DE102016216181A1

DE102016216181A1 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102016216181A1
Application number: DE102016216181.4A
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Kubota; Masahiro Aoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2017-03-02
Also published as: CN106487140B; CN106487140A; JP2017050943A; JP6561692B2

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, die in der Lage ist, zu verhindern, dass sich Isolatoren aufgrund der Zentrifugalkraft während der Rotation eines Rotors lösen. [Lösung] Ein innerer Rotor (300) wird offenbart, in welchem jeder von Isolatoren (340), der mit einer Induktionsspule (I) und einer Erregerspule (F) umwickelt ist, an einem von Rotorzähnen (302) installiert ist. Jeder von Isolatorhalteteilen (345) des Isolators (340) ist mit einem von konkaven Abschnitten (345A) ausgebildet, welche Torus-Nuten (347) um die Mittenlängsachse (1C) ausbilden, wenn die Isolatoren (340) an den Rotorzähnen (302) installiert sind, und die Isolatoren (345) sind mittels einem ersten und einem zweiten Abstandshalter (312) und (314) befestigt, welche einen ersten und einen zweiten konvexen Abschnitt (312A) und (314A) haben, die in die Torus-Nuten (347) eingesetzt sind.

Description

[Technisches Fachgebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine mit einer Mittenlängsachse, die einen Rotor umfasst, der Spulen aufweist, mit denen ein Magnetfluss von einem Stator koppelt, die um eine Vielzahl von Rotorzähnen oder Schenkelpolen, die radial um die Mittenlängsachse angeordnet sind, gewickelt sind, so dass die Rotorzähne oder der Schenkelpol voneinander entlang einer Bogenlänge eines Kreises um die Mittenlängsachse beabstandet sind.
[Allgemeiner Stand der Technik]
Als eine rotierende elektrische Maschine zur Montage in Hybridelektrofahrzeugen wird eine rotierende elektrische Maschine verwendet, die einen Stator und einen Rotor umfasst. Der Stator umfasst Ankerspulen. Die Ankerspulen sind konfiguriert, Magnetfluss zu erzeugen, wenn sie erregt werden. Der Rotor umfasst eine Vielzahl von Schenkelpolen und Spulen, mit denen der Magnetfluss koppelt.
WO 2012/011168 A1 , im Folgenden ”Patentliteratur 1” genannt, offenbart eine rotierende elektrische Maschine. Diese bekannte rotierende elektrische Maschine nutzt ein Spuleneinbauverfahren, genannt Kassettenspulenverfahren, mit welchem Isolatoren, von denen jeder an sich eine Ankerspule aufweist, an Zähnen eines Stators befestigt sind, indem jeder der Isolatoren an einem der Zähne eingesetzt wird.
[Stand der Technik]
[Patentliteratur]

Patentliteratur 1: WO 2012/011168 A1

[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Wenn das Spuleneinbauverfahren, das von der bekannten rotierenden elektrischen Maschine verwendet wird, die in WO 2012/011168 A1 beschrieben ist, zur Installation von Spulen an einem Rotor verwendet wird, gibt es die Möglichkeit, dass sich Spulen aufgrund der Zentrifugalkraft während der Rotation des Rotors lösen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die in der Lage ist, zu verhindern, dass sich Isolatoren aufgrund der Zentrifugalkraft während der Rotation eines Rotors lösen.
[Lösung des Problems]
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Maschine mit einer Mittenlängsachse bereitgestellt, umfassend: einen Stator, der Ankerspulen umfasst, wobei die Ankerspulen konfiguriert sind, Magnetfluss zu erzeugen, wenn sie erregt werden; einen Rotor, der um die Mittenlängsachse rotierbar ist, wobei der Rotor eine Vielzahl von Schenkelpolen und Spulen umfasst, welche um den Rotor gewickelt sind und mit denen der Magnetfluss koppelt; und Isolatoren, um welche die Spulen gewickelt sind, die an der Vielzahl der Schenkelpole installiert sind, wobei jeder der Isolatoren einen von ersten Höhenunterschieden, welcher Torus-Nuten um die Mittenlängsachse ausbildet, wenn die Isolatoren an der Vielzahl der Schenkelpole installiert sind, aufweist und wobei die Isolatoren mittels Halteringen befestigt sind, welche zweite Höhenunterschiede haben, die in die ersten Höhenunterschiede eingesetzt sind.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Isolatoren daran gehindert, sich aufgrund der Zentrifugalkraft während der Rotation des Rotors zu lösen.
[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 ein Querschnitt der rotierenden elektrischen Maschine, geschnitten durch eine Mittenlängsachse der Maschine.
4 ist eine Explosionsansicht eines äußeren Rotors der rotierenden elektrischen Maschine.
5 ist eine Explosionsansicht eines inneren Rotors der rotierenden elektrischen Maschine.
6 ist eine axiale Endansicht, die in der 5 den inneren Rotor von links mit abgenommenen unnötigen Teilen oder Elementen veranschaulicht, um zu zeigen, wie Isolatoren an den Rotorzähnen befestigt oder installiert werden.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Isolators mit um diesen gewickelten Rotorwicklungen.
8 ist eine perspektivische Ansicht des Isolators ohne Rotorwicklungen.
9 ist ein teilweiser Querschnitt des inneren Rotors.
10 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der 8, die einen Isolator haltenden Teil und einen konkaven Abschnitt des Isolators zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abstandshalter und einen konvexen Abschnitt zeigt.
12 ist ein teilweise axialer Schnitt des inneren Rotors mit befestigten Isolatoren.
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen wird im Folgenden die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben. Die 1 bis 12 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 201a von Magnetpfadbauteilen 201 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 ein Magnetpfadbauteil 201 und eine Vielzahl von nicht-magnetischen Elementen 202. Das Magnetpfadbauteil 201 ist aus weichmagnetischem Material mit hoher Permeabilität hergestellt, wie z. B. Stahl. Jedes der nicht-magnetischen Elemente 201 ist aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt, das keinen Fluss von Magnetfluss erlaubt, wie z. B. Polyphenylensulfid-(PPS)-Harz oder dergleichen. Das Magnetpfadbauteil 201 erstreckt sich mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse 1C. Jedes der nicht-magnetischen Elemente 202 erstreckt sich mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse 1C. Es sei angemerkt, dass die Mittenlängsachse eine Rotationsachse ist, um welche der äußere und der innere Rotor 200 und 300 relativ zu dem Stator 100 rotieren.
Das Magnetpfadbauteil 201 umfasst eine Vielzahl von Polschuhsegmenten 201A und eine Vielzahl von Brückensegmenten 201B. Die Polschuhsegmente 201A sind radial um die Mittenlängsachse 1C derart angeordnet, dass die Polschuhsegmente 201A voneinander entlang einer Bogenlänge eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind. Jedes der nicht-magnetischen Elemente 202 ist zwischen zwei benachbarten Polschuhsegmenten 201A derart angeordnet, dass jedes der Polschuhsegmente 201A dem benachbarten nicht-magnetischen Element 201 gegenüberliegt. Jedes der Brückensegmente 201B ist zwischen zwei benachbarten Polschuhsegmenten 201A angeordnet und verbindet diese an radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) äußeren und inneren Positionen von dem nicht-magnetischen Element 202, das zwischen den zwei Polschuhsegmenten 201A angeordnet ist.
Die Polschuhsegmente 201A und die Brückensegmente 201B sind einstückig derart ausgebildet, dass das Magnetpfadbauteil 201 als ein einstückiger Kern ausgebildet ist, von dem die Polschuhsegmente 201A und die Brückensegmente 201B einstückige Teile sind. Das Magnetpfadbauteil 201 ist als der einstückige Kern ausgebildet, indem eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlplatten eine nach der anderen entlang der Mittenlängsachse 1C laminiert wird.
Jedes der nicht-magnetischen Elemente 202 ist in einem Raum, der definiert und umgeben ist von den zwei benachbarten Polschuhsegmenten 201A und einem der Brückensegmente 201B. In dem veranschaulichten äußeren Rotor 200, sind die Polschuhsegmente 201A aus weichmagnetischem Material und die nicht-magnetischen Elemente 202 sind radial um die Mittenlängsachse 1C angeordnet, so dass die Polschuhsegmente 201A voneinander entlang der Bogenlänge des Kreises um die Mittenlängsachse 1C beabstandet sind und sodass jedes der nicht-magnetischen Elemente 202 zwischen zwei benachbarten Polschuhsegmenten 201A angeordnet ist. Das Magnetpfadbauteil 201 und die nicht-magnetischen Elemente 202 werden später detailliert beschrieben.
Der äußere Rotor 200 ist derart angeordnet, dass eine äußere Umfangsfläche 201a des Magnetpfadbauteils 201 den inneren Umfangsflächen (inneren Enden) 102a der Statorzähne des Stators 100 gegenüberliegt und dass eine äußere Umfangsfläche 201b des Magnetpfadbauteils 201 den äußeren Umfangsflächen (äußeren Enden) 302a der Rotorzähne 302 eines später beschriebenen inneren Rotors 300 gegenüberliegt.
Die Ankerspulen 104 des Stators 100 erzeugen einen Magnetfluss, der in den äußeren Rotor 200 eintritt. Der in dem äußeren Rotor 200 eintretende Magnetfluss fließt effizient durch die Polschuhsegmente 201A, jedoch verhindern die nicht-magnetischen Elemente 202 den Durchfluss des Magnetflusses. Nachdem er durch die Polschuhsegmente 201A 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 Polschuhsegmente 201A, um einen Magnetkreis zu vervollständigen.
Während der Rotation des äußeren Rotors 200 relativ zu dem Stator 110, wählt ein Magnetkreis wechselweise einen ersten Weg, bei dem jedes der Polschuhsegmente 201A der Magnetpfadbauteil 201 den Durchfluss des Magnetflusses erlaubt, und einen zweiten Weg, bei dem das benachbarte der nicht-magnetischen Elemente 202 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 bei der synchronen Rotation des so modulierten rotierenden Magnetfelds erzeugt und der innere Rotor 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, I11 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 ungeradzahligen 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 Polschuhsegmente 201A des äußeren Rotors 20 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 20 gegenüberliegt, um einen Magnetfluss zu dem äußeren Rotor 200 zu induzieren.
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 Polschuhsegmente 201A 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 Magnetbauteile 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 Polschuhsegmente 201A 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 3 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 Magnetpfadbauteil 201 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 3 und 4 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 dem zuvor beschriebenen Magnetpfadbauteil 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 Magnetpfadbauteil 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 den Teil mit großem Durchmesser 210B der äußeren Welle 210 und einer Baugruppe des Magnetpfadbauteils 201 und der nicht-magnetischen Elemente 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 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 Elemente 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 Polschuhsegmente 201A in dem äußeren Rotor 200 groß gemacht, weil die Polschuhsegmente 201A 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 3) 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 der Magnetpfadbauteile 201 und der nicht-magnetischen Elemente 202 (d. h. die rechten Endseiten, gesehen in 3) befestigt, und die zylindrische Welle 214 wird fest an die entferntesten axialen Enden des Magnetpfadbauteils 201 und der nicht-magnetischen Elemente 202 (d. h. die linke Endseite, gesehen in 3) befestigt, indem die nicht-magnetischen Befestigungselemente 219 in die Einstecklöcher 210 des Teils mit großem Durchmesser 210B und in die Einstecklöcher 210A des Flanschs 215 nacheinander eingesetzt werden und indem bewirkt wird, dass sie mit den Innengewindelöchern 214A der zylindrischen Welle 214 im Eingriff stehen.
(Innerer Rotor)
Bezug nehmend auf 3 und 5 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 3).
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 3), ist zusätzlich eine Aufnahme 318 mit einer Vielzahl von Schraubenmutterteilen 318A bereitgestellt, welche mit später beschriebenen Schrauben 25 im Eingriff stehen.
(Gesamtaufbau mit Gehäuse)
Bezug nehmend auf 3 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) dem Magnetpfadbauteil 201 und den nicht-magnetischen Elementen 202, dem Rotorkern 301 des inneren Rotors 300 und den Rotorwicklungen 330 gegenüber.
Der Stator 100, das Magnetpfadbauteil 201 des äußeren Rotors 200 und die nicht-magnetischen Elemente 202, 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 außere 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.
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.
(Isolator)
In der so konfigurierten rotierenden elektrischen Maschine 1 wird die Vibration des Verbrennungsmotors, in dem Fall, indem der innere Rotor 300 mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, zu dem inneren Rotor 300 über die Ausgangswelle übertragen, wodurch bewirkt wird, dass die Rotorwicklungen 330 an dem inneren Rotor 300 vibrieren. Insbesondere vibrieren die Rotorwicklungen 330 beträchtlich beim Auftreten einer Resonanz.
Wenn die Rotorwicklungen 330 vibrieren, wird der Schutzfilm der Rotorwicklungen 330 abgenutzt, weil dieser mit den Rotorzähnen 302 aus elektromagnetischen Stahlplatten in einem Schleifkontakt ist, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Durchbruchs des Schutzfilms erhöht wird. Beim Durchbruch des Schutzfilms der Rotorwicklungen 330 werden die Rotorwicklungen 330 geerdet.
In dem in 6 veranschaulichten Beispiel umfasst daher der innere Rotor 300 eine Vielzahl von Isolatoren 340 aus Harz mit elektrisch isolierender Eigenschaft, von denen jeder zwischen einem der Rotorzähne 302 und dem zugeordneten einen aus der Vielzahl der Sätze von Rotorwicklungen 330 ist.
Die Rotorwicklungen 330 sind um jeden der Isolatoren 340 im Vorhinein gewickelt und werden von diesen gehalten. Die Isolatoren 340, von denen jeder die Rotorwicklungen 330 hält, sind an den jeweiligen Rotorzähnen 302 befestigt, so dass jeder der Isolatoren 340 einen der Rotorzähne 302 umgibt. Dies verhindert einen Kontakt der Rotorwicklungen 330 mit den Rotorzähnen 302, wodurch verhindert wird, dass der Schutzfilm von jeder der Rotorwicklungen 330 dünn abgenutzt wird, weil dieser in einen Schleifkontakt mit den Rotorzähnen 302 kommt, wodurch kein Durchbruch des Schutzfilms verursacht wird. In dem veranschaulichten inneren Rotor 300 hat jeder der Rotorzähne 302 an seinem radial äußeren Ende keinen Flansch, im Gegensatz zu den Rotorzähnen der bekannten rotierenden elektrischen Maschine, und so hat er bei jedem Querschnitt durch den Rotorzahn 302 entlang der Mittenlängsachse 1C das gleiche Querschnittsprofil oder er kann unterschiedliche Querschnittsprofile haben, die schrittweise in ihrer Fläche in einer radialen (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) Richtung hin zu dem radial äußeren Ende ansteigen.
Der Magnetfluss, der von dem Stator 100 erzeugt wird und mit jeder der Induktionsspulen I des inneren Rotors 300 koppelt, enthält einen asynchronen Magnetfluss, der unsynchronisiert mit der Rotation des inneren Rotors 300 variiert. Der asynchrone Magnetfluss wird daran gehindert, beispielsweise durch den Flansch von jedem der bisherigen Rotorzähne blockiert zu werden, wodurch die Induktionsspule I dazu veranlasst wird, effizient Induktionsstrom zu erzeugen. Weil jeder der Rotorzähne 302 kein Flansch aufweist, kann jeder der Isolatoren 340 an einen der Rotorzähne 302 in eine Richtung radial nach innen von der Außenseite hin zu der Mittenlängsachse 1C befestigt werden.
Der detaillierte Aufbau von jedem der Isolatoren 340 wird im Folgenden beschrieben. Bezugnehmend auf die 7, 8 und 9 umfasst ein Isolator 340 ein Rohr oder einen rohrähnlichen Kern 341 und einen Flansch 342 an dem rohrähnlichen Kern 341. Die Rotorwicklungen 330 sind um den rohrähnlichen Kern 341 gewickelt. Im installierten Zustand des Isolators 340 an dem Rotorzahn 302 erstreckt sich der rohrähnliche Kern 341 mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse 1C und er erstreckt sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von der Basis des Rotorkerns 301 nach außen. Der Flansch 342 erstreckt sich von einem radial äußeren Ende des rohrähnlichen Kerns 341 derart nach außen, dass der Flansch 342 das radial äußere Ende des rohrähnlichen Kerns 341 umgibt. Wie aus 9 ersichtlich, ist eine äußere Fläche des Flansches 342 bündig gefugt mit der äußeren Umfangsfläche 302a des Rotorzahns 302, der von dem Isolator 340 umgeben ist.
Die Induktionsspule I ist um einen radial äußeren Abschnitt des rohrähnlichen Kerns 341 gewickelt und radial nach innen von dem Flansch 342 mit einem Spalt beabstandet. Die Erregerspule F ist um einen radial inneren Abschnitt des rohrähnlichen Kerns 341 gewickelt.
Der rohrähnliche Kern 341 ist mit einem Passformloch 341A ausgebildet, das im Querschnitt eine rechteckige Form hat. Dieses Passformloch 341A ist dimensioniert, um einen der Rotorzähne 302 aufzunehmen, so dass der Rotorzahn 302 in das Passformloch 341A ohne Spiel eingesetzt werden kann.
Der Flansch 342 erstreckt sich von dem radial äußeren Ende des rohrähnlichen Kerns 341 in Umfangsrichtung entlang des inneren Rotors 300 nach außen, so dass die äußere Oberfläche des Flansches 342 bündig gefugt mit der äußeren Umfangsfläche 302a des Rotorzahns 302 ist, der von dem Isolator 340 umgeben ist. Des Weiteren erstreckt sich der Flansch 342 axial entlang der Mittenlängsachse 1C. Der Flansch 342 erstreckt sich in Umfangsrichtung mit einer Bogenlänge eines Kreises um die Mittenlängsachse 1C und erstreckt sich axial mit einer Länge entlang der Mittenlängsachse 1C, so dass die Länge entlang der Mittenlängsachse 1C länger ist als die Bogenlänge um die Mittenlängsachse 1C.
Bezug nehmend auf die 6 und 9, ist jeder der Isolatoren 340, welcher in einem Zustand einer Kassettenspule ist, bei dem die Induktionsspule I und die gewickelte Spule F um den Isolator 340 gewickelt sind, an einem der Rotorzähne 302 in einer Richtung radial von der Außenseite nach innen hin zu der Mittenlängsachse 1C befestigt, indem der Rotorzahn 302 in das Passformloch 341A eingesetzt wird.
Dies bewirkt nicht nur, dass der Schutzfilm der Rotorwicklung 330 geschützt ist, sondern auch dass die Durchführbarkeit der Montage verbessert ist, weil jeder der Isolatoren 340, der in einem Zustand ist, bei dem die Rotorwicklungen um den Isolator 340 gewickelt sind, genannt „Kassettenspulenstruktur”, an einem der Rotorzähne 302 in einer Richtung von der Außenseite radial nach innen hin zu der Mittenlängsachse 1C befestigt ist.
Der Isolator 340 weist eine Zwischenrippe 343 auf, die einen Bereich, um den die Erregerspule F gewickelt ist, von einem Bereich, um den die Induktionsspule 1 gewickelt ist, trennt. Wie bei dem Flansch 342, der sich von dem radial äußeren Ende des rohrähnlichen Kerns 341 nach außen erstreckt, erstreckt sich die Innenrippe 344 von dem rohrähnlichen Kern 341 in die Nuten 303 nach außen.
Der Isolator 340 hat eine Innenrippe 344, die radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) weiter nach innen angeordnet ist als die Zwischenrippe 343. Wie bei dem Flansch 342, der sich von dem radial äußeren Ende des rohrähnlichen Kerns 341 nach außen erstreckt, erstreckt sich die Innenrippe 344 von dem radial inneren Ende des rohrähnlichen Kerns 341 in die Nuten 303 nach außen und begrenzt den Bereich, um den die Erregerspule F gewickelt ist.
Gemäß der Konfiguration, bei der jeder der Isolatoren 340 an einem der Rotorzähne 302 installiert ist, ist es erforderlich, die Isolatoren 340 zu halten, um zu verhindern, dass der Isolator 340 sich durch die Zentrifugalkraft während der Rotation des inneren Rotors 300 von den Rotorzähnen 302 löst. Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Isolatoren 340 radial relativ zu der Mittenlängsachse 1C des inneren Rotors 300 gehalten, indem jeder der Isolatoren 340 an ein Paar von Abstandshaltern 312 und 314 eingesetzt wird, so dass der Isolator 340 axial zwischen dem Paar der Abstandshalter 312 und 314 gehalten ist.
Bezug nehmend auf die 7, 8, 9 und 10 weist jeder der Isolatoren 340 ein Paar von Isolatorhalteteilen 345 auf, die radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) weiter nach innen angeordnet sind als die Innenrippe 344. Insbesondere sind die Isolatorhalteteile 345 von einem Paar nahe zwei axialen Enden des rohrähnlichen Kerns 341 angeordnet, die voneinander entlang der Mittenlängsachse 1C beabstandet sind und sich radial von der Basis der Innenrippe 344 nach innen erstrecken.
Wie aus den 6 und 7 ersichtlich, ist jeder der Isolatorhalteteile 345 von einem Paar mit einem ersten Höhenunterschied oder Stufe in Form eines konkaven Abschnitts 345A ausgebildet. Jeder der konkaven Abschnitte 345A ist als ein bogenförmiges Segment ausgebildet, so dass bei der Installation der Isolatoren 340 an den jeweiligen Rotorzähnen 302 die konkaven Abschnitte 345A miteinander in Verbindung stehen, um einen torusförmigen Höhenunterschied oder Stufe in der Form einer Torus-Nut 347 um die Mittenlängsachse 1C zu definieren.
Nun Bezug nehmend auf 11 sind Halteringe in der Form des ersten und des zweiten Abstandshalters 312 und 314 in die Isolatorhalteteile 345 eingesetzt, um die Isolatoren 340 zu halten. Der erste Abstandshalter 312 weist einen zweiten Höhenunterschied oder Stufe in Form eines ersten torusförmigen konvexen Abschnitts 312A auf. Auf ähnliche Weise weist der zweite Abstandshalter einen anderen zweiten Höhenunterschied oder Stufe in Form eines zweiten torusförmigen konvexen Abschnitts 314A auf. Der erste und der zweite torusförmige konvexe Abschnitt 312A werden in die Torus-Nuten 347 eingesetzt, von denen jede von der Vielzahl der konkaven Abschnitte 345A der Isolatorhalteteile 345 des Isolators 340 gebildet wird.
Wie aus 12 ersichtlich, sind die Isolatoren 340 befestigt, indem der erste torusförmige konvexe Abschnitt 312A des ersten Abstandshalters 312 in eine der Torus-Nuten 347 und der zweite torusförmige konvexe Abschnitt 314A des zweiten Abstandshalters 314 in die andere Torus-Nut 347 eingesetzt werden, so dass die Isolatoren 340 axial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) zwischen dem ersten und dem zweiten Abstandshalter 312 und 314 angeordnet sind.
Wie beschrieben haben die Isolatoren 340 die konkaven Abschnitte 345A, während der erste und der zweite Abstandshalter 312 und 314 den ersten und zweiten konvexen Abschnitt 312A und 314A haben. Diese Anordnung ist in der Lage, die Isolatoren 340 gegen die Zentrifugalkraft zu halten, wobei der erste und zweite konvexe Abschnitt 312A und 314A in die konkaven Abschnitte 345A eingesetzt sind, indem nur der erste und der zweite Abstandshalter 312 und 314 entlang der Mittenlängsachse 1C montiert werden, um diese zwischen den Isolatoren 340 anzuordnen.
Die konvexen Abschnitte können an den Isolatoren 340 ausgebildet werden und die konkaven Abschnitte können an dem ersten und dem zweiten Abstandshalter 312 und 314 ausgebildet werden. Mit anderen Worten können die Isolatoren 340 befestigt werden, indem einer der konvexen Abschnitte oder der konkaven Abschnitte, der einen torusförmigen Höhenunterschied oder eine Stufe ausbildet, wenn die Isolatoren 340 jeweils an der Vielzahl der Rotorzähne 302 installiert sind, an den Isolatoren ausgebildet wird und indem der andere der konvexen Abschnitte und konkaven Abschnitte an dem ersten und dem zweiten Abstandshalter 312 und 314 ausgebildet wird.
Die Wirkungen der wie vorstehend beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine 1 werden beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, sind an dem inneren Rotor 300 jeder der Isolatoren 340, um welchen jede der Induktionsspulen I und eine der Erregerspulen F gewickelt sind, an einem der Rotorzähne 302 installiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der Isolatorhalteteile 345 der Isolatoren 340 mit einem der konkaven Abschnitte 345A ausgebildet, welcher die Torus-Nuten 347 um die Mittenlängsachse 1C bildet, wenn die Isolatoren 340 an der Vielzahl der Rotorzähne 302 installiert sind, und die Isolatoren 345 sind befestigt, indem der erste und der zweite Abstandshalter 312 und 314, welche den ersten und den zweiten konvexen Abschnitt 312A und 314A haben, in die Torus-Nuten 347 eingesetzt werden.
Diese Konfiguration verhindert das Lösen der Isolatoren 340 von dem ersten und dem zweiten Abstandshalter 312 und 314 aufgrund der Zentrifugalkraft während der Rotation des inneren Rotors 300, weil die Isolatoren 340 befestigt sind, indem der erste und der zweite Abstandshalter 312 und 314 in die Torus-Nuten 347, die an den Isolatoren 340 um die Mittenlängsachse 1C ausgebildet sind, eingesetzt werden.
Des Weiteren verkürzt die beschriebene Konfiguration die Zusammenbauzeit und verbessert die mechanische Festigkeit, weil der erste und der zweite Abstandshalter 312 und 314 axial entlang der Mittenlängsachse 1C zusammengebaut werden, um diese zwischen den Isolatoren 340 anzuordnen.
Die Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in dieser Hinsicht vorteilhaft gegenüber der Verwendung eines Festigungsmittels, um die Isolatoren 340 an den Rotorzähnen 302 zu befestigen, dass die Verteilung der Festigkeit reduziert ist und daher die Isolatoren 340 gegen die Zentrifugalkraft sicherer gehalten werden. Des Weiteren ist es möglich, das Gewicht der rotierenden elektrischen Maschine 1 zu verringern, weil kein Festigungsmittel verwendet wird. Zusätzlich kann die Menge an Festigungsmittel reduziert werden, um eine Gewichtsreduktion zu realisieren, wenn das Festigungsmittel gleichzeitig verwendet wird, um die Isolatoren 340 an den Rotorzähnen 303 zu befestigen.
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.
Bezugszeichenliste

1: rotierende elektrische Maschine
1C: Mittenlängsachse
100: Stator
104: Ankerspule
300: innerer Rotor (Rotor)
302: Rotorzähne (Schenkelpole)
312, 314: Abstandshalter (Haltering)
312A, 314A: konvexer Abschnitt (zweiter Höhenunterschied)
330: Rotorwicklung (Spule)
340: Isolator
345A: konkaver Abschnitt (erster Höhenunterschied)
347: Torus-Nut (Höhenunterschied).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/011168 A1 [0003, 0005]

Claims

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 Rotor, der um die Mittenlängsachse rotierbar ist, wobei der Rotor eine Vielzahl von Schenkelpolen und Spulen umfasst, welche um den Rotor gewickelt sind und mit denen der Magnetfluss koppelt; und Isolatoren, um welche die Spulen gewickelt sind, die an der Vielzahl der Schenkelpole installiert sind, wobei jeder der Isolatoren einen von einem ersten Höhenunterschied, welcher Torus-Nuten um die Mittenlängsachse ausbildet, wenn die Isolatoren an der Vielzahl der Schenkelpole installiert sind, aufweist und wobei die Isolatoren mittels Halteringen befestigt sind, welche zweite Höhenunterschiede haben, die in die ersten Höhenunterschiede eingesetzt sind.