DE60024383T2

DE60024383T2 - Motor/Generator mit mehreren Läufern

Info

Publication number: DE60024383T2
Application number: DE60024383T
Authority: DE
Inventors: Masaki Yokohama city Nakano
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: EP1087501A3; DE60024383D1; US6639337B1; EP1087501A2; EP1087501B1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Motor/Generator, der mit einer Mehrzahl von Läufern versehen ist.
Hintergrund der Erfindung
Die durch das japanische Patentamt 1996 veröffentlichte Tokkai-Hei 8-340663 offenbart einen Motor/Generator mit einem Ständer und zwei Läufern. Der Ständer und die Läufer sind koaxial angeordnet, ein Läufer ist auf der Innenseite des Ständers, während der andere Läufer auf der Außenseite des Ständers angeordnet ist.
In diesem Motor/Generator wird der Ständer mit einer unabhängigen Gruppe von Spulen für jeden Läufer versehen. Die beiden Gruppen von Spulen treiben die Läufer jeweils durch Erzeugen von zwei sich unterschiedlich drehenden Magnetfeldern an.
Die WO 99/39426 A1 veröffentlicht einen Motor/Generator, der eine erste und zweite Drehwelle, einen ersten und zweiten Läufer und einen Ständer mit einer oder mehreren Wicklungen aufweist. Die elektrische Energie wird zu oder von den Wicklungen durch ein elektronisches Leistungsmodul zugeführt.
Die US 4 644 207 veröffentlicht einen Motor/Generator mit zwei unabhängigen Läufern mit unterschiedlicher Polanzahl.
Zusammenfassung der Erfindung
Um den beiden Gruppen von Spulen Starkstrom von unterschiedlichen Wellenformen zuzuführen, weist der in der Tokkai Hei-8- 340663 offenbarte Motor/Generator zwei Wechselrichter auf. Folglich ist die Anordnung des Motors/Generators schwierig und auch der Schaltverlust in den Wechselrichtern groß. Außerdem ergibt die überlappende Anordnung der Läufer auf der Innen- und Außenseite des Läufers einen Läufer, der eine freitragende Abstützanordnung erfordert, die eine niedrige Anordnungsstabilität aufweist.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, den Stromverlust einer Kombination von einem Motor/Generator, der mit einer Mehrzahl von Läufern versehen ist, und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung zu reduzieren.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Abstützstabilität für den Ständer eines Motors/Generators, der mit einer Mehrzahl von Läufern versehen ist, zu erhöhen. Diese Aufgaben werden durch eine Kombination gemäß Anspruch 1 oder 16 gelöst. Die Unteransprüche offenbaren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, schafft diese Erfindung eine Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung mit einer ersten Drehwelle, einer zweiten Drehwelle, einem ersten Läufer, einem zweiten Läufer, einem Ständer und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung.
Der erste Läufer dreht sich mit der ersten Drehwelle und weist eine erste Anzahl von magnetischen Polen auf, die ein erstes Magnetfeld bilden. Die zweite Drehwelle dreht sich relativ zur ersten Drehwelle und wird koaxial mit der ersten Drehwelle abgestützt. Der zweite Läufer dreht sich mit der zweiten Drehwelle und weist eine zweite Anzahl von magnetischen Polen auf, die ein zweites Magnetfeld bilden. Die ersten Anzahl und die zweite Anzahl sind unterschiedlich. Der erste Läufer und der zweite Läufer werden entlang der ersten Drehwelle hintereinander angeordnet. Der Ständer weist Spulen auf, die ein erstes rotierendes Magnetfeld durch Anlegen eines ersten Wechselstroms, wobei das erste rotierende Magnetfeld den ersten Läufer über das erste Magnetfeld synchron dreht, und ein zweites rotierendes Magnetfeld durch Anlegen eines zweiten Wechselstroms erzeugen, wobei das zweite rotierende Magnetfeld den zweiten Läufer über das zweite Magnetfeld synchron dreht. Die Strom-Steuer/Regelvorrichtung führt den Spulen einen zusammengesetzten Strom zu, der den ersten Wechselstrom und den zweiten Wechselstrom aufweist.
Diese Erfindung schafft auch eine Kombination eines Motors/Generators und eine Strom-Steuer/Regelvorrichtung mit einer ersten Drehwelle, zweiten Drehwelle, ersten Läufer, zweiten Läufer, ersten Ständer, zweitem Ständer und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung.
Der erste Läufer dreht sich mit der ersten Drehwelle und weist eine erste Anzahl von magnetischen Polen auf, die ein erstes Magnetfeld bilden. Die zweite Drehwelle dreht sich relativ zur ersten Drehwelle. Die zweite Drehwelle und die erste Drehwelle weisen unterschiedliche Drehachsen auf. Der zweite Läufer dreht sich mit der zweiten Drehwelle und weist eine zweite Anzahl von magnetischen Polen auf, die ein zweites Magnetfeld bilden. Die ersten und zweiten Anzahlen sind unterschiedlich. Der erste Ständer weist eine dritte Anzahl von ersten Spulen auf, die ein erstes rotierendes Magnetfeld durch Anlegen eines ersten Wechselstroms erzeugen, wobei das erste rotierende Magnetfeld den ersten Läufer über das erste Magnetfeld synchron dreht. Der zweite Läufer weist eine vierte Anzahl von zweiten Spulen auf, die ein rotierendes Magnetfeld durch Anlegen eines zweiten Wechselstromes erzeugen, wobei das zweite rotierende Magnetfeld den zweiten Läufer über das zweite Magnetfeld synchron dreht. Hier ist die dritte Anzahl gleich der vierten Anzahl. Die Strom-Steuer/Regelvorrichtung führt sowohl den ersten Spulen als auch den zweiten Spulen einen zusammengesetzten Strom zu, der den ersten und den zweiten Wechselstrom aufweist.
Die Einzelheiten ebenso wie andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden im Rest der Ausführung dargelegt und in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Längsschnittansicht eines Motors/Generators gemäß dieser Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht des Motors/Generators entlang der Linie IIA-IIA und der Linie IIB-IIB in 1.
3 ist ein Blockdiagramm einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß dieser Erfindung.
4 ist eine Längsschnittansicht eines Motors/Generators gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung.
5 ist eine Querschnittsansicht des Motors/Generators gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung, die entlang der Linie VA-VA und der Linie VB-VB in 4 aufgenommen wurde.
6 ist ein Blockdiagramm einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung für den Motor/Generator gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfin dung.
7 ist ähnlich 6, stellt aber eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung dar.
8 ist eine Längsschnittansicht eines Motors/Generators gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung.
9 ist eine Querschnittsansicht des Motors/Generators gemäß der vierten Ausführungsform dieser Erfindung, die entlang der Linie IXA-IXA und der Linie IXB-IXB in 8 aufgenommen wurde.
10 ist eine Längsschnittansicht eines Motors/Generators gemäß der fünften Ausführungsform dieser Erfindung.
11 ist eine Querschnittsansicht des Motors/Generators gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung, die entlang der Linie XIA-XIA und der Linie XIB-XIB in 10 aufgenommen wurde.
12 ist eine Längsschnittansicht eines Motors/Generators gemäß einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung.
13 ist eine Querschnittsansicht des Motors/Generators gemäß einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung, die entlang der Linie XIIIA-XIIIA und der Linie XIIIB-XIIIB in 12 aufgenommen wurde.
14A bis 14D sind schematische Längsschnitt- und Querschnittsansichten eines Motors/Generators gemäß einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Gemäß 1 und 2 wird ein Motor/Generator gemäß dieser Erfindung mit einem Ständer 14, einem ersten Läufer 2 und einem zweiten Läufer 3 geschaffen.
Der erste Läufer 2 ist mit einer Drehwelle 4 und der zweite Läufer 3 mit einer Drehwelle 5 versehen. Die Drehwelle 4 weist eine zylindrische Form auf und die Drehwelle 5 ist durch die Drehwelle 4 befestigt. Die Drehwellen 4 und 5 sind koaxial angeordnet. Der innere Umfang von beiden Enden der Drehwelle 5 wird durch die Drehwelle 4 durch Nadellager 30A und 30B abgestützt. Der äußere Umfang eines Endes der Drehwelle 4 wird auf dem Gehäuse 1 durch ein Kugellager 31 abgestützt. Der äußere Umfang eines Endes der Drehwelle 5, der dem Kugellager 31 entgegengesetzt ist, wird auf dem Gehäuse durch ein Kugellager 32 abgestützt.
Der erste Läufer 2 weist sechs Magneten 6 auf. Der zweite Läufer weist acht Magnete 7 auf. Jedoch ist die Anzahl der Magnete des ersten Läufers 2 und des zweiten Läufers 3 nicht auf die obige Anzahl beschränkt.
Der Läufer 14 weist zwölf Eisenkerne 11 auf, die angeordnet sind, um den äußeren Umfang des ersten Läufers 2 und des zweiten Läufers 3 abzudecken. Jeder Eisenkern 11 wird aus magnetischen Plattenelementen, die in Richtung der Drehwelle 5 geschichtet sind, hergestellt. Ein Schlitz 15 wird zwischen den benachbarten Eisenkernen 11 gebildet, um einen Raum für die Ständerspulen 16 zu schaffen, die um die Eisenkerne 11 gewickelt sind.
Der Ständer 14 ist innerhalb des zylindrischen Gehäuses 1 befestigt. Die Verschiebung der Eisenkerne 11 in Richtung der Außenseite wird durch das Gehäuse 1 verhindert. Die Stützplatten 18 sind parallel zur Drehwelle 5 zwischen jedem Eisenkern 11 angeordnet.
Eine Gesamtzahl von zwölf Stützplatten 18 wird auf einem peripheren Umfang angeordnet. Die Ringnuten 23 und 24, die auf den Ringen 21 und 22 ausgebildet sind, werden innerhalb der beiden Enden dieser Stützplatten 18 durch Presspassung angeordnet.
Die Stützplatten, deren beide Enden durch die Ringe 21 und 22 festgehalten werden, halten die Eisenkerne 11 vom Verschieben zur Innenseite ab. Der innere Umfang der Eisenkerne 11 wird auch durch einen verstärkten Ring 25, der zwischen dem ersten Läufer 2 und dem zweiten Läufer 3 angeordnet ist, gestützt.
Beim Zusammenbau sind die äußeren Umfangsbereiche der benachbarten Eisenkerne 11 in Kontakt. Andererseits ragen die inneren Umfangsbereiche der Eisenkerne 11 unabhängig mit den Ständerspulen 16, die um die vorspringenden Bereiche gewickelt sind, nach innen.
Durch Zuführen eines ersten mehrphasigen Wechselstroms mit einer Phasendifferenz von 90° und einer Frequenz, die durch eine erforderliche Drehzahl des ersten Läufers 2 bestimmt wird, zu den zwölf Ständerspulen 16, erzeugt der Ständer 14 in diesem Motor/Generator ein erstes rotierendes Magnetfeld, das drei Paare von magnetischen Polen aufweist und das den ersten Läufer 2 bei einer erforderlichen Drehzahl synchron dreht, Andererseits, durch Zuführen eines zweiten mehrphasigen Wechselstroms mit einer Phasendifferenz von 120° und einer Frequenz, die durch eine erforderliche Drehzahl des zweiten Läu fers 3 festgelegt ist, zu den zwölf Ständerspulen 16, erzeugt der Ständer 14 ein zweites rotierendes Magnetfeld, welches vier Paare von magnetischen Polen aufweist und den zweiten Läufer 3 synchron dreht.
Wenn ein zusammengesetzter Strom des ersten und zweiten Wechselstroms den zwölf Ständerspulen 16 zugeführt wird, erzeugt der Ständer 14 die ersten und zweiten rotierenden Magnetfelder gleichzeitig, die jeweils den ersten und zweiten Läufer 2, 3 drehen.
Die Grundsätze dieses Betriebsablaufs sind im US-Patent 6.049.152 beschrieben.
Die Steuerung/Regelung des dem Motor zugeführten Stroms wird bezüglich 3 beschrieben.
Der Motor ist mit einer Batterie 111, einem Wechselrichter 112 und einer Steuer/Regeleinheit 115 versehen, um den Ständerspulen 16 einen zusammengesetzten Wechselstrom zuzuführen. Der Wechselrichter 112 kann durch Erweitern eines normalen dreiphasigen Wechselrichters vom Brückentyp in zwölf Phasen erhalten werden und ist mit zwölf Ausgangsanschlüssen versehen. Jeder Ausgangsanschluss ist jeweils mit zwölf Ständerspulen 16 verbunden. Das Ende jeder Ständerspule 16 ist mit einem Endpunkt 16A verbunden.
Die Summe des augenblicklichen Stroms am Endpunkt 16A ist immer Null.
Der Wechselrichter 112 weist 24 Transistoren und die gleiche Diodenanzahl auf, und ein Pulsbreiten-Modulations-(PWM-)Signal wird von der Steuer/Regeleinheit 115 in jede Transistorbasis eingegeben.
Die Signale werden in die Steuer/Regeleinheit 115 von einem Drehwinkelsensor 113, der eine Drehposition des ersten Läufers 2 erfasst, und einem Drehwinkelsensor 114, der eine Drehposition des zweiten Läufers 3 erfasst, eingegeben. Die Drehwinkelsensoren 113 und 114 werden durch einen Drehwertgeber oder einen Drehmelder gebildet. Das durch den ersten Läufer 2 und den zweiten Läufer 3 geforderte Drehmoment wird in die Steuer/Regeleinheit 115 als ein Befehlssignal eingegeben. Die Steuer/Regeleinheit 115 sendet die PWM-Signale zum Wechselrichter 112 auf der Basis des Befehlssignals und der Drehposition des ersten Läufers 2 und des zweiten Läufers 3 aus.
Weil dieser Motor/Generator die zwei Läufer 2 und 3 mit einem Wechselrichter 112 und einem Ständer 14 antreibt, ist es möglich, die Kapazität der Transistoren im Vergleich mit einem Motor/Generator zu reduzieren, der zwei Wechselrichter und Ständer aufweist, um zwei Läufer anzutreiben. Als Ergebnis wird ein reduzierter Schaltverlust erreicht.
Diese Erfindung kann auch auf einen Fall angewendet werden, bei dem einer der beiden ersten und zweiten Läufer 2 und 3 als Generator zum Erzeugen von Strom, während der andere Läufer als Motor, der durch den erzeugten Strom gedreht wird, dient. In diesem Fall wird den Ständerspulen 16 vom Wechselrichter 112 ein Strom zugeführt, der der Differenz des Motorantriebsstroms und des erzeugten Stroms entspricht.
Diese Stromhandhabung verbessert den elektrischen Wirkungsgrad des Motors/Generators sehr, verglichen mit der konventionellen Stromhandhabung, indem der durch einen Generator erzeugte Strom einmal in einer Batterie gespeichert und ein Motor durch den von der Batterie zugeführten Strom angetrieben wird.
Weil außerdem der erste Läufer 2 und der zweite Läufer 3 entlang der Drehwelle 5 hintereinander angeordnet sind und der Ständer 14 auf einer Außenseite der Läufer 2 und 3 angeordnet ist, kann der Ständer 14 fest am Gehäuse 1 gesichert werden.
Zusätzlich sind der erste Läufer 2 und der zweite Läufer 3 in einer beständigen Weise bezüglich der hohen Drehgeschwindigkeit abgestützt, weil die Nadellager 30A und 30B und die Kugellage 31 und 32 beide Enden der Drehwellen 4 und 5 abstützen.
Identische Magnetpole der Läufer 2 und 3 sind nicht entgegengesetzt, so dass kein Entmagnetisierungseffekt infolge der entgegengesetzten identischen Pole auftreten kann. Dadurch kann eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften der Läufer 2, 3 verhindert werden.
Eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung wird bezüglich der 4 bis 6 beschrieben.
Der Motor/Generator gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform bezüglich der Anordnung des Ständers 14. Der Ständer 14 ist mit zwölf ersten Eisenkernen 11, die dem ersten Läufer 2 gegenüberstehen, und zwölf zweiten Eisenkernen 12, die dem zweiten Läufer 3 gegenüberstehen, versehen. Die Ständerspulen 16A sind um die ersten Eisenkerne 11 gewickelt. Die Ständerspulen 16B sind um die zweiten Eisenkerne 12 gewickelt. Ein verstärkter Ring 25 ist zwischen den ersten Eisenkernen 11 und den zweiten Eisenkernen 12 angeordnet, um somit mit dem inneren Umfang der Stützplatten anzustoßen und diese vom Verschieben in Richtung der Innenseite abzuhalten. Der verstärkte Ring 25 weist auch die Funktion auf, die Verschiebung der ersten Eisenkerne 11 und der zweiten Eisenkerne 12 in Richtung entlang der Drehwelle 5 zu begrenzen.
Gemäß 6 sind eine Ständerspule 16A und eine Ständerspule 16B der gleichen Phase parallel mit einem der Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters 112 verbunden. Die zwölf Paare von Ständerspulen 16A und 16B sind jeweils mit den Ausgangsanschlüssen verbunden. Der augenblickliche Strom eines Endpunktes 16X der Ständerspulen 16A und der eines Endpunktes 16Y der Ständerspulen 16B sind immer Null. Die anderen Komponenten der zweiten Ausführungsform sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch.
Diese Ausführungsform ähnelt den zwei Motoren/Generatoren, die in axialer Richtung angeordnet sind. Jedoch werden der erste Läufer 2 und der zweite Läufer 3 durch den einzigen Wechselrichter 112 unabhängig angetrieben, der den zusammengesetzten Wechselstrom den Ständerspulen 16A und 16B in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform zuführt.
Diese Ausführungsform verwirklicht auch eine wünschenswerte Abstützanordnung für den Ständer 14, dem ersten Läufer 2 und dem zweiten Läufer 3.
Eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung wird bezüglich 7 beschrieben.
Die Anordnung der Läufer und des Ständers in dieser Ausführungsform ist die gleiche wie in der zweiten Ausführungsform. Jedoch ist die Verdrahtung der Ständerspulen 16A und 16B von der der zweiten Ausführungsform verschieden.
In dieser Ausführungsform sind die Ständerspulen 16A und 16B von jeder Phase hintereinander mit jedem der Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters 112 verbunden. Dadurch wird nur die Ständerspule 16B mit einem Endpunkt 16Y versehen. In dieser Ausführungsform besitzt der augenblickliche Strom der Endpunktes 16Y der Statorspulen 16B den Wert Null. Somit ist es möglich, den ersten Läufer 2 und den zweiten Läufer 3 unabhängig mit einer beständigen Abstützanordnung zu drehen.
Eine vierte Ausführungsform dieser Erfindung wird bezüglich der 8 und 9 beschrieben.
In dieser Ausführungsform weist der Ständer 14 zwölf erste Eisenkerne 11, zwölf zweite Eisenkerne 12 und zwölf dritte Eisenkerne 13 auf. Die ersten Eisenkerne 11 sind auf einer Außenseite des ersten Läufers 2 angeordnet. Die zweiten Eisenkerne 12 sind auf einer Außenseite des zweiten Läufers 3 angeordnet. Die dritten Eisenkerne 13 sind auf einer Außenseite der ersten Eisenkerne 11 und der zweiten Eisenkerne 12 angeordnet. Der dritte Eisenkern 13 jeder Phase verbindet den ersten Eisenkern 11 und den zweiten Eisenkern 12 magnetisch. Die ersten und zweiten Eisenkerne 11 und 12 sind aus magnetischen Plattenelementen hergestellt, die jeweils in die Richtung der Drehwelle 4 geschichtet sind.
Die nach innen gerichtete Verschiebung der ersten Eisenkerne 11 und der zweiten Eisenkerne 12 wird durch die Stützplatten 18 und die Ringe 21 und 22 begrenzt. Die dritten Eisenkerne 13 sind aus magnetischen Platten, die in die Richtung des Umfangs des zylindrischen Gehäuses 1 geschichtet sind, hergestellt und jeweils in den Schlitzen auf dem inneren Umfang des Gehäuses, das aus nicht magnetischem Material hergestellt ist, befestigt. Die Verschiebung zur Außenseite der ersten Eisenkerne 11 und der zweiten Eisenkerne 12 wird durch das Anstoßen der dritten Eisenkerne 13 mit den ersten Eisenkernen 11 und den zweiten Eisenkernen 12 der gleichen Phase begrenzt. Die Einbuchtungen 46 sind jeweils auf einem äußeren Umfang der ersten Eisenkerne 11 und der zweiten Eisenkerne 12 ausgebildet. Ein Vorsprung 47, der in die Einbuchtung 46 eingesetzt ist, wird auf einem inneren Umfang der dritten Eisenkerne 13 ausgebildet. Diese Verschiebung in Richtung des Umfangs der ersten Eisenkerne 11 und der zweiten Eisenkerne 12 wird durch den Vorsprung 47, der in die Einbuchtung 46 eingesetzt ist, begrenzt.
Eine Wand des aus nicht magnetischem Material hergestellten Gehäuses 1 wird zwischen den benachbarten dritten Eisenkernen 13 angeordnet.
In dieser Ausführungsform wird ein magnetischer Fluss durch die dritten Eisenkerne 13 zwischen den ersten Eisenkernen 11 und den zweiten Eisenkernen 12 der gleichen Phase übertragen.
Dadurch muss der Verlust von magnetischem Fluss zwischen den benachbarten zweiten Eisenkernen 12 und den benachbarten ersten Eisenkernen 11 auf untere Niveaus gedrückt werden. Mit anderen Worten, der magnetische Widerstand zwischen benachbarten Eisenkernen in einem peripheren Umfang sollte viel größer als der magnetische Widerstand sein, der durch die dritten Eisenkerne 13 zwischen den ersten Eisenkernen 11 und den zweiten Eisenkernen 12 der gleichen Phase hindurchgeht.
Diese hohe Anforderung wird z.B. durch Vorsehen eines Abstandes zwischen den benachbarten Eisenkernen oder des Einlegens eines nicht magnetischen Elements zwischen benachbarten Eisenkernen erfüllt. Aus dem gleichen Grund ist es vorzuziehen, dass die Stützplatten 18 aus nicht magnetischem Material hergestellt sind.
Die Ständerspulen 16 werden um die ersten Eisenkerne 11 gewickelt. Um die zweiten Eisenkerne 12 und die dritten Eisenkerne 13 werden keine Spulen gewickelt.
In diesem Motor/Generator ist es möglich, einen ersten Läufer 2 und einen zweiten Läufer 3 unabhängig mit einem einzigen Wechselrichter durch Anwenden eines zusammengesetzten Wechselstroms zu den zwölf Ständerspulen 16 anzutreiben.
In dieser Ausführungsform ist die Polarität des inneren Umfangs der ersten Eisenkerne 11 der Polarität des inneren Umfangs der zweiten Eisenkerne 12 der gleichen Phase entgegengesetzt. Das liegt daran, dass die ersten Eisenkerne 11 und die zweiten Eisenkerne 12 magnetisch durch die dritten Eisenkerne 13 verbunden sind. Im Gegensatz dazu weisen in der zweiten Ausführungsform der innere Umfang der Eisenkerne 11 und 12 mit der gleichen Phase die gleiche Polarität auf.
Eine Mehrzahl von ersten Wassermänteln 40, zweiten Wassermänteln 41 und Bolzenöffnungen 42 werden ungefähr parallel zur Drehwelle 4 im Gehäuse 1 zwischen den dritten Eisenkernen 13 ausgebildet. Die Ständerspulen 16 werden durch Veränderungen beim magnetischen Fluss erhitzt, aber der Motor/Generator wird durch Vorbeiströmen eines flüssigen Kühlmittels durch die Wassermäntel 40 und 41 gekühlt.
Der äußere Umfang der dritten Eisenkerne 13 ist mit einem Magnetschild 45 abgedeckt, das eine dünne Stahlplatte oder ein Maschenblech aufweist. Das Schild 45 verhindert den Verlust von elektromagnetischen Hochfrequenzwellen, die sich aus den Veränderungen beim magnetischen Fluss innerhalb des Gehäuses 1 ergeben, nach außen vom Gehäuse 1.
Die Anordnung des ersten Läufers 2 und des zweiten Läufers 3 ist die gleiche wie sie bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Jedoch werden in dieser Ausführungsform die Kugellager 44 und 45 zwischen der Drehwelle 4 und der Drehwel le 5 anstatt der Nadellager 30A und 30B in der ersten Ausführungsform angeordnet.
In diesem Motor/Generator wird eine Reaktionskraft auf den Ständer 14 aufgebracht, wenn er die Läufer 2 und 3 dreht.
Weil jedoch die dritten Eisenkerne 13 des Ständers 14 jeweils in die Schlitze des Gehäuses 1 eingesetzt sind, ist die Abstützanordnung des Ständers 14 sehr stabil.
Die Lager 31 und 32, 44 und 45 erzeugen ebenfalls eine stabile Abstützanordnung für den ersten Läufer 2 und den zweiten Läufer 3.
Eine fünfte Ausführungsform dieser Erfindung wird bezüglich der 10 und 11 beschrieben.
In dieser Ausführungsform unterscheidet sich die Anordnung des Ständers 14 von der der vierten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden die zweiten Eisenkerne 12 durch Vorsprünge, die auf den dritten Eisenkernen 13 gebildet werden, ersetzt. Die dritten Eisenkerne 13 werden aus Magnetplatten hergestellt, die in Richtung des Umfangs des zylindrischen Gehäuses 1 in der gleichen Weise wie bei der vierten Ausführungsform beschichtet wurden. Die dritten Eisenkerne 13 werden ebenfalls in die Schlitze des Gehäuses 1 eingesetzt.
Die gleiche Wirkung wie die der vierten Ausführungsform wird in dieser Ausführungsform erhalten, während der Aufbau des Ständers 14 infolge weniger Arten von Eisenkernen vereinfacht wird.
Eine sechste Ausführungsform dieser Erfindung wird bezüglich der 12 und 13 beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird der Ständer 14 in der gleichen Weise wie in der zweiten Ausführungsform mit zwölf ersten Eisenkernen 11, die an einer Außenseite des ersten Läufers 2 angeordnet sind, und zwölf zweiten Eisenkernen 12, die auf einer Außenseite des zweiten Läufers 3 angeordnet sind, geschaffen.
Die Ständerspulen 16A sind um die ersten Eisenkerne 11 gewickelt. Die Ständerspulen 16B sind um die zweiten Eisenkerne 12 gewickelt.
Jedoch werden im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform die dritten Eisenkerne 13 auf eine Außenseite der ersten Eisenkerne 11 und der zweiten Eisenkerne 12 in der gleichen Weise wie in der vierten Ausführungsform geschaffen. In dieser Ausführungsform sind die ersten Eisenkerne 11 und die zweiten Eisenkerne 12 der gleichen Phase durch die dritten Eisenkerne 13 magnetisch verbunden.
Außerdem ist im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform die Polarität des inneren Umfangs der ersten Eisenkerne 11 und des inneren Umfangs der zweiten Eisenkerne 12 der gleichen Phase entgegengesetzt. Die Richtung der Wicklung der Statorspulen 16A und 16B ist voreingestellt, um diese charakteristische Polarität nicht störend zu beeinflussen.
In dieser Ausführungsform werden auch verschiedene wünschenswerte Wirkungen ähnlich denen der vierten Ausführungsform erhalten.
In allen obigen ersten bis sechsten Ausführungsformen sind der erste Läufer 2 und der zweite Läufer 3 entlang der Drehwelle 5 und der Ständer 14 auf einer Außenseite der Läufer 2, 3 angeordnet. Folglich kann der Durchmesser des Motors/Generators kleiner als der Motor/Generator sein, der die Läufer 3 und 4 und den Ständer 14 zum Überlappen in radialer Richtung anordnet.
Eine siebte Ausführungsform dieser Erfindung wird bezüglich der 14A bis 14D beschrieben.
In der ersten bis sechsten Ausführungsform werden der erste Läufer 2 und der zweite Läufer 3 koaxial entlang der Drehwelle 5 angeordnet. Der erste Läufer 2 und der zweite Läufer 3 werden in einem einzelnen Gehäuse 1 mit dem Läufer 14 untergebracht.
In dieser Ausführungsform werden die Drehwelle 4 des ersten Läufers 2 und die Drehwelle 5 des zweiten Läufers 3 nicht koaxial angeordnet. Der erste Läufer 2 wird mit einem sechspoligen Magneten 6 und der zweite Läufer 3 mit einem achtpoligen Magneten 7 geschaffen. Ein Läufer 14A, der ein rotierendes Magnetfeld für den ersten Läufer 2, und ein Ständer 14B, der ein rotierendes Magnetfeld für den zweiten Läufer 3 erzeugt, werden getrennt geschaffen. Die Ständer 14A und 14B werden jeweils mit zwölf Spulen 16A und 16B versehen. Der Ständer 14A und der erste Läufer 2 sind in einem Gehäuse 1A untergebracht. Der Ständer 14B und der zweite Läufer 3 sind in einem Gehäuse 1B untergebracht.
Die Spulen 16A und 16B der gleichen Phase werden hintereinander oder parallel mit den Ausgangsanschlüssen eines Wechselrichters verbunden, der in der gleichen Weise wie der in der ersten Ausführungsform beschriebene gebildet wird.
In dieser Ausführungsform ist es möglich, die beiden Motor/Generator-Einheiten, die im Wesentlichen unabhängig voneinander sind, durch einen zusammengesetzten Wechselstrom, der von einem einzelnen Wechselrichter zugeführt wird, anzutreiben. Die einzige notwendige Bedingung für die Motoren/Generatoren ist die, dass die Anzahl der Pole des ersten Läufers 1 und die des zweiten Läufers 3 unterschiedlich sind, während die Anzahl der Spulen 16A des Ständers 14A und die Anzahl der Spulen 16B des Ständers 14B gleich sind.
Obwohl die Erfindung gemäß bestimmter Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen, aber auf die Ansprüche begrenzt. Änderungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre.
Die Ausführungsformen dieser Erfindung werden in den folgenden, durch exklusive Eigenschaft oder Privileg geprägten Ansprüche definiert.

Claims

Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung mit: – einer ersten Drehwelle (5); – einem ersten Läufer (2), der sich mit der ersten Drehwelle (5) dreht und eine erste Anzahl von magnetischen Polen aufweist, die ein erstes Magnetfeld bilden; – einer zweiten Drehwelle (4), die sich zur ersten Drehwelle (5) relativ dreht und mit der ersten Drehwelle (5) koaxial abgestützt ist; – einem zweiten Läufer (3), der sich mit der zweiten Drehwelle (4) dreht und eine zweite Anzahl von magnetischen Polen aufweist, die ein zweites Magnetfeld bilden, wobei der erste Läufer (2) und der zweite Läufer (3) hintereinander angeordnet sind; – einem Ständer (14), der mit den Spulen (16, 16A, 16B) versehen ist, die ein erstes rotierendes Magnetfeld synchron mit dem ersten Magnetfeld des ersten Läufers (2) durch Anlegen eines ersten Wechselstroms, und ein zweites rotierendes Magnetfeld synchron mit dem zweiten Magnetfeld des zweiten Läufers (3) durch Anlegen eines zweiten Wechselstroms erzeugen; und – einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung (112, 115), die den Spulen (16, 16A, 16B) einen zusammengesetzten Strom aus dem ersten Wechselstrom und dem zweiten Wechselstrom zuführt; dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Anzahl und die zweite Anzahl der magnetischen Pole des ersten und zweiten Läufers (2, 3) unterschiedlich sind und der erste Läufer (2) und der zweite Läufer (3) hintereinander entlang der ersten Drehwelle (5) angeordnet sind.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Ständer (14) einem äußeren Umfang des ersten Läufers (2) und des zweiten Läufers (3) gegenüberstehend angeordnet ist.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Ständer (14) mit einer Mehrzahl von Eisenkerneinheiten (11, 12, 13) versehen ist, die entlang eines Kreises angeordnet sind, wobei jede Eisenkerneinheit (11, 12, 13) mit einem ersten Eisenkern (11), der einem äußeren Umfang des ersten Läufers (2) gegenübersteht, und einem zweiten Eisenkern (12, 13), der einem äußeren Umfang des zweiten Läufers (3) gegenübersteht, versehen und mit dem ersten Eisenkern (11) magnetisch verbunden ist, wobei jede der Spulen (16, 16A) um den ersten Eisenkern (11) von jeder Eisenkerneinheit (11, 12, 13) gewickelt ist, und ein magnetischer Widerstand zwischen benachbarten Eisenkerneinheiten (11, 12, 13) eingestellt ist, um größer als ein magnetischer Widerstand zwischen dem ersten Eisenkern (11) und dem zweiten Eisenkern (12, 13) der gleichen Eisenkerneinheiten (11, 12, 13) zu sein.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei jede Eisenkerneinheit (11, 12, 13) ferner mit einem dritten Eisenkern (13) versehen ist, der mit dem ersten Eisenkern (11) und dem zweiten Eisenkern (12) magnetisch verbunden ist.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der erste Eisenkern (11) magnetische Stahlplatten umfasst, die in Richtung der ersten Drehwelle (5) geschichtet sind, der zweite Eisenkern (12) magnetische Stahlplatten, die in Richtung der zweiten Drehwelle (4) geschichtet sind, und der dritte Eisenkern (13) magnetische Stahlplatten aufweist, die in Richtung eines Umfangs des Ständers (14) geschichtet sind.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der erste Eisenkern (11) magnetische Stahlplatten, die in Richtung der ersten Drehwelle (5) geschichtet sind, und der zweite Eisenkern (12) magnetische Stahlplatten aufweist, die in Richtung eines Umfangs des Ständers (14) geschichtet sind.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Motor/Generator ferner mit Spulen (16B) versehen ist, wobei jede von ihnen um den zweiten Eisenkern (12) von jeder Eisenkerneinheit (11, 12, 13) gewickelt ist.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Ständer (14) in einem Gehäuse (1) angeordnet ist, das einen flüssigen Kühlmitteldurchlass (40, 41) aufweist, und nach innen durch das Gehäuse (1) abgestützt ist.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Motor/Generator ein Magnetschild (45) aufweist, das um einen äußeren Umfang des Ständers (14) angeordnet ist.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom- Steuer/Regelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Ständer (4) eine Mehrzahl von Eisenkernen (11) aufweist, die zueinander benachbart angeordnet sind, wobei jeder Eisenkern (11) mit einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil versehen ist, wobei der äußere Umfangsteil mit einem äußeren Umfangsteil eines benachbarten Eisenkerns (11) in Kontakt ist, der innere Umfangsteil nach innen hervorragt, und jede der Spulen (16) um den inneren Umfangsteil gewickelt ist.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Ständer (4) mit einer Mehrzahl von ersten Eisenkernen (11), die einem äußeren Umfang des ersten Läufers (2) gegenüberstehen, und einer gleichen Anzahl von zweiten Eisenkernen (12), die einem äußeren Umfang des zweiten Läufers (3) gegenüberstehen, versehen ist, wobei jeder der ersten Eisenkerne (11) mit einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil versehen ist, wobei der äußere Umfangsteil des ersten Eisenkerns (11) mit einem äußeren Umfangsteil eines benachbarten ersten Eisenkernes (11) in Kontakt ist, der innere Umfangsteil des ersten Eisenkerns (11) nach innen hervorspringt, jeder der zweiten Eisenkerne (12) mit einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil versehen ist, wobei der äußere Umfangsteil des zweiten Eisenkerns (12) mit einem äußeren Umfangsteil eines benachbarten zweiten Eisenkerns (12) in Kontakt ist, der innere Umfangsteil der zweiten Eisenkerne (12) nach innen hervorspringt, die Spulen (16, 16A, 16B) erste Spulen (16A), wobei jede von ihnen um den inneren Umfangsteil des ersten Eisenkerns (11) gewickelt ist, und zweite Spulen (16B), wobei jede von ihnen um den inneren Umfangsteil des zweiten Eisenkerns (12) gewickelt ist, aufweisen.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die ersten Spulen (16A) und die zweiten Spulen (16B) parallel mit der Strom-Steuer/Regelvorrichtung (112, 115) verbunden sind.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die ersten Spulen (16A) und die zweiten Spulen (16B) hintereinander mit der Strom-Steuer/Regelvorrichtung (112, 115) verbunden sind.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Drehwelle (5) die zweite Drehwelle (4) durchdringt, und die zweite Drehwelle (4) durch eine Mehrzahl von Lagern (30A, 30B, 44, 45) abgestützt ist, um sich somit ungehindert bezüglich der ersten Drehwelle (4) zu drehen.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Motor/Generator ferner ein Gehäuse (1), in dem der Ständer (14) untergebracht ist, ein Lager (32), das die erste Drehwelle (5) auf dem Gehäuse (1) abstützt, und ein Lager (33), das die zweite Drehwelle (4) auf dem Gehäuse (1) abstützt, aufweist.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung mit: – einer ersten Drehwelle (5); – einem ersten Läufer (2), der sich mit der ersten Drehwelle (5) dreht, und eine erste Anzahl von magnetischen Polen aufweist, die ein erstes Magnetfeld bilden; – einer zweiten Drehwelle (4), die sich relativ zur ersten Drehwelle (5) dreht, wobei die zweite Drehwelle (4) und die erste Drehwelle (5) Drehachsen aufweisen; – einem zweiten Läufer (3), der sich mit der zweiten Drehwelle (4) dreht und eine zweite Anzahl von magnetischen Polen aufweist, die ein zweites Magnetfeld bilden; – einem ersten Läufer (14A), der mit einer dritten Anzahl von ersten Spulen (16A) versehen ist, die ein erstes rotierendes Magnetfeld synchron mit dem ersten Magnetfeld des ersten Läufers durch Anlegen eines ersten Wechselstroms erzeugen; – einem zweiten Ständer (14B), der mit einer vierten Anzahl von zweiten Spulen (16B) versehen ist, wobei die zweiten Spulen (16B) ein rotierendes Magnetfeld synchron mit dem zweiten Magnetfeld des zweiten Läufers (3) durch Anlegen eines zweiten Wechselstroms erzeugen; und – einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung (112, 115), die den ersten und zweiten Spulen (16A, 16B) der ersten und zweiten Ständer (14A, 14B) einen Strom aus dem ersten Wechselstrom und dem zweiten Wechselstrom zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Drehwelle (4) und die erste Drehwelle (5) unterschiedliche Drehachsen aufweisen, und die erste Anzahl und die zweite Anzahl von magnetischen Polen des ersten und zweiten Läufers (2, 3) unterschiedlich sind, – und die dritte Anzahl von ersten Spulen (16A) des ersten Ständers (14A) und die vierte Anzahl der zweiten Spulen (16B) des zweiten Ständers (14B) gleich sind, – und die ersten und zweiten Spulen (16A, 16B) des ersten und zweiten Ständers (14A, 14B) mit einem zusammengesetzten Strom aus dem ersten Wechselstrom und dem zweiten Wechselstrom versorgt werden.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom- Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die ersten Spulen (16A) und die zweiten Spulen (16B) hintereinander mit der Strom-Steuer/Regelvorrichtung (112, 115) verbunden sind.
Kombination eines Motors/Generators und einer Strom-Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die ersten Spulen (16A) und die zweiten Spulen (16B) parallel mit der Strom-Steuer/Regelvorrichtung (112, 115) verbunden sind.