[Technisches Gebiet][Technical area]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische rotierende Maschine.The present invention relates to an electric rotating machine.
[Hintergrund der Technik][Background of the technique]
Als elektrische rotierende Maschinen sind Induktionsmotoren bekannt, die zum Antrieb von Hybrid-Elektroautos und Elektroautos verwendet werden. Die JP2017-038511A beschreibt einen bekannten Induktionsmotor. In diesem bekannten Induktionsmotor werden zur deutlichen Reduzierung des Gewichts Kerne, z.B. aus Eisen, nicht verwendet. Außerdem sind ein Rotor und ein Stator aus nicht magnetischen Materialien hergestellt.As electric rotating machines induction motors are known, which are used to drive hybrid electric cars and electric cars. The JP2017-038511A describes a known induction motor. In this known induction motor cores, such as iron, are not used to significantly reduce the weight. In addition, a rotor and a stator are made of non-magnetic materials.
[Stand der Technik][State of the art]
[Patentliteratur][Patent Literature]
Patentliteratur 1: JP2017-038511A Patent Literature 1: JP2017-038511A
[Zusammenfassung der Erfindung]Summary of the Invention
[Technische Aufgabe][Technical task]
Wenn man einen Rotor und einen Stator, wie in JP2017-038511A beschrieben, aus nicht magnetischen Materialien herstellt, ist eine beträchtliche Reduzierung des Gewichts von Induktionsmotoren zu erwarten. Andererseits führt eine Reduzierung des magnetischen Kopplungsgrads zwischen den Rotorwicklungen und den Statorwicklungen zu einer Reduzierung des Induktionsstromflusses durch die Rotorspulen der Rotorwicklungen, wenn ein Wechselstrom durch die Statorspulen der Statorwicklungen fließt.If you have a rotor and a stator, as in JP2017-038511A made of non-magnetic materials, a considerable reduction in the weight of induction motors is expected. On the other hand, a reduction in the degree of magnetic coupling between the rotor windings and the stator windings results in a reduction in the induction current flow through the rotor coils of the rotor windings when an alternating current flows through the stator coils of the stator windings.
In dem in JP2017-038511A beschriebenen Induktionsmotor wird zur Erhöhung des durch die Rotorwicklungen strömenden Induktionsstromflusses eine Magnetresonanzkopplung verursacht, indem Wechselströme mit hohen Frequenzen durch die Statorwicklungen geführt werden und Kondensatoren in den Rotorwicklungen und in den Statorwicklungen eingesetzt werden, um Schwingkreise zu bilden, deren Resonanzfrequenzen so hoch wie die hohen Frequenzen sind.In the in JP2017-038511A In order to increase the induction current flow passing through the rotor windings, magnetic resonance coupling is caused by passing alternating currents at high frequencies through the stator windings and using capacitors in the rotor windings and windings to form resonant circuits whose resonant frequencies are as high as the high frequencies are.
Bei dem in JP2017-038511A beschriebenen Resonanzmotorsystem stellt sich jedoch das Problem der Reduzierung des Wirkungsgrads und der Komplexität der Steuerung eines Wechselrichters sowie der Erhöhung des Kupferverlusts, die sich aus den Resonanzfrequenzen aufgrund der durch die Statorwicklungen strömenden hochfrequenten Phasenströme ergibt.At the in JP2017-038511A However, the described resonance engine system poses the problem of reducing the efficiency and complexity of controlling an inverter and increasing the copper loss resulting from the resonant frequencies due to the high frequency phase currents flowing through the stator windings.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Fluss des Induktionsstroms bei zunehmender Abweichung der Stromfrequenz von der Resonanzfrequenz abnimmt, so dass der Betriebsbereich eingeschränkt ist, weil während des Auftretens einer Magnetresonanzkopplung, die Spulen und die Kondensatoren in einem Resonanzzustand arbeiten, in dem die Impedanz der Spulen und der Kondensatoren gering wird, obwohl ein starker Stromfluss erlaubt wird.Another problem is that the flux of the induction current decreases with increasing deviation of the current frequency from the resonance frequency, so that the operating range is limited, because during the occurrence of a magnetic resonance coupling, the coils and the capacitors operate in a resonant state in which the impedance of the Coils and the capacitors is low, although a strong current flow is allowed.
Angesichts der vorhergehenden Ausführungen besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, eine elektrische rotierende Maschine bereitzustellen, die in der Lage ist, nicht nur eine Reduzierung des Wirkungsgrads, die Komplexität der Steuerung eines Wechselrichters und den Kupferverlust aufgrund der Resonanzfrequenz einzuschränken, sondern auch den Fluss des Induktionsstroms zu erhöhen.In view of the foregoing, an object of the present invention is to provide an electric rotary machine capable of restraining not only a reduction in efficiency, complexity of control of an inverter and copper loss due to the resonance frequency, but also the flow of the Increase induction current.
[Lösung der Aufgabe][Solution of the task]
Es wird eine elektrische rotierende Maschine bereitgestellt, umfassend: einen Stator und einen Rotor. Die elektrische rotierende Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator Folgendes umfasst: Statorspulen; Kerne, die jeweils zumindest teilweise aus einem magnetischen Material bestehen und von den Statorspulen umwickelt sind; und ein Joch, das aus einem nicht magnetischen Material besteht, der die Kerne abstützt, und dass der Rotor Folgendes umfasst: Rotorspulen; und einen Rotorkern, der aus Nuten besteht, die die Rotorspulen aufnehmen.There is provided an electric rotating machine comprising: a stator and a rotor. The electric rotating machine is characterized in that the stator comprises: stator coils; Cores, each consisting at least partially of a magnetic material and wrapped by the stator coils; and a yoke made of a non-magnetic material supporting the cores and the rotor comprising: rotor coils; and a rotor core made of grooves that receive the rotor coils.
[Vorteilhafte Wirkung der Erfindung][Advantageous Effect of the Invention]
Die vorliegende Erfindung schränkt eine Reduzierung des Wirkungsgrads, die Komplexität der Steuerung eines Wechselrichters und den Kupferverlust aufgrund der Resonanzfrequenz ein und erhöht den Fluss des Induktionsstroms.The present invention restricts a reduction in efficiency, complexity of control of an inverter, and copper loss due to the resonance frequency, and increases the flux of the induction current.
Figurenlistelist of figures
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1 ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen elektrisch rotierenden Maschine. 1 is a cross-sectional view of an electrically rotating machine according to the invention.
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2 ist eine schematische Darstellung der Verbindung von Statorspulen und der Verbindung von Rotorspulen. 2 is a schematic representation of the connection of stator coils and the connection of rotor coils.
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3 stellt die Drehmoment-Frequenz-Kurve der elektrisch rotierenden Maschine dar. 3 represents the torque-frequency curve of the electrically rotating machine.
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4 ist eine Simulation der magnetischen Flussdichte während der Magnetresonanz. 4 is a simulation of magnetic flux density during magnetic resonance.
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5 ist eine schematische Darstellung einer Abwandlung einer elektrischen rotierenden Maschine. 5 is a schematic representation of a modification of an electric rotating machine.
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6 ist eine schematische Ansicht einer Kapazitätsänderungsvorrichtung. 6 Fig. 10 is a schematic view of a capacity changing device.
[Ausführliche Beschreibung][Detailed description]
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine elektrische rotierende Maschine offenbart, umfassend: einen Stator und einen Rotor. Die elektrische rotierende Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator Folgendes umfasst: Statorspulen; Kerne, die jeweils zumindest teilweise aus einem magnetischen Material bestehen, und von den Statorspulen umwickelt sind; und ein Joch, das aus einem nicht magnetischen Material besteht, der die Kerne abstützt, und dass der Rotor Folgendes umfasst: Rotorspulen; und einen Rotorkern, der aus Nuten besteht, die die Rotorspulen aufnehmen. Die vorliegende Erfindung schränkt eine Reduzierung des Wirkungsgrads, die Komplexität der Steuerung eines Wechselrichters und den Kupferverlust aufgrund der Resonanzfrequenz ein und erhöht den Fluss des Induktionsstroms.In the present embodiment, there is disclosed an electric rotating machine comprising: a stator and a rotor. The electric rotating machine is characterized in that the stator comprises: stator coils; Cores, each consisting at least partially of a magnetic material, and are wrapped by the stator coils; and a yoke made of a non-magnetic material supporting the cores and the rotor comprising: rotor coils; and a rotor core made of grooves that receive the rotor coils. The present invention restricts a reduction in efficiency, complexity of control of an inverter, and copper loss due to the resonance frequency, and increases the flux of the induction current.
[Ausführungsform(en)][Embodiment (s)]
Bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen wird eine erfindungsgemäße elektrische rotierende Maschine beschrieben.With reference to the accompanying drawings, an electric rotating machine according to the invention will be described.
Bezugnehmend auf 1 nimmt eine elektrische rotierende Maschine 1 die Gestalt eines Induktionsmotors mit niederfrequenter Magnetresonanz an, in der eine magnetische Resonanz mit einem hohen Wirkungsgrad nach dem Durchgang eines niederfrequenten Stroms stattfindet. Die elektrische rotierende Maschine 1 umfasst einen Stator 10 und einen Rotor 20, der durch einen Luftspalt vom Stator 10 getrennt ist. Der Rotor 20, der eine rotierende Welle 5 aufweist, wird durch ein nicht dargestelltes Motorgehäuse zur Rotation um eine Achse der rotierenden Welle 5 relativ zum Stator 10 abgestützt.Referring to 1 takes an electric rotating machine 1 the shape of a low-frequency magnetic resonance induction motor in which high-efficiency magnetic resonance occurs after passage of a low-frequency current. The electric rotating machine 1 includes a stator 10 and a rotor 20 passing through an air gap from the stator 10 is disconnected. The rotor 20 , which is a rotating shaft 5 is rotated by an unillustrated motor housing for rotation about an axis of the rotating shaft 5 relative to the stator 10 supported.
Der Begriff „radiale Richtung“ bezeichnet eine senkrecht zur Achse der rotierenden Welle 5 nach außen gerichtete Richtung. Der Begriff „radial außen“ bezeichnet die von der Achse der rotierenden Welle 5 radial entfernte Seite. Der Begriff „radial innen“ bezeichnet die der Achse der rotierenden Welle 5 radial nahegelegene Seite.The term "radial direction" refers to a direction perpendicular to the axis of the rotating shaft 5 outward direction. The term "radially outward" refers to that of the axis of the rotating shaft 5 radially removed side. The term "radially inward" refers to that of the axis of the rotating shaft 5 radially nearby side.
Der Begriff „Umfangsrichtung“ bezeichnet eine Richtung entlang des Umfangs eines die Achse der rotierenden Welle 5 umkreisenden Kreises. Der Begriff „axiale Richtung“ bezeichnet eine Richtung entlang oder parallel zur Achse der rotierenden Welle 5.The term "circumferential direction" refers to a direction along the circumference of an axis of the rotating shaft 5 orbiting circle. The term "axial direction" refers to a direction along or parallel to the axis of the rotating shaft 5 ,
Der Stator 10 umfasst Statorspulen 12; Statorkerne 15, die jeweils zumindest teilweise aus einem magnetischen Material bestehen und von den Statorspulen 12 umwickelt sind; und ein Joch 16, das aus einem nicht magnetischen Material besteht und die Kerne 15 abstützt.The stator 10 includes stator coils 12 ; stator cores 15 each consisting at least partially of a magnetic material and of the stator coils 12 are wrapped; and a yoke 16 which is made of a non-magnetic material and the cores 15 supported.
Die Statorspulen 12 können in zwei oder mehr Gruppen geteilt werden, jeweils für eine von zwei oder mehreren entsprechenden Phasen von mehrphasigen Wechselströmen. In der vorliegenden Ausführungsform werden dreiphasige Wechselströme verwendet, so dass die Statorspulen 12 in drei Gruppen für die W-Phase, die V-Phase und die U-Phase der dreiphasigen Wechselströme geteilt sind. Bei der Wicklung der Statorspulen 12 können konzentrierte Wicklungen oder verteilte Wicklungen verwendet werden, wobei aber konzentrierte Wicklungen vorgezogen werden, um den Stator-Kupferverlust zu reduzieren.The stator coils 12 may be divided into two or more groups, each for one of two or more corresponding phases of multiphasic alternating currents. In the present embodiment, three-phase alternating currents are used, so that the stator coils 12 are divided into three groups for the W phase, the V phase and the U phase of the three-phase alternating currents. When winding the stator coils 12 For example, concentrated windings or distributed windings may be used, but concentrated windings are preferred to reduce stator copper loss.
Für die Wicklung der Statorspulen 12 können Litzen, rechteckige Leitungen und runde Leitungen verwendet werden, wobei aber für die Statorspulen 12 eine Litze bevorzugt wird, um das Auftreten eines Kupferverlusts einzuschränken, der durch den mit der Leitung verketteten Streufluss verursacht wird.For the winding of the stator coils 12 Litz wires, rectangular wires and round wires can be used, but for the stator coils 12 a strand is preferred to limit the occurrence of copper loss caused by the leakage flux linked to the line.
Jeder der Statorkerne 15 ist eine mehrschichtige elektromagnetische Struktur, die sich aus der Laminierung von elektromagnetischen Stahlplatten als hochpermeables Material in einer Richtung entlang oder parallel zur Drehachse des Stators 10 ergibt.Each of the stator cores 15 is a multilayered electromagnetic structure resulting from the lamination of electromagnetic steel plates as a high permeability material in a direction along or parallel to the axis of rotation of the stator 10 results.
Die Statorkerne 15 sind derart ausgebildet, dass sie als Zwischenpol arbeiten, weil sie aus einem magnetischen Material bestehen. Dadurch wird die Induktivität jeder Statorspule 12 erhöht, so dass die Statorspulen 12, in Antwort auf den Durchgang von niederfrequenten Phasenströmen, leicht magnetisch mitschwingen.The stator cores 15 are formed so that they work as an intermediate pole, because they are made of a magnetic material. This will cause the inductance of each stator coil 12 increased so that the stator coils 12 , in response to the passage of low frequency phase currents, resonate slightly magnetically.
Das Joch 16, das sich auf der äußeren Umfangsseite des Stators 10 in Bezug auf die Statorkerne 15 befindet, besteht aus einem Polyphenylensulfid-Harz (PPS) als nicht magnetisches Material.The yoke 16 located on the outer peripheral side of the stator 10 in relation to the stator cores 15 is made of a polyphenylene sulfide resin (PPS) as a non-magnetic material.
Das Joch 16 stützt die Statorkerne 15 auf ihren radialen Außenseiten ab, um zu verhindern, dass die Statorkerne 15 vom Stator 10 wegfallen. Außerdem verbindet das Joch 16 zwei nebeneinanderliegende Statorkerne 15 miteinander.The yoke 16 supports the stator cores 15 on their radial outer sides, to prevent the stator cores 15 from the stator 10 eliminated. In addition, the yoke connects 16 two adjacent stator cores 15 together.
Außerdem umfasst der Stator 10 eine Brücke 19 aus einem nicht magnetischen Material. Die Brücke 19, die sich auf der inneren Umfangsseite des Stators 10 in Bezug auf die Statorkerne 15 befindet, besteht aus einem Polyphenylensulfid-Harz (PPS) als nicht magnetisches Material.In addition, the stator includes 10 a bridge 19 made of a non-magnetic material. The bridge 19 located on the inner peripheral side of the stator 10 in relation to the stator cores 15 is made of a polyphenylene sulfide resin (PPS) as a non-magnetic material.
Die Brücke 19 stützt die Statorkerne 15 auf ihrer radial inneren Seite ab, um zu verhindern, dass die Statorkerne 15 vom Stator 10 wegfallen. Außerdem verbindet die Brücke 19 zwei nebeneinanderliegende Statorkerne 15 miteinander. Die Brücke 19 wirkt mit dem Joch 16 zur Verbesserung oder Erhöhung der Steifigkeit des Stators 10 zusammen. The bridge 19 supports the stator cores 15 on its radially inner side from, to prevent the stator cores 15 from the stator 10 eliminated. Besides, the bridge connects 19 two adjacent stator cores 15 together. The bridge 19 works with the yoke 16 to improve or increase the rigidity of the stator 10 together.
Ein elektrischer Strom fließt durch jede der Statorspulen 12, die wie beschrieben konfiguriert sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Aufgrund des Durchgangs der dreiphasigen Wechselströme durch die Statorspulen 12 des Stators 10 wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, das in der Umfangsrichtung rotiert. Der am Stator 10 erzeugte Magnetfluss verursacht eine Verkettung mit dem Rotor 20, so dass ein Drehmoment erzeugt wird.An electric current flows through each of the stator coils 12 configured as described to generate a magnetic field. Due to the passage of the three-phase alternating currents through the stator coils 12 of the stator 10 a rotating magnetic field is generated which rotates in the circumferential direction. The on the stator 10 generated magnetic flux causes a concatenation with the rotor 20 , so that a torque is generated.
Der Rotor 20 umfasst Rotorspulen 22 und einen Rotorkern 21, der mit Nuten 24 ausgebildet ist, welche die Rotorspulen 22 aufnehmen. Außerdem umfasst der Rotor 20 in der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Rotorzähne 23. Die Rotorspulen 22 sind um den Rotorkern 21 und die Rotorzähne 23 gewickelt.The rotor 20 includes rotor coils 22 and a rotor core 21 that with grooves 24 is formed, which the rotor coils 22 take up. In addition, the rotor includes 20 evenly distributed rotor teeth in the circumferential direction 23 , The rotor coils 22 are around the rotor core 21 and the rotor teeth 23 wound.
Der Rotorkern 21 ist eine mehrschichtige elektromagnetische Struktur, die sich aus der Laminierung von elektromagnetischen Stahlplatten ergibt. Die Nute 24 sind vom Umfang des Rotorkerns radial nach innen eingeschnittene Nuten, die sich entlang der Rotationsachse der rotierenden Welle 5 erstrecken.The rotor core 21 is a multilayered electromagnetic structure resulting from the lamination of electromagnetic steel plates. The groove 24 are grooves cut radially inwardly from the circumference of the rotor core and extending along the axis of rotation of the rotating shaft 5 extend.
Die Rotorspulen 22 sind in den Nuten 24 aufgenommen und als verteilte Wicklungen gewickelt. Im Einzelnen sind die Rotorspulen 22 als verteilte Wicklungen gewickelt, so dass sich die Leitungen um die rotierende Welle 5 nach vorne und hinten erstrecken.The rotor coils 22 are in the grooves 24 taken up and wound as distributed windings. In detail, the rotor coils 22 wrapped as distributed windings, so that the wires around the rotating shaft 5 extend forwards and backwards.
Bezugnehmend auf 2, wird im Stator 10 eine 3-phasige Stern-(Y)-schaltung verwendet, bei der drei Wicklungen, die jeweils mindestens eine Statorspule 12 umfassen, verbunden werden. In jeder der Wicklungen ist ein erster Kondensator 17 mit einer Statorspule 12 in Reihe geschaltet. Die Statorspule 12 und der erste Kondensator 17, der mit der Statorspule 12 verbunden ist, bilden einen ersten Schwingkreis 18. Der erste Schwingkreis 18 ist ein LC-Reihenschwingkreis.Referring to 2 , is in the stator 10 a three-phase star (Y) circuit is used, in which three windings, each having at least one stator coil 12 include, be connected. In each of the windings is a first capacitor 17 with a stator coil 12 connected in series. The stator coil 12 and the first capacitor 17 that with the stator coil 12 is connected, form a first resonant circuit 18 , The first resonant circuit 18 is an LC series resonant circuit.
Andererseits umfasst jede der Wicklungen des Rotors 20 einen zweiten Kondensator 27, der mit einer Rotorspule 22 in Reihe geschaltet ist. Die Rotorspule 22 und der zweite Kondensator 27, der mit der Rotorspule 22 in Reihe geschaltet ist, bilden einen zweiten Schwingkreis 28.On the other hand, each of the windings of the rotor 20 a second capacitor 27 that with a rotor coil 22 is connected in series. The rotor coil 22 and the second capacitor 27 that with the rotor coil 22 is connected in series, form a second resonant circuit 28 ,
Somit ist der zweite Schwingkreis 28 ein LC-Reihenschwingkreis. Der zweite Schwingkreis 28 jeder der drei Phasen ist vom Schwingkreis 28 jeder der anderen Phasen elektrisch getrennt. Mit anderen Worten sind die zweiten Schwingkreise 28 der drei Phasen nicht geerdet. In der vorliegenden Ausführungsform sind eine Resonanzfrequenz des ersten Schwingkreises 18 und eine Resonanzfrequenz des zweiten Schwingkreises 28 ungefähr gleich.Thus, the second resonant circuit 28 an LC series resonant circuit. The second resonant circuit 28 each of the three phases is from the resonant circuit 28 each of the other phases is electrically isolated. In other words, the second resonant circuits 28 the three phases are not grounded. In the present embodiment, a resonance frequency of the first oscillation circuit 18 and a resonance frequency of the second oscillation circuit 28 about the same.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Frequenzen, mit denen die dreiphasigen Wechselströme durch Statorspulen 12 strömen, niedrige Frequenzen von mehreren 10 Hz bis mehreren 100 Hz. Somit sind der erste Schwingkreis 18 und der zweite Schwingkreis 28 derart eingerichtet, dass die Resonanzfrequenzen des ersten und des zweiten Schwingkreises 18 und 28 ungefähr bestimmten Frequenzen gleichen, die aus einer Reihe von Frequenzen der dreiphasigen Wechselströme ausgewählt werden. Der Begriff „ungefähr“ bezeichnet vorliegend den nahen Bereich einer bestimmten Frequenz, wobei ein Unterschied höchstens der Schlupffrequenz des Rotors 20 gegenüber dem Stator 10 gleicht.In the present embodiment, the frequencies at which the three-phase AC currents through stator coils 12 low frequencies of several 10 Hz to several 100 Hz. Thus, the first resonant circuit 18 and the second resonant circuit 28 set up such that the resonance frequencies of the first and the second resonant circuit 18 and 28 approximately equal to certain frequencies, which are selected from a number of frequencies of the three-phase alternating currents. The term "approximately" in this case refers to the near range of a certain frequency, a difference at most the slip frequency of the rotor 20 opposite the stator 10 like.
Mit der soeben beschriebenen Konfiguration werden die durch die Statorspulen 12 strömenden dreiphasigen Ströme nicht nur zur Erregung der Rotorspulen 22 des Rotors 20, sondern auch zur Erzeugung einer Magnetresonanzkopplung zwischen dem ersten Schwingkreis 18 und dem zweiten Schwingkreis 28 verwendet, um den Rotor 20 mit Leistung zu versorgen.With the just described configuration, those through the stator coils 12 flowing three-phase currents not only to energize the rotor coils 22 of the rotor 20 , but also for generating a magnetic resonance coupling between the first resonant circuit 18 and the second resonant circuit 28 used to the rotor 20 to provide power.
Da die Statorkerne 15 in der vorliegenden Ausführungsform aus einem magnetischen Material bestehen und das Joch aus einem nicht magnetischen Material besteht, wird die Menge an im Stator 10 verwendetem magnetischen Material erheblich reduziert. Dadurch wird eine beträchtliche Reduzierung des Gewichts der elektrischen rotierenden Maschine 1 und eine beträchtliche Reduzierung der Größe der elektrischen rotierenden Maschine 1 sowie eine Reduzierung des Eisenverlusts im Stator 10 erzielt.Because the stator cores 15 In the present embodiment, in a magnetic material and the yoke is made of a non-magnetic material, the amount of in the stator 10 used magnetic material significantly reduced. This will significantly reduce the weight of the electric rotating machine 1 and a considerable reduction in the size of the electric rotating machine 1 and a reduction in iron loss in the stator 10 achieved.
Außerdem gleicht das Produkt der Induktivität der Statorspule 12 und der Kapazität des ersten Kondensators 17 in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr dem Produkt der Induktivität der Rotorspule 22 und der Kapazität des zweiten Kondensators 27.In addition, the product is similar to the inductance of the stator coil 12 and the capacitance of the first capacitor 17 in the present embodiment, approximately the product of the inductance of the rotor coil 22 and the capacitance of the second capacitor 27 ,
In der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Statorspulen 12 eine Statorspule für eine erste Phase zur Leitung eines Stroms in einer ersten Phase von zwei oder mehr Phasenströmen und eine Statorspule für eine zweite Phase zur Leitung eines Stroms in einer zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströmen. Die Rotorspulen 22 umfassen eine Rotorspule für eine erste Phase zur Leitung eines Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der ersten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird, und eine Rotorspule für eine zweite Phase zur Leitung eines Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird. Der erste Kondensator 17 ist zur Bildung des ersten Schwingkreises 18 mit der Statorspule für die erste Phase verbunden, um einen Strom in der ersten Phase der zwei oder mehr Phasenströme zu leiten, und der erste Kondensator 17 ist zur Bildung des ersten Schwingkreises 18 mit der Statorspule für die zweite Phase verbunden, um den Strom in der zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströme zu leiten. Der zweite Kondensator 27 ist zur Bildung des zweiten Schwingkreises 28 mit der Rotorspule für die erste Phase verbunden, um einen Induktionsstrom zu leiten, der durch die Leitung eines Stroms in der ersten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird, und der zweite Kondensator 27 ist zur Bildung des zweiten Schwingkreises 28 mit der Rotorspule für die zweite Phase verbunden, um einen Induktionsstrom zu leiten, der durch die Leitung eines Stroms in der zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird. Der zweite Schwingkreis 28 zur Leitung des Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der ersten Phase induziert wird, ist vom zweiten Schwingkreis 28 zur Leitung des Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der zweiten Phase induziert wird, elektrisch isoliert.In the present embodiment, the stator coils include 12 a stator coil for a first phase for conducting a current in a first phase of two or more phase currents and a stator coil for a second phase for conducting a current in a second phase of the two or more phase currents. The rotor coils 22 include a rotor coil for a first phase for conducting an induction current induced by the conduction of a current in the first phase of the two or more phase currents, and a rotor coil for a second phase for conducting an induction current passing through the conduction of a current in the second Phase of two or more phase currents is induced. The first capacitor 17 is to form the first resonant circuit 18 connected to the stator for the first phase to conduct a current in the first phase of the two or more phase currents, and the first capacitor 17 is to form the first resonant circuit 18 connected to the second phase stator coil to conduct the current in the second phase of the two or more phase currents. The second capacitor 27 is to form the second resonant circuit 28 connected to the rotor coil for the first phase to conduct an induction current induced by the conduction of a current in the first phase of the two or more phase currents, and the second capacitor 27 is to form the second resonant circuit 28 connected to the second phase rotor coil to conduct an induction current induced by the conduction of a current in the second phase of the two or more phase currents. The second resonant circuit 28 for conducting the induction current induced by the conduction of a current in the first phase is from the second oscillation circuit 28 for conducting the induction current, which is induced by the conduction of a current in the second phase, electrically isolated.
Die 3 stellt die Drehmoment-Frequenz-Kennlinie der elektrisch rotierenden Maschine 1 dar, die durch eine Analyse der elektromagnetischen Felder bestimmt wird, wobei die horizontale Achse die Rotationsfrequenz des Rotors 20 (in der Folge auch „Rotor-Rotationsfrequenz“ genannt) darstellt, und die senkrechte Achse das Drehmoment des Rotors 20 darstellt.The 3 represents the torque-frequency characteristic of the electrically rotating machine 1 which is determined by an analysis of the electromagnetic fields, wherein the horizontal axis is the rotational frequency of the rotor 20 (hereinafter also referred to as "rotor rotation frequency"), and the vertical axis, the torque of the rotor 20 represents.
In 3, bezeichnet „Fs“ die Frequenz eines durch den Stator 10 erzeugten rotierenden Magnetfelds. Die Frequenz „Fs“ wird oft als Grundfrequenz bezeichnet, bei der die Statorspulen 12 des Stators 10 erregt werden und kann als Statorerregungs-Grundfrequenz bezeichnet werden. Die Frequenz „Fs“ ist eine Erregungs- oder Erregerfrequenz, bei der die Rotorspulen 22 des Rotors 20 erregt werden.In 3 , "Fs" denotes the frequency of one through the stator 10 generated rotating magnetic field. The frequency "Fs" is often referred to as the fundamental frequency at which the stator coils 12 of the stator 10 can be excited and can be referred to as stator excitation fundamental frequency. The frequency "Fs" is an excitation frequency at which the rotor coils 22 of the rotor 20 be excited.
In 3 umfasst die Frequenz „Fs“ variable Frequenzen von 100 Hz, 150 Hz, 175 Hz und 200 Hz. Die in 3 gezeigten Kennlinien werden bestimmt, indem die Drehmoment- und die Frequenzwerte für verschiedene Drehzahlen des Rotors 20 aufgezeichnet werden, wobei die Frequenz Fs auf einer ausgewählten Frequenz von 100 Hz, 150 Hz, 175 Hz und 200 Hz gehalten wird.In 3 The frequency "Fs" includes variable frequencies of 100 Hz, 150 Hz, 175 Hz and 200 Hz. The in 3 Characteristics shown are determined by the torque and frequency values for different speeds of the rotor 20 The frequency Fs is kept at a selected frequency of 100 Hz, 150 Hz, 175 Hz and 200 Hz.
Wie in 3 gezeigt, erzeugt die elektrische rotierende Maschine 1 ein Drehmoment mit einer hohen Amplitude, wenn die Rotor-Rotationsfrequenz ungefähr einer besonderen, als Resonanzfrequenz bezeichneten Frequenz entspricht, bei der eine Magnetresonanzkopplung zwischen dem ersten Schwingkreis 18 und dem zweiten Schwingkreis 28 stattfindet. Die Magnetresonanzkopplung erlaubt nicht nur einen Betrieb der elektrischen rotierenden Maschine 1 zur Umwandlung von elektrischer zu mechanischer Energie, oder Antriebsmodus, sondern auch einen Betrieb zur Umwandlung von mechanischer zu elektrischer Energie, oder Generatormodus.As in 3 shown, generates the electric rotating machine 1 a high amplitude torque when the rotor rotational frequency is approximately equal to a particular frequency, referred to as the resonant frequency, at which magnetic resonance coupling between the first resonant circuit 18 and the second resonant circuit 28 takes place. Magnetic resonance coupling not only allows operation of the electric rotating machine 1 for conversion of electrical to mechanical energy, or drive mode, but also a operation for converting mechanical to electrical energy, or generator mode.
Die 4 stellt das Ergebnis der Simulation der magnetischen Flussdichte während der elektromagnetischen Resonanz zwischen dem ersten Schwingkreis 18 und dem zweiten Schwingkreis 28 dar. Diese magnetische Flussdichte ergibt sich aus der Erregung des Stators 10, die dadurch erreicht wird, dass 900 Amperewindungen (AT) durch die Statorspule 12 geleitet werden, um eine Stator-magnetomotorische Kraft zu erzeugen.The 4 represents the result of the simulation of the magnetic flux density during the electromagnetic resonance between the first resonant circuit 18 and the second resonant circuit 28 This magnetic flux density results from the excitation of the stator 10 Achieved by 900 ampere turns (AT) through the stator coil 12 to generate a stator magnetomotive force.
Wie in 4 deutlich sichtbar ist, ist die magnetische Flussdichte in jedem der Statorkerne 15 aus einem magnetischen Material hoch, so dass ein geschlossener Magnetkreis bereitgestellt wird, weil jeder der Statorkerne 15 als Zwischenpol dient.As in 4 is clearly visible, is the magnetic flux density in each of the stator cores 15 of a magnetic material, so that a closed magnetic circuit is provided because each of the stator cores 15 serves as an intermediate pole.
Ebenfalls sichtbar ist, dass die magnetische Flussdichte in Abschnitten des Jochs 16 hoch ist, um einen geschlossenen Magnetkreis bereitzustellen. Dies zeigt, dass die Magnetresonanzkopplung zwischen dem ersten Schwingkreis 18 und dem zweiten Schwingkreis 28 die Umsetzung einer Umwandlung von elektrischer zu mechanischer Energie erlaubt.It is also visible that the magnetic flux density in sections of the yoke 16 is high to provide a closed magnetic circuit. This shows that the magnetic resonance coupling between the first resonant circuit 18 and the second resonant circuit 28 the implementation of a conversion of electrical to mechanical energy allowed.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die elektrische rotierende Maschine 1 dazu ausgebildet, den Kopplungsfaktor k anstatt des Qualitätsfaktors oder Q-Faktors zu erhöhen. Dadurch wird es möglich, eine magnetische Resonanz mit einer üblichen magnetomotorischen Kraft zu induzieren, die durch einen Strom von mehreren 100 AT erzeugt wird.In the present embodiment, the electric rotating machine 1 designed to increase the coupling factor k instead of the quality factor or Q-factor. This makes it possible to induce a magnetic resonance with a usual magnetomotive force generated by a current of several 100 AT.
Die elektrische rotierende Maschine 1, die in der vorliegenden Ausführungsform in der Form eines Induktionsmotors vorliegt, weist eine elektromagnetische Resonanz auf, die durch eine niedrige Frequenz induziert wird, so dass ein sekundäres Erregungssystem ausgebildet werden kann, das in der Lage ist, eine bidirektionale Energieversorgung zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 durchzuführen, um Strom zur Regulierung einer Schlupffrequenz des Rotors 20 zu erzeugen, wodurch ein bürstenloses Motorsystem ausgeführt wird. Dieses bürstenlose Motorsystem weist eine reduzierte Größe und eine erhöhte Steifigkeit auf, weil die Bürste zur Energieübertragung weggelassen wird. Der Begriff „bürstenloses Motorsystem“ bezieht sich vorliegend auf ein Motorsystem, bei dem eine elektromagnetische Kopplung die Übertragung von Energie ohne Kontakt zwischen einer Bürste und einem Schleifring erlaubt.The electric rotating machine 1 , which is in the form of an induction motor in the present embodiment, has an electromagnetic resonance induced by a low frequency, so that a secondary excitation system capable of providing bidirectional power supply between the stator can be formed 10 and the rotor 20 to provide current to regulate a slip frequency of the rotor 20 to generate, whereby a brushless motor system is carried out. This brushless motor system has a reduced size and an increased rigidity, because the brush for Energy transfer is omitted. As used herein, the term "brushless motor system" refers to an engine system in which electromagnetic coupling permits transmission of energy without contact between a brush and a slip ring.
Eine bekannte Vorgehensweise zur Erhöhung des Kopplungsfaktors k besteht darin, Luftspulen mit einer hohen Frequenz zu erregen. Anstatt dieser Vorgehensweise hat es sich als wünschenswert herausgestellt, den Statorkern 15 aus einem magnetischen Material auszubilden, um den magnetischen Kopplungsfaktor zwischen der Statorspule 12 und der Rotorspule 22 zu erhöhen.One known approach to increasing the coupling factor k is to excite air coils at a high frequency. Instead of this approach, it has been found desirable to use the stator core 15 of a magnetic material to the magnetic coupling factor between the stator coil 12 and the rotor coil 22 to increase.
In Anbetracht der vorhergehenden Ausführungen, dient die Statorspule 15 der elektrischen rotierenden Maschine 1 in der vorliegenden Ausführungsform als Zwischenpol, weil der Stator 10 einen aus einem magnetischen Material bestehenden Statorkern 15 aufweist.In view of the foregoing, the stator coil is used 15 the electric rotating machine 1 in the present embodiment as an intermediate pole, because the stator 10 a stator core made of a magnetic material 15 having.
Außerdem werden in der vorliegenden Ausführungsform die Statorspulen durch die bei Resonanz erzeugte hohe Flussdichte an einer Stelle mit niedriger magnetischer Permeabilität (d.h. beim aus einem nicht-magnetischen Material bestehenden Joch 16) zwischen zwei nebeneinanderliegenden Statorkernen 15 magnetisch verkoppelt, ohne auf üblicherweise durch die Verbindung der Statorkerne 15 mit einem hinteren Joch gebildete magnetische Bahnen zurückzugreifen.In addition, in the present embodiment, the stator coils are formed by the high flux density generated at resonance at a position of low magnetic permeability (ie, the yoke made of a non-magnetic material 16 ) between two adjacent stator cores 15 Magnetically coupled, without usually due to the connection of the stator cores 15 to use magnetic tracks formed with a back yoke.
Die Konfiguration, in der die Statorkerne 15 aus einem magnetischen Material innerhalb des nicht magnetischen, aus Harz gebildeten, leichten Jochs 16 angeordnet sind, bietet eine strukturelle Einschränkung des vom magnetischen Material herrührenden Eisenverlusts aufgrund einer beträchtlichen Reduzierung der verwendeten Menge an magnetischem Material.The configuration in which the stator cores 15 of a magnetic material within the non-magnetic, resin-formed, light yoke 16 provides a structural restriction on the iron loss due to the magnetic material due to a significant reduction in the amount of magnetic material used.
Außerdem wird dadurch die magnetische Permeabilität zwischen der Statorspule 12 und der Rotorspule 22 maximiert. Des Weiteren kann somit das Joch 16 die Statorkerne 15 abstützen.It also causes the magnetic permeability between the stator coil 12 and the rotor coil 22 maximized. Furthermore, thus, the yoke 16 the stator cores 15 support.
Außerdem führen die als Zwischenpole fungierenden Statorkerne 15 zu einer beträchtlichen Reduzierung der Streuung des die Statorspulen 12 verkettenden magnetischen Flusses, was zu einer Reduzierung des Kupferverlusts der Statorspulen 12 führt.In addition, the stator cores acting as intermediate poles lead 15 to a considerable reduction in the dispersion of the stator coils 12 chained magnetic flux, resulting in a reduction of the copper loss of the stator coils 12 leads.
Wie in 5 gezeigt, kann eine Stromversorgungseinheit 30, die mit den Rotorspulen 22 des Rotors 20 durch eine Resonanzkopplung in Verbindung steht, von den Statorspulen 12 getrennt vorgesehen werden. Die Stromversorgungseinheit 30 umfasst Erregungsspulen 32 und einen nicht dargestellten Kondensator, der mit dem ersten Kondensator 17 vergleichbar ist. Die Stromversorgungseinheit 30 ist am Stator 10 einstückig fest oder vom Stator 10 getrennt vorgesehen.As in 5 shown, can be a power supply unit 30 that with the rotor coils 22 of the rotor 20 by resonant coupling, from the stator coils 12 be provided separately. The power supply unit 30 includes excitation coils 32 and a non-illustrated capacitor connected to the first capacitor 17 is comparable. The power supply unit 30 is on the stator 10 integral or from the stator 10 provided separately.
Auch in diesem Fall sollte eine Frequenz eines durch die Erregungsspulen 32 fließenden Stroms, d.h. eine Frequenz während der magnetischen Resonanz zwischen den Erregungsspulen 32 und den Rotorspulen 22, eine niedrige Frequenz zwischen mehreren 10 HZ und mehreren 100 Hz sein, und die elektrische rotierende Maschine 1 sollte vorzugsweise derart ausgebildet werden, dass der Kopplungsfaktor k erhöht wird. Dadurch kann ein sekundäres Erregungssystem ausgebildet werden, das in der Lage ist, eine bidirektionale Stromversorgung zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 durchzuführen, um Strom zur Regulierung einer Schlupffrequenz des Rotors 20 zu erzeugen.Also in this case should be a frequency of one through the excitation coils 32 flowing current, ie a frequency during the magnetic resonance between the excitation coils 32 and the rotor coils 22 , a low frequency between several 10 HZ and several 100 Hz, and the electric rotating machine 1 should preferably be formed such that the coupling factor k is increased. Thereby, a secondary excitation system capable of providing bidirectional power supply between the stator can be formed 10 and the rotor 20 to provide current to regulate a slip frequency of the rotor 20 to create.
In der in 5 dargestellten elektrischen rotierenden Maschine 1 ist ein Wechselrichter 40 mit dem Stator 10 verbunden, um den Statorspulen 12 des Stators 10 dreiphasige Wechselströme zuzuführen. Andererseits ist ein Wechselrichter 50 mit den Erregungsspulen 32 verbunden, um den Erregungsspulen 32 dreiphasige Wechselströme zuzuführen.In the in 5 illustrated electric rotating machine 1 is an inverter 40 with the stator 10 connected to the stator coils 12 of the stator 10 feed three-phase alternating currents. On the other hand, it is an inverter 50 with the excitation coils 32 connected to the excitation coils 32 feed three-phase alternating currents.
Um den Betriebsbereich der elektrischen rotierenden Maschine 1 zu erweitern, sind der erste Kondensator 17 und der zweite Kondensator 27 vorzugsweise als variable Kondensatoren ausgebildet.Around the operating range of the electric rotating machine 1 to expand, are the first capacitor 17 and the second capacitor 27 preferably designed as variable capacitors.
Sowohl im ersten Kondensator 17 als auch im zweiten Kondensator 27 ist die Kapazität des Kondensators durch eine Änderung der Fläche der durch ein Dielektrikum getrennten einander gegenüberliegenden leitenden Platten variabel. Außerdem ist sowohl im ersten Kondensator 17 als auch im zweiten Kondensator 27 die Kapazität des Kondensators durch eine Änderung des Trennungsabstands der einander gegenüberliegenden leitenden Platten variabel.Both in the first capacitor 17 as well as in the second capacitor 27 For example, the capacitance of the capacitor is variable by changing the area of the dielectrically separated opposed conductive plates. Besides, both in the first capacitor 17 as well as in the second capacitor 27 the capacitance of the capacitor is variable by changing the separation distance of the opposing conductive plates.
Sowohl im ersten Kondensator 17 als auch im zweiten Kondensator 27 ist die Kapazität des Kondensators durch eine Änderung der Permittivität (oder relativen Permittivität) des die einander gegenüberliegenden leitenden Platten trennenden Dielektrikums variabel.Both in the first capacitor 17 as well as in the second capacitor 27 For example, the capacitance of the capacitor is variable by a change in the permittivity (or relative permittivity) of the dielectric separating the opposing conductive plates.
Unter den vorhergehend beschriebenen drei Vorgehensweisen zur Änderung der Kapazität eines Kondensators wird die Vorgehensweise, bei der die Fläche der einander gegenüberliegenden leitenden Platten zur Variation der Kapazität geändert wird, wie in 6 gezeigt, durchgeführt, indem n Kondensatoren C1, C2, ..., Cn vorgesehen werden und einige oder alle Kondensatoren, in Abhängigkeit einer Kombination von geöffneten/geschlossenen Zuständen von Schaltern S1, S2, ..., Sn, selektiv parallel geschaltet werden.Among the above-described three ways of changing the capacitance of a capacitor is the procedure in which the area of the opposing conductive plates for varying the capacitance is changed, as in FIG 6 shown performed by n capacitors C1 . C2 , ..., Cn and some or all capacitors, depending on a combination of open / closed States of switches S1 . S2 , ..., Sn, are selectively switched in parallel.
Eine Änderung der Kapazität des ersten Kondensators 17 oder des zweiten Kondensators 27 verursacht eine Änderung der Resonanzfrequenz des zugeordneten ersten Schwingkreises 18 oder zweiten Schwingkreises 28. Somit muss der Wechselrichter 40 die Frequenzen des durch die Statorspulen 12 fließenden Stroms derart ändern, dass sie nach der Änderung der Resonanzfrequenz entsprechen.A change in the capacity of the first capacitor 17 or the second capacitor 27 causes a change in the resonant frequency of the associated first resonant circuit 18 or second resonant circuit 28 , Thus, the inverter needs 40 the frequencies of the through the stator coils 12 changing current so that they correspond to the change of the resonance frequency.
Wie zuvor beschrieben, bilden die Schalter S1, S2, ..., Sn, die zur Änderung der Kapazität des ersten Kondensators 17 und des zweiten Kondensators 27 vorgesehen sind, eine erfindungsgemäße Kapazitätsänderungsvorrichtung. Der Wechselrichter 40, der die Frequenzen des durch die Statorspulen 12 fließenden Stroms ändert, bildet eine erfindungsgemäße Frequenzänderungsvorrichtung.As previously described, the switches form S1 . S2 , ..., Sn, which change the capacity of the first capacitor 17 and the second capacitor 27 are provided, a capacitance changing device according to the invention. The inverter 40 passing the frequencies through the stator coils 12 flowing current changes, forms a frequency change device according to the invention.
Außerdem kann die elektrische rotierende Maschine 1 die Gestalt eines Linearmotors einnehmen, vorausgesetzt, dass sie einen Stator anstelle des Stators 10 und einen Läufer anstelle des Rotors 20 aufweist.In addition, the electric rotating machine 1 take the form of a linear motor, provided that they have a stator instead of the stator 10 and a rotor instead of the rotor 20 having.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Stator 10: Statorspulen 12; Statorkerne 15, die jeweils zumindest teilweise aus einem magnetischen Material bestehen, und von denStatorspulen 12 umwickelt sind; und ein Joch 16, das aus einem nicht magnetischen Material besteht und die Kerne 15 abstützt.In the present embodiment, the stator comprises 10 : Stator coils 12 ; stator cores 15 each at least partially made of a magnetic material and wound around the stator coils 12; and a yoke 16 which is made of a non-magnetic material and the cores 15 supported.
Der Rotor 20 umfasst: Rotorspulen 22; und einen Rotorkern 21, der aus Nuten 24 besteht, die die Rotorspulen 22 aufnehmen.The rotor 20 includes: rotor coils 22 ; and a rotor core 21 that grooves out 24 which consists of the rotor coils 22 take up.
Diese Konfiguration erlaubt eine Reduzierung des Gewichts der elektrischen rotierenden Maschine 1, weil das Joch 16 eine nicht magnetische Struktur ist.This configuration allows a reduction in the weight of the electric rotating machine 1 because the yoke 16 is a non-magnetic structure.
Dies führt zu einer beträchtlichen Verbesserung der Magnetresonanzeigenschaften zwischen einer Statorspule 12 und einer Rotorspule 22, was zu einer Erhöhung des Induktionsstroms in der Rotorspule 22 führt, wenn ein elektrischer Strom durch die Statorspule 12 geleitet wird.This leads to a considerable improvement of the magnetic resonance characteristics between a stator coil 12 and a rotor coil 22 , resulting in an increase of the induction current in the rotor coil 22 when an electric current passes through the stator coil 12 is directed.
Dies führt zu einer beträchtlichen Reduzierung des magnetischen Streuflusses, der die Statorspule 12 verkettet, weil der magnetische Streufluss den Rotor 20 verkettet, was zu einer Reduzierung des Kupferverlusts beiträgt.This leads to a considerable reduction in the magnetic flux leakage, the stator coil 12 chained, because the magnetic leakage flux the rotor 20 linked, which contributes to a reduction of copper loss.
Dies führt zu einer Reduzierung der Menge an magnetischem Material, im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Joch aus einem magnetischen Material verwendet wird, was einer Reduzierung des Eisenverlusts und einer Reduzierung des Gewichts der elektrischen rotierenden Maschine 1 beiträgt.This results in a reduction in the amount of magnetic material as compared to a case where a yoke made of a magnetic material is used, which results in a reduction in iron loss and a reduction in the weight of the electric rotating machine 1 contributes.
Bezugnehmend auf 2 ist in der vorliegenden Ausführungsform zur Bildung eines ersten Schwingkreises 18 ein erster Kondensator 17 mit jeder der Statorspulen 12 verbunden oder in Reihe geschaltet, während eine zweiter Kondensator 27 zur Bildung eines zweiten Schwingkreises 28 mit jeder der Rotorspulen 22 verbunden oder in Reihe geschaltet ist. Der erste Schwingkreis 18 und der zweite Schwingkreis 28 weisen jeweils ungefähr die gleiche Resonanzfrequenz auf.Referring to 2 is in the present embodiment for forming a first resonant circuit 18 a first capacitor 17 with each of the stator coils 12 connected or connected in series, while a second capacitor 27 to form a second resonant circuit 28 with each of the rotor coils 22 connected or connected in series. The first resonant circuit 18 and the second resonant circuit 28 each have approximately the same resonant frequency.
Wie soeben beschrieben, wird durch die Nutzung der Magnetresonanzkopplung der in den Rotorspulen 22 (oder den Statorspulen 12) induzierte Induktionsstrom erhöht, wenn ein Strom mit der Resonanzfrequenz durch die Statorspulen 12 (oder die Rotorspulen 22) geleitet wird.As just described, the use of the magnetic resonance coupling in the rotor coils 22 (or the stator coils 12 ) induced induction current increases when a current at the resonant frequency through the stator coils 12 (or the rotor coils 22 ).
In der vorliegenden Ausführungsform gleicht das Produkt der Induktivität der Statorspule 12 und der Kapazität des ersten Kondensators 17 ungefähr dem Produkt der Induktivität der Rotorspule 22 und der Kapazität des zweiten Kondensators 27.In the present embodiment, the product is similar to the inductance of the stator coil 12 and the capacitance of the first capacitor 17 approximately the product of the inductance of the rotor coil 22 and the capacitance of the second capacitor 27 ,
Wie soeben beschrieben, wird durch die Nutzung der Magnetresonanzkopplung der in den Rotorspulen 22 (oder den Statorspulen 12) induzierte Induktionsstrom erhöht, wenn ein Strom mit der Resonanzfrequenz durch die Statorspulen 12 (oder die Rotorspulen 22) geleitet wird.As just described, the use of the magnetic resonance coupling in the rotor coils 22 (or the stator coils 12 ) induced induction current increases when a current at the resonant frequency through the stator coils 12 (or the rotor coils 22 ).
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Statorspulen 12 mehrphasige Statorspulen und umfassen eine Statorspule für eine erste Phase zur Leitung eines Stroms in einer ersten Phase von zwei oder mehr Phasenströmen und eine Statorspule für eine zweite Phase zur Leitung eines Stroms in einer zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströme. Die Rotorspulen 22 sind mehrphasige Rotorspulen und umfassen eine Rotorspule für eine erste Phase zur Leitung eines Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der ersten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird, und eine Rotorspule für eine zweite Phase zur Leitung eines Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird. Einer der ersten Kondensatoren 17 ist zur Bildung eines der ersten Schwingkreise 18 mit der Statorspule für die erste Phase verbunden, um einen Strom in der ersten Phase der zwei oder mehr Phasenströme zu leiten, und ein anderer der ersten Kondensatoren 17 ist zur Bildung eines anderen der ersten Schwingkreise 18 mit der Statorspule für die zweite Phase verbunden, um den Strom in der zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströme zu leiten. Einer der zweiten Kondensatoren 27 ist zur Bildung eines der zweiten Schwingkreise 28 mit der Rotorspule für die erste Phase verbunden, um einen Induktionsstrom zu leiten, der durch die Leitung eines Stroms in der ersten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird, und ein anderer der zweiten Kondensatoren 27 ist zur Bildung eines anderen der zweiten Schwingkreise 28 mit der Rotorspule für die zweite Phase verbunden, um einen Induktionsstrom zu leiten, der durch die Leitung eines Stroms in der zweiten Phase der zwei oder mehr Phasenströme induziert wird. Einer der zweiten Schwingkreise 28 zur Leitung des Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der ersten Phase induziert wird, ist von einem anderen der zweiten Schwingkreise 28 zur Leitung des Induktionsstroms, der durch die Leitung eines Stroms in der zweiten Phase induziert wird, elektrisch isoliert.In the present embodiment, the stator coils 12 multiphase stator coils and include a first phase stator coil for conducting a first phase current of two or more phase currents, and a second phase stator coil for conducting a second phase current of the two or more phase currents. The rotor coils 22 are multi-phase rotor coils and include a rotor coil for a first phase for conducting an induction current induced by the conduction of a current in the first phase of the two or more phase currents, and a rotor coil for a second phase for conducting an induction current passing through the conduit a current in the second phase of the two or more phase currents is induced. One of the first capacitors 17 is to form one of the first resonant circuits 18 connected to the stator for the first phase to conduct a current in the first phase of the two or more phase currents, and another of the first capacitors 17 is to form another of the first oscillating circuits 18 connected to the second phase stator coil to conduct the current in the second phase of the two or more phase currents. One of the second capacitors 27 is to Formation of one of the second resonant circuits 28 connected to the rotor coil for the first phase to conduct an induction current induced by the conduction of a current in the first phase of the two or more phase currents, and another of the second capacitors 27 is to form another of the second resonant circuits 28 connected to the second phase rotor coil to conduct an induction current induced by the conduction of a current in the second phase of the two or more phase currents. One of the second oscillating circuits 28 for conducting the induction current induced by the conduction of a current in the first phase is from another of the second oscillation circuits 28 for conducting the induction current, which is induced by the conduction of a current in the second phase, electrically isolated.
Wie soeben beschrieben, wird das Auftreten einer Resonanz zwischen Rotorspulen 22 verschiedener Phasen, während ein Strom mit der Resonanzfrequenz durch die Statorspulen fließt, verhindert, so dass verhindert wird, dass der Betrieb der elektrischen rotierenden Maschine 1 unstabil wird. Da in der in JP 2017-038511 A beschriebenen elektrischen rotierenden Maschine dreiphasige Wicklungen kurzgeschaltet sind, ist wahrscheinlich, dass der Betrieb der elektrischen rotierenden Maschine aufgrund des Auftretens einer Resonanz unter den Phasenwicklungen instabil wird.As just described, the occurrence of a resonance between rotor coils 22 various phases, while a current flows at the resonant frequency through the stator coils, prevents, so that the operation of the electric rotating machine is prevented 1 becomes unstable. As in the in JP 2017-038511 A In the case of the electric rotating machine described above, three-phase windings are short-circuited, it is likely that the operation of the electric rotating machine becomes unstable due to the occurrence of resonance among the phase windings.
Außerdem umfasst die elektrische rotierende Maschine 1 in der vorliegenden Ausführungsform eine Kapazitätsänderungsvorrichtung in der Form von Schaltern S1, S2, ..., Sn zur Änderung der Kapazität des ersten Kondensators 17 und der Kapazität des zweiten Kondensators 27 sowie eine Frequenzänderungsvorrichtung, in der Form des Wechselrichters 40, zur Änderung der Frequenzen des durch die Statorspulen 12 fließenden Stroms.In addition, the electric rotating machine includes 1 in the present embodiment, a capacitance changing device in the form of switches S1 . S2 , ..., Sn for changing the capacity of the first capacitor 17 and the capacitance of the second capacitor 27 and a frequency changing device, in the form of the inverter 40 , to change the frequencies of the through the stator coils 12 flowing electricity.
Dies erlaubt eine Erweiterung des Betriebsbereichs der elektrischen rotierenden Maschine 1, weil die Kapazitäten der Kondensatoren des Stators und der Kondensatoren des Rotors variabel sind.This allows an extension of the operating range of the electric rotating machine 1 because the capacitances of the capacitors of the stator and the capacitors of the rotor are variable.
Außerdem sind die durch die Statorspulen 12 des Stators 10 fließenden Ströme nicht auf dreiphasige Ströme eingeschränkt. Es können auch mehr als dreiphasige Ströme durch den Stator 10 geleitet werden. Eine dreiphasige Sternschaltung der Rotorspulen 22 ist bevorzugt, aber der Rotor kann auch die Form eines Käfigläufers annehmen.In addition, those through the stator coils 12 of the stator 10 flowing currents are not limited to three-phase currents. There may also be more than three-phase currents through the stator 10 be directed. A three-phase star connection of the rotor coils 22 is preferred, but the rotor may also take the form of a squirrel-cage rotor.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die elektrische rotierende Maschine 1 eine elektrische rotierende Maschine mit einem inneren Rotor, wobei die vorliegende Erfindung auch in elektrischen rotierenden Maschinen mit einem äußeren Rotor angewandt werden kann.In the present embodiment, the electric rotating machine 1 an electric rotating machine having an inner rotor, the present invention also being applicable to electric rotating machines having an outer rotor.
Außerdem ist die elektrische rotierende Maschine 1 in der vorliegenden Ausführungsform eine elektrische rotierende Maschine mit einem radialen Abstand, wobei die vorliegende Erfindung auch in elektrischen rotierenden Maschinen mit einem axialen Abstand angewandt werden kann.In addition, the electric rotating machine 1 In the present embodiment, an electric rotary machine with a radial distance, wherein the present invention can also be applied in electric rotating machines with an axial distance.
Obwohl die Offenbarung die vorliegende Ausführungsform betrifft, wobei sie aber nicht darauf beschränkt ist, ist für den Fachmann offensichtlich, dass Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundsatz der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle möglichen Modifikationen und Äquivalente sind als durch die beigefügten Ansprüche bedeckt zu betrachten.Although the disclosure is directed to, but not limited to, the present embodiment, it will be obvious to those skilled in the art that changes may be made without departing from the spirit of the present invention. All possible modifications and equivalents are to be considered covered by the appended claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Elektrische rotierende Maschine;Electric rotating machine;
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1010
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Stator;Stator;
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1212
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Statorspule;stator coil;
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1515
-
Kern;Core;
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1616
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Joch;Yoke;
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1717
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Erster Kondensator;First capacitor;
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1818
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Erster Schwingkreis;First resonant circuit;
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2020
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Rotor;Rotor;
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2121
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Rotorkern;Rotor core;
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2222
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Rotorspule;Rotor coil;
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2424
-
Nut;groove;
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2727
-
Zweiter Kondensator;Second capacitor;
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2828
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Zweiter Schwingkreis;Second resonant circuit;
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4040
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Frequenzänderungsvorrichtung, in der vorliegenden Ausführungsform in Form eines Wechselrichters;Frequency change device, in the present embodiment in the form of an inverter;
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S1, S2 ... SnS1, S2 ... Sn
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Kapazitätsänderungsvorrichtung, in der vorliegenden Ausführungsform in der Form von Schaltern.Capacitance changing device, in the present embodiment in the form of switches.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 2017038511 A [0002, 0003, 0004, 0005, 0006, 0073]JP 2017038511 A [0002, 0003, 0004, 0005, 0006, 0073]
