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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine,
die imstande ist, einen Betrag ihrer wirksamen magnetischen Flüsse
zu steuern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Anstelle
konventioneller Induktionsmotoren (IM-Motor), werden Dauermagnet-Synchronmotoren (PM-Motor)
immer bevorzugter eingesetzt, da ihre Leistungsfähigkeit
ausgezeichnet ist und erwartet wird, dass sowohl ihre Größe
als auch ihr Lärm noch abnehmen. Die PM-Motoren werden
als Antriebsmotoren beispielsweise für elektrische Heimgeräte, Fahrzeugbestände
bzw. Fuhrparks und Elektrofahrzeuge verwendet. Da in einem IM-Motor
die magnetischen Flüsse selbst durch Anregungsstrom vom Motor
erzeugt werden müssen, besteht das Problem, dass aufgrund
des Strömens des Anregungsstroms ein Verlust verursacht
wird. Andererseits ist ein PM-Motor ein Motor, der am Rotor mit
Dauermagneten versehen ist und ein Drehmoment ausgibt, indem er
die magnetischen Flüsse der Dauermagneten nutzt. Aus diesem
Grund ist es nicht erforderlich, dass bei einem PM-Motor der Anregungsstrom
fließt, und das bei einem IM-Motor inhärente Problem
besteht bei ihm nicht.
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Jedoch
wird bei dem PM-Motor eine Spannung in den Ankerspulen mittels der
Dauermagnete im Verhältnis zu der Umdrehungszahl davon
induziert. Bei einer Anwendung für Fahrzeugbestände, Kraftwagen
und dergleichen, die einen breiten Umfang an Umdrehungszahlen aufweisen,
ist es notwendig, dass ein Wechselrichter, der den PM-Motor antreibt
und steuert, nicht durch eine Überspannung zerstört
wird, die zum Zeitpunkt seiner maximalen Umdrehungszahl induziert
wird. Wenn der PM-Motor, der eine solche Eigenschaft aufweist, als
eine Maßnahme zur Erweiterung der Betriebsgeschwindigkeit einen
konstanten Ausgabevorgang durchführt, während
er die Leistungsquellenspannung konstant hält und während
er die vorstehend angegebene maximale Umdrehungszahl weiter anhebt,
liegt eine so genannte Magnetfeld-Schwächungssteuerung
vor, bei der ein Strom veranlasst wird, in den Ankerspulen zu fließen,
um zur gleichmäßigen Senkung der induzierten Spannung
die magnetischen Flüsse durch die Dauermagnete aufzuheben.
Jedoch führte diese Magnetfeld-Schwächungssteuerung
zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit des Motors,
da der Strom, der nie zur Drehmomenterzeugung beiträgt, zum
Fließen gebracht werden muss.
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Da
es notwendig ist, in den Ankerspulen einen großen Strom
fließen zu lassen, nimmt natürlich außerdem
die in den Spulen erzeugte Wärme zu. Aus diesem Grund nimmt
die Leistungsfähigkeit als elektrische Rotationsmaschine
im hohen Umdrehungszahlbereich ab und es bestand die Möglichkeit, dass
etwa aufgrund einer Erwärmung, die die Kühlungskapazität übersteigt,
eine Entmagnetisierung der Dauermagnete verursacht werden kann.
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Daher
ist anstelle der elektrischen Magnetfeld-Schwächungssteuerung
als elektrische Rotationsmaschine, bei der ein Betrag wirksamer
magnetischer Flüsse mechanisch variiert werden kann, eine elektrische
Rotationsmaschine bekannt, die beispielsweise im Patentdokument
1 (
JP-A-2001-69609 )
offenbart ist.
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Die
elektrische Rotationsmaschine, die im Patentdokument 1 offenbart
ist, beinhaltet einen Rotor, der in der Richtung der Drehwelle zweigeteilt
ist. Jeder der beiden Teilrotoren weist Feldmagnete mit verschiedenen
Polaritäten auf, die abwechselnd in ihrer Drehrichtung
angeordnet sind. Des Weiteren sind, wenn die elektrische Rotationsmaschine
als Motor betrieben wird, jeweilige Magnetpolmitten der Feldmagnete
der beiden Teilrotoren durch Ausgleichen der Magnetwirkungskraft
zwischen den Feldmagneten von einem der beiden Teilrotoren und den Feldmagneten
des anderen der beiden Teilrotoren mit der Drehmomentrichtung des
Rotors ausgerichtet. Beim Betrieb der elektrischen Rotationsmaschine als
Generator werden die jeweiligen Magnetpolmitten von Feldmagneten
der beiden Teilrotoren in Verbindung mit der Umkehr der Drehmomentrichtung
des Rotors verschoben. Durch Variieren der jeweiligen Magnetpolmitten
der beiden Teilrotoren in der obigen Weise kann der Betrag wirksamer
magnetischer Flüsse mechanisch variiert werden.
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Weiterhin
offenbart unter den elektrischen Rotationsmaschinen, die einen solchen
mechanischen variablen Mechanismus verwenden, das Patentdokument
2 (
JP-A-2005-253265 )
eine elektrische Rotationsmaschine, bei der zum Verbessern der Zuverlässigkeit
einer anzubringenden Karosserie, beispielsweise für einen
Kraftwagen, zum Beispiel ein Mechanismus vorgesehen ist, der den
Stoß vermindern kann, der etwa bei einem der beiden Teilrotoren und
bei dem mechanischen variablen Mechanismus verursacht wird, wenn
der eine der beiden Teilrotoren in Verbindung mit einer Variation
der Drehmomentrichtung des Rotors variiert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei
den vorstehend genannten elektrischen Rotationsmaschinen besteht
das Problem, dass unter der Bedingung einer mechanischen Feldschwächungssteuerung
während einer hohen Drehzahl aufgrund einer Magnetflussströmung
in der Richtung der Drehwelle ein Wirbelstrom verursacht wird und ein
Eisenverlust der elektrischen Rotationsmaschinen zunimmt.
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Die
vorliegende Erfindung soll eine elektrische Rotationsmaschine bereitstellen,
die es erlaubt, den Eisenverlust der elektrischen Rotationsmaschine zu
dem Zeitpunkt, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit rotiert, stark
zu senken.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Wesentlichen wie folgt konfiguriert.
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Eine
elektrische Rotationsmaschine umfasst:
einen Stator mit einem
Statorkern und Wicklungen,
einen Rotor, der drehbar in dem
Stator eingebaut ist, wobei ein Luftspalt zwischen dem Rotor und
dem Stator gelassen ist, der Rotor in zumindest einen ersten Rotor
und einen zweiten Rotor in einer Richtung seiner Drehwelle zweigeteilt
ist und jeder von dem ersten und zweiten Rotor Feldmagnete mit verschiedenen
Polaritäten aufweist, die abwechselnd in einer Drehrichtung
des Rotors angeordnet sind, und/oder
einen Magnetfluss-Steuermechanismus,
der wirksame magnetische Flüsse durch Variieren von Positionen
der Feldmagnete des zweiten Rotors relativ in Bezug auf denjenigen
des ersten Rotors in zumindest der Drehrichtung des Rotors steuert,
wobei
der Statorkern mit einer magnetwiderstandsbeständigen Schicht
versehen ist, die in den Weg der wirksamen magnetischen Flüsse
im Statorkern eingefügt ist.
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Beispielsweise
ist der Statorkern in der Richtung der Drehwelle zumindest zweigeteilt
und die magnetwiderstandsfähige Schicht weist eine Kreisringform
auf und die magnetwiderstandsbeständige Schicht ist zwischen
die geteilten Statorkerne eingefügt.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann eine elektrische Rotationsmaschine bereitgestellt werden,
die es gestattet, einen Eisenverlust der elektrischen Rotationsmaschine
zu dem Zeitpunkt, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit rotiert, stark
zu senken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind
Ansichten zur Erläuterung einer Magnetflussströmung
in einem Stator in einer elektrischen Rotationsmaschine eines Vergleichsbeispiels
zur vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen
Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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3A und 3B sind
Ansichten, die ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen
Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
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4 ist
ein Diagramm, das einen beispielhaften Aufbau einer Antriebsvorrichtung
für einen Kraftwagen zeigt, an dem eine elektrische Rotationsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
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5 ist
ein Diagramm, das einen weiteren beispielhaften Aufbau einer Antriebsvorrichtung
für einen Kraftwagen zeigt, an dem eine elektrische Rotationsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Ausführungsbeispiele
zum Ausführen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen wie folgt erläutert.
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[VERGLEICHSBEISPIEL]
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 werden
ein Vergleichsbeispiel und das vorliegende Ausführungsbeispiel
erläutert.
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1A und 1B sind
Ansichten zur Erläuterung der Magnetflussströmung
in einem Stator in einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß dem Vergleichsbeispiel.
Die elektrische Rotationsmaschine des Vergleichsbeispiels ist eine,
die imstande ist, mechanisch einen Betrag wirksamer magnetischer Flüsse
durch den folgenden Aufbau zu steuern. Wie in 1 gezeigt,
ist ein innenseitiger Abschnitt eines zylindrischen Statorkerns 1 mit
mehreren Schlitzen (in den Figuren nicht gezeigt) versehen, die
sich in eine Drehwellenrichtung des Statorkerns erstrecken und in
einer Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Ankerwicklungen
(auch als Statorwicklungen oder primäre Wicklungen bezeichnet) 2 sind in
die jeweiligen Schlitze eingefügt. Ein (nicht gezeigtes)
Gehäuse ist an einen Außenumfang des Statorkerns 1,
etwa mittels Schrumpfpassen und Presspassen, angepasst. Beide Enden
des Gehäuses in der Drehwellenrichtung sind von jeweiligen
Klammern (nicht gezeigt) bedeckt. Ein Rotor (Rotoren 4 und 5) ist
drehbar in dem Statorkern 1 eingebaut, wobei ein Luftspalt 7 zwischen
dem Rotor 5 und dem Statorkern 1 beibehalten ist.
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Der
Rotor wird von einem ersten Rotor 4 und einem zweiten Rotor 5 gebildet,
die in der Drehwellenrichtung zweigeteilt sind. Der erste Rotor 4 ist
an einer Welle 3 (auch als Drehwelle bezeichnet) befestigt.
Der zweite Rotor 5 weist an seiner Innenoberfläche
ein (in den Figuren nicht gezeigtes) Innengewinde auf und wird auf
der Welle 3 eingebaut, indem das Innengewinde mit einem
an der Welle 3 vorgesehenen schraubenförmigen
Profil 6 in Eingriff gebracht wird. Dadurch ist der zweite
Rotor 5 imstande, sich auf der Welle 3 in der
Drehwellenrichtung zu bewegen, während er sich auf der
Welle 3 dreht. Der erste Rotor 4 ist mit mehreren
Dauermagneten 4A als Feldmagnet versehen, die in dem Rotor
in einer solchen Weise versenkt sind, dass ihre Polaritäten
in der Drehrichtung wechseln. Weiterhin ist der zweite Rotor 5 mit
mehreren Dauermagneten 5A als Feldmagnet versehen, die
ebenfalls in dem Rotor auf eine solche Weise versenkt sind, dass
ihre Polaritäten in der Drehrichtung wechseln. Beide Endseitenabschnitte
der Welle 3 werden von (nicht gezeigten) Lagervorrichtungen
so gehalten, dass die Welle 3 drehbar ist. Ein Haltemechanismus
der Drehwelle 3 wird von der Lagervorrichtung gebildet
und ein Haltemechanismus des zweiten Rotors 5 in axialer
Richtung wird von einem Anschlag 30 und einem Aktuator 31 gebildet.
Der Anschlag 30 soll eine Bewegung des zweiten Rotors 5 einschränken,
der in der axialen Richtung (Drehwellenrichtung) mit dem Aktuator 31 als
Servovorrichtung betätigt wird. Wenn die elektrische Rotationsmaschine
als Motor oder Generator angetrieben wird, bewegt sich der zweite
Rotor 5 in eine Richtung entgegengesetzt dem ersten Rotor 4 auf
dem schraubenförmigen Profil 6 bis zu einer vorgegebenen
Position, wo die Bewegung des zweiten Rotors 5 mit dem
Anschlag 30 beschränkt ist, während er
sich auf der Welle 3 dreht.
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In
dem Beispiel, wie in den 1A und 1B gezeigt,
ist der zweite Rotor 5 imstande, sich auf der Drehwelle 3 in
der radialen (Drehwellen-)Richtung zu drehen, während er
sich auf der Welle 3 in Ansprechung auf eine Variation
nicht nur des Umdrehungsdrehmoments, sondern auch der Drehzahl des
Rotors dreht.
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Dabei
zeigt 1A einen Zustand, in dem die
maximalen wirksamen magnetischen Flüsse zum Beispiel erforderlich
sind, wenn die elektrische Rotationsmaschine für den Motor
arbeitet und wenn ein erforderliches Drehmoment des Motors groß ist.
In diesem Fall sind der erste Rotor 4 und der zweite Rotor 5 so
positioniert, dass sie einander nahe kommen, gleiche Polaritäten
von Dauermagneten 4A und 5A miteinander in der
Drehwellenrichtung ausgerichtet sind und Polmitten gleicher Polaritäten
der jeweiligen Dauermagnete 4A und 5A miteinander
auf der gleichen Linie abgestimmt sind. Der An schlag 30 unterstützt
den zweiten Rotor 5 auf der gegenüberliegenden
Seite von dem ersten Rotor 4. Eine Positionierungssteuerung
für den zweiten Rotor 5 in der axialen Richtung
(Drehwellenrichtung) wird von einem Steuersignal ausgeführt,
das in den Aktuator 31 eingegeben wird, und die Position
des zweiten Rotors 5 in der axialen Richtung wird an der
vorgegebenen Position unter Verwendung des schraubenförmigen
Profils 6 an der Welle 3 und dem Anschlag 30 gesteuert.
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1B zeigt
einen weiteren Zustand (so genanntes mechanisches Feldschwächen),
bei dem die wirksamen magnetischen Flüsse im Vergleich
zu dem in 1A gezeigten Zustand verringert
sind. Dieser Zustand wird in einem Zustand von beispielsweise einem
niedrigen Drehmoment und/oder einer hohen Geschwindigkeit der elektrischen
Rotationsmaschine verwendet. In diesem Zustand wird der zweite Rotor 5 in
irgendeine vorgegebene Position bewegt, indem er von dem ersten
Rotor 4 weg zu einer Seite (die gegenüberliegende
Seite von dem ersten Rotor 4) in der Drehwellenrichtung
bewegt wird, während er denselben auf der Welle 3 dreht.
In diesem Zustand sind verschiedene Polaritäten der Dauermagnete 4A und 5A miteinander
entlang der Drehwellenrichtung ausgerichtet und Polmitten gleicher Polaritäten
der jeweiligen Dauermagnete 4A und 5A sind voneinander
versetzt. Gemäß der Anordnung der 1B wird
ein Betrag der für das Feld verwendeten wirksamen magnetischen
Flüsse Null und die elektromotorische Gegenkraft kann zu
Null gemacht werden. Diese Eigenschaft wirksamer magnetischer Flüssen
von Null kann als Schutzfunktion für die elektrische Rotationsmaschine
genutzt werden. Dabei sind die wirksamen magnetischen Flüsse
diejenigen, die zur Erzeugung eines Rotationsdrehmoments für die
elektrische Rotationsmaschine beitragen. Die wirksamen magnetischen
Flüsse werden aus dem Rotationsdrehmoment für
die elektrische Rotationsmaschine und den durch die Statorwicklungen
fließenden Strom bestimmt. Weiterhin fließen,
wenn sich die elektrische Rotationsmaschine in dem Zustand befindet,
der in 1B gezeigt ist, die magnetischen
Flüsse in dem Statorkern 1 zwischen dem ersten
Rotor 4, wie durch Bezugszeichen 8 gezeigt.
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[AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1]
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Als
Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Übrigens
weist das Ausführungsbeispiel der 2 den gleichen
Aufbau und Effekt wie diejenigen der 1A und 1B mit
Ausnahme der folgenden magnetwiderstandsbeständigen Schicht 9 auf. 2 zeigt
eine Ausrichtung von Dauermagneten 4A und 5A der
ersten und zweiten Rotoren 4 und 5 entsprechend
derjenigen der 1B. Wie in 1B gezeigt,
ist der Statorkern 1 der elektrischen Rotationsmaschine
mit einer kreisringförmigen magnetwiderstandsbeständigen
Schicht 9 (mit der Dicke: D2) in der Bahn der wirksamen
magnetischen Flüsse im Statorkern 1 versehen,
so dass der Statorkern 1 in seiner Achsenrichtung durch
die kreisringförmige magnetwiderstandsbeständige Schicht 9 zweigeteilt
ist. Das heißt, die magnetwiderstandsbeständige
Schicht 9 ist zwischen die geteilten Statorkerne eingefügt.
Dabei ist es, um die Magnetflussströmung 8 zu
unterbrechen, bevorzugt, dass der Magnetwiderstand der magnetwiderstandsbeständigen
Schicht 9 im Statorkern 1 höher als der Magnetwiderstand
des Luftspalts 7 ist (dessen Abstand zwischen dem Rotor
und dem Stator: D1). Wenn zum Beispiel die magnetwiderstandsbeständige
Schicht 9 eine Luftschicht ist, ist es bevorzugt, D2 > 2 × D1 einzustellen.
Gemäß einem solchen Aufbau mit der magnetwiderstandsbeständigen
Schicht 9 wird, wenn die Drehzahl eine hohe Geschwindigkeit aufweist,
die elektrische Rotationsmaschine eine so genannte mechanische Feldschwächungssteuerung (der
Zustand des Rotors variiert von dem in 1A gezeigten
Zustand zu dem in 1B gezeigten Zustand), und in
diesem Zustand wird die Magnetflussströmung 8 durch
die magnetwiderstandsbeständige Schicht 9 auf
dem Weg der magnetischen Bahn in dem Statorkern 1 in der
Drehwellenrichtung unterbrochen. Dementsprechend kann ein Eisenverlust (Kernverlust)
im hohen Drehzahlbereich der elektrischen Rotationsmaschine vom
variablen Magnetflusstyp stark gesenkt werden.
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Obwohl
die Position der magnetwiderstandsbeständigen Schicht nicht
besonders beschränkt ist, ist es zum möglichst
weiten Verkürzen der Länge des Stators in der
axialen Richtung bevorzugt, dass Endflächen des ersten
Rotors 4 und der magnetwiderstandsbeständigen
Schicht 9 auf der gleichen Ebene angeordnet sind.
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Materialien
für die magnetwiderstandsbeständige Schicht 9 sind
diejenigen, die die Eigenschaft geringer magnetischer Permeabilität,
nämlich großen Magnetwiderstand, aufweisen. Beispielsweise
zählen Aluminium, Kupfer, Aluminiumoxid, Glimmer/Glas,
Epoxy/Glas, Quartz, Silikon, Teflon (Marke der DUPON CO) und ihre
Kombinationen zu den Materialien. Des Weiteren kann die Schicht
durch Beabstanden der Kerne, mit anderen Worten, durch eine Luftschicht
gebildet werden.
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Obwohl
das Vorsehen einer einzigen bzw. einzelnen magnetwiderstandsbeständigen
Schicht 9 im Statorkern 1 erläutert worden
ist, ist es des Weiteren in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel,
in dem der Rotor der elektrischen Rotationsmaschine zweigeteilt
ist, nicht notwendig, anzugeben, dass mehr als eine Schicht mit
einem Spalt in dem Statorkern vorgesehen werden kann.
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[AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2]
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Rotationsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf der
Grundlage der 3 erläutert. Nachstehend
sind dabei die gleichen Teile wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre Beschreibung
wird verzichtet, und es werden nur die Teile erläutert,
die sich von den vorherigen unterscheiden.
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Wie
in 3 gezeigt, weist das vorliegende Ausführungsbeispiel
einen Aufbau auf, bei dem ein dritter Rotor 10 zwischen
dem ersten Rotor 4 und dem zweiten Rotor 5 vorgesehen
ist und zwei magnetwiderstandsbeständige Schichten 9 in
dem Statorkern 1 einer elektrischen Rotationsmaschine vorgesehen
sind. Das heißt, der Rotor ist in der Rotorwellenrichtung
dreigeteilt, der Statorkern ist in der gleichen Richtung wie der
Rotor ebenfalls dreigeteilt und die kreisringförmigen magnetwiderstandsbeständigen
Schichten sind jeweils zwischen die geteilten Statorkerne eingefügt.
Die Maschine weist nämlich einen Aufbau auf, bei dem eine
magnetwiderstandsbeständige Schicht 9 an einem
Abschnitt im Statorkern 1 vorgesehen ist, der der Position
zwischen dem ersten Rotor 4 und dem dritten Rotor 10 entspricht
(an einer Position, wo die Magnetflussströmung zwischen
dem ersten Rotor 4 und dem dritten Rotor 10 unterbrochen
ist, und eine weitere magnetwiderstandsfähige Schicht 9 ist
an einem Abschnitt im Statorkern vorgesehen, der der Position zwischen dem
dritten Rotor 10 und dem zweiten Rotor 5 entspricht
(an einer Position, wo die Magnetflussströmung zwischen
dem dritten Rotor 10 und dem zweiten Rotor 5 unterbrochen
ist). In der elektrischen Rotationsmaschine mit diesem Aufbau, wie
in 3 gezeigt, sind der zweite Rotor 5 und
der dritte Rotor 10 in der Rotorwellenrichtung durch Eingriff
von dessen Innengewinde und des schraubenförmigen Profils 6 auf
der Rotorwelle mit dem Anschlag und Aktuator (nicht gezeigt) beweglich,
gerade wie bei den 1A, 1B und 2A, (2b)
als Reaktion auf eine Variation von Drehmoment und Umdrehungszahl.
Denn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die
Positionen des zweiten und dritten Rotors in irgendeinen Zustand
von dem in 3A gezeigten Zustand bis zu
dem in 3B gezeigten Zustand gesteuert.
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Dabei
zeigt 3A einen Zustand, in dem die
maximalen wirksamen magnetischen Flüsse erforderlich sind,
wobei der erste Rotor 4, der dritte Rotor 10 und
der zweite Rotor 5 so positioniert sind, dass sie einander
nahe kommen, gleiche Polaritäten von Dauermagneten 4A, 10A und 5A entlang
der Drehwellenrichtung auf der gleichen Linie miteinander ausgerichtet
sind und Polmitten der gleichen Polaritäten der jeweiligen
Dauermagnete 4A, 10A und 5A miteinander
auf der gleichen Linie abgestimmt sind.
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Bei
dem obigen Vorgang, bei dem die Positionen des zweiten und dritten
Rotors von dem Zustand der 3A in
den Zustand der 3B in eine Richtung entgegengesetzt
dem ersten Rotor 4 gesteuert werden, bewegen sich zuerst
der dritte Rotor 10 und der zweite Rotor 5 zusammen
in eine Richtung entgegengesetzt dem ersten Rotor 4 in
eine Richtung entgegengesetzt dem ersten Rotor 4, und der
dritte Rotor 10 wird von einem (nicht gezeigten) ersten
Anschlag und seinem (nicht gezeigten) Aktuator an einer ersten Position
gestoppt, wo die jeweiligen Polmitten (Mitten des N-Pols und des
S-Pols) der Dauermagnete 10A des dritten Rotors 10 um
einen halben mechanischen Winkel von den Polmitten der Dauermagnete 4A des
ersten Rotors 4 verschoben werden (es wird eine Bedingung
angenommen, bei der die Anziehungskraft und Abstoßungskraft
zwischen den Dauermagneten des ersten Rotors und des dritten Rotors
ausgeglichen sind.
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Wenn
zum Beispiel der Rotor von achtpoligen Dauermagneten gebildet wird,
beträgt der mechanische Winkel für einen Magneten
45° und die Polmittenpositionen liegen bei 22,5° von
einem Ende des Magneten. Der zweite Rotor 5 bewegt sich
beständig in die gleiche Richtung, bis der Rotor 5 einen (nicht
gezeigten) zweiten Anschlag und seinen (nicht gezeigten) Aktuator
erreicht, nämlich eine zweite Position, die die gleiche
wie diejenige der 2 ist. Wie in 3B gezeigt,
passen Mitten der jeweiligen Magnetpole des zweiten Rotors 5 zu
den Mitten der jeweiligen Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität des
ersten Rotors 4.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt, sind im Statorkern 1 der
elektrischen Rotationsmaschine zwei magnetwiderstandsfähige
Schichten 9 (der Dicke: D2) jeweils zwischen dem geteilten
Statorkern 1 an den Positionen vorgesehen, die den Spalten
zwischen den geteilten Rotoren entsprechen. Dabei ist es zur Unterbrechung
der Magnetflussströmung 8 bevorzugt, dass der
Magnetwiderstand der magnetwiderstandsfähigen Schicht 9 im
Statorkern 1 höher als der Magnetwiderstand des Luftspalts 7 ist
(dessen Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator: D1). Wenn zum
Beispiel die magnetwiderstandsfähige Schicht 9 eine
Luftschicht ist, ist es bevorzugt, D2 > 2 × D1 einzustellen. Mit diesem Aufbau
wird, wenn die Drehzahl eine hohe Geschwindigkeit aufweist, die
elektrische Rotationsmaschine zu einer so genannten mechanischen
Feldschwächungssteuerung (der Zustand des Rotors variiert
von dem in 3A gezeigten Zustand zu dem in 3B gezeigten
Zustand), und in diesem Zustand wird die Magnetflussströmung 8 durch
die magnetwiderstandsbeständigen Schichten 9 auf
dem Weg der magnetischen Bahn in dem Statorkern 1 in der
Drehwellenrichtung unterbrochen. Dementsprechend kann ein Eisenverlust
(Kernverlust) im hohen Drehzahlbereich der elektrischen Rotationsmaschine vom
variablen Magnetflusstyp stark gesenkt werden.
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Bei
dem Aufbau der drei geteilten Rotoren, wie in 3A und 3B gezeigt,
ist es bevorzugt, den Rotor gleichmäßig zu dritteln.
Das heißt, das Verhältnis der jeweiligen Längen
in der Drehwellenrichtung des ersten Rotors, des zweiten Rotors
und des dritten Rotors des dreigeteilten Rotors ergibt 1:1:1. Durch
gleichmäßiges Teilen auf diese Weise kann der
magnetische Ausgleich leicht erhalten werden.
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Obwohl
das Vorsehen der beiden magnetwiderstandsbeständigen Schichten 9 im
Statorkern 1 erläutert worden ist, es ist in dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem der Rotor der
elektrischen Rotationsmaschine dreigeteilt ist, weiterhin nicht
notwendig, anzugeben, dass mehr als zwei Schichten mit vorgegebenem
Abstand in dem Statorkern vorgesehen sein können.
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[AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3]
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel
erläutert, bei dem die elektrische Rotationsmaschine, wie
in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, bei einem Antriebssystem
für einen Hybridkraftwagen angewendet wird.
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4 zeigt
eine Anordnung eines Antriebssystems für einen Hybridkraftwagen.
Das Antriebssystem für den Hybridkraftwagen umfasst Räder 20, einen
Verbrennungsmotor (nachstehend als Motor bezeichnet) 11 zum
Antreiben der Räder, ein Getriebe 13 zum Steuern
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eine synchrone elektrische
Rotationsmaschine vom Dauermagnettyp (nachstehend als elektrische
Rotationsmaschine 12 bezeichnet) und das Getriebe 13.
Die elektrische Rotationsmaschine 12 ist eine, die die
Eigenschaften aufweist, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel
1 oder dem Ausführungsbeispiel 2 erläutert wurden.
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Die
elektrische Rotationsmaschine 12 ist zwischen dem Motor 11 und
dem Getriebe 13 mechanisch gekoppelt, wie vorstehend beschrieben.
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Für
das Koppeln zwischen dem Motor 11 und der elektrischen
Rotationsmaschine 12 werden Verfahren verwendet, wie etwa
ein Verfahren des direkten Verbindens einer in der Darstellung weggelassenen
Abtriebswelle des Motors 11 mit der Drehwelle der elektrischen
Rotationsmaschine 12 und ein Verfahren zum Verbinden der
beiden über eine Geschwindigkeitsänderungseinrichtung,
die etwa von einem Planetengetriebe-Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus
gebildet wird.
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Da
die elektrische Rotationsmaschine 12 als Motor oder als
Generator veränderlich arbeitet, ist die elektrische Rotationsmaschine 12 elektrisch
mit einer Batterie 15 einer elektrischen Leistungsspeichervorrichtung
zum Durchführen des Ladens und Entladens von elektrischer
Leistung über einen Wechselrichter 14 einer Leistungsumwandlungsvorrichtung
verbunden. Wenn die elektrische Rotationsmaschine 12 als Motor
verwendet wird, wird nach dem Umwandeln von aus der Batterie 15 ausgegebenem
Gleichstrom in Wechselstrom durch den Wechselrichter 14 der Wechselstrom
der elektrischen Rotationsmaschine 12 zugeführt.
Dadurch wird die elektrische Rotationsmaschine 12 angetrieben.
Die Antriebskraft der elektrischen Rotationsmaschine 12 dient
zum Anlassen des Motors 11 oder zum Unterstützen
desselben. Wenn die elektrische Rotationsmaschine 12 als
Generator eingesetzt wird, wird nach dem Umwandeln von durch die
elektrische Rotationsmaschine 12 erzeugtem Wechselstrom
in Gleichstrom durch den Wechselrichter 14 (Wandlerfunktion)
der Gleichstrom der Batterie 15 zugeführt. Dadurch
wird der umgewandelte Gleichstrom in die Batterie 15 geladen.
Das heißt, der Wechselrichter 14 ist zwischen
die Batterie 15 und die elektrische Rotationsmaschine geschaltet und
führt eine Stromwandlung durch.
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Da
eine elektromotorische Gegenkraft aufgrund von Magneten in Abhängigkeit
von einer Erhöhung der Umdrehungszahl (Drehzahl) ansteigt,
war es in Bezug auf die konventionelle synchrone elektrische Rotationsmaschine
vom Dauermagnettyp schwierig, dieselbe in einem hohen Drehzahlbereich anzutreiben,
und zwar wegen der Beschränkungen aufgrund einer Batterie
und eines Wechselrichters. Als Verfahren zum Antreiben einer elektrischen
Rotationsmaschine in einem hohen Drehzahlbereich gibt es eine Feldschwächungssteuerung,
indem von einem elektrischen Strom Gebrauch gemacht wird, um die
Feldmagnetische Flüsse durch Dauermagnete gleichmäßig
zu schwächen, da jedoch ein elektrischer Strom, der nicht
zu der Drehmomenterzeugung beiträgt, fließen gelassen
werden muss, führt dies zu einer Reduzierung der Leistungsfähigkeit.
Da andererseits die elektrische Rotationsmaschine vom variablen
Magnetflusstyp gemäß der vorliegenden Erfindung
für die obige elektrische Rotationsmaschine eingesetzt
wird, können optimale wirksame Feldgebrauch-magnetische
Flüsse in Ansprechung auf die Umdrehungszahl (Drehzahl)
und das Drehmoment mechanisch erzeugt werden. Dementsprechend können
die Einschränkungen durch eine Batterie und einen Wechselrich ter
aufgrund der elektromotorischen Gegenkraft gesenkt werden, und da
des Weiteren kein Strom, der zur Drehmomenterzeugung beiträgt, fließen
gelassen wird, kann die Leistungsfähigkeit der Maschine
verbessert werden. Da die Magnetflussströmung in der Drehwellenrichtung,
die während einer hohen Drehzahl erzeugt wird, unterbrochen
wird, wird des Weiteren ein Eisenverlust der elektrischen Rotationsmaschine
während einer hohen Drehzahl (mechanische Magnetfeldschwächungssteuerung)
stark gesenkt. Als Ergebnis kann die Leistungsfähigkeit
der elektrischen Rotationsmaschine verbessert werden.
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Wenn
die elektrische Rotationsmaschine der vorliegenden Erfindung bei
dem Hybridkraftwagen eingesetzt wird, kann gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kapazität
des Wechselrichters verringert werden, da eine Widerstandsspannung des
Wechselrichters reduziert werden kann. Als Ergebnis kann eine Senkung
der Kosten und eine Verringerung des Volumens des Wechselrichters
erreicht werden. Da weiterhin die elektrische Rotationsmaschine
vom variablen Magnetflusstyp der vorliegenden Erfindung über
einen breiten Drehzahlbereich hinweg mit hoher Leistungsfähigkeit
betrieben werden kann, wird eine Reduzierung der Stufen des Geschwindigkeitswechselgetriebes
oder ein Verzicht auf das Geschwindigkeitswechselgetriebe gegebenenfalls
realisiert. Dementsprechend kann auch eine Größenreduzierung
des gesamten Antriebssystems erreicht werden.
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[AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4]
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein weiteres
Beispiel erläutert, bei dem die elektrische Rotationsmaschine,
wie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, bei einer Antriebsvorrichtung
für einen Hybridkraftwagen angewendet wird.
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5 zeigt
eine Anordnung eines Antriebssystems für einen Kraftwagen,
an dem die elektrische Rotationsmaschine des Ausführungsbeispiels
1 oder des Ausführungsbeispiel 2 angebracht ist. In dem
Antriebssystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden
eine Kurbelscheibe 16 für den Motor (Verbrennungsmotor) 11 und
eine mit der Welle der elektrischen Rotationsmaschine 12 verbundene
Scheibe 18 von einem Me tallriemen 17 gekoppelt.
Dementsprechend sind, obwohl der Motor 11 und die elektrische
Rotationsmaschine 12 in Ausführungsbeispiel 3 in
Reihe angeordnet sind, der Motor 11 und die elektrische
Rotationsmaschine 12 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
4 parallel angeordnet.
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Des
Weiteren kann in dem Antriebssystem für einen Kraftwagen
des vorliegenden Ausführungsbeispiels die elektrische Rotationsmaschine 12 in
beliebiger Weise eingesetzt werden, wie zum Beispiel allein als
Motor, allein als Generator oder als Motor und Generator. Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Geschwindigkeitswechselmechanismus
mit einem beliebigen Geschwindigkeitsverhältnis zwischen
dem Motor 11 und der elektrischen Rotationsmaschine 12 mit
der Kurbelscheibe 16, dem Metallriemen 17 und
der Scheibe 18 ausgebildet werden. Wenn zum Beispiel das
Radiusverhältnis zwischen der Kurbelscheibe 16 und
der Scheibe 18 als 2:1 eingestellt wird, kann die elektrische
Rotationsmaschine 12 mit einer zweifach höheren
Geschwindigkeit als derjenigen des Motors 11 rotiert werden,
dadurch kann das Drehmoment der elektrischen Rotationsmaschine 12 zum
Anlasszeitpunkt des Motors 11 auf die Hälfte des
notwendigen Drehmoments zum Anlasszeitpunkt des Motors 11 reduziert
werden. Dementsprechend kann die Größe der elektrischen
Rotationsmaschine 12 verringert werden. Da noch weiterhin
die Magnetflussströmung in der Drehwellenrichtung, die
während einer hohen Drehzahl erzeugt wird, unterbrochen
wird, wird ein Eisenverlust der elektrischen Rotationsmaschine während
einer hohen Drehzahl (mechanische Feldschwächungssteuerung)
stark gesenkt. Als Ergebnis kann die Leistungsfähigkeit
der elektrischen Rotationsmaschine verbessert werden.
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Weiterhin
sind die folgenden Beispiele von Ausführungsformen für
einen Kraftwagen, in dem die elektrische Rotationsmaschine des Ausführungsbeispiels
1 oder des Ausführungsbeispiels 2 verwendet wird.
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Ein
Kraftwagen umfasst einen Verbrennungsmotor zum Antreiben von Rädern,
eine Batterie zum Laden und Entladen elektrischer Leistung, einen Motor/Generator,
der mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mechanisch gekoppelt
ist, der Motor/Generator wird von elektrischer Leistung angetrieben,
die von der Batterie zum Antreiben des Verbrennungsmotors zugeführt
wird, und wird durch Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor angetrieben, um
elektrische Leistung zu erzeugen und die erzeugte elektrische Leistung
in die Batterie einzuspeisen, eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung, die
dem Motor/Generator zugeführte elektrische Leistung und
von dem Motor/Generator zugeführte elektrische Leistung
steuert, und eine Steuervorrichtung zum Steuern der elektrischen
Leistungsumwandlungsvorrichtung, wobei der Motor/Generator von der
elektrischen Rotationsmaschine des Ausführungsbeispiels
1, des Ausführungsbeispiels 2, des Ausführungsbeispiels
3 oder des Ausführungsbeispiels 4 gebildet wird. Der obige
Kraftwagen ist ein gewöhnlicher Kraftwagen, bei dem die
Räder durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden, oder ein
Hybridkraftwagen, bei dem die Räder durch den Verbrennungsmotor
und durch den Motor/Generator angetrieben werden.
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Des
Weiteren umfasst ein Kraftwagen einen Verbrennungsmotor zum Antreiben
von Rädern, eine Batterie zum Laden und Entladen elektrischer
Leistung, einen Motor/Generator, der von elektrischer Leistung angetrieben
wird, die von der Batterie zum Antreiben der Räder eingespeist
wird, und empfängt auch Antriebskraft von den Rädern,
um elektrische Leistung zu erzeugen und die erzeugte elektrische Leistung
in die Batterie einzuspeisen, eine elektrische Leistungsumwandlungsvorrichtung,
die dem Motor/Generator zugeführte elektrische Leistung
und von dem Motor/Generator zugeführte elektrische Leistung
steuert, und eine Steuervorrichtung zum Steuern der elektrischen
Leistungsumwandlungsvorrichtung, wobei der Motor/Generator von der
elektrischen Rotationsmaschine des Ausführungsbeispiels 1
oder des Ausführungsbeispiels 2 gebildet wird. Der obige
Kraftwagen ist ein Hybridkraftwagen, bei dem die Räder
durch den Verbrennungsmotor und durch den Motor/Generator angetrieben
werden.
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Des
Weiteren umfasst ein Kraftwagen eine Batterie zum Laden und Entladen
elektrischer Leistung, einen Motor/Generator, der von elektrischer Leistung
angetrieben wird, die von der Batterie zum Antreiben der Räder
eingespeist wird, und empfängt auch Antriebskraft von den
Rädern, um elektrische Leistung zu erzeugen und speist
die erzeugte elektrische Energie in die Batterie ein, eine elektrische
Leistungsumwandlungsvorrichtung, die dem Motor/Generator zugeführte
elektrische Leistung und von dem Mo tor/Generator zugeführte
elektrische Leistung steuert, und eine Steuervorrichtung zum Steuern
der elektrischen Leistungsumwandlungsvorrichtung, wobei der Motor/Generator
von der elektrischen Rotationsmaschine des Ausführungsbeispiels
1 oder des Ausführungsbeispiels 2 gebildet wird. Der obige Kraftwagen
ist ein Elektrokraftwagen, bei dem die Räder von dem Motor/Generator
angetrieben werden.
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[AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 5]
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel
erläutert, in dem die elektrische Rotationsmaschine, wie
sie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen ist, bei einem Motor
für eine Waschmaschine angewendet wird.
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Wenn
bei einer Waschmaschine konventioneller Technik ein Drehmoment von
einem Motor mittels eines Riemens und eines Zahnrads über
eine Scheibe übertragen wird, besteht das Problem, dass laute
Geräusche beispielsweise durch einen schleifenden Klang
und Stoßgeräusche zwischen dem Riemen und dem
Zahnrad verursacht werden. Weiterhin ist es bei einer Direktantriebstyp-Waschmaschine, bei
der das Drehmoment von einem Motor direkt beispielsweise auf ein
gedrehtes Element und einen Schleuderbehälter übertragen
wird, auf das Erweitern eines hohen Geschwindigkeitsbetriebsbereich mit
der Steuerungstechnologie des elektrischen Schwächungsmagnetfelds
wegen des Heizens und die Leistungsfähigkeitsreduzierung
aufgrund des Stroms zum Schwächen des Magnetfelds beschränkt.
Da die obige Direktantriebstyp-Waschmaschine keinen Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus
aufweist, wird die Größe des Motors erhöht, was
erforderlich ist, um einen breiten Geschwindigkeitsbereich von einem
Wasch- und Spülvorgang, der eine niedrige Geschwindigkeit
und ein hohes Drehmoment erfordert, bis zu einem Schleudervorgang
abzudecken, der eine hohe Geschwindigkeit und große Ausgabe
erfordert.
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Wenn
die elektrische Rotationsmaschine vom variablen Magnetflusstyp der
vorliegenden Erfindung für den obigen Motor verwendet wird,
wird während des Wasch- und Spülvorgangs, wenn
die Polmitten gleicher Polarität der geteilten Rotoren
im Motor aufeinander abgestimmt sind, der Betrag der wirksamen magnetischen
Flüsse durch die den Statorwicklungen zugewandten Dauermagnete
erhöht und es kann eine hohe Drehmomenteigenschaft erhalten
werden. Wenn andererseits der Motor in einem hohen Drehzahlbereich
arbeitet, wie etwa während des Schleudervorgangs, wird,
wenn einer der geteilten Rotoren, dem eine relative Drehung in Bezug
auf den anderen gestattet ist, in die Richtung des Verschiebens
der Polmitte der gleichen Polarität gedreht wird, der Betrag
wirksamer magnetischer Flüsse durch die den Statorwicklungen
zugewandten Dauermagnete verringert, mit anderen Worten, der mechanische
Magnetfeldschwächungseffekt ist gegeben und es wird eine
konstante Abgabeleistungseigenschaft in einem hohen Drehzahlbereich
erhalten. Noch weiterhin wird, da die Magnetflussströmung
in der Drehwellenrichtung, die während einer hohen Drehzahl
verursacht wird, unterbrochen wird, ein Eisenverlust der elektrischen
Rotationsmaschine während einer hohen Drehzahl (mechanische
Magnetfeldschwächungssteuerung) stark gesenkt. Als Ergebnis
kann die Leistungsfähigkeit der elektrischen Rotationsmaschine
verbessert werden.
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[AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 6]
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In
der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel erläutert,
bei dem die elektrische Rotationsmaschine, wie sie in der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen ist, bei einem Generator für eine Windkrafterzeugungsanlage
angewendet wird.
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In
einem konventionellen Generator für eine Windkrafterzeugungsanlage
wird zwar ein hohes Drehmoment in ihrem niedrigen Geschwindigkeitsbereich
erhalten, da jedoch der variable Bereich der Umdrehungszahl schmal
ist, war ihr Betrieb in einem hohen Drehzahlbereich schwierig. Daher
ist es vorstellbar, den hohen Geschwindigkeitsbetriebsbereich mittels
der Steuerungstechnologie des elektrischen schwächenden
Magnetfelds zu erweitern. Des Weiteren ist der Generator für
eine Windkrafterzeugungsanlage mit etwa einem Getriebemechanismus
und einem Pitchmotor (Turbinenblatt-Verstellmotor) zum Sicherstellen
einer vorgegebenen Abgabeleistung in einem breiten Geschwindigkeitsbereich
versehen, um dadurch eine Vielfalt von Windgeschwindigkeitsbedingungen
zu erfüllen. Ein Generator für eine Windkrafterzeugungsanlage
wird ebenfalls vorgeschlagen, die durch Schalten der jeweiligen
Phasenwicklungen des Generators zwi schen Niedriggeschwindigkeitsverwendungswicklungen
und Hochgeschwindigkeitsverwendungswicklungen in Ansprechung auf
die Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle angetrieben wird, indem eine
Wicklungsschaltvorrichtung eingesetzt wird. Jedoch ist die Erweiterung eines
Hochgeschwindigkeitsbetriebsbereichs mit der Steuerungstechnologie
des elektrischen schwächenden Magnetfelds begrenzt wegen
des Heizens und der Leistungsfähigkeitsreduzierung aufgrund
des Stroms zum Schwächen des Magnetfelds. Wenn die Wicklungsschaltvorrichtung
verwendet wird, die die jeweiligen Phasenwicklungen in Ansprechung
auf die Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle schaltet, entstehen solche
Probleme, dass die Zahl der Führungsdrähte von
dem Generatorhauptkörper zunimmt und weiterhin, dass die
Wicklungsschaltungs-Steuervorrichtung und ihr Aufbau kompliziert
sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel, das die elektrische Rotationsmaschine,
die gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 oder
dem Ausführungsbeispiel 2 ausgebildet ist, als Generator
für eine Windkrafterzeugungsanlage nutzt, führt
einen Vorgang mit hoher Leistungsfähigkeit in einem breiten
Bereich der Windkraft durch, wenn die geteilten Rotoren unter der
folgenden Bedingung betätigt werden. In einem niedrigen Drehzahlbereich,
wo die Windkraft schwach ist, sind die Polmitten gleicher Polarität
der geteilten Rotoren aufeinander abgestimmt, so dass der Betrag
wirksamer magnetischer Flüsse durch die den Statorwicklungen
zugewandten Dauermagnete erhöht ist und eine hohe Abgabeleistungseigenschaft
erhalten werden kann. Andererseits befindet sich in einem hohen Drehzahlbereich,
wo die Windkraft stark ist, einer der geteilten Rotoren, dem eine
relative Drehung in Bezug auf den anderen gestattet ist, in der
Richtung des Verschiebens der Polmitte der gleichen Polarität,
so dass der Betrag wirksamer magnetischer Flüsse durch
die den Statorwicklungen zugewandten Dauermagnete gesenkt wird,
mit anderen Worten, der mechanische Feldschwächungseffekt
ist gegeben, und dass eine konstante Abgabeleistungseigenschaft
in einem hohen Drehzahlbereich erhalten wird. Da die Magnetflussströmung
in der Drehwellenrichtung, die während einer hohen Drehzahl
verursacht wird, unterbrochen wird, wird des Weiteren ein Eisenverlust der
elektrischen Rotationsmaschine während einer hohen Drehzahl
(mechanische Feldschwächungssteuerung) stark gesenkt. Als
Ergebnis kann die Leistungsfähigkeit der elektrischen Rotationsmaschine verbessert
werden.
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Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Vorteil, dass
der Betrag wirksamer Feldnutzungs-Magnetflüsse mechanisch
variiert werden kann. Insbesondere kann die mechanische Feldschwächung
des Hauptwellengenerators in der Windkrafterzeugungsanlage leicht
durchgeführt werden, was ein großer Vorteil für
einen breiten Bereich variabler Geschwindigkeitssteuerung ist. Da
das Gewicht des Generators wegen des vereinfachten Aufbaus des Generators
reduziert ist, wird der Vorteil erzielt, dass auch der Aufbau eines
Turms für diesen vereinfacht ist.
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[AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 7]
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel
erläutert, in dem die elektrische Rotationsmaschine, wie
sie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen ist, bei einem Motor/Generator für
ein Transportfahrzeug angewendet wird.
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Ein
Dauermagnettyp-Synchronmotor weist im Vergleich zu einem Induktionsmotor
eine hohe Leistungsfähigkeit auf, was zur Verringerung
seiner Größe und seines Gewichts von Vorteil ist.
Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit kann weiterhin eine Senkung
des Betrags des Leistungsverbrauchs und der Menge des CO2-Ausstoßes ebenfalls erwartet werden.
Da es bei einem Motor, der zum Antreiben eines Transportfahrzeugs
verwendet wird, stark erforderlich ist, dass er von kleiner Größe
und leichtgewichtig ist, ist der Dauermagnettyp-Synchronmotor ein überzeugender
Kandidat. Des Weiteren ist das leichte Gewicht nicht nur für
den Motor, sondern auch für die gesamte Hauptschaltung
einschließlich des Wechselrichters notwendig. Hinsichtlich
des Schutzes der Hauptumwandlungsvorrichtung muss die von den Dauermagneten
induzierte Gegenspannung so ausgelegt werden, dass zumindest ihr
Spitzenwert über einen eingestellten Wert für
einen Überspannungsschutzvorgang in Bezug auf eine Gleichstrom-Zwischenschaltungsspannung
nicht hinausgeht. Wenn der Motor jedoch als solcher ausgelegt ist,
wird eine notwendige Kapazität des Wechselrichters erhöht
erzeugt.
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Wenn
die elektrische Rotationsmaschine vom variablen Magnetflusstyp der
vorliegenden Erfindung für den obigen Motor verwendet wird,
wird der Betrag wirksamer magne tischer Flüsse durch die den
Statorwicklungen zugewandten Dauermagnete erhöht und eine
hohe Drehmomenteigenschaft kann erreicht werden, wenn die Polmitten
der gleichen Polarität der geteilten Rotoren in dem Motor
aufeinander abgestimmt sind. Wenn sich andererseits einer der geteilten
Rotoren, dem eine relative Drehung in Bezug auf den anderen gestattet
ist, in der Richtung der Verschiebung der Polmitte der gleichen
Polarität befindet, wird, wenn der Motor in einem hohen
Drehzahlbereich arbeitet, der Betrag wirksamer magnetischer Flüsse
durch die den Statorwicklungen zugewandten Dauermagnete gesenkt,
mit anderen Worten, der mechanische Magnetfeldschwächungseffekt ist
gegeben, und es wird eine konstante Abgabeleistungseigenschaft in
einem hohen Drehzahlbereich erhalten. Da die Magnetflussströmung
in der Drehwellenrichtung, die während einer hohen Drehzahl verursacht
wird, unterbrochen wird, wird des Weiteren ein Eisenverlust der
elektrischen Rotationsmaschine während einer hohen Drehzahl
(mechanische Feldschwächungssteuerung) stark gesenkt. Als
Ergebnis kann der Leistungsfähigkeit der elektrischen Rotationsmaschine
verbessert werden.
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Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Vorteil erzielt,
dass der Betrag wirksamer Feldgebrauchs-Magnetflüsse mechanisch
variiert werden kann. Des Weiteren kann das mechanische Magnetfeldschwächen
des Generators für ein Transportfahrzeug leicht durchgeführt
werden, was ein großer Vorteil für eine variable
Geschwindigkeitssteuerung in breitem Umfang ist. Durch mechanisches
Variieren der wirksamen magnetischen Flüsse kann die induzierte
Gegenspannung unterdrückt werden. Als Ergebnis kann die
Kapazität des Wechselrichters reduziert werden. Dementsprechend
kann auch etwa eine Kostensenkung des Wechselrichters und eine Größenverringerung
der gesamten Antriebsvorrichtung erreicht werden.
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Die
Ausführungsbeispiele, die bisher offenbart worden sind,
sind in jeglichem Sinne beispielhaft und sollten nicht als einschränkend
ausgelegt werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht
von denjenigen dargestellt, die vorstehend erläutert wurden,
sondern er ist derjenige, der in den Ansprüchen definiert
ist, und soll alle Modifikationen innerhalb des Äquivalents
der beanspruchten Erfindung abdecken.
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Merkmale,
Bestandteile und spezifische Einzelheiten der Aufbauten der vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele können ausgetauscht oder
kombiniert werden, um weitere für den jeweiligen Anwendungszweck
optimierte Ausführungsbeispiele zu bilden. Soweit jene
Modifikationen für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich
sind, sollen sie implizit durch die obige Beschreibung offenbart sein,
ohne dass jede mögliche Kombination explizit angegeben
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2001-69609
A [0005]
- - JP 2005-253265 A [0007]