DE10230404A1

DE10230404A1 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10230404A1
Application number: DE10230404A
Authority: DE
Inventors: Shinji Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2022-07-06
Also published as: DE10230404B4; FR2828773B1; US20030015931A1; FR2828773A1; JP3466591B2; JP2003032978A; US6727631B2

Abstract

Es wird eine rotierende elektrische Vorrichtung beschrieben, welche zur Erhöhung oder Verminderung der Drehgeschwindigkeit eines rotierenden magnetischen Feldes im Vergleich mit der Drehung eines Rotors fähig ist. Ein Anker (1) mit einer Ankerwicklung (4) und ein Feldelement (2) mit einer Feldwicklung (8) bilden einen Stator. Ein Rotor (9) rotiert, wobei dieser magnetischen Polflächen des Ankers (1) und des Feldelements (2) zugewandt ist. Der Rotor (9) weist eine erste Wicklung (16), welche an einem Abschnitt angeordnet ist, der dem Feldelement (2) zugewandt ist, und eine Leistung durch ein magnetisches Feld erzeugt, das durch das Feldelement (2) erzeugt wird, und eine zweite Wicklung (17) auf, welche an einem Abschnitt angeordnet ist, der dem Anker (1) zugewandt ist, und welche mit einem elektrischen Strom von der ersten Wicklung (16) versorgt wird und ein magnetisches Feld auf die Ankerwicklung (8) aufbringt. Die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) sind in umgekehrter Phasensequenz oder in der gleichen Phasensequenz verbunden.

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine bzw. Vorrichtung, welche fähig ist, eine hohe Ausgangsleistung durch Drehen eines sich drehenden magnetischen Feldes mit einer Geschwindigkeit zu erhalten, welche sich von der Drehgeschwindigkeit eines Rotors unterscheidet.

2. Stand der Technik

Bei einer herkömmlichen drehfeldartigen rotierenden elektrischen Maschine, wie beispielsweise einem Generator bzw. einer Lichtmaschine für Fahrzeuge oder einem Synchrongenerator, ist die Drehgeschwindigkeit des magnetischen Feldes gleich der Drehgeschwindigkeit des Rotors. Die drehfeldartige rotierende elektrische Maschine erfordert einen Schleifring und eine Bürste, um einen elektrischen Strom zu einer Feldwicklung zuzuführen, und die Maschine kann nicht vollkommen wartungsfrei sein. Eine wartungsfreie, rotierende elektrische Maschine ohne Schleifring und Bürste ist eine induktionsdrehartige, rotierende elektrische Maschine, wobei ein Anker und eine Feldwicklung fixiert sind, und wobei ein Induktor zwischen dem Anker und der Feldwicklung angeordnet ist, und wobei ein sich drehendes magnetisches Feld auf den Anker durch Rotieren des Induktors aufgebracht wird.

Beispielsweise offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 15929-1995 einen Stand der Technik, welcher sich auf eine vorstehende induktordrehartige, rotierende elektrische Maschine bezieht. Bei diesem Stand der Technik dient ein Induktor als Rotor und rotiert in einem Luftspalt, welcher zwischen einem Feld eines Stators, welcher in axialer Richtung magnetisiert ist, und einem Anker desselben Stators ausgebildet wird, wobei ein sich drehendes magnetisches Feld auf den Anker aufgebracht wird. Bei einer derartigen Struktur ist ein Schleifring und eine Bürste nicht erforderlich, und ferner ist die Maschine wartungsfrei, wobei jedoch die Drehgeschwindigkeit des Drehfeldes gleich der Drehgeschwindigkeit des Rotors als Folge davon ist.

Um eine ausreichende Ausgabeleistung bei geringer Größe einer rotierenden elektrischen Maschine zu erhalten, ist es im Fall eines Generators beispielsweise notwendig, die Drehgeschwindigkeit des Rotors zu erhöhen und die Windungsanzahl der Ankerwicklung zu erhöhen, im Vergleich mit dem sich zuerst bewegenden Element. Im Fall von beispielsweise eines Generators für ein Fahrzeug erfordert bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem breiten normalen Drehbereich, einem zunehmenden Geschwindigkeitsanhebungsverhältnis des Rotors zu dem sich zuerst bewegenden Element, seit die Maschine eine ausreichende Festigkeit aufweist, um der Zentrifugalkraft zu widerstehen, und wobei eine Grenze bei der Erhöhung des Geschwindigkeitszunahmeverhältnisses existiert. Solange die sich drehende elektrische Maschine keine großen Dimensionen annimmt, entspricht die Zunahme der Windungszahl der Ankerwicklung in etwa der Zunahme des Kupferverlustes der Ankerwicklung, und folglich steigt die Temperatur beträchtlich an, wobei es schwierig wird, die Ausgangsleistung bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit geringem Ausmaß zu erhöhen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend erwähnten Probleme, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, welche fähig ist, eine ausreichende Ausgangsleistung zu erreichen, ohne die Geschwindigkeit eines Rotors selbst zu erhöhen und ohne die Windungsanzahl einer Ankerwicklung zu erhöhen, wobei dies durch Rotieren eines sich drehenden magnetischen Feldes bei einer Geschwindigkeit erreicht wird, welche sich von einer Drehgeschwindigkeit eines Rotors für den Fall unterscheidet, bei welcher die rotierende elektrische Maschine als Generator verwendet wird.

Gemäß der Erfindung umfasst eine rotierende elektrische Maschine einen Anker, welcher einen Stator bildet, ein Feldelement, welches den Stator mit dem Anker bildet, einen Rotor, welcher dem Anker und dem Feldelement zugewandt rotiert, eine erste Wicklung, welche an einem Abschnitt angeordnet ist, welcher dem Feldelement des Rotors zugewandt ist, und eine elektrische Leistung mittels eines magnetischen Feldes erzeugt, welches durch das Feldelement erzeugt wird, und eine zweite Wicklung, welche an einem Abschnitt angebracht ist, welcher dem Anker des Rotors zugewandt ist, welchem ein elektrischer Strom von der ersten Wicklung zugeführt wird, und ein magnetisches Feld zu dem Anker aufbringt. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, ein rotierendes Magnetfeld mit einer Drehgeschwindigkeit zu erhalten, welche sich von der Drehgeschwindigkeit des Rotors von der zweiten Wicklung unterscheidet, und wobei die rotierende elektrische Maschine als ein Generator mit hoher Ausgangsleistung oder als ein Elektromotor mit hohem Drehmoment verwendet werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht, welche ein Verhältnis zwischen dem Stator und dem Rotor der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 3 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche einen Verbindungszustand einer Rotorwicklung der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 4 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 5 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 6 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 7 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 8 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 9 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 10 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche ein Verhältnis zwischen dem Stator und dem Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 11 zeigt ein Verbindungsdiagramm einer Rotorwicklung der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist ein Schaltkreisdiagramm einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist eine exemplarische schematische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 15 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht, welche eine rotierende elektrische Maschine gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 17 ist eine schematische Ansicht, welche eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ausführungsform 1

Die Fig. 1 bis 9 zeigen eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 ist eine Schnittansicht in axialer Richtung, Fig. 2 ist eine Schnittansicht, welche ein Verhältnis zwischen einem Stator und einem Rotor in einer Richtung quer zur axialen Richtung im rechten Winkel darstellt. Fig. 3 ist eine exemplarische schematische Ansicht, welche einen Verbindungszustand einer Wicklung des Rotors 2 von Fig. 2 darstellt, und wobei die Fig. 4 bis 8 exemplarische schematische Ansichten sind, welche verschiedene Qualifikationen gemäß dieser Ausführungsform darstellen. Fig. 9 ist eine Schnittansicht, welche eine Modifikation von Fig. 1 darstellt, wobei die Rotorwicklung hinsichtlich der Konfiguration geändert ist.
In Bezug auf Fig. 1 besteht die rotierende elektrische Maschine aus einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator aus einem Anker 1 und einem Feld bzw. Feldelement 2 aufgebaut ist. Ein Ankerkern 3 des Ankers 1 hat beispielsweise eine zwölfpolige Sechsphasenankerwicklung 4 und wird zwischen einem Fronthalter 5 und einem rückwärtigen Halter 6 gehalten. Ein zylindrischer Abschnitt 7a eines Feldkerns 7, welcher das Feldelement 2 bildet, ist an dem rückwärtigen Halter 6 eingepasst, und wobei die Feldwicklung 8 um einen hervorstehenden Polabschnitt 7b des Feldkerns 7 gewickelt ist. Ein Rotor 9 besteht aus einer Drehwelle 12, welche drehbar von einem Lager 10 an der Seite des Fronthalters 5 und einem Lager 11 an der Seite des rückwärtigen Halters 6 drehbar gelagert ist, einem Scheibenabschnitt 13, welcher an der Drehwelle 12 fixiert ist, einem Rotorkern 15, welcher an dem Scheibenabschnitt 13 mit einer Schraube 14 fixiert ist, und einer Wicklung des später beschriebenen Rotors.
Der Rotorkern 15 ist an der Seite des inneren Durchmessers des Ankerkerns 3 und an der Seite des äußeren Durchmessers des Feldkerns 7 durch einen Luftspalt derart angeordnet, so dass dieser durch die Drehung der Drehwelle 12 frei rotiert. Wie im Einzelnen in Fig. 2 gezeigt, ist eine erste Wicklung (im Folgenden als innere Wicklung bezeichnet) 16 an einem Abschnitt angeordnet, welcher dem Feldkern 7 an der Seite des inneren Durchmessers zugewandt ist. Ferner ist eine zweite Wicklung (im Folgenden als äußere Wicklung bezeichnet) 17 an einem Abschnitt angeordnet, welcher dem Ankerkern 3 an der Seite des äußeren Durchmessers zugewandt ist. Die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 werden aus einem stangenförmigen, nicht-magnetischen elektrischen Konduktor gebildet, wie beispielsweise einem Aluminium- oder Kupferinduktionsmotor in der Art eines Käfigläufers, und wobei ein Ende davon durch einen herkömmlichen Kurzschlussring 18 kurzgeschlossen ist. Das andere Ende der inneren Wicklung 16 und der äußeren Wicklung 17 sind in einem Verbindungsabschnitt 19 verbunden, wie später beschrieben. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Rolle, welche an dem Drehschaft 12 angebracht ist, das Bezugszeichen 21 ist ein Gleichrichter zum Gleichrichten einer Wechselstromausgabe einer Ankerwicklung 4, und das Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Regulator zum Steuern eines elektrischen Stroms der Feldwicklung 8.
Die Ankerwicklung 4 und die Feldwicklung 8 sind in den Fig. 2 und 3 weggelassen. Der zylindrische Abschnitt 7a und der hervorstehende Polabschnitt 7b des Feldkerns 7 sind durch einen Schwalbenschwanz miteinander verbunden, und wobei es ferner bevorzugt ist, dass diese in einem Körper als Folge davon integriert ausgebildet sind. Eine Front des hervorstehenden Polabschnitts 7b, welcher dem Rotorkern 15 zugewandt ist, ist derart ausgebildet, dass ein Luftspalt weiter bzw. breiter wird, sobald dieser nahe beiden Enden in Umfangsrichtung kommt, und wobei eine sinusförmige Spannung an der inneren Wicklung 16 des Rotors 9 durch eine derartige Struktur erzeugt wird. Die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 des Rotors 9 sind derart angeordnet, dass beispielsweise eine Sechsphasenausgabe für zwölf Pole erhalten wird, die durch den Feldkern 7 gebildet werden. Wie vorstehend beschrieben, ist ein Ende der inneren Wicklung 16 und der äußeren Wicklung 17 des Rotors 9 durch den Kurzschlussring 18 kurzgeschlossen, und wobei das andere Ende von diesem mit dem Verbindungsabschnitt 19 verbunden ist, so dass die Phasen in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind.
Fig. 3 zeigt einen Zustand des vorstehend erwähnten Verbindungsabschnitts 19, welcher eine Seitenansicht ist, die von einer Endflächenseite des Verwendungsabschnitts 19 gesehen ist.
Bezüglich der Fig. 2 und 3 wird angenommen, dass die entsprechenden Phasen der inneren Wicklung 16 u-Phasen, v- Phasen, w-Phasen, -u-Phasen, -v-Phasen und -w-Phasen sind, und wobei entsprechende Phasen der äußeren Wicklung 17 U- Phasen; V-Phasen, W-Phasen, -U-Phasen, -V-Phasen und -W- Phasen sind, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei die u-Phase mit der U-Phase verbunden ist, wobei die v-Phase mit der W-Phase verbunden ist, wobei die w-Phase mit der V-Phase verbunden ist, wobei die -u-Phase mit der -U-Phase verbunden ist, wobei die -v-Phase mit der -W-Phase verbunden ist, und wobei die -w-Phase mit der -V-Phase verbunden ist. Als Folge einer derartigen Verbindung wird die Feldwicklung 8 durch eine Gleichstromleistungsquelle erregt, wobei dadurch der Rotor 9 rotiert wird. Somit wird ein Wechselstrom sechsphasenerzeugender Strom, welcher an der inneren Wicklung 16 des Rotors 9 erzeugt wird, zu der äußeren Wicklung 17 in umgekehrter Phasensequenz zugeführt, und wobei die Ankerwicklung 4 erregt wird.
Der erzeugte Strom der inneren Wicklung 16 fließt derart, dass ein magnetischer Fluss in einer Richtung entgegengesetzt zu einem magnetischen Fluss erzeugt wird, welcher mit der inneren Wicklung 16 verbunden ist bzw. dieser entspricht. Der magnetische Fluss, welcher der inneren Wicklung 16 entspricht, ist ein magnetischer Fluss, welcher durch die Feldwicklung 8 erzeugt wird. Da die Feldwicklung 8 fixiert ist, wird der magnetische Fluss durch die innere Wicklung 16in einem stationären Zustand für die Feldwicklung 8 erzeugt, welche als ein Stator dient. Mit anderen Worten wird der magnetische Fluss, welcher durch die innere Wicklung 16 erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Rotors 9 mit derselben Geschwindigkeit wie der Rotor 9 rotiert. Daher rotiert eine magnetische Spannung, welche von dem Strom der äußeren Wicklung 17 erzeugt wird, die mit der inneren Wicklung 16 in umgekehrter Phasensequenz verbunden ist, in derselben Richtung und mit derselben Drehgeschwindigkeit wie der Rotor 9.
Die magnetische Spannung, welche durch den elektrischen Strom der äußeren Wicklung 17 erzeugt wird, ist im Wesentlichen gleich zu derjenigen der Feldwicklung 8 und dreht sich zweimal so schnell wie die Drehgeschwindigkeit des Rotors 9. Dementsprechend wird ein rotierendes magnetisches Feld, welches zweimal so hoch wie die Drehung des Feldes 2 ist, auf die Ankerwicklung 4 aufgebracht, und wobei die Drehgeschwindigkeit des sich drehenden magnetischen Feldes erhöht wird, ohne die Drehgeschwindigkeit des Rotors selbst zu erhöhen. Daher ist es möglich, einen Generator mit hoher Ausgangsleistung zu erhalten, bei die Wicklungszahl der Ankerwicklung 4 auf die Hälfte reduziert ist und wobei die Ausgabe des elektrischen Stroms um das Zweifache erhöht ist. Ferner ist bei diesem Generator der Wicklungswiderstand auf ein Viertel reduziert (die Windungsanzahl ist auf die Hälfte reduziert und die Abschnittsfläche ist um das Zweifache erhöht). In dem Fall, dass die Maschine dazu fähig ist, eine Ausgangsleistung in derselben Art und Weise wie die herkömmliche Maschine zu erhalten, ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Rotors 9 auf die Hälfte zu reduzieren. Ebenso ist es möglich, das Geschwindigkeitsreduktionsverhältnis zwischen der Maschine und dem antreibenden Bewegungselement zu reduzieren, wobei die Vorrichtung als Ganzes eine geringe Größe aufweist, und wobei eine sich drehende elektrische Maschine mit geringem magnetischen Lärm bzw. Geräuschentwicklung durch Reduzierung der magnetischen Fluxquantität erhalten wird. Als Folge davon ist es möglich, einen Generator mit verschiedensten Charakteristiken zu erhalten.
Die Fig. 4 bis 8 zeigen Modifikationen der rotierenden elektrischen Maschine, welche wie vorstehend beschrieben arbeitet. Fig. 4 ist eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine, welche hinsichtlich Fig. 3 beschrieben ist, und bei welcher der Anker 1 in eine Fünfphasenwindung geändert ist, wobei der Rotor 9 die sechsphaseninnere Wicklung 16 und die sechsphasenäußere Wicklung 17 in derselben Art und Weise wie in Fig. 3 aufweist, und wobei die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind. Fig. 5 zeigt eine Modifikation, bei der der Rotor 9 eine Vierphasenwindung aufweist, und wobei die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind. Fig. 6 zeigt eine Modifikation, bei der der Rotor 9 eine Zehnphasenwindung aufweist, und wobei die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind. Fig. 7 zeigt eine Modifikation, bei der der Anker 1 eine Fünfphasenwindung aufweist, wobei der Rotor 9 eine Vierphasenwindung aufweist, und wobei die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind. Fig. 8 zeigt eine Modifikation, bei der der Rotor 9 eine Fünfphasenwindung aufweist. In jeder dieser Modifikationen formen das Feldelement 2 und die innere Wicklung 16 zwölf Pole, und der Anker 1 und die äußere Wicklung 17 formen ebenso zwölf Pole. Somit ist es für den Fall, in welchem die Anzahl der Pole an dem Feldelement 2 und derjenigen an dem Anker 1, wie vorstehend beschrieben, gleich ist, möglich, die Geschwindigkeit des rotierenden magnetischen Feldes zweimal so hoch wie die Geschwindigkeit des Rotors 9 zu erhöhen. Es ist leicht, die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 lediglich durch Anordnung dieser zu verbinden, wobei diese dieselbe Anzahl von Phasen aufweisen, und somit ist es möglich, das magnetische Geräusch lediglich durch Anordnung des Ankers 1 und des Rotors 9 dadurch zu reduzieren, dass diese eine unterschiedliche Anzahl von Phasen aufweisen.
Bei jeder der vorstehenden Modifikationen liegen Luftspalte sowohl an dem inneren Durchmesser als auch an dem äußeren Durchmesser des Rotors 9 vor. Daher ist es vorteilhaft, den Unterschied in effektiven Bereichen des Luftspalts zu vermindern und den Unterschied in der magnetischen Flussdichte in dem Luftspalt durch Zunahme der axialen Länge des Feldkerns 7 an der Seite des inneren Durchmessers zu vermindern, im Gegensatz zu dem Ankerkern 3 an der Seite des äußeren Durchmessers zu vermindern. Obwohl das Feldelement 2 durch die Feldwicklung 8 gebildet wird, welche um den hervorstehenden Polabschnitt 7b des Feldkerns 2 in der vorgehenden Beschreibung gewickelt ist, wird es ferner bevorzugt, dass die Vielzahl der magnetischen Pole durch eine Feldwicklung ausgebildet wird, welche ein Feldelement mit Klauenpolen verwendet. Ferner ist es ebenso bevorzugt, die Struktur zu vereinfachen, welche einen Permanentmagneten als Feldelement 2 verwendet. Da insbesondere das Feldelement 2 ein Stator ist, ist es extrem leicht, den Permanentmagneten zu verwenden.
Wie in Fig. 9 gezeigt, ist es möglich, die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 durch Ausdehnen der inneren Wicklung 16 und der äußeren Wicklung 17 ferner in axialer Richtung von der Endfläche des Rotorkerns 15 und durch Bilden eines Luftspaltes 23 zwischen dem Verbindungsabschnitt 19 und dem Rotorkern 15 effektiv zu kühlen. Wenn gerade Winkellinien in der inneren Wicklung 16, der äußeren Wicklung 17 und dem Verbindungsabschnitt 19 bei der Verwendung beteiligt sind, formt der Verbindungsabschnitt 19 einen Lüfter, und dadurch ist es möglich, die Ankerwicklung 4 unter Verwendung des Lüftereffekts zu kühlen. Ebenso wird es bevorzugt, den Kurzschlussring 18 und den Lüfter in einer Einheit integriert auszubilden.
Es ist effektiv, dass Schlitze, bei welchen die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 jeweils an dem Rotor 9 eingesetzt sind, zu der Drehwelle 12 hin abgeschrägt sind. Die abgeschrägte innere Wicklung 16 korrigiert die Variation des magnetischen Flusses des Feldelements 2, so dass ein elektrischer Strom, welcher durch die innere Wicklung 16 fließt, näher an eine Sinuswelle heranreicht. Ferner kann die abgeschrägte äußere Wicklung 17 die magnetische Flussverteilung in dem Luftspalt zwischen der äußeren Wicklung 17 und dem Anker 1 nahezu zu einer Sinuswelle ausbilden. Wenn ferner die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 des Rotors 9 und der Kurzschlussring 18 durch Aluminiumgießen ausgebildet werden, ist es möglich, den Rotor 9 einfacher herzustellen.
Wenn die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 des Rotors 9 wie in Fig. 3 verbunden sind, beeinflussen sich der magnetische Fluss der inneren Wicklung 16 und derjenige der äußeren Wicklung 17 untereinander. Dementsprechend fließt der magnetische Fluss nicht in dem mittleren Teil zwischen der u- Phase der inneren Wicklung 16 und der U-Phase der äußeren Wicklung 17. Daher ist es möglich, den Kern an diesem Abschnitt leichter zu machen, und beispielsweise, wenn die Schraube 14 für das Fixieren des Rotors 9 an diesem Abschnitt vorgesehen ist, ist es möglich, eine passende Struktur zu erhalten, welche nicht sämtliche Charakteristiken negativ beeinflusst. Ferner ist es möglich, den Kühlungseffekt dadurch zu verbessern, dass eine Luftöffnung in dem mittleren Teil der U-Phase und der U-Phase vorgesehen ist.

Ausführungsform 2

Die Fig. 10 und 11 dienen der Erläuterung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 10 ist eine exemplarische, schematische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen dem Stator und dem Rotor darstellt, und Fig. 11 ist ein Verbindungsdiagramm der Rotorwicklung. In dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Anker 1 und das Feldelement 2, welches den Stator bildet, eine unterschiedliche Anzahl von Polen aufweisen, was auf der Anzahl der Konduktoren basiert, und wobei die Verbindung der inneren Wicklung 16 und der äußeren Wicklung 17 des Rotors 9 dementsprechend geändert werden kann.
Fig. 10 zeigt eine Anordnung, bei der der hervorstehende Polabschnitt 7b des Feldelementes 2 sechspolig ausgeführt ist, die Anzahl der Wicklungen des Ankers 1 36 ist und eine Zwölfpol-Dreiphasenwicklung verwendet wird. Bei dem Rotor 9 ist die innere Wicklung 16 dreiphasig und bildet eine sechspolige Wicklung in derselben Art und Weise wie das Feldelement 2, und wobei die äußere Wicklung 17 zwölfpolig in derselben Art und Weise wie der Anker 1 ausgebildet ist und eine Dreiphasenwicklung bildet, und wobei diese, wie in Fig. 11 gezeigt, verbunden sind. In Fig. 11 sind die Windungsenden an einer Seite der inneren Wicklung 16 bei einem neutralen Punkt 24 verbunden, und wobei die Windungsenden an der anderen Seite mit den entsprechenden Phasen der gemeinsamen Leitungen 26 bzw. Linien 26 verbunden sind, und somit eine Sternverbindung bilden. Die Windungsenden an einer Seite der äußeren Wicklung 17 sind zu einem neutralen Punkt 25 verbunden, und die Windungsenden an der anderen Seite sind zu entsprechenden Phasen der gemeinsamen Leitungen 26 verbunden, wobei dadurch eine Sternverbindung gebildet wird.
Bei der vorstehenden Anordnung wird ein elektrischer Strom mit einer Frequenz, welche durch f = Npa/2 ausgedrückt wird, an der inneren Wicklung 16 erzeugt, und wobei dieser elektrische Strom zu der äußeren Wicklung 17 zugeführt wird, wenn die Anzahl der Pole des Feldelementes Pa ist und die Drehgeschwindigkeit des Rotors 9 N ist. Wenn dieser elektrische Strom durch die äußere Wicklung 17 fließt, ist anzunehmen, dass die Anzahl der Pole an der Ankerseite Pb ist, und wobei die Drehgeschwindigkeit des Feldes mittels der äußeren Wicklung 17 im Hinblick auf den Rotor 9 durch n = f/(Pb/2) ausgedrückt wird. Wenn dementsprechend die äußere Wicklung 17 mit der inneren Wicklung 16 bei umgekehrter Phasensequenz in derselben Art und Weise wie bei der vorstehenden ersten Ausführungsform verbunden ist, wird die Drehgeschwindigkeit des Feldes mittels der äußeren Wicklung 17 auf N(1 + Pa/Pb) erhöht, und wenn die äußere Wicklung 17 mit der inneren Wicklung 16 in der gleichen Phasensequenz verbunden wird, reduziert sich die Drehgeschwindigkeit des Feldes auf N(1 - Pa/Pb).
Wie vorstehend beschrieben, kann die Drehgeschwindigkeit des rotierenden magnetischen Feldes bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart festgesetzt werden, dass diese höher oder niedriger als die Drehgeschwindigkeit des Rotors 9 in Abhängigkeit davon ist, ob die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 in umgekehrter Phasensequenz oder in der gleichen Phasensequenz verbunden sind. Wenn diese in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind, kann ein Generator mit hoher Ausgangsleistung oder ein Generator mit geringer magnetischer Lärmerzeugung durch Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Magnetfeldes in derselben Art und Weise wie bei der vorstehenden ersten Ausführungsform erreicht bzw. erzielt werden. Wenn diese andererseits in der gleichen Phasensequenz verbunden sind und die Vorrichtung als Synchrongenerator verwendet wird, kann ein elektrischer Motor mit einer Drehgeschwindigkeit erzielt werden, welche höher ist als der Frequenz der elektrischen Leistung, welche zu der Ankerwicklung 4 zugeführt wird.
Die vorstehenden Vorteile werden aufgrund eines Unterschiedes zwischen der Anzahl der Pole des Feldelementes 2 und derjenigen der Pole des Ankers 1 erzielt. Es ist zu erwähnen, dass die Anzahl der Pole des Feldelementes 2 und des Ankers 1 sowie die Phasen des Rotors 9 nicht beschränkt bzw. begrenzt sind. Wenn beispielsweise die Anzahl der Pole der entsprechenden Wicklungen des Rotors gleich derjenigen des Feldelementes 2 und des Ankers 1 ist, werden die gleichen Vorteile erreicht, selbst wenn der Rotor 9 vierphasig, fünfphasig oder mehr als fünf Phasen aufweist, und ebenso ist es möglich, den magnetischen Lärm durch Festlegung der Anzahl der Phasen des Ankers 1 reduziert werden, und wobei der Rotor 9 nicht ein integriertes Vielfaches davon ist.

Ausführungsform 3

Fig. 12 ist ein Schaltkreisdiagramm einer rotierenden elektrischen Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und wie teilweise bei der vorstehenden zweiten Ausführungsform beschrieben, wird die rotierende elektrische Vorrichtung als Synchrongenerator in dieser Ausführungsform verwendet. In der Zeichnung wird die Dreiphasenankerwicklung 4 des Ankers 1 mit einer Dreiphasenleistung bzw. einem Dreiphasenstrom von einem Inverter 27 versorgt, welcher aus einem Schaltelement 28 bis 33 aufgebaut ist, und wobei dieser Inverter 27 mit einer Leistung von eine Leistungsquelle 34 versorgt wird. Die Feldwicklung 8 wird mit einem Feldstrom von einer Gleichstromleistungsquelle 34a versorgt, und wobei der Wert des Feldstroms durch ein Schaltelement 35 gesteuert wird. Der Rotor 9 ist mit der inneren Wicklung 16 und der äußeren Wicklung 17 versehen, und wobei die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 wie in der vorstehenden ersten oder zweiten Ausführungsform verbunden ist.
Wenn die rotierende elektrische Maschine als Synchrongenerator in dieser Art und Weise verwendet wird, ist es bei einem derartigen Fall möglich, bei dem die innere Wicklung 16 und die äußere Wicklung 17 des Rotors 9 in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind und wobei der Anker 1 und das Feld 2 die gleiche Anzahl von Polen aufweisen, die Vorrichtung als Synchrongenerator zu verwenden, dessen Anzahl an Polen zweimal so hoch ist, was auf den gleichen Grund wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform zurückzuführen ist. In einem Fall, in welchem der Anker 1 und das Feldelement 2 unterschiedliche Anzahlen von Polen aufweisen, ist es möglich, die Vorrichtung als elektrischen Motor mit hohem Drehmoment durch Erhöhung oder Verminderung der Drehgeschwindigkeit zu verwenden, welche einem Polanzahlverhältnis des Ankers 1 zu dem Feldelement 2 entspricht, was auf den gleichen Grund wie bei der vorstehenden zweiten Ausführungsform zurückzuführen ist. Dieser elektrische Motor startet nicht, wenn der Rotor 9 durch eine starke Last blockiert bzw. verriegelt ist, und daher wird es bevorzugt, den elektrischen Motor durch Steuerung einer Frequenz des Inverters 27 zur Zeit des Startens zu steuern und den elektrischen Motor synchron anzutreiben, nachdem der elektrische Motor gestartet worden ist.

Ausführungsform 4

Die Fig. 13 und 14 sind Erläuterungen einer rotierenden elektrischen Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Rotorkern 15 des Rotors 9 ist mit Schlitzen 37 in der Umfangsrichtung in Fig. 13 versehen. Durch Verwendung einer derartigen Struktur beeinflusst der magnetische Fluss des Feldelementes 2 den magnetischen Fluss, welcher durch den elektrischen Strom der inneren Wicklung 16 erzeugt wird, nicht eine magnetische Flusswellenform, welche durch die äußere Wicklung 17 ausgebildet wird, wobei Unregelmäßigkeiten der Spannung der Wellenform der Ankerwicklung 4 unterdrückt werden. Ferner wird die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem magnetischen Fluss, welcher durch die innere Wicklung 16 erzeugt wird, und des magnetischen Flusses reduziert, welcher durch die äußere Wicklung 17 erzeugt wird, und wobei das magnetische Geräusch ebenso vermindert wird. Als Folge der Einbettung eines nichtmagnetischen elektrischen Konduktors in den Schlitzen 37 strömt ferner ein verwirbelter Strom durch den nichtmagnetischen elektrischen Konduktor, wobei dadurch der gewünschte Effekt erhöht wird.
In Fig. 14 erstreckt sich ein nicht-magnetischer elektrischer Konduktor bzw. Leiter 38 zu dem Scheibenabschnitt 13 und ist mit diesem verbunden, welcher an der Drehwelle 12 fixiert ist, und wobei der Rotor 9 an der Drehwelle 12 durch den nicht-magnetischen elektrischen Konduktor 38 gehalten und angetrieben wird. Als Folge der Verwendung des nichtmagnetischen elektrischen Konduktors 38, wie vorstehend beschrieben, kann der Rotor 9 und die Drehwelle 12 leicht verbunden werden, ohne dass jegliche Schraube an dem Rotorkern 15 vorgesehen ist, welcher aus laminierten Eisenplatten aufgebaut ist.

Ausführungsform 5

Fig. 15 ist eine exemplarische schematische Darstellung, um eine Struktur einer drehelektrischen Vorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern. In jeder der vorstehenden Ausführungsformen ist der Anker 1, welcher als Stator dient, an der äußeren Durchmesserseite angeordnet, und das Feldelement 2, welches denselben Stator bildet, ist an der inneren Durchmesserseite angeordnet, und wobei der Rotor 9 zwischen dem Anker 1 und dem Feldelement 2 rotiert. Andererseits ist bei dieser Ausführungsform, wie in Fig. 15 gezeigt, das Feldelement 2 an der äußeren Durchmesserseite angeordnet, und der Anker 1 ist an der inneren Durchmesserseite angeordnet, und wobei der Rotor 9 zwischen dem Feldelement 2 und dem Anker 1 rotiert. In einigen Fällen ist die Anordnung des Feldelementes 2 an der äußeren Durchmesserseite vorteilhafter in Abhängigkeit der Struktur der rotierenden elektrischen Vorrichtung, und die gleichen Vorteile werden bei einer derartigen Struktur erreicht, welche hinsichtlich jeder der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind.

Ausführungsform 6

Fig. 16 ist eine schematische Ansicht einer rotierenden elektrischen Vorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher der Anker 1 und das Feldelement 2 in axialer Richtung angeordnet sind. Der Ankerkern 1 mit der Ankerwicklung 4 und der Feldkern 7 mit der Feldwicklung 8 sind in axialer Richtung an dem inneren Durchmesser eines Poljochs 39 angeordnet. Ein erster Rotorkern 40 ist mit einer ersten Vielphasenrotorwicklung 41 versehen, und ein zweiter Rotorkern 42, welcher dem inneren Durchmesser des Ankerkerns 3 zugewandt ist, ist mit einer zweiten Vielphasenrotorwicklung 43 versehen. Die erste Rotorwicklung 41 und die zweite Rotorwicklung 43 sind an einem Verbindungsabschnitt 44 verbunden.
Die erste Rotorwicklung 41 entspricht der inneren Wicklung 16 bei der vorstehenden ersten Ausführungsform, und die zweite Rotorwicklung 43 entspricht der äußeren Wicklung 17. Bei dem Verbindungsabschnitt 44 ist in derselben Art und Weise wie bei dem Verbindungsabschnitt 19 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform die zweite Rotorwicklung 43 mit der ersten Rotorwicklung 41 in umgekehrter Phasensequenz oder in der gleichen Phasensequenz verbunden. Selbst wenn bei der rotierenden elektrischen Vorrichtung mit einer derartigen Struktur die Drehgeschwindigkeit des rotierenden magnetischen Feldes, welches durch die zweite Rotorwicklung 43 im Hinblick auf den Anker 1 erzeugt wird, zweimal so hoch ist wie die Drehgeschwindigkeit der Drehwelle 12, solange der Anker 1 und das Feldelement 2 dieselbe Anzahl an Polen aufweisen und die erste Rotorwicklung 41 und die zweite Rotorwicklung 43 in umgekehrter Phasensequenz verwunden sind, werden die gleichen Vorteile erzielt, welche hinsichtlich der vorstehenden ersten Ausführungsform beschrieben worden sind. Wenn zusätzlich die Anzahl der Pole des Ankers 1 und des Feldelementes 2 in derselben Art und Weise festgesetzt werden, wie hinsichtlich der vorstehenden zweiten Ausführungsform beschrieben, werden die gleichen Vorteile erzielt, welche in Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben worden sind.

Ausführungsform 7

Fig. 17 ist eine schematische Ansicht einer rotierenden elektrischen Vorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind der Anker 1 und das Feldelement 2 parallel angeordnet, wobei diese in axialer Richtung der Drehwelle 12 einander zugewandt sind. Der Rotor 9 ist zwischen dem Anker 1 und dem Feldelement 2 angeordnet und rotiert mit einem vorbestimmten Luftspalt zwischen dem Rotor 9 und dem Anker 1 als auch zwischen dem Rotor 9 und dem Feldelement 2. Der Betrieb dieser Ausführungsform ist der gleiche wie derjenige der vorstehenden ersten Ausführungsform, bei welcher der Anker 1, der Rotor 9 und das Feldelement 2 in radialer Richtung angeordnet sind. Jedoch ist der Luftspalt zwischen Rotor 9 und dem Anker 1 und derjenige zwischen dem Rotor 9 und dem Feld 2 hinsichtlich der Fläche der gleiche, und wobei die magnetische Flussdichte die gleiche in den beiden Luftspalten ist. Als Folge davon kann eine äußerst effiziente rotierende elektrische Vorrichtung erreicht werden. Bei einer derartigen Struktur, welche ein magnetisches, gesintertes Material als Kern verwendet, ist diese vorteilhafter als die Verwendung von laminierten Eisenplatten (wobei es schwierig ist, Schlitze an den laminierten Eisenplatten auszubilden).
Die vorliegende Erfindung weist die folgenden zusätzlichen Merkmale auf:
Es ist bevorzugt, dass die erste Wicklung und die zweite Wicklung eine Vielzahl von Phasen aufweisen und miteinander derart verbunden sind, dass die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch das Feldelement und die erste Wicklung ausgebildet werden, und die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch den Anker und die zweite Wicklung ausgebildet werden, derart festgelegt werden, dass sie einen gleichen Wert aufweisen, und wobei die erste Wicklung und die zweite Wicklung in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind. Als Folge einer derartigen Anordnung erhält man ein rotierendes Feld, welches zweimal so schnell rotiert wie die Drehgeschwindigkeit des Rotors, wobei dadurch ein Generator mit hoher Ausgangsleistung erzielt wird. Ferner ist es ebenso möglich, eine rotierende elektrische Vorrichtung mit geringer magnetischer Schallausbreitung durch Reduzieren der Drehgeschwindigkeit des Rotors auf die Hälfte, durch eine kleine Dimensionierung bzw. Verkleinerung der Vorrichtung zu erzielen, und wobei die Quantität des magnetischen Flusses reduziert wird.
Es wird bevorzugt, dass die erste Wicklung und die zweite Wicklung eine Vielzahl von Phasen aufweisen und miteinander derart verbunden sind, dass die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch das Feldelement und die erste Wicklung gebildet werden, und die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch den Anker und die zweite Wicklung gebildet werden, auf einen unterschiedlichen Wert festgelegt werden, und wobei die Phasen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des rotierenden magnetischen Feldes durch (1 + Polanzahlverhältnis) im Vergleich mit dem Rotor zu erhöhen, und wobei es möglich ist, die Ausgangsleistung des Generators und die geringe Größe des Generators zu erhöhen bzw. zu vergrößern.
Ferner ist es bevorzugt, dass die erste Wicklung und die zweite Wicklung eine Vielzahl von Phasen aufweisen und miteinander derart verbunden sind, dass die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch das Feldelement und die erste Wicklung gebildet werden, und die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch den Anker und die zweite Wicklung gebildet werden, auf einen unterschiedlichen Wert festgelegt werden, und wobei die erste Wicklung und die zweite Wicklung in derselben Phasensequenz verbunden sind. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, einen synchronen Generator mit einer Drehgeschwindigkeit zu erhalten, welche höher ist als eine Frequenz der elektrischen Leistung bzw. des elektrischen Stromes, welcher der Ankerwicklung zugeführt wird.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Feldelement, der Rotor und der Anker derart angeordnet sind, dass diese in radialer Richtung Luftspalte zwischen diesen bilden. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, eine rotierende elektrische Vorrichtung mit einer Konfiguration zu erhalten, welche für eine rotierende elektrische Vorrichtung für ein Fahrzeug, etc. geeignet ist.
Es ist bevorzugt, dass die rotierende elektrische Vorrichtung einen Feldkern, welcher einen magnetischen Pfad des Feldes ausbildet, einen Rotorkern, welcher einen magnetischen Pfad des Rotors ausbildet, und einen Ankerkern umfasst, welcher einen magnetischen Pfad des Ankers ausbildet, wobei eine Laminationsschicht des Feldkerns, der Rotorkern und der Ankerkern derart angeordnet sind, dass diese in radialer Richtung eine Dicke in axialer Richtung aufweisen, so dass eine innere Durchmesserseite der Laminationsschicht dicker ist. Als Folge einer derartigen Anordnung reduziert sich ein Unterschied zwischen den Flächen der Luftspalte, welche sich durch einen Unterschied im Radius ergeben, und wobei ein Unterschied in der magnetischen Flussdichte zwischen den Luftspalten reduziert wird, und wobei es folglich möglich ist, eine rotierende elektrische Vorrichtung mit hoher Effizienz zu erhalten.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass der Rotorkern, welche den Rotor bildet, ein nicht-magnetisches Material aufweist, welches zwischen einem Abschnitt, der die erste Wicklung umfasst, und einem Abschnitt angeordnet ist bzw. zwischen diesen liegt, welcher die zweite Wicklung umfasst. Als Folge der derartigen Anordnung vermindert sich der gegenseitige Einfluss des magnetischen Flusses der ersten Wicklung und des magnetischen Flusses der zweiten Wicklung, wobei sich die Leistung verbessert und wobei die magnetische Geräuschausbreitung reduziert wird.
Es ist bevorzugt, dass das erwähnte, nicht-magnetische Material aus Schlitzen ausgebildet ist, welche an dem Rotorkern vorgesehen sind. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, die erforderliche Performance bzw. Leistung durch eine einfache Struktur sicher zu stellen.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das erwähnt, nicht- magnetische Material aus einem nicht-magnetischen Metall aufgebaut ist, welches in den Rotorkern eingebettet ist. Als Folge einer derartigen Anordnung reduziert der entsprechende Strom in effektiver Art und Weise die gegenseitige Beeinflussung der magnetischen Flüsse.
Ferner ist es bevorzugt, dass das nicht-magnetische Material, welches in den erwähnten Rotorkern eingebettet ist, derart angeordnet ist, dass dieses von dem Rotor hervorragt und als ein Verbindungselement zum Verbinden des Rotors mit einer Drehwelle dient. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, den Rotor und die Drehwelle ohne Schwierigkeiten miteinander zu verbinden.
Es ist bevorzugt, dass das Feld und der Kern in axialer Richtung der Drehwelle angeordnet sind, und wobei der Rotor in einen ersten Rotorkern, welcher dem Feldelement zugewandt ist, und einen zweiten Rotorkern unterteilt ist, welcher dem Kern zugewandt ist, wobei der erste Rotorkern mit der ersten Wicklung versehen ist, und wobei der zweite Rotorkern mit der zweiten Wicklung versehen ist. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, die rotierende elektrische Vorrichtung auszubilden, welche in den Ansprüchen 1 bis 4 erläutert ist, ohne den äußeren Durchmesser davon zu erhöhen.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die erste Wicklung und die zweite Wicklung des Rotors die gleiche Anzahl an Phasen aufweist. Als Folge einer derartigen Anordnung wird die erste Wicklung und die zweite Wicklung ohne Schwierigkeiten miteinander verbunden, und wobei man die Vorteile erreicht, welche im Hinblick auf die Ansprüche 1 bis 4 beschrieben sind.
Es ist bevorzugt, dass die erste Wicklung und die zweite Wicklung des Rotors eine unterschiedliche Anzahl an Phasen gegenüber dem Anker aufweisen. Als Folge davon ist es möglich, die magnetische Geräuschbildung zu reduzieren.
Ferner ist es bevorzugt, dass die erste Wicklung und/oder die zweite Wicklung des Rotors durch einen Käfigläufer aus Aluminiumguss ausgebildet sind und durch einen Kurzschlussring an einer Endfläche des Rotorkerns kurzgeschlossen sind, wobei die erste Wicklung und die zweite Wicklung durch ein Verbindungselement an der anderen Endfläche verbunden sind. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, eine rotierende elektrische Vorrichtung ohne Schwierigkeiten herzustellen, welche in den Ansprüchen 1 bis 4 beschrieben ist.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die erste Wicklung und die zweite Wicklung des Rotors jeweils einen stangenförmigen Konduktor bzw. Leiter ausbilden, wobei die erste Wicklung und die zweite Wicklung durch einen Kurzschlussring an eine Endfläche des Rotorkerns kurzgeschlossen sind, und wobei ein Verbindungsabschnitt der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung an der anderen Endfläche ausgebildet ist, so dass dieser von der Endfläche des Rotorkerns um eine vorbestimmte Länge hervorragt. Als Folge einer derartigen Anordnung wird die Kühleffizienz von jeder Wicklung des Rotors verbessert.
Ferner ist es bevorzugt, dass ein Lüfter mit dem Kurzschlussring integriert ausgebildet ist. Als Folge einer derartigen Anordnung wird die Ankerwicklung durch eine einfache Struktur gekühlt.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Leitungskabel mit geradem Winkel als stangenförmige Leiter verwendet werden. Als Folge einer derartigen Anordnung bildet der Verbindungsabschnitt einen Lüfter, und es ist möglich, die Ankerwicklung ohne zusätzliche Montage eines neuen Lüfters zu kühlen.
Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass ein Abschnitt des Rotors, wo der magnetische Fluss durch gegenseitige Beeinflussung zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung ausgelöscht wird, mit einer Einpassstruktur zum Einpassen an der Drehwelle oder eine Ventilöffnung vorgesehen ist. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, eine Einpassstruktur auszubilden und den Kühleffekt ohne Beeinflussung der Charakteristiken zu verbessern.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Feldelement und der Anker einander zugewandt in axialer Richtung der Drehwelle angeordnet sind, und wobei der Rotor zwischen dem Feldelement und dem Anker angeordnet ist. Als Folge einer derartigen Anordnung kann die rotierende elektrische Vorrichtung innerhalb einer dünnen Struktur ausgebildet werden, welche für einen elektrischen Motor geeignet ist.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass ein Permanentmagnet als Feldelement verwendet wird. Als Folge einer derartigen Anordnung ist es möglich, da das Feldelement als Stator dient, dass eine rotierende elektrische Vorrichtung von simpler Struktur bereitgestellt wird, ohne der Festigkeit eine hohe Aufmerksamkeit schenken zu müssen.

Claims

1. Rotierende elektrische Vorrichtung, welche einen Anker (1), der einen Stator bildet, ein Feldelement (2), welches den Stator mit dem Anker (1) bildet, einen Rotor (9), welcher dem Anker (1) und dem Feldelement (2) zugewandt rotiert, eine erste Wicklung (16), welche an einem Abschnitt angeordnet ist, welcher dem Feldelement (2) des Rotors (9) zugewandt ist, und eine elektrische Leistung mittels eines magnetischen Feldes erzeugt, das durch das Feldelement (2) erzeugt wird, und eine zweite Wicklung (17) aufweist, welche an einem Abschnitt angeordnet ist, welcher dem Anker (1) des Rotors (9) zugewandt ist, der mit einem elektrischen Strom von der ersten Wicklung (16) versorgt wird, und welche ein magnetisches Feld auf den Anker (1) aufbringt.

2. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) eine Vielzahl von Phasen aufweisen und miteinander verbunden sind, so dass die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch das Feldelement (2) und die erste Wicklung (16) ausgebildet sind, und die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch den Anker (1) und die zweite Wicklung (17) ausgebildet sind, auf einen gleichen Wert festgelegt werden, und wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind.

3. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) eine Vielzahl von Phasen aufweisen und miteinander verbunden sind, so dass die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch das Feldelement (2) und die erste Wicklung (16) ausgebildet werden, und die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch den Anker (1) und die zweite Wicklung (17) ausgebildet werden, auf einen unterschiedlichen Wert festgelegt sind, und wobei die Phasen der ersten Wicklung (16) und der zweiten Wicklung (17) in umgekehrter Phasensequenz verbunden sind.

4. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) eine Vielzahl von Phasen aufweisen und miteinander verbunden sind, so dass die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch das Feldelement (2) und die erste Wicklung (16) ausgebildet werden, und die Anzahl der magnetischen Pole, welche durch den Anker (1) und die zweite Wicklung ausgebildet werden, auf einen unterschiedlichen Wert festgelegt sind, und wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) in der gleichen Phasensequenz verbunden sind.

5. Rotierende elektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Feldelement (2), der Rotor (9) und der Anker (1) in Reihenfolge in radialer Richtung mit Luftspalten zwischen diesen angeordnet sind.

6. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 5, welche einen Feldkern (7), der einen magnetischen Pfad des Feldelements (2) ausbildet, einen Rotorkern (15), welcher einen magnetischen Pfad des Rotors (9) ausbildet, und einen Ankerkern (3) aufweist, welcher einen magnetischen Pfad des Ankers (1) ausbildet, wobei eine laminierte Schicht des Feldkerns (7), des Rotorkerns (15) und des Ankerkerns (3) in Reihenfolge in radialer Richtung angeordnet ist und eine Dicke in axialer Richtung aufweist, so dass eine Seite des inneren Durchmessers der laminierten Schicht dicker ist.

7. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Rotorkern (15), der einen magnetischen Pfad des Rotors (9) ausbildet, ein nicht-magnetisches Material (37, 38) aufweist, das zwischen einem Abschnitt mit der ersten Wicklung (16) und einem Abschnitt mit der zweiten Wicklung (17) angeordnet ist.

8. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das nicht-magnetische Material aus Schlitzen (37) aufgebaut ist, die an dem Rotorkern (15) vorgesehen sind.

9. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das nicht-magnetische Material aus einem nicht- magnetischen Metall (38) aufgebaut ist, das in den Rotorkern (15) eingebettet ist.

10. Rotierende elektrische Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei das nicht-magnetische Metall (38), welches in dem Rotorkern (15) eingebettet ist, in der Art angeordnet ist, dass es von dem Rotor (7) hervorragt und als Verbindungselement zum Verbinden des Rotors (9) zusammen mit der Drehwelle (12) dient.

11. Rotierende elektrische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Feldelement (2) und der Anker (1) in axialer Richtung der Drehwelle (12) angeordnet sind, und wobei der Rotor (9) in einen ersten Rotorkern (40), welcher dem Feldelement (2) zugewandt ist, und einen zweiten Rotorkern (42) unterteilt ist, welcher dem Anker (1) zugewandt ist, und wobei der erste Rotorkern (40) mit der ersten Wicklung (16) versehen ist, und wobei der zweite Rotorkern (42) mit der zweiten Wicklung (17) versehen ist.

12. Rotierende elektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) des Rotors (9) die gleiche Anzahl von Phasen aufweisen.

13. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) des Rotors (9) eine unterschiedliche Anzahl von Phasen gegenüber der Anzahl der Phasen des Ankers (1) aufweisen.

14. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 11, wobei die erste Wicklung (16) und/oder die zweite Wicklung (17) des Rotors (9) als Läuferkäfig aus Aluminiumguss aufgebaut sind und durch einen Kurzschlussring (18) an einer Endfläche des Rotorkerns (15) kurzgeschlossen sind, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) durch ein Verbindungselement an der anderen Endfläche verbunden sind.

15. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 11, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) des Rotors (9) jeweils aus einem stangenförmigen Leiter ausgebildet sind, wobei die erste Wicklung (16) und die zweite Wicklung (17) durch einen Kurzschlussring (18) an einer Endfläche des Rotorkerns (15) kurzgeschlossen sind, und wobei ein Verbindungsabschnitt (19) der ersten Wicklung (16) und die zweite Wicklung (19) an der anderen Endfläche ausgebildet sind, so dass diese von der Endfläche des Rotorkerns (15) um eine vorbestimmte Länge hervorragen.

16. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei ein Lüfter mit dem Kurzschlussring (18) integriert ausgebildet ist.

17. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Leitungskabel mit geradem Winkel als stangenförmige Leiter verwendet werden.

18. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein Abschnitt des Rotors (9), wo der magnetische Fluss durch gegenseitige Beeinflussung zwischen der ersten Wicklung (16) und der zweiten Wicklung (17) ausgelöscht wird, mit einer Einpassstruktur zum Einpassen der Drehwelle (12) oder einer Ventilöffnung versehen ist.

19. Rotierende elektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Feldelement (2) und der Anker (1) einander zugewandt in axialer Richtung der Rotorwelle (12) angeordnet sind, und wobei der Rotor (9) zwischen dem Feldelement (2) und dem Anker (1) angeordnet ist.

20. Rotierende elektrische Vorrichtung nach Anspruch 5, 11 oder 19, wobei ein Permanentmagnet als Feldelement (2) verwendet wird.