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GEBIET
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Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen allgemein eine rotierende elektrische Maschine, einen Motor, einen Rotor und einen Permanentmag netmotor.
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HINTERGRUND
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Es gibt eine rotierende elektrische Maschine (zum Beispiel einen Motor) umfassend einen Rotor und einen Stator. Es besteht ein Bedarf an einer Technik, mit der eine Leistungsdichte der rotierenden elektrischen Maschine weiter erhöht werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche die rotierende elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
- 3 ist eine Querschnittsansicht, welche die rotierende elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
- 4A bis 4C sind Querschnittsansichten, die einen Teil des Rotors gemäß der ersten Ausführungsform zeigen;
- 5 ist eine Querschnittsansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform zeigt;
- 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform zeigt;
- 7, 8A, 8B, 9, 10 und 11 sind Querschnittsansichten, die andere rotierende elektrische Maschinen gemäß Varianten der ersten Ausführungsform zeigen; und
- 12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine rotierende elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator. Der Rotor umfasst eine Drehwelle, einen ersten Kern, einen Permanentmagneten und ein Zwischenelement. Die Drehwelle erstreckt sich in eine erste Richtung. Der erste Kern ist um die Drehwelle in einer ersten Ebene senkrecht zur ersten Richtung vorgesehen. Der Permanentmagnet ist um den ersten Kern in der ersten Ebene vorgesehen. Das Zwischenelement ist zwischen der Drehwelle und dem ersten Kern vorgesehen. Das Zwischenelement umfasst einen ersten Abschnitt, der eine Kohlenstofffaser enthält, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt in der ersten Richtung ausgerichtet ist und ein Metall enthält. Der Stator ist um den Rotor in der ersten Ebene angeordnet.
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Verschiedene Ausführungsformen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Die Zeichnungen sind schematisch und konzeptionell; und die Beziehungen zwischen der Dicke und der Breite der Teile, die Größenverhältnisse zwischen den Teilen usw. entsprechen nicht unbedingt deren tatsächlichen Werten. Ferner können die Abmessungen und Proportionen in den Zeichnungen selbst bei identischen Teilen unterschiedlich dargestellt sein.
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In der Beschreibung und den Zeichnungen sind Komponenten, die den beschriebenen oder in einer Zeichnung dargestellten Komponenten ähneln, mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche die rotierende elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht, welche die rotierende elektrische Maschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
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Wie in den 1 bis 3 gezeigt, umfasst eine rotierende elektrische Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform einen Rotor 10, einen Stator 20 und ein Gehäuse 30. Der Stator 20 ist um den Rotor 10 herum vorgesehen. Das Gehäuse 30 nimmt den Stator 20 und einen Teil des Rotors 10 auf. Bei der rotierenden elektrischen Maschine 1 handelt es sich zum Beispiel um einen Motor. Vorzugsweise ist die rotierende elektrische Maschine 1 ein Permanentmagnetmotor (PM-Motor).
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Der Rotor 10 umfasst eine Drehwelle 11, ein Zwischenelement 12, einen Rotorkern 13 (erster Kern), einen Permanentmagneten 14 und einen Deckel 15.
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Die Drehwelle 11 ist ein stabförmiges Element, das sich in eine Richtung erstreckt. Hier wird die Richtung, in der sich die Drehwelle 11 erstreckt, als X-Richtung (erste Richtung) bezeichnet. Zwei Richtungen senkrecht zur X-Richtung und orthogonal zueinander, werden als Y-Richtung und Z-Richtung bezeichnet.
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Der Rotorkern 13 ist um die Drehwelle 11 in einer Y-Z-Ebene (erste Ebene) angeordnet. Der Permanentmagnet 14 ist um den Rotorkern 13 herum in der Y-Z-Ebene vorgesehen. Im gezeigten Beispiel haben der Rotorkern 13 und der Permanentmagnet 14 eine rohrförmige Form. Der Permanentmagnet 14 erzeugt ein Magnetfeld in eine Richtung senkrecht zur X-Richtung. Das vom Permanentmagneten 14 erzeugte Magnetfeld durchdringt den Rotorkern 13.
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Der Permanentmagnet 14 ist beispielsweise ein Alnico-Magnet, ein Ferritmagnet oder ein Seltenerdmagnet. Beispiele für einen Seltenerdmagneten umfassen einen Samarium-Kobalt-Magneten und einen Neodym-Magneten. Unter dem Gesichtspunkt der Wärme- und Korrosionsbeständigkeit ist es vorteilhaft, dass der Permanentmagnet 14 ein Samarium-Kobalt-Magnet ist. Der Rotorkern 13 enthält ein weichmagnetisches Material. Damit eine große Magnetflussmenge durch den Rotorkern 13 fließen kann, ist vorteilhaft eine elektromagnetische Stahlplatte für den Rotorkern 13 verwendet.
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Das Zwischenelement 12 ist zwischen der Drehwelle 11 und dem Rotorkern 13 vorgesehen. Das Zwischenelement 12 ist vorgesehen, um die Drehwelle 11 und den Rotorkern 13 zu verbinden und den Rotorkern 13 an der Drehwelle 11 zu befestigen. Das Zwischenelement 12 umfasst einen ersten Abschnitt 12a und zweite Abschnitte 12b. Der erste Abschnitt 12a enthält eine Kohlenstofffaser. Die zweiten Abschnitte 12b enthalten ein Metall. Der erste Abschnitt 12a und die zweiten Abschnitte 12b sind in der X-Richtung angeordnet. Zum Beispiel sind der erste Abschnitt 12a und die zweiten Abschnitte 12b miteinander verklebt. Der erste Abschnitt 12a und die zweiten Abschnitte 12b können mit einer Schraube oder dergleichen befestigt sein.
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In dem dargestellten Beispiel umfasst das Zwischenelement 12 ein Paar zweite Abschnitte 12b, die in X-Richtung voneinander getrennt sind. Das Paar zweite Abschnitte 12b befindet sich jeweils an beiden Enden des Zwischenelements 12 in X-Richtung. Jeder zweite Abschnitt 12b ist einem Raum im Gehäuse 30 zugewandt. Der erste Abschnitt 12a befindet sich zwischen dem Paar zweite Abschnitte 12b. Der erste Abschnitt 12a und das Paar zweite Abschnitte 12b stehen in Kontakt mit der Drehwelle 11 und dem Rotorkern 13.
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Die Abdeckung 15 ist in der Y-Z-Ebene um den Permanentmagneten 14 herum vorgesehen. Die Abdeckung 15 drückt das Zwischenelement 12, den Rotorkern 13 und den Permanentmagneten 14 in Richtung der Drehwelle 11, so dass diese Elemente nicht durch eine Zentrifugalkraft verschoben werden. Die Abdeckung 15 hat eine ausreichende Festigkeit, um der Zentrifugalkraft des Zwischenelements 12, des Rotorkerns 13 und des Permanentmagneten 14 zu widerstehen, wenn sich der Rotor 10 dreht. Die Abdeckung 15 enthält zum Beispiel eine Kohlenstofffaser oder ein Metall.
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Der Stator 20 ist um den Rotor 10 in der Y-Z-Ebene vorgesehen. Ein Spalt besteht zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 20. Der Stator 20 umfasst eine Spule 21 und einen Statorkern 22 (zweiter Kern).
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Die Spule 21 ist um den Deckel 15 herum in der Y-Z-Ebene vorgesehen. Der Statorkern 22 ist um die Spule 21 herum in der Y-Z-Ebene vorgesehen. Die Spule 21 und der Statorkern 22 haben eine rohrförmige Form. Eine Innenfläche des Statorkerns 22 kann mit Vorsprüngen und Aussparungen versehen sein, um die Spule 21 darauf zu wickeln. Durch die Spule 21 fließt ein Strom. Wenn die Spule 21 erregt wird, wird ein magnetischer Fluss um die Spule 21 herum erzeugt. Der erzeugte magnetische Fluss fließt durch den Statorkern 22. Für die Spule 21 wird Kupfer verwendet. Es ist vorteilhaft, dass für den Statorkern 22 ein elektromagnetisches Stahlblech verwendet wird, wie in einem Fall des Rotorkerns 13.
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Im dargestellten Beispiel hat das Gehäuse 30 eine hohlzylindrische Form. Innerhalb des Gehäuses 30 sind ein Teil der Drehwelle 11, das Zwischenelement 12, der Rotorkern 13, der Permanentmagnet 14, der Deckel 15 und der Stator 20 vorgesehen. Eine bestimmte Form des Gehäuses 30 kann in geeigneter Weise geändert werden, solange zumindest ein Teil des Rotors 10 und des Stators 20 aufgenommen werden kann. Am Gehäuse 30 kann beispielsweise ein Befestigungsabschnitt zum Anbringen des Gehäuses 30 an einem anderen Element vorgesehen sein. Das Gehäuse 30 ist über ein Lager 30a an der Drehwelle 11 befestigt. Die Drehwelle 11 ist in Bezug auf das Gehäuse 30 um die X-Richtung drehbar. Das Gehäuse 30 steht in der Y-Z-Ebene mit einer Oberfläche des Stators 20 in Kontakt.
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Zur Gewichtsreduzierung ist für das Gehäuse 30 ein Metall, eine Keramik, ein faserverstärkter Kunststoff oder dergleichen verwendet. Als Metall kann eine Aluminiumlegierung verwendet werden. Als Keramik kann Siliziumkarbid verwendet werden. Es kann auch ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) verwendet werden, umfassend ein Metall und eine Keramik. Es ist vorteilhaft, dass der faserverstärkte Kunststoff ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist, der eine Kohlenstofffaser enthält. Um die Steifigkeit des Gehäuses 30 zu erhöhen, ist es besonders bevorzugt, dass das Gehäuse 30 MMC enthält.
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Wenn ein Strom durch die Spule 21 fließt und ein Magnetfeld erzeugt wird, entstehen eine Anziehungskraft und eine Abstoßungskraft zwischen dem obigen Magnetfeld und dem vom Permanentmagneten 14 erzeugten Magnetfeld. Aufgrund der Anziehungskraft oder Abstoßungskraft dreht sich der Rotor 10 um die X-Richtung im Stator 20.
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Vorteile der ersten Ausführungsform werden beschrieben.
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Wenn sich der Rotor 10 dreht, wird die Zentrifugalkraft auf den Rotorkern 13, den Permanentmagneten 14 und den Deckel 15 ausgeübt. Eine Spannung wird auch auf das Zwischenelement 12 ausgeübt, das die Drehwelle 11 und den Rotorkern 13 als Reaktion auf die Erzeugung der Zentrifugalkraft in diesen Elementen verbindet. Mit zunehmender Drehzahl des Rotors 10 erhöht sich auch die Zentrifugalkraft, und die auf das Zwischenelement 12 wirkende Spannung wird ebenfalls erhöht. Es ist vorteilhaft, dass das Zwischenelement 12 eine hohe Festigkeit aufweist, damit es auch bei großer Belastung nicht beschädigt wird.
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Das Zwischenelement 12 muss sowohl in Bezug auf das Gewicht leicht sein als auch Festigkeit aufweisen. Da das Zwischenelement 12 leichter ist, kann die Zentrifugalkraft des Zwischenelements 12 verringert werden, und die auf das Zwischenelement 12 ausgeübte Spannung kann reduziert werden. Da das Zwischenelement 12 leichter ist und der Rotor 10 leichter ist, kann die rotierende elektrische Maschine 1 leichter sein. Eine Leistung der rotierenden elektrischen Maschine 1 pro Gewichtseinheit kann erhöht werden. Das heißt, die Leistungsdichte der rotierenden elektrischen Maschine 1 kann erhöht werden.
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Bei dem Rotor 10 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst das Zwischenelement 12 den ersten Abschnitt 12a. Der erste Abschnitt 12a enthält eine Kohlenstofffaser und hat eine hohe Festigkeit. Daher ist das Zwischenelement 12 weniger anfällig für Beschädigungen, auch wenn die Drehgeschwindigkeit des Rotors 10 erhöht wird. Die Kohlenstofffaser ist leichter als Metall. Das heißt, dass durch die Verwendung von Kohlenstofffasern die Festigkeit pro Gewichtseinheit (spezifische Festigkeit) erhöht werden kann. Durch die Verringerung eines Gewichts des Zwischenelements 12 kann die Zentrifugalkraft des Zwischenelements 12 verringert werden, und die auf das Zwischenelement 12 ausgeübte Spannung kann reduziert werden. Durch die Erhöhung der spezifischen Festigkeit des Zwischenelements 12 kann die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 10 erhöht werden, während das Gewicht des Rotors 10 und der rotierenden elektrischen Maschine 1 reduziert wird und die Leistungsdichte der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhöht werden kann.
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Andererseits steigt mit zunehmender Drehgeschwindigkeit des Rotors 10 auch die Wärmeentwicklung im Rotor 10. Insbesondere wird die größte Wärmemenge in dem Permanentmagneten 14 erzeugt. Wenn die Temperatur des Rotors 10 übermäßig ansteigt, verringert sich die Magnetkraft des Permanentmagneten 14. Das auf der Magnetkraft basierende Drehmoment nimmt ab, und die Leistung der rotierenden elektrischen Maschine 1 wird ebenfalls verringert. Bezüglich eines solchen Problems umfasst das Zwischenelement 12 im Rotor 10 gemäß der ersten Ausführungsform die zweiten Abschnitte 12b. Die zweiten Abschnitte 12b enthalten ein Metall. Daher ist die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Abschnitte 12b höher als die Wärmeleitfähigkeit des ersten Abschnitts 12a. Indem die im Permanentmagneten 14 erzeugte Wärme über den Rotorkern 13 an den ersten Abschnitt 12a weitergeleitet wird, kann verhindert werden, dass die Temperatur des Rotors 10 ansteigt.
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Die erste Ausführungsform stellt einen Rotor 10 bereit, der nicht beschädigt werden kann, eine Gewichtsreduzierung ermöglicht und einen Temperaturanstieg während der Drehung verhindert. Durch den Einsatz des Rotors 10 in der rotierenden elektrischen Maschine 1 kann die Leistungsdichte der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhöht werden, während gleichzeitig verhindert wird, dass die Temperatur der rotierenden elektrischen Maschine 1 ansteigt.
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4A bis 4C sind Querschnittsansichten, die einen Teil des Rotors gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
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Eine spezifische Konfiguration des Zwischenelements 12 ist nicht auf das in den 2 und 3 dargestellte Beispiel beschränkt und kann entsprechend geändert werden. Wie in 4A gezeigt, kann beispielsweise der zweite Abschnitt 12b zwischen einem Paar erster Abschnitte 12a in X-Richtung vorgesehen sein. Wie in 4B gezeigt, können die ersten Abschnitte 12a und die zweiten Abschnitte 12b abwechselnd in X-Richtung angeordnet sein. Wie in 4C dargestellt, kann der erste Abschnitt 12a einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser und einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser umfassen. Die Abschnitte mit dem größeren Durchmesser und die Abschnitte mit dem kleineren Durchmesser sind abwechselnd in der X-Richtung angeordnet.
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Wie in den 3, 4B und 4C gezeigt, sind die zweiten Abschnitte 12b vorteilhaft an den Endabschnitten des Zwischenelements 12 in X-Richtung angeordnet. Da die zweiten Abschnitte 12b einem Raum außerhalb des Zwischenelements 12 zugewandt sind, kann die vom Permanentmagneten 14 auf die zweiten Abschnitte 12b übertragene Wärme leicht an die Außenseite des Rotors 10 abgeleitet werden. Da das Paar zweite Abschnitte 12b an beiden Enden des Zwischenelements 12 in X-Richtung vorgesehen ist, kann die Wärme des Rotors 10 leichter abgeleitet werden.
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Die zweiten Abschnitte 12b, die ein Metall enthalten, können im Vergleich zum ersten Abschnitt 12a, der eine Kohlenstofffaser enthält, leicht verarbeitet werden. Um beispielsweise die Balance des Rotors 10 einzustellen, kann ein Teil des Zwischenelements 12 bearbeitet (geschnitten) werden. Bei der Balanceeinstellung wird eine Gewichtsverlagerung in Umfangsrichtung des Rotors 10 verringert. Wenn die zweiten Abschnitte 12b an den Endabschnitten des Zwischenelements 12 angeordnet sind, kann die Balance des Rotors 10 durch Bearbeitung der zweiten Abschnitte 12b eingestellt werden. Im Vergleich zu dem Fall, in dem die ersten Abschnitte 12a an den Endabschnitten des Zwischenelements 12 angeordnet sind, kann die Balance des Rotors 10 leichter eingestellt werden.
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Besonders bevorzugt, wie in den 3 und 4C gezeigt, ist nur der erste Abschnitt 12a zwischen dem Paar zweite Abschnitte 12b vorgesehen. Durch Vergrößerung eines Volumens des ersten Abschnitts 12a kann die spezifische Festigkeit des Zwischenelements 12 weiter erhöht werden.
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Wie in 3 gezeigt, ist es vorteilhaft, dass eine Länge L1 des ersten Abschnitts 12a in X-Richtung länger ist als eine Länge L2 jedes zweiten Abschnitts 12b in X-Richtung. Indem die Länge L1 größer als die Länge L2 ist, kann die spezifische Festigkeit des Zwischenelements 12 weiter erhöht werden. Insbesondere dadurch, dass die Länge L1 länger als die Länge L2 ist, während die zweiten Abschnitte 12b an den Endabschnitten des Zwischenelements 12 positioniert sind, kann die spezifische Festigkeit des Zwischenelements 12 erhöht werden, während verhindert wird, dass die Wärmeableitung verringert wird.
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Es ist vorteilhaft, dass die zweiten Abschnitte 12b in Kontakt mit dem Rotorkern 13 sind. Die zweiten Abschnitte 12b sind in Kontakt mit dem Rotorkern 13, wodurch die Wärme leicht vom zweiten Abschnitt 12b auf den Rotorkern 13 übertragen wird und die Wärmeableitung des Rotors 10 erhöht werden kann.
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Es ist vorteilhaft, dass der erste Abschnitt 12a einen faserverstärkten Kunststoff (CFK) enthält, der eine Kohlenstofffaser enthält. Durch die Verwendung des CFK für den ersten Abschnitt 12a kann die spezifische Festigkeit des Zwischenelements 12 erhöht werden. Vorzugsweise besteht der erste Abschnitt 12a im Wesentlichen nur aus dem CFK, wobei Verunreinigungen und dergleichen ausgeschlossen sind.
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Es ist vorteilhaft, dass das in den zweiten Abschnitten 12b enthaltene Metall eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und nicht magnetisch ist. Die zweiten Abschnitte 12b können eine Metalllegierung oder ein Metalloxid enthalten. Die zweiten Abschnitte 12b können rostfreien Stahl oder Keramik enthalten. Vorzugsweise enthalten die zweiten Abschnitte 12b Aluminium. Aluminium hat eine hohe Duktilität und lässt sich leicht verarbeiten. Ferner hat Aluminium eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ist nicht magnetisch. Vorzugsweise bestehen die zweiten Abschnitte 12b im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei Verunreinigungen und dergleichen ausgeschlossen sind.
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Varianten
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5 und 6 sind Querschnittsansichten, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform zeigen. 5 und 6 zeigen jeweils einen Y-Z-Querschnitt und einen X-Z-Querschnitt der rotierenden elektrischen Maschine.
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Wie in den 5 und 6 gezeigt, sind bei einer rotierenden elektrischen Maschine 2 gemäß der Variante Öffnungen OP1 in dem Zwischenelement 12 ausgebildet. Die Öffnungen OP1 erstrecken sich entlang der X-Richtung und durchdringen den ersten Abschnitt 12a und die zweiten Abschnitte 12b.
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Durch das Ausbilden der Öffnungen OP1 ist eine Kontaktfläche des Zwischenelements 12 mit Luft vergrößert. Insbesondere durch die Vergrößerung der Kontaktfläche der zweiten Abschnitte 12b mit der Luft kann die Ableitung von Wärme aus dem Zwischenelement 12 gefördert und ein Anstieg der Temperatur des Rotors 10 weiter verhindert werden.
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Wie in 5 gezeigt, können eine Vielzahl Permanentmagnete 14 um den Rotorkern 13 herum vorgesehen sein. Jeder der Permanentmagnete 14 hat eine Bogenform um die Drehwelle 11 herum. In einem Spalt zwischen den Permanentmagneten 14 ist beispielsweise ein Klebstoff vorgesehen. Als Klebstoff wird ein Epoxidharz oder dergleichen verwendet. Der Rotorkern 13, die Permanentmagnete 14 und die Abdeckung 15 sind mit dem Klebstoff miteinander verklebt.
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7, 8A, 8B, 9, 10 und 11 sind Querschnittsansichten, die andere rotierende elektrische Maschinen gemäß Varianten der ersten Ausführungsform zeigen.
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Wie in 7 gezeigt, können im Gehäuse 30 Öffnungen OP2 vorgesehen sein. Wie in den 8A und 8B gezeigt, können um die Öffnungen OP2 des Gehäuses 30 herum Vorsprünge 31 vorgesehen sein, die in Richtung des Rotors 10 vorstehen. Wie in 9 gezeigt, kann ein Teil des Gehäuses 30 in X-Richtung kurz sein. Wie in 10 gezeigt, dürfen die Öffnungen OP1 das Zwischenelement 12 nicht durchdringen. Wie in 11 gezeigt, kann eine Metallfolie 35 entlang einer Innenwand jeder Öffnung OP1 vorgesehen sein.
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Bei der in 7 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine 2a durchdringen die Öffnungen OP2 das Gehäuse 30 in X-Richtung. Eine Form der Öffnungen OP2 in der Y-Z-Ebene kann mit einer Form der Öffnungen OP1 in der Y-Z-Ebene übereinstimmen oder sich von dieser unterscheiden.
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Durch das Vorsehen der Öffnungen OP2 strömt Luft von außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 2a in die Öffnungen OP1. Die durch die Wärme des Rotors 10 erwärmte Luft wird durch die Luft außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 2a ersetzt. Dementsprechend kann verhindert werden, dass die Temperatur des Rotors 10 weiter ansteigt.
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Bei einer in 8A gezeigten rotierenden elektrischen Maschine 2b erstrecken sich die um die Öffnungen OP2 herum vorgesehenen Vorsprünge 31 parallel in X-Richtung. Bei einer in 8B dargestellten rotierenden elektrischen Maschine 2c erstrecken sich die Vorsprünge 31 in einer in X-Richtung geneigten Richtung.
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Bei einer in 9 dargestellten rotierenden elektrischen Maschine 2d umfasst das Gehäuse 30 einen Mittelabschnitt 32 und einen Umfangsabschnitt 33. Der Mittelabschnitt 32 ist mit dem Zwischenelement 12 in X-Richtung ausgerichtet. Der Umfangsabschnitt 33 ist in der Y-Z-Ebene um den Mittelabschnitt 32 herum angeordnet. Eine Länge des Mittelabschnitts 32 in X-Richtung ist kürzer als eine Länge des Umfangsabschnitts 33 in X-Richtung. Zwischen den Vorsprüngen 31 des Mittelabschnitts 32 und der Drehwelle 11 sind Lager 30a vorgesehen.
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Gemäß einer in 9 gezeigten Struktur können die Lager 30a näher an dem Zwischenelement 12, dem Rotorkern 13, dem Permanentmagneten 14 und dergleichen angeordnet sein als die anderen Strukturen. Ein Abstand zwischen den Lagern 30a, die in X-Richtung voneinander getrennt sind, kann verkürzt sein. Dementsprechend kann eine Resonanzfrequenz der Lager 30a erhöht werden, und das Auftreten von Resonanzen in den Lagern 30a kann verhindert werden.
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Bei der in 10 dargestellten rotierenden elektrischen Maschine 2e verlaufen die Öffnungen OP1 durch die zweiten Abschnitte 12b und durchdringen nicht den ersten Abschnitt 12a. Zum Beispiel ist das CFK im ersten Abschnitt 12a an einer Position vorgesehen, die mit den Öffnungen OP1 in X-Richtung ausgerichtet ist. Durch Ausbilden der Öffnungen OP1 in den zweiten Abschnitten 12b, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, kann eine Erhöhung der Temperatur des Rotors 10 wirksam verhindert werden. Die Öffnungen OP1 durchdringen den ersten Abschnitt 12a nicht, wodurch eine Festigkeitsabnahme des ersten Abschnitts 12a aufgrund des Ausbildens der Öffnungen OP1 verhindert werden kann.
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Vorzugsweise durchdringen die Öffnungen OP1 das gesamte Zwischenelement 12 entlang der X-Richtung. Wenn die Öffnungen OP1 das Zwischenelement 12 durchdringen, kann Luft durch das Zwischenelement 12 strömen, wodurch die Wärme des Rotors 10 leichter abgeleitet werden kann. Das Gewicht des Zwischenelements 12 kann reduziert werden, wodurch das Auftreten von Resonanzen im Rotor 10 verhindert werden kann.
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Bei einer in 11 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine 2f ist die Metallfolie 35 entlang der Innenwand der jeweiligen Öffnungen OP1 vorgesehen, und die Metallfolie 35 ist in Kontakt mit dem ersten Abschnitt 12a und den zweiten Abschnitten 12b. Eine Dicke der Metallfolie 35 ist ausreichend kleiner als ein Durchmesser der jeweiligen Öffnung OP1. Die Metallfolie 35 umfasst ein Metall. Es ist vorteilhaft, dass das Metall eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat und nicht magnetisch ist. Die Metallfolie 35 enthält zum Beispiel Aluminium. Vorzugsweise besteht die Metallfolie 35 im Wesentlichen nur aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei Verunreinigungen und dergleichen ausgeschlossen sind.
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Durch Vorsehen der Metallfolie 35 wird Wärme des Zwischenelements 12 leichter durch die Metallfolie 35 abgeleitet. Dadurch ist es möglich, eine weitere Erhöhung der Temperatur des Rotors 10 zu verhindern.
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Die rotierenden elektrischen Maschinen 1 und 2a bis 2e gemäß der ersten Ausführungsform können für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise sind die rotierenden elektrischen Maschinen 1 und 2a bis 2e für Geräte geeignet, die eine große Leistung erfordern, wie z.B. ein Auto und ein Flugzeug.
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Spezifische Formen der oben beschriebenen Vorrichtungen können in geeigneter Weise kombiniert werden. Beispielsweise kann der Rotor 10 der rotierenden elektrischen Maschine 1 mit einer Vielzahl bogenförmiger Permanentmagneten 14 versehen sein, wie in 5 gezeigt. Das in den 4A bis 4C gezeigte Zwischenelement 12 kann mit den in 6 oder 10 gezeigten Öffnungen OP1 versehen sein.
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Zweite Ausführungsform
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12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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Eine rotierende elektrische Maschine 3 gemäß der in 12 dargestellten zweiten Ausführungsform umfasst den Rotor 10, den Stator 20 und das Gehäuse 30. In 12 ist ein Teil des Stators 20 weggelassen, um eine innere Struktur der rotierenden elektrischen Maschine 3 zu zeigen, und ein Querschnitt davon ist dargestellt. Bei der rotierenden elektrischen Maschine 3 handelt es sich zum Beispiel um einen Generator.
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Der Stator 20 ist um den Rotor 10 herum angeordnet. Der Rotor 10 dreht sich nnerhalb des Stators 20 um die X-Richtung. Das Gehäuse 30 nimmt einen Teil des Rotors 10 und des Stators 20 auf. Als Konfigurationen des Rotors 10, des Stators 20 und des Gehäuses 30 bei der rotierenden elektrischen Maschine 3 können ähnliche Konfigurationen wie die des Rotors 10, des Stators 20 und des Gehäuses 30 bei der rotierenden elektrischen Maschine 1 oder 2 verwendet werden. Wenn sich der Rotor 10 innerhalb des Stators 20 dreht, wird eine induzierte elektromotorische Kraft zur Stromerzeugung erzeugt.
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Bei der rotierenden elektrischen Maschine 3 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst das Zwischenelement 12 des Rotors 10 den zweiten Abschnitt 12b wie bei der ersten Ausführungsform. Daher stellt die zweite Ausführungsform einen Rotor 10 bereit, der nicht beschädigt werden kann, eine Gewichtsreduzierung ermöglicht und einen Temperaturanstieg während des Drehens verhindert. Durch den Einsatz des Rotors 10 bei der rotierenden elektrischen Maschine 3 kann die Leistungsdichte der rotierenden elektrischen Maschine 3 erhöht werden, während gleichzeitig verhindert wird, dass die Temperatur der rotierenden elektrischen Maschine 3 ansteigt.
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Die Ausführungsformen können die folgenden Konfigurationen umfassen.
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(Konfiguration 1)
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Eine rotierende elektrische Maschine, aufweisend:
- einen Rotor umfassend
- eine Drehwelle, die sich in eine erste Richtung erstreckt,
- einen ersten Kern, der um die Drehwelle in einer ersten Ebene senkrecht zur ersten Richtung vorgesehen ist,
- einen Permanentmagneten, der um den ersten Kern in der ersten Ebene vorgesehen ist, und
- ein Zwischenelement, das zwischen der Drehwelle und dem ersten Kern vorgesehen ist, wobei das Zwischenelement umfasst
- einen ersten Abschnitt, der eine Kohlenstofffaser enthält, und
- einen zweiten Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt in der ersten Richtung ausgerichtet ist und ein Metall enthält; und
- einen Stator, der um den Rotor in der ersten Ebene vorgesehen ist.
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(Konfiguration 2)
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Die Maschine gemäß Konfiguration 1, wobei
das Zwischenelement ein Paar zweite Abschnitte umfasst, und
der erste Abschnitt zwischen dem Paar zweite Abschnitte in der ersten Richtung angeordnet ist.
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(Konfiguration 3)
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Die Maschine gemäß Konfiguration 2, wobei
das Paar zweite Abschnitte jeweils an beiden Enden des Zwischenelements in der ersten Richtung angeordnet ist.
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(Konfiguration 4)
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Die Maschine gemäß Konfiguration 2 oder 3, wobei
das Paar zweite Abschnitte jeweils in Kontakt mit dem ersten Kern ist.
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(Konfiguration 5)
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Die Maschine gemäß einer der Konfigurationen 2 bis 4, wobei
eine Länge des ersten Abschnitts in der ersten Richtung länger ist als eine Länge jedes der Paare der zweiten Abschnitte in der ersten Richtung.
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(Konfiguration 6
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Die Maschine nach einer der Konfigurationen 1 bis 5, wobei
der erste Abschnitt einen faserverstärkten Kunststoff umfasst, der die Kohlenstofffaser enthält, und
der zweite Abschnitt Aluminium enthält.
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(Konfiguration 7)
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Die Maschine gemäß einer der Konfigurationen 1 bis 6, wobei
eine Öffnung in dem Zwischenelement ausgebildet ist.
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(Konfiguration 8)
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Die Maschine gemäß Konfiguration 7, wobei
die Öffnung das Zwischenelement entlang der ersten Richtung durchdringt.
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(Konfiguration 9)
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Die Maschine gemäß einer der Konfigurationen 1 bis 8, wobei
der Stator umfasst
- eine Spule, die um den Permanentmagneten in der ersten Ebene angeordnet ist, und
- einen zweiten Kern, der um die Spule in der ersten Ebene angeordnet ist.
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(Konfiguration 10)
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Ein Motor, der die rotierende elektrische Maschine gemäß einer der Konfigurationen 1 bis 9 verwendet.
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In der Spezifikation der Anmeldung beziehen sich „senkrecht“ und „parallel“ nicht nur auf streng senkrecht und streng parallel, sondern umfassen zum Beispiel auch die Schwankung aufgrund von Herstellungsprozessen usw.. Es reicht aus, im Wesentlichen senkrecht und im Wesentlichen parallel zu sein.
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Vorstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben. Allerdings sind die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränkt. Zum Beispiel kann der Fachmann durch ähnliche Anwendung die Erfindung durch geeignete Auswahl spezifischer Konfigurationen von Komponenten in den rotierenden elektrischen Maschinen, den Motoren, den Rotoren oder den Permanentmagnetmotoren wie Drehwellen, Zwischenelemente, Rotorkerne, Permanentmagnete, Abdeckungen, Spulen, Statorkerne, Gehäuse und Öffnungen usw. aus dem Stand der Technik enthalten. Eine solche Anwendung ist in dem Umfang der Erfindung umfasst, soweit damit ähnliche Wirkungen erzielt werden.
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Ferner können zwei oder mehr Komponenten der spezifischen Beispiele im Rahmen der technischen Machbarkeit kombiniert werden und sind im Umfang der Erfindung umfasst, soweit der Zweck der Erfindung umfasst ist.
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Darüber hinaus sind alle rotierenden elektrischen Maschinen, Motoren, Rotoren und Permanentmagnetmotoren, die durch eine entsprechende konstruktive Änderung durch den Fachmann auf der Grundlage der oben beschriebenen rotierenden elektrischen Maschinen, Motoren, Rotoren und Permanentmagnetmotoren als Ausführungsformen der Erfindung realisierbar sind, ebenfalls vom Umfang der Erfindung umfasst, soweit der Zweck der Erfindung umfasst ist.
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Verschiedene andere Varianten und Modifikationen können vom Fachmann innerhalb des Geistes der Erfindung erhalten werden, und es versteht sich, dass solche Varianten und Modifikationen auch innerhalb des Umfangs der Erfindung umfasst sind.
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Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Umfang der Erfindungen nicht beschränken. In der Tat können die hierin beschriebenen neuen Ausführungsformen in einer Vielzahl anderer Formen ausgeführt werden; außerdem können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hierin beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindungen abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, die in den Umfang und Geist der Erfindung fallen.
