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    • 专利摘要:
    Ein X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt, ein Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt und ein Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt, die eine Drehphasen-Statorwicklung bilden, sind so aufgebaut, dass zick-zack-artig Wicklungsphasenunterabschnitt verbunden sind, die eine Phasendifferenz entsprechend einem elektrischen Winkel von 36 Grad (36 DEG ) aufweisen. Der Rotor ist ein Klauenpolrotor, und Permanentmagneten sind zwischen klauenförmigen Magnetpolen angeordnet.
    公开号:DE102004023253A1
    申请号:DE200410023253
    申请日:2004-05-11
    公开日:2004-12-16
    发明作者:Yoshihito Asao；Haruyuki Kometani
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:H02K1-24
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Drehmaschine, diemit einem Stator versehen ist, der Schlitze aufweist, die in einemAnteil von zwei Schlitzen pro Phase pro Pol vorgesehen sind, sowie einenRotor zur Erzeugung eines Magnetflusses mit einer Erregerwicklungund einem Permanentmagneten.
    [0002] HerkömmlicheKraftfahrzeuggeneratoren sind mit einem Stator versehen, bei welchemeine Statorwicklung an einem Statorkern angebracht ist, und miteinem Rotor zur Erzeugung eines Magnetflusses durch eine Erregerwicklungund Permanentmagneten. Bei diesem Statorkern sind Schlitze in einemgleichmäßigen Winkelabstandin einem Verhältnisvon zwei Schlitzen pro Phase und pro Pol vorgesehen. Die Statorwicklungist so aufgebaut, dass Zick-Zack-Verbindungswicklungenfür dreiPhasen in dem Statorkern angebracht sind. Für die Magnetfeldpole wird einmassiver Kern eingesetzt, und eine Erregerwicklung wird bei einerZentrumsachse vorgesehen, um einen Klauenpolrotor auszubilden (vgl. beispielsweisedie Patentveröffentlichung1, nämlich dasjapanische offengelegte Patent Nr. HEI9-154266 (Amtsblatt: 22)).
    [0003] BeiherkömmlichenKraftfahrzeuggeneratoren werden Wirbelstromverluste durch Oberwellen (Harmonische)an der Rotoroberflächeinfolge von Oberwellen der magnetischen Spannung (Durchflutung)des Stators erzeugt, die infolge von Statorwicklungsströmen vonOberwellen der Permeanz in einem durch Statorschlitze hervorgerufeneLuftspalte entstehen (nachstehend als „Schlitzoberwellen" bezeichnet), waszu einem schlechten Wirkungsgrad führt, und auch zur Beeinträchtigungender Leistung, beispielsweise zu einer Temperaturerhöhung indem Rotor und den Lagern, usw.. Da der Rotor massiv ist, sind dieWirbelstromverluste an der Rotoroberfläche groß.
    [0004] EinNachteil besteht darin, dass durch diese Wirbelstromverluste ander Rotoroberflächeerzeugte Wärmezu einer Wärmeentmagnetisierungder Permanentmagneten führenkann, die zwischen den klauenförmigenMagnetpolen angeordnet sind.
    [0005] DaPermanentmagneten in dem Rotor vorgesehen sind, wird eine induzierteSpannung beim Drehen des Rotors in der Statorwicklung selbst dann erzeugt,wenn das Erregerfeld abgeschaltet ist. Ein weiterer Nachteil bestanddaher darin, dass im Bereich hoher Drehzahlen diese induzierte Spannung eineStromversorgungsspannung und eine Spannung überschreiten kann, bei welcherBauelemente zerstörtwerden.
    [0006] Selbstwenn ein herkömmlicherKraftfahrzeuggenerator als Elektromotor mittels Wechselrichterbetriebbetrieben wird, ist es darüberhinaus erforderlich, eine Spannungsgrenze festzusetzen, auf Grundlageeiner Spannung, welche im Wechselrichter vorgesehene Halbleiterelementezerstört.Wenn Permanentmagneten in dem Rotor vorgesehen sind, muss daherdie in der Statorwicklung auftretende, induzierte Spannung in Reaktionauf die Drehzahl so gesteuert werden, dass sie nicht die Spannungsgrenze überschreitet.Da diese induzierte Spannung die Bauelemente in ernstzunehmenderWeise beeinflusst, selbst wenn sie nur momentan die Spannungsgrenze überschreitet,werden auch momentane Überspannungeninfolge von Oberwellen in der induzierten Spannung, die von denPermanentmagneten erzeugt wird, als Problem angesehen. Es ist daher wünschenswert,dass die Permanentmagneten so ausgebildet sind, dass ihre Oberwellenanteileverringert sind.
    [0007] Mitder vorliegenden Erfindung sollen die voranstehend geschildertenProblem überwundenwerden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellungeiner elektrischen Drehmaschine, die es ermöglicht, Wirbelstromverlustean einer Rotoroberflächezu verringern, und auch Oberwellenkomponenten einer induziertenSpannung, die durch einen Permanentmagneten induziert wird, zu verringern.
    [0008] Angesichtsdes voranstehend angegebenen Ziels weist eine elektrische Drehmaschinegemäß der vorliegendenErfindung auf: einen Stator, der einen ringförmigen Statorkern aufweist,in dem zwei Schlitze pro Phase und pro Pol vorgesehen sind; und eineDreiphasen-Statorwicklung, die an dem Statorkern angebracht ist;sowie einen Rotor, der innerhalb des Stators angeordnet ist, umeinen Magnetfluss mit Hilfe einer Erregerwicklung und eines Permanentmagnetenzu erzeugen. Die Dreiphasen-Statorwicklung weist mehrere Wicklungsphasenunterabschnitteauf, die jeweils in einer Schlitzgruppe angebracht sind, die durchjeden sechsten Schlitz der Schlitze gebildet wird. Ein X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt,ein Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt,und Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt,welche die Dreiphasen-Statorwicklungbilden, sind jeweils so aufgebaut, dass die Statorwicklungsphasenunterabschnittemiteinander verbunden sind, die in einem benachbarten Paar der Schlitzgruppenangebracht sind. Weiterhin sind Schlitze in einem ungleichmäßigen Abstandvorgesehen, bei welchem der Winkel zwischen Zentrumslinien von Schlitzöffnungsabschnittenzwischen einem elektrischen Winkel von α und (60° – α) abwechselt, wobei α ungleich30 Grad ist (α ≠ 30°).
    [0009] Hierdurchwerden Wirbelstromverluste an einer Rotoroberfläche verringert, und werdenOberwellenbestandteile einer induzierten Spannung verringert, diedurch Permanentmagneten induziert wird.
    [0010] DieErfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispielenäher erläutert, auswelchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
    [0011] 1 einen Längsschnitteiner elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegendenErfindung;
    [0012] 2 eine Perspektivansichteines Stators, der in der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
    [0013] 3 eine Ansicht von hintenmit einer schematischen Darstellung eines ersten Einzelphasen-Wicklungsphasenabschnitteseiner Statorwicklung in dem Stator, der bei der elektrischen Drehmaschinegemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
    [0014] 4 eine Aufsicht zur Erläuterungeines Wicklungsanordnungsbestandteils der Statorwicklung des Stators,der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindungeingesetzt wird;
    [0015] 5 eine perspektivische Teilansichteines durchgehenden Leiterdrahtes, der ein Teil der Wicklungsanordnungvon 4 bildet;
    [0016] 6 eine perspektivische Teilansichteines Paars kontinuierlicher Leiterdrähte, die einen Teil der Wicklungsanordnungin 4 bilden;
    [0017] 7 eine Ansicht von hinteneines Teils eines Statorkerns, der bei der elektrischen Drehmaschinegemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    [0018] 8 ein Schaltbild einer elektrischen Schaltungin der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegendenErfindung;
    [0019] 9 eine Perspektivansichteines Teils eines Rotors, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
    [0020] 10 ein Diagramm mit einerDarstellung des Oberwellenabschwächungsfaktorsin Abhängigkeitvon einer Luftspaltlängebzw. einem Oberwellenabstand;
    [0021] 11 eine Darstellung vonBeziehungen zwischen einem Relativwert des erzeugten Oberwellenmagnetflussesund einem ungleichmäßigen Abstandswinkel;
    [0022] 12 eine Darstellung vonBeziehungen zwischen dem Relativwert für den erzeugten Oberwellenmagnetflussund einem ungleichförmigenAbstandswinkel;
    [0023] 13 eine Darstellung vonBeziehungen zwischen einem Relativwert für einen Rotoroberflächenverlustund einem ungleichmäßigen Abstandswinkelin einem massiven Rotor;
    [0024] 14 eine Darstellung vonBeziehungen zwischen einem Relativwert für den Rotoroberflächenverlustund einem ungleichförmigenAbstandswinkel bei einem laminierten Rotor;
    [0025] 15 eine Darstellung vonBeziehungen zwischen dem prozentualen Oberwellenanteil der durcheine enterregte Phase induzierten Spannung und einem ungleichförmigen Abstandswinkel;
    [0026] 16 eine Darstellung vonBeziehungen zwischen dem prozentualen Oberwellenanteil bei abgeschalteterErregerwicklung zwischen Drähteninduzierten Spannung und einem ungleichförmigen Abstandswinkel;
    [0027] 17 eine Perspektivansichteines Teils eines Rotors, der bei elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform2 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
    [0028] 18 einen Querschnitt einesPolkerns des Rotors, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform2 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
    [0029] 19 eine perspektivischeTeilansicht eines Rotors, der bei einer elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform3 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
    [0030] 20 einen Querschnitt einesPolkerns des Rotors, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform3 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
    [0031] 21 einen Längsschnitteiner elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegendenErfindung;
    [0032] 22 ein Schaltbild einerelektrischen Schaltung der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung;
    [0033] 23 eine perspektivischeTeilansicht eines Rotors, der bei einer elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; und
    [0034] 24 einen Querschnitt einesPolkerns des Rotors, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform3 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
    [0035] 1 ist ein Längsschnitt,der eine elektrische Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegendenErfindung zeigt.
    [0036] In 1 weist eine elektrischeDrehmaschine 100 ein Gehäuse 3 auf, das durcheine vordere Stütze 1 undeine hintere Stütze 2 ausAluminium gebildet wird, eine innerhalb des Gehäuses 3 angeordneteWelle 6, wobei eine Riemenscheibe 4 an einem erstenEndabschnitt der Welle 6 angebracht ist; einen Klauenpolrotor 7,der an der Welle 6 befestigt ist; Gebläse 5, die an einemersten bzw. zweiten axialen Endabschnitt des Rotors 7 angebrachtsind; einen Statorkern 8, der so an dem Gehäuse 3 befestigtist, dass er den Rotor 7 umhüllt; ein Paar von Schleifringen 9,die an einem zweiten Endabschnitt der Welle 6 befestigtsind, um dem Rotor 7 elektrischen Strom zuzuführen; einPaar von Bürsten 10,von denen jede auf einer Oberflächeeines Schleifrings 9 gleitet; einen Bürstenhalter 11 zurAufnahme der Bürsten 10; einenGleichrichter 12, der elektrisch an den Stator 8 angeschlossenist, um in dem Stator 8 erzeugten Wechselstrom in Gleichstromumzuwandeln; und einen Regler 18, der an einem Kühlkörper 17 angebracht ist,der auf den Bürstenhalter 11 aufgepasst ist,wobei der Regler 18 die Stärke der Wechselspannung einstellt,die in dem Stator 8 erzeugt wird.
    [0037] DerRotor 7 weist eine Erregerwicklung 13 zur Erzeugungeines magnetischen Flusses beim Durchgang eines elektrischen Stromsauf, und ein Paar aus einem ersten und einem zweiten Polkern 20 bzw. 21,die so angeordnet sind, dass sie die Erregerwicklung 13 abdecken,wobei Magnetpole in dem ersten und zweiten Polkern 20 bzw. 21 durchden magnetischen Fluss von der Erregerwicklung erzeugt werden. Dererste und zweite Polkern 20, 21 bestehen aus Eisen,und weisen vier erste bzw. vier zweite, klauenförmige Magnetpole 22 bzw. 23 auf,wobei jeder der klauenförmigenMagnetpole 22, 23 eine im wesentlichen trapezförmige Oberflächenformam Außendurchmesseraufweist, und an einem Außenumfangsrandabschnittmit gleichförmigemWinkelabstand in Umfangsrichtung so angeordnet ist, dass er in Axialrichtungvorsteht, und die ersten und zweiten Polkerne 20, 21 soan der Welle 6 befestigt sind, dass sie einander zugewandtsind, so dass die ersten und zweiten, klauenförmigen Magnetpole 22 bzw. 23 ineinandergreifen.
    [0038] DerStator 8 ist zwischen der vorderen Stütze 1 und der hinterenStütze 2 sogehaltert, dass ein gleichmäßiger Luftspaltzwischen Außenumfangsoberflächen derklauenförmigenMagnetpole 22 und 23 und einer Innenumfangsoberfläche einesStatorkerns 15 ausgebildet wird.
    [0039] Alsnächsteswird ein spezieller Aufbau des Stators 8 unter Bezugnahmeauf die 2 bis 8 erläutert. Hierbei ist 2 eine Perspektivansichteines Stators, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, 3 eine Ansicht von hinten, die schematischeinen ersten Einzelphasen-Wicklungsphasenabschnitteiner Statorwicklung bei dem Stator zeigt, der bei der elektrischenDrehmaschine gemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, 4 eine Aufsicht zur Erläuterungeines Wicklungsanordnungsbestandteils der Statorwicklung des Stators,der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegendenErfindung eingesetzt wird, 5 eineperspektivische Teilansicht eines durchgehenden Leiterdrahtes, derein Teil der in 4 gezeigtenWicklungsanordnung bildet, 6 eineperspektivische Teilansicht eines Paares durchgehender Leiterdrähte, die einTeil der in 4 gezeigtenWicklungsanordnung bilden, 7 eineAnsicht von hinten eines Teils eines Statorkerns, der bei der elektrischenDrehmaschine gemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und 8 ein Schaltbild einer elektrischen Schaltungbei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegendenErfindung. Weiterhin sind in 3 Verdrahtungenam hinteren Ende mit durchgezogenen Linien dargestellt, Verdrahtungenam Vorderende mit gestrichelten Linien, und Verbindungsabschnittedurch schwarze Kreise.
    [0040] DerStator 8 wird durch einen zylindrischen Statorkern 15,der aus einem laminierten Körperaus magnetischen Blechen besteht, und eine Dreiphasen-Statorwicklung 16 gebildet,die in dem Statorkern 15 vorgesehen ist.
    [0041] SechsundneunzigSchlitze 15a, die zu einer Innenumfangsseite hin offensind, sind in dem Statorkern 15 in Umfangsrichtung vorgesehen.Die Schlitze 15a sind, wie in 7 gezeigt, in einem ungleichmäßigen Abstandvorgesehen, durch Änderungder Umfangsbreite von Zähnen 15c aufsolche Weise, dass die Entfernung zwischen Zentrumslinien von Schlitzöffnungsabschnitten 15b zwischeneinem elektrischen Winkel von α und(60° – α) wechselt.Hierbei ist α gleich36 Grad (α =36°). Andersausgedrücktsind Schlitze 15a in einem Verhältnis von zwei Schlitzen proPhase pro Pol in einem ungleichmäßigen Abstandvorgesehen, der zwischen einem elektrischen Winkel von 36 Grad (36°) und 24Grad (24°) wechselt.Weiterhin sind die Zentrumslinien gerade Linien, die jeweils einUmfangszentrum eines Schlitzöffnungsabschnittes 15b unddie Zentrumsachse des Statorkerns 15 in einer Ebene senkrechtzur Zentrumsachse des Statorkerns 15 verbinden.
    [0042] Alsnächsteswird die Konstruktion der Dreiphasen-Statorwicklung 16 erläutert.
    [0043] Zuerstwird unter Bezugnahme die Konstruktion eines Einzelwicklungsphasenunterabschnittes erläutert, welcherdie Dreiphasen-Statorwicklung 16 bildet. Zur Erleichterungder Beschreibung werden Aufnahmeabschnitte von Leiterdrähten 40 innerhalb derSchlitze 15a bezeichnet als Adresse 1, Adresse 2, ...,Adresse 6 von der Innenumfangsseite her.
    [0044] Eina-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30a wird durch erstebis sechste Wellenwicklungsunterabschnitte 41 bis 46 gebildet,die jeweils aus einem Leiterdraht 40 bestehen, der eindurchgehender Kupferdraht ist, einen rechteckigen Querschnitt aufweist,und mit einer elektrischen Isolierung beschichtet ist. Der ersteWellenwicklungsabschnitt 41 wird dadurch aufgebaut, dasswellenförmigein Leiterdraht 40 so gewickelt wird, dass er abwechselnddie Adresse 1 und Adresse 2 in jedem sechsten Schlitz 15a vomSchlitz Nr. 1 bis Nr. 91 einnimmt. Der zweite Wellenwicklungsunterabschnitt 42 wirddadurch hergestellt, dass wellenförmig ein Leiterdraht 40 sogewickelt wird, dass er abwechselnd Adresse 2 und Adresse 1 in jedemsechsten Schlitz 15a vom Schlitz Nr. 1 zu Nr. 91 einnimmt.Der dritte Wellenwicklungsunterabschnitt 43 wird so aufgebaut,dass wellenförmigein Leiterdraht 40 so gewickelt wird, dass er abwechselndAdresse 3 und Adresse 4 in jedem sechsten Schlitz 15a vomSchlitz Nr. 1 bis Nr. 91 einnimmt. Der vierte Wellenwicklungsunterabschnitt 44 wirdso aufgebaut, dass wellenförmigein Leiterdraht 40 so gewickelt wird, dass abwechselndAdresse 4 und Adresse 3 in jedem sechsten Schlitz 15a vomSchlitz Nr. 1 bis Nr. 91 eingenommen wird. Der fünfte Wellenwicklungsunterabschnitt 45 wirdso aufgebaut, dass wellenförmigein Leiterdraht 40 so gewickelt wird, dass abwechselndAdresse 5 und Adresse 6 in jedem sechsten Schlitz 15a vomSchlitz Nr. 1 bis Nr. 91 eingenommen wird. Der sechste Wellenwicklungsunterabschnitt 46 wirdso aufgebaut, dass wellenförmigein Leiterdraht 40 so gewickelt wird, dass abwechselndAdresse 6 und Adresse 5 in jedem sechsten Schlitz 15a vomSchlitz Nr. 1 bis Nr. 91 eingenommen wird. In jedem der Schlitze 15a sind sechsLeiterdrähte 40 soangeordnet, dass sie in einer Säulein Radialrichtung ausgerichtet sind, wobei die Längsachsen ihrer rechteckigenQuerschnitte in Radialrichtung ausgerichtet sind.
    [0045] Weiterhinwerden die ersten bis sechsten Wellenwicklungsunterabschnitte 41 bis 46 jeweilsals Einzelwicklungswellenwicklungen ausgebildet, durch miteinanderVerbinden erster und zweiter Enden der Leiterdrähte 40 durch Wolframinertgasschweißen (TIG-Schweißen). Derzweite Wellenwicklungsunterabschnitt 42, der vierte Wellenwicklungsunterabschnitt 44,und der sechste Wellenwicklungsunterabschnitt 46 sind soum einen elektrischen Winkel von 180 Grad (180°) versetzt, dass sie entgegengesetzt imVergleich zum ersten Wellenwicklungsunterabschnitt 41,dem dritten Wellenwicklungsunterabschnitt 43, und dem fünften Wellenwicklungsunterabschnitt 45 gewickeltsind.
    [0046] Amhinteren Ende des Statorkerns 15 werden Abschnitte derLeiterdrähte 40 desersten, dritten und fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 41, 43 bzw. 45,die nach außenvom Schlitz Nr. 91 und vom Schlitz Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringen,abgeschnitten, und werden Abschnitte der Leiterdrähte 40 deszweiten, vierten und sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 42, 44 bzw. 46,die vom Schlitz Nr. 1 und Schlitz Nr. 7 der Schlitze 15a nachaußenvorspringen, abgeschnitten. Dann werden das abgeschnittene Endedes dritten Wellenwicklungsunterabschnittes 43, das nach außen vonder Adresse 4 des Schlitzes Nr. 91 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des ersten Wellenwicklungsunterabschnittes 41,das nach außenvon der Adresse 1 des Schlitzes Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringt,miteinander durch TIG-Schweißenverbunden. Das abgeschnittene Ende des fünften Wellenwicklungsunterabschnittes 45,das nach außenvon Adresse 6 des Schlitzes Nr. 91 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des dritten Wellenwicklungsunterabschnittes 43,das nach außenvon Adresse 3 des Schlitzes Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringt,werden miteinander durch TIG-Schweißen verbunden. Das abgeschnitteneEnde des vierten Wellenwicklungsunterabschnittes 44, dasnach außenvon Adresse 4 des Schlitzes Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des zweiten Wellenwicklungsunterabschnittes 42,das nach außenvon Adresse 1 des Schlitzes Nr. 7 der Schlitze 15a vorspringt,werden miteinander durch TIG-Schweißen verbunden. Das abgeschnittene Endedes sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46, das nachaußenvon Adresse 6 des Schlitzes Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des vierten Wellenwicklungsunterabschnittes 44,das nach außenvon Adresse 3 des Schlitzes Nr. 7 der Schlitze 15a vorspringt,werden miteinander durch TIG-Schweißen verbunden. Schließlich wirddas abgeschnittene Ende des ersten Wellenwicklungsunterabschnittes 41,das nach außenvon Adresse 2 des Schlitzes Nr. 91 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des zweiten Wellenwicklungsunterabschnittes 42,das nach außenvon Adresse 2 des Schlitzes Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringt,miteinander durch TIG-Schweißenverbunden. Auf diese Weise wird eine Wellenwicklung mit sechs Windungen(der a-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30a)ausgebildet, bei welchem der erste bis sechste Wellenwicklungsunterabschnitt 41 bis 46 inReihe geschaltet sind. Das abgeschnittene Ende des fünften Wellenwicklungsunterabschnittes 45,das nach außen von Adresse5 des Schlitzes Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringt, unddas abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 7 der Schlitze 15a vorspringt,werden zu einem ersten bzw. zweiten Endabschnitt des a-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnittes 30a.
    [0047] Obwohlnicht gezeigt, werden ein d-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30d,ein c-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30c,ein f-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30f,ein b-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30b,und ein e-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30e auf entsprechendeArt und Weise hergestellt, so dass die Schlitzgruppen, in welchendie Leiterdrähte 40 jedes Wicklungsphasenunterabschnittesangeordnet werden, aufeinanderfolgend um einen Schlitz gegeneinanderversetzt sind. Der a-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30a istin einer ersten Schlitzgruppe mit den Schlitznummern 1, 7, ...,91 angeordnet, der d-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30d istin einer zweiten Schlitzgruppe mit den Schlitznummern 2, 8, ...,92 angeordnet, der c-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30c istin einer dritten Schlitzgruppe mit den Schlitznummern 3, 9,...,93 angeordnet, der f-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30f istin einer vierten Schlitzgruppe mit den Schlitznummern 4, 10, ...,94 angeordnet, der b-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30b istin einer fünftenSchlitzgruppe mit den Schlitznummern 5, 11, ..., 95 angeordnet,und der e-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30e istin einer sechsten Schlitzgruppe mit den Schlitznummern 6, 12, ...,96 angeordnet. Der d-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30d 30d,der e-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30e,und der f-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30f weiseneine Phasendifferenz entsprechend einem elektrischen Winkel von36 Grad (36°)relativ zum a-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30a auf, bzw.zum b-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30b, bzw. zumc-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30c.
    [0048] Hierbeiwerden das abgeschnittene Ende des fünften Wellenwicklungsunterabschnittes 45,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 2 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 8 der Schlitze 15a vorspringt,zu einem ersten bzw. zweiten Endabschnitt des d-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30d.Das abgeschnittene Ende des fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 45, das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 11 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 17 der Schlitze 15a vorspringt,werden zu einem ersten bzw. zweiten Endabschnitt des b-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30b.Das abgeschnittene Ende des fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 45, das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 12 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes 18 der Schlitze 15a vorspringt,werden zu einem ersten bzw. zweiten Endabschnitt des e-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30e.Das abgeschnittene Ende des fünften Wellenwicklungsunterabschnittes 45,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 21 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 27 der Schlitze 15a vorspringt,werden zu einem ersten bzw. zweiten Endabschnitt des c-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30c.Das abgeschnittene Ende des fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 45, das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 22 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 28 der Schlitze 15a vorspringt, werdenzu einem ersten bzw. zweiten Endabschnitt des f-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30f.
    [0049] Dannwerden, wie in 2 gezeigt,das abgeschnittene Ende des fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 45, das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 2 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 7 der Schlitze 15a vorspringt,um einen oberen Abschnitt eines Hinterendwicklungsendabschnitt 16r herumgeführt, undwerden die Endabschnitte aneinander angestoßen und miteinander durch TIG-Schweißen verbunden,wodurch ein erster Verbindungsabschnitt 31a–d gebildet wird.Hierdurch wird ein X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X ausgebildet, bei welchem der a-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30a und derd-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30d inReihe geschaltet sind. Anders ausgedrückt arbeiten der a-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30a undder d-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30d jeweilsals erster bzw. zweiter Statorwicklungsphasenunterabschnitt, undsind im Zick-Zack mit einem elektrischen Winkel von 36 Grad (36°) angeschlossen.
    [0050] Dasabgeschnittene Ende des fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 45, das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 12 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 17 der Schlitze 15a vorspringt,werden um einen oberen Abschnitt des Hinterendwicklungsendabschnittes 16r herumgeführt, unddie Endabschnitte werden aneinander angestoßen, und miteinander durchTIG-Schweißen verbunden,wodurch ein zweiter Verbindungsabschnitt 31b–e ausgebildetwird. Auf diese Weise wird ein Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y ausgebildet, bei welchem der b-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30b undder e-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30e in Reihegeschaltet sind. Anders ausgedrücktsind der b-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30b undder e-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30e,die als erster bzw. zweiter Statorwicklungsphasenunterabschnittdienen, zick-zack-artigunter einem elektrischen Winkel von 36 Grad (36°) verbunden.
    [0051] Dasabgeschnittene Ende des fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 45, das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 22 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 27 der Schlitze 15a vorspringt,werden um einen oberen Abschnitt des Hinterendwicklungsendabschnittes 16r herumgeleitet,und die Endabschnitte werden aneinander angestoßen, und miteinander durchTIG-Schweißen verbunden,wodurch ein dritter Verbindungsabschnitt 31c–f ausgebildetwird. Auf diese Weise wird ein Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z ausgebildet, bei welchem der c-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30c undder f-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30f in Reihegeschaltet sind. Anders ausgedrücktsind der c-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30c undder f-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30f,die jeweils als erster bzw. zweiter Statorwicklungsphasenunterabschnittdienen, im Zick-Zack unter einem elektrischen Winkel von 36 Grad(36°) verbunden.
    [0052] Dasabgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 8 der Schlitze 15a vorspringt,das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 18 der Schlitze 15a vorspringt,und das abgeschnittene Ende des sechsten Wellenwicklungsunterabschnittes 46,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 28 der Schlitze 15a vorspringt,werden um einen oberen Abschnitt des Hinterendwicklungsendabschnittes 16r herumgeführt, unddie Endabschnitte werden aneinander angestoßen, und miteinander durch TIG-Schweißen verbunden,wodurch ein neutraler Punkt N ausgebildet wird. Auf diese Weisewird die Dreiphasen-Statorwicklung 16 erhalten,die als Dreiphasen-Wechselstromwicklungausgebildet ist, bei welcher in Sternschaltung der x-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X , der Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und der Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z miteinander verbunden sind.
    [0053] Dasabgeschnittene Ende des fünftenWellenwicklungsunterabschnittes 45, das nach außen vonAdresse 5 des Schlitzes Nr. 1 der Schlitze 15a vorspringt,wird zu einer Ausgangsleitung OX des X-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16X . Das abgeschnittene Ende des fünften Wellenwicklungsunterabschnittes 45,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 11 der Schlitze 15a vorspringt,wird zu einer Ausgangsleitung OY des Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16Y . Das abgeschnittene Ende des fünften Wellenwicklungsunterabschnittes 45,das nach außenvon Adresse 5 des Schlitzes Nr. 21 der Schlitze 15a vorspringt,wird zu einer Ausgangsleitung OZ des Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16Z .
    [0054] Einauf diese Weise hergestellter Stator 8 wird an der elektrischenDrehmaschine 100 angebracht, und die AusgangsleitungenOX, OY und OZ werden an einen Gleichrichter 12 angeschlossen, wodurchdie in 8 gezeigte elektrischeSchaltung ausgebildet wird.
    [0055] Alsnächsteskann die Dreiphasen-Statorwicklung 16 hergestellt werden,unter Verwendung einer Wicklungsanordnung 50 wie jener,die in 4 gezeigt ist.
    [0056] DieseWicklungsanordnung 50 wird dadurch hergestellt, dass gleichzeitigzwölf Leiterdrähte 40 abgebogenwerden, die parallel zueinander angeordnet sind, mit einem Abstandvon einem Schlitz in Form eines Blitzes in einer gemeinsamen Ebene.
    [0057] Wiein 5 gezeigt, wird jederder Leiterdrähte 40,der in Form eines Blitzes gebogen wird, so ausgeformt, dass er zueinem ebenen Muster gebogen wird, bei welchem gerade Schlitzaufnahmeabschnitte 40a,verbunden durch Rückkehrabschnitte 40b,in einem Abstand von sechs Schlitzen (6P) angeordnet sind.Benachbarte Paare der Schlitzaufnahmeabschnitte 40a sinddurch die Rückkehrabschnitte 40b umeine Breite (w) der Leiterdrähte 40 versetzt.
    [0058] SechsPaare von Leiterdrähten 40,bei denen jeweils zwei der Leiterdrähte 40, die durchBiegen auf diese Art und Weise ausgeformt wurden, um einen Abstandvon sechs Schlitzen versetzt sind, wobei Schlitzaufnahmeabschnitte 40a gestapeltsind, wie in 6 gezeigt,werden so angeordnet, dass sie um einen Abstand von einem Schlitzgegeneinander versetzt sind, um die Wicklungsanordnung 50 auszubilden.
    [0059] DreiWicklungsanordnungen 50, die auf diese Weise hergestelltwurden, werden in drei Schichten aufeinander gestapelt, und an demStatorkern 15 angebracht. Jeder der Leiterdrähte 40 wirdso angebracht, dass abwechselnd eine innere Schicht und eine äußere Schichtin Richtung der Schlitztiefe in den Schlitzen 15a in jedemsechsten Schlitz eingenommen wird, wodurch der erste bis sechsteWellenwicklungsunterabschnitt 41 bis 46 in 3 ausgebildet wird. Dera-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30a,der b-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30b,der c-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30c,der d-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30d,der e-Phasen-Wicklungsphasenunterabschnitt 30e,und der f-Phasen- Wicklungsphasenunterabschnitt 30f,die jeweils aus einer Wellenwicklung mit sechs Windungen bestehen,bei welcher die ersten bis sechsten Wellenwicklungsunterabschnitte 41 bis 46 inReihe geschaltet sind, werden so konstruiert, dass Verbindungenauf Grundlage des in 3 dargestelltenVerbindungsverfahrens hergestellt werden. Weiterhin werden an demhinteren Ende des Statorkerns 15 die Rückkehrabschnitte 40b ineinem Abstand von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet, sodass sie drei Reihen bilden, welche einen Hinterendwicklungsendabschnitt 16r bilden.Am Vorderende des Statorkerns 15 werden die Rückkehrabschnitte 40b ineinem Abstand von einem Schlitz in Umfangsrichtung angeordnet, sodass drei Reihen ausgebildet werden, welche einen Vorderendwicklungsendabschnitt 16f bilden.
    [0060] Alsnächsteswird unter Bezugnahme auf 9 einespezielle Ausbildung des Rotors 7 erläutert. 9 ist eine Perspektivansicht eines Teilseines Rotors, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
    [0061] Beidem Rotor 7 sind klauenförmige Magnetpole 22 und 23 alsmassiver Körperaus magnetischem Material ausgebildet, und sind im wesentlichenPermanentmagneten 25 in Form rechteckiger Quader, die einerRichtung magnetisiert sind, die einen magnetischen Kriechfluss zwischendiesen klauenförmigenMagnetpolen 22 und 23 verringert, und sind zwischenden klauenförmigenMagnetpolen 22 und 23 befestigt. Durch Erhöhung deseffektiven Magnetflusses, der mit dem Stator 8 wechselwirkt,mit Hilfe dieser Permanentmagneten 25 wird eine Verbesserungder Ausgangsleistung erzielt.
    [0062] Alsnächsteswerden die Auswirkungen und die Betriebsweise der Ausführungsform1 erläutert.
    [0063] Oberwellen,die von dem Statorkern 15 erzeugt werden, der Schlitze 15a aufweist,die in einem Anteil von zwei Schlitzen pro Phase pro Pol vorgesehensind, sowie vom Stator 8, der einen Dreiphasen-Statorwicklung 16 aufweist,in welchem drei Phasen zick-zack-förmig verbunden sind, werdenin Oberwellen der magnetischen Spannung des Stators und in Schlitzoberwellenunterteilt, und die Oberwellen der magnetischen Spannung lassensich theoretisch berechnen. Die Schlitzoberwellen ändern sich inAbhängigkeitvon der Größe der Umfangsbreite (einerSchlitzöffnungsabschnittsbreite)der Schlitzöffnungsabschnitte 15b,aber da das Verhältnisder Schlitzöffnungsabschnittsbreitezum Schlitzabstand im allgemeinen 1/2 bis 1/5 beträgt, kannauch die Größe der Schlitzoberwellentheoretisch berechnet werden.
    [0064] Rotoroberflächenverlustewerden jedoch nicht allein durch die Größe der Oberwellen bestimmt.In bezug auf die Oberwellen, die zu Rotoroberflächenverlusten beitragen, istes erforderlich, nicht nur die Größe der erzeugten Oberwellenzu berücksichtigen,sondern auch die Größe dieserOberwellen, die mit dem Rotor 7 über den Luftspalt wechselwirkt.Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Größe jeder der räumlichenOberwellen zu bestimmen, welche die Rotoroberfläche über den Luftspalt erreichen.Hierbei ist mit „Luftspalt" ein Spalt zwischeneiner Außenumfangsoberfläche desRotors 7 und einer Innenumfangsoberfläche des Statorkerns 15 gemeint.
    [0065] „Ordnungder räumlichenOberwelle" bedeutetdie Längeeiner Periode des Oberwellenabstands in dem Luftspalt, wobei „OberwellefünfterOrdnung" einen Abstandmit einer Längevon 1/5 einer Periode (zwei Pole) der Fundamentalwelle bedeutet.Anders ausgedrücktist der Abstand der räumlichenOberwelle der n-ten Ordnung gleich 1/n.
    [0066] Umdie Größe jederder voranstehend geschilderten Oberwellen zu bestimmen, welche die Rotoroberfläche erreichen,führtendie vorliegenden Anmelder detaillierte Untersuchungen von Elektromagnetfelderndurch, und berechneten den Oberwellenabschwächungsfaktor relativ zur Luftspaltmenge bzw.zum Oberwellenabstand. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen derelektromagnetischen Felder sind in 10 dargestellt.
    [0067] Aus 10 sieht man, dass je größer die Luftspaltlänge bzw.der Oberwellenabstand ist, desto stärker der Oberwellenmagnetflussverringert wird, welcher die Rotoroberfläche erreicht.
    [0068] Inden 11 und 12 sind Ergebnisse angegeben,die erhalten wurden, wenn die Größe jeder Oberwellean der Rotoroberflächein bezug auf den Schlitzöffnungsabschnitts-Abstandswinkelberechnet wurde (den Abstand zwischen den Zentrumslinien der Schlitzöffnungsabschnitte),währendder Abschwächungsfaktorberücksichtigtwurde, der aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen der Elektromagnetfeldererhalten wurde.
    [0069] 11 zeigt einen Fall, inwelchem ein Statorkern verwendet wird, bei welchem das Verhältnis derZahnspitzenendbreite zur Schlitzöffnungsabschnittsbreitegleich 2:1 ist (ein Fall, in welchem der Einfluss der Schlitzoberwellenklein ist), und 12 betriffteinen Fall, in welchem ein Statorkern verwendet wird, bei welchemdas Verhältnisder Zahnspitzenendbreite zur Schlitzöffnungsabschnittsbreite gleich 3:1ist (ein Fall, in welchem der Einfluss der Schlitzoberwellen groß ist).Darüberhinaus werden Statorkerne üblicherweiseso hergestellt, dass das Verhältnisder Zahnspitzenendbreite zur Schlitzöffnungsabschnittsbreite imBereich von größer odergleich 2 und kleiner oder gleich 3 liegt (2 ≤ (Zahnspitzenendbreite/Schlitzöffnungsabschnittsbreite) ≤ 3).
    [0070] Inden 11 und 12 sind die elften und dreizehntenOberwellen groß,da dies Ordnungen der Oberwellen sind, bei denen sich die Oberwellender magnetischen Spannung (Durchflutung) und die Schlitzoberwellen überlagern.
    [0071] DieRotoroberflächenverlustekönnennicht allein mit den Größen derOberwellen untersucht werden, die in den 11 und 12 gezeigtsind. Dies liegt daran, dass Verluste proportional zum Quadrat derWirbelströmeauftreten, die von diesen Oberwellen erzeugt werden.
    [0072] Wennnun, wie beim Rotor 7, die Magnetpole durch einen massivenKörperaus magnetischem Material gebildet werden (nachstehend bezeichnet als „massiverRotor"), kann infolgeder Tatsache, dass die Wirbelströmeso betrachtet werden können, dasssie im wesentlichen proportional zur Magnetflussdichte sind, dieGröße der Wirbelstromverluste infolgeder Oberwellen als proportional zum Quadrat der Größe der Oberwellenbetrachtet werden. Wenn die Magnetpole eines Rotors dadurch ausgebildet werden,dass Platten aus magnetischem Stahl zusammenlaminiert und vereinigtwerden (nachstehend bezeichnet als „laminierter Rotor"), können dieWirbelströmeso betrachtet werden, dass sie im wesentlichen proportional zumProdukt des Quadrates der Frequenz und des Quadrates der Magnetflussdichte sind.Anders ausgedrücktkönnendie Verluste auch so angesehen werden, dass sie zwischen dem Quadratder Größe der Oberwellenund dem Quadrat von ((Größe der Oberwellen) × (Frequenz))liegen, unabhängigvom Material des Rotors 7.
    [0073] DieFrequenzen der Oberwellen fünfterOrdnung und siebter Ordnung sind Frequenzen, die das sechsfacheder Fundamentalfrequenz in dem Rotorkoordinatorsystem betragen,und entsprechend sind die Oberwellen elfter Ordnung und dreizehnterOrdnung das zwölffacheder Fundamentalfrequenz, sind die Oberwellen der siebzehnten Ordnungund der neunzehnten Ordnung das achtzehnfache der Fundamentalfrequenz,und sind die Oberwellen der dreiundzwanzigsten Ordnung und der fünfundzwanzigstenOrdnung das vierundzwanzigfache der Fundamentalfrequenz.
    [0074] Inbezug auf diese Frequenzen ist das Verhältnis der Rotoroberflächenverlustebei einem Stator mit ungleichmäßigem Abstandzu den Rotoroberflächenverlustenbei Schlitzen mit gleichmäßigem Abstandvon α =30 Grad (30°)in den 13 und 14 als Diagramm dargestellt.Hierbei betrifft 13 einenmassiven Rotor, bei dem eine Proportionalität zum Quadrat der Größe der Oberwellenvorhanden ist, und 14 einenlaminierten Rotor.
    [0075] Aus 13 sieht man, das bei einemmassiven Rotor die Rotoroberflächenverluste,wenn ein ungleichmäßiger Abstandswinkel α innerhalbeines Bereiches von mehr als 30 Grad bis weniger oder gleich 37Grad (30° < α ≤ 37°) liegt,niedriger sind als die Rotoroberflächenverluste mit einem gleichmäßigen Abstandswinkelvon 30 Grad (30°).
    [0076] Aus 14 geht hervor, dass beieinem laminierten Rotor die Rotoroberflächenverluste am größten bei α mit einemgleichmäßigen Abstandvon 30 Grad (30°)sind, und dass die Rotoroberflächenverlusteverringert werden, wenn α aufgrößer als30 Grad (30°)oder kleiner als 30 Grad (30°)eingestellt ist.
    [0077] Umdie voranstehenden Ausführungenzusammenzufassen, kann im Falle eines massiven Rotors eine elektrischeDrehmaschine mit hohem Wirkungsgrad und hoher Verlässlichkeiterzielt werden, wenn der ungleichförmige Abstandswinkel α von Statorschlitzen,die bei einer Dreiphasen-Zick-Zack-Wicklung mit zwei Schlitzen proPhase pro Pol vorhanden sind, innerhalb eines Bereiches von mehrals 30 Grad bis weniger oder gleich 37 Grad liegt (30° < α ≤ 37°), da dieRotoroberflächenverlusteinfolge von Oberwellen verringert sind.
    [0078] Andererseitskann im Falle eines laminierten Rotors eine elektrische Drehmaschinemit hohem Wirkungsgrad und hoher Verlässlichkeit erzielt werden,wenn der Abstand von Statorschlitzen, die mit einer Dreiphasen-Zick-Zack-Wicklungversehen sind, mit zwei Schlitzen pro Phase pro Pol, ungleichmäßig ist(α ≠ 30°), da dieRotoroberflächenverlusteinfolge von Oberwellen verringert werden. Weiterhin geht aus 14 hervor, dass es vorzuziehenist, dass der ungleichförmigeAbstandswinkel α größer odergleich 20 Grad ist, und kleiner oder gleich 28 Grad (20° ≤ α ≤ 28°), oder größer odergleich 32 Grad und kleiner oder gleich 38 Grad ist (32° ≤ α ≤ 38°).
    [0079] Alsnächsteswerden die Oberwellenkomponenten der induzierten Spannung untersucht,die in der Dreiphasen-Statorwicklung 16 durch die Permanentmagneten 25 erzeugtwird, wenn die magnetische Erregerspannung von der Erregerwicklung 13 gleich0 ist (wenn der Erregerstrom gleich 0 ist).
    [0080] Diemagnetische Spannung der Oberwellen von den Permanentmagneten 25 trittim allgemeinen nur dann auf, wenn die Ordnung der Oberwelle eine ungeradzahligeOrdnung ist, so dass die induzierte Spannung, die in der Dreiphasen-Statorwicklung 16 für eine Dreiphasenwicklungerzeugt wird, bei welcher die Anzahl von Schlitzen pro Phase proPol gleich eins (1) ist, durch die folgenden Ausdrücke ausgedrückt wird: PhasenspannungVp1 (fürDreieckschaltung) Vp1 = Acos (nωt) (1) LeitungsspannungV11 (fürSternschaltung) V11 = 2Asin(60n)sin(nωt – 60n) (2) wobein die Ordnung der Oberwelle ist, ω die Winkelfrequenz des Fundamentalsignals,A die Amplitude, und t die Zeit.
    [0081] Andererseitsergeben sich folgende Ausdrücke,wenn die Anzahl an Schlitzen pro Phase pro Pol zwei (2) beträgt, und α ein ungleichmäßiger Abstandswinkelist: Phasenspannung Vp1 (für Dreieckschaltung) Vp1 =Acos(na/2)cos{nωt – (na/2)} (3) LeitungsspannungV11 (fürSternschaltung) V11 = 2Acos(na/2)sin(60n)sin{nωt – (na/2) – 60n} (4)
    [0082] Ergebnisse,wenn die Spitzenwerte der Oberwellenkomponenten, die unter Verwendungder voranstehenden Ausdrücke(3) und (4) ermittelt wurden, als Diagramme in Abhängigkeitvon den ungleichmäßigen Abstandswinkel α dargestelltwerden, sind in den 15 und 16 gezeigt. 15 zeigt die Beziehung zwischen der Phasenspannungund dem ungleichmäßigen Abstandswinkel α, und 16 zeigt die Beziehung zwischender Leitungsspannung und dem ungleichmäßigen Abstandswinkel α. Die Größe jederOberwelle beruht allerdings auf der Annahme, dass die Amplitudedes Fundamentalsignals der induzierten Phasenspannung gleich zwei(2) ist, und die Amplitude der Oberwelle n-ter Ordnung gleich 1/nist.
    [0083] Aus 15 und 16 geht hervor, dass die Oberwelle fünfter Ordnungbei einem ungleichmäßigen Abstandswinkelvon 360 Grad (360°)minimiert wird, und die Oberwelle der siebten Ordnung bei 25,7 Grad(25,7°)(= 180°/7),und dass sich die Oberwellen elfter und dreizehnter Ordnung durchSpitzenwerte in der Nähevon 30 Grad (30°)auszeichnen. Aus diesen Eigenschaften wird deutlich, dass die Oberwellender induzierten Spannung dadurch verringert werden können, dassder Abstand ungleichförmig ausgebildetwird, anstelle eines gleichmäßigen Abstandsvon 30 Grad (30°).
    [0084] Gemäß Ausführungsform1 kann, da α auf36 Grad (36°)eingestellt ist, eine elektrische Drehmaschine mit hohem Wirkungsgradund hoher Verlässlichkeiterzielt werden, da die Rotoroberflächenverluste infolge von Oberwellenverringert sind, und die Permanentmagneten 25, die zwischenden klauenförmigenMagnetpolen 22 und 23 angebracht sind, nicht entmagnetisiertwerden, was zu einer Verringerung der Ausgangsleistung führt, dadie Wärmeerzeugunginfolge der Rotoroberflächenverlusteverringert ist. Selbst in einem Zustand mit entregtem Feld überschreiteninfolge der Tatsache, dass Oberwellenanteile der induzierten Spannung,die durch die magnetische Spannung (Durchflutung) der Permanentmagnetenerzeugt wird, währendsich der Rotor mit hoher Drehzahl dreht, verringert werden, diese nichteine Stromversorgungsspannung oder eine Spannung, bei welcher Bauelementeerstörtwerden.
    [0085] Weiterhinsind der X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X ,der Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y ,und der Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z jeweils so aufgebaut, dass Paare von Wicklungsphasenunterabschnittenin Reihe geschaltet sind, die eine Phasendifferenz entsprechendeinem elektrischen Winkel von 36 Grad (36°) aufweisen. Da die Paare derWicklungsphasenunterabschnitte in Reihe zwischen benachbarten Schlitzen 15a geschaltetsind, die einen elektrischen Winkel von 36 Grad (36°) aufweisen,könnendaher räumlicheund zeitliche Oberwellen des Stators 8 verringert werden,so dass dieser ein geringes elektromagnetisches Rauschen und geringeVibrationen aufweist. Eine weitere Auswirkung besteht darin, dassder Verbindungsraum zum Anschluss der Paare der Wicklungsphasenunterabschnittein Reihe erweitert wird, was die Bearbeitbarkeit erleichtert, wenndie Reihenschaltungen hergestellt werden.
    [0086] Dader Rotor 7 ein massiver Rotor ist, kann der Rotor kostengünstig hergestelltwerden.
    [0087] Dadie Permanentmagneten 25 zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 22 und 23 angeordnetsind, wird ein magnetischer Kriechfluss zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 22 und 23 verringert.Der effektive Magnetfluss, der in Wechselwirkung mit dem Stator 8 tritt,ist daher vergrößert, waseine Verbesserung der Ausgangsleistung ermöglicht. Da die Permanentmagneten 25 inBerührungmit den klauenförmigenMagnetpolen 22 und 23 angeordnet sind, wird darüber hinaus einmagnetischer Kriechfluss zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 22 und 23 nochweiter verringert.
    [0088] 17 ist eine Perspektivansichteines Teils eines Rotors, der bei einer elektrischen Drehmaschinegemäß Ausführungsform2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und 18 ist ein Querschnitt eines Polkernsdes Rotors, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform2 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
    [0089] Inden 17 und 18 ist ein Rotor 7A einlaminierter Rotor, bei dem nur klauenförmige Magnetpole 22A und 23A vonPolkernen 20A und 21A laminiert ausgebildet sind.Axiale Endabschnitte 24 des Polkerns 20A und 21A bestehenjeweils aus einem massiven Eisenteil wie bei der voranstehendenAusführungsform1, und die klauenförmigenMagnetpole 22A und 23A, die durch Zusammenlaminierenund Vereinigen von Blechen aus magnetischem Stahl hergestellt werden,werden durch Schweißenmit den axialen Endabschnitten 24 verbunden. Permanentmagneten 25 sindzwischen den klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A angebracht. Da klauenförmige Magnetpole 22A und 23A miteiner Laminatkonstruktion eine geringe mechanische Festigkeit aufweisen,sind auch Endabschnitte der Permanentmagneten 25 an denaxialen Endabschnitten 24 der Polkerne 20A und 21A befestigt.
    [0090] Während derStator bei der voranstehenden Ausführungsform 1 so ausgebildetist, dass der X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X , der Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und der Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z so ausgebildet sind, dass in ReihePaare von Wicklungsunterabschnitten geschaltet sind, die eine Phasendifferenzentsprechend einem elektrischen Winkel von 36 Grad (36°) aufweisen,sind bei der Ausführungsform 2der X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X , der Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und der Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z so ausgebildet, dass in Reihe Paarevon Wicklungsunterabschnitten geschaltet sind, die eine Phasendifferenz entsprechendeinem elektrischen Winkel von 24 Grad (24°) aufweisen.
    [0091] Beieiner elektrischen Drehmaschine, die auf die voranstehend geschilderteArt und Weise ausgebildet ist, sind infolge der Tatsache, dass derRotor 7A ein laminierter Rotor ist, und die Paare der Wellenwicklungsunterabschnitte,welche den X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X bilden, den Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und den Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z , so ausgebildet sind, dass sie einePhasendifferenz entsprechend einem elektrischen Winkel von 24 Grad(24°) aufweisen,ein geringeres Ausmaß anRotoroberflächenverlustenvorhanden als bei herkömmlichen Konstruktionen,bei denen der gleichmäßige Abstandswinkel 30 Grad(30°) beträgt. Da dieWärmeerzeugunginfolge von Rotoroberflächenverlustenverringert ist, werden daher die Permanentmagneten 25,die zwischen den klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A angebracht sind, nichtentmagnetisiert, was zu einer Verringerung der Ausgangsleistungführenwürde.Da die klauenförmigenMagnetpole 22A und 23A durch Zusammenlaminierenvon Blechen aus magnetischem Stahl hergestellt sind, wird wenigerWärme aufdie Permanentmagneten 25 von den klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A übertragen,was eine Unterdrückungder Entmagnetisierung der Permanentmagneten 25 noch wirksamermacht.
    [0092] Aus 16 wird deutlich, dass infolgeder Tatsache, dass Paare von Wicklungsphasenabschnitten in Reihegeschaltet sind, die eine Phasendifferenz entsprechend einem elektrischenWinkel von 24 Grad (24°)aufweisen, was nahe an einem lokalen Minimum der Oberwelle siebterOrdnung bei 25,7 Grad (25,7°)liegt, die Oberwellen der induzierten Spannung verringert werden,anders als im herkömmlichenFall, bei welchem der gleichmäßige Abstandswinkel30 Grad (30°)beträgt.Selbst in einem Zustand mit abgeschalteten Erregerfeld, überschreiteninfolge der Tatsache, dass Oberwellenbestandteile der induziertenSpannung verringert werden, die von der magnetischen Spannung derPermanentmagneten erzeugt wird, während sich der Rotor 7A mit hoherDrehzahl dreht, die Oberwellenkomponenten nicht eine Stromversorgungsspannungoder eine Spannung, bei welcher Bauelemente zerstört werden.
    [0093] 19 ist eine perspektivischeTeilansicht, die einen Rotor zeigt, der bei einer elektrischen Drehmaschinegemäß Ausführungsform3 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und 20 ist ein Querschnitt eines Polkernsdes Rotors, der bei der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 3der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
    [0094] In 19 ist ein Rotor 7B einlaminierter Rotor, und sind Permanentmagneten 26 auf jedervon zwei SeitenoberflächenklauenförmigerMagnetpole 22A und 23A angeordnet. Diese Permanentmagneten 26 werdendurch die klauenförmigenMagnetpole 22A und 23A über Verstärkungskörper 52 gehaltert, welcheZentrifugalkräfteaufnehmen, die auf die Permanentmagneten 26 während derDrehung des Rotors 7B einwirken, so dass sie so schräg verlaufen, dassdie Außenumfangsseitensich voneinander entfernen. Die Verstärkungskörper 52 sind aus Metallblechen,beispielsweise Edelstahl oder dergleichen, hergestellt, in einerDicke von annähernd0,5 mm, und werden durch Biegen eines einzelnen Metallblechs unterDruckeinwirkung hergestellt.
    [0095] Wiein 20 gezeigt, weistder Querschnitt dieser Verstärkungskörper 52 senkrechtzur Axialrichtung des Rotors 7B im wesentlichen die Formeines M auf, verbunden mit einer Innenumfangsoberfläche derklauenförmigenMagnetpole 22A und 23A durch eine Form, welcheder Innenumfangsoberflächeder klauenförmigenMagnetpole 22A und 23A entspricht. Die Permanentmagneten 26 sindan zwei winkeligen C-förmigenFlügelabschnittender M-förmigenVerstärkungskörper 52 befestigt,und werden in Berührungmit den Seitenoberflächender klauenförmigenMagnetpole 22A und 23A infolge der Elastizität der Verstärkungskörper 52 gebracht.
    [0096] Wenneine derartige Konstruktion eingesetzt, werden selbst dann, wenndie klauenförmigen Magnetpole 22A und 23A inRadialrichtung nach außendurch die Zentrifugalkraft bei Drehung des Rotors 7B mithoher Drehzahl aufgeweitet werden, Paare der Magnetpole 22A und 23A einfachnur verschoben, ohne dass hohe mechanische Spannungen in den Permanentmagneten 26 hervorgerufenwurden, wodurch ein Bruch verhindert wird.
    [0097] Obwohldies nicht dargestellt ist, sind Schlitze in dem Statorkern in einemVerhältnisvon 2 Schlitzen pro Phase pro Pol in einem ungleichmäßigen Abstandvorgesehen, der zwischen einem elektrischen Winkel von 32,5 Grad(32,5°)und 27,5 Grad (27,5°) wechselt.Weiterhin sind der X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X , der Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und der Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z jeweils so aufgebaut, dass in Reihe Paarevon Wicklungsunterabschnitten geschaltet sind, die eine Phasendifferenzentsprechend einem elektrischen Winkel von 27,5 Grad (27,5°) aufweisen.
    [0098] Beieiner auf dieser Art und Weise ausgebildeten elektrischen Drehmaschinesind die Rotoroberflächenverlusteniedriger als bei herkömmlichen Konstruktionen,bei welchen der gleichmäßige Abstandswinkel30 Grad (30°)beträgt,da der Rotor 7B ein laminierter Rotor ist, und die Paareder Wicklungsunterabschnitte, welche den X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X , den Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und den Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z bilden, jeweils so aufgebaut sind,dass sie eine Phasendifferenz entsprechend einem elektrischen Winkelvon 27,5 Grad (27,5°)aufweisen, wie aus 19 deutlichwird. Da die Wärmeerzeugunginfolge von Rotoroberflächenverlustenverringert ist, werden daher die Permanentmagneten 26,die zwischen den klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A angebracht sind, nichtentmagnetisiert, was zu einer Verringerung der Ausgangsleistungführenwürde.Da die Verstärkungskörper 52 zwischenden klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A des Rotors und den Permanentmagneten 26 angeordnetsind, wird weniger Wärmeauf die Permanentmagneten 26 von den klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A übertragen,wodurch die Unterdrückungeiner Entmagnetisierung der beiden Permanentmagneten 26 nochwirksamer wird.
    [0099] Dazwei Permanentmagneten 26 zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A so angeordnetsind, dass sie voneinander in Umfangsrichtung getrennt sind, wirddarüberhinaus erzeugte Wärmean jeden den Permanentmagneten 26 nur von einem der klauenförmigen Magnetpole 22A und 23A geleitet,da die Wärmeleitungvon den klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A durch Abschnitte unterbrochenwird, welche die Permanentmagneten 26 trennen. HierdurchkönnenTemperaturerhöhungender Permanentmagneten 26 verringert werden, verglichenmit der voranstehenden Ausführungsform 2,bei welcher die Wärme,die in zwei klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A erzeugtwird, zu jedem der Permanentmagneten 25 geleitet wird,so dass im vorliegenden Fall die Auswirkung vorhanden ist, dass keineVerschlechterung der Eigenschaften auftritt, und eine Entmagnetisierungder Permanentmagneten 26 durch Wärmeeinwirkung verringert wird.
    [0100] Wiein 16 dargestellt, werdendie Oberwellen der induzierten Spannung verringert, anders als beiherkömmlichenKonstruktionen, bei welchen der gleichmäßige Abstandswinkel 30 Grad(30°) beträgt, infolgeder Tatsache, dass Paare von Wicklungsphasenabschnitten in Reihegeschaltet sind, die eine Phasendifferenz entsprechend einem elektrischenWinkel von 27,5 Grad (27,5°)aufweisen, was sehr nahe an einem lokalen Minimum der Oberwelle siebterOrdnung bei 25,7 Grad (27,5°)liegt. Selbst ohne Erregerfeld überschreitenOberwellen-Komponentender induzierten Spannung, die von der magnetischen Spannung derPermanentmagneten erzeugt wird, während sich der Rotor 7B mithoher Drehzahl dreht, nicht eine Stromversorgungsspannung oder eineSpannung, bei welcher Bauelemente zerstört werden.
    [0101] 21 ist ein Längsschnitteiner elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegendenErfindung, 22 ist einSchaltbild der elektrischen Schaltung der elektrischen Drehmaschinegemäß Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung, 23 isteine perspektivische Teilansicht eines Rotors, der in einer elektrischenDrehmaschine gemäß Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, und 24 ist ein Querschnitt eines Polkernsdes Rotors, der in der elektrischen Drehmaschine gemäß Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein Stator 8 ist ähnlich aufgebautwie bei der voranstehenden Ausführungsform3, wobei Paare von Wicklungsunterabschnitten, die einen X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X bilden, einen Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und einen Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z , die jeweils in Reihe zwischen benachbarteSchlitze 15a geschaltet sind, eine Phasendifferenz entsprechendeinem elektrischen Winkel von 27,5 Grad (27,5°) aufweisen.
    [0102] Inden 21 und 22 unterscheidet sich eine elektrischeDrehmaschine 101 von jener der voranstehenden Ausführungsform3 in der Hinsicht, dass sie keinen Gleichrichter 12 aufweist,und der Ausgang von dem X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X , dem Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und dem Z- Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z einer Dreiphasen-Statorwicklung 16 nach außerhalb derelektrischen Drehmaschine 101 geführt ist.
    [0103] EineStromrichtereinheit 71 ist an einer Innenwandoberfläche derhinteren Stütze 2 soangebracht, dass sie sich am Außenumfangim hinteren Endabschnitt der Welle 6 befindet. Die Stromrichtereinheit 71 weistein Stromrichtermodul 72 auf, das aus sechs Schaltelementen 73 besteht,sowie Dioden 74, die parallel zu jedem der Schaltelemente 73 geschaltetsind, sowie einen Kondensator 75, der parallel zum Stromrichtermodul 72 geschaltetist. Der Kondensator 75 hat die Aufgabe, den elektrischen Stromzu glätten,der durch das Stromrichtermodul fließt.
    [0104] DasStromrichtermodul 72 ist so aufgebaut, dass Schaltelement-Diodengruppengebildet werden, die jeweils aus einem Schaltelement 73 undeiner parallel geschalteten Diode 74 bestehen, wobei Paarevon Schaltelement-Diodengruppen in Reihe geschaltet sind, und dreiderartige Paare so auf einem Kühlkörper 77 angebrachtsind, dass sie parallel verlaufen. Eine Steuereinheit 76,in welcher elektronische Bauteile zum Steuern des Ein- und Ausschaltensder Schaltelemente 73 auf einer Leiterplatte vorgesehensind, ist innerhalb eines Harzformkörperabschnittes 78 aufgenommen,der einstückigmit dem Kühlkörper 77 unterVerwendung eines elektrisch isolierenden Harzes ausgeformt ist.Die Ausgangsleitungen OX, OY undOZ des X-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16X , des Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16Y , und des Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16Z der Dreiphasen-Statorwicklung 16 sindjeweils an einem Punkt in der Mitte zwischen den in Reihe geschaltetenSchaltelementen 73 angeschlossen.
    [0105] Eineerste Batterie 80 von beispielsweise 36 Volt, die eineelektrische Stromversorgungsquelle für die elektrische Drehmaschine 101 bildet,ist parallel zum Stromrichtermodul 72 geschaltet. Weiterhinist eine zweite Batterie 81 von beispielsweise 12 Volt, dieeine elektrische Stromversorgungsquelle für einen elektrischen Verbraucherdarstellt, der bei einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, vorgesehen.Ein Gleichstrom-Gleichstromwandler (DC-DC-Wandler) 82 ist parallel zumStromrichtermodul 72 geschaltet, wobei der elektrischeGleichstrom, der von der Stromrichtereinheit 71 gleichgerichtetwurde, beispielsweise in 12 Volt umgewandelt wird, und an die zweiteBatterie 81 geliefert wird.
    [0106] Dieseelektrische Drehmaschine 101 ist mit einer Kurbelwelleeiner Brennkraftmaschine 69 mit Hilfe eines Riemens verbunden,damit sie als Anlassereinrichtung für die Brennkraftmaschine 69 dienen kann,sowie als Ladereinrichtung. Die Stromrichtereinheit 71 istan die elektrische Drehmaschine 101 mit Hilfe des X-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16X , des Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16Y , und des Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnittes 16Z (drei Statorphasenleitung) der elektrischen Drehmaschine 101 angeschlossen.Das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 73 dieser Stromrichtereinheit 71 wirddurch die Steuereinheit 76 so gesteuert, dass die elektrischeDrehmaschine 101 ein Anlassdrehmoment (positives Drehmoment)sowie ein Bremsdrehmoment (negatives Drehmoment) erzeugen kann.
    [0107] Dieerste Batterie 80 ist an die Stromrichtereinheit 71 über eineStromversorgungsleitung angeschlossen, und bildet eine Stromversorgungsquelle für die Stromrichtereinheit 71,und liefert auch elektrische Energie an die elektrische Drehmaschine 101 mitHilfe der Stromrichtereinheit 71 und der drei Statorphasenleitungen,wenn die elektrische Drehmaschine 101 als Anlassereinrichtungfür dieBrennkraftmaschine 69 arbeitet, wobei die elektrische Drehmaschine 101 alsGenerator arbeitet, nachdem die Brennkraftmaschine 69 vonselbst läuft.Als höhereSteuereinheit fürdie Stromrichtereinheit 71 schickt die Steuereinheit 76 Befehlssignaleund Information in bezug auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine 69 unddergleichen an die Stromrichtereinheit 71, und hat weiterhindie Aufgabe, zu ermöglichen,dass Information in bezug auf die Drehzahl und die Luftzufuhr zurBrennkraftmaschine 69, sowie Information in bezug auf dieTemperatur und dergleichen, eingegeben werden können, und Steuerbefehle ausgegeben werdenkönnen,in bezug auf die Ansaugluftflussrate, die Kraftstoffeinspritzrate,den Zündzeitpunkt,usw., die bei der Brennkraftmaschine 69 eingestellt werden sollen.
    [0108] Beidieser Konstruktion muss die elektrische Drehmaschine 101 einhohes Drehmoment in kurzer Zeit während des Anlassens und derErzeugung eines Bremsdrehmomentes erzeugen, und ist es, anders alsbei den voranstehenden Ausführungsformen,erforderlich, dass ein hoher Strom durch eine Erregerwicklung 13 einesRotors 7C hindurchgeht, um einen starken magnetischen Flusszu erzeugen.
    [0109] In 23 ist der Rotor 7C einlaminierter Rotor, und sind Permanentmagneten 26 an jedervon zwei SeitenoberflächenklauenförmigeMagnetpole 22A und 23A angeordnet. Diese Permanentmagneten 26 werdendurch die klauenförmigenMagnetpole 22A und 23A über Verstärkungskörper 53 gehaltert, dieZentrifugalkräfteaufnehmen, die währendder Drehung des Rotors 7C auf die Permanentmagneten 26 einwirken.Die Verstärkungskörper 53 bestehen, auf ähnlicheArt und Weise wie bei der voranstehenden Ausführungsform 3, aus Metallblechenbeispielsweise aus Edelstahl, usw., die eine Dicke von etwa 0,5mm aufweisen, und durch Biegen eines einzelnen Metallbleches unterDruckeinwirkung hergestellt werden.
    [0110] DerQuerschnitt dieser Verstärkungskörper 53 senkrechtzur Axialrichtung des Rotors 7C weist im wesentlichen dieForm eines C auf, verbunden mit einer Innenumfangsoberfläche derklauenförmigen Magnetpole 22A und 23A durcheine Form, welche der Innenumfangsoberfläche der klauenförmigen Magnetpole 22A und 23A entspricht.Die Permanentmagneten 26 sind an zwei Endabschnitten vonVerstärkungskörper 53 befestigt,welche den C-förmigen Querschnittaufweisen, und sind in direkter Berührung mit Seitenoberflächen derklauenförmigenMagnetpole 22A und 23A infolge der Elastizität der Verstärkungskörper 53 angeordnet.
    [0111] Selbstwenn bei einer derartigen Konstruktion die klauenförmigen Magnetpole 22A und 23A radialnach außendurch die Zentrifugalkraft bei der Drehung des Rotors 7C mithoher Geschwindigkeit aufgeweitet werden, werden die Paare der klauenförmigen Magnetpole 22A und 23A nureinfach verschoben, ohne dass hohe mechanische Spannungen in denPermanentmagneten 26 hervorgerufen werden, wodurch einBruch verhindert wird. Da sich die Verstärkungskörper 53 von jenengemäß der voranstehendenAusführungsform3 dadurch unterscheiden, dass sie einen einfachen Aufbau in Formeines C aufweisen, sind sie leicht, was einen weiteren Vorteil in bezugauf die Zentrifugalkraft darstellt, und können sie einfach durch Biegenhergestellt werden, was ihre Herstellung erleichtert. Da die Permanentmagneten 26 indirekter Berührungmit Seitenoberflächender klauenförmigenMagnetpole 22a und 23A stehen, wird darüber hinausein magnetischer Kriechfluss zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A verringert.
    [0112] Beider Ausführungsform4 sind, wie in 14 gezeigt,die Rotoroberflächenverlusteebenfalls niedriger als bei herkömmlichenKonstruktionen, bei welchen der gleichmäßige Abstandswinkel 30 Grad(30°) beträgt, da diePaare der Wicklungsunterabschnitte, die in Reihe geschaltet sind,und den X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16X ,den Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Y , und den Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt 16Z bilden, auf ähnliche Weise wie bei der voranstehendenAusführungsform3 ausgebildet sind, so dass sie eine Phasendifferenz entsprechendeinem elektrischen Winkel von 27,5 Grad (27,5°) aufweisen. Da die Wärmeerzeugunginfolge von Rotoroberflächenverlusten verringertist, werden daher die Permanentmagneten 26, die zwischenden klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A angebracht sind, nichtentmagnetisiert, was zu einer verringerten Ausgangsleistung führen würde. Dabei der Ausführungsform4 die Permanentmagneten 26 in direkter Berührung mitden klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A stehen, wird von den klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A leicht Wärme aufdie Permanentmagneten 26 übertragen, aber da die Phasendifferenzzwischen den Paaren der in Reihe geschalteten Wicklungsphasenunterabschnitteso gewähltist, dass sie einem elektrischen Winkel von 27,5 Grad (27,5°) entspricht,werden Temperaturerhöhungenbei den Permanentmagneten 26 unterdrückt.
    [0113] Dazwei Permanentmagneten 26 zwischen den klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A so angeordnetsind, dass sie voneinander in Umfangsrichtung getrennt sind, wirdWärme zujedem der Permanentmagneten 26 nur von einem der klauenförmigen Magnetpole 22A und 23A weitergeleitet,da die Wärmeleitungvon den klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A durch Abschnitte unterbrochenwird, welche die Permanentmagneten 26 trennen. Aus diesemGrund könnenTemperaturerhöhungender Permanentmagneten 26 im Vergleich zur voranstehendenAusführungsform2 verringert werden, bei welcher die in zwei klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A erzeugteWärme anjeden der Permanentmagneten 25 weitergeleitet wird. EineWärmeeinwirkungauf die Permanentmagneten 26 durch Wärme, die durch den starkenmagnetischen Fluss erzeugt wird, der deswegen auftritt, da hoheStrömedurch die Erregerwicklung 13 beim Anlassen geleitet werden, undbei der Erzeugung eines Bremsdrehmomentes, können daher wirksam unterdrückt werden.
    [0114] Dadie Phasendifferenz zwischen den Paaren der Wicklungsphasenabschnitteeinen elektrischen Winkel von 27,5 Grad (27,5°) aufweist, was sehr nahe aneinem lokalen Minimum der Oberwelle siebter Ordnung bei 25,7 Grad(25,7°)liegt, wie in 16 gezeigt,könnendie Oberwellen der induzierten Spannung verringert werden, andersals bei herkömmlichenKonstruktionen, bei welchen der gleichmäßige Abstandswinkel 30 Grad(30°) beträgt. Selbst ineinem Zustand mit abgeschaltetem Erregerfeld werden daher Oberwellenkomponentender induzierten Spannung verringert, die durch die magnetische Spannungder Permanentmagneten erzeugt wird, während sich der Rotor 7C mithoher Drehzahl dreht, so dass die Oberwellenkomponenten nicht eine Stromversorgungsspannungoder eine Spannung überschreiten,bei welcher Bauelemente zerstört werden.Da bei der Ausführungsform4 die Permanentmagneten 26 in direkter Berührung mitden klauenförmigenMagnetpolen 22A und 23A angeordnet sind, fließt der magnetischeFluss von den Permanentmagneten 26 leicht zu den klauenförmigen Magnetpolen 22A und 23A,und werden die induzierten Spannungen zu hoch, die von der magnetischen Spannungder Permanentmagneten erzeugt werden, während sich der Rotor 7C mithoher Geschwindigkeit dreht, jedoch können die Oberwellenbestandteile wirksamunterdrücktwerden.
    [0115] Weiterhinkann bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen der Rotor auchmit einem Harz wie beispielsweise einem Lack und dergleichen imprägniert sein.Da erzeugte Wärmeverteilt wird und eine Abkühlungerfolgt, da jeder der Spalte mit Harz gefüllt ist, konzentriert sichWärme nichtlokal in den Permanentmagneten, was eine Entmagnetisierung der Permanentmagnetennoch weniger wahrscheinlich macht, und wodurch solche Auswirkungenerzielt werden können,dass bei jedem der Bauteile eine erhöhte Haltekraft vorhanden ist,und eine verbesserte Festigkeit auch bei Drehung mit hoher Geschwindigkeit.
    [0116] Wievoranstehend erläutert,wird gemäß einemAspekt der vorliegenden Erfindung eine elektrische Drehmaschinezur Verfügunggestellt, welche einen Stator aufweist, der mit einem ringförmigen Statorkernversehen ist, in dem zwei Schlitze pro Phase und pro Pol angeordnetsind, sowie eine Dreiphasen-Statorwicklung, die an dem Statorkernangebracht ist, und einen Rotor, der drehbeweglich innerhalb desStators angeordnet ist, um einen magnetischen Fluss mit Hilfe einerErregerwicklung und eines Permanentmagneten zu erzeugen, wobei die Dreiphasen-Statorwicklungmehrere Wicklungsphasenunterabschnitte aufweist, die jeweils ineiner Schlitzgruppe angebracht sind, die durch jeden sechsten Schlitzder Schlitze gebildet wird, wobei ein X-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt, ein Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt,und ein Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt,welche die Dreiphasen-Statorwicklungbilden, jeweils so aufgebaut sind, dass in Reihe die Statorwicklungsphasenunterabschnittegeschaltet sind, die in einem benachbarten Paar der Schlitzgruppenangebracht sind, und die Schlitze in einem ungleichmäßigen Abstandvorgesehen sind, bei welchem der Winkel zwischen Zentrumslinienvon Schlitzöffnungsabschnittensich zwischen einem elektrischen Winkel von α und (60° – α) abwechselt, wobei α nicht gleich30 Grad ist (α ≠ 30°), wodurcheine elektrische Drehmaschine zur Verfügung gestellt wird, welchees ermöglicht,Wirbelstromverluste an einer Rotoroberfläche zu verringern, und Oberwellenbestandteileder induzierten Spannung, die durch die Permanentmagneten induziertwird, zu verringern.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] Elektrische Drehmaschine, welche aufweist: einenStator (8), welcher aufweist: einen ringförmigen Statorkern(15), in welchem zwei Schlitze (15a) pro Phaseund pro Pol vorgesehen sind; und eine Dreiphasen-Statorwicklung(16), die an dem Statorkern (15) angebracht ist;und einen Rotor (7, 7A, 7B, 7C),der drehbeweglich innerhalb des Stators (8) angeordnetist, um einen magnetischen Fluss mit Hilfe einer Erregerwicklung(13) und eines Permanentmagneten (25, 26)zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass: dieDreiphasen-Statorwicklung (16) mehrere Wicklungsphasenunterabschnitte(30a–30f)aufweist, die jeweils in einer Schlitzgruppe angebracht sind, die durchjeden sechsten Schlitz der Schlitze (15a) gebildet wird; einX-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt (16X ),ein Y-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt(16Y ) und ein Z-Phasen-Wicklungsphasenabschnitt(16Z ), welche die Dreiphasen-Statorwicklung (16)bilden, jeweils so aufgebaut sind, dass in Reihe die Statorwicklungsphasenunterabschnitte(30a–30f)geschaltet sind, die in einem benachbarten Paar der Schlitzgruppenangeordnet sind; und die Schlitze (15a) in einem ungleichmäßigen Abstand angeordnetsind, wobei der Winkel zwischen Zentrumslinien von Schlitzöffnungsabschnitten(15b) sich zwischen einem elektrischen Winkel von α und (60° – α) abwechselt,wobei α nichtgleich 30 Grad ist (α ≠ 30°).
    [2] Elektrische Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass Magnetpole (22, 23)des Rotors (7) durch einen massiven Körper aus magnetischem Materialgebildet werden; und eine Phasendifferenz α zwischen den Wicklungsunterabschnitten(30a–30f),die in Reihe geschaltet sind, einem elektrischen Winkel von mehrals 30 Grad und kleiner oder gleich 37 Grad entspricht (30° < α ≤ 37°).
    [3] Elektrische Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass Magnetpole (22A, 23A)des Rotors (7A, 7B, 7C) durch zusammenlaminierteund vereinigte Bleche aus magnetischem Stahl gebildet werden.
    [4] Elektrische Drehmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (7, 7A, 7B, 7C)ein Klauenpolrotor ist, welcher klauenförmige Magnetpole (22, 23, 22A, 23A) aufweist;und ein Permanentmagnet (25, 26) zwischeneinem benachbarten Paar der klauenförmigen Magnetpole (22, 23, 22A, 23A)angeordnet ist.
    [5] Elektrische Drehmaschine nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (25, 26)in Berührungmit einer Seitenoberflächeder klauenförmigenMagnetpole (22, 23, 22A, 23A)angeordnet ist.
    [6] Elektrische Drehmaschine nach Anspruch 4 oder 5,dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Permanentmagneten (26)zwischen dem benachbarten Paar der klauenförmigen Magnetpole (22A, 23A)so angeordnet sind, dass jeder entlang einer jeweiligen Seitenoberfläche derklauenförmigen Magnetpoleangeordnet ist, so dass die beiden Permanentmagneten voneinanderin Umfangsrichtung getrennt sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    FR2854990B1|2006-04-28|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-16| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2015-02-04| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|
    2015-03-19| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|Effective date: 20150204 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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