DE202020104894U1 - Ein bürstenloser DC-Dynamo und ein Fahrzeug mit dem bürstenlosen DC-Dynamo - Google Patents

Ein bürstenloser DC-Dynamo und ein Fahrzeug mit dem bürstenlosen DC-Dynamo Download PDF

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Abstract

Ein bürstenloser Gleichstromgenerator, umfassend:
eine ringförmige Ankereinheit, die Folgendes umfasst:
hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und
hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind;
eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den (M) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M eine natürliche Zahl und M = 2S und L = M × N ist;
ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind;
eine Steuereinheit, die (M) erste Steuerschalter und (M) zweite Steuerschalter umfasst; und
eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten und zweiten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern;
wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M) Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q 1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, S alle natürliche Zahlen sind und 1≤ P ≤ M, 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1≤ P2 ≤ List;
wobei der erste erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der erste zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und i eine natürliche Zahl und 2≤ i ≤ M ist;
wobei im Grundbetriebsmodus des bürstenlosen Gleichstromgenerators nur einer der ersten Steuerschalter und einer der zweiten Steuerschalter in der gleichen Betriebszeit kurzgeschlossen werden, wobei, wenn der erste erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird, der (1+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn 2 ≤ i ≤ S ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn i = S + 1 ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der erste zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn S + 1 < i ≤ M ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i-S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird;
wobei, wenn der bürstenlose Gleichstromgenerator von einem Grundbetriebsmodus in den nächsten Grundbetriebsmodus umgeschaltet wird und sich in einem Übergangsmodus befindet, im bürstenlosen Gleichstromgenerator die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter gleichzeitig kurzgeschlossen werden können, statt dass die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden können.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstromgenerator und insbesondere einen bürstenlosen Gleichstromgenerator und ein Fahrzeug mit diesem bürstenlosen Gleichstromgenerator.
  • Stand der Technik
  • Herkömmliche Gleichstromgeneratoren (DC Dynamo) sind in der Regel mit einer Bürste und einem Kommutator (Gleichrichter) ausgestattet, damit während der Drehung das Rotormagnetfeld senkrecht zum Statormagnetfeld gehalten wird, um zu jeder Zeit ein maximales Drehmoment zu erhalten. Gleichstromgeneratoren haben den Vorteil, dass die Spannung proportional zur Drehzahl ist, und den Vorteil der einfachen Steuerung, wodurch sie eine wichtige Position auf den Gebieten der konventionellen Drehzahlregelung und Serversteuerung einnehmen. Der bürstenlose Gleichstromgenerator (BLDC Dynamo), der derzeit auf dem Markt beliebt ist, weist eine Struktur ähnlich einem frequenzvariablen Permanentmagnet-Synchrongenerator auf, wobei der Drehwinkel des Rotors durch ein mehrphasiges (dreiphasiges) Magnetfeld bestimmt ist, sodass der Permanentmagnetrotor mit variablen Drehgeschwindigkeiten durch ein Magnetfeld gedreht werden kann, oder die durch einen Permanentmagnetrotor induzierte elektromotorische Kraft kann durch eine mehrphasige (dreiphasige) Spule in Wechselstrom umgewandelt werden. Zwar ist die obige Methode ausgereift, allerdings ist ihre VVVF-Steuerung ziemlich kompliziert und unnatürlich. Ein neuer bürstenloser Gleichstromgenerator mit einem Arbeitsmodus, der dem des herkömmlichen Gleichstromgenerators näherkommt, wird daher sehnlichst erwartet.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung offenbart einen bürstenlosen Gleichstromgenerator. Der bürstenlose Gleichstromgenerator umfasst Folgendes: eine ringförmige Ankereinheit, die hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, umfasst; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den (M) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M eine natürliche Zahl und M = 2S und L = M × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind; eine Steuereinheit, die (M) erste Steuerschalter und (M) zweite Steuerschalter umfasst; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten und zweiten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M) Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, S alle natürliche Zahlen sind und 1 ≤ P ≤ M, 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist; wobei der erste erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der erste zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und i eine natürliche Zahl und 2 ≤ i ≤ M ist; wobei im Grundbetriebsmodus des bürstenlosen Gleichstromgenerators nur einer der ersten Steuerschalter und einer der zweiten Steuerschalter in der gleichen Betriebszeit kurzgeschlossen werden, wobei, wenn der erste erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird, der (1+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn 2 ≤ i ≤ S ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn i = S + 1 ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der erste zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn S + 1 < i ≤ M ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i-S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn der bürstenlose Gleichstromgenerator von einem Grundbetriebsmodus in den nächsten Grundbetriebsmodus umgeschaltet wird und sich in einem Übergangsmodus befindet, im bürstenlosen Gleichstromgenerator die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter gleichzeitig kurzgeschlossen werden können, statt dass die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden können.
  • Wie beim oben beschriebenen bürstenlosen Gleichstromgenerator wird, wenn die Polarität der Elektrode erster Polarität und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators umgekehrt. Wenn ferner die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators schnell umgekehrt, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart einen weiteren bürstenlosen Gleichstromgenerator, der Folgendes umfasst: eine ringförmige Ankereinheit, die hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, umfasst; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den M'-Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M' eine natürliche Zahl und M' = 2S und L = M' × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind; eine Steuereinheit, die (M') erste Steuerschalter und (M') zweite Steuerschalter umfasst; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten und zweiten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M') Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P-1 + (M' x (Q-1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M' ≥ 4, 1 ≤ P ≤ M', 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist; wobei die Ankerspulengruppen in (S) Gruppen unterteilt werden können, wobei die (t)-te Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t+S)-ten Stufe gebildet wird und t eine natürliche Zahl und t ≤ S ist; wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t)-ten Gruppe, die durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t)-ten Stufe und der Ankerspulen der (t+S)-ten Stufe gebildet wird, jeweils einen (2t-1)-ten Knoten und einen (2t)-ten Knoten aufweisen, wobei der (t)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem (2t-1)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem (2t-1)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t+S)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem (2t)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t+S)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem (2t)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist; wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der ersten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der zweiten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der (t)-te erste Steuerschalter und der (t)-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der (t+S)-te erste Steuerschalter und der (t+S)-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  • Wie beim oben beschriebenen bürstenlosen Gleichstromgenerator wird, wenn die Polarität der Elektrode erster Polarität und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators umgekehrt. Wenn ferner die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators schnell umgekehrt, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart einen noch weiteren bürstenlosen Gleichstromgenerator, der Folgendes umfasst: eine ringförmige Ankereinheit, die hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, umfasst; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den M'-Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M' eine natürliche Zahl und M' = 2S und L = M' × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind, wobei das Paar externer Elektroden ein wiederaufladbares Batteriemodul oder Netzteil ist und eine Induktivität zwischen der Elektrode erster Polarität und dem wiederaufladbaren Batteriemodul in Reihe geschaltet ist; eine erste gemeinsame Potentialelektrode, die direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode erster Polarität verbunden ist; eine zweite gemeinsame Potentialelektrode; eine dritte gemeinsame Potentialelektrode, die elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; eine vierte gemeinsame Potentialelektrode, die direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode zweiter Polarität verbunden ist; eine Steuereinheit, die (M1') erste Steuerschalter, (M1') zweite Steuerschalter, (M2') dritte Steuerschalter und (M2') vierte Steuerschalter umfasst, wobei M1', M2', S1, S2 alle natürliche Zahlen sind und M1' = 2S1, M2' = 2S2, M1' + M2' ≤ M', S1 ≥ 1, S2 ≥ 1, S1 + S2 ≤ S ist; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M') Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M' ≥ 4, 1 ≤ P ≤ M', 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist; wobei die Ankerspulengruppen in (S) Gruppen unterteilt werden können, wobei die (S) Gruppen von Ankerspulengruppen weiter in unabhängige erste Gruppengruppe und zweite Gruppengruppe unterteilt werden können, wobei die erste Gruppengruppe (S1) Gruppen von Ankerspulengruppen umfasst und die zweite Gruppengruppe (S2) Gruppen von Ankerspulengruppen umfasst; wobei in der ersten Gruppengruppe die (S1) Gruppen von Ankerspulengruppen jeweils mit den mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen ersten Steuerschaltern und mit den mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen zweiten Steuerschaltern verbunden sind, wobei die Ankerspulengruppe der (t1)-ten Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t1+S)-ten Stufe gebildet wird und t1 eine natürliche Zahl und 1 ≤ t1 ≤ S1 ist; wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t1)-ten Gruppe jeweils einen [2(t1)-1]-ten Knoten und einen [2(t1)]-ten Knoten aufweisen, wobei der [2(t1)-1]-te Knoten über den [2(t1)-1]-ten ersten Steuerschalter elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)]-te Knoten über den [2(t1)]-ten ersten Steuerschalter elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)-1]-te Knoten über den [2(t1)-1]-ten zweiten Steuerschalter elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)]-te Knoten über den [2(t1)]-ten zweiten Steuerschalter elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist, wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der ersten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der zweiten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der [2(t1)-1]-te erste Steuerschalter und der [2(t1)-1]-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der [2(t1)]-te erste Steuerschalter und der [2(t1)]-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden; wobei in der zweiten Gruppengruppe die (S2) Gruppen von Ankerspulengruppen jeweils mit den mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen dritten Steuerschaltern und mit den mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen vierten Steuerschaltern verbunden sind, wobei die Ankerspulengruppe der (t2)-ten Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t2)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t2+S)-ten Stufe gebildet wird und t2 eine natürliche Zahl und S1 + 1 ≤ t2 ≤ S ist, wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t2)-ten Gruppe jeweils einen [2(t2)-1]-ten Knoten und einen [2(t2)]-ten Knoten aufweisen, wobei der [2(t2)-1]-te Knoten über den [2(t2)-3]-ten dritten Steuerschalter elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)]-te Knoten über den [2(t2)-2]-ten dritten Steuerschalter elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)-1]-te Knoten über den [2(t1)-3]-ten vierten Steuerschalter elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)]-te Knoten über den [2(t2)-2]-ten vierten Steuerschalter elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der dritten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der vierten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der [2(t2)-3]-te dritte Steuerschalter und der [2(t2)-3]-te vierte Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der [2(t2)-2]-te dritte Steuerschalter und der [2(t2)-2]-te vierte Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  • Der noch weitere bürstenlose Gleichstromgenerator umfasst ferner einen fünften Steuerschalter, einen sechsten Steuerschalter und einen siebten Steuerschalter, wobei die vierte gemeinsame Potentialelektrode direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode zweiter Polarität verbunden ist und die dritte gemeinsame Potentialelektrode gleichzeitig elektrisch mit einem Ende des fünften Steuerschalters und einem Ende des siebten Steuerschalters verbunden ist und das andere Ende des fünften Steuerschalters elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und die zweite gemeinsame Potentialelektrode gleichzeitig elektrisch mit einem Ende des sechsten Steuerschalters und dem anderen Ende des siebten Steuerschalters verbunden ist und das andere Ende des sechsten Steuerschalters elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; wobei, wenn der fünfte und sechste Steuerschalter kurzgeschlossen sind und sich der siebte Steuerschalter im offenen Stromkreis befindet, der bürstenlose Gleichstromgenerator wie ein Parallelmotor funktioniert und vom wiederaufladbaren Batteriemodul angetrieben wird; wobei, wenn sich der fünfte und sechste Steuerschalter im offenen Stromkreis befinden und der siebte Steuerschalter kurzgeschlossen ist, der bürstenlose Gleichstromgenerator wie ein Seriengenerator funktioniert und das wiederaufladbare Batteriemodul auflädt.
  • Wie beim oben beschriebenen bürstenlosen Gleichstromgenerator wird, wenn die Polarität der Elektrode erster Polarität und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter der gleichen Stufe umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators umgekehrt. Wenn ferner die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators schnell umgekehrt, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  • Wie beim oben beschriebenen bürstenlosen Gleichstromgenerator sind die ersten und die zweiten Steuerschalter Leistungskomponenten-Schalter.
  • Wie beim oben beschriebenen noch weiteren bürstenlosen Gleichstromgenerator sind die ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter Leistungskomponenten-Schalter und sind der fünfte, sechste und siebte Steuerschalter Leistungskomponenten-Schalter.
  • Wie bei den oben beschriebenen verschiedenen bürstenlosen Gleichstromgeneratoren ist die Leistungskomponente ein SiC (Siliciumcarbid)-Schalter, ein GaN (Galliumnitrid)-Schalter, ein BJT (Bipolartransistor)-Schalter, ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode)-Schalter oder ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Schalter.
  • Wie bei den oben beschriebenen verschiedenen bürstenlosen Gleichstromgeneratoren ist die Magneteinheit ein Permanentmagnet oder ein magnetisierter Magnet.
  • Wie bei den oben beschriebenen verschiedenen bürstenlosen Gleichstromgeneratoren ist die Logikeinheit ein Resolver, Encoder, Hall-Sensor, Photounterbrecher oder photoelektrischer Sensor.
  • Wie bei den oben beschriebenen verschiedenen bürstenlosen Gleichstromgeneratoren können die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter durch Wellenwicklung, Schleifenwicklung oder Froschbeinwicklung hergestellt sein.
  • Wie bei den oben beschriebenen verschiedenen bürstenlosen Gleichstromgeneratoren ist die ringförmige Ankereinheit ein ringförmiger Stator und die Magneteinheit ein magnetischer Rotor, oder die ringförmige Ankereinheit ist ein ringförmiger Rotor und die Magneteinheit ist ein magnetischer Stator.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ferner ein Fahrzeug, das mindestens einen der oben beschriebenen verschiedenen bürstenlosen Gleichstromgeneratoren umfasst.
  • Figurenliste
    • 1A zeigt eine schematische Darstellung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 1B zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindung der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 1A;
    • 1B' zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Verbindung der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 1A;
    • 2A bis 2D zeigen Ersatzschaltbilder der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 1A in unterschiedlichen Betriebszuständen;
    • 3A bis 3D zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 in unterschiedlichen Betriebsstufen gemäß 2A bis 2D;
    • 4A zeigt eine schematische Darstellung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4A' zeigt eine schematische Darstellung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4B zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindung der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A;
    • 4B' zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Verbindung der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A;
    • 4B" zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindung der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A';
    • 4B''' zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Verbindung der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A';
    • 5A bis 5D zeigen Ersatzschaltbilder der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A in unterschiedlichen Betriebszuständen;
    • 5A' bis 5D' zeigen Ersatzschaltbilder der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A' in unterschiedlichen Betriebszuständen;
    • 6A bis 6D zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000 in unterschiedlichen Betriebsstufen gemäß
    • 5A bis 5D und zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000' in unterschiedlichen Betriebsstufen gemäß 5A' bis 5D';
    • 7A bis 7D zeigen Ersatzschaltbilder des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Betriebszuständen;
    • 8A und 8B zeigen Ersatzschaltbilder des bürstenlosen Gleichstromgenerators 4000 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Betriebszuständen.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der vorliegenden Erfindung wird der Kommutator des Ankers mit Bürsten des herkömmlichen Gleichstromgenerators mit Bürsten durch eine Schaltfunktion eines Halbleiterelements ersetzt, wodurch der durch mechanische Kontakte erzielte dynamische sequenzielle Vorgang des Wechselns der Verbindung zwischen dem Anker und der Elektrode durch eine Verwendung eines statischen leistungselektronischen Schaltarrays ersetzt wird. Durch die Erfindung kann ein sequenzielles Schalten ohne Kontakte oder Haltepunkte erreicht werden, was in Bezug auf den Ankerstrom eine Beibehaltung der herkömmlichen Betriebsweise ermöglicht, wobei die Verteilung des Ankerstroms während der Rotation immer so beibehalten wird, dass die Rotorfeldrichtung und die Statorfeldrichtung orthogonal zueinander stehen. Dabei tritt weder ein mechanischer Verschleiß an den Kommutierungskontakten auf, noch wird ein Funkenverlust an den Elektroden verursacht.
  • Die Herstellung und Anwendung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden detailliert erläutert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte zur Verfügung stellt, die in einer Vielzahl spezifischer Verfahren umgesetzt werden können. Die erläuterten konkreten Ausführungsbeispiele sind rein beispielhaft und beschränken nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator umfasst Folgendes: eine ringförmige Ankereinheit, die hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, umfasst; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den (M) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M eine natürliche Zahl und M = 2S und L = M × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind; eine Steuereinheit, die (M) erste Steuerschalter und (M) zweite Steuerschalter umfasst; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten und zweiten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M) Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, S alle natürliche Zahlen sind und 1 ≤ P ≤ M, 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist; wobei der erste erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der erste zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und i eine natürliche Zahl und 2 ≤ i ≤ M ist; wobei im Grundbetriebsmodus des bürstenlosen Gleichstromgenerators nur einer der ersten Steuerschalter und einer der zweiten Steuerschalter in der gleichen Betriebszeit kurzgeschlossen werden, wobei, wenn der erste erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird, der (1+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn 2 ≤ i ≤ S ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn i = S + 1 ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der erste zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn S + 1 < i ≤ M ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i-S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn der bürstenlose Gleichstromgenerator von einem Grundbetriebsmodus in den nächsten Grundbetriebsmodus umgeschaltet wird und sich in einem Übergangsmodus befindet, im bürstenlosen Gleichstromgenerator die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter gleichzeitig kurzgeschlossen werden können, statt dass die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden können.
  • Wenn die Elektrode erster Polarität positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität negativ geladen ist und die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt und wenn der erste erste Steuerschalter und der (1+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen sind, fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit dem ersten ersten Steuerschalter verbundenen Knoten und dem mit der Ankerspulengruppe der (S)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (1+S)-ten Stufe verbundenen Knoten und findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt; Wenn 2 ≤ i ≤ S ist und der (i)-te erste Steuerschalter und der (i+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen sind, fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe verbundenen Knoten und dem mit der Ankerspulengruppe der (i+S-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i+S)-ten Stufe verbundenen Knoten und findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt; Wenn i = S + 1 ist und der (i)-te erste Steuerschalter und der erste zweite Steuerschalter kurzgeschlossen sind, fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe verbundenen Knoten und dem mit der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der ersten Stufe verbundenen Knoten und findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt; Wenn S + 1 < i ≤ M ist und der (i)-te erste Steuerschalter und der (i-S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen sind, fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe verbundenen Knoten und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-S-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i-S)-ten Stufe verbundenen Knoten und findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt.
  • Beim im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator können die ersten und die zweiten Steuerschalter beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, aus den folgenden Leistungskomponenten-Schaltern ausgewählt werden: SiC (Siliciumcarbid)-Schalter, GaN (Galliumnitrid)-Schalter, BJT (Bipolartransistor)-Schalter, IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode)-Schalter und MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Schalter.
  • Beim im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator ist die Magneteinheit beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Permanentmagnet oder ein magnetisierter Magnet.
  • Beim im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator ist die Logikeinheit beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Resolver, Encoder, Hall-Sensor, Photounterbrecher oder photoelektrischer Sensor.
  • Beim im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator können die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, durch Wellenwicklung, Schleifenwicklung oder Froschbeinwicklung hergestellt sein.
  • Beim im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator ist die ringförmige Ankereinheit ein ringförmiger Stator und die Magneteinheit ein magnetischer Rotor, oder die ringförmige Ankereinheit ist ein ringförmiger Rotor und die Magneteinheit ist ein magnetischer Stator.
  • Es wird auf 1A Bezug genommen, die einen bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Der bürstenlose Gleichstromgenerator umfasst eine ringförmige Ankereinheit 110 und eine Magneteinheit 120, die aus einem Permanentmagnet oder einem magnetisierten Magnet besteht und in der ringförmigen Ankereinheit 110 angeordnet ist.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine 12-Ausnehmung-Ankerspulengruppe als Beispiel genommen, was L = 12 entspricht. Daher umfasst die ringförmige Ankereinheit 110 zwölf Ausnehmungen erster Ankerleiter 1a bis 12a, die hintereinander beabstandet angeordnet sind, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, und zwölf Ausnehmungen zweiter Ankerleiter 1b bis 12b, die benachbart zu den ersten Ankerleitern 1a bis 12a angeordnet (beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, auf der Außenseite der ersten Ankerleiter 1a bis 12a angeordnet) und hintereinander beabstandet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind. Das in 1A gezeigte Symbol „•“ bedeutet, dass die Wicklungsrichtung der ersten Ankerleiter 1a bis 12a von der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 weg weist. Das Symbol „x“ bedeutet, dass die Wicklungsrichtung der ersten Ankerleiter 1a bis 12a zur Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hin weist. Wie in 1A gezeigt, befinden sich die ersten Ankerleiter 1a bis 12a des ersten Ausführungsbeispiels auf der Außenseite der zweiten Ankerleiter 1b bis 12b. In anderen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung können jedoch die ersten Ankerleiter 1a bis 12a und die zweiten Ankerleiter 1b bis 12b nebeneinander angeordnet sein, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, links und rechts nebeneinander angeordnet sein.
  • Ferner kann die Magneteinheit 120 (N) Paare Magnetpole aufweisen. Die Magneteinheit 120 kann steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gedreht werden, wobei N eine natürliche Zahl und L = M × N ist. Im ersten Ausführungsbeispiel ist L = 12, M = 4 und somit N = 3, sodass die Magneteinheit 120 aus drei Paaren von N-Polen und S-Polen besteht, die entgegengesetzte Magnetismen aufweisen und jeweils an zwei gegenüberliegenden Enden der Magneteinheit 120 angeordnet sind, wobei die ringförmige Ankereinheit 110 und die Magneteinheit 120 steuerbar relativ zueinander gedreht werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Magneteinheit 120 ein Rotor und die ringförmige Ankereinheit 110 ein Stator und kann die Magneteinheit 120 steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gedreht werden. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Magneteinheit 120 ein Stator und die ringförmige Ankereinheit 110 ein Rotor und kann sie relativ zur Magneteinheit 120 gedreht werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist M = 4, sodass die ersten Ankerleiter 1a bis 12a und die zweiten Ankerleiter 1b bis 12b in vier Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können. Wie oben beschrieben, besteht die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus den ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung und den zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, wobei P1 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, S, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M = 2S, 1 ≤ P ≤ M, 0 ≤ Q ≤ (N - 1), 0 ≤ P1 ≤ (L - 1), 0 ≤ P2 ≤ (L - 1) ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist L = 12, M = 4, N = 3 und somit S = 2, 1 ≤ Q ≤ 3, 1 ≤ P1 ≤ 12, 1 ≤ P2 ≤ 12. Daher besteht im ersten Ausführungsbeispiel die Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 (P = 1) aus dem ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung 1a (P1 = 1), dem zweiten Ankerleiter der dritten Ausnehmung 3b (P2 = 3), dem ersten Ankerleiter der fünften Ausnehmung 5a (P1 = 5), dem zweiten Ankerleiter der siebten Ausnehmung 7b (P2 = 7), dem ersten Ankerleiter der neunten Ausnehmung 9a (P1 = 9) und dem zweiten Ankerleiter der elften Ausnehmung 11b (P2 = 11); Die Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 (P = 2) besteht aus dem ersten Ankerleiter der zweiten Ausnehmung 2a (P1 = 2), dem zweiten Ankerleiter der vierten Ausnehmung 4b (P2 = 4), dem ersten Ankerleiter der sechsten Ausnehmung 6a (P1 = 6), dem zweiten Ankerleiter der achten Ausnehmung 8b (P2 = 8), dem ersten Ankerleiter der zehnten Ausnehmung 10a (P1 = 10) und dem zweiten Ankerleiter der zwölften Ausnehmung 12b (P2 = 12); Die Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 (P = 3) besteht aus dem ersten Ankerleiter der dritten Ausnehmung 3a (P1 = 3), dem zweiten Ankerleiter der fünften Ausnehmung 5b (P2 = 5), dem ersten Ankerleiter der siebten Ausnehmung 7a (P1 = 7), dem zweiten Ankerleiter der neunten Ausnehmung 9b (P2 = 9), dem ersten Ankerleiter der elften Ausnehmung 11a (P1 = 11) und dem zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung 1b (P2 = 1); Die Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 (P = 4) besteht aus dem ersten Ankerleiter der vierten Ausnehmung 4a (P1 = 4), dem zweiten Ankerleiter der sechsten Ausnehmung 6b (P2 = 6), dem ersten Ankerleiter der achten Ausnehmung 8a (P1 = 8), dem zweiten Ankerleiter der zehnten Ausnehmung 10b (P2 = 10), dem ersten Ankerleiter der zwölften Ausnehmung 12a (P1 = 12) und dem zweiten Ankerleiter der zweiten Ausnehmung 2b (P2 = 2). Hierbei können bei der Ankerspulengruppe jeder Stufe der erste und der zweite Ankerleiter, die zueinander versetzt sind, in Reihe geschaltet sein (vgl. 1B), oder der erste und der zweite Ankerleiter, die zueinander versetzt sind, können parallelgeschaltet sein (vgl. 1B').
  • Es wird gleichzeitig auf die 2A bis 2D sowie die 3A bis 3D Bezug genommen.
  • Die 2A bis 2D zeigen Ersatzschaltbilder der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 1A in unterschiedlichen Betriebszuständen und die 3A bis 3D zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 in unterschiedlichen Betriebsstufen gemäß den 2A bis 2D.
  • Zunächst wird auf die 2A und 2B sowie 3A und 3B Bezug genommen. Wie in den 2A und 2B gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 200A wird vom in 2A gezeigten Kurzschluss auf den in 2B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der dritte zweite Steuerschalter 300C wird vom in 2A gezeigten Kurzschluss auf den in 2B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite erste Steuerschalter 200B wird vom in 2A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der vierte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 2A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten A1 und A2, die mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten A1 und A2 geschaltet ist. Eine Kommutierung des Stroms des Paares externer Elektroden erfolgt zwischen den Knoten C3 und C4, die mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbunden sind, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten C3 und C4 geschaltet ist. Es wird auf die 3A und 3B Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und der Strom der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleitern 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b in die ersten Ankerleiter 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleiter 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleitern 3b, 4b, 7b 8b, 11b, 12b in die ersten Ankerleiter 4a, 5a, 8a, 9a, 12a, 1a und die zweiten Ankerleiter 4b, 5b, 8b, 9b, 12b, 1b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Wenn ferner der bürstenlose Gleichstromgenerator 1000 vom wie in 2A gezeigten Grundbetriebsmodus in den wie in 2B gezeigten Grundbetriebsmodus übergeht und somit sich in einem Übergangsmodus befindet, werden im bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 die benachbarten ersten Steuerschalter 200A und 200B und die benachbarten zweiten Steuerschalter 300C und 300D gleichzeitig vorübergehend kurzgeschlossen.
  • Es wird nun auf die 2B und 2C sowie 3B und 3C Bezug genommen. Wie in den 2B und 2C gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der zweite erste Steuerschalter 200B wird vom in 2B gezeigten Kurzschluss auf den in 2C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der vierte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 2B gezeigten Kurzschluss auf den in 2C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der dritte erste Steuerschalter 200C wird vom in 2B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 300A wird vom in 2B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten B2 und B3, die mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten B2 und B3 geschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten D1 und D4, die mit der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten D1 und D4 geschaltet ist. Es wird auf die 6B und 6C Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und der Strom der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleitern 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b in die ersten Ankerleiter 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleiter 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 4a, 5a, 8a, 9a, 12a, 1a und zweiten Ankerleitern 4b, 5b, 8b, 9b, 12b, 1b in die ersten Ankerleiter 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleiter 1b 2b, 5b, 6b, 9b, 10b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Wenn ferner der bürstenlose Gleichstromgenerator 1000 vom wie in 2B gezeigten Grundbetriebsmodus in den wie in 2C gezeigten Grundbetriebsmodus übergeht und somit sich in einem Übergangsmodus befindet, werden im bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 die benachbarten ersten Steuerschalter 200B und 200C und die benachbarten zweiten Steuerschalter 300D und 300A gleichzeitig vorübergehend kurzgeschlossen.
  • Es wird nun auf die 2C und 2D sowie 3C und 3D Bezug genommen. Wie in den 2C und 2D gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der dritte erste Steuerschalter 200C wird vom in 2C gezeigten Kurzschluss auf den in 2D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 300A wird vom in 2C gezeigten Kurzschluss auf den in 2D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der vierte erste Steuerschalter 200D wird vom in 2C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 300B wird vom in 2C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten A1 und A2, die mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten A1 und A2 geschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten C3 und C4, die mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten C3 und C4 geschaltet ist. Es wird auf die 3C und 3D Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und der Strom der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleitern 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b in die ersten Ankerleiter 1a, 4a, 5a, 8a, 9a, 12a und zweiten Ankerleiter 1b, 4b, 5b, 8b, 9b, 12b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleitern 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b in die ersten Ankerleiter 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleiter 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Wenn ferner der bürstenlose Gleichstromgenerator 1000 vom wie in 2C gezeigten Grundbetriebsmodus in den wie in 2D gezeigten Grundbetriebsmodus übergeht und somit sich in einem Übergangsmodus befindet, werden im bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 die benachbarten ersten Steuerschalter 200C und 200D und die benachbarten zweiten Steuerschalter 300A und 300B gleichzeitig vorübergehend kurzgeschlossen.
  • Es wird abschließend auf die 2D und 2A sowie 3D und 3A Bezug genommen. Wie in den 2D und 2A gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 200A wird vom in 2D gezeigten Kurzschluss auf den in 2A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 300B wird vom in 2D gezeigten Kurzschluss auf den in 2A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der vierte erste Steuerschalter 200D wird vom in 2D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der dritte zweite Steuerschalter 300C wird vom in 2D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 2A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten A1 und A2, die mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten A1 und A2 geschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten C3 und C4, die mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten C3 und C4 geschaltet ist. Es wird auf die 3D und 3A Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und der Strom der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 4a, 5a, 8a, 9a, 12a und zweiten Ankerleitern 1b, 4b, 5b, 8b, 9b, 12b in die ersten Ankerleiter 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleiter 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleitern 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b in die ersten Ankerleiter 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleiter 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Wenn ferner der bürstenlose Gleichstromgenerator 1000 vom wie in 2D gezeigten Grundbetriebsmodus in den wie in 2A gezeigten Grundbetriebsmodus übergeht und somit sich in einem Übergangsmodus befindet, werden im bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 die benachbarten ersten Steuerschalter 200D und 200A und die benachbarten zweiten Steuerschalter 300B und 300C gleichzeitig vorübergehend kurzgeschlossen.
  • Gemäß dem im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 1000 wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Wenn ferner die Polarität der Elektrode erster Polarität 160 und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 200A bis 200D und zweiten Steuerschalter 300A bis 300D der gleichen Stufe umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 umgekehrt. Insbesondere wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 200A bis 200D und zweiten Steuerschalter 300A bis 300D der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 schnell umgekehrt, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  • Darüber hinaus kann der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator 1000 für ein Fahrzeug verwendet werden. Durch Steuern der Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 und durch Steuern der Polarität des von der Logikeinheit an die Steuereinheit ausgegebenen Logiksignals kann die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 so gesteuert werden, dass sie relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, um dadurch die Drehrichtung der Fahrzeugantriebswelle zu steuern.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Der im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator umfasst Folgendes: eine ringförmige Ankereinheit, die hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, umfasst; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den M'-Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M' eine natürliche Zahl und M' = 2S und L = M' × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind; eine Steuereinheit, die (M') erste Steuerschalter und (M') zweite Steuerschalter umfasst; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten und zweiten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M') Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M' ≥ 4, 1 ≤ P ≤ M', 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist; wobei die Ankerspulengruppen in (S) Gruppen unterteilt werden können, wobei die (t)-te Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t+S)-ten Stufe gebildet wird und t eine natürliche Zahl und t ≤ S ist; wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t)-ten Gruppe, die durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t)-ten Stufe und der Ankerspulen der (t+S)-ten Stufe gebildet wird, jeweils einen (2t-1)-ten Knoten und einen (2t)-ten Knoten aufweisen, wobei der (t)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem (2t-1)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem (2t-1)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t+S)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem (2t)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t+S)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem (2t)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist; wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der ersten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der zweiten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der (t)-te erste Steuerschalter und der (t)-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der (t+S)-te erste Steuerschalter und der (t+S)-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  • Beim im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator können die ersten und die zweiten Steuerschalter beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, aus den folgenden Leistungskomponenten-Schaltern ausgewählt werden: SiC (Siliciumcarbid)-Schalter, GaN (Galliumnitrid)-Schalter, BJT (Bipolartransistor)-Schalter, IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode)-Schalter und MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Schalter.
  • Beim im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator ist die Magneteinheit beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Permanentmagnet oder ein magnetisierter Magnet.
  • Beim im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator ist die Logikeinheit beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Resolver, Encoder, Hall-Sensor, Photounterbrecher oder photoelektrischer Sensor.
  • Beim im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator können die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, durch Wellenwicklung, Schleifenwicklung oder Froschbeinwicklung hergestellt sein.
  • Beim im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator ist die ringförmige Ankereinheit ein ringförmiger Stator und die Magneteinheit ein magnetischer Rotor, oder die ringförmige Ankereinheit ist ein ringförmiger Rotor und die Magneteinheit ist ein magnetischer Stator.
  • Es wird auf 4A Bezug genommen, die einen bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Der bürstenlose Gleichstromgenerator umfasst eine ringförmige Ankereinheit 110 und eine Magneteinheit 120, die aus einem Permanentmagnet oder einem magnetisierten Magnet besteht und in der ringförmigen Ankereinheit 110 angeordnet ist.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine 12-Ausnehmung-Ankerspulengruppe als Beispiel genommen, was L = 12 entspricht. Daher umfasst die ringförmige Ankereinheit 110 zwölf Ausnehmungen erster Ankerleiter 1a bis 12a, die hintereinander beabstandet angeordnet sind, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, und zwölf Ausnehmungen zweiter Ankerleiter 1b bis 12b, die benachbart zu den ersten Ankerleitern 1a bis 12a angeordnet (beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, auf der Außenseite der ersten Ankerleiter 1a bis 12a angeordnet) und hintereinander beabstandet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind. Das in 4A gezeigte Symbol „•“ bedeutet, dass die Wicklungsrichtung der ersten Ankerleiter 1a bis 12a von der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 weg weist. Das Symbol „x“ bedeutet, dass die Wicklungsrichtung der ersten Ankerleiter 1a bis 12a zur Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hin weist. Wie in 4A gezeigt, befinden sich die ersten Ankerleiter 1a bis 12a des zweiten Ausführungsbeispiels auf der Außenseite der zweiten Ankerleiter 1b bis 12b. In anderen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung können jedoch die ersten Ankerleiter 1a bis 12a und die zweiten Ankerleiter 1b bis 12b nebeneinander angeordnet sein, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, links und rechts nebeneinander angeordnet sein.
  • Ferner kann die Magneteinheit 120 (N) Paare Magnetpole aufweisen. Die Magneteinheit 120 kann steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gedreht werden, wobei N eine natürliche Zahl und L = M' × N ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist L = 12, M' = 4 und somit N = 3, sodass die Magneteinheit 120 aus drei Paaren von N-Polen und S-Polen besteht, die entgegengesetzte Magnetismen aufweisen und jeweils an zwei gegenüberliegenden Enden der Magneteinheit 120 angeordnet sind, wobei die ringförmige Ankereinheit 110 und die Magneteinheit 120 steuerbar relativ zueinander gedreht werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Magneteinheit 120 ein Rotor und die ringförmige Ankereinheit 110 ein Stator und kann die Magneteinheit 120 steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gedreht werden. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Magneteinheit 120 ein Stator und die ringförmige Ankereinheit 110 ein Rotor und kann sie relativ zur Magneteinheit 120 gedreht werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist M' = 4, sodass die ersten Ankerleiter 1a bis 12a und die zweiten Ankerleiter 1b bis 12b in vier Stufen unterteilt werden, wobei die Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und die Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in Antiserie geschaltet sowie die Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und die Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in Antiserie geschaltet sind. Wie oben beschrieben, besteht die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus den ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung und den zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, wobei P1 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1))] / L verbleibender Rest}, P2 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, S, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M' ≥ 4, 1 ≤ P ≤ M', 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist L = 12, M' = 4, N = 3 und somit S = 2, 1 ≤ P ≤ 4, 1 ≤ Q ≤ 3, 1 ≤ P1 ≤ 12, 1 ≤ P2 ≤ 12. Daher besteht im zweiten Ausführungsbeispiel die Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 (P = 1) aus dem ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung 1a (P1 = 1), dem zweiten Ankerleiter der dritten Ausnehmung 3b (P2 = 3), dem ersten Ankerleiter der fünften Ausnehmung 5a (P1 = 5), dem zweiten Ankerleiter der siebten Ausnehmung 7b (P2 = 7), dem ersten Ankerleiter der neunten Ausnehmung 9a (P1 = 9) und dem zweiten Ankerleiter der elften Ausnehmung 11b (P2 = 11); Die Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 (P = 2) besteht aus dem ersten Ankerleiter der zweiten Ausnehmung 2a (P1 = 2), dem zweiten Ankerleiter der vierten Ausnehmung 4b (P2 = 4), dem ersten Ankerleiter der sechsten Ausnehmung 6a (P1 = 6), dem zweiten Ankerleiter der achten Ausnehmung 8b (P2 = 8), dem ersten Ankerleiter der zehnten Ausnehmung 10a (P1 = 10) und dem zweiten Ankerleiter der zwölften Ausnehmung 12b (P2 = 12); Die Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 (P = 3) besteht aus dem ersten Ankerleiter der dritten Ausnehmung 3a (P1 = 3), dem zweiten Ankerleiter der fünften Ausnehmung 5b (P2 = 5), dem ersten Ankerleiter der siebten Ausnehmung 7a (P1 = 7), dem zweiten Ankerleiter der neunten Ausnehmung 9b (P2 = 9), dem ersten Ankerleiter der elften Ausnehmung 11a (P1 = 11) und dem zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung 1b (P2 = 1); Die Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 (P = 4) besteht aus dem ersten Ankerleiter der vierten Ausnehmung 4a (P1 = 4), dem zweiten Ankerleiter der sechsten Ausnehmung 6b (P2 = 6), dem ersten Ankerleiter der achten Ausnehmung 8a (P1 = 8), dem zweiten Ankerleiter der zehnten Ausnehmung 10b (P2 = 10), dem ersten Ankerleiter der zwölften Ausnehmung 12a (P1 = 12) und dem zweiten Ankerleiter der zweiten Ausnehmung 2b (P2 = 2). Hierbei können bei der Ankerspulengruppe jeder Stufe der erste und der zweite Ankerleiter, die zueinander versetzt sind, in Reihe geschaltet sein (vgl. 4B), oder der erste und der zweite Ankerleiter, die zueinander versetzt sind, können parallelgeschaltet sein (vgl. 4B').
  • Wie oben beschrieben, kann im zweiten Ausführungsbeispiel die Ankerspulengruppe der (M')-ten Stufe in (S) Gruppen unterteilt werden, wobei die (t)-te Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t)-ten Stufe und der Ankerspulen der (t+S)-ten Stufe gebildet wird und t eine natürliche Zahl und t ≤ S ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist S = 2, d. h. 1 ≤ t ≤ 2, sodass die vier Stufen der Ankerspulengruppe in zwei Gruppen unterteilt werden können, wobei die erste Gruppe durch die Antiserienschaltung der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der dritten Stufe gebildet und die zweite Gruppe durch die Antiserienschaltung der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe und der Ankerspulengruppe der vierten Stufe gebildet wird. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann auch die erste Gruppe durch die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der dritten Stufe gebildet und kann die zweite Gruppe durch die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe und der Ankerspulengruppe der vierten Stufe gebildet werden.
  • Es wird anschließend gleichzeitig auf die 5A bis 5D sowie die 6A bis 6D Bezug genommen. Die 5A bis 5D zeigen Ersatzschaltbilder der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A in unterschiedlichen Betriebszuständen und die 6A bis 6D zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000 in unterschiedlichen Betriebsstufen gemäß den 5A bis 5D.
  • Zunächst wird auf die 5A und 5B sowie 6A und 6B Bezug genommen. Wie in den 5A und 5B gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 200A wird vom in 5A gezeigten Kurzschluss auf den in 5B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der dritte erste Steuerschalter 200C wird vom in 5A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 300A wird vom in 5A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der dritte zweite Steuerschalter 300C wird vom in 5A gezeigten Kurzschluss auf den in 5B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbundenen Knoten C4 und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbundenen Knoten A1 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten C3 und A1 geschaltet ist. Es wird auf die 6A und 6B Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und der Strom der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleitern 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b in die ersten Ankerleiter 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleiter 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleitern 3b, 4b, 7b 8b, 11b, 12b in die ersten Ankerleiter 4a, 5a, 8a, 9a, 12a, 1a und die zweiten Ankerleiter 4b, 5b, 8b, 9b, 12b, 1b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Es wird nun auf die 5B und 5C sowie 6B und 6C Bezug genommen. Wie in den 5B und 5C gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der zweite erste Steuerschalter 200B wird vom in 5B gezeigten Kurzschluss auf den in 5C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der vierte erste Steuerschalter 200D wird vom in 5B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 300B wird vom in 5B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der vierte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 5B gezeigten Kurzschluss auf den in 5C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 verbundenen Knoten C4 und dem mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbundenen Knoten B2 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten D4 und B2 geschaltet ist. Es wird auf die 6B und 6C Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und der Strom der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleitern 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b in die ersten Ankerleiter 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleiter 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 4a, 5a, 8a, 9a, 12a, 1a und zweiten Ankerleitern 4b, 5b, 8b, 9b, 12b, 1b in die ersten Ankerleiter 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleiter 1b 2b, 5b, 6b, 9b, 10b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Es wird nun auf die 5C und 5D sowie 6C und 6D Bezug genommen. Wie in den 5C und 5D gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 200A wird vom in 5C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der dritte erste Steuerschalter 200C wird vom in 5C gezeigten Kurzschluss auf den in 5D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 300A wird vom in 5C gezeigten Kurzschluss auf den in 5D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der dritte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 5C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbundenen Knoten C3 und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbundenen Knoten A1 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten C3 und A1 geschaltet ist. Es wird auf die 6C und 6D Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und der Strom der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleitern 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b in die ersten Ankerleiter 1a, 4a, 5a, 8a, 9a, 12a und zweiten Ankerleiter 1b, 4b, 5b, 8b, 9b, 12b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleitern 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b in die ersten Ankerleiter 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleiter 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Es wird abschließend auf die 5D und 5A sowie 6D und 6A Bezug genommen. Wie in den 5D und 5A gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der zweite erste Steuerschalter 200B wird vom in 5D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der vierte erste Steuerschalter 200D wird vom in 5D gezeigten Kurzschluss auf den in 5A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 300B wird vom in 5D gezeigten Kurzschluss auf den in 5A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der vierte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 5D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 verbundenen Knoten D4 und dem mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbundenen Knoten B2 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten D4 und B2 geschaltet ist. Es wird auf die 6D und 6A Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und der Strom der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 4a, 5a, 8a, 9a, 12a und zweiten Ankerleitern 1b, 4b, 5b, 8b, 9b, 12b in die ersten Ankerleiter 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleiter 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleitern 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b in die ersten Ankerleiter 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleiter 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • 4A' zeigt einen bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Sein Aufbau ist dem des in 4A gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000 ähnlich und umfasst ebenfalls eine ringförmige Ankereinheit 110 und eine Magneteinheit 120, die aus einem Permanentmagnet oder einem magnetisierten Magnet besteht und in der ringförmigen Ankereinheit 110 angeordnet ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und die Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 parallelgeschaltet sein können und die Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und die Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 parallelgeschaltet sind. Bei der Ankerspulengruppe jeder Stufe können der erste und der zweite Ankerleiter, die zueinander versetzt sind, in Reihe geschaltet sein (vgl. 4B"), oder der erste und der zweite Ankerleiter, die zueinander versetzt sind, können parallelgeschaltet sein (vgl. 4B''').
  • Es wird anschließend gleichzeitig auf die 5A' bis 5D' sowie die 6A bis 6D Bezug genommen. Die 5A' bis 5D' zeigen Ersatzschaltbilder der vier Stufen von Ankerspulengruppen gemäß 4A' in unterschiedlichen Betriebszuständen und die 6A bis 6D zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000' in unterschiedlichen Betriebsstufen gemäß den 5A' bis 5D'.
  • Zunächst wird auf die 5A' und 5B' sowie 6A und 6B Bezug genommen. Wie in den 5A' und 5B' gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 200A wird vom in 5A gezeigten Kurzschluss auf den in 5B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der dritte erste Steuerschalter 200C wird vom in 5A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 300A wird vom in 5A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der dritte zweite Steuerschalter 300C wird vom in 5A gezeigten Kurzschluss auf den in 5B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten A1 und A2, die mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbunden sind, sowie zwischen den Knoten C4 und C3, die mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator jeweils zwischen den Knoten A1 und A2 sowie den Knoten C4 und C3 geschaltet ist. Es wird auf die 6A und 6B Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und der Strom der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleitern 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b in die ersten Ankerleiter 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleiter 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleitern 3b, 4b, 7b 8b, 11b, 12b in die ersten Ankerleiter 4a, 5a, 8a, 9a, 12a, 1a und die zweiten Ankerleiter 4b, 5b, 8b, 9b, 12b, 1b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Es wird nun auf die 5B' und 5C' sowie 6B und 6C Bezug genommen. Wie in den 5B' und 5C' gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der zweite erste Steuerschalter 200B wird vom in 5B gezeigten Kurzschluss auf den in 5C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der vierte erste Steuerschalter 200D wird vom in 5B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 300B wird vom in 5B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der vierte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 5B gezeigten Kurzschluss auf den in 5C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten B2 und B3, die mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbunden sind, sowie zwischen den Knoten D4 und D1, die mit der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator jeweils zwischen den Knoten B2 und B3 sowie den Knoten D4 und D1 geschaltet ist. Es wird auf die 6B und 6C Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und der Strom der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleitern 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b in die ersten Ankerleiter 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleiter 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 4a, 5a, 8a, 9a, 12a, 1a und zweiten Ankerleitern 4b, 5b, 8b, 9b, 12b, 1b in die ersten Ankerleiter 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleiter 1b 2b, 5b, 6b, 9b, 10b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Es wird nun auf die 5C' und 5D' sowie 6C und 6D Bezug genommen. Wie in den 5C' und 5D' gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 200A wird vom in 5C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der dritte erste Steuerschalter 200C wird vom in 5C gezeigten Kurzschluss auf den in 5D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 300A wird vom in 5C gezeigten Kurzschluss auf den in 5D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der dritte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 5C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten A1 und A2, die mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbunden sind, sowie zwischen den Knoten C4 und C3, die mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator jeweils zwischen den Knoten A1 und A2 sowie den Knoten C4 und C3 geschaltet ist. Es wird auf die 6C und 6D Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und der Strom der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleitern 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b in die ersten Ankerleiter 1a, 4a, 5a, 8a, 9a, 12a und zweiten Ankerleiter 1b, 4b, 5b, 8b, 9b, 12b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleitern 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b in die ersten Ankerleiter 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleiter 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Es wird abschließend auf die 5D' und 5A' sowie 6D und 6A Bezug genommen. Wie in den 5D' und 5A' gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der zweite erste Steuerschalter 200B wird vom in 5D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der vierte erste Steuerschalter 200D wird vom in 5D gezeigten Kurzschluss auf den in 5A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 300B wird vom in 5D gezeigten Kurzschluss auf den in 5A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der vierte zweite Steuerschalter 300D wird vom in 5D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 5A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen den Knoten D4 und D1, die mit der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 verbunden sind, sowie zwischen den Knoten B2 und B3, die mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbunden sind, und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator jeweils zwischen den Knoten D4 und D1 sowie den Knoten B2 und B3 geschaltet ist. Es wird auf die 6D und 6A Bezug genommen. Da der Strom der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und der Strom der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in entgegengesetzte Richtungen fließen, werden die Ankerspulen, die der N-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung aus der Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 heraus verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 1a, 4a, 5a, 8a, 9a, 12a und zweiten Ankerleitern 1b, 4b, 5b, 8b, 9b, 12b in die ersten Ankerleiter 1a, 2a, 5a, 6a, 9a, 10a und zweiten Ankerleiter 1b, 2b, 5b, 6b, 9b, 10b umgewandelt und werden die Ankerspulen, die der S-Pol-Oberfläche zugewandt sind und deren Stromrichtung in die Oberfläche der ringförmigen Ankereinheit 110 hinein verläuft, von den ursprünglichen ersten Ankerleitern 2a, 3a, 6a, 7a, 10a, 11a und zweiten Ankerleitern 2b, 3b, 6b, 7b, 10b, 11b in die ersten Ankerleiter 3a, 4a, 7a, 8a, 11a, 12a und zweiten Ankerleiter 3b, 4b, 7b, 8b, 11b, 12b umgewandelt. Dadurch kann die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Gemäß dem im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000' wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000' wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000' wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Darüber hinaus kann der im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator 2000' für ein Fahrzeug verwendet werden. Durch Steuern der Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 und durch Steuern der Polarität des von der Logikeinheit an die Steuereinheit ausgegebenen Logiksignals kann die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 so gesteuert werden, dass sie relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, um dadurch die Drehrichtung der Fahrzeugantriebswelle zu steuern.
  • Gemäß dem im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000, 2000' wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000, 2000' wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 2000, 2000' wird die Magneteinheit 120 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Wenn ferner die Polarität der Elektrode erster Polarität 160 und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 200A bis 200D und zweiten Steuerschalter 300A bis 300D der gleichen Stufe umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000, 2000' umgekehrt. Insbesondere wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 200A bis 200D und zweiten Steuerschalter 300A bis 300D der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000, 2000' schnell umgekehrt, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  • Darüber hinaus kann der im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator 2000, 2000' für ein Fahrzeug verwendet werden. Durch Steuern der Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 und durch Steuern der Polarität des von der Logikeinheit an die Steuereinheit ausgegebenen Logiksignals kann die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 2000, 2000' so gesteuert werden, dass sie relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, um dadurch die Drehrichtung der Fahrzeugantriebswelle zu steuern.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Der im dritten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator 3000 umfasst Folgendes: eine ringförmige Ankereinheit, die hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind, umfasst; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den M'-Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M' eine natürliche Zahl und M' = 2S und L = M' x N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind, wobei das Paar externer Elektroden ein wiederaufladbares Batteriemodul oder Netzteil ist und eine Induktivität zwischen der Elektrode erster Polarität und dem wiederaufladbaren Batteriemodul in Reihe geschaltet ist; eine erste gemeinsame Potentialelektrode, die direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode erster Polarität verbunden ist; eine zweite gemeinsame Potentialelektrode; eine dritte gemeinsame Potentialelektrode, die elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; eine vierte gemeinsame Potentialelektrode, die direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode zweiter Polarität verbunden ist; eine Steuereinheit, die (M1') erste Steuerschalter, (M1') zweite Steuerschalter, (M2') dritte Steuerschalter und (M2') vierte Steuerschalter umfasst, wobei M1', M2', S1, S2 alle natürliche Zahlen sind und M1' = 2S1, M2' = 2S2, M1' + M2' ≤ M', S1 ≥ 1, S2 ≥ 1, S1 + S2 ≤ S ist; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M') Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M' ≥ 4, 1 ≤ P ≤ M', 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist; wobei die Ankerspulengruppen in (S) Gruppen unterteilt werden können, wobei die (S) Gruppen von Ankerspulengruppen weiter in unabhängige erste Gruppengruppe und zweite Gruppengruppe unterteilt werden können, wobei die erste Gruppengruppe (S1) Gruppen von Ankerspulengruppen umfasst und die zweite Gruppengruppe (S2) Gruppen von Ankerspulengruppen umfasst; wobei in der ersten Gruppengruppe die (S1) Gruppen von Ankerspulengruppen jeweils mit den mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen ersten Steuerschaltern und mit den mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen zweiten Steuerschaltern verbunden sind, wobei die Ankerspulengruppe der (t1)-ten Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t1+S)-ten Stufe gebildet werden und t1 eine natürliche Zahl und 1 ≤ t1 ≤ S1 ist; wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t1)-ten Gruppe jeweils einen [2(t1)-1]-ten Knoten und einen [2(t1)]-ten Knoten aufweisen, wobei der [2(t1)-1]-te Knoten über den [2(t1)-1]-ten ersten Steuerschalter elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)]-te Knoten über den [2(t1)]-ten ersten Steuerschalter elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)-1]-te Knoten über den [2(t1)-1]-ten zweiten Steuerschalter elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)]-te Knoten über den [2(t1)]-ten zweiten Steuerschalter elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist, wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der ersten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der zweiten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der [2(t1)-1]-te erste Steuerschalter und der [2(t1)-1]-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der [2(t1)]-te erste Steuerschalter und der [2(t1)]-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden; wobei in der zweiten Gruppengruppe die (S2) Gruppen von Ankerspulengruppen jeweils mit den mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen dritten Steuerschaltern und mit den mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen vierten Steuerschaltern verbunden sind, wobei die Ankerspulengruppe der (t2)-ten Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t2)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t2+S)-ten Stufe gebildet werden und t2 eine natürliche Zahl und S1 + 1 ≤ t2 ≤ S ist, wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t2)-ten Gruppe jeweils einen [2(t2)-1]-ten Knoten und einen [2(t2)]-ten Knoten aufweisen, wobei der [2(t2)-1]-te Knoten über den [2(t2)-3]-ten dritten Steuerschalter elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)]-te Knoten über den [2(t2)-2]-ten dritten Steuerschalter elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)-1]-te Knoten über den [2(t1)-3]-ten vierten Steuerschalter elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)]-te Knoten über den [2(t2)-2]-ten vierten Steuerschalter elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der dritten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der vierten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der [2(t2)-3]-te dritte Steuerschalter und der [2(t2)-3]-te vierte Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der [2(t2)-2]-te dritte Steuerschalter und der [2(t2)-2]-te vierte Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  • Beim im dritten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 können die ersten und die zweiten Steuerschalter beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, aus den folgenden Leistungskomponenten-Schaltern ausgewählt werden: SiC (Siliciumcarbid)-Schalter, GaN (Galliumnitrid)-Schalter, BJT (Bipolartransistor)-Schalter, IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode)-Schalter und MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Schalter.
  • Beim im dritten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 ist die Magneteinheit (nicht gezeigt) beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Permanentmagnet oder ein magnetisierter Magnet.
  • Beim im dritten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 ist die Logikeinheit (nicht gezeigt) beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Resolver, Encoder, Hall-Sensor, Photounterbrecher oder photoelektrischer Sensor.
  • Beim im dritten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 können die ersten Ankerleiter (nicht gezeigt) und die zweiten Ankerleiter (nicht gezeigt) beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, durch Wellenwicklung, Schleifenwicklung oder Froschbeinwicklung hergestellt sein.
  • Beim im dritten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 ist die ringförmige Ankereinheit (nicht gezeigt) ein ringförmiger Stator und die Magneteinheit ein magnetischer Rotor, oder die ringförmige Ankereinheit ist ein ringförmiger Rotor und die Magneteinheit ist ein magnetischer Stator.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel ist eine 12-Ausnehmung-Ankerspulengruppe als Beispiel genommen, was L = 12 entspricht. Die Magneteinheit (nicht gezeigt) besteht aus drei Paaren von N-Polen und S-Polen, die entgegengesetzte Magnetismen (N = 3) aufweisen und jeweils an zwei gegenüberliegenden Enden der Magneteinheit angeordnet sind, wobei die ringförmige Ankereinheit (nicht gezeigt) und die Magneteinheit steuerbar relativ zueinander gedreht werden können.
  • Wie oben beschrieben ist, ist im dritten Ausführungsbeispiel L = M' × N und L = 12, N = 3 und somit im vorliegenden Ausführungsbeispiel M' = 4. Daher können die ersten Ankerleiter (nicht gezeigt) und die zweiten Ankerleiter (nicht gezeigt) in vier Stufen unterteilt werden, wobei die Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und die Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 in Antiserie geschaltet sowie die Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und die Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 in Antiserie geschaltet sind. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können auch die Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 und die Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 parallelgeschaltet und die Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 und die Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 parallelgeschaltet sein.
  • Es wird auf die 7A und 7B Bezug genommen. Beim bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 des dritten Ausführungsbeispiels ist L = 12, M' = 4, S = 2 und S1 = 1, S2 = 1, d. h. die Ankerspulengruppen des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 können in zwei Gruppen unterteilt werden, wobei die beiden Gruppen jeweils weiter in unabhängige erste und zweite Gruppengruppe unterteilt werden können, wobei die erste Gruppengruppe (S1 = 1) mehrere Gruppen von Ankerspulengruppen und die zweite Gruppengruppe (S2 = 1) mehrere Gruppen von Ankerspulengruppen umfasst, wobei t1 = 1 und t2 = 2 ist.
  • Es wird auf die 7A bis 7D Bezug genommen. Beim bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 des dritten Ausführungsbeispiels ist das Paar externer Elektroden ein wiederaufladbares Batteriemodul oder Netzteilmodul V und weist eine Elektrode erster Polarität 160 und eine Elektrode zweiter Polarität 170, deren Polaritäten entgegengesetzt sind, auf, wobei eine Induktivität L zwischen der Elektrode erster Polarität 160 und dem wiederaufladbaren Batteriemodul oder Netzteilmodul V in Reihe geschaltet ist. Ferner ist die erste gemeinsame Potentialelektrode 165A des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 des dritten Ausführungsbeispiels direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode erster Polarität 160 verbunden und ist die dritte gemeinsame Potentialelektrode 165C elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode 165B verbunden und ist die vierte gemeinsame Potentialelektrode 165D direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode zweiter Polarität 165B verbunden. Es wird auf die 7A bis 7D Bezug genommen. Beim bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 des dritten Ausführungsbeispiels umfasst die Steuereinheit (nicht gezeigt) zwei (M1' = 2) erste Steuerschalter 255A, 255B, zwei (M1' = 2) zweite Steuerschalter 256A, 256B, zwei (M2' = 2) dritte Steuerschalter 257A, 257B und zwei (M2' = 2) vierte Steuerschalter 258A, 258B.
  • Wie in den 7A bis 7D gezeigt, sind die (S1 = 1) Gruppen der Ankerspulengruppe der ersten Gruppengruppe jeweils mit den ersten Steuerschaltern 255A, 255B, die mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode 165A verbunden sind, und mit den zweiten Steuerschaltern 256A, 256B, die mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode 165B verbunden sind, verbunden, wobei die Ankerspulengruppe der ersten Gruppe (t1 = 1) durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der ersten Stufe (t1 = 1) und der Ankerspulengruppe der dritten Stufe (t1= 1, S = 2) gebildet wird. Die zwei Enden der Ankerspulengruppe der ersten Gruppe weisen jeweils einen ersten Knoten A1 und einen zweiten Knoten C3 auf. Der erste Knoten A1 ist über den ersten ersten Steuerschalter 255A elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode 165A verbunden. Der zweite Knoten C3 ist über den zweiten ersten Steuerschalter 255B elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode 165A verbunden. Der erste Knoten A1 ist über den ersten zweiten Steuerschalter 256A elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode 165B verbunden. Der zweite Knoten C3 ist über den zweiten zweiten Steuerschalter 256B elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode 165B verbunden. In der gleichen Betriebszeit ist höchstens die Hälfte der ersten Steuerschalter 255A und 255B kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der zweiten Steuerschalter 256A und 256B kurzgeschlossen, wobei der erste erste Steuerschalter 255A und der erste zweite Steuerschalter 256A nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der zweite erste Steuerschalter 255B und der zweite zweite Steuerschalter 256B nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  • Wie in den 7A bis 7D gezeigt, ist eine (S2 = 1) Ankerspulengruppe in der zweiten Gruppengruppe jeweils mit den dritten Steuerschaltern 257A, 257B, die mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode 165C verbunden sind, und mit den vierten Steuerschaltern 258A, 258B, die mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode 165D verbunden sind, verbunden, wobei die Ankerspulengruppe der zweiten Gruppe (t2 = 2) durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe und der Ankerspulengruppe der vierten Stufe gebildet wird. Die zwei Enden der Ankerspulengruppe der zweiten Gruppe weisen jeweils einen dritten Knoten B2 und einen vierten Knoten D4 auf. Der dritte Knoten B2 ist über den ersten dritten Steuerschalter 257A elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode 165C verbunden. Der vierte Knoten D4 ist über den zweiten dritten Steuerschalter 257B elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode 165C verbunden. Der dritte Knoten B2 ist über den ersten vierten Steuerschalter 258A elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode 165D verbunden. Der vierte Knoten D4 ist über den zweiten vierten Steuerschalter 258B elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode 165D verbunden. In der gleichen Betriebszeit ist höchstens die Hälfte der dritten Steuerschalter 257A und 257B kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der vierten Steuerschalter 258A und 258B kurzgeschlossen, wobei der erste dritte Steuerschalter 257A und der erste vierte Steuerschalter 258A nicht gleichzeitig kurzgeschlossen sowie der zweite dritte Steuerschalter 257B und der zweite vierte Steuerschalter 258B nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  • Wie in den 7A und 7B gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 255A wird vom in 7A gezeigten Kurzschluss auf den in 7B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite erste Steuerschalter 255B wird vom in 7A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 256A wird vom in 7A gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7B gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 256B wird vom in 7A gezeigten Kurzschluss auf den in 7B gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbundenen Knoten C3 und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbundenen Knoten A1 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten C3 und A1 geschaltet ist. Dadurch kann die Magneteinheit (nicht gezeigt) des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel relativ zur ringförmigen Ankereinheit (nicht gezeigt) im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Wie in den 7B und 7C gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste dritte Steuerschalter 257A wird vom in 7B gezeigten Kurzschluss auf den in 7C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 257B wird vom in 7B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der erste vierte Steuerschalter 258A wird vom in 7B gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7C gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite vierte Steuerschalter 258B wird vom in 7B gezeigten Kurzschluss auf den in 7C gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 verbundenen Knoten D4 und dem mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbundenen Knoten B2 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten D4 und B2 geschaltet ist. Dadurch kann die Magneteinheit (nicht gezeigt) des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel relativ zur ringförmigen Ankereinheit (nicht gezeigt) im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Wie in den 7C und 7D gezeigt, ist die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen und gibt die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus. Der erste erste Steuerschalter 255A wird vom in 7C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite erste Steuerschalter 255C wird vom in 7C gezeigten Kurzschluss auf den in 7D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der erste zweite Steuerschalter 256A wird vom in 7C gezeigten Kurzschluss auf den in 7D gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite zweite Steuerschalter 256B wird vom in 7C gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7D gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der dritten Stufe 304 verbundenen Knoten C3 und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe 102 verbundenen Knoten A1 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten C3 und A1 geschaltet ist. Dadurch kann die Magneteinheit (nicht gezeigt) des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel relativ zur ringförmigen Ankereinheit (nicht gezeigt) im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Es wird abschließend auf die 7D und 7A Bezug genommen. Die Elektrode erster Polarität 160 ist positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 ist negativ geladen und die Logikeinheit gibt ein positives Logiksignal an die Steuereinheit aus.
  • Der erste dritte Steuerschalter 257A wird vom in 7D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite dritte Steuerschalter 257A wird vom in 7D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet; Der zweite dritte Steuerschalter 257B wird vom in 7D gezeigten Kurzschluss auf den in 7A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der erste vierte Steuerschalter 258A wird vom in 7D gezeigten Kurzschluss auf den in 7A gezeigten offenen Stromkreis umgeschaltet; Der zweite vierte Steuerschalter 258B wird vom in 7D gezeigten offenen Stromkreis auf den in 7A gezeigten Kurzschluss umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom des Paares externer Elektroden zwischen dem mit der Ankerspulengruppe der vierten Stufe 401 verbundenen Knoten D4 und dem mit der Ankerspulengruppe der zweiten Stufe 203 verbundenen Knoten B2 und es findet eine Stromkommutierung zwischen ihnen statt, was dem entspricht, dass ein Kommutator zwischen den Knoten D4 und B2 geschaltet ist. Dadurch kann die Magneteinheit (nicht gezeigt) des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel relativ zur ringförmigen Ankereinheit (nicht gezeigt) im Uhrzeigersinn gedreht werden.
  • Gemäß dem im dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 wird die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen ist und die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 wird die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 positiv geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 negativ geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 wird die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein negatives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Gemäß dem im dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 3000 wird die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn die Elektrode erster Polarität 160 negativ geladen und die Elektrode zweiter Polarität 170 positiv geladen ist und die Logikeinheit ein positives Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt.
  • Wenn ferner die Polarität der Elektrode erster Polarität 160 und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 255A bis 255B, zweiten Steuerschalter 256A bis 256B, dritten Steuerschalter 257A bis 257B und vierten Steuerschalter 258A bis 258B der gleichen Stufe umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 umgekehrt. Insbesondere wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 255A bis 255B, zweiten Steuerschalter 256A bis 256B, dritten Steuerschalter 257A bis 257B und vierten Steuerschalter 258A bis 258B der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 schnell umgekehrt, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  • Darüber hinaus kann der im dritten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator 3000 ebenfalls für ein Fahrzeug verwendet werden. Durch Steuern der Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 und durch Steuern der Polarität des von der Logikeinheit an die Steuereinheit ausgegebenen Logiksignals kann die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 so gesteuert werden, dass sie relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, um dadurch die Drehrichtung der Fahrzeugantriebswelle zu steuern.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Der Aufbau des im vierten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerators 4000 ist dem des im dritten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerators 3000 ähnlich. Der im vierten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 umfasst jedoch ferner einen fünften Steuerschalter 400A, einen sechsten Steuerschalter 400B und einen siebten Steuerschalter 400C.
  • Wie in den 8A bis 8B gezeigt, kann der bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 ferner einen fünften Steuerschalter 400A, einen sechsten Steuerschalter 400B und einen siebten Steuerschalter 400C umfassen, wobei die dritte gemeinsame Potentialelektrode 165C gleichzeitig elektrisch mit einem Ende des fünften Steuerschalters 400A und einem Ende des siebten Steuerschalters 400C verbunden ist und das andere Ende des fünften Steuerschalters 400A elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode 165A verbunden ist und die zweite gemeinsame Potentialelektrode 165B gleichzeitig elektrisch mit einem Ende des sechsten Steuerschalters 400B und dem anderen Ende des siebten Steuerschalters 400C verbunden ist und das andere Ende des sechsten Steuerschalters 400B elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode 165D verbunden ist.
  • Es wird auf 8A Bezug genommen. Wenn der fünfte und sechste Steuerschalter 400A und 400B kurzgeschlossen sind und sich der siebte Steuerschalter 400C im offenen Stromkreis befindet, funktioniert der bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 wie ein Parallelmotor und wird vom wiederaufladbaren Batteriemodul V angetrieben.
  • Es wird auf 8B Bezug genommen. Wenn sich der fünfte und sechste Steuerschalter 400A und 400B im offenen Stromkreis befinden und der siebte Steuerschalter 400C kurzgeschlossen ist, funktioniert der bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 wie ein Seriengenerator und lädt das wiederaufladbare Batteriemodul V auf.
  • Der bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kann ferner einen Widerstand (nicht gezeigt) umfassen, wobei der Widerstand und die Induktivität L parallelgeschaltet sind.
  • Beim im vierten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 4000 können die ersten und die zweiten Steuerschalter beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, aus den folgenden Leistungskomponenten-Schaltern ausgewählt werden: SiC (Siliciumcarbid)-Schalter, GaN (Galliumnitrid)-Schalter, BJT (Bipolartransistor)-Schalter, IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode)-Schalter und MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Schalter.
  • Beim im vierten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 4000 ist die Magneteinheit (nicht gezeigt) beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Permanentmagnet oder ein magnetisierter Magnet.
  • Beim im vierten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 4000 ist die Logikeinheit (nicht gezeigt) beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Resolver, Encoder, Hall-Sensor, Photounterbrecher oder photoelektrischer Sensor.
  • Beim im vierten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 4000 können die ersten Ankerleiter (nicht gezeigt) und die zweiten Ankerleiter (nicht gezeigt) beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, durch Wellenwicklung, Schleifenwicklung oder Froschbeinwicklung hergestellt sein.
  • Beim im vierten Ausführungsbeispiel gezeigten bürstenlosen Gleichstromgenerator 4000 ist die ringförmige Ankereinheit (nicht gezeigt) ein ringförmiger Stator und die Magneteinheit ein magnetischer Rotor, oder die ringförmige Ankereinheit ist ein ringförmiger Rotor und die Magneteinheit ist ein magnetischer Stator.
  • Wenn ferner die Polarität der Elektrode erster Polarität 160 und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 255A bis 255B, zweiten Steuerschalter 256A bis 256B, dritten Steuerschalter 257A bis 257B und vierten Steuerschalter 258A bis 258B der gleichen Stufe umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 4000 umgekehrt. Insbesondere wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter 255A bis 255B, zweiten Steuerschalter 256A bis 256B, dritten Steuerschalter 257A bis 257B und vierten Steuerschalter 258A bis 258B der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, wird die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators 4000 schnell umgekehrt, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  • Darüber hinaus kann der im vierten Ausführungsbeispiel gezeigte bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 ebenfalls für ein Fahrzeug verwendet werden. Durch Steuern der Polaritäten der Elektrode erster Polarität 160 und der Elektrode zweiter Polarität 170 und durch Steuern der Polarität des von der Logikeinheit an die Steuereinheit ausgegebenen Logiksignals kann die Magneteinheit 120 des bürstenlosen Gleichstromgenerators 1000 so gesteuert werden, dass sie relativ zur ringförmigen Ankereinheit 110 im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, um dadurch die Drehrichtung der Fahrzeugantriebswelle zu steuern. Wenn der fünfte und sechste Steuerschalter 400A und 400B kurzgeschlossen sind und sich der siebte Steuerschalter 400C im offenen Stromkreis befindet, funktioniert der bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 wie ein Parallelmotor und wird vom wiederaufladbaren Batteriemodul V angetrieben. Wenn das Fahrzeug fährt, kann dadurch, dass sich der fünfte und sechste Steuerschalter 400A und 400B im offenen Stromkreis befinden und der siebte Steuerschalter 400C kurzgeschlossen ist, der bürstenlose Gleichstromgenerator 4000 wie ein Seriengenerator funktionieren und das wiederaufladbare Batteriemodul V aufladen.
  • Die vorstehende Beschreibung stellt nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Schutzansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a bis 12a
    erster Ankerleiter
    1b bis 12b
    zweiter Ankerleiter
    110
    ringförmige Ankereinheit
    120
    Magneteinheit
    160
    Elektrode erster Polarität
    165A
    erste gemeinsame Spannungselektrode
    165B
    zweite gemeinsame Spannungselektrode
    165C
    dritte gemeinsame Spannungselektrode
    165D
    vierte gemeinsame Spannungselektrode
    170
    Elektrode zweiter Polarität
    102
    Ankerleitergruppe der ersten Stufe
    203
    Ankerleitergruppe der zweiten Stufe
    304
    Ankerleitergruppe der dritten Stufe
    401
    Ankerleitergruppe der vierten Stufe
    200A bis 200D; 255A, 255B
    erster Steuerschalter
    300A bis 300D; 256A, 256B
    zweiter Steuerschalter
    257A, 257B
    dritter Steuerschalter
    258A, 258B
    vierter Steuerschalter
    400A
    fünfter Steuerschalter
    400B
    sechster Steuerschalter
    400C
    siebter Steuerschalter
    1000, 2000, 3000, 3000', 4000
    Gleichstromgenerator
    A1, A2, B2, B3, C3, C4, D4, D1
    Knoten
    L
    Induktivität
    V
    wiederaufladbares Batteriemodul oder Netzteil

Claims (19)

  1. Ein bürstenloser Gleichstromgenerator, umfassend: eine ringförmige Ankereinheit, die Folgendes umfasst: hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den (M) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M eine natürliche Zahl und M = 2S und L = M × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind; eine Steuereinheit, die (M) erste Steuerschalter und (M) zweite Steuerschalter umfasst; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten und zweiten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M) Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q - 1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P - 1 + (M × (Q 1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, S alle natürliche Zahlen sind und 1≤ P ≤ M, 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1≤ P2 ≤ List; wobei der erste erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der erste zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der ersten Stufe und der Ankerspulengruppe der (M)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und der (i)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem mit der Ankerspulengruppe der (i-1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (i)-ten Stufe in Reihe geschalteten Knoten angeordnet ist und i eine natürliche Zahl und 2≤ i ≤ M ist; wobei im Grundbetriebsmodus des bürstenlosen Gleichstromgenerators nur einer der ersten Steuerschalter und einer der zweiten Steuerschalter in der gleichen Betriebszeit kurzgeschlossen werden, wobei, wenn der erste erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird, der (1+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn 2 ≤ i ≤ S ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i+S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn i = S + 1 ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der erste zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn S + 1 < i ≤ M ist, der (i)-te erste Steuerschalter kurzgeschlossen wird und der (i-S)-te zweite Steuerschalter kurzgeschlossen wird; wobei, wenn der bürstenlose Gleichstromgenerator von einem Grundbetriebsmodus in den nächsten Grundbetriebsmodus umgeschaltet wird und sich in einem Übergangsmodus befindet, im bürstenlosen Gleichstromgenerator die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter gleichzeitig kurzgeschlossen werden können, statt dass die zwei benachbarten ersten Steuerschalter oder die zwei benachbarten zweiten Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden können.
  2. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, wobei, wenn die Polarität der Elektrode erster Polarität und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators umgekehrt wird.
  3. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 2, wobei, wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators schnell umgekehrt wird, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  4. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 1, wobei, wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität und die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals nicht umgekehrt werden und nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert wird, die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  5. Ein bürstenloser Gleichstromgenerator, umfassend: eine erste ringförmige Ankereinheit, die Folgendes umfasst: hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den M'-Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M' eine natürliche Zahl und M' = 2S und L = M' × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind; eine Steuereinheit, die (M') erste Steuerschalter und (M') zweite Steuerschalter umfasst; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten und zweiten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M') Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M' ≥ 4, 1 ≤ P ≤ M', 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist, wobei die Ankerspulengruppen in (S) Gruppen unterteilt werden können, wobei die (t)-te Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t+S)-ten Stufe gebildet wird und t eine natürliche Zahl und t ≤ S ist; wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t)-ten Gruppe, die durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t)-ten Stufe und der Ankerspulen der (t+S)-ten Stufe gebildet wird, jeweils einen (2t-1)-ten Knoten und einen (2t)-ten Knoten aufweisen, wobei der (t)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem (2t-1)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem (2t-1)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t+S)-te erste Steuerschalter zwischen der Elektrode erster Polarität und dem (2t)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist und der (t+S)-te zweite Steuerschalter zwischen der Elektrode zweiter Polarität und dem (2t)-ten Knoten angeordnet und mit diesen beiden elektrisch verbunden ist; wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der ersten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der zweiten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der (t)-te erste Steuerschalter und der (t)-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der (t+S)-te erste Steuerschalter und der (t+S)-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  6. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 5, wobei, wenn die Polarität der Elektrode erster Polarität und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators umgekehrt wird.
  7. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 5, wobei, wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators schnell umgekehrt wird, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen. Darüber hinaus kann bei der obigen Funktion auch die Polaritätsumkehrung nicht ausgeführt werden, sondern nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert werden, sodass die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  8. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 5, wobei, wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität und die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals nicht umgekehrt werden und nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert wird, die Betätigungen aller ersten Steuerschalter und zweiten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  9. Ein bürstenloser Gleichstromgenerator, umfassend: eine erste ringförmige Ankereinheit, die Folgendes umfasst: hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen erster Ankerleiter, wobei die ersten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den ersten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind und L eine natürliche Zahl ist, und hintereinander beabstandet angeordnete (L) Ausnehmungen zweiter Ankerleiter, die benachbart zu den ersten Ankerleitern angeordnet sind, wobei die zweiten Ankerleiter der ersten Ausnehmung räumlich benachbart zu den zweiten Ankerleitern der (L)-ten Ausnehmung angeordnet sind; eine Magneteinheit, die in der ringförmigen Ankereinheit angeordnet ist, wobei die Magneteinheit (N) Paare Magnetpole aufweist und N eine natürliche Zahl ist und die Magneteinheit steuerbar relativ zur ringförmigen Ankereinheit gedreht werden kann, wobei jeder Magnetpol den (S) Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und S eine natürliche Zahl und S ≥ 2 ist, und wobei jedes Paar Magnetpole den M'-Ausnehmungen in der ringförmigen Ankereinheit zugewandt und M' eine natürliche Zahl und M' = 2S und L = M' × N ist; ein Paar externer Elektroden mit einer Elektrode erster Polarität und einer Elektrode zweiter Polarität, deren Polaritäten entgegengesetzt sind, wobei das Paar externer Elektroden ein wiederaufladbares Batteriemodul oder Netzteil ist und eine Induktivität zwischen der Elektrode erster Polarität und dem wiederaufladbaren Batteriemodul in Reihe geschaltet ist; eine erste gemeinsame Potentialelektrode, die direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode erster Polarität verbunden ist; eine zweite gemeinsame Potentialelektrode; eine dritte gemeinsame Potentialelektrode, die elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; eine vierte gemeinsame Potentialelektrode, die direkt oder indirekt elektrisch mit der Elektrode zweiter Polarität verbunden ist; eine Steuereinheit, die (M1') erste Steuerschalter, (M1') zweite Steuerschalter, (M2') dritte Steuerschalter und (M2') vierte Steuerschalter umfasst, wobei M1', M2', S1, S2 alle natürliche Zahlen sind und M1' = 2S1, M2' = 2S2, M1' + M2' ≤ M', S1 ≥ 1, S2 ≥ 1, S1 + S2 ≤ S ist; und eine elektrisch mit der Steuereinheit verbundene Logikeinheit, die die Position der Magneteinheit erfasst und dann ein Logiksignal an die Steuereinheit ausgibt, um beim jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter den Kurzschluss oder den offenen Stromkreis zu steuern; wobei die ersten Ankerleiter und die zweiten Ankerleiter in (M') Stufen von Ankerspulengruppen, die miteinander in Vorwärtsrichtung in Reihe geschaltet sind, unterteilt werden können, und wobei die Ankerspulengruppe der (P)-ten Stufe aus allen ersten Ankerleitern der (P1)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, und allen zweiten Ankerleitern der (P2)-ten Ausnehmung, die 1 ≤ Q ≤ N erfüllen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, besteht, wobei P1 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1))] / L verbleibender Rest} ist, P2 = 1 + {[P-1 + (M' × (Q-1)) + S] / L verbleibender Rest} ist, P, Q, P1, P2 alle natürliche Zahlen sind und M' ≥ 4, 1 ≤ P ≤ M', 1 ≤ Q ≤ N, 1 ≤ P1 ≤ L, 1 ≤ P2 ≤ L ist, wobei die Ankerspulengruppen in (S) Gruppen unterteilt werden können, wobei die (S) Gruppen von Ankerspulengruppen weiter in unabhängige erste Gruppengruppe und zweite Gruppengruppe unterteilt werden können, wobei die erste Gruppengruppe (S1) Gruppen von Ankerspulengruppen umfasst und die zweite Gruppengruppe (S2) Gruppen von Ankerspulengruppen umfasst; wobei in der ersten Gruppengruppe die (S1) Gruppen von Ankerspulengruppen jeweils mit den mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen ersten Steuerschaltern und mit den mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen zweiten Steuerschaltern verbunden sind, wobei die Ankerspulengruppe der (t1)-ten Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t1)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t1+S)-ten Stufe gebildet wird und t1 eine natürliche Zahl und 1 ≤ t1 ≤ S1 ist; wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t1)-ten Gruppe jeweils einen [2(t1)-1]-ten Knoten und einen [2(t1)]-ten Knoten aufweisen, wobei der [2(t1)-1]-te Knoten über den [2(t1)-1]-ten ersten Steuerschalter elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)]-te Knoten über den [2(t1)]-ten ersten Steuerschalter elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)-1]-te Knoten über den [2(t1)-1]-ten zweiten Steuerschalter elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t1)]-te Knoten über den [2(t1)]-ten zweiten Steuerschalter elektrisch mit der zweiten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist, wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der ersten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der zweiten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der [2(t1)-1]-te erste Steuerschalter und der [2(t1)-1]-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der [2(t1)]-te erste Steuerschalter und der [2(t1)]-te zweite Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden; wobei in der zweiten Gruppengruppe die (S2) Gruppen von Ankerspulengruppen jeweils mit den mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen dritten Steuerschaltern und mit den mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbundenen vierten Steuerschaltern verbunden sind, wobei die Ankerspulengruppe der (t2)-ten Gruppe durch die Antiserienschaltung oder die Antiparallelschaltung der Ankerspulengruppe der (t2)-ten Stufe und der Ankerspulengruppe der (t2+S)-ten Stufe gebildet wird und t2 eine natürliche Zahl und S1 + 1 ≤ t2 ≤ S ist, wobei die zwei Enden der Ankerspulengruppe der (t2)-ten Gruppe jeweils einen [2(t2)-1]-ten Knoten und einen [2(t2)]-ten Knoten aufweisen, wobei der [2(t2)-1]-te Knoten über den [2(t2)-3]-ten dritten Steuerschalter elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)]-te Knoten über den [2(t2)-2]-ten dritten Steuerschalter elektrisch mit der dritten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)-1]-te Knoten über den [2(t1)-3]-ten vierten Steuerschalter elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und der [2(t2)]-te Knoten über den [2(t2)-2]-ten vierten Steuerschalter elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; wobei in der gleichen Betriebszeit höchstens die Hälfte der dritten Steuerschalter kurzgeschlossen und höchstens die Hälfte der vierten Steuerschalter kurzgeschlossen sind, und wobei der [2(t2)-3]-te dritte Steuerschalter und der [2(t2)-3]-te vierte Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen und der [2(t2)-2]-te dritte Steuerschalter und der [2(t2)-2]-te vierte Steuerschalter nicht gleichzeitig kurzgeschlossen werden.
  10. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 7, wobei dieser ferner einen fünften Steuerschalter, einen sechsten Steuerschalter und einen siebten Steuerschalter umfasst, wobei die dritte gemeinsame Potentialelektrode gleichzeitig elektrisch mit einem Ende des fünften Steuerschalters und einem Ende des siebten Steuerschalters verbunden ist und das andere Ende des fünften Steuerschalters elektrisch mit der ersten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist und die zweite gemeinsame Potentialelektrode gleichzeitig elektrisch mit einem Ende des sechsten Steuerschalters und dem anderen Ende des siebten Steuerschalters verbunden ist und das andere Ende des sechsten Steuerschalters elektrisch mit der vierten gemeinsamen Potentialelektrode verbunden ist; wobei, wenn der fünfte und sechste Steuerschalter kurzgeschlossen sind und sich der siebte Steuerschalter im offenen Stromkreis befindet, der bürstenlose Gleichstromgenerator wie ein Parallelmotor funktioniert und vom wiederaufladbaren Batteriemodul angetrieben wird; wobei, wenn sich der fünfte und sechste Steuerschalter im offenen Stromkreis befinden und der siebte Steuerschalter kurzgeschlossen ist, der bürstenlose Gleichstromgenerator wie ein Seriengenerator funktioniert und das wiederaufladbare Batteriemodul auflädt.
  11. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn die Polarität der Elektrode erster Polarität und die Polarität der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter der gleichen Stufe umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators umgekehrt wird.
  12. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 11, wobei, wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität unverändert bleiben und nur die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals schnell geändert wird und somit die Betätigungen aller ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell umgekehrt werden, die Antriebs- oder Ausgangsrichtung des bürstenlosen Gleichstromgenerators schnell umgekehrt wird, um die Funktion einer durch bipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  13. Bürstenloser Gleichstromgenerator nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn die Polaritäten der Elektrode erster Polarität und der Elektrode zweiter Polarität und die Polarität des von der Logikeinheit ausgegebenen Logiksignals nicht umgekehrt werden und nur das von der Logikeinheit ausgegebene Logiksignal schnell synchron aktiviert/deaktiviert wird, die Betätigungen aller ersten, zweiten, dritten und vierten Steuerschalter der gleichen Stufe schnell synchron zugelassen/verhindert werden, um die Funktion einer durch unipolare Pulsweitenmodulation erreichten Leistungsmodulation (PWM) zu erreichen.
  14. Ein Fahrzeug, das mindestens einen bürstenlosen Gleichstromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.
  15. Ein Fahrzeug, das mindestens einen bürstenlosen Gleichstromgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 8 umfasst.
  16. Ein Fahrzeug, das mindestens einen bürstenlosen Gleichstromgenerator nach einem der Ansprüche 9 und 10 umfasst.
  17. Ein Fahrzeug, das den bürstenlosen Gleichstromgenerator nach Anspruch 11 umfasst.
  18. Ein Fahrzeug, das den bürstenlosen Gleichstromgenerator nach Anspruch 12 umfasst.
  19. Ein Fahrzeug, das den bürstenlosen Gleichstromgenerator nach Anspruch 13 umfasst.
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