 verbunden, um eine zentriert angeordnete Verbindung innerhalb einer Verbindungsfläche auszubilden, welche durch einen einfach strichpunktierten Kreis A in 10 veranschaulicht ist, und das magnetischen Bauteil 202 und der Flansch 215 sind verbunden, um eine zentriert angeordnete Verbindung innerhalb einer Verbindungsfläche auszubilden, welche von einem einfach strichpunktierten Kreis B in 10 veranschaulicht ist, und der Flansch 215 und die äußere Welle 210 sind verbunden, um eine zentriert angeordnete Verbindung auszubilden.
• Wie in 11 gezeigt, ist genauer gesagt ein Teil mit reduziertem Durchmesser 214a über einen gesamten inneren Rand von einem von zwei axialen Enden der zylindrischen Welle 214, welche axial entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) beabstandet sind (d. h. dieses axiale Ende, welches dem äußeren Rotor 200 gegenübergestellt ist), ausgebildet, so dass der Teil mit reduziertem Durchmesser 214a in seiner radialen, relativ zu der Mittenlängsachse 1C, Richtung eine kleinere Abmessung hat als der äußere Durchmesser der zylindrischen Welle 214.
• Andererseits ist ein ausgesparter Sitz 200a, der an den Teil mit reduziertem Durchmesser 214a der zylindrischen Welle 214 angepasst ist, über einen gesamten inneren Rand des benachbarten einen der zwei axialen Enden ausgebildet, welche axial entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) des nicht-magnetischen Bauteils 202 beabstandet sind (d. h. dem axialen Ende, welches der zylindrischen Welle 214 gegenübergestellt ist). Ein ähnlich vertiefter Sitz 200a ist über einen inneren Rand des entfernten axialen Endes des nicht-magnetischen Bauteils 202 ausgebildet (d. h. des axialen Endes, welches dem Flansch 215 gegenübergestellt ist).
• 13 ist eine perspektivische Ansicht des ausgesparten Sitzes 200a, der an diesem axialen Ende des nicht-magnetischen Bauteils 202 ausgebildet ist, welches der zylindrischen Welle 214 gegenübergestellt ist. Wie in 13 gezeigt, besteht der ausgesparte Sitz 200a aus einem ausgesparten Teil 201B, der in einem inneren Rand von jedem der Polschuhelemente 201 ausgebildet ist, und aus einem ausgesparten Teil 202D, der in einem inneren Rand von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A des nicht-magnetischen Bauteils 202 ausgebildet ist.
• Des Weiteren ist der ausgesparte Sitz 200a, der an dem axialen Ende des nicht-magnetischen Bauteils 202 ausgebildet ist, welches dem Flansch 215 gegenübergestellt ist, gebildet aus einem ausgesparten Teil 201B, der in einem inneren Rand von jedem der Polschuhelemente 201 ausgebildet ist, und aus einem ausgesparten Teil 202D, der in einem inneren Rand von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A des nicht-magnetischen Bauteils 202 ausgebildet ist.
• Bezug nehmend auf 11 sind das nicht-magnetische Bauteil 202 und die zylindrische Welle 214 verbunden, um eine zentriert angeordnete Verbindung auszubilden, indem der Teil mit reduziertem Durchmesser 214a der zylindrischen Welle 214 in den ausgesparten Sitz 200a des nicht-magnetischen Bauteils 202 eingesetzt wird. Wenn gewünscht, kann der Teil mit reduziertem Durchmesser in dem nicht-magnetischen Bauteil 202 ausgebildet werden und die ausgesparte Aufnahme kann in der zylindrischen Welle 214 ausgebildet werden, um eine zentriert angeordnete Verbindung auszubilden.
• Wie in 12 gezeigt, ist ein Teil mit reduziertem Durchmesser 215B über einen gesamten inneren Rand von einem von zwei axialen Enden des Flansches 215 ausgebildet, welche axial entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) beabstandet sind (d. h. dieses axiale Ende, welches dem nicht-magnetischen Bauteil 202 gegenübergestellt ist), so dass der Teil mit reduziertem Durchmesser 215B in seiner radialen, relativ zu der Mittenlängsachse 1C, Richtung eine kleinere Abmessung als der Teil mit dem äußeren Durchmesser der zylindrischen Welle 214 hat. Der Teil mit reduziertem Durchmesser 215B des Flansches 215 ist konfiguriert, in den ausgesparten Sitz 200a, der an diesem axialen Ende des nicht-magnetischen Bauteils 202 ausgebildet ist, welches dem Flansch 215 gegenübergestellt ist, eingesetzt zu werden.
• Das nicht-magnetische Bauteil 202 und der Flansch 215 sind miteinander verbunden, um eine zentriert angeordnete Verbindung auszubilden, indem der Teil mit reduziertem Durchmesser 215B des Flanschs 215 in den ausgesparten Sitz 200a des nicht-magnetischen Bauteils 201 eingesetzt wird. Wenn gewünscht, kann der Teil mit reduziertem Durchmesser in dem nicht-magnetischen Bauteil 202 ausgebildet werden und die ausgesparte Aufnahme kann in dem Flansch 215 ausgebildet werden, um eine zentriert angeordnete Verbindung auszubilden.
• Ein Teil mit reduziertem Durchmesser 215C ist über einen gesamten inneren Rand von einem von zwei axialen Enden des Flansches 215 ausgebildet, die entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 3) axial beabstandet sind (d. h. dieses axiale Ende, welches dem Teil mit großem Durchmesser 21 OB der äußeren Welle 210 gegenüberliegt), so dass der Teil mit reduziertem Durchmesser 215C in seiner radialen, relativ zu der Mittenlängsachse 1C, Richtung eine kleinere Abmessung als der Teil mit äußerem Durchmesser des Flanschs 215 hat.
• Ein ausgesparter Sitz 210C, der an dem Teil mit reduziertem Durchmesser 215C des Flansches 215 eingepasst ist, ist über einen gesamten inneren Rand von einem von zwei axialen Enden des Teils mit großem Durchmesser 210B der äußeren Welle 210 ausgebildet, welche axial entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) beabstandet sind (d. h. dieses axiale Ende, welches dem Flansch 215 gegenübergestellt ist).
• Der Flansch 215 und die äußere Welle 210 sind miteinander verbunden, um eine zentriert angeordnete Verbindung auszubilden, indem der Teil mit reduziertem Durchmesser 215C in den ausgesparten Sitz 210C eingesetzt wird. Wenn gewünscht, kann der Teil mit reduziertem Durchmesser in der äußeren Welle 210 ausgebildet werden und die ausgesparte Aufnahme kann in dem Flansch 215 ausgebildet werden, um eine zentriert angeordnete Verbindung auszubilden.
• Weil, wie beschrieben, das nicht-magnetische Bauteil 202, die äußere Welle 210, die zylindrische Welle 214 und der Flansch 215 einer nach dem anderen miteinander verbunden sind, um eine zentriert angeordnete Verbindung an jeder der Verbindungsstrukturen auszubilden, ist es einfach, die Konzentrizität sicher zu stellen, wenn beim Zusammenbau das nicht-magnetische Bauteil 202, die äußere Welle 210, die zylindrische Welle 214 und der Flansch 215 einer nach dem anderen verbunden werden. Dies verhindert den exzentrischen Antrieb des äußeren Rotors 200.
• Weil die Konzentrizität unter dem nicht-magnetischen Bauteil 202, der äußeren Welle 210, der zylindrischen Welle 214 und dem Flansch 215 sichergestellt ist, ist die Rotationsvibration reduziert. Dies reduziert das Geräusch während der Rotation und verlängert die Lebensdauer von jedem der Kugellager, das eines der rotierenden Elemente lagert.
• Weil die zentriert angeordneten Verbindungen, die beim Verbinden des nicht-magnetischen Bauteils 202, der äußeren Welle 210, der zylindrischen Welle 214 und des Flansches 215 miteinander verwendet werden, die Konzentrizität sicher stellen, wird der Befestigungsvorgang unter Verwendung der nicht-magnetischen Schrauben 219 (siehe 5) vereinfacht und der Zusammenbau wird verbessert.
• Bezug nehmend auf 14 sind das nicht-magnetische Bauteil 202, die äußere Welle 210, die zylindrische Welle 214 und der Flansch 215, die zur Ausbildung einer zentriert angeordneten Verbindung verbunden sind, miteinander mittels nicht-magnetischen Schrauben 219 in einem Koaxialität sicherstellenden Zustand durch eine Koaxialität-Einspannvorrichtung 500 befestigt.
• Die Koaxialität-Einspannvorrichtung ist mit einer Rille 500a ausgebildet, mit der das andere axiale Ende (d. h. das Bodenende, gesehen in 14) der zylindrischen Welle 214, das von dem Radialkugellager 22 gelagert werden soll, eingepasst ist. Die Rille 500a ist derart ausgebildet, dass es eine angemessene Maßtoleranz zwischen der Rille 500a und der zylindrischen Welle 214 gibt.
• Die Koaxialität-Einspannvorrichtung ist mit einem Vorsprung 500b ausgebildet, der in dem Teil mit großen Durchmesser 21 OB der äußeren Welle 210, der von dem Radialkugellager 24 gelagert werden soll, eingepasst ist. Der Vorsprung 500b ist derart ausgebildet, dass es eine angemessene Maßtoleranz zwischen dem Vorsprung 500b und der inneren Umfangsfläche des Teils mit großem Durchmesser 210B gibt.
• (Bogenlänge des Polschuhelements)
• Bezug nehmend auf die 15 und 16 wird eine Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 des äußeren Rotors 200 beschrieben.
• Wie in 15 gezeigt, repräsentiert ein Winkel θ1 die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 und ein Winkel θ2 repräsentiert eine Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A. In der folgenden Beschreibung werden die Winkel θ1 und θ2 verwendet, um die Bogenlängen zu beschreiben.
• Wie zuvor beschrieben, ist die Anzahl der Polschuhelemente 201, die die Anzahl der Pole des äußeren Rotors 200 ist, 12. Daher beträgt ein Winkel, der die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 210 und einem der zwei benachbarten magnetischen Segmente 202A repräsentiert, 30°. Daraus folgt, dass θ1 + θ2 30° beträgt.
• In der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform variiert die Größe des modulierten Magnetflusses um den Luftspalt G2 zwischen dem äußeren Rotor 200 und dem inneren Rotor 300 und dem Brückensegment 202B, d. h. die Flussdichte des Spaltflusses 8. Ordnung (siehe der mit L bezeichneter Kreis in 3), in Abhängigkeit der Beziehung zwischen dem Winkel θ1 von jedem der Polschuhelemente 201 und dem Winkel θ2 von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A.
• 16 ist ein Diagramm, dass die Beziehung zwischen dem Winkel θ1 für jedes der Polschuhelemente 201 und der Spaltflussdichte veranschaulicht. Wenn beispielsweise der Winkel θ1 10° ist, wird der Winkel θ2 für jedes der nicht-magnetischen Segmente 202A 20°, weil die Beziehung, dass θ1 + θ2 30° beträgt, bestehen bleibt. Weil der Winkel θ1 kleiner als der Winkel θ2 ist, ist in diesem Fall die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 kleiner als die Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A.
• Wenn auf diese Weise die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 kleiner ist als die Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A, wird das Schenkelverhältnis klein. Wie in 16 gezeigt, ist daher die Flussdichte des Spaltflusses B. Ordnung niedrig. Weil die Bogenlänge von jedem von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A größer als die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 ist, ist in diesem Fall der Magnetwiderstand erhöht und daher ist die Flussdichte des Spaltflusses 4. Ordnung, die ein asynchroner Fluss ist, niedrig, wie in 16 gezeigt.
• Wenn andererseits der Winkel θ1 25° ist, wird der Winkel θ2 5°, weil die Beziehung, dass θ1 + θ2 30° beträgt, bestehen bleibt. Weil der Winkel θ1 größer als der Winkel θ2 ist, ist in diesem Fall die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 größer als die Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A.
• Wenn auf diese Weise die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 größer ist als die Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A, wird der Betrag des Magnetflusses, der zwischen dem Stator 100 und dem äußeren Rotor 200 kurzschließt, beträchtlich. Daher ist die Flussdichte des Spaltflusses 8. Ordnung und die Flussdichte des Spaltflusses 4. Ordnung niedrig, wie in 16 gezeigt.
• Wenn im Gegensatz dazu der Winkel θ1 15° ist, wird der Winkel θ2 15°, weil die Beziehung, dass θ1 + θ2 30° beträgt, bestehen bleibt. In diesem Fall ist der Winkel θ1 dem Winkel θ2 angeglichen und daher ist die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 der Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A angeglichen.
• Wenn auf diese Weise die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 der Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A angeglichen ist, wird die Flussdichte des Spaltflusses 8. Ordnung und die Flussdichte des Spaltflusses 4. Ordnung das Maximum, wie in 16 gezeigt.
• In diesem Fall werden die Induktionsspulen I veranlasst, effizient aufgrund eines Anstiegs der Flussdichte des Spaltflusses 4. Ordnung Induktionsstrom zu erzeugen. Des Weiteren wird verursacht, dass die Drehmomentdichte aufgrund eines Anstiegs der Flussdichte des Spaltflusses 8. Ordnung erhöht wird.
• Wie aus 16 ersichtlich, ist die Flussdichte des Spaltflusses 8. Ordnung und die Flussdichte des Spaltflusses 4. Ordnung bei dem Winkel θ1 20° im Wesentlichen die gleiche, wie wenn θ1 in einem Bereich von 15° ist. Daher ist es in der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt, dass der Winkel θ1 von jedem der Polschuhelemente 201 bei einem Winkel festgesetzt ist, der in einen Bereich zwischen 15° und 20° fällt. Es ist weiter bevorzugt, dass der Winkel θ1 bei 15° festgesetzt ist.
• In der vorliegenden Ausführungsform sind daher die Polschuhelemente 201 und die nicht-magnetischen Segmente 202A abwechselnd entlang eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 der Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A angeglichen ist. Dies bewirkt, dass die Induktionsspulen I effizient Induktionsstrom erzeugen und dass die Drehmomentdichte ansteigt.
• Wie beschrieben, sind in der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedes der Polschuhelemente 201 an dem äußeren Rotor 200 in einen der Einsteckschlitze 202C des zylindrischen nicht-magnetischen Bauteils 202 einzusetzen.
• Daher sind in der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Polschuhelemente 201 des äußeren Rotors 200 durch das zylindrische nicht-magnetische Bauteil 202 gehalten. Dementsprechend erhöht dies die strukturelle Festigkeit des äußeren Rotors 200. Weil des Weiteren jedes der nicht-magnetischen Segmente 202A zwischen zwei benachbarten Polschuhelementen 201 angeordnet ist, sind die Polschuhelemente 201 voneinander magnetisch unabhängig geschaffen. Infolgedessen führt dies nicht zu einem Abfall des Schenkelverhältnisses.
• Des Weiteren wird jedes der Polschuhelemente 201 des äußeren Rotors 200 relativ zu dem radial äußeren und inneren Abschnitt von einem der Brückensegmente 201B durch eine Spielpassung gehalten, und das nicht-magnetische Element 202 wird relativ zu den in Umfangsrichtung beabstandeten benachbarten zwei der nicht-magnetischen Segmente 202A durch eine Presspassung gehalten.
• Ein Drehmoment, das auf jedes der Polschuhelemente 201 während der Rotation des äußeren Rotors 200 wirkt, wird daher von einer Fläche aufgenommen, an der jedes der Polschuhelemente 201 relativ zu den zwei benachbarten nicht-magnetischen Segmente 202A durch eine Presspassung gehalten wird. Weil das benachbarte nicht-magnetische Segment 202A mit dem Polschuhelement 201 über eine Länge, die sich entlang der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) erstreckt, innerhalb der Fläche, wo sie relativ zueinander durch die Presspassung gehalten werden, in einem flächigen Kontakt ist, wird eine Reaktionskraft auf das Polschuhelement 201 von dem nicht-magnetischen Segment 202A aufgebracht, wenn das Drehmoment auf das Polschuhelement 201 wirkt. Dies verhindert, dass sich das Polschuhelement 201 relativ zu der Mittenlängsachse 1C (siehe 4) verdreht. Daher überträgt der äußere Rotor 200 das Drehmoment von den Polschuhelementen 201 und von dem nicht-magnetischen Bauteil 202 zu der äußeren Welle 210.
• Daher sind in der vorliegenden Ausführungsform die Polschuhelemente 201 und die nicht-magnetischen Segmente 202A abwechselnd entlang eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Bogenlänge von jedem der Polschuhelemente 201 gleich der Bogenlänge von jedem der nicht-magnetischen Segmente 202A ist, wodurch bewirkt wird, dass die Induktionsspulen I effizient Induktionsstrom erzeugen und dass die Drehmomentdichte ansteigt.
• Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle solchen Modifikationen und deren Äquivalente sollen den von nachfolgenden Ansprüchen, die in den Ansprüchen beschrieben sind, umfasst sein.
• In der vorliegenden Ausführungsform ist die rotierende elektrische Maschine 1 vom Typ des Innenläufers, der eine Radialspaltkonstruktion verwendet, jedoch kann diese auch eine Axialspaltkonstruktion oder einen Außenläufer-Typ nutzen. Des Weiteren ist die Anzahl der Pole des äußeren Rotors 200 nicht auf die Anzahl der Pole beschränkt, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Des Weiteren kann ein Kupferdraht oder ein Aluminiumleiter oder ein Litzendraht für jede der Spulen verwendet werden. Elektromagnetische Stahlplatten können durch weichmagnetische Kompositkerne (SMC-Kerne) ersetzt werden, um das Magnetpfadbauteil 201 oder den Rotorkern 301 zu bilden. Die rotierende elektrische Maschine 1 kann nicht nur in Hybridelektrofahrzeugen, sondern auch in Windkraftgeneratoren und Werkzeugmaschinen verwendet werden.
• Des Weiteren können Permanentmagnete in die Rotorzähne 302 des inneren Rotors 300 eingebettet werden (siehe 1). Diese Permanentmagnete sind derart eingebettet, dass die Richtungen der Magnetpole (N-Pol und S-Pol) zu den Richtungen der Magnetisierung der Rotorzähne 302 passen, wenn diese aufgrund der Gleichrichtung durch die Dioden D1 und D2 oder die Dioden D3 und D4 der rotierenden elektrischen Maschine 1 magnetisiert werden, um als Elektromagneten zu dienen. In diesem Fall werden die Rotorzähne 302 dazu veranlasst, mit den Magnetkräften der Elektromagneten, die durch die Magnetkräfte der Permanentmagnete verstärkt werden, zu arbeiten, wodurch es ermöglicht wird, den inneren Rotor 300 mit einem großen Drehmoment aufgrund der Wirkung der erhöhten Magnetkräfte anzutreiben. Weil der Permanentmagnet keine größere Magnetkraft erzeugen muss als eine Magnetkraft-Unterstützung für die elektromagnetische Kraft, die erzeugt wird, wenn der Rotorzahn durch die zugeordnete Induktionsspule I veranlasst wird, als Elektromagnet zu dienen, ist die Verwendung von teuren und seltenen Permanentmagneten, beispielsweise ein Neodymmagnet, nicht länger notwendig, so dass es möglich ist, günstige Permanentmagneten zu verwenden, die stabil geliefert werden können. Andererseits kann ein teurer und seltener Permanentmagnet wie ein Neodymmagnet verwendet werden. In diesem Fall kann ein großes Drehmoment stabil erzeugt werden.
• Des Weiteren können in dem Stator 100 der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ankerspulen 104 mit konzentrierter Wicklung an den Statorzähnen 102 installiert werden. Weil jedes der Polschuhelemente 201 durch das Laminieren einer Vielzahl von elektromagnetischer Stahlplatten entlang eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C ausgebildet ist, ist in diesem Fall der Magnetfluss, der zwischen dem Stator 100 und dem äußeren Rotor 200 kurz schließt, reduziert im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Polschuhelemente durch das Laminieren einer Vielzahl von einer Vielzahl von elektromagnetischen Platten entlang der Mittenlängsachse 1C ausgebildet sind. Dies erhöht die Drehmomentdichte.
• In dem Fall, bei dem die Polschuhelemente 201 durch das Laminieren der Vielzahl von elektromagnetischen Stahlplatten entlang der Mittenlängsachse 1C ausgebildet sind, wenn die Ankerspulen 104 mit konzentrierter Wicklung installiert sind, tritt ein Magnetfluss auf, der zwischen dem Stator 100 und dem äußeren Rotor 200 kurz geschlossen ist, wie aus 17 ersichtlich. Der Doppelachsenmotor des Flussmodulationstyps produziert ein Drehmoment, indem ein geschlossener Magnetpfad ausgebildet wird, der den Durchfluss von Magnetfluss von dem Stator 100 zu dem inneren Rotor 300 über den äußeren Rotor 200 erlaubt. Daher verursacht ein Magnetfluss, der wie in 17 gezeigt kurz geschlossen ist, einen beträchtlichen Abfall des Drehmoments.
• Wie beschrieben, ist dem veranschaulichten Beispiel jedes der Polschuhelemente 201 durch das Laminieren der Vielzahl von elektromagnetischen Stahlplatten entlang eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C ausgebildet. Dies verhindert, dass ein kurzschließender Fluss in einer Richtung entlang des Kreises um die Mittenlängsachse 1C fließt und dies führt den Magnetfluss von dem Stator 100 hin zu dem inneren Rotor 300, weil die laminierten Oberflächen der gestapelten elektromagnetischen Platten isoliert sind. Daher kann gemäß dem veranschaulichten Beispiel der Fluss, der wie in
• 17 gezeigt ist, kurz geschlossen sein soll, reduziert werden. Des Weiteren ist eine Ausbildung eines geschlossenen Magnetpfads vereinfacht, um den Durchfluss des Flusses von dem Stator 100 zu dem inneren Rotor 300 über den inneren Rotor 200 zu ermöglichen. Infolgedessen ist in dem veranschaulichten Beispiel die Drehmomentdichte erhöht.
• Bezugszeichenliste

1

rotierende elektrische Maschine

100

Stator

104

Ankerspule

200

äußerer Rotor oder zweiter Rotor

201

Polschuhelement (weichmagnetischer Körper)

202

nicht-magnetisches Bauteil (nicht-magnetischer Körper)

202A

nicht-magnetisches Segment

202B

Brückensegment

202C

Passformloch

300

innerer Rotor oder erster Rotor.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 4505524 B2 [0002, 0004]

Claims (3)

1. Rotierende elektrische Maschine mit einer Mittenlängsachse, umfassend: einen Stator, der Ankerspulen umfasst, wobei die Ankerspulen konfiguriert sind, Magnetfluss zu erzeugen, wenn sie erregt werden; einen ersten Rotor, der um die Mittenlängsachse in Reaktion auf den Durchfluss des Magnetflusses rotierbar ist; und einen zweiter Rotor, der um die Mittenlängsachse rotierbar ist, wobei der zweite Rotor in einem Magnetpfad für den Magnetfluss ist, der durch den ersten Rotor fließt, wobei der zweite Rotor ein zylindrisches nicht-magnetisches Bauteil mit einer Vielzahl von Einsteckschlitzen umfasst, von denen sich jeder mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse von einem axialen Ende zu dem anderen axialen Ende erstreckt, und mit einer Vielzahl von Polschuhelementen aus weichmagnetischem Material, die jeweils in die Vielzahl von Einsteckschlitzen eingesetzt sind.
2. Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei jedes aus der Vielzahl der Polschuhelemente aus weichmagnetischem Material relativ zu dem radial äußeren und inneren Abschnitt von einem aus der Vielzahl der Einsteckschlitze durch eine Spielpassung gehalten wird, und wobei das Polschuhelement relativ zu zwei Rändern, die voneinander entlang eines Kreises um die Mittenlängsachse beabstandet sind, um den Einsteckschlitz zu definieren, durch eine Presspassung gehalten wird.
3. Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das nicht-magnetische Bauteil eine Vielzahl von nicht-magnetischen Segmenten umfasst, von denen jedes zwischen zwei benachbarten aus der Vielzahl der Einsteckschlitze ist, und die Vielzahl der Polschuhelemente aus weichmagnetischem Material und die Vielzahl der nicht-magnetischen Segmente abwechselnd angeordnet sind, so dass eine Bogenlänge von jedem aus der Vielzahl der Polschuhe einer Bogenlänge von jedem aus der Vielzahl der nicht-magnetischen Segmente angeglichen ist.

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