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Allgemeiner Stand der Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Vorrichtung, zum Beispiel einen Dreiphasentransformator oder einen Einphasentransformator
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Beschreibung des Stands der Technik
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Transformatoren nach dem Stand der Technik umfassen einen U-förmigen oder E-förmigen Eisenkern und um diesen Eisenkern gewickelte Spulen. Da diese Spulen an der Außenseite des Transformators freiliegen, entsteht durch den von den Spulen gestreuten Magnetfluss in dem Metallbereich in der Nähe der Spulen ein Wirbelstrom. Dadurch besteht das Problem, dass sich der Metallbereich des Transformators erwärmt. Da insbesondere bei Transformatoren, die Öl enthalten, eine Unterbringung des Transformator in einem Lagerbehälter aus einem Metall erfolgt, ist es nötig, eine Erwärmung des Lagerbehälters aus einem Metall durch den von den Spulen gestreuten Magnetfluss zu unterdrücken.
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Zur Lösung dieses Problems werden in der Patentauslegeschrift Hei-5-52650 Abschirmplatten in der Umgebung der Spulen angeordnet oder in der Patentschrift Nr. 5701120 Abschirmplatten auf die Innenseite des Lagerbehälters aufgebracht. Dadurch wird eine Erwärmung des Metallbereichs in der Nähe der Spulen oder des Lagerbehälters unterdrückt.
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Übrigens unterscheidet sich bei einem herkömmlichen Dreiphasentransformator, der einen E-förmigen Eisenkern umfasst, die Magnetpfadlänge der Phase in der Mitte von den Magnetpfadlängen der Phasen an den beiden Enden. Daher besteht das Problem, dass es nötig ist, das Gleichgewicht der drei Phasen durch unterschiedliches Gestalten der Windungszahl der Phasen in der Mitte und der Windungszahl der Phasen an den beiden Enden zu regulieren.
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In der Patentschrift Nr. 4646327 und in der Patentoffenlegungsschrift 2013-42028 sind dreiphasige elektromagnetische Vorrichtungen offenbart, die um mehrere strahlenförmig angeordnete Magnetkerne gewickelte Hauptwicklungen und um Magnetkerne, die eine Kopplung zwischen den mehreren Magnetkernen vornehmen, gewickelte Steuerwicklungen umfassen. In einem solchen Fall kann das Gleichgewicht der drei Phasen reguliert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Doch da die Steuerwicklungen bei der Patentschrift Nr. 4646327 und der Patentoffenlegungsschrift 2013-42028 ganz außen an der elektromagnetischen Vorrichtung positioniert sind, besteht das Problem, dass der Magnetfluss der Steuerwicklungen nach außen streut. Da es außerdem nötig ist, zusätzlich zu den Hauptwicklungen Steuerwicklungen bereitzustellen, wird die elektromagnetische Vorrichtung großformatig.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts dieser Umstände und hat die Aufgabe, eine elektromagnetische Vorrichtung, zum Beispiel einen Transformator, bereitzustellen, die nicht großformatig ausgeführt ist und bei der ein Streuen des Magnetflusses nach außen unterdrückt wird.
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Zur Erfüllung der oben angeführten Aufgabe wird nach einer ersten Erfindung eine elektromagnetische Vorrichtung bereitgestellt, die einen Außenumfangs-Eisenkern und wenigstens drei Eisenkernspulen, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns berühren oder damit verbunden sind, umfasst, wobei jede der wenigstens drei Eisenkernspulen einen Eisenkern und wenigstens eine um diesen Eisenkern gewickelte primäre Spule oder sekundäre Spule umfasst, die wenigstens drei Eisenkernspulen auf einem Kreisumfang angeordnet sind, und der Eisenkern einer Eisenkernspule der wenigstens drei Eisenkernspulen mit den Eisenkernen der anderen Eisenkernspulen, die zu dieser einen Eisenkernspule benachbart sind, in Berührung steht.
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Da bei der ersten Erfindung die Eisenkernspulen innerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns angeordnet sind, wird es möglich, den Streumagnetfluss von den Wicklungen in die Umgebung zu verringern, ohne Abschirmplatten auszubilden. Da außerdem bei einer dreiphasigen elektromagnetischen Vorrichtung die Magnetpfadlänge der drei Phasen strukturell gleich wird, sind die Gestaltung und die Herstellung einfach. Da ferner im Fall einer Verwendung als Transformator das Verhältnis der primären Eingangsspannung und der sekundären Ausgangsspannung fest ist, sind keine Steuerwicklungen erforderlich. Daher kann eine großformatige Ausführung der elektromagnetischen Vorrichtung vermieden werden.
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Diese Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wie auch andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale werden aus der ausführlichen Erklärung typischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, noch klarer werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schrägansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2A ist eine Schnittansicht der in 1 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung.
- 2B ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung bei einer zweiten Ausführungsform.
- 3A ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung bei einer dritten Ausführungsform.
- 3B ist eine Schnittansicht einer anderen elektromagnetischen Vorrichtung bei der dritten Ausführungsform.
- 3C ist eine Schnittansicht noch einer anderen elektromagnetischen Vorrichtung bei der dritten Ausführungsform.
- 4A ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4B ist eine Schnittansicht einer anderen elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4C ist eine Schnittansicht noch einer anderen elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4D ist eine Schnittansicht noch einer anderen elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine Schrägansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist eine schematische Ansicht, die eine elektromagnetische Vorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
- 10 ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 11 ist eine andere schematische Ansicht, die eine elektromagnetische Vorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
- 12 ist eine schematische Ansicht, die eine wie in 7 gezeigte elektromagnetische Vorrichtung zeigt.
- 13 ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 14 ist eine Ansicht, die die Verwendung einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 15 ist eine andere Ansicht, die die Verwendung einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 16 ist eine Ansicht, die eine Motorantriebseinheit zeigt, welche eine elektromagnetische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Ausführliche Erklärung
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt. In den nachstehenden Zeichnungen sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Erleichterung des Verständnisses ist der Maßstab dieser Zeichnungen beliebig verändert.
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1 ist eine Schrägansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ferner zeigt 2A eine Schnittansicht der in 1 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung. Wie in 1 und 2A gezeigt umfasst die elektromagnetische Vorrichtung 5, zum Beispiel ein Transformator oder eine Drosselspule, einen Außenumfangs-Eisenkern 20 mit einer sechseckigen Querschnittform und wenigstens drei Eisenkernspulen 31 bis 33, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 berühren oder damit verbunden sind. Der Außenumfangs-Eisenkern 20 kann auch eine runde oder eine andere vieleckige Form aufweisen.
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Jede der Eisenkernspulen 31 bis 33 umfasst einen Eisenkern 41 bis 43 und eine um den Eisenkern 41 bis 43 gewickelte Spule 51 bis 53. Jede der in 1 und 2A usw. gezeigten Spulen 51 bis 53 kann beide aus einer primären Spule und einer sekundären Spule umfassen. Diese primären Spulen und sekundären Spulen können übereinander oder abwechselnd auf einen gleichen Eisenkern gewickelt sein. Die primären Spulen und die sekundären Spulen können auch auf verschiedene Eisenkerne gewickelt sein. Ferner werden der Außenumfangs-Eisenkern 20 und die Eisenkerne 41 bis 43 durch Schichten mehrerer Eisenplatten, Kohlenstoffstahlplatten oder elektromagnetischer Stahlplatten oder durch Presspulverkerne hergestellt.
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Wie aus 2A erkennbar ist, weisen die Eisenkerne 41 bis 43 untereinander gleiche Abmessungen auf, und sind sie in der Umfangsrichtung des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in gleichen Abständen angeordnet. In 2A berühren die jeweiligen Enden an der Außenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 den Außenumfangs-Eisenkern 20.
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Ferner laufen die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 in 2A usw. zu der Mitte des Außenumfangs-Eisenkerns 20 hin zusammen und beträgt ihr Spitzenendwinkel etwa 120 Grad. Wie aus 2A erkennbar ist, berühren die jeweiligen Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 einander. Folglich ist zwischen benachbarten Enden an der Innenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 kein Spalt gebildet. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Enden an der Innenseite in der radialen Richtung von wenigstens zwei Eisenkernen auch zueinander benachbart sein.
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Somit sind bei der vorliegenden Erfindung die Eisenkernspulen 31 bis 33 an der Innenseite des Außenumfangs-Eisenkerns 20 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Eisenkernspulen 31 bis 33 von dem Außenumfangs-Eisenkern 20 umgeben. Daher kann das Streuen des Magnetflusses von den Spulen 51 bis 53 nach außerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns 20 verringert werden. In diesem Fall werden die Abschirmplatten der herkömmlichen Technik nicht erforderlich und wird es möglich, die Herstellungskosten gering zu halten.
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Die in 1 usw. gezeigte elektromagnetische Vorrichtung 5 kann als dreiphasige elektromagnetische Vorrichtung verwendet werden. In diesem Fall werden die Gestaltung und die Herstellung einfach, da die Magnetpfadlängen der drei Phasen strukturell gleich werden. Wenn die in 1 usw. gezeigte elektromagnetische Vorrichtung 5 als Transformator verwendet wird, sind die Steuerspulen des Stands der Technik nicht erforderlich, da das Verhältnis der primären Eingangsspannung und der sekundären Ausgangsspannung fest ist. Daher kann eine großformatige Ausführung der elektromagnetischen Vorrichtung vermieden werden.
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Ferner ist 2B eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung bei einer zweiten Ausführungsform. In 2B ist jeder der Eisenkerne 41 bis 43 aus einem spitzenendseitigen Eisenkernabschnitt 41a bis 43a und einem basisendseitigen Eisenkernabschnitt 41b bis 43b gebildet.
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In diesem Fall werden die Spulen 51 bis 53 in einem Zustand, in dem nur die basisendseitigen Eisenkernabschnitte 41b bis 43b an dem Außenumfangs-Eisenkern 20 angebracht sind, auf die basisendseitigen Eisenkernabschnitte 41b bis 43b gewickelt. Anschließend können die spitzenendseitigen Eisenkernabschnitte 41a bis 43a wie dargestellt eingesetzt werden.
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Man wird verstehen, dass dadurch die Anbringung der Spulen 51 bis 53 einfach wird und die Leichtigkeit des Zusammenbaus gesteigert wird. Zu diesem Zweck ist es günstig, wenn die Spulen 51 bis 53 nicht in dem Bereich zwischen den spitzenendseitigen Eisenkernabschnitten 41a bis 43a und den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b angeordnet werden. Jeder der Eisenkerne 41 bis 43 kann auch aus drei oder mehr Eisenkernabschnitten gebildet sein.
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Es ist günstig, wenn die Kontaktflächen zwischen den spitzenendseitigen Eisenkernabschnitten 41a bis 43a und den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und die Kontaktflächen zwischen den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 hochglanzbearbeitet werden oder zu einem Passaufbau ausgeführt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass zwischen den spitzenendseitigen Eisenkernabschnitten 41a bis 43a und den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und zwischen den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 Spalte gebildet werden.
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3A ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung bei einer dritten Ausführungsform. In 3A sind die in 2A gezeigten Eisenkerne 41 bis 43 einstückig als einzelner Eisenkern 40 ausgeführt. Das heißt, der Eisenkern 40 in 3A kann nicht in drei Eisenkerne 41 bis 43 geteilt werden. Die Schenkelabschnitte des Eisenkerns 40 in 3A entsprechen den Eisenkernen 41 bis 43. Die in 3A gezeigte elektromagnetische Vorrichtung 5 umfasst nur den Außenumfangs-Eisenkern 20 und den Eisenkern 40.
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In diesem Fall werden die Spulen 51 bis 53 auf die drei Schenkel des Eisenkerns 40 gewickelt. Dann wird die elektromagnetische Vorrichtung 5 durch Einsetzen des Eisenkerns 40 in das Innere des Außenumfangs-Eisenkerns 20 hergestellt. Da folglich eine Anzahl von nur einem Eisenkern 40 möglich ist, wird man verstehen, dass die Anzahl der Einzelteile verringert wird und als Folge die Leichtigkeit des Zusammenbaus gesteigert wird.
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3B ist eine Schnittansicht einer anderen elektromagnetischen Vorrichtung bei der dritten Ausführungsform. In diesem Fall ist der Eisenkern 40 selbst einstückig mit dem Außenumfangs-Eisenkern 20 ausgeführt. Die in 3B gezeigte elektromagnetische Vorrichtung 5 umfasst nur einen Eisenkern, der dem Außenumfangs-Eisenkern 20 und dem Eisenkern 40 entspricht. Man wird verstehen, dass die Anzahl der Einzelteile in diesem Fall noch weiter verringert wird.
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Ferner ist 3C eine Schnittansicht noch einer anderen elektromagnetischen Vorrichtung bei der dritten Ausführungsform. In 3C sind die basisendseitigen Eisenkernabschnitte 41b bis 43b einstückig mit dem Außenumfangs-Eisenkern 20 ausgeführt. Außerdem sind die spitzenendseitigen Eisenkernabschnitte 41a bis 43a untereinander einstückig gebildet. Das heißt, die in 3C gezeigte elektromagnetische Vorrichtung 5 umfasst einen äußeren Eisenkern, der den basisendseitigen Eisenkernabschnitten 41b bis 43b und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 entspricht, und einen inneren Eisenkern, der den spitzenendseitigen Eisenkernabschnitten 41a bis 43a entspricht. Man wird verstehen, dass auch dieser Fall die gleiche Wirkung wie die oben beschriebene beinhaltet.
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4A ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der dritten Ausführungsform. Die in 4A gezeigte elektromagnetische Vorrichtung 5 entspricht der unter Bezugnahme auf 2A gezeigten. Doch der Außenumfangs-Eisenkernabschnitt 20 der in 4A gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 5 ist aus mehreren, zum Beispiel sechs, Außenumfangs-Eisenkernabschnitten 21 bis 26 gebildet.
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In einem solchen Fall werden die Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 26 zum Beispiel nach dem Wickeln der Spulen 51 bis 53 um die jeweiligen Eisenkerne 41 bis 43 an dem Umfang der Eisenkerne 41 bis 43 angeordnet und kann dadurch die elektromagnetische Vorrichtung 5 zusammengebaut werden. Da die Anbringung der Spulen 51 bis 53 somit einfach wird, besteht insbesondere Nützlichkeit im Hinblick auf die Herstellung einer großformatigen elektromagnetischen Vorrichtung, zum Beispiel eines großformatigen Transformators. Selbstverständlich ist es auch möglich, die elektromagnetische Vorrichtung 5 durch ein anderes Verfahren zusammenzusetzen.
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Der Querschnitt der in 4A gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 5 ist sechseckig, und die einzelnen Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 23 entsprechen den einzelnen Seiten des Sechsecks. Doch die Form und die Anzahl der Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 26 können sich auch von dem Inhalt von 4A unterscheiden.
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Zum Beispiel ist es wie in 4B gezeigt auch möglich, den Außenumfangs-Eisenkern 20 aus drei Außenumfangs-Eisenkernabschnitten 21 bis 23 zu bilden. In 4B sind die Eisenkerne 41 bis 43 in der Mitte der jeweiligen inneren Umfangsfläche der Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 23 positioniert. Doch die Eisenkerne 41 bis 43 können auch an anderen Stellen als der Mitte der jeweiligen inneren Umfangsfläche der Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 23 positioniert sein.
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Ferner ist es wie in 4C gezeigt möglich, die jeweiligen Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 23 und die jeweiligen Eisenkerne 41 bis 43 einstückig auszuführen. Es ist klar, dass auch bei den in 4B bis 4C gezeigten Aufbauten die gleiche Wirkung wie die oben beschriebene erhalten wird.
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Bei der in 4D gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 5 erstrecken sich die Enden an der Außenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 bis zu der äußeren Umfangsfläche der elektromagnetischen Vorrichtung 5. Mit anderen Worten sind in 4D die Enden an der Außenseite in der radialen Richtung der Eisenkerne 41 bis 43 zwischen die Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 23 eingefügt.
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Auch in 4D wird die gleiche Wirkung wie die oben beschriebene erhalten. Ferner kann in 4D die elektromagnetische Vorrichtung 5 nur durch Anbringen der Außenumfangs-Eisenkernabschnitte 21 bis 23 an den beiden Seitenflächen der Eisenkerne 41 bis 43, an denen die Spulen 51 bis 53 angebracht wurden, hergestellt werden. Man wird verstehen, dass die elektromagnetische Vorrichtung 5 folglich leichter als im Fall von 4A usw. hergestellt werden kann.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 springen die Spulen 51 bis 53 von der Endfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 nach außen vor. Bei der vorliegenden Erfindung sind an beiden Enden in der Achsenlinienrichtung des Außenumfangs-Eisenkerns 20 Sperrelemente 81, 82 angebracht. Die Sperrelemente 81, 82 weisen eine Form auf, die im Allgemeinen dem Außenumfangs-Eisenkern 20 entspricht, und umfassen einen Öffnungsbereich 85. Die Sperrelemente 81, 82 werden vorzugsweise aus einem magnetischen Körper gebildet, und die Sperrelemente 81, 82 können auch auf die gleiche Art und Weise wie der Außenumfangs-Eisenkern 20 usw. gebildet werden.
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Beim Betrieb der elektromagnetischen Vorrichtung 5 streut der Magnetfluss von den vorspringenden Bereichen der Spulen 51 bis 53. Doch bei der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der Sperrelemente 81, 82 größer als die Vorsprungsbereiche der Spulen 51 bis 53. Auch wenn der Magnetfluss von den Spulen 51 bis 53 streut, kann daher ein Streuen dieses Magnetflusses nach außerhalb der elektromagnetischen Vorrichtung 5 unterdrückt werden.
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Wie in 5, die eine Schrägansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, gezeigt ist, kann ferner die Durchgangsöffnung 85 wenigstens zum Teil abgedeckt sein. In 5 weist das Sperrelement 81 einen Abdeckungsabschnitt 84 auf. Wie aus 5 erkennbar ist, weist der Abdeckungsabschnitt 84 eine den Eisenkernen 41 bis 43 entsprechende Form auf. Der Abdeckungsabschnitt 84 ist vorzugsweise einstückig mit dem Sperrelement 81 ausgeführt. Zum Beispiel kann der Abdeckungsabschnitt 84 auch aus einem magnetischen Körper wie einer einzelnen Eisenplatte gebildet werden.
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In einem solchen Fall kann noch weiter verhindert werden, dass der Magnetfluss von den Spulen nach außerhalb der elektromagnetischen Vorrichtung streut. Außerdem kann der Abdeckungsabschnitt 84 auch so ausgeführt sein, dass er die gesamte Endfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 abdeckt, und man wird verstehen, dass das Streuen des Magnetflusses in einem solchen Fall noch weiter verhindert werden kann.
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Ferner ist 6 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 6 umfasst die elektromagnetische Vorrichtung 5 einen Außenumfangs-Eisenkern 20 und sechs Eisenkernspulen 31 bis 36, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 berühren oder damit verbunden sind. Jede der sechs Eisenkernspulen 31 bis 36 umfasst einen Eisenkern 41 bis 46 und eine um den Eisenkern 41 bis 46 gewickelte Spule 51 bis 56. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, sind die Eisenkernspulen 31 bis 36 in der Umfangsrichtung des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in gleichen Abständen angeordnet.
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Somit kann die elektromagnetische Vorrichtung 5 auch Eisenkernspulen in der Anzahl eines Vielfachen von drei umfassen. Man wird verstehen, dass die elektromagnetische Vorrichtung 5 in diesem Fall als Dreiphasentransformator verwendet werden kann.
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Außerdem ist 7 eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 7 umfasst die elektromagnetische Vorrichtung 5 einen Außenumfangs-Eisenkern 20 und vier Eisenkernspulen 31 bis 34, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 berühren oder damit verbunden sind. Die Eisenkernspulen 31 bis 34 weisen im Allgemeinen den wie oben beschriebenen Aufbau auf und sind in der Umfangsrichtung des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in gleichen Abständen angeordnet.
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Somit kann die elektromagnetische Vorrichtung 5 auch eine gerade Zahl von vier oder mehr Eisenkernspulen umfassen. Man wird verstehen, dass die elektromagnetische Vorrichtung 5 in diesem Fall als Einphasentransformator verwendet werden kann. Außerdem ist es im Fall von 6 und 7 durch serielles oder paralleles Verbinden der Spulen untereinander möglich, die Ein- und die Ausgangsspannung oder den Nennstrom zu regulieren.
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Ferner ist 8 eine schematische Ansicht, die eine elektromagnetische Vorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt. Bei der in 8 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 100 sind Spulen 171 bis 173 zwischen zwei ungefähr E-förmigen Eisenkernen 150, 160 angeordnet. Daher sind die Spulen 171 bis 173 zueinander parallel angeordnet.
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Wenn in 8 wie durch die breiten Pfeile gezeigt in zwei benachbarten Spulen Magnetflüsse fließen, wirken die Magnetflüsse an den Außenseiten der Spulen wie durch die schmalen Pfeile gezeigt so, dass sie einander auslöschen. Da dadurch der Magnetwiderstand zunimmt, wird der Gleichstromwiderstandswert der Spulen der in 8 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 100 groß und besteht die Tendenz einer Zunahme des Verlusts.
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9 ist eine schematische Ansicht, die eine wie in 2A gezeigte elektromagnetische Vorrichtung zeigt. In diesem Fall verlaufen zwei benachbarte Spulen, zum Beispiel die Spulen 52, 53, nicht zueinander parallel, sondern bilden sie einen Winkel von ungefähr 120 °. Daher löschen die Magnetflüsse an den Außenseiten der Spulen einander wie durch die schmalen Pfeile gezeigt auch dann nicht aus, wenn wie durch die breiten Pfeile gezeigt in zwei benachbarten Spulen Magnetflüsse fließen. Folglich nimmt bei der elektromagnetischen Vorrichtung 5 der vorliegenden Erfindung der Magnetwiderstand nicht zu. Da daher der Gleichstromwiderstandswert der Spulen der elektromagnetischen Vorrichtung 5 bei der vorliegenden Erfindung nicht zunimmt, besteht die Tendenz, dass auch die Zunahme des Verlusts gering ist. Es wird klar sein, dass dann, wenn die in zwei benachbarten Magnetspulen fließenden Magnetflüsse geschlossene Magnetpfade bilden, der gegenseitige Gleichstromwiderstandswert nicht zunimmt und der Gesamtverlust nicht unnötig zunimmt, je größer der Winkel ist, den zwei benachbarte Spulen bilden.
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Wenn zwischen zwei benachbarten Spulen ein Eisenkern angeordnet wird, kommt es zu der Wirkung, dass der Fluss der an der Außenseite der Spulen entstehenden Magnetflüsse geregelt wird und daher die Zunahme des Gleichstromwiderstandswerts der Spulen weiter unterdrückt werden kann. Daher ist es günstig, in dem in 9 gezeigten Bereich A oder dergleichen einen zusätzlichen Eisenkern anzuordnen. 10 ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 10 ist an der Stelle, die dem Bereich A in 9 entspricht, ein zusätzlicher Eisenkern 45 mit dem Querschnitt eines gleichschenkeligen Dreiecks angeordnet. Wie dargestellt sind die Seiten, die den Scheitelwinkel des Querschnitts des zusätzlichen Eisenkerns 45 enthalten, größer als die Dicke der Spulen 51, 53.
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In 10 stehen die Spulen 51, 53 mit der Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in Berührung. Daher sind die Spulen 51, 53 von den Eisenkernen 41, 43, dem Außenumfangs-Eisenkern 20 und dem zusätzlichen Eisenkern 45 umgeben. Mit anderen Worten grenzen drei Seiten des Querschnitts der Spulen 51, 53 an die Eisenkerne 41, 43, den Außenumfangs-Eisenkern 20 und den zusätzlichen Eisenkern 45 an. Man wird verstehen, dass in einem solchen Fall die oben beschriebene Wirkung hoch ist.
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Außerdem springen in 10 Vorsprungsbereiche 20a, 20b von der Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in der radialen Richtung nach innen vor. Diese Vorsprungsbereiche 20a, 20b springen jeweils zwischen den Spulen 51, 52 und den Spulen 52, 53 vor. Der Querschnitt der Vorsprungsbereiche 20a, 20b weist ungefähr die Form eines gleichschenkeligen Trapezes auf, und die Vorsprungsbereiche 20a, 20b stehen teilweise mit den Außenflächen der Spulen 51, 53 in Berührung.
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Wie aus 10 erkennbar ist, steht der Vorsprungsbereich 20a mit den Außenflächen der Spulen 51, 52 in Berührung. Gleiches gilt für den Vorsprungsbereich 20b. Folglich stehen in diesem Fall zwei Seiten des Querschnitts der Spulen 51, 53 vollständig mit den Eisenkernen 41, 43 und dem Außenumfangs-Eisenkern 20 in Berührung und steht eine Seite des Querschnitts der Spulen 51, 53 teilweise mit den Vorsprungsbereichen 20a, 20b in Berührung. Man wird verstehen, dass auch in diesem Fall im Allgemeinen die gleichen Wirkungen wie oben erhalten werden. Zwischen den Spulen und dem zusätzlichen Eisenkern 45 oder den Vorsprungsbereichen 20a, 20b kann auch ein winziger Spalt vorhanden sein.
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Bei der in 10 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 5 können auch in allen Bereichen zwischen den Spulen 51 bis 53 zusätzliche Eisenkerne 45 angeordnet sein. Oder bei der in 10 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 5 können in allen Bereichen zwischen den Spulen 51 bis 53 Vorsprungsbereiche wie die oben beschriebenen gebildet sein.
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Übrigens ist 11 eine schematische Ansicht, die eine elektromagnetische Vorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt. Bei der in 11 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 100 sind Spulen 171 bis 171 zwischen zwei ungefähr C-förmigen Eisenkernen 150, 160 angeordnet. Daher sind die Spulen 171, 172 zueinander parallel angeordnet.
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Wenn in 11 wie durch die breiten Pfeile gezeigt in zwei benachbarten Spulen Magnetflüsse fließen, wirken die Magnetflüsse an den Außenseiten der Spulen wie durch die schmalen Pfeile gezeigt so, dass sie einander auslöschen. Da dadurch der Magnetwiderstand zunimmt, wird der Gleichstromwiderstandswert der Spulen der in 11 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 100 groß und besteht die Tendenz einer Zunahme des Verlusts.
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12 ist eine schematische Ansicht, die eine wie in 7 gezeigte elektromagnetische Vorrichtung zeigt. In diesem Fall verlaufen zwei benachbarte Spulen, zum Beispiel die Spulen 52, 53, nicht zueinander parallel, sondern bilden sie einen Winkel von ungefähr 90 °. Daher löschen die Magnetflüsse an den Außenseiten der Spulen einander wie durch die schmalen Pfeile gezeigt auch dann nicht aus, wenn wie durch die breiten Pfeile gezeigt in zwei benachbarten Spulen Magnetflüsse fließen. Folglich nimmt bei der elektromagnetischen Vorrichtung 5 der vorliegenden Erfindung der Magnetwiderstand nicht zu. Da daher der Gleichstromwiderstandswert der Spulen der elektromagnetischen Vorrichtung 5 bei der vorliegenden Erfindung nicht zunimmt, besteht die Tendenz, dass auch die Zunahme des Verlusts gering ist. Es wird klar sein, dass dann, wenn die in zwei benachbarten Magnetspulen fließenden Magnetflüsse geschlossene Magnetpfade bilden, der gegenseitige Gleichstromwiderstandswert nicht zunimmt und der Gesamtverlust nicht unnötig zunimmt, je größer der Winkel ist, den zwei benachbarte Spulen bilden.
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Wenn zwischen zwei benachbarten Spulen ein Eisenkern angeordnet wird, kommt es zu der Wirkung, dass der Fluss der an der Außenseite der Spulen entstehenden Magnetflüsse geregelt wird und daher die Zunahme des Gleichstromwiderstandswerts der Spulen weiter unterdrückt werden kann. Daher ist es günstig, in dem in 12 gezeigten Bereich A oder dergleichen einen zusätzlichen Eisenkern anzuordnen. 13 ist eine Schnittansicht einer elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 13 ist an der Stelle, die dem Bereich A in 12 entspricht, ein zusätzlicher Eisenkern 45' mit dem Querschnitt eines gleichschenkeligen Dreiecks angeordnet. Wie dargestellt sind die Seiten, die den Scheitelwinkel des Querschnitts des zusätzlichen Eisenkerns 45' enthalten, der Dicke der Spulen 51, 54 im Großen und Ganzen gleich.
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In 13 stehen die Spulen 51, 54 mit der Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns 20 in Berührung. Daher sind die Spulen 51, 54 von den Eisenkernen 41, 44, dem Außenumfangs-Eisenkern 20 und dem zusätzlichen Eisenkern 45 umgeben. Mit anderen Worten grenzen drei Seiten des Querschnitts der Spulen 51, 54 an die Eisenkerne 41, 44, den Außenumfangs-Eisenkern 20 und den zusätzlichen Eisenkern 45 an. Man wird verstehen, dass in einem solchen Fall die oben beschriebenen Wirkung hoch ist.
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Zwischen den Spulen und dem zusätzlichen Eisenkern 45' kann auch ein winziger Spalt vorhanden sein. Bei der in 13 gezeigten elektromagnetischen Vorrichtung 5 kann auch in allen Bereichen zwischen den Spulen 51 bis 54 ein zusätzlicher Eisenkern 45' angeordnet sein.
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Ferner sind 14 und 15 Ansichten, die die Verwendung der elektromagnetischen Vorrichtung auf Basis der vorliegenden Erfindung zeigen. Wenn auf jeden Eisenkern der elektromagnetischen Vorrichtung 5 eine primäre Spule und eine sekundäre Spule gewickelt sind, wird die elektromagnetische Vorrichtung 5 wie in 14 gezeigt direkt stromabwärts von einer Wechselstromquelle S angeordnet. Wenn nur auf eine Phase der elektromagnetischen Vorrichtung 5 eine primäre Spule gewickelt ist, können wie in 15 gezeigt drei elektromagnetische Vorrichtungen stromabwärts von der Wechselstromquelle S angeordnet werden.
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Ferner ist 16 eine Ansicht, die eine Motorantriebsvorrichtung oder dergleichen zeigt, die eine elektromagnetische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält. In 16 wird die elektromagnetische Vorrichtung in einer Motorantriebsvorrichtung verwendet. Eine Maschine oder eine Vorrichtung enthält eine derartige Motorantriebsvorrichtung. Oder die elektromagnetische Vorrichtung 5 ist in einer Gleichrichtungsvorrichtung bereitgestellt.
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Man wird verstehen, dass in einem solchen Fall leicht eine Motorantriebsvorrichtung, eine Gleichrichtungsvorrichtung, eine Maschine oder dergleichen, die die elektromagnetische Vorrichtung 5 enthält, bereitgestellt werden kann. Der Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet auch beliebige Kombinationen von einigen der oben beschriebenen Ausführungsformen.
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Inhalt der Offenbarung
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Nach einer ersten Form wird eine elektromagnetische Vorrichtung bereitgestellt, die einen Außenumfangs-Eisenkern und wenigstens drei Eisenkernspulen, die die Innenfläche des Außenumfangs-Eisenkerns berühren oder damit verbunden sind, umfasst, wobei jede der wenigstens drei Eisenkernspulen einen Eisenkern und wenigstens eine um diesen Eisenkern gewickelte primäre Spule oder sekundäre Spule umfasst, die wenigstens drei Eisenkernspulen auf einem Kreisumfang angeordnet sind, und der Eisenkern einer Eisenkernspule der wenigstens drei Eisenkernspulen mit den Eisenkernen der anderen Eisenkernspulen, die zu dieser einen Eisenkernspule benachbart sind, in Berührung steht.
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Nach einer zweiten Form sind die jeweiligen Eisenkerne der wenigstens drei Eisenkernspulen bei der ersten Form aus mehreren Eisenkernabschnitten gebildet.
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Nach einer dritten Form sind bei der ersten oder zweiten Form wenigstens zwei Eisenkerne oder alle Eisenkerne der wenigstens drei Eisenkernspulen vereinigt.
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Nach einer vierten Form ist der Außenumfangs-Eisenkern bei einer aus der ersten bis dritten Form aus mehreren Außenumfangs-Eisenkernabschnitten gebildet.
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Nach einer fünften Form umfasst eine aus der ersten bis vierten Form ferner Sperrelemente, die den Vorsprungsbereich der von den Endflächen des Außenumfangs-Eisenkerns in der Schichtungsrichtung des Außenumfangs-Eisenkerns vorspringenden Spulen in der Umfangsrichtung abdecken.
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Nach einer sechsten Form weist die fünfte Form ferner Abdeckungsabschnitte auf, die so ausgebildet sind, dass sie den hohlen Bereich des Außenumfangs-Eisenkerns wenigstens teilweise abdecken.
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Nach einer siebenten Form beträgt die Anzahl der wenigstens drei Eisenkernspulen bei einer aus der ersten bis sechsten Form ein Vielfaches von drei.
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Nach einer achten Form beträgt die Anzahl der wenigstens drei Eisenkernspulen bei einer aus der ersten bis sechsten Form eine gerade Zahl von vier oder mehr.
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Nach einer neunten Form stehen bei einer aus der ersten bis achten Form drei Seiten eines in Bezug auf einen axialen Querschnitt der elektromagnetischen Vorrichtung senkrechten Querschnitts der primären Spule oder der sekundären Spule wenigstens teilweise mit dem Eisenkern in Berührung.
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Nach einer zehnten Form ist die elektromagnetische Vorrichtung bei einer aus der ersten bis neunten Form ein Transformator.
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Nach einer elften Form ist die elektromagnetische Vorrichtung bei einer aus der ersten bis neunten Form eine Drosselspule.
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Nach einer zwölften Form wird eine Motorantriebsvorrichtung bereitgestellt, bei der die elektromagnetische Vorrichtung nach einer aus der ersten bis neunten Form angewendet wird.
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Nach einer dreizehnten Form wird eine Maschine bereitgestellt, bei der die Motorantriebsvorrichtung nach der zwölften Form angewendet wird.
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Nach einer vierzehnten Form wird eine Gleichrichtungsvorrichtung bereitgestellt, bei der die elektromagnetische Vorrichtung nach einer aus der ersten bis neunten Form angewendet wird.
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Resultate der Formen
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Da bei der ersten Form die Eisenkernspulen innerhalb des Außenumfangs-Eisenkerns angeordnet sind, wird es möglich, den Streumagnetfluss von den Wicklungen in die Umgebung zu verringern, ohne Abschirmplatten auszubilden. Da außerdem bei einer dreiphasigen elektromagnetischen Vorrichtung die Magnetpfadlänge der drei Phasen strukturell gleich wird, sind die Gestaltung und die Herstellung einfach. Da ferner im Fall einer Verwendung als Transformator das Verhältnis der primären Eingangsspannung und der sekundären Ausgangsspannung fest ist, sind keine Steuerwicklungen erforderlich. Daher kann eine großformatige Ausführung der elektromagnetischen Vorrichtung vermieden werden.
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Bei der zweiten Form wird die Anbringung der Spulen einfach und die Leichtigkeit des Zusammenbaus gesteigert.
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Bei der dritten Form kann die Anzahl der Komponenten verringert werden.
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Bei der vierten Form wird die Anbringung der Spulen einfach und die Leichtigkeit des Zusammenbaus gesteigert. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Herstellung einer großformatigen elektromagnetischen Vorrichtung, zum Beispiel eines großformatigen Transformators, nützlich.
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Bei der fünften Form kann verhindert werden, dass der von den Spulen entstehende Magnetfluss nach außerhalb der elektromagnetischen Vorrichtung streut.
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Bei der sechsten Form kann noch weiter verhindert werden, dass der von den Spulen entstehende Magnetfluss nach außerhalb der elektromagnetischen Vorrichtung streut. Die Sperrelemente können eine den drei Eisenkernen und dem Außenumfangs-Eisenkern entsprechende Form aufweisen, und die Abdeckabschnitte können eine Form aufweisen, die die drei Eisenkerne und den Außenumfangs-Eisenkern völlig verschließt.
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Bei der siebenten Form kann die elektromagnetische Vorrichtung als Dreiphasentransformator oder als Dreiphasendrosselspule verwendet werden.
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Bei der achten Form kann die elektromagnetische Vorrichtung als Einphasentransformator oder als Einphasendrosselspule verwendet werden.
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Da bei der neunten Form benachbarte Spulen nicht parallel verlaufen und die Spulen im Großen und Ganzen noch mehr mit den Eisenkernen in Berührung stehen, wird es schwierig, dass zwischen benachbarten Spulen Magnetflüsse, die die Bestromung untereinander stören, entstehen. Wenn durch zwei benachbarte Eisenkernspulen geschlossene Magnetpfade gebildet werden, wird die Fluktuation der Induktivität gemäß der Fluktuation des Stroms sanfter als bei dem Stand der Technik und kann der Verlust weiter verringert werden.
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Bei der zwölften bis vierzehnten Form kann leicht eine Motorantriebsvorrichtung, eine Maschine oder eine Gleichrichtungsvorrichtung, die mit der elektromagnetischen Vorrichtung versehen ist, bereitgestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Verwendung typischer Ausführungsformen erklärt, doch wird ein Fachmann verstehen, dass die oben beschriebenen Änderungen und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet auch beliebige Kombinationen von einigen der oben beschriebenen Ausführungsformen.
