DE102016204444A1

DE102016204444A1 - Rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps

Info

Publication number: DE102016204444A1
Application number: DE102016204444.3A
Authority: DE
Inventors: Kazukiyo Nakajima; Kanei Tou; Masahiro Aoyama
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: JP6464856B2; CN105990968B; CN105990968A; JP2016178830A; DE102016204444B4

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine (100) des Axialspalttyps wird offenbart. Die rotierende elektrische Maschine (100) des Axialspalttyps umfasst: einen Stator; eine Welle mit einer Rotationsachse; zwei Rotoren (120) und (130), die von beiden Seiten des Stators beabstandet sind, um diesen gegenüberzuliegen, und die mit der Welle drehbar um die Rotationsachse sind; eine Vielzahl von Ankerspulen, die an dem Stator um die Welle angeordnet sind; eine Vielzahl von Induktionsspulen (21) und eine Vielzahl von Erregerspulen (22), die an jedem der Rotoren um die Welle herum angeordnet sind; und Gleichrichter, die konfiguriert sind, einen Induktionsstrom, der von zumindest einer der Vielzahl der Induktionsspulen erzeugt wurde, gleichzurichten, um zumindest eine aus der Vielzahl der Erregerspulen mit dem gleichgerichteten Induktionsstrom zu erregen, wobei die Gleichrichter auswechselbar in Halter (36) eines Drahtverbindungsträgers (35) eingesetzt sind und mit den Induktionsspulen und den Erregerspulen verbunden sind.

Description

[Technisches Fachgebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps, die ein Wicklungsmagnetfeld verwendet.
[Allgemeiner Stand der Technik]
Eine rotierende elektrische Maschine, in welcher ein Rotor und ein Stator einander über einen Spalt gegenüberliegen, erhält Drehmoment (ein sog. Reluktanzdrehmoment, das von dem Phänomen der Reluktanz herrührt), indem sie bewirkt, dass ein magnetischer Fluss, der von Ankerwicklungen an dem Stator erzeugt wird, in den Rotor eintritt, um einen Magnetkreis auszubilden, und diese führt auch eine Verwendung des magnetischen Moments durch, um das Reluktanzmoment zu unterstützen, indem Permanentmagnete und/oder Magnetfeldwicklungen (Elektromagnete) angeordnet werden.
Für rotierende elektrische Maschinen nach dem oben beschriebenen Typ wird auch eine Form einer rotierenden elektrischen Maschine als Axialspalttyp vorgeschlagen, in der ein Stator und ein Rotor einander gegenüberliegen (siehe JP 2010-246171 A , im Folgenden Patentliteratur 1 genannt), und des Weiteren wird auch vorgeschlagen, Kernabschnitte eines Stators mit gürtelähnlichen Drähten zu umwickeln, um Ankerspulen auszubilden (siehe JP 2012-50312 A , im Folgenden Patentliteratur 2 genannt).
Wenn jedoch der magnetische Fluss der Raumoberschwingungen mit einem Permanentmagneten koppelt, tritt ein Abfall der magnetischen Koerzitivkraft auf, der von Wärme verursacht wird, die durch einen innerhalb des Permanentmagneten induzierten Wirbelstrom erzeugt wird, wodurch ein reversibler Abfall der Magnetkraft verursacht wird. Dies stellt ein Problem in einer solchen rotierenden elektrischen Maschine des in Patentliteratur 1 beschriebenen Typs dar, in der Permanentmagneten in einem Rotor eingebettet sind, dessen magnetischer Fluss der Raumoberschwingungen mit diesem koppelt, so dass die magnetische Kraft der Permanentmagnete abfällt, wodurch ein hochqualitativer Antrieb nicht erreicht werden kann.
Um dieses Problem zu lösen, ist es möglich, teure Magneten zu verwenden, die durch das Steigern der Zugabe von teuren schweren seltenen Erden hergestellt werden, wie z. B. Dysprosium (Dy) und Terbium (Tb) mit hoher magnetischer Koerzitivkraft, jedoch ist dabei ein Anstieg der Kosten unvermeidbar.
Wenn eine Schaltkomponente an die Spulen um die Kerne gekoppelt ist und diese Schaltkomponente an einem Rotor montiert ist, ist manchmal ein Gewicht so lokalisiert, dass ein Gleichgewicht der Rotation gestört ist, was zu einer unstabilen Rotation führt. Eine Verkleinerung kann behindert werden, abhängig von dem Einbauraum der Schaltkomponenten.
[Stand der Technik]
[Patentliteratur]

Patentliteratur 1: JP 2010-246171 A
Patentliteratur 2: JP 2010-246171 A

[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Technische Problemstellung]
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps bereitzustellen, in der Bestandteile so angeordnet sind, dass eine stabile Rotation bereitgestellt wird und eine Verkleinerung ermöglicht wird, und die einen Aufbau des Wicklungsmagnetfelds aufweist, der in der Lage ist, ein magnetisches Moment zu erhalten, indem der magnetische Fluss der Raumoberschwingung, der von den Ankerspulen erzeugt wird, genutzt wird.
[Lösung des Problems]
Gemäß einem Aspekt ist eine rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps bereitgestellt, umfassend: einen Stator; eine Welle mit einer Rotationsachse; zwei Rotoren, die von beiden Seiten des Stators beabstandet sind, um diesen gegenüberzuliegen, und die mit der Welle drehbar um die Rotationsachse sind; eine Vielzahl von Ankerspulen, die an dem Stator um die Welle angeordnet sind; eine Vielzahl von Induktionsspulen und eine Vielzahl von Erregerspulen, die an jedem der Rotoren um die Welle herum angeordnet sind; und Gleichrichter, die konfiguriert sind, einen Induktionsstrom, der von zumindest einer der Vielzahl der Induktionsspulen erzeugt wurde, gleichzurichten, und zumindest eine aus der Vielzahl der Erregerspulen mit dem gleichgerichteten Induktionsstrom zu erregen, wobei die Gleichrichter auswechselbar in Halter eines Drahtverbindungsträgers eingesetzt sind und mit den Induktionsspulen und den Erregerspulen verbunden sind.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps bereitgestellt, in der Bestandteile so angeordnet sind, um eine stabile Rotation bereitzustellen und eine Verkleinerung zu ermöglichen, und die einen Aufbau des Wicklungsmagnetfelds aufweist, der in der Lage ist, ein magnetisches Moment zu erzeugen, ohne dabei auf die Verwendung von Permanentmagneten angewiesen zu sein, indem der magnetische Fluss der Raumoberschwingung genutzt wird, der von den Ankerspulen erzeugt wird.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist ein Querschnitt einer rotierenden elektrischen Maschine des Axialspalttyps gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische fragmentarische Ansicht, die einen Stator und Rotoren veranschaulicht.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die Statorkerne des Stators veranschaulicht.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Statorkerns mit einer Ankerspule.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Stators.
6 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Drahtverbindung der Ankerspulen, die um Statorkerne gewickelt sind, veranschaulicht.
7 ist eine vergrößerte perspektivische fragmentarische Ansicht, die den Zustand, in dem die Ankerspulen verbunden sind, veranschaulicht.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die den Stator in einem zusammengebauten Zustand zeigt.
9 ist eine Explosionsansicht, die eine Harzform innerhalb des Stators veranschaulicht.
10 ist eine fragmentarische Explosionsansicht, die eine Induktionsspule und eine Erregerspule, die von einem Rotorkern entfernt wurden, veranschaulicht.
11 ist ein Schaltdiagramm eines geschlossenen Stromkreises, in dem zwei Erregerspulen einer Gruppe mit zwei Induktionsspulen der Gruppe über Dioden der Gruppe verbunden sind.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die geschlossene Stromkreise in einem eingebauten Zustand veranschaulicht, von denen jeder in 11 gezeigt ist.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Drahtverbindungsträger zur Verbindung der Induktionsspulen und der Erregerspulen an Dioden veranschaulicht.
14 ist eine perspektivische Explosionsansicht von jedem der Rotoren.
15 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Harzform innerhalb des Rotors veranschaulicht.
16 ist eine Vorderansicht einer Welle.
17 ist eine perspektivische Ansicht, die die Welle, die an einem Joch mit Rotorkernen gekoppelt ist, veranschaulicht.
18 ist eine vergrößerte fragmentarische perspektivische Ansicht mit einem teilweisen Ausschnitt, um den Stator und die Rotoren, die an die Welle gekoppelt sind, zu veranschaulichen.
19 ist eine Modellabbildung, die Ankerspule, Induktionsspulen und Erregerspulen, die um Kerne gewickelt sind, veranschaulicht.
20 ist eine Abbildung magnetischer Kräfte, die den magnetischen Fluss der Oberschwingung veranschaulicht, der von den Ankerspulen erzeugt wurde, um mit den Induktionsspulen zu koppeln, und den magnetischen Fluss des magnetischen Felds, der von den Erregerspulen erzeugt wurde.
21 ist eine Abbildung magnetischer Flusskennlinien, die eine magnetische Flussdichte und magnetische Flussvektoren eines magnetischen Flusses der Zeitoberschwingung dritter Ordnung innerhalb eines rotierenden Koordinatensystems zeigt.
22 ist eine Abbildung magnetischer Kräfte, die ähnlich zu 20 ist, jedoch den magnetischen Fluss der Oberschwingung veranschaulicht, der von den Ankerspulen erzeugt wird, um mit den Induktionsspulen zu koppeln, und den magnetischen Fluss des magnetischen Feldes, der von den Erregerspulen erzeugt wird, in dem Fall eines Radialspalttyps ohne Wendepole.
23 ist eine Abbildung magnetischer Kräfte, die ähnlich zu 20 ist, jedoch den magnetischen Fluss der Oberschwingung veranschaulicht, der von den Ankerspulen erzeugt wird, um mit den Induktionsspulen zu koppeln, und den magnetischen Fluss des magnetischen Feldes veranschaulicht, der von den Erregerspulen erzeugt wird, in dem Fall eines Radialspalttyps mit Wendepolen.
24 ist ein Graph, der variierende magnetische Flussdichten mit unterschiedlichem Grad des Drehwinkels veranschaulicht, in dem Fall der Kopplung von Ankerspulen mit konzentrierter oder verteilter Wicklung über einen Spalt.
25 ist ein Graph, der die magnetische Flussdichte je Ordnung der überlagerten Raumoberschwingungen veranschaulicht, die in dem magnetischen Fluss, der in 9 veranschaulicht ist, enthalten sind.
26 ist ein Graph, der eine Drehmomentwellenform zum Vergleich mit Drehmomentwellenformen veranschaulicht, die jeweils von einem Inneren-Permanentmagnet-Synchron-Motor (IPMSM), einem Motor des Radialspalttyps ohne Wendepole und einem Motor des Radialspalttyps mit Wendepolen erhalten werden.
27 ist eine perspektivische Ansicht des Stators und der Rotoren, eingebaut mit der drehbar relativ zu dem Stator gelagerten Welle.
[Beschreibung der Ausführungsformen]
Bezug nehmend auf die Zeichnungen werden im Folgenden detailliert Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1 bis 27 sind Ansichten, die eine rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 wird die rotierende elektrische Maschine mit 100 bezeichnet. Um eine geeignete Leistung zum Antreiben beispielsweise eines Hybridelektroautos oder eines Elektroautos bereitzustellen, umfasst diese einen Stator 110 und zwei Rotoren 120 und 130. Wie später beschrieben wird, wird keine Energiezuführung zu den Rotoren 120 und 130 über einen Kontaktzufuhrtyp, der z. B. einen Schleifring oder dergleichen verwendet, benötigt.
Die rotierende elektrische Maschine 100 umfasst eine Welle (oder eine Rotationswelle) 101, die eine Rotationsachse aufweist und sich longitudinal entlang der Rotationsachse erstreckt. Die Welle 101 ist drehbar durch den Stator 110 zur Rotation um die Rotationsachse gelagert. Zwei Rotoren 120 und 130 sind fest mit der Welle 101 gekoppelt und integral mit dieser drehbar. Mit anderen Worten ist die rotierende elektrische Maschine 100 als eine rotierende Maschine des Axialspalt-Doppelläufertyps ausgebildet, in der zwei Rotoren 120 und 130 axial beabstandet entlang der Rotationsachse sind, um zwischen sich den Stator 110 derart aufzunehmen, dass jeder der Rotoren 120 und 130 so beabstandet von dem Stator 110 ist, dass sie diesem gegenüberliegen.
Wie in 3 veranschaulicht, umfasst der Stator 110 eine Vielzahl von Statorkernen (oder Kernen) 15, von denen jeder eine kurze Stange mit einem trapenzförmigen Querschnittsprofil ist. Die Statorkerne 15 sind um die Welle 101 herum angeordnet. Ankerspulen 11 sind jeweils um die Statorkerne 15 gewickelt und mit einer Dreiphasenwechselstromquelle, wie z. B. einer externen Stromquelle, beispielsweise einer nicht dargestellten fahrzeugseitigen Batterie, verbunden.
Die Statorkerne 15 sind aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität gebildet und erstrecken sich longitudinal in Richtungen, die parallel zu der Welle 101 oder der Rotationsachse sind. Sie sind von den Ankerspulen 11 mit konzentrierter Wicklung eingewickelt. Die Ankerspulen 11 sind unterteilt in und bestehen aus sechs Sätzen, von denen jeder die dreiphasigen Ankerspulen 11u, 11v und 11w aufweist. Sechs Sätze der Ankerspulen 11 sind in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet.
Des Weiteren sind achtzehn (18) Pole (d. h. die Anzahl der magnetischen Pole beträgt 18) gleichmäßig um die Rotationsachse der Welle 101 verteilt, indem die Ankerspulen 11 als gewickelte Spulen ausgebildet werden, die in Statornuten 17 gelegt werden, von denen jede zwischen zwei benachbarten Statorkernen 15 liegt, wobei deren Mittelachsen parallel zur der Rotationsachse der Welle 101 sind. Kurz gesagt sind die Ankerspulen 11 gleichmäßig um die Rotationsachse verteilt, indem Drähte um die jeweiligen Mittelachsen, die parallel zu der Rotationsachse liegen, gewickelt sind.
Bezug nehmend auf die 2 und 5 werden zwischen den zwei Rotoren 120 und 130 beide Endabschnitte von jedem der Statorkerne 15 von zwei scheibenförmigen Halterahmen (Halteplatten oder Rahmen) 16 gehalten. Dies bedeutet im Detail, dass beide Endabschnitte 15a (siehe 3 und 4) von jedem Statorkern 15 in jeweilige Durchgangslöcher 16a der Halterahmen 16 derart eingepasst sind, dass nur Endflächen 15b der beiden Endabschnitte 15a des Statorkerns 15 freiliegen, um einen sog. „Offset-Zustand” bereitzustellen. Die Halterahmen 16 bestehen aus einem nichtmagnetischen Material, wie z. B. Polyphenylensulfid-(PPS)-Harz, das später beschrieben wird, so dass diese die Erzeugung eines hochqualitativen Magnetkreises nicht beeinträchtigen. Die Halterahmen 16 lagern drehbar die Welle 101, die durch diese hindurchgeht, mittels Lager 108, die an zentralen Teilen dieser angebracht sind.
Bezug nehmend insbesondere auf 4 ist jede der Ankerspulen 11 durch das Wickeln eines gürtelähnlichen rechteckigen Drahts 11L um einen der Statorkerne 15 mit Alpha-(α)-Wicklung ausgebildet. Die α-Wicklung mit dem rechteckigen Draht 11L wird begonnen, indem sich ein Abschnitt nahe dem Mittelpunkt des rechteckigen Drahts 11L diagonal in engen Kontakt entlang einer radial inneren Umfangswand 15c des Statorkerns 15 erstreckt (d. h. eine Wand, an diesem Ende des Statorkerns 15, welches eine schmale der zwei parallelen Seiten eines trapezformigen Profils des Statorkerns 15 definiert). Einerseits ist die α-Wicklung durch das wiederholte Wickeln dieser einen Hälfte des rechtwinkligen Drahts 11L abgeschlossen, die sich zwischen dem Abschnitt nahe dem Mittelpunkt und einem Ende des rechtwinkligen Drahts 11L erstreckt, um denselben einen Flächenabschnitt der gesamten Umfangswand des Statorkerns 15 und entlang einer Ebene, die die eine von zwei Endflächen 15b umfasst (eine obere Fläche, beispielsweise zu sehen in 4), die an der Seite des einen Endabschnitts 15a des Statorkerns 15 ist. Andererseits ist die α-Wicklung durch das wiederholte Wickeln der anderen Hälfte des rechtwinkligen Drahts 11L abgeschlossen, die sich zwischen dem Abschnitt nahe dem Mittelpunkt und dem anderen Ende des rechteckigen Drahts 11L erstreckt, um den gleichen anderen Flächenabschnitt der gesamten Umfangswand des Statorkerns 15 und entlang einer Ebene, die die andere Endfläche 15b umfasst (eine untere Flächenseite, wie z. B. in 4 zu sehen), die an der Seite des anderen Endabschnitts 15a des Statorkerns 15 ist. Mit anderen Worten ist jede Ankerspule 11 durch das derartige Wickeln eines rechteckigen Drahts 11L ausgebildet, dass zwei Schichten geschaffen werden, die aufeinander in einer axialen Richtung entlang der Rotationsachse geschichtet sind, wobei der eine und der andere Endabschnitt des rechteckigen Drahts 11 aus den zwei Schichten zu derselben Seite (die radial äußere Seite des Stators 110) hin herausgeführt werden.
Weil die Ankerspule 11 an dem Stator 110 durch Wicklung eines rechteckigen Drahts 11L um den zugeordneten Statorkern 15 mit Alpha-(α)-Wicklung ausgebildet ist, ist es möglich, die Querschnittsfläche der Wicklung zu reduzieren, d. h. eine Fläche des Querschnitts, die erhalten wird durch das Schneiden der Wicklung durch eine Linie, die orthogonal zu einer Linie ist, die eine Richtung repräsentiert, in welcher ein magnetischer Fluss zur später beschriebenen Kopplung mit einem Rotorkern fließt, und dies trägt zu einer Reduktion des Wirbelstromverlustes in der Wicklung bei.
Weil in dem Stator 110 jede der einen und der gegenüberliegenden der Endflächen 15b von der Höhe von der benachbarten der einen und der gegenüberliegenden Endfläche der Drehungen, d. h. der einen von der einen oder der gegenüberliegenden axial entfernten Endflächen, von einer der Ankerspulen 11 hervorsteht, gibt es eine Reduktion in dem Fluss der Raumoberschwingung, der von der Nachbarschaft der Endfläche 15b ausgeht und direkt mit der Ankerspule 11 koppelt. Dies beschränkt das Auftreten verteilter Wärmequellen, indem das Auftreten von Wirbelstromverlust (oder Raumoberschwingungs-Kupferverlust) in der gewickelten Spule reduziert wird, wodurch ein fehlerhafter Zyklus beschränkt wird, in dem Kupferverlust aufgrund einer Reduktion der Einheitlichkeit des Widerstands auftreten, die von dem Auftreten von verteilten Hitzequellen herrührt.
Der Endabschnitt 11La an einer Seite des Mittelpunkts eines rechtwinkligen Drahts 11L, der um einen der Statorkerne 15 mit α-Wicklung gewickelt ist, und der Endabschnitt 11Lb an der anderen Seite des Mittelpunkts können des Weiteren in dem Stator 110 in derselben Ebene herausgeführt werden, die von dem Abschnitt des rechteckigen Drahts 11b belegt ist, der um den Statorkern 15 gewickelt ist. Mit anderen Worten ist der rechteckige Draht 11L um die Umfangswand von jedem der Statorkerne 15 in zwei Stufen gewickelt, die in einer axialen Richtung entlang der Rotationsachse angeordnet sind, um zwei getrennte Bereiche der Umfangswand des Statorkerns 15 derart zu bedecken, dass die Endabschnitte 11La und 11Lb sich von den zwei getrennten Bereichen jeweils nach außen erstrecken, wenn sie zur Verbindung nach außen geführt werden. Dies ermöglicht das Wickeln des rechteckigen Drahts 11L um den Statorkern 15 mit so vielen Drehungen wie möglich. Dies kann effizient verhindern, dass solche Endabschnitte 11La und 11Lb die Installationsfunktion der Halterahmen 16 mehr beeinträchtigen, als in dem Fall, in dem einer der Endabschnitte 11La und 11Lb des rechteckigen Drahts 11L zu einem Endabschnitt 15b des Statorkerns 15 herausgeführt wird. Zusätzlich kann dies eine Berührung der Halterahmen 16 mit dem rechteckigen Draht 11L und/oder dem Statorkern 15 unterdrücken, die diese beschädigen würde. Es wird darauf hingewiesen, dass die Endabschnitte 11La und 11Lb des rechteckigen Drahts 11L von der radial inneren Umfangswand 15c von dem Statorkern 15 herausgeführt werden können, obwohl sie in der vorliegenden Ausführungsform von der radial äußeren Umfangswand herausgeführt werden, die radial gegenüber der oben erwähnten radial inneren Umfangswand 15a liegt. Mit anderen Worten können die Endabschnitte 11La und 11Lb von einer Seite des Statorkerns 15 nahe der Rotationsachse oder von der anderen Seite des Statorkerns 15 entfernt von der Rotationsachse herausgeführt werden.
Des Weiteren weist jeder der Statorkerne 15 Kerben 15k (oder Vertiefungen) auf, von denen jede von dem äußeren Umfang von einem der Endabschnitte 15a, d. h. der breiten Seite des Trapezes, die der Endabschnitt 15a in seinem Querschnittsprofil aufweist, radial nach innen ausgeschnitten ist. Eine von Erhebungen 16t (oder Auskragungen, siehe 5), mit der einer der Halterahmen 16 ausgebildet ist, ist so angeordnet, um eine der Kerben 15k des Statorkerns 15 aufzunehmen, und die passende eine der Erhebungen 16t (oder Auskragungen, siehe 5), mit der der andere Halterahmen 16 ausgebildet ist, ist so angeordnet, um die andere Kerbe 15k aufzunehmen. Jeder der Halterahmen 16 weist solche Erhebungen 16t auf, von denen jede von einem der Montagelöcher 16a von der breiten Seite eines Trapezes, das das Profil des Montagehalters 16a ist, radial nach innen hervorsteht. Die Halterahmen 16 halten die Statorkerne 15, indem sie diese in einer axialen Richtung positionieren, wobei die Erhebungen 16t von einem der Halterahmen 16 mit den Kerben 15k in Eingriff gesetzt werden, von denen jede an einer Seite von einem der Statorkerne 15 angeordnet ist, und wobei die Erhebungen 16t des anderen Halterahmens 16 mit Kerben in Eingriff gesetzt werden, von denen jede an der entgegengesetzten Seite des Statorkerns 15 angeordnet ist. Um des Weiteren die Statorkerne 15 in der axialen Richtung noch sicherer zu positionieren, sind die Halterahmen 16, wobei deren dicke Randabschnitte 16d aneinandergrenzen, über Gewindelöcher 16h verschraubt, um innerhalb von jedem der Befestigungslöcher 16a einen kurzen zylindrischen Aufbau mit Boden bereitzustellen, der einen Raum ausbildet, um darin die Aufnahme eines Statorkerns 15 zu ermöglichen, wobei dessen beide Endabschnitte 15a darin eingepasst sind. Des Weiteren ist zwischen den Halterahmen 16 der Abschnitt von jedem der Statorkerne 15 angeordnet, der durch die zugeordnete Ankerspule 11 bedeckt ist, und die Halterahmen 16 legen diese Abschnitte des Statorkerns 15 frei, d. h. die Endflächen 15b, die nicht von der Ankerspule 11 bedeckt werden.
Dies kann die Beschädigung der rechteckigen Drähte 11L in dem Stator 110 beschränken, indem verhindert wird, dass die Trägerrahmen 16 aufgrund von Vibrationen stark gegen die rechteckigen Drähte 11L schlagen.
Bezug nehmend auf 5 sind in dem Stator 110 die Ankerspulen 11 derselben Phase an den Statorkernen 15 parallel je Phase der drei Phasen, d. h. der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase, derart miteinander verbunden, dass den Ankerspulen 11 von jeder jeweiligen der drei Phasen über eine der Eingangsleitungen 19 einer der Wechselströme der drei Phasen zugeführt und durch diese erregt werden, die durch einen Wechselrichter nach der Umwandlung eines Gleichstroms von einer fahrzeugseitigen Batterie bereitgestellt sind. Wie in 6 veranschaulicht, ist beispielsweise einer der Endabschnitte 11La der rechteckigen Drähte 11L, die um Ankerspulen von jeder der Gruppen 11u, 11v, 11w für die drei Phasen gewickelt sind, leitend parallel verbunden, und zwar auf einfache Art und Weise und ohne fachmännisches Zutun, weil diese mit Verstemmungsklammern 13 durch ihre entsprechende der Sammelschienen 12u, 12v und 12w eingefasst sind, wobei die Sammelschienen in Ringform ausgebildet und für die drei Phasen, d. h. die U-Phase, die V Phase und die W-Phase, vorbereitet sind. Des Weiteren sind die anderen Endabschnitte 11Lb von allen rechteckigen Drähten 11L leitend miteinander parallel verbunden, weil diese auf ähnliche Art und Weise mit Verstemmungsklammern 13 durch eine Sammelschiene 12a eingefasst sind, wobei die Sammelschiene Sternpunkte der Ankerspulen 11 für die drei Phasen, d. h. die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase, definiert. Solche Sammelschienen 12u, 12v, 12w und 12a können in der Umgebung der Seite des inneren Umfangs des Stators 110 angeordnet werden, obwohl in der vorliegenden Ausführungsform diese Sammelschienen in der Umgebung der Seite des äußeren Umfangs des Stators 110 angeordnet sind.
Wie in 6 und 7 veranschaulicht, werden die Verbindungs-Endabschnitte 11La und 11Lb von jeder der Ankerspulen 11 von einem Umfang eines rechteckigen Drahts 11L, der sich um einen der Statorkerne 15 wickelt, nach außen geführt, und diese werden an Positionen an der Seite des äußeren Umfangs des Stators 110 angeordnet. Dies ermöglicht es, den Stator 110 ohne einen Anstieg der Größe in der radialen und der axialen Ausdehnung zu konstruieren, weil die Sammelschienen 12 (12u, 12v, 12w, 12a) als Platten ausgebildet sind, deren Ebenen parallel zu radialen Richtungen von der Rotationsachse sind, und weil diese mit den rechteckigen Drähten 11L verbunden sind, wobei deren äußere Umfänge gestapelt sind, um obere und untere Stufen bereitzustellen.
Des Weiteren umfasst der Stator 110 eine Einspritzfüllung (Einspritzung) aus Polyphenylensulfid-(PPS)-Harz mit exzellenter Wärmeableitung, beispielsweise innerhalb der Halterahmen 16, um nach dem Einsetzen der Statorkerne 15 die Statorkerne 15 in einem Lagerzustand innerhalb der Halterahmen 16 zu fixieren, wobei die Statorkerne von Ankerspulen 11 (rechteckige Drähte 11L) umwickelt sind, die leitend mittels der Sammelschienen 12u, 12v, 12w und 12a verbunden sind. Nach dem Verschrauben der dicken Randabschnitte 16d mit den Statorkernen 15 und deren zugeordneten Teilen, die in den Halterahmen 16 aufgenommen sind, wird, wie in 8 gezeigt, das PPS-Harz (Harzmaterial) in die Halterahmen 16 eingespritzt und verfestigt, und zwar mittels einer Herausführungsöffnung 16a, die durch die dicken Randabschnitte 16d ausgebildet ist, um den Durchgang der Eingangsleitungen 19 für die drei Phasen der Ankerspulen 11 zu ermöglichen.
Weil dies das Einspritzen von PPS-Harz erlaubt, um Spalte zwischen Bauteilen, wie z. B. Statornuten, zu füllen, ohne dabei auf eine Einspritz-Gussform angewiesen zu sein, wird der Stator 110 zu einer Harzgussform MoS, die PPS-Harz umfasst, das in Spalte zwischen den Statorkernen 15, den Ankerspulen 11, den Sammelschienen 12 und den Verstemmungsklammern 13 eingeführt wurde und diese fixiert, wie in 9 veranschaulicht. Daher hält die Harzform MoS jedes der Bauteile, um zu verhindern, dass die Bauteile sich aufgrund von Zentrifugalkraft und/oder Vibrationen bewegen, so dass sie die Eigenschaften stabilisiert, wodurch elektromagnetische Vibrationen und dergleichen beschränkt werden. Des Weiteren trägt die Harzform MoS auch zur Verbesserung der Lebensdauer bei, indem ein Eintritt von Feuchtigkeit oder dergleichen beschränkt wird.
Daher sind die Statorkerne 15 in dem Stator 110 derart angeordnet, dass die Endflächen 15b von deren Endabschnitten 15a Endflächen 25b von Endabschnitten 25a von später beschriebenen Rotorkernen (Kernen) 25 der Rotoren 120 und 130 über kalibrierte Luftspalte G gegenüberliegen können. Der Stator 110 bewirkt, dass die Ankerspulen 11 einen magnetischen Fluss erzeugen, wenn diese mit Wechselstrom erregt werden, um es dem magnetischen Fluss zu erlauben, aus den Endflächen 15b der Statorkerne 15 auszutreten und in die Endflächen 25b der Rotorkerne 25 der Rotoren 120 und 130 einzutreten.
Daher wird in der rotierenden elektrischen Maschine 100 ein geschlossener Magnetkreis zwischen dem Stator 110 und jedem der Rotoren 120 und 130 über den kalibrierten Luftspalt G erzeugt, indem der magnetische Fluss, der in einen der Rotorkerne 25 an den Rotoren 120 oder 130 eintritt, über ein später beschriebenes Joch 26 zu dem benachbarten Rotorkern umgeleitet wird, wodurch bewirkt wird, dass die Rotoren 120 und 130 auf beiden Seiten des Stators 110 relativ zu dem Stator 110 mittels eines Reluktanzmoments (d. h. eines Hauptdrehmoments) rotieren, das durch das Phänomen erzeugt wird, dass der magnetische Fluss dazu veranlasst wird, dem Pfad der geringsten magnetischen Reluktanz in dem Magnetkreis zu folgen.
Aus diesem Grund ist es für die rotierende elektrische Maschine 100 notwendig, auf den einen der Rotoren 120 und 130 genau so viel Drehmoment aufzubringen wie auf den anderen, um die Rotoren 120 und 130, die an der gemeinsamen Welle 101 befestigt sind, als eine Einheit zu rotieren, wobei deren Rotoren 120 und 130 in einem über den Stator 110 hinweg symmetrischen Aufbau konstruiert sind.
Nach Umwandlung eines Eingangsstroms einer elektrischen Energie kann infolgedessen die elektrische rotierende Maschine 100 eine mechanische Energie der Welle 101, die koaxial mit den Rotoren 120 und 130 relativ zu dem Stator 110 drehbar ist, als Ausgabe bereitstellen.
Während dieser Zeit umfasst der magnetische Fluss in der rotierenden elektrischen Maschine 100, der aus einem der Statorkerne 15 austritt und in den benachbarten einen der Rotorkerne 25 eintritt, Raumoberschwingungen, die auf der Grundschwingung überlagert sind. Die Rotoren 120 und 130 erhalten eine elektromagnetische Kraft, indem sie eine Änderung der Flussdichte der Raumoberschwingungen, die in dem magnetischen Fluss von dem Stator 110 enthalten sind, verwenden, um die eingebauten Spulen zu veranlassen, einen Induktionsstrom zu erzeugen.
Das oben Erwähnte ist dahingehend zu verstehen, dass der magnetische Fluss, der von den Ankerspulen 11 des Stators 100 erzeugt wird, Raumoberschwingungen enthält, die auf der Grundschwingung überlagert sind, die bei der Grundfrequenz des Wechselstroms des eingegebenen Stroms variiert, um mit den Rotoren 120 und 130 (d. h. den Rotorkernen 25) zu koppeln.
Weil die Raumoberschwingungen, die mit in der Zeit unterschiedlichen Frequenzen von der Grundfrequenz der Grundschwingung variieren, in die Rotorkerne 25 eintreten, können daher die Rotoren 120 und 130 effizient Induktionsstrom erzeugen, indem sie Spulen um die Rotorkerne 25 implementieren, ohne dabei eine gesonderte Zuführung von Strom durch das Koppeln an eine externe Stromquelle zu verwenden. Infolgedessen werden Raumoberschwingungen, die als einer der Gründe für Kernverlust betrachtet wurden, als Energie zur Selbsterregung gesammelt.
Wie in 10 veranschaulicht, umfasst die rotierende elektrische Maschine 100 Rotorkerne 25. Die Rotorkerne 25 sind winklig um einen zylindrischen Teil 23 angeordnet, der zur Befestigung der Rotoren 120 oder 130 an der Welle 101 bereitgestellt ist, und sie sind äquidistant verteilt. Indem Freiräume, von denen jeder zwischen einander zugewandten Seiten benachbarter zwei Rotorkerne 25 definiert ist, als Rotornuten 27 verwendet werden, sind Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22 um die Rotorkerne 25 gewickelt. Jede der Induktionsspulen 21 und der zugeordneten der Erregerspulen 22 sind um einen der Rotorkerne 25 als zwei Wicklungen gewickelt, die in zwei Stufen in einer longitudinalen Richtung von jedem der Rotorkerne 25 entlang der Rotationsachse angeordnet sind, d. h. entlang einer axiale Richtung entlang der Rotationsachse, indem rechteckige Drähte 21L und 22L, die schmaler als der rechteckige Draht 11L sind, mit α-Wicklung gewickelt werden. Um die Induktions- und Erregerspulen 21 und 22 um die Rotorkerne 25 in zwei Stufen in der axialen Richtung entlang der Rotationsachse zu umwickeln, werden mit anderen Worten die rechteckigen Drähte 21L und 22L um den Rotorkern 25 derart gewickelt, dass deren Endabschnitte von jedem der rechteckigen Drähte 21L und 22L von den Verdrahtungen in zwei Stufen zu derselben Seite, d. h. zu dem äußeren Umfang des Rotors 120 oder 130, herausgeführt werden.
In jedem der Rotoren 120 und 130 ist es möglich, eine Querschnittsfläche der Wicklung zu reduzieren, d. h. eine Fläche des Querschnitts, die durch das Schneiden der Wicklung durch eine Linie erhalten wird, die orthogonal zu einer Linie ist, die eine Richtung repräsentiert, in der magnetischer Fluss zum Austreten aus dem Statorkern 15 zur Kopplung mit dem Rotorkern 25 fließt, wodurch zu einer Reduktion der Wirbelstromverluste in der Wicklung beigetragen wird. Die rechteckigen Drähte 21L und 22L zur Verwendung in einer α-Wicklung sind mit ihrer breiten Fläche in Kontakt mit dem Rotorkern 25, wodurch ein gleichmäßiger Betrieb ermöglicht wird, indem ein effizienter Wärmetransfer der durch die Erregung erzeugten Wärme durchgeführt wird. Des Weiteren kann das Auftreten einer Verschlechterung von Eigenschaften, wie z. B. Drehmomentwelligkeit, die durch einen Anstieg der Pulsation des Erregerstroms verursacht wird, der von einer Instabilität des Induktionsstroms herrührt, der durch die Induktionsspulen 21 erzeugt wird, beschränkt werden, und zwar aufgrund der Abweichung der Spulenenden der Induktionsspulen 21 von Endabschnitten 25b der Rotorkerne 25, die von den Induktionsspulen 21 umwickelt sind.
Indem rechteckige Drähte 21L und 22L mit α-Wicklung in jedem der Rotoren 120 und 130 verwendet werden, ist es möglich, die Anzahl der Drehungen zu erhöhen, mit denen die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 gewickelt sind. Das Herausführen später beschriebener erster und zweiter Verbindungsendabschnitte 21p, 21q, 22p und 22q von den Induktionsspulen 21 und den Erregerspulen 22 kann des Weiteren nicht das Schichten von Bauteilen um die Rotorkerne 25 und das Befestigen einer später beschriebenen Halteplatte 41 beeinträchtigen. Dies verhindert effektiv, dass die Halteplatte 41 und derartige Bauteile wie die rechteckigen Drähte 21L und 22L und die Statorkerne 25 aufgrund des Anfahrstoßes während einem gegenseitigen Kontakt dieser beschädigt werden.
Insbesondere weist jeder der Rotoren 120 und 130 eine Vielzahl von Rotorkernen 25 auf, von denen jeder eine kurze Stange mit einem trapezförmigen Querschnittsprofil ist, und die an einer Seite eines Joches 26 angeordnet sind. Eine der Induktionsspulen 21 und der zugeordneten der Erregerspulen 22 sind um jeden der Rotorkerne 25 derart gewickelt, dass die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 um die Rotationsachse der Welle 101 angeordnet sind.
Die Rotorkerne 25 sind aus einem magnetischen Material hoher Permeabilität gebildet und erstrecken sich in Richtungen, die parallel zu der Erstreckungsrichtung der Welle 101 sind. Die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 sind nebeneinander angeordnet, wobei eine der Induktionsspulen 21 und die zugeordnete der Erregerspulen 22 um jeden der Rotorkerne 25 mit konzentrierter Wicklung gewickelt sind und vertikal in zwei Stufen angeordnet sind.
Mit anderen Worten sind die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 mit Wicklungen ausgebildet, die in zwölf (12) Rotornuten 27 liegen, von denen jede zwischen benachbarten zwei Rotorkernen 25 liegt, und ihre Mittelachsen liegen parallel zur Welle 101, um zwölf (12) Pole bereitzustellen. Kurz gesagt sind die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 als Wicklungen ausgebildet, deren Mittelachsen parallel zu der Rotationsachse der rotierenden Welle 101 liegen, und sie sind winklig um die Rotationsachse angeordnet und äquidistant verteilt.
Daher ist die rotierende elektrische Maschine 100 derart ausgebildet, dass ein Kompositionsverhältnis S/P gleich 2/3 ist, wobei S (S = 12) die Anzahl der Nuten ist, in die die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 an jedem der Rotoren 120 und 130 eingelegt sind, und P (P = 18) die Anzahl der Pole P der Ankerspulen 11 auf dem Stator 110 ist.
In jedem der Rotoren 120 und 130 sind Rotorkerne 25 und das scheibenförmige Joch 26 integral derart ausgebildet, dass die entfernte Seite von jedem der Rotorkerne 25, die entfernt von der nahen Seite ist, an der die Endfläche 25b des Endabschnittes 25a der Endfläche 15b des benachbarten der Statorkerne 15 über den kalibrierten Luftspalt G gegenüberliegt, einen integralen Abschnitt einer Oberflächen-Seite des Jochs 26 bildet. Das Joch 26 weist einen zylindrischen Teil 23 auf, der an der Welle 101 befestigt ist, jedoch den Durchgang erlaubt, und der integral mit dessen zentralem Teil verbunden ist.
Dieser Aufbau ermöglicht es, dass der magnetische Fluss, der aus der Seite der Endfläche 15b von einem der Statorkerne 15 austritt und in eine Endfläche 25b der benachbarten der Rotorkerne 25 eintritt, über einen Bypass, der durch das Joch 26 an der entfernten oder Hinterseite von dieser Endfläche 25b bereitgestellt ist, durch einen anderen getrennten Rotorkern 25 fließt, um wieder mit dieser Endfläche 15b eines anderen getrennten Statorkerns 15 zu koppeln, die der anderen Endfläche 25b des anderen getrennten Rotorkerns 25 gegenüberliegt, wodurch ein Magnetkreis ausgebildet wird.
Des Weiteren ist jede der Induktionsspulen 21 an der von dem Joch 26 entfernten Seite des Endabschnitts 25a von einem der Rotorkerne 25 angeordnet, mit der der magnetische Fluss der Raumoberschwingungen, der von einem der Statorkerne 15 kommt, effektiv koppelt, während die zugeordnete der Erregerspulen 22 an einer nahe dem Joch 26 liegenden Seite des Verbindungsabschnitts 25c des Rotorkerns 25 angeordnet ist.
Dies ermöglicht es der rotierenden elektrischen Maschine 100, zu bewirken, dass der magnetische Fluss von der Endfläche 15b des Statorkerns 15 über den kleinen kalibrierten Luftspalt G mit der Endfläche 25b des Rotorkerns 25 mit hoher Dichte koppelt, wodurch bewirkt wird, dass die Induktionsspule 21 aufgrund der Raumoberschwingungen (d. h. der Variation der magnetischen Flussdichte der Raumoberschwingungen relativ zu der Grundschwingung), die in dem magnetischen Fluss enthalten sind, Induktionsstrom erzeugt. Dieser Induktionsstrom wird der zugeordneten Erregerspule 22 zugeführt.
Bei der Aufnahme des Induktionsstroms von den Induktionsspulen 21 als Erregerstrom, wird diese Erregerspule 22 selbsterregt, um einen magnetischen Fluss (d. h. eine elektromagnetische Kraft) zu erzeugen. Dieser magnetische Fluss tritt in die Endfläche 15b des benachbarten Statorkerns 15 von der Endfläche 25b des Rotorkerns 25 ein.
Aus diesem Grund ist in der rotierenden elektrischen Maschine 100 ein magnetisches Moment (d. h. ein zusätzliches Drehmoment) zusätzlich zu dem Hauptdrehmoment, das von dem magnetischen Fluss herrührt, der durch die Ankerspulen 11 erzeugt wird, gegeben, um eine Drehmomentunterstützung der Rotoren 120 und 130 bereitzustellen.
Die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 sind in geschlossenen Stromkreisen 30 eingebaut, von denen jeder in 11 veranschaulicht ist, um effektiv den oben erwähnten Induktionswechselstrom zu verwenden, indem der in den Induktionsspulen 21 erzeugte Induktionswechselstrom zu Erregergleichstrom umgewandelt und der umgewandelte Erregergleichstrom den zugeordneten Erregerspulen 22 zugeführt wird, um zu bewirken, dass jeder der Rotorkerne 25 als ein Elektromagnet fungiert, der eine elektromagnetische Kraft erzeugt.
Zwölf (12) Gruppen von Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22, von denen jede aus einer Induktionsspule 21 und einer Erregerspule 22, die um einen Rotorkern 25 gewickelt sind, bestehen, definieren im Zusammenwirken mit sechs (6) Paaren von Dioden (Gleichrichtern) 29A, 29B sechs (6) geschlossene Stromkreise 30, von denen jeder aus einem Satz von zwei Induktionsspulen 21 und zwei Erregerspulen 22 von zwei Gruppen der benachbarten zwei Rotorkerne 25 und den Dioden 29A und 29B eines Paars besteht.
Wie in 11 veranschaulicht, weist jeder geschlossene Stromkreis 30 zwei Dioden 29A und 29B eines Paars auf, die geeignet angeordnet sind, um beide Enden von zwei in Serie verbundenen Erregerspulen 22 eines Paars zu verbinden, die mit beiden Enden von parallel verbundenen zwei Induktionsspulen verbunden sind.
Insbesondere sind in dem geschlossenen Stromkreis 30 ein erster Verbindungsendabschnitt 22p an einem Ende der zwei Erregerspulen 22, die in Serie verbunden und in entgegengesetzten Richtungen mit konzentrierter Wicklung gewickelt sind, und zwei erste Verbindungsabschnitte 21p von zwei Induktionsspulen 21, die parallel verbunden sind, an einem einzelnen Verbindungspunkt kombiniert. Des Weiteren ist ein zweiter Verbindungsendabschnitt 22q an dem anderen Ende der zwei Erregerspulen 22, die in Serie verbunden sind, mit einem Verbindungspin (Verbindungsanschluss) 29c an der Kathodenseite der beiden Dioden 29A und 29B verbunden, und zwei zweite Verbindungsendabschnitte 21q der zwei Induktionsspulen 21, die parallel verbunden sind, sind mit den jeweiligen Verbindungspins 29c verbunden, von denen jeder an der Anodenseite von einer der zwei Dioden 29A und 29B ist. Mit anderen Worten sind die Dioden 29A und 29B in einem kathodenüblichen Pakettyp derart angeordnet, dass der Verbindungspin 29c, den ihre Kathodenseiten gemeinsam haben, zu der Außenseite des Pakets freigelegt ist, und dass die Verbindungspins 29c für deren jeweilige Anodenseiten zu der Außenseite des Pakets freigelegt sind.
Diese Dioden 29A und 29B sind als eine Sternpunktklammer-Zweiweggleichrichterschaltung gebildet, indem die Elemente derart verbunden sind, dass eine Phasendifferenz von 180° zwischen einem Eingang des Induktionswechselstroms und dem anderen Eingang des Induktionswechselstroms bereitgestellt wird, und indem eine der beiden Eingänge des Induktionswechselstroms umgerichtet wird, um einweggleichgerichtete Ausgaben zu kombinieren.
Die rotierende elektrische Maschine 100 umfasst geschlossene Stromkreise 30, von denen jeder mit einem Satz von Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22 der benachbarten zwei der zwölf Gruppen und zwei Dioden 29A und 29B ausgebildet ist. Die Induktionsspulen 21 in den geschlossenen Stromkreisen 30 sind in derselben Wicklungsrichtung mit konzentrierter Wicklung gewickelt und nebeneinander angeordnet. Andererseits sind die Erregerspulen 22, die um Rotorkerne 25 gewickelt sind, die entlang des äußeren Umfangs von jedem der Rotoren 120 und 130 angeordnet sind, unterschiedlich in ihrer Wicklungsrichtung, derart, dass eine Erregerspule 22 um jeden zweiten Rotorkern 25 in der einen Wicklungsrichtung gewickelt ist, während die andere Erregerspule 22 um jeden der verbleibenden Rotorkerne 25 in der entgegengesetzten Wicklungsrichtung gewickelt ist.
Dies bewirkt in der rotierenden elektrischen Maschine 100, dass sich in gegenüberliegenden Statorkernen 15 ein N-Pol und ein S-Pol abwechseln, weil die Richtung der Magnetisierung des magnetischen Feldes, das durch die Erregerspulen 22 aufgrund der Erregung mit Gleichstrom (Erregerstrom) erzeugt wird, der durch Selbsterregung erhalten wird, bei abwechselnden Rotorkernen 25 umgedreht ist, die entlang des Umfangs von jedem der Rotoren 120 und 130 angeordnet sind.
Des Weiteren sind in der rotierenden elektrischen Maschine 100 sechs (6) Sätze von geschlossenen Stromkreisen 30, von denen jeder in 11 veranschaulicht ist, nebeneinander entlang des Umfangs von jedem der Rotoren 120 und 130 angeordnet. Mit anderen Worten sind Diodengehäuse 32, wie in 12 veranschaulicht, von denen jede zwei Dioden 29A und 29B enthält, nebeneinander entlang des Umfangs von jedem der Rotoren 120 und 130 an einer Rückseite des Jochs 26 angeordnet, d. h. an der anderen Seite des Jochs 26, dessen eine Seite die Rotorkerne 25 trägt.
Die rotierende elektrische Maschine 100 verwendet einen solchen Aufbau, um eine Beziehung zu erfüllen, dass ein Kompositionsverhältnis (Kombination) P*/S* = 2/3 ist, wobei: P* die Anzahl der Schenkelpole ist, d. h. die Anzahl der Rotorkerne 25 an jedem der Rotoren 120 und 130, und S* die Anzahl der Statornuten 17 ist. Durch die Verwendung des oben beschriebenen Aufbaus macht die rotierende elektrische Maschine 100 die Wellenform der Raumoberschwingung des magnetischen Flusses gebräuchlich, die mit den Induktionsspulen 21 von jedem der geschlossenen Stromkreise 30 koppelt.
Die Induktionsströme, die von den Induktionsspulen 21 ohne jede Phasendifferenz erzeugt werden, stellen eine Energieversorgung mit Erregerströmen für die Erregerspulen 22 mit dem gleichen Niveau bereit, das durch die Gleichrichtung bei den Dioden 29A und 29B gegeben ist, wodurch die Rotation der Rotoren 120 und 130 effizient mit hoher Qualität ermöglicht wird.
Der in der rotierenden elektrischen Maschine 100 verwendete Schaltungsaufbau ist besser als eine serielle Schaltung, in der, um eine Gleichrichtung durchzuführen, um die Erregerspulen 22 als Elektromagneten fungieren zu lassen, alle Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22 von jedem der Rotoren 120 und 130 mit zwei (2) Dioden 29A und 29B verschaltet sind, weil sie vermeidet, dass der Drahtwiderstand kombiniert wird, um einen hohen Widerstandswert aufzuweisen, weil die Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22 in sechs (6) Sätzen für jeden geschlossenen Stromkreis 30 unterteilt sind.
Wenn beispielsweise die Rotoren 120 und 130 bei niedrigen Geschwindigkeiten rotieren, um das Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten anzutreiben, ist die Änderung des Magnetfelds um die Induktionsspulen 21 herum klein, sodass der induzierte Strom klein ist. Unter diesen Umständen bewirkt der oben beschriebene Schaltungsaufbau, dass die rotierende elektrische Maschine 100 eine Erregung der Erregerspulen 22 frei von verschwenderischem Leistungsverbrauch erreicht, indem die Verschwendung von Energie aufgrund der Drahtwiderstände bei den Induktionsspulen 21 und den Erregerspulen 22 reduziert wird (durch das Reduzieren des strombegrenzenden Widerstandswerts). Dies bewirkt eine effiziente Erzeugung elektromagnetischer Kraft, die als eine Unterstützung des Drehmoments, das von den Ankerspulen 11 an dem Stator 110 erzeugt wird, wirkt.
Der Kupferverlust, der aufgrund der Erregung in der Verdrahtung auftritt, wird reduziert, indem die Induktionsspannung, die von jeder der Induktionsspulen 21 erzeugt wird, und die Erregerspannung, die von jeder der Erregerspulen 22 erzeugt wird, auf niedrige Spannungspegel beschränkt werden, indem die Induktions- und Erregerspannungen verteilt bzw. zerstreut werden. Dadurch wird vermieden, dass die rotierende elektrische Maschine 100 ein gewünschtes Drehmoment aufgrund des exzessiven Anstiegs des Spannungswerts nicht erzeugen kann.
Eine Reduktion der Spannung und des Widerstands von jeder der Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22 kann erreicht werden, indem die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 parallel verbunden werden. Jedoch erzeugt jede der Induktionsspulen 21 und der Erregerspulen 22, die parallel verbunden sind, einen zirkulierenden Strom, aufgrund einer Induktionsspannung, die in einer Richtung der Negierung oder Aushebung des Auftretens des Magnetflusses (Magnetflussänderung) erzeugt wird, wodurch eine Erzeugung von magnetischem Fluss (magnetische Kraft) verhindert wird. Aus diesem Grund ist die Anordnung von sechs (6) Sätzen von geschlossenen Stromkreisen 30 an jedem der Rotoren 120 und 130 geeignet als Gleichrichterschaltung der rotierenden elektrischen Maschine 100.
In jedem der geschlossenen Stromkreise 30 sind insbesondere die Verbindungspins 29c für die Dioden 29A und 29B, die in dem Diodengehäuse 32 enthalten sind, und die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 einer Gruppe miteinander mittels einer Vielzahl von Drahtverbindungselementen 33 verbunden. Bezug nehmend auf 13 ist jedes der Diodengehäuse 32 und das zugeordnete Drahtverbindungselement 33 in angemessenen Positionen durch Haltelöcher 36 und Drahtverbindungsrillen 37 eines Drahtverbindungsträgers 35 aus Harz (beispielsweise PPS-Harz) gehalten, der an einer Rückseite des Jochs 26 befestigt ist, d. h. an der anderen Seite des Jochs, dessen eine Seite die Rotorkerne 25 trägt, wodurch es vereinfacht wird, die Leitungsverbindungen auszuführen.
Die Haltelöcher 36, die in dem Drahtverbindungsträger 35 ausgebildet sind, sind konfiguriert, die Diodengehäuse 32 derart zu fassen, dass die Diodengehäuse 32 winklig und äquidistant entlang des Umfangs der einen Seite einer äußeren Fläche 35a um die axiale Richtung herum angeordnet sind. Die Diodengehäuse 32 sind starr innerhalb des jeweiligen Haltelochs 36 durch Befestigungsschrauben 39 befestigt. Die Haltelöcher 36 sind innerhalb des Drahtverbindungsträgers 35 derart angeordnet, dass die Verbindungspins 29c der Dioden 29A und 29B, die von jedem der Diodengehäuse 32 nach außen hervorstehen, sich radial von der Rotationsachse zu dem äußeren Umfang hin erstrecken. Auf diese Art und Weise ist der Drahtverbindungsträger 35 so konfiguriert, dass dieser einen kompakteren Einbau der Dioden 29A und 29b ermöglicht, als wenn diese derart eingebaut wären, dass ihre Verbindungspins 29c entlang des Umfangs angeordnet sind.
Ferner sind bei dem Drahtverbindungsträger 35 die ersten und zweiten Verbindungsendabschnitte 21p, 21q, 22p und 22q von den Drähten (rechteckige Drähte 21L und 22L) herausgeführt, die für die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 mit α-Wicklung gewickelt sind, wobei jeder Abschnitt isoliert ist, indem ein vorgegebener Abstand zwischen den benachbarten zweien von diesen sichergestellt ist und jeder der Verbindungsendabschnitte ist mit einer Form ausgebildet, die sich in der poloidaren Richtung entlang der äußeren Umfangsrichtung 35b des Drahtverbindungsträgers 35 zu der Seite der äußeren Fläche 35a (hintere Seite) hin erstreckt.
Indes umfasst der Drahtverbindungsträger 35 eine Vielzahl von Sätzen von Drahtverbindungselementen aufnehmenden Rillen 37, wobei jeder Satz eine radiale Rille 37a und eine Vielzahl von umlaufenden Rillen 37b umfasst. Die radiale Rille 37a eines Satzes von Drahtverbindungselementen aufnehmenden Rillen 37 erstreckt sich radial in einer Richtung hin zu der äußeren Umfangsfläche 35b und ist von der äußeren Fläche 35a nach innen ausgespart, um einen einheitlichen Querschnitt zu definieren, der breit genug ist, die ersten und die zweiten Verbindungsendabschnitte 21p, 21q, 22p und 22q der Induktionsspulen 21 und der Erregerspulen 22 von einer Gruppe und der externen Verbindungspins 29c des zugeordneten Diodengehäuses 32 (das Dioden 29A und 29B enthält) aufzunehmen. Die umlaufenden Rillen 37b von einem Satz von Drahtverbindungselementen aufnehmenden Rillen 37 sind als drei (3) umlaufende Rillen ausgebildet, die von der Rotationsachse mit unterschiedlichen radialen Abständen verteilt sind, wobei jede Rille die gleiche Breite wie das Zugeordnete der Drahtverbindungselemente 33 aufweist und zwischen den benachbarten beiden der radialen Rillen 37a liegt, um diese zu verbinden.
Wie in den 11 und 12 veranschaulicht, bilden die Drahtverbindungselemente 33 fünf Verbindungswege R1, R2, R3, R4 und R5 zur Verbindung der Induktionsspulen 21 und der Erregerspulen 22 von jeder Gruppe mit den Dioden 29A und 29B innerhalb des zugeordneten der Diodengehäuse 32, indem eine Vielzahl von radialen Verbindungselementen (erste Leiter) 33a, die in einer radialen Rille 37a der Drahtverbindungselemente aufnehmenden Rillen 37 zu positionieren ist, elektrisch mit einer Vielzahl von umlaufenden Verbindungselementen (zweite Leiter) 33b verbunden wird, die in umlaufenden Rillen 37b der Drahtverbindungselemente aufnehmenden Rillen 37 zu positionieren sind, und zwar durch angemessenes Löten oder Schweißen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Drahtverbindungsarbeit vereinfacht durchgeführt werden kann, indem die Drahtverbindungselemente 33 derart geformt sind, dass diese den Formen der Drahtverbindungselemente aufnehmenden Rillen 37 (37a, 37b) entsprechen. Des Weiteren können die Wärmeableitungseigenschaften verbessert werden, indem diese mit einer Form eines flachen rechteckigen Drahts ausgebildet werden.
Insbesondere werden nun die Verbindungswege R1 bis R5 beschrieben. Ein Verbindungsweg R1 stellt eine leitende Verbindung zwischen einem ersten Verbindungsendabschnitt 22p von einem der zwei in Serie verbundenen Erregerspulen 22 jeder Gruppe und zwei ersten Verbindungsendabschnitten 21p der zwei parallel miteinander verbundenen Induktionsspulen 21 der Gruppe bereit. Ein Verbindungsweg R2 stellt einen leitenden Weg zwischen einem ersten Verbindungsendabschnitt 22p der anderen der zwei Erregerspulen 22 der Gruppe und einem zweiten Verbindungsendabschnitt 22q von einer der zwei Erregerspulen 22 der Gruppe bereit, um eine serielle Verbindung zwischen den zwei Erregerspulen 22 bereitzustellen. Die zwei Verbindungswege R3 und R4 stellen zwei Leitungswege bereit, einen zwischen einem zweiten Verbindungsendabschnitt 21q von einem der zwei Induktionsspulen 21 der Gruppe und einem Verbindungspin 29c an der Anodenseite von einer der zugeordneten zwei Dioden 29A und 29B, den anderen zwischen einem anderen zweiten Verbindungsendabschnitt 21q der anderen der zwei Induktionsspulen 21 der Gruppe und einem Verbindungspin 29b an der Anodenseite der anderen der zwei Dioden 29A und 29B. Ein Verbindungsweg R5 stellt einen Leitungsweg zwischen einem zweiten Verbindungsendabschnitt 22q der anderen der zwei Erregerspulen 22 der Gruppe und einem gemeinsamen Verbindungspin 29c an den Kathodenseiten von beiden der Dioden 29A und 29B bereit.
Wie in den 13 und 14 veranschaulicht, ist die Halteplatte 41 an jedem der Rotoren 120 und 130 derart angebracht, dass sich diese zwischen den Rotoren 120 und 130 und dem Stator 110 erstreckt. Mit anderen Worten ist die Halteplatte 41 an der gegenüberliegenden Seite des Rotors 120 oder 130 von der Seite angebracht, an der der Drahtverbindungsträger 35 angebracht ist, und liegt dem Halterahmen 16 gegenüber. Die Halteplatte 41 hält die Rotorkerne 25, wobei deren Endabschnitte 25a in jeweilige Durchgangslöcher 41a derart eingepasst sind, dass die Endflächen 25b freiliegen.
Die Halteplatte 41 weist eine Vielzahl von integrierten Haken 42 auf, die an Stellen ausgebildet sind, von denen jede zwischen benachbarten zwei Durchgangslöchern 41a und an oder nahe dem äußeren Umfang liegt. Die Haken 42 sind so angeordnet, dass sie in die jeweiligen Zwischenräume eintreten, von denen jeder in einer der radialen Rillen 37a vorgesehen ist, die von der äußeren Umfangsfläche 35b des Drahtverbindungsträgers 35 nach innen ausgespart sind. Detailliert beschrieben bedeutet dies, dass jeder der Haken 42 bei der Montage in einen Zwischenraum eingeführt werden kann, der benachbart zu einem ersten Verbindungsendabschnitt 21p von einem der zwei Induktionsspulen 21 jeder Gruppe ist, bis dieser an der Seite der äußeren Fläche 35a des Drahtverbindungsträgers 35 arretiert ist.
Sind die Haken 42 an der Seite der äußeren Fläche 35a des Drahtverbindungsträgers 35 arretiert, hält die Halteplatte 41 jede der Endflächen 25b, die mittels der Durchgangslöcher 41a freigelegt sind, in einem Zustand der Positionierung nahe und gegenüberliegend von zumindest einer der Endflächen 15b der Statorkerne 15, die mittels der Durchgangslöcher 16a von einem der Halterahmen 16 freigelegt sind, während die Induktionsspule 21 und die Erregerspule 22 in einem Zustand gehalten werden, in dem sie sich um jeden der Rotorkerne 25 von einem der Rotoren 120 und 130 wickeln. Zusätzlich ist diese Halteplatte 41 aus einem nichtmagnetischen Material gebildet, um nicht die Erzeugung eines Magnetkreises zu verhindern. Demzufolge kann sie durch Gießen eines Harzmaterials (beispielsweise PPS-Harz) gebildet sein, um Elastizität für die Haken 42 zur einfachen Montage an dem Drahtverbindungsträger 35 bereitzustellen.
Die Rotoren 120 und 130 sind in einem kurzen zylindrischen Gehäuse 45 mit Boden aufgenommen und durch dieses geschützt, welches sich von der Seite der äußeren Fläche 35a des Drahtverbindungsträgers 41 zu der Halteplatte 41 erstreckt. Das Gehäuse 45 ist durch Formen einer nichtmagnetischen Metallplatte hergestellt, wie z. B. einer Messingplatte, um während des Betriebs keinen Einfluss auf die Erzeugung der Magnetkreise zu nehmen.
Bezug nehmend auf 15 ist das Gehäuse 45 mit einer Vielzahl von Erhebungen 46a ausgebildet, die von einer Innenfläche einer zylindrischen Umfangswand 46 radial nach innen hervorstehen, um in die entsprechenden radialen Rillen 37a eingesetzt zu werden. Das Gehäuse 45 ist mit Durchgangslöchern 45d ausgebildet, die um eine Wellenzentrum-Öffnung 45c angeordnet sind, um den Durchgang von Gewinden von Befestigungsschrauben 39 zu ermöglichen, die bereitgestellt sind, um die Diodengehäuse 32 zu fixieren, die in die entsprechenden Haltelöcher 36 des Drahtverbindungsträgers 35 eingesetzt sind.
Bei der Montage wird das Gehäuse 45 in Umfangsrichtung positioniert, indem nur die Erhebungen 46a beim Bedecken des Drahtverbindungsträgers 35 in die jeweiligen radialen Rillen 37a, die in der äußeren Umfangsfläche 35b ausgebildet sind, eingepasst werden. Dann halten die Befestigungsschrauben 39 in den Durchgangslöchern 45d rund um die Öffnung 45c das Gehäuse 45 in engem Kontakt mit einer Flächenseite von jedem der Diodengehäuse 32 innerhalb der Haltelöcher 36 des Drahtverbindungsträgers 35. Dies bewirkt, dass das Gehäuse 45 als Wärmeableitungsbauteil fungiert, um Wärme, die von den Dioden 29A und 29B während der Gleichrichtung abgegeben wird, nach außen abzuleiten. Des Weiteren legt nur das Lösen und Entfernen der Befestigungsschrauben 39 von dem Drahtverbindungsträger 35 die Diodengehäuse 32 (von denen jedes die Dioden 29A und 29B enthält) zum Austausch frei, wodurch eine Ausfallzeit verkürzt wird.
Jeder der Rotoren 120 und 130 ist indes mit Einspritzöffnungen 41b an einer Vielzahl von Stellen, von denen sich jede zwischen zwei benachbarten Durchgangslöchern 41a befindet, ausgebildet. Beim Halten des Gehäuses 45 im Kontakt mit dem Drahtverbindungsträger 35 wird PPS-Harz in die Rotoren 120 oder 130 eingespritzt, und zwar durch einen Spalt D1 (sieh 15), der zwischen einer zylindrischen Umfangswand 46 des Gehäuses 45 und einem äußeren Umfangsrand 41c (siehe 14) des Drahtverbindungsträgers 41 definiert ist, durch einen Spalt D2 (siehe 15), der zwischen einem zylindrischen Teil 23 (siehe 10), das näher an dem Wellenzentrum als die Rotorkerne 25 liegt, und einem inneren Umfangsrand 41d (siehe 14 und 15) definiert ist, und durch Einspritzöffnungen 41b.
Wie in 15 veranschaulicht, ist in jedem der Rotoren 120 und 130 das Einspritzvolumen des PPS-Harzes angepasst, um den Drahtverbindungsträger 35, ausgenommen dessen Seite der äußeren Fläche 35a, stark zu fixieren, indem PPS-Harz eingespritzt wird, um die Räume, die solche Räume innerhalb der Rotornuten 27 zwischen dem Gehäuse 45 und dem Drahtverbindungsträger 35 umfassen, aufzufüllen, und diese zu fixieren.
Dies ermöglicht es, PPS-Harz in Spalte, wie z. B. die Rotornuten 27 zwischen den Bauteilen, sogar in jeder der Rotornuten 120 und 130 einzuspritzen, ohne eine Einspritzgussform zu verwenden, wodurch es ermöglicht wird, eine Harzform MoR auszubilden, die erstarrt ist, nachdem das PPS-Harz zum Eintritt in Spalte zwischen Rotorkernen 25, Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22 gezwungen wurde. Daher hält die Harzform MoS jedes der Bauteile, um zu verhindern, dass sich die Bauteile aufgrund von Zentrifugalkraft und/oder Vibrationen bewegen, so dass die Eigenschaften stabilisiert werden, wodurch elektromagnetische Vibrationen und dergleichen beschränkt werden. Des Weiteren trägt die Harzform MoS dazu bei, durch das Beschränken des Eintritts von Feuchtigkeit und dergleichen die Haltbarkeit zu verbessern.
Weil die Seite der äußeren Fläche 35a des Drahtverbindungsträgers 35 nicht durch PPS-Harz bedeckt ist, ist ein Austausch der Diodengehäuse 32 (von denen jedes Dioden 29A und 29B enthält), der eine Entfernung des Gehäuses 45 von dem Drahtverbindungsträger 35 beinhaltet, weiterhin möglich.
Wie in 1 veranschaulicht, umfasst die rotierende elektrische Maschine 100 den Stator 110 und zwei Rotoren 120 und 130, die in einem Motorgehäuse 150 aufgenommen sind. In der rotierenden elektrischen Maschine 100 ist die Welle 101 an einem Ende gegenüberliegender Endseiten drehbar durch Lager 159 gelagert, welche an jeweiligen Endplatten 152 und 153 an der einen und der gegenüberliegenden Seite des Motorgehäuses 150 beabstandet in der axialen Richtung angeordnet sind. Der Stator 110 lagert die Welle 101 mittels eines Lagers 108 drehbar. Der Stator 110 ist an seiner peripheren Randseite mit einer Seitenplatte 154 verbunden, um elektrischen Strom seinen Ankerspulen 11 zuzuführen.
Bei der Rotation der Rotoren 120 und 130 aufgrund der Zuführung von Strom zu den Ankerspulen 11 des Stators 110 wird in der rotierenden elektrischen Maschine 100 Drehmoment als eine Ausgabe bereitgestellt, und zwar an der Seite, an der eine Last an einem Kopplungsende 101a der Welle 101 angekoppelt ist. Das Kopplungsende 101a ist freigelegt (oder steht hervor) zu der Außenseite der Endplatte 153 des Motorgehäuses 150. Die Rotation dieser Welle 101 (d. h. die Rotation der Rotoren 120 und 130) wird von einem Drehwinkelsensor detektiert, wie beispielsweise einem nicht dargestellten Resolver, der an ein Rotationsende 101b angebracht ist, das von der Endplatte 152 des Motorgehäuses 150 hervorsteht. Dieses Rotationsende 101b wird geschützt, indem ein Schutzgehäuse 156 zur Vermeidung von Schäden an einer Außenseite der Endplatte 152 angebracht wird.
An Einbauorten, an denen der Stator 110 und die Rotoren 120 und 130 angebracht sind, wie in 16 veranschaulicht, ist die Welle 101 mit Stufen 102 und 103 derart ausgebildet, dass der Stator 110 und die Rotoren 120 und 130 axial angeordnet und eingebaut sind. Der Stator 110 ist an der Welle 101 angebracht, wobei dessen Wellenzentrumseite an der Stufe 102 angeordnet ist. Die Rotoren 120 und 130 sind an der Welle 101 angebracht, wobei deren Wellenzentrumsseiten an den jeweiligen Einbauflächen 101r angeordnet sind.
Zylindrische Teile 23 der Joche 26 schlagen an beide Endflächen 102a und 102b (ein Rotorpositionierungsabschnitt, eine erste Rotorstufe, eine zweite Rotorstufe) der Stufe 102 an, die als ein Teil mit großem Durchmesser ausgebildet ist, das einen größeren Durchmesser als Einbauflächen 101r und 101r als ein Standard aufweist, so dass die Rotoren 120 und 130 axial positioniert sind, indem jeweilige Spannringe 105 und 106 in Richtungen gespannt werden, die dazu tendieren, diese aufeinander zuzubewegen, nachdem diese mit jeweiligen nicht dargestellten Gewinden an jeweiligen Einbauflächen 101r und 101r einrasten, die von deren entferntesten Enden nach innen ausgebildet sind. Wie in 17 veranschaulicht, sind die Rotoren 120 und 130 des Weiteren winklig positioniert, indem ein Keilbauteil 129 in eine Keilrille 24, mit welcher eine innere Umfangsfläche 23a des zylindrischen Teils 23 ausgebildet ist, und in eine Keilrille 104, die longitudinal entlang der Einbauflächen 101r und 101r der Welle 101 kontinuierlich verläuft (siehe 16), eingepasst ist.
Wie in 16 veranschaulicht, ist an einem Ende der Stufe 102 an der Welle 101 zur Positionierung der Rotoren 120 und 130 eine Stufe 103 mit größerem Durchmesser ausgebildet, und zwar mit einer Endfläche, die bündig mit einer Endfläche 102b ist. Mit einer Endfläche 103a dieser Stufe 103 als Standard ist der Stator 110 relativ zu der Welle 101 positioniert und an dieser angebracht.
Wie in 1 veranschaulicht, weist der Stator 110 einen Lagerhalter 107 auf, und zwar an der Seite der Seiten des inneren Umfangsrands der Halterahmen 16, um das Lager 108 zu lagern, und er ist axial derart positioniert, dass er mit einem Ende des Lagers 108 an eine Endfläche 103a angrenzt (ein Statorpositionierungsabschnitt, eine Statorstufe), welche gegenüber zu derjenigen Fläche ist, die bündig mit der Endfläche 102b ist. Des Weiteren ist der Stator 110 winklig positioniert, wobei Befestigungsschrauben 119, die in Gewindebohrungen 16h eingesetzt sind, die durch dicke Randabschnitte 16d der Halterahmen 16 ausgebildet sind, in Verschraubungslöcher 155a eingeschraubt sind, die in einem Flansch 155 ausgebildet sind, der an einer Seite des inneren Umfangs der Seitenplatte 154 des Motorgehäuses 150 ausgebildet ist. Dieser Aufbau, bei dem die Seite des äußeren Umfangs an der Seitenplatte 154 des Motorgehäuses 150 befestigt ist, trägt zu einer Reduktion der Biegevibrationen des Stators 110 in der axialen Richtung bei.
Daher ist die rotierende elektrische Maschine 100 konfiguriert, eine integrale Rotation der Rotoren 120 und 130 mit der Welle 101 zu erlauben, die drehbar durch Lager 159 an Endplatten 152 und 153 des Motorgehäuses 150 und durch das Lager 108 an den Halterahmen 16 des Stators 110 gelagert ist, indem die Rotoren 120 und 130 an der Welle 101 derart befestigt sind, dass diese den Stator 110 zwischen sich halten.
Wie in 18 veranschaulicht, ermöglicht es diese Konfiguration, dass die rotierende elektrische Maschine 100 die Rotoren 120 und 130 derart drehbar lagert, dass eine der beiden Endflächen 15b von jedem der Statorkerne 15, die an der Seite des Motorgehäuses 150 befestigt ist, nahe an und über den kalibrierten Luftspalt G gegenüberliegend zu zumindest einer der Endflächen 25b der Rotorkerne 25 des Rotors 120 angeordnet ist, der an der Seite der Welle 101 befestigt ist, und dass die andere Endfläche 15b nahe an und über den kalibrierten Luftspalt G gegenüberliegend zu zumindest einer der Endflächen 25b der Rotorkerne 25 des Rotors 130 angeordnet ist, der an der Seite des Stators 101 befestigt ist. Die rotierende elektrische Maschine 100 ermöglicht, dass der magnetischen Fluss der Oberschwingungen mit Induktionsspulen 21 an jedem der Rotoren 120 und 130 zur Erzeugung eines Induktionsstroms in Reaktion auf die Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds durch die Ankerspulen 11 des Stators 110 während der Erregung mit Wechselstrom von einer Fahrzeugbatterie interferiert, und dass Induktionsstrom gleichgerichtet wird, um den gleichgerichteten Strom als Erregerstrom den Erregerspulen 22 zuzuführen, wodurch bewirkt wird, dass die Erregerspulen 22 als Elektromagneten fungieren, um Drehmoment zu erzeugen.
Um nun effizient Induktionsstrom zu erzeugen, werden die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 nach der genauen Identifikation der Magnetpfade der Oberschwingungen installiert, indem eine Magnetanalyse durchgeführt wird, um die dritte Zeitoberschwingung effizient zu nutzen, die in dem magnetischen Fluss enthalten ist, der mit der Endfläche 25b des Rotorkerns 25 von der Endfläche 15b des Statorkerns 15 koppelt. Insbesondere weil das Kompositionsverhältnis S/P gleich 2/3 ist, wie zuvor diskutiert, wobei: S die Anzahl der Nuten S an jedem der Rotoren 120 und 130 ist und P die Anzahl der magnetischen Pole des Stators 110 ist, ist die rotierende elektrische Maschine 100 konfiguriert, effizient die Zeitoberschwingung des magnetischen Flusses der 3f-ten (f = 1, 2, 3, ...) Ordnung innerhalb des rotierenden Koordinatensystems zu nutzen.
Insbesondere ist es schwierig, die Induktionsspule 21 effizient Induktionsstrom erzeugen zu lassen, wenn Zeitoberschwingungen hoher Ordnung innerhalb des rotierenden Koordinatensystems verwendet werden, da es nur die Wellenformen gibt, die die Ausbreitung der Vibrationen nahe der Oberfläche der Endfläche 25b des Rotorkerns 25 anzeigen. Wenn indes die dritte Zeitoberschwingung innerhalb des rotierenden Koordinatensystems als ein wieder zu gewinnendes Objekt festgelegt ist, wird die Induktionsspule 21 zur effektiven Erzeugung von Induktionsstrom veranlasst, weil es eine Pulsation mit einem verkürzten Zyklus gibt, aufgrund einer Frequenz, die höher als die Grundschwingungs-Frequenz ist, die den Ankerspulen 11 zugeführt wird. Dies stellt eine Rotation bereit, indem effizient ein Energieverlust der Raumoberschwingungen, die auf der Grundfrequenz überlagert sind, wiedergewonnen wird.
Weil die Durchführung der Magnetfeldanalyse der magnetischen Flussdichte, wie zuvor erwähnt, anzeigt, dass die magnetische Flussdichte-Verteilung in einer Umfangsrichtung innerhalb eines Bereichs von 360° in einem mechanischen Winkel gemäß einem Verhältnis zwischen der Anzahl der Rotorzahn-Schenkelpole und der Anzahl der Statornuten zerstreut bzw. dispergiert ist, wird zusätzlich eine ungleiche Verteilung der Magnetkraft, die auf den Stator 110 wirkt, erkannt.
Daher stellt die rotierende elektrische Maschine 100 eine Rotation der Rotoren 120 und 130 relativ zu dem Stator 110 mit hoher Qualität bereit, wobei die Rotoren 120 und 130 gegenüber dem Stator 110 liegen, indem ein Aufbau verwendet wird, der die Beziehung erfüllt, dass das Kompositionsverhältnis S/P gleich zu 2/3 ist und indem bewirkt wird, dass der magnetische Fluss mit gleichmäßiger Dichteverteilung jeden der Rotoren 120 und 130 über den gesamten Umfang von 360° im mechanischen Winkel koppelt.
Dies erlaubt es der rotierenden elektrischen Maschine 100, mit beträchtlich reduzierten elektromagnetischen Vibrationen und überlegener Ruhe zu rotieren, indem Raumoberschwingungen durchgeführt werden, ohne diese als ein Verlust zurückzulassen, und indem dieser Energieverlust effizient wiedergewonnen wird.
Des Weiteren kann die Gesamtgröße der rotierenden elektrischen Maschine 100 reduziert werden, indem ein Aufbau mit konzentrierter Wicklung im Hinblick auf die Installation der Induktionsspulen 21 und der Erregerspulen 22 verwendet wird, da es keinen Bedarf gibt, eine Wicklung zu verwenden, die sich mehr als einmal in einer Umfangsrichtung umspannt. Zusätzlich kann die Menge des wiedergewinnbaren Energieverlustes erhöht werden, indem effizient Induktionsstrom basierend auf der Kopplung der dritten Zeitoberschwingung niedriger Ordnung erzeugt wird und indem Kupferverluste an der Primärseite innerhalb des rotierenden Koordinatensystems verringert werden.
Ferner führt die Verwendung der dritten Zeitoberschwingung innerhalb des rotierenden Koordinatensystems anstatt der zweiten Zeitoberschwingung innerhalb des rotierenden Koordinatensystems zur effizienten Erzeugung von Induktionsstrom. Detailliert beschrieben heißt dies, dass der Energieverlust effizient wiedergewonnen werden kann, weil die Verwendung der dritten Zeitoberschwingung anstatt der zweiten Zeitoberschwingung einen Anstieg der zeitlichen Variation des Magnetflusses bewirkt, welcher einen Anstieg der Amplitude des induzierten Stroms bewirkt.
Wie durch das Modelldiagramm der 19 veranschaulicht, bewirkt die rotierende elektrische Maschine 100, dass die Endflächen 25b der Rotorkerne 25 des Rotors 120 und die Endflächen 25b der Rotorkerne 25 des Rotors 130 über die kalibrierten Luftspalte G beiden Endflächen der Statorkerne 15 des Stators 110, um welche die Ankerspulen 11 gewickelt sind, gegenüberliegen, und dass die Induktionsspulen 21 sich um die Endabschnitte 25a wickeln und dass die Erregerspulen 22 sich um die Rotorkerne 25 nahe der Seite des Jochs 26 (Verbindungsabschnitte 25c) wickeln.
Wie in 20 gezeigt, bewirkt daher die rotierende elektrische Maschine 100 eine Rotation der zwei Rotoren 120 und 130 relativ zu dem Stator 110, indem sie bewirkt, dass der magnetische Fluss MF, der durch Erregen der Ankerspulen 11 erzeugt wird, die Statorkerne 15 und die Rotorkerne 25 auf beiden Seiten koppelt und durch Bypässe, die durch die Joche 26 bereitgestellt sind, fließt, um einen Magnetkreis auszubilden. Des Weiteren werden zusätzlich die überlagerten Raumoberschwingungen HF, die in dem magnetischen Fluss MF enthalten sind, dazu veranlasst, von den Statorkernen 15 mit den Rotorkernen 25 an beiden Seiten zu koppeln, um effizient an den Induktionsspulen 25 an Endabschnitten 25a wiedergewonnen zu werden, indem ein Induktionsstrom erzeugt wird, und Erregerstrom, der durch die Gleichrichtung des Induktionsstroms in den Dioden 29A und 29B gegeben ist, wird den Erregerspulen 22 zugeführt. Indem magnetische Flussvektoren V der magnetischen Flussdichte der dritten Zeitoberschwingung HF mit den Statorkernen 15 und den Rotorkernen 25 an beiden Seiten des Stators 110 koppeln, bewirkt daher, wie in 21 veranschaulicht, beispielsweise der rotierende elektrische Mechanismus 100, dass sich die Welle 101 aufgrund des hohen magnetisches Moments dreht, das von dem hochdichten magnetischen Fluss der Raumoberschwingung HF, der die Statorkerne 15 und die Rotorkernen 25 auf beiden Seiten koppelt, erzeugt wird.
Beispielsweise werden in einer rotierenden elektrischen Maschine des Radialspalttyps, in welcher ein Stator und ein Rotor veranlasst werden, in radialen Richtungen über einen Spalt gegenüberzuliegen, falls ein innerer Rotor und ein äußerer Rotor mit unterschiedlichen Durchmessern so angeordnet werden, dass sie zwischen sich einen Stator anordnen, indes die Fläche des inneren und des äußeren Rotors, über welche sie dem Stator in radialen Richtungen gegenüberliegen, und das Drehmoment, das diese auf eine Welle aufbringen, beträchtlich unterschiedlich.
Weil eine rotierende elektrische Maschine des Radialspalttyps die Begrenzung ihres Aufbaus hat, so dass diese keine größere Fläche zum Fluss von Raumoberschwingungen des magnetischen Flusses als eine rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps sicherstellen kann, kann daher eine rotierende elektrische Maschine des Radialspalttyps den magnetischen Fluss der Raumoberschwingungen nicht erhöhen, der mit dem Äußeren koppelt, obwohl der Betrag der Erzeugung des magnetischen Flusses der Raumoberschwingungen durch das Ausbilden der Ankerspulen 11 mit konzentrierter Wicklung erhöht ist. Indes weist die rotierende elektrische Maschine 100 des Axialspalttyps die Eigenschaft des Aufbaus auf, dass diese mehr Streufluss als die rotierende elektrische Maschine des Radialspalttyps emittiert, jedoch kann diese den Streufluss effizient wiedergewinnen und bewirkt daher, dass der magnetische Fluss der Raumoberschwingungen effektiv mit den Rotoren koppelt.
Falls beispielsweise eine rotierende elektrische Maschine des Radialspalttyps einen in 22 veranschaulichten Rotor verwendet, liegt eine Endfläche 945b eines Rotorkerns 945 über einen Spalt G einer Endfläche 935b eines Statorkerns 935, der mit einer Ankerspule 931 umwickelt ist, gegenüber. Dieser Aufbau kann die überlagerten Raumoberschwingungen des magnetischen Flusses HF, die in dem magnetischen Fluss MF enthalten sind, der durch Erregung der Ankerspulen 31 erzeugt wird, nicht effizienter wiedergewinnen als eine Maschine des Axialspalttyps, wodurch es schwierig wird, ein großes magnetisches Moment zu erzeugen. Zusätzlich steigt ein Kernverlust an einer Seite eines Jochs 946 mehr an als ein Kernverlust in der rotierenden elektrischen Maschine 100 des Axialspalt-Doppelläufertyps.
Um mehr Raumoberschwingungen des magnetischen Flusses HF wiederzugewinnen, selbst in einer rotierenden elektrischen Maschine des Radialspalttyps, wird es des Weiteren, wie in 23 veranschaulicht, auch in Betracht gezogen, innerhalb einer Rotornut 947 zwischen zwei Rotorkernen 945 einen Wendepolkern 948 zur Wiedergewinnung anzuordnen und eine Induktionsspule 949 um den Wendepolkern 948 zu wickeln. Jedoch kann dieser Aufbau keinen Anstieg des magnetisches Moments bereitstellen, weil er nur Raumoberschwingungen des magnetischen Flusses HF wiedergewinnt, die zur einen Seite aus dem Statorkern 935 streuen, und daher bleibt das erhaltene magnetisches Moment hinter dem Niveau des von der rotierenden elektrischen Maschine 100 bereitgestellten magnetisches Moments zurück. Zusätzlich bewirkt dieser Aufbau eine Reduzierung des Schenkelverhältnisses an der Rotorseite, weil der Wendepolkern 948, mit dem der magnetische Fluss koppelt, zwischen Rotorkernen 945 angeordnet ist.
Des Weiteren sind bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 Ankerspulen 11, Induktionsspulen 21 und Erregerspulen 22, die alle mit konzentrierter Wicklung gewickelt sind, an dem Stator 110 und den Rotoren 120 und 130 angeordnet, jedoch kann die konzentrierte Wicklung durch eine verteilte Wicklung ersetzt werden. Die durchgezogen gezeichnete Linie in 24 zeigt die Magnetflusswellenform der magnetischen Flussdichte des magnetischen Flusses, der mit der Endfläche 25b des Rotorkerns 25 von der Endfläche 15b des Statorkerns 15 koppelt, in dem Fall der konzentrierten Wicklung, und zwar im Vergleich zu der gestrichelt gezeichneten Linie der Magnetflusswellenform der magnetischen Flussdichte in dem Fall der verteilten Wicklung. Wie einfach aus den Ergebnissen der elektromagnetischen Feldanalyse der Magnetflusswellenformen ersichtlich, die in 25 gezeigt sind, ist mehr magnetischer Fluss der zweiten Raumoberschwingung im statischen Koordinatensystem, d. h. magnetischer Fluss der dritten Zeitoberschwingung im rotierenden Koordinatensystem, in dem Fall der konzentrierten Wicklung enthalten als in dem Fall der verteilten Wicklung. Aus diesem Ergebnis folgt für die rotierende elektrische Maschine 100, dass die Wahl der konzentrierten Wicklung vorteilhaft gegenüber der Wahl der verteilten Wicklung ist, weil in dem Fall der konzentrierten Wicklung mehr Raumoberschwingung des magnetischen Flusses als in dem Fall der verteilten Wicklung von der Endfläche 25b des Rotorkerns 25 tief nach innen eintritt, um zu bewirken, dass die Induktionsspule 21 Induktionsstrom erzeugt, der zu Erregerstrom gleichgerichtet und den Erregerspulen 22 zugeführt wird.
Wie in 26 veranschaulicht, wird die rotierende elektrische Maschine 100 des Axialspalt-Doppelläufertyps gestartet, indem den Ankerspulen 11 des Stators 110 Wechselstrom zugeführt wird, und diese kann die Welle 101 zur Drehung mit hohem Drehmoment antreiben, wie durch die durchgezogene Kurve angezeigt. Wie durch die einfach strichpunktierte Kurve in 26 angezeigt, kann der Aufbau des Radialspalttyps ohne Wendepole, der in 22 gezeigt ist, und wie durch die doppelt strichpunktierte Kurve in 26 angezeigt, kann der Aufbau des Radialspalttyps mit Wendepolen, der in 23 gezeigt ist, kein magnetisches Moment erzeugen, das so hoch ist wie das Drehmoment, das von der rotierenden elektrischen Maschine 100 des Axialspalt-Doppelläufertyps bereitgestellt wird. Wie durch die gestrichelte Kurve in 26 angezeigt, kann der IPSMS (Interner-Permanentmagnet-Synchron-Motor) kein magnetisches Moment erzeugen, das so hoch ist, wie das Drehmoment, das von der rotierenden elektrischen Maschine 100 des Axialspalt-Doppelläufertyps bereitgestellt wird.
Im Übrigen sind an der rotierenden elektrischen Maschine 100 Kühlrippen 61, wie in 27 veranschaulicht, an einer Vielzahl von Stellen an einer Außenfläche 45a von jedem der Gehäuse 45 ausgebildet. Die Kühlrippen 61 sind angeordnet, um eine Luftkonvektion innerhalb des Motorgehäuses 150 zu erzwingen, während sie einen Anstieg der Drehlast vermeiden, indem sie eine führende Seite von jeder der Kühlrippen 61 in einer Rotationsrichtung mit einer Schräge 61a, die nach oben geneigt ist, ausbilden.
Mit dieser Anordnung tauschen in der rotierenden elektrischen Maschine 100 die Gehäuse 45, in denen die Rotoren 120 und 130 aufgenommen sind, von denen jeder ein Drahtverbindungsträger 35 aufweist, Wärme zwischen der Wärme, die durch die Dioden 29A und 29B während der Gleichrichtung erzeugt wird, und der Umgebungsluft aus, indem sie bewirken, dass die Fläche von jedem der Gehäuse 45 effizient in Kontakt mit der Umgebungsluft kommt. Dies leitet effektiv die Wärme ab und beschränkt einen Abfall der Rotationseffizienz, der von einem Temperaturanstieg verursacht wird. Zusätzlich umfasst die rotierende elektrische Maschine 100 auch eine Kühlmittelpassage 109, die durch das Wellenzentrum der Welle 101 läuft.
Weil gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ankerspulen 11, die Induktionsspulen 21 und die Erregerspulen 22 an dem Stator 110 und an jedem der zwei Rotoren 120 und 130 um die Rotationsachse der Welle 101 angeordnet sind, um einen Aufbau des Axialspalt-Doppelläufertyps zu bilden, ist es daher möglich, zu bewirken, dass der magnetische Fluss von Raumoberschwingungen, der in dem hauptmagnetischen Fluss enthalten ist, der von den Ankerspulen 11 erzeugt wird, effektiv mit den Induktionsspulen 21 koppelt. Dann wird der Induktionsstrom, der von den Induktionsspulen 21 erzeugt wurde, effizient als Erregerstrom den Erregerspulen 22 zugeführt.
Ohne die Notwendigkeit der Verwendung von Permanentmagneten (und daher ohne einen Abfall der Magnetkraft, der von aufgrund des magnetischen Flusses der Oberschwingung erwärmten Permanentmagneten herrührt) und ohne die Zuführung von externem Strom wird daher ein magnetisches Moment auf die Rotoren 120 und 130 zusammen mit einem Reluktanzmoment aufgebracht, wodurch ein großes Drehmoment zum Antrieb der Rotation verursacht wird.
Bezug nehmend auf 13 ist der Drahtverbindungsträger 35 fest mit dem äußeren Teil von jedem der Rotoren 120 und 130 um die Rotationsachse der Welle 101 verbunden, und die Diodengehäuse 32 sind auswechselbar in die Haltelöcher 36 derart eingesetzt, dass diese winklig und äquidistant entlang dem Umfang des Drahtverbindungsträgers 35 angeordnet sind. Weil die ersten und die zweiten Verbindungsendabschnitte 21p, 21q, 22p und 22q von jeder der Induktionsspulen 21 und der zugeordneten der Erregerspulen 22 mit den Verbindungspins 29c der Dioden 29A und 29B gekoppelt sind, ist das Gleichgewicht der Rotation nicht unterbrochen, wodurch eine stabile Rotation der Rotoren 120 und 130 ermöglicht wird. Weil des Weiteren die Diodengehäuse 32 nahe entlang des Umfangs angeordnet werden können, ist eine Verkleinerung der Größe der rotierenden elektrischen Maschine 100 möglich.
Des Weiteren sind die ersten und die zweiten Verbindungsendabschnitte 21p, 21q, 22p und 22q kompakt mit den Verbindungspins 29c der Dioden 29A und 29B verbunden, indem radiale Verbindungselemente 33a und umlaufende Verbindungselemente 33b der Drahtverbindungselemente 33 in radiale Rillen 37a und umlaufende Rillen 37b der Drahtverbindungsrillen 37, die innerhalb der äußeren Fläche 35a des Drahtverbindungsträgers 35 ausgebildet sind, angeordnet sind. Zusätzlich sind die umlaufenden Verbindungselemente 33b der Drahtverbindungselemente 33 gegenseitig isoliert und verdrahtet.
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf eine rotierende elektrische Maschine des Einzelstator-Doppelläufertyps, in der der Stator 110 zwischen den Rotoren 120 und 130 angeordnet ist, beschränkt, sondern sie kann als andere Aspekte der vorliegenden Ausführungsform als eine rotierende elektrische Maschine des Doppelstator-Einzelläufer-Axialspaltmotor ausgebildet sein, in dem ein Rotor zwischen zwei Statoren angeordnet ist, um dieselben Wirkungen bereitzustellen.
Zur Verdrahtung der Spulen kann man nicht nur einen Kupferdraht, sondern auch einen Draht aus einem Aluminiumleiter oder einen Litzendraht verwenden, d. h. verseilter Draht für Hochfrequenzstrom.
Die rotierende elektrische Maschine 100 kann zusätzlich als ein Hybridtyp konstruiert sein, in dem Permanentmagnete angeordnet werden, indem diese zu den Rotoren 120 und 130 hinzugefügt werden, oder ein magnetisches Moment kann erhalten werden durch eine Maschine des Hybridanregungstyps.
Die Gleichrichterelemente sind nicht auf die Dioden 29A und 29B beschränkt und andere Halbleiterelemente, z. B. Schaltelemente, können als Gleichrichterelemente verwendet werden. Diese sind nicht auf solche Typen beschränkt, die innerhalb des Diodengehäuses 32 aufgenommen sind, und sie können auch innerhalb der Rotoren 120 und 130 implementiert sein.
Die Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine 100 ist nicht auf die automobile Verwendung beschränkt und es ist möglich, diese beispielsweise geeignet zur Energieerzeugung aus Windkraft oder als Antriebsquelle in Werkzeugmaschinen zu verwenden.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle solchen Modifikationen und deren Äquivalente sollen von den folgenden Ansprüchen, die durch den Umfang der Ansprüche beschrieben werden, umfasst werden.
Bezugszeichenliste

11: Ankerspule
12a, 12u, 12v, 12w: Sammelschiene
15: Statorkern
15a: Endabschnitt
15k: Kerbe (Vertiefung)
16: Halterahmen (Halteplatte, Rahmen)
16a: Durchgangsloch
16t: Erhebung
17: Statornut
21: Induktionsspule
21p, 21q: Verbindungsendabschnitt
22: Erregerspule
22p, 22q: Verbindungsendabschnitt
25: Rotorkern
25a: Endabschnitt
26: Joch
27: Rotornut
29A, 29B: Diode (Gleichrichter)
29c: Verbindungspin
30: geschlossener Stromkreis
32: Diodengehäuse
33: Drahtverbindungselement
33a: radiales Verbindungselement (erster Leiter)
33b: umlaufendes Verbindungselement (zweiter Leiter)
35: Drahtverbindungsträger
36: Halteloch
37: Drahtverbindungsrille
39: Befestigungsschraube
41: Halteplatte
41a: Durchgangsloch
42: Haken
45: Gehäuse
46: zylindrische Umfangswand
61: Kühlrippe
100: rotierende elektrische Maschine
101: Welle
102, 103: Stufe
102a, 102b: Endfläche (Rotorpositionierungsabschnitt, erste Rotorstufe, zweite Rotorstufe)
103a: Endfläche (Statorpositionierungsabschnitt, Statorstufe)
108, 159: Lager
110: Stator
120: Rotor
150: Motorgehäuse
155: Flansch
D1: Spalt
D2: Spalt
G: kalibrierter Luftspalt
MoR, Mos: Harzform

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-246171 A [0003]
JP 2012-50312 A [0003]

Claims

Rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps, umfassend: einen Stator; eine Welle mit einer Rotationsachse; zwei Rotoren, die von beiden Seiten des Stators beabstandet sind, um diesen gegenüberzuliegen, und die mit der Welle drehbar um die Rotationsachse sind; eine Vielzahl von Ankerspulen, die an dem Stator um die Welle angeordnet sind; eine Vielzahl von Induktionsspulen und eine Vielzahl von Erregerspulen, die an jedem der Rotoren um die Welle herum angeordnet sind; und Gleichrichter, die konfiguriert sind, einen Induktionsstrom, der von zumindest einer der Vielzahl der Induktionsspulen erzeugt wird, gleichzurichten, und zumindest eine aus der Vielzahl der Erregerspulen mit dem gleichgerichteten Induktionsstrom zu erregen, wobei die Gleichrichter auswechselbar in Halter eines Drahtverbindungsträgers eingesetzt sind und mit den Induktionsspulen und den Erregerspulen verbunden sind.
Rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps gemäß Anspruch 1, wobei die Gleichrichter entlang des Umfangs des Drahtverbindungsträgers verteilt sind, wobei sich deren Verbindungsanschlüsse zu dem Umfang des Drahtverbindungsträgers hin erstrecken.
Rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jede aus der Vielzahl der Induktionsspulen und die zugeordnete aus der Vielzahl der Erregerspulen Wicklungen sind, die Endabschnitte aufweisen, die Endabschnitte sich zu dem Umfang des Rotors erstrecken und mit Endabschnitten der benachbarten Verdrahtungen und der Verbindungsanschlüsse der Gleichrichter mittels ersten sich radial erstreckenden Leitern und zweiten sich in Umfangsrichtung erstreckenden Leitern verbunden sind.