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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine und insbesondere betrifft diese eine elektrische Rotationsmaschine, wobei ein Stator und ein Rotor mit einem Kühlöl gekühlt werden.
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Stand der Technik
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Eine elektrische Rotationsmaschine ist gebildet aus einem Rotor, welcher frei rotiert, und einem Stator, welcher vorgesehen ist, den Rotor zu umschließen, wobei ein Motor derart ausgebildet ist, dass eine Rotationskraft des Rotors durch Strom erhalten wird, welche derart erzeugt wird, dass dieser durch eine um den Stator gewickelte Statorspule fließt, und ein Generator derart ausgebildet ist, dass ein Strom in der Statorspule dadurch erzeugt wird, dass der Rotor rotiert wird. Diese elektrischen Rotationsmaschinen sind derart, dass der Stator und die Statorspule Wärme aufgrund eines durch die Statorspule fließenden Stroms erzeugen, wenn der Rotor rotiert, und sich eine Betriebseffizienz aufgrund der erzeugten Wärme vermindert. Daher wird eine Betriebseffizienz durch Kühlen des Rotors und des Stators aufrechterhalten.
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Ein Verfahren wurde als ein Kühlverfahren vorgeschlagen (beispielsweise siehe Patentdokument 1), wodurch, um ein Kühlöl an geschmierte Stellen und gekühlte Orte eines Stators und eines Rotors, welche in einem Inneren einer elektrischen Rotationsmaschine eingebettet sind, zuzuführen, das Kühlöl innerhalb eines Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine gelagert wird und das Kühlöl aufgenommen wird, durch Verwenden einer Rotationsbewegung des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine oder einem Reduktionszahnrad und vorübergehend in einem Reservoirabschnitt gelagert wird, welcher in einem oberen Abschnitt des Rotors vorgesehen ist, wonach Schmieren und Kühlen des Rotors dadurch ausgeführt wird, dass das Kühlöl in das Innere einer hohlen Welle des Rotors geführt wird.
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Ebenso wurde ein Verfahren vorgeschlagen, welches derart ausgebildet ist, dass ein Kühlöl unter Verwendung einer Pumpe unter Druck gesetzt wird und zu einem Stator geführt wird (beispielsweise Patentdokument 2), und ein Verfahren, wodurch mit einer Rotorwelle mit einer hohlen zylindrischen Form ein Kühlöl über Druck an den zylindrischen Abschnitt unter Verwendung einer Pumpe zugeführt wird, um den Rotor zu kühlen (beispielsweise Patentdokument 3).
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Literaturliste
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: JP-A-2009-209965
- Patentdokument 2: JP-A-2011-193642
- Patentdokument 3: JP-A-2010-104206
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Das im Patentdokument 1 vorgeschlagene Kühlverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine ist derart ausgebildet, dass das Kühlöl durch Verwenden der Drehbewegung des Rotors oder etwas ähnlichem aufgenommen wird, da damit ein Vorteil erzielt wird, sodass es keine Notwendigkeit für eine Pumpe zum Druckzuführen des Kühlöls gibt, allerdings, wenn ein Drehmomentsverlust auftritt, wenn das Öl aufgenommen wird, und die Menge des aufgenommenen Kühlöls in Abhängigkeit von dem Zustand der Öloberfläche schwankt, gibt es ein Problem darin, dass eine Rotorkühlleistung instabil ist.
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Ebenso sind die in den Patentdokumenten 2 und 3 vorgeschlagenen Kühlverfahren derart ausgebildet, dass ein Kühlöl unter Verwendung einer Pumpe zugeführt wird, weil daher, obwohl die Menge an zugeführtem Kühlöl stabil ist, ein Kühlölziel unabhängig wird, das heißt, dass zwei Pumpen notwendig sind, das ist eine Pumpe zum Kühlen des Stators und eine Pumpe zum Kühlen des Rotors, und eine Zunahme in Größe und hohe Kosten der elektrischen Rotationsmaschine Probleme sind. Selbst wenn man annimmt, dass es eine Pumpe und einen Pfad, entlang welchem Kühlöl zugeführt wird, gibt, sind Versorgungen von Kühlöl zu einem Stator und einem Rotor in voneinander beabstandeten Stellen mit einem Rohr verbunden, daher gibt es Probleme darin, dass der Pfad lang wird und ein Druckverlust zunimmt, eine Pumpe mit einer höheren Leistung notwendig ist und eine Zunahme in der Größe und eine Zunahme der Kosten der elektrischen Rotationsmaschine unvermeidbar sind, wie vorab beschrieben.
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Die Erfindung, welche erzielt wurde, um die zuvor beschriebenen Arten von vorhandenen Problemen zu lösen, hat die Aufgabe zum Bereitstellen einer elektrischen Rotationsmaschine derart, dass sowohl ein Stator als auch ein Rotor mit einem bei einem niedrigen Druckverlust zugeführten Kühlöl gekühlt werden können.
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Lösung der Aufgabe
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Eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der Erfindung umfasst eine Struktur, wobei ein Kühlöl durch eine Pumpe in einem unter Druck stehenden Zustand zu einem ersten Reservoirabschnitt, welcher in einem oberen Abschnitt innerhalb eines Gehäuses vorgesehen ist, zugeführt wird, das Kühlöl von dem ersten Reservoirabschnitt ausgeworfen wird und das Kühlöl zu einer Statorkühlstruktur und einer Rotorkühlstruktur unter Verwendung des Gewichts des Kühlöls selbst geführt wird, wodurch sowohl ein Stator als auch ein Rotor effizient gekühlt werden.
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Ebenso weist die Rotorkühlstruktur einen zweiten Reservoirabschnitt auf, bei welchem das geführte Kühlöl gelagert wird, und weist eine Konfiguration auf, wobei das Kühlöl von dem zweiten Reservoirabschnitt in einen Lagerölpfad geführt wird, welcher das Kühlöl zu einem Lager des Rotors zuführt, und in einen Wellenölpfad einer Welle des Rotors zuführt.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die Erfindung ist derart, dass durch Verwenden einer Kühlstruktur, wobei Kühlöl in eine elektrische Rotationsmaschine durch eine Pumpe zwangsweise zugeführt wird und vorübergehend gelagert wird, und das Kühlöl, nachdem dieses ausgeworfen ist, unter Verwendung des Gewichts des Kühlöls selbst zu einem Stator und einem Rotor zugeführt wird. Die Erfindung kann eine elektrische Rotationsmaschine bereitstellen, welche eine Struktur umfasst, sodass das Kühlöl zuverlässig sowohl an den Stator und den Rotor zugeführt werden kann, während ein Druckverlust auf ein Minimum beschränkt wird, welche keinen Kühlölaufnahmemechanismus benötigt, und ist derart, dass die Größe und das Gewicht der elektrischen Rotationsmaschine reduziert werden kann und eine Effizienz davon erhöht werden kann.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Rotationsmaschine, welches eine Ausführungsform der Erfindung ist.
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2 ist ein Diagramm, welches einen Fluss von Kühlöl in einen ersten Reservoirabschnitt von 1 zeigt.
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3 ist ein Diagramm, welches einen Fluss von Kühlöl in einen zweiten Reservoirabschnitt von 1 zeigt.
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4 ist eine Querschnittsansicht, welche einen A-A Abschnitt in einem Rotor von 3 zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachfolgend wird unter Zuhilfenahme der Zeichnungen eine Ausführungsform einer elektrischen Rotationsmaschine der Erfindung beschrieben.
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1, welches eine schematische Schnittansicht ist, welche eine Ausführungsform einer elektrischen Rotationsmaschine 100 der Erfindung zeigt, ist eine Schnittansicht in einer Richtung einer Rotationsachse der elektrischen Rotationsmaschine 100.
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Ein Gehäuse 50 der elektrischen Rotationsmaschine 100 ist derart konfiguriert, dass ein Gehäuseabschnitt-Mittelrahmen 51 und beide Enden des Mittelrahmens 51 mit einem Frontrahmen 52 und einem Rückrahmen 53 geschlossen sind, ein Stator 10 an dem Mittelrahmen 51 des Gehäuses 50 befestigt ist und eine Welle 21 eines Rotors 20 durch den Frontrahmen 52 und den Rückrahmen 53 über Lager 521 und 531 jeweils gestützt ist. Ebenso weist der Stator 10 eine gespaltene Rohrform auf, welche in einer runden Form angeordnet ist und in einen Eisenrahmen 511 eingepasst ist und daran befestigt ist, und weiter ist der Eisenrahmen 511 an dem Aluminium-Mittelrahmen 51 befestigt. Ein Stromschienenhalter 11, in welchem eine Stromschiene aufgenommen ist, welche Energie jeweils einer U, V und W Phase zuführt, ist an einer Seite eines Nicht-Last-Seiten-Endes des Stators 10 angeordnet. Ebenso gibt es ein Spulenende 12 in jedem Axialrichtungsendenabschnitt des Stators 10.
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Der Rotor 20 ist derart ausgebildet, dass die durch das Last-Seiten-Lager 521 und das Nicht-Last-Seiten-Lager 531 gestützte Welle 21 und ein Rotorkern 22 auf einer peripheren Oberfläche der Welle 21 vorgesehen sind. Magnetgehäuseöffnungen 23 zum Aufnehmen von Permanentmagneten parallel zu der Richtung der Rotationsachse sind bei gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung in dem Rotorkern 22 angeordnet.
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Mit Bezug zu der Struktur der elektrischen Rotationsmaschine 100 ist eine Kühlstruktur wie folgt ausgebildet.
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Das heißt, wie in 1 und 2 gezeigt, ist ein erster Reservoirabschnitt 61 im oberen Bereichen des Mittelrahmens 51, des Frontrahmens 52 und des Rückrahmens 53, welche das Gehäuse 50 ausbilden, vorgesehen und wird ein von einer externen Pumpe 80 zwangszugeführtes Kühlöl von einem Einlass 70 aufgenommen. Wenn ein von dem Einlass 70 des ersten Reservoirabschnitts 61 eintretendes Kühlöl in den Frontrahmen 52 und den Rückrahmen 53 fließt, wird in dem ersten Reservoirabschnitt 61 nicht nur Kühlöl gelagert, sondern kann ebenso als ein den Mittelrahmen 51 in der Axialrichtung durchdringender erster Ölpfad bezeichnet werden.
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Kühlöl, welches in den ersten Reservoirabschnitt 61 eingetreten ist, wird zu dem Spulenende 12 von Spulenöffnungen 522 und 532, welche in dem Frontrahmen 52 und dem Rückrahmen 53 jeweils vorgesehen sind, ausgeworfen, wodurch der Stator 10 gekühlt wird. Weiter wird Kühlöl zu dem Last-Seiten-Lager 521 von einer Lageröffnung 523 ausgeworfen, welche in dem Frontrahmen 52 vorgesehen ist, und wird zum Schmieren und Kühlen des Lagers 521 verwendet.
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Ebenso ist zusätzlich zu der Spulenöffnung 532 eine Wellenöffnung 533 in dem Rückrahmen 53 vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, das Kühlöl zu einem Endabschnitt der Welle 21 des Rotors 20 geführt wird. Das heißt eine Rückabdeckung 534 ist weiter an den Rückrahmen 53 vorgesehen, welche einen Kühlölkanal bildet. Daher wird von der Wellenöffnung 533 ausgeworfenes Kühlöl in einen durch eine Abdeckung 540 geteilten Kühlöleinlassabschnitt 541 geführt und in einem über der Welle 21 vorgesehenen zweiten Reservoirabschnitt 62 gelagert. Ein Durchbruch 621 mit einem kleinen Durchmesser wird in dem zweiten Reservoirabschnitt 62 vorgesehen, welcher derart ausgebildet ist, dass ein aus dem Durchbruch 621 fließendes Kühlöl zu dem Nicht-Last-Seiten-Lager 531 geführt wird. Ebenso wird ein von dem zweiten Reservoirabschnitt 62 überlaufendes Kühlöl zu dem Endabschnitt der Welle 21 durch die Rückabdeckung 534 geführt und zum Kühlen des Rotors 20 verwendet.
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Ein Kühlen des Rotors 20 wird unter Verwendung von 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine Vergrößerung eines Abschnitts des Querschnitts aus 1 und zeigt insbesondere einen Fluss von einem aus der Wellenöffnung 533 des Rückrahmens 53 ausgeworfenes Kühlöl. Obwohl in 1 nicht dargestellt, werden Durchbruchsöffnungen 24, welche Kühlölkanäle bilden, in dem Rotorkern 22 parallel zu der Axialrichtung der Welle 21 bei gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 22 vorgesehen, auf dieselbe Weise wie die Magnetgehäuseöffnungen 23. Eine Nicht-Last-Seiten-Ende-Platte 25, bei welcher Durchbruchsöffnungen derart vorgesehen sind, dass diese mit den Durchbruchsöffnungen 24 zusammenfallen, wird an einer Endseite des Rotorkerns 22 angebracht und weiter wird eine Ölpfadplatte 26 an einer äußeren Seite der Nicht-Last-Seiten-Ende-Platte 25 angebracht. Ein Spalt ist zwischen der Nicht-Last-Seiten-Ende-Platte 25 und der Ölpfadplatte 26 vorgesehen und radial von dem Rotationsachsen-Mittelpunkt sich erstreckende Ölpfade werden durch den Spalt gebildet. Wie in dem Querschnitt aus 4 gezeigt, sind die Formen der Ölpfade radial von einem Mittelabschnitt und sind die Durchbruchsöffnungen 24 an vorderen Endabschnitt der radialen Formen positioniert.
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Ebenso sind ein in der Axialrichtung von der Nicht-Last-Seite geöffneter erster Wellenölpfad 211 und ein in einer Radialrichtung von dem ersten Wellenölpfad 211 sich erstreckender zweiter Wellenölpfad 212 in der Welle 21 des Rotors 20 vorgesehen und sind die zweiten Wellenölpfade 212 derart angeordnet, dass diese mit dem zuvor beschriebenen Spalt zwischen der Nicht-Last-Seiten-Ende-Platte 25 und der Ölpfadplatte 26 zusammenfallen. Durchbruchsöffnung, wobei die Durchbruchsöffnungen 24 des Rotorkerns 22 und zumindest ein Abschnitt von äußeren Seitenendabschnitten der in der Ölpfadplatte 26 vorgesehenen Radialölpfade zusammenfällt, sind in der Nicht-Last-Seiten-Ende-Platte 25 vorgesehen.
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Entsprechend dieser Konfiguration wird ein dem ersten Wellenölpfad 211 der Welle 21 zugeführtes Kühlöl von dem zweiten Wellenölpfad 212 ausgeworfen durch eine zusammen mit einer Rotation der Welle 21 erzeugten Zentrifugalkraft, in die Durchbruchsöffnungen 24 durch die Ölpfadplatte 26 geführt und auf der Lastseite des Rotorkerns 22 wie angetrieben ausgeworfen. Der Rotorkern 22 und die Permanentmagneten werden durch den Fluss dieses Kühlöls gekühlt.
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Obwohl nicht gezeigt, ist ein durch die Pumpe 80 unter Druck gesetztes und in den ersten Reservoirabschnitt geführtes Kühlöl derart ausgebildet, dass in einer in einem unteren Abschnitt des Gehäuses 50 vorgesehenen Ölpfanne gelagertes Kühlöl durch die Pumpe 80 aufgesaugt, zirkuliert und verwendet wird.
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Wie bis hierhin beschrieben, wird ein Kühlöl in den ersten Reservoirabschnitt zwangsweise zugeführt, wird das Kühlöl von dem ersten Reservoirabschnitt ausgeworfen, wird das Kühlöl in die Statorkühlstruktur und die Rotorkühlstruktur geführt und wird eine Kühlung jeweils des Stators und des Rotors ausgeführt, ohne Verbinden von kontinuierlichen Hochdruckleitungen zu jedem Bereich, welcher Kühlen benötigt. Daher wird eine lange Leitung überflüssig und ein Druckverlust in der gesamten elektrischen Rotationsmaschine vermindert sich, daher kann eine Pumpe, welche Kühlöl unter Druck setzt und zuführt, in Größe reduziert werden und kann ein Pfad gekürzt werden, wodurch eine Rahmenproduktivität verbessert werden kann und ein Gehäuse in dessen Größe reduziert werden kann. Ebenso gibt es keine Struktur, bei welcher ein Kühlöl durch einen Rotor oder ein Getriebe aufgenommen wird, gibt es geringen Drehmomentsverlust und kann die Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine erhöht werden.
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Ebenso erreicht ein von der Wellenöffnung 533 in dem ersten Reservoirabschnitt 61 ausgeworfenes Kühlöl den Endabschnitt der Welle 21 von dem zweiten Reservoirabschnitt 62, wie durch Pfeile in der Figur gezeigt. Die Erfindung ist derart ausgebildet, dass, durch die mit Höhenunterschieden vorgesehene Anordnung, Kühlöl zu der Welle 21 durch Verwenden der Schwerkraft geleitet werden kann, wodurch eine Vereinfachung, eine Gewichtsreduktion und eine Kostenreduktion der elektrischen Rotationsmaschinenstruktur erzielt werden kann.
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Durch Bereitstellen einer Ölpfadstruktur, welche sich in der Radialrichtung erstreckt, wie der zweite Wellenölpfad 212, in den Wellen 21 Ölpfaden, erzeugt der Rotor selbst Vorteile durch Auswerfen und Aufsaugen von Kühlöl aufgrund einer Zentrifugalkraft, wenn der Rotor rotiert, aufgrund dessen kann eine zum Kühlen des Rotors ausreichende Kühlölmenge erhalten werden, ohne dass unter dem Gewicht des Kühlöl selbst geführtes Kühlöl unter Verwendung einer Pumpe zwangsweise zugeführt wird. Daher kann eine Vereinfachung, eine Gewichtsreduktion und eine Kostenreduktion der elektrischen Rotationsmaschinenstruktur erzielt werden.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine Konfiguration gezeigt, wobei die Lageröffnung 523 und die Spulenöffnungen 522 und 532 zusätzlich zu der Wellenöffnung 533 vorgesehen sind, allerdings unbeachtlich davon wie viele andere Öffnungen vorgesehen sind, kann ein Design ausgeführt werden, unter der Voraussetzung dass der Fokus lediglich auf einem Druckverlust in einem von dem ersten Reservoirabschnitt 61 ausgeworfenen Kühlöl und einer Flussverteilung liegt. Daher kann die Anzahl von Designschritten reduziert werden und ein Ansteigen bei einem Druckverlust in dem Gesamtkühlsystem kann beschränkt werden, können Pumpkosten reduziert werden und dann die Kühlölleitungskonfiguration vereinfacht werden, da Öffnungen nach Bedarf hinzugefügt werden können.
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Ebenso wurde beschrieben, dass, durch einen Teil des Kühlöls, welcher durch den in der Abdeckung 540 vorgesehenen Durchbruch 621 fließt, eine Kühlung und eine Schmierung der Nicht-Last-Enden-Seiten-Lager 531 unterhalb des Durchbruchs 621 ausgeführt wird, allerdings kann weiter durch eine Stufe, welche in einem unteren Ende des zweiten Reservoirabschnitts 62 vorgesehen ist, eine Kühlölmenge äquivalent zu der Kapazität, welche durch die Stufe erzeugt wird, zur Lagerschmierung immer garantiert werden, selbst wenn die in die Welle fließende Kühlölmenge übermäßig ist.
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Die bisher beschriebene elektrische Rotationsmaschinen ist derart, dass ein Kühlöl direkt auf die Spulenenden 12 von den Spulenöffnungen 522 und 532 angewendet wird, allerdings in Abhängigkeit von der Anordnung der Spulenöffnungen 522 und 532 kann ein Kühlöl über ein anderes Element zu dem Spulenende 12 geführt werden. Dies trifft ebenso auf die Lager zu. Ebenso, wie vorher beschrieben, kann stattdessen jede einzelne Öffnung als mehrere zu jedem Bereich orientierte Öffnungen ausgebildet sein.
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Die bis hierhin beschriebene elektrische Rotationsmaschine ist derart, dass die Rahmenstruktur eine in drei Rahmen getrennte Struktur ist, das heißt die Front-, Mitte- und die Rückseite, allerdings können verschiedene Spaltaspekte ausgewählt werden, wie beispielsweise eine zwei Rahmentrennung, wobei der vordere und mittlere Rahmen eine von dem Rückerahmen getrennte integrierte Struktur sind, oder einem Aspekt, wobei der mittlere und der Rückrahmen eine von dem Frontrahmen getrennte integrierte Struktur sind.
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Die bis hierhin beschriebene elektrische Rotationsmaschine ist mit einer Struktur gezeigt, wobei der Eisenrahmen 511 an dem Mittelrahmen 51 angebracht ist, allerdings die Struktur derart ausgebildet ist, dass der Eisenrahmen 511 an den Rückrahmen 53 oder dem Frontrahmen 52 angebracht ist.
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Die Ausführungsformen der Erfindung können frei kombiniert werden und jede Ausführungsform kann angemessen modifiziert oder abgekürzt werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
