[Technisches Gebiet][Technical area]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine.The present disclosure relates to a rotary electric machine.
[Hintergrund][Background]
Das Dokument JP 2009-73472 A , weiter unten bezeichnet als ”Patentliteratur 1”, offenbart eine rotierende elektrische Maschine. Die daraus bekannte rotierende elektrische Maschine weist einen ersten Stator auf, welcher eine mehrphasige Statorwicklung aufweist, einen ersten Rotor, welcher vom ersten Stator umgeben ist, und einen dritten Rotor, welcher zwischen dem ersten Stator und dem ersten Rotor angeordnet ist, und welcher Permanentmagnete aufweist. Das Dokument JP 2009-73472 A offenbart eine Technologie für den Energietransfer vom ersten Rotor zum dritten Rotor. Ein generatorisches Drehmoment auf dem ersten Rotor induziert ein Reaktionsdrehmoment auf dem dritten Rotor, wenn der erste Rotor so angetrieben wird, dass dieser sich mit einer Geschwindigkeit dreht, welche höher ist als die Geschwindigkeit, mit welcher sich der dritte Rotor dreht (negativer Schlupf).The document JP 2009-73472 A , referred to below as "Patent Literature 1", discloses a rotary electric machine. The known rotary electric machine has a first stator having a polyphase stator winding, a first rotor surrounded by the first stator, and a third rotor disposed between the first stator and the first rotor and having permanent magnets , The document JP 2009-73472 A discloses a technology for energy transfer from the first rotor to the third rotor. A regenerative torque on the first rotor induces a reaction torque on the third rotor when the first rotor is driven to rotate at a speed higher than the speed at which the third rotor is rotating (negative slip).
[Stand der Technik][State of the art]
[Patentliteratur][Patent Literature]
-
Patentliteratur eins: JP 2009-73472 A Patent Literature One: JP 2009-73472 A
[Zusammenfassung][Summary]
[Technische Aufgabe][Technical task]
Wenn das generatorische Drehmoment auf dem ersten Rotor gering ist, ergibt sich bei der bekannten rotierenden elektrischen Maschine die Anforderung, elektrischen Strom durch den ersten Rotor zu führen oder aber die Anzahl der Permanentmagnete auf dem dritten Rotor zu erhöhen.When the regenerative torque on the first rotor is low, in the known rotating electrical machine, the requirement arises to pass electrical current through the first rotor or to increase the number of permanent magnets on the third rotor.
Um elektrischen Strom durch den ersten Rotor zu führen, ist ein Schleifring erforderlich. Dies erschwert die Gewährleistung von Robustheit und Wartungsfreundlichkeit. Eine Erhöhung der Anzahl an Permanentmagneten führt unweigerlich zu einer Erhöhung der Kosten.To conduct electrical current through the first rotor, a slip ring is required. This makes it difficult to ensure robustness and ease of maintenance. An increase in the number of permanent magnets inevitably leads to an increase in costs.
Daher ergibt sich die Aufgabe, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, welche die Ausgabe eines hohen Drehmoments bei geringen Kosten erlaubt, ohne auf Permanentmagnete zurückzugreifen, bei gleichzeitiger Gewährleistung von Robustheit und Wartungsfreundlichkeit.Therefore, the object is to provide a rotary electric machine, which allows the output of high torque at low cost, without resorting to permanent magnets, while ensuring robustness and ease of maintenance.
[Lösung der Aufgabe][Solution of the task]
Entsprechend der vorliegenden Implementierung wird eine rotierende elektrische Maschine mit einer Rotationsachse bereitgestellt, umfassend: einen Stator um die Rotationsachse, wobei der Stator Ankerspulen aufweist, welche durch konzentrierte Wicklung gewickelt sind, und welche konfiguriert sind, einen magnetischen Fluss zu erzeugen, wenn die Ankerspulen erregt sind, wobei der magnetische Fluss eine vorbestimmte harmonische Komponente aufweist; einen ersten Rotor, welcher um die Rotationsachse rotierbar ist, wobei der erste Rotor konfiguriert ist, mit dem magnetischen Fluss zu rotieren; und einen zweiten Rotor, welcher um die Rotationsachse rotierbar ist; wobei der erste Rotor eine Vielzahl von Rotorzähnen aufweist, die jeweils von einer Induktionsspule und von einer Feldspule umlaufen werden, wobei in der Induktionsspule ein induzierter Strom induziert wird als Reaktion auf die vorbestimmte harmonische Komponente, und wobei die Feldspule angeregt wird, wenn in der Induktionsspule der induzierte Strom induziert wird, wobei die Feldspule konfiguriert ist, magnetischen Fluss bei dem Anregen zu erzeugen; wobei der erste Rotor konfiguriert ist, einen magnetischen Pfad zu erzeugen, welcher sich durch jede der Vielzahl von Rotorzähnen hin zum zweiten Rotor erstreckt; wobei der zweite Rotor Magnetisierungsspulen aufweist, durch welche, über den magnetischen Pfad, ein Anteil des magnetischen Flusses, welcher durch den Stator erzeugt wird und des magnetischen Feldes, welches durch die Feldspulen erzeugt wird, durchtritt.According to the present implementation, there is provided a rotary electric machine having a rotation axis, comprising: a stator about the rotation axis, the stator having armature coils wound by concentrated winding and configured to generate a magnetic flux when the armature coils are energized wherein the magnetic flux has a predetermined harmonic component; a first rotor rotatable about the axis of rotation, the first rotor configured to rotate with the magnetic flux; and a second rotor which is rotatable about the axis of rotation; wherein the first rotor has a plurality of rotor teeth respectively circulated by an induction coil and a field coil, inducing an induced current in the induction coil in response to the predetermined harmonic component, and wherein the field coil is excited when in the induction coil the induced current is induced, the field coil being configured to generate magnetic flux upon excitation; wherein the first rotor is configured to generate a magnetic path extending through each of the plurality of rotor teeth toward the second rotor; the second rotor having magnetizing coils through which, via the magnetic path, a portion of the magnetic flux generated by the stator and the magnetic field generated by the field coils passes.
[Vorteilhafter Effekt][Advantageous effect]
Entsprechend der vorliegenden Implementierung wird eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellt, welche ein hohes Drehmoment bei niedrigen Kosten erzeugt, bei gleichzeitiger Gewährleistung von Robustheit und Wartungsfreundlichkeit.According to the present implementation, there is provided a rotary electric machine which produces high torque at a low cost while ensuring robustness and ease of maintenance.
[Kurze Beschreibung der Figuren][Brief description of the figures]
Die 1 ist ein Querschnitt einer rotierenden elektrischen Maschine in einer Ebene, welche orthogonal zu einer rotierenden Welle verläuft.The 1 is a cross section of a rotating electric machine in a plane which is orthogonal to a rotating shaft.
Die 2 ist eine Teilansicht der 1, welche Details der rotierenden elektrischen Maschine illustriert.The 2 is a partial view of the 1 which illustrates details of the rotary electric machine.
Die 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abdeckungs-Bauteils.The 3 is a perspective view of a cover member.
Die 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs eines inneren Rotors der rotierenden elektrischen Maschine.The 4 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a portion of an inner rotor of the rotary electric machine. FIG.
Die 5 ist ein Schaltplan von Magnetspulen auf dem inneren Rotor. The 5 is a circuit diagram of solenoids on the inner rotor.
Die 6 ist ein Schaltplan von Induktionsspulen, Feldspulen und Dioden.The 6 is a circuit diagram of inductors, field coils and diodes.
Die 7 ist ein ausschnittsweiser Querschnitt der rotierenden elektrischen Maschine, welcher die magnetische Flussdichte und Flusslinien darstellt.The 7 is a fragmentary cross section of the rotary electric machine, which illustrates the magnetic flux density and flux lines.
Die 8 ist ein ausschnittsweiser Querschnitt der rotierenden elektrischen Maschine, welcher die magnetische Flussdichte und die Flusslinien darstellt, welche durch die 2. räumlich harmonische Komponente des magnetischen Flusses erzeugt wird, welcher in der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird.The 8th FIG. 12 is a fragmentary cross section of the rotary electric machine illustrating the magnetic flux density and the flux lines generated by the 2nd spatially harmonic component of the magnetic flux generated in the rotary electric machine.
Die 9 ist eine grafische Darstellung von Drehmoment-Stromphase-Kennlinien der rotierenden elektrischen Maschine.The 9 is a graphical representation of torque-current phase characteristics of the rotating electrical machine.
Die 10 ist ein Blockschaltbild eines hybriden Antriebssystems.The 10 is a block diagram of a hybrid drive system.
Die 11 ist eine grafische Darstellung von Beziehungen zwischen Elementen der rotierenden elektrischen Maschine.The 11 Figure 4 is a graphical representation of relationships between elements of the rotating electrical machine.
Die 12 ist ein Querschnitt in einer Ebene orthogonal zu einer rotierenden Welle von einer konventionellen rotierenden elektrischen Maschine, welche Permanentmagnete aufweist.The 12 is a cross section in a plane orthogonal to a rotating shaft of a conventional rotary electric machine having permanent magnets.
Die 13 ist eine grafische Darstellung von Drehmoment-Stromphase-Kennlinien der rotierenden elektrischen Maschine, welche in der 12 dargestellt ist.The 13 is a graphical representation of torque-current phase characteristics of the rotary electric machine, which in the 12 is shown.
Die 14 ist ein ausschnittsweiser Querschnitt einer anderen konventionellen rotierenden elektrischen Maschine.The 14 is a fragmentary cross-section of another conventional rotary electric machine.
Die 15 ist eine grafische Darstellung von Drehmoment-Stromphase-Kennlinien der rotierenden elektrischen Maschine, welche in der 14 dargestellt ist.The 15 is a graphical representation of torque-current phase characteristics of the rotary electric machine, which in the 14 is shown.
[Beschreibung von Implementierungen][Description of implementations]
Gemäß der vorliegenden Implementierung wird eine rotierende elektrische Maschine mit einer Rotationsachse bereitgestellt. Die rotierende elektrische Maschine weist auf: einen Stator um die Rotationsachse, wobei der Stator Ankerspulen aufweist, welche durch konzentrierte Wicklung gewickelt sind, und welche konfiguriert sind, einen magnetischen Fluss zu erzeugen, wenn die Ankerspulen erregt sind, wobei der magnetische Fluss eine vorbestimmte harmonische Komponente aufweist; einen ersten oder äußeren Rotor, welcher um die Rotationsachse rotierbar ist, wobei der äußere Rotor konfiguriert ist, mit dem magnetischen Fluss zu rotieren; und einen zweiten oder inneren Rotor, welcher um die Rotationsachse rotierbar ist. Der erste Rotor weist eine Vielzahl von Rotorzähnen auf, die jeweils von einer Induktionsspule und von einer Feldspule umlaufen werden, wobei in der Induktionsspule ein induzierter Strom induziert wird als Reaktion auf die vorbestimmte harmonische Komponente, und wobei die Feldspule angeregt wird, wenn in der Induktionsspule der induzierte Strom induziert wird, wobei die Feldspule konfiguriert ist, ein magnetisches Feld bei dem Anregen zu erzeugen. Der erste Rotor ist konfiguriert, einen magnetischen Pfad zu erzeugen, welcher sich durch jede der Vielzahl von Rotorzähnen hin zum zweiten Rotor erstreckt. Der zweite Rotor weist Magnetisierungsspulen auf, durch welche über den magnetischen Pfad, ein Anteil des magnetischen Flusses, welcher durch den Stator erzeugt wird, und des magnetischen Flusses, welches durch die Feldspule erzeugt wird, durchtritt.According to the present implementation, a rotary electric machine having a rotation axis is provided. The rotary electric machine includes: a stator about the rotation axis, the stator having armature coils wound by concentrated winding and configured to generate a magnetic flux when the armature coils are energized, the magnetic flux being a predetermined harmonic Component; a first or outer rotor rotatable about the axis of rotation, the outer rotor configured to rotate with the magnetic flux; and a second or inner rotor which is rotatable about the axis of rotation. The first rotor has a plurality of rotor teeth respectively circulated by an induction coil and a field coil, inducing induced current in the induction coil in response to the predetermined harmonic component, and energizing the field coil when in the induction coil inducing the induced current, wherein the field coil is configured to generate a magnetic field upon excitation. The first rotor is configured to generate a magnetic path that extends through each of the plurality of rotor teeth toward the second rotor. The second rotor has magnetizing coils through which passes through the magnetic path, a portion of the magnetic flux generated by the stator, and the magnetic flux generated by the field coil.
Entsprechend der vorliegenden Implementierung wird eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellt, durch welche es möglich ist, ein großes Drehmoment bei niedrigen Kosten auszugeben, wobei Robustheit und Wartungsfreundlichkeit gewährleistet werden.According to the present implementation, there is provided a rotary electric machine, by which it is possible to output high torque at a low cost, while ensuring ruggedness and serviceability.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden Implementierungen im Detail beschrieben.Implementations will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Wie in der 1 gezeigt ist, weist die rotierende elektrische Maschine 1 einen Stator 10 auf, einen äußeren Rotor 20, welcher vom Stator 10 umgeben ist, und einen inneren Rotor 30, welcher vom äußeren Rotor 20 umgeben ist. Der innere Rotor 30 ist an einer rotierenden Welle 40 befestigt. Der äußere Rotor 20 ist vom Stator 10 durch einen vorbestimmten Luftspalt separiert. Der innere Rotor 30 ist vom äußeren Rotor 20 durch einen vorbestimmten Luftspalt separiert. Der innere Rotor 30 ist an einer rotierenden Welle 40 befestigt. Der äußere Rotor 20 und der innere Rotor 30 sind durch ein nicht dargestelltes Motorgehäuse gelagert, so dass der äußere Rotor 20 und der innere Rotor 30 koaxial relativ zueinander um die Rotationsachse drehbar sind.Like in the 1 is shown, the rotating electrical machine 1 a stator 10 on, an outer rotor 20 , which from the stator 10 surrounded, and an inner rotor 30 , which from the outer rotor 20 is surrounded. The inner rotor 30 is on a rotating shaft 40 attached. The outer rotor 20 is from the stator 10 separated by a predetermined air gap. The inner rotor 30 is from the outer rotor 20 separated by a predetermined air gap. The inner rotor 30 is on a rotating shaft 40 attached. The outer rotor 20 and the inner rotor 30 are supported by a motor housing, not shown, so that the outer rotor 20 and the inner rotor 30 coaxially relative to each other about the rotation axis are rotatable.
Die rotierende Welle 40 erstreckt sich axial in einer Richtung der Drehachse. Der Ausdruck ”radial” wird vorliegend gebraucht um radiale Richtungen bezüglich der Rotationsachse zu bezeichnen.The rotating shaft 40 extends axially in a direction of the axis of rotation. The term "radial" is used herein to refer to radial directions with respect to the axis of rotation.
Der Ausdruck ”in Umfangsrichtung” wird verwendet, um auf einen Bogen oder auf einen Kreis um die Rotationsachse Bezug zu nehmen.The term "circumferential" is used to refer to an arc or circle around the axis of rotation.
Wie in der 2 dargestellt ist, weist der Stator 10 einen Statorkern 11 auf, um welchen die Ankerspulen 12 durch konzentrierte Wicklung gewickelt sind. Die 2 ist eine ausschnittsweise Ansicht über ein Viertel (1/4), das heißt 90/360 mechanische Grade des Querschnitts der rotierenden elektrischen Maschine 1. Der Statorkern 11 ist beispielsweise aus einem Material gefertigt, welches durch Laminierung einer Vielzahl von Elektroblechen in einer Richtung der Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1 gebildet wird. Like in the 2 is shown, the stator 10 a stator core 11 on which the armature coils 12 are wound by concentrated winding. The 2 is a partial view of a quarter (1/4), that is 90/360 mechanical degrees of the cross section of the rotating electric machine 1 , The stator core 11 For example, it is made of a material which is made by laminating a plurality of electric sheets in a direction of the rotation axis of the rotary electric machine 1 is formed.
Der Statorkern 11 ist mit einer Vielzahl von Statorzähnen 13 versehen. Die Statorzähne 13 sind an einem radial inneren umfangsseitigen Bereich des Statorkerns 11 angeordnet, das heißt einem umfangsseitigen Bereich des Statorkerns, welcher zum äußeren Rotor 20 zugewandt ist. Die Statorzähne 13 erstrecken sich von der Basis des Statorkerns in radial einwärts gerichteten Richtungen hin zur Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1. Die Statorzähne 13 sind in Umfangsrichtung um die Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1 in regelmäßigen Abständen verteilt angeordnet.The stator core 11 is with a variety of stator teeth 13 Mistake. The stator teeth 13 are at a radially inner peripheral portion of the stator core 11 arranged, that is, a peripheral portion of the stator core, which is the outer rotor 20 is facing. The stator teeth 13 extend from the base of the stator core in radially inward directions toward the rotational axis of the rotary electric machine 1 , The stator teeth 13 are circumferentially about the axis of rotation of the rotating electrical machine 1 arranged distributed at regular intervals.
Der Statorkern 11 ist mit einer Vielzahl von Schlitzen 14 versehen, die jeweils einen nutenähnlichen Raum zwischen zwei benachbarten, aber in Umfangsrichtung um die Rotationsachse separierten Statorzähnen 13 bilden. Die Schlitze 14 nehmen die Ankerspulen 12 auf. Die Ankerspulen 12 sind unterteilbar in und weisen drei Gruppen auf, jeweils für eine W-Phase, eine V-Phase und eine U-Phase eines Dreiphasenwechselstroms. Jede der Ankerspulen 12 ist um einen der Statorzähne 13 durch konzentrierte Wicklung gewickelt. Ein magnetisches Feld geht von den Statorzähnen 13 aus, wenn die Ankerspulen 12 angeregt sind. In anderen Worten wird ein magnetischer Fluss oder ein ankererzeugter magnetischer Fluss erzeugt, wenn die Ankerspulen 12 angeregt werden.The stator core 11 is with a variety of slots 14 each provided with a groove-like space between two adjacent but circumferentially separated around the axis of rotation stator teeth 13 form. The slots 14 take the armature coils 12 on. The armature coils 12 are divisible into and have three groups, each for a W-phase, a V-phase and a U-phase of a three-phase alternating current. Each of the armature coils 12 is around one of the stator teeth 13 wrapped by concentrated winding. A magnetic field goes from the stator teeth 13 off when the armature coils 12 are excited. In other words, a magnetic flux or an anchor-generated magnetic flux is generated when the armature coils 12 be stimulated.
Der magnetische Fluss rotiert, wenn die Ankerspulen 12 mit einem Dreiphasenwechselstrom versorgt werden. Der magnetische Fluss rotiert um die Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1. Der rotierende magnetische Fluss dringt in den äußeren Rotor 20 ein. Dies führt zur Erzeugung eines Drehmoments, welches auf den äußeren Rotor 20 wirkt, und welches dazu führt, dass der äußere Rotor 20 um die Rotationsachse rotiert.The magnetic flux rotates when the armature coils 12 be supplied with a three-phase alternating current. The magnetic flux rotates about the axis of rotation of the rotating electrical machine 1 , The rotating magnetic flux penetrates into the outer rotor 20 one. This results in the generation of a torque which is on the outer rotor 20 acts, and which causes the outer rotor 20 rotated about the axis of rotation.
Wie beschrieben wurde, sind die Ankerspulen 12 durch konzentrierte Wicklung um den Stator 10 gewickelt. Da die Ankerspulen 12 durch konzentrierte Wicklung gewickelt sind, enthält der rotierende magnetische Fluss nicht nur die Grundwelle, welche synchron mit der Rotation des äußeren Rotor 20 rotiert, sondern zusätzlich mehrere Harmonische oder harmonische Komponenten, welche asynchron mit der Rotation des äußeren Rotors 20 rotieren. Die Harmonischen des rotierenden magnetischen Flusses beinhalten die 2. (zweite) räumliche Harmonische im stationären Koordinatensystem, das heißt die 3. (dritte) Zeitharmonische im synchron rotierenden Koordinatensystem. Daher sind die harmonischen Komponenten der Grundwelle überlagert, welche durch den Stator 10 erzeugt wird.As has been described, the armature coils 12 through concentrated winding around the stator 10 wound. Because the armature coils 12 are wound by concentrated winding, the rotating magnetic flux not only contains the fundamental wave, which synchronizes with the rotation of the outer rotor 20 but in addition several harmonics or harmonic components, which asynchronous with the rotation of the outer rotor 20 rotate. The harmonics of the rotating magnetic flux include the second (second) spatial harmonic in the stationary coordinate system, that is, the third (third) time harmonic in the synchronously rotating coordinate system. Therefore, the harmonic components of the fundamental wave are superimposed by the stator 10 is produced.
Der äußere Rotor 20 ist rotierbar um die Rotationsachse. Der äußere Rotor 20 weist eine Vielzahl Außenrotorzähnen 21 auf, welche in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verteilt sind, eine Vielzahl von Induktionsspulen 22, eine Vielzahl von Feldspulen 23, und eine Vielzahl von Brückenabschnitten 24.The outer rotor 20 is rotatable about the axis of rotation. The outer rotor 20 has a plurality of outer rotor teeth 21 on, which are distributed in the circumferential direction about the axis of rotation, a plurality of induction coils 22 , a variety of field coils 23 , and a variety of bridge sections 24 ,
Die Außenrotorzähne 21 sind aus einem magnetischen Material, wie Stahlblech, welches eine hohe Permeabilität aufweist, und welches intern magnetische Pfade ausbildet. Die Brückenabschnitte 24 sind einstückig mit den Außenrotorzähnen 21 ausgebildet, so dass jedes der Brückenabschnitte 24 die in Umfangsrichtung benachbarten zwei der Außenrotorzähne 21 miteinander verbindet. Daher sind die Außenrotorzähne 21 miteinander über die Brückenabschnitte 24 verbunden.The external rotor teeth 21 are made of a magnetic material, such as steel sheet, which has a high permeability and which forms internal magnetic paths. The bridge sections 24 are integral with the outer rotor teeth 21 formed so that each of the bridge sections 24 the circumferentially adjacent two of the outer rotor teeth 21 connects with each other. Therefore, the outer rotor teeth 21 with each other over the bridge sections 24 connected.
Induktionspole 25, die jeweils am Mittelpunkt zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende auf einem der Brückenabschnitte 24 ausgebildet sind, erstrecken sich relativ zur Rotationsachse radial nach außen von den Brückenabschnitten 24 weg. Vorzugsweise ist jeder der Induktionspole 25 auf einer der q-Achsen angeordnet (siehe 6), jeweils zwischen zwei benachbarten Außenrotorzähnen 21. induction poles 25 , each at the midpoint between one end and the other end on one of the bridge sections 24 are formed extend radially outwardly from the bridge sections relative to the axis of rotation 24 path. Preferably, each of the induction poles 25 arranged on one of the q-axes (see 6 ), between each two adjacent outer rotor teeth 21 ,
Jeder der Induktionspole 25 erstreckt sich von einem der Brückenabschnitte 24 in einer radialen Richtung hin zu einer vorbestimmten Position, welche weiter radial einwärts liegt, als eine radial äußere Seitenfläche des äußeren Rotors 20, das heißt einer äußeren umfangsseitigen Oberfläche des äußeren Rotors 20. Jeder Induktionspol 25 ist mit einem Durchgangsloch 25b versehen, dass sich axial in Richtung der Rotationsachse durch einen distalen Endbereich 25a des Induktionspols 25 erstreckt.Each of the induction poles 25 extends from one of the bridge sections 24 in a radial direction toward a predetermined position which is more radially inward than a radially outer side surface of the outer rotor 20 that is, an outer peripheral surface of the outer rotor 20 , Each induction pole 25 is with a through hole 25b provided that axially in the direction of the axis of rotation by a distal end portion 25a of the induction pole 25 extends.
Die oben beschriebenen Außenrotorzähne 21, die Brückenabschnitte 24 und die Induktionspole 25 sind zusammen einstückig ausgebildet, beispielsweise durch eine axial laminierte Vielzahl von Elektroblechen.The outer rotor teeth described above 21 , the bridge sections 24 and the induction poles 25 are integrally formed together, for example, by an axially laminated plurality of electrical sheets.
Die Außenrotorzähne 21 weisen Flansche 26 auf. Jeder der Flansche 26 ist ein Bestandteil eines der einstückigen Außenrotorzähne 21. Jeder der Flansche 26 definiert ein radial inneres Ende eines der Außenrotorzähne 21. Das radial innere Ende jedes der Außenrotorzähne 21 ist dem inneren Rotor 30 zugewandt. Die Flansche 26 sind separiert von und zugewandt zur radial äußeren umfangsseitigen Oberfläche des inneren Rotors 30 über einen vorbestimmten Luftspalt. Konkret ist jeder Flansch 26 der Außenrotorzähne 21 zugewandt zu, jedoch separiert von einigen der Innenrotorzähne 33 des inneren Rotors 30 über einen vorbestimmten Luftspalt. Die Flansche 26 der Außenrotorzähne 21 sind in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verteilt. Jedes Paar an benachbarten Flanschen 26 ist in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, um einen vordefinierten Luftspalt zwischen den benachbarten zwei Flanschen 26 zu definieren. Eine Spaltbreite dieses vordefinierten Luftspalts ist weit genug gesetzt, um zu verhindern, dass magnetischer Fluss die benachbarten zwei Flansche 26 überbrückt, wenn, bei angeregten Feldspulen 23, die Außenrotorzähne 21 magnetisiert sind.The external rotor teeth 21 have flanges 26 on. Each of the flanges 26 is a component of one of the one-piece outer rotor teeth 21 , Each of the flanges 26 defines a radially inner end of one of the outer rotor teeth 21 , The radially inner end of each of the outer rotor teeth 21 is the inner rotor 30 facing. The flanges 26 are separated from and facing the radially outer circumferential surface of the inner rotor 30 over a predetermined air gap. Specifically, every flange 26 the outer rotor teeth 21 facing, but separated from some of the inner rotor teeth 33 of the inner rotor 30 over a predetermined air gap. The flanges 26 the outer rotor teeth 21 are distributed in the circumferential direction about the axis of rotation. Each pair of adjacent flanges 26 is circumferentially spaced from one another by a predefined air gap between the adjacent two flanges 26 define. A gap width of this predefined air gap is set wide enough to prevent magnetic flux from the adjacent two flanges 26 bypasses, if, with excited field coils 23 , the external rotor teeth 21 are magnetized.
Die oben erwähnte Konfiguration verhindert einen Transfer magnetischer Energie zwischen benachbarten zweien der Außenrotorzähne 21 über die Flansche 26. In anderen Worten, magnetischer Fluss, welcher durch den Stator 10 erzeugt wird, und welcher in einen der Außenrotorzähne 21 eindringt, und magnetischer Fluss, welcher erzeugt wird, wenn einer der Außenrotorzähne 21 magnetisiert ist, wird davon abgehalten, durch die Flansche 26 nacheinander durchzutreten. Die Flansche 26 separieren magnetisch jeden der Außenrotorzähne 21 von den dazu benachbarten zwei der Außenrotorzähne 21. Daher stellen die Flansche 26 offene magnetische Pfade durch den äußeren Rotor 20 bereit, um einer großen Menge des magnetischen Flusses, der einerseits durch die Ankerspulen 12, andererseits durch die Feldspulen 23 erzeugt wird, zu ermöglichen, in den inneren Rotor 30 einzutreten.The above-mentioned configuration prevents a transfer of magnetic energy between adjacent two of the outer rotor teeth 21 over the flanges 26 , In other words, magnetic flux passing through the stator 10 is generated, and which in one of the outer rotor teeth 21 penetrates, and magnetic flux, which is generated when one of the outer rotor teeth 21 magnetized, is deterred by the flanges 26 to go through one after the other. The flanges 26 magnetically separate each of the outer rotor teeth 21 from the adjacent two of the outer rotor teeth 21 , Therefore, make the flanges 26 open magnetic paths through the outer rotor 20 ready for a large amount of magnetic flux, on the one hand by the armature coils 12 on the other hand by the field coils 23 is generated, to allow in the inner rotor 30 enter.
Die Induktionsspulen 22 sind um die Außenrotorzähne 21 durch konzentrierte Wicklung gewickelt. Die Induktionsspulen 22 sind auf einer radial äußeren Seite der Brückenabschnitte 24 der Außenrotorzähne 21 angeordnet. Daher sind die Induktionsspulen 22 zwischen den Brückenabschnitten 24 und dem Stator 10 angeordnet. Jeder der oben erwähnten Induktionspole 25 ist zwischen benachbarten zwei Induktionsspulen 22 angeordnet, welche um zueinander benachbarte zwei der Außenrotorzähne 21 gewickelt sind, welche in Umfangsrichtung um die Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1 voneinander separiert sind. Eine der zueinander benachbarten zwei der Induktionsspulen 22 wird durch Wickeln eines elektrischen Leiters im Uhrzeigersinn um einen der zueinander benachbarten zwei der Außenrotorzähne 21 gefertigt und die andere der zwei Induktionsspulen 22 wird durch Wickeln eines elektrischen Leiters entgegen dem Uhrzeigersinn um den anderen der zueinander benachbarten zwei der Außenrotorzähne 21 gefertigt.The induction coils 22 are around the outer rotor teeth 21 wrapped by concentrated winding. The induction coils 22 are on a radially outer side of the bridge sections 24 the outer rotor teeth 21 arranged. Therefore, the induction coils 22 between the bridge sections 24 and the stator 10 arranged. Each of the induction poles mentioned above 25 is between adjacent two induction coils 22 arranged, which are adjacent to each other two of the outer rotor teeth 21 are wound, which in the circumferential direction about the axis of rotation of the rotating electric machine 1 are separated from each other. One of the adjacent two of the induction coils 22 is made by winding an electrical conductor in a clockwise direction about one of the adjacent two of the outer rotor teeth 21 manufactured and the other of the two induction coils 22 is made by winding an electrical conductor counterclockwise around the other of the adjacent two of the outer rotor teeth 21 manufactured.
Die Induktionsspulen 22, welche um die Statorzähne 21 gewickelt sind, werden induziert, um Induktionsströme zu erzeugen, als Reaktion auf die harmonische Komponente, welche in dem magnetischen Fluss enthalten ist, welcher vom Stator 10 ausgeht. Konkret, wenn die Ankerspulen 12 mit dem Dreiphasenwechselstrom versorgt werden, um das rotierende magnetische Feld im Stator 10 zu erzeugen, wechselwirkt der Fluss der harmonischen Komponente, welcher der Grundwelle des rotierenden magnetischen Flusses, welcher von dem Stator 10 ausgeht, überlagert ist, mit den Induktionsspulen 22. Durch den Fluss der harmonischen Komponente, welche mit den Induktionsspulen 22 wechselwirkt, werden Induktionsströme in den Induktionsspulen 22 induziert.The induction coils 22 , which around the stator teeth 21 are induced to generate induction currents in response to the harmonic component contained in the magnetic flux flowing from the stator 10 emanates. Specifically, if the armature coils 12 be supplied with the three-phase alternating current to the rotating magnetic field in the stator 10 to generate, the flow of the harmonic component which interacts with the fundamental wave of the rotating magnetic flux coming from the stator interacts 10 goes out, superimposed, with the induction coils 22 , By the flow of the harmonic component, which with the induction coils 22 interacts, induction currents are in the induction coils 22 induced.
Auf einem radial äußeren Ende der Induktionsspulen 22 sind Abdeckungs-Bauteile 27 in Umfangsrichtung arraymäßig angeordnet. Jedes der Abdeckungs-Bauteile 27 überlagert eine der Induktionsspulen 22, welche um eine von benachbarten zweien der Vielzahl von Außenrotorzähnen 21 gewickelt ist, sowie die andere der Induktionsspulen 22, welche um die andere der benachbarten zwei der Vielzahl von Außenrotorzähnen 21 gewickelt ist. Das Abdeckungs-Bauteil 27 ist plattenförmig ausgebildet, beispielsweise aus Edelstahl. Jedes der Außenrotorzähne 21 hat einen radialen Endabschnitt 21a, welcher eine radial nach außen weisende Oberfläche aufweist. Der radiale Endabschnitt 21a ist mit zwei Nuten 21b versehen, welche sich jeweils über eine Länge entlang der Rotationsachse des äußeren Rotors 20 erstrecken. Bei jedem der Außenrotorzähne 21 öffnet sich eine der zwei Nuten 21b nach außen in einer Umfangsrichtung, um einen umfangsrichtungs-weisenden Seitenrand eines der Abdeckungs-Bauteile 27 aufzunehmen, wohingegen die der andere der zwei Nuten 21b sich nach außen in die entgegengesetzte Umfangsrichtung öffnet, um einen umfangsrichtungs-weisenden Seitenrand eines anderen der Abdeckungs-Bauteile 27 aufzunehmen. Jedes der in Umfangsrichtung arraymäßig angeordneten Abdeckungs-Bauteile 27 wird zwischen benachbarten zweien der Außenrotorzähne 21 gehaltert, wobei der eine und der andere umfangsrichtungs-weisende Seitenrand des Abdeckungs-Bauteils 27 entlang einer Axialrichtung in die Nuten 21b der zwei zueinander benachbarten Außenrotorzähne 21 eingefügt wird, um in die Nuten 21b montiert zu werden.On a radially outer end of the induction coils 22 are cover components 27 Arraymäßig arranged in the circumferential direction. Each of the cover components 27 overlays one of the induction coils 22 around one of adjacent two of the plurality of outer rotor teeth 21 is wound, as well as the other of the induction coils 22 which around the other of the adjacent two of the plurality of outer rotor teeth 21 is wound. The cover component 27 is plate-shaped, for example made of stainless steel. Each of the outer rotor teeth 21 has a radial end portion 21a which has a radially outwardly facing surface. The radial end portion 21a is with two grooves 21b each having a length along the axis of rotation of the outer rotor 20 extend. For each of the outer rotor teeth 21 one of the two grooves opens 21b outward in a circumferential direction about a circumferential direction-facing side edge of one of the cover members 27 whereas the other of the two grooves 21b opens outwardly in the opposite circumferential direction, around a circumferential direction-facing side edge of another of the cover components 27 take. Each of the circumferentially Arraymäßig arranged cover components 27 becomes between adjacent two of the outer rotor teeth 21 supported, wherein the one and the other circumferential direction-facing side edge of the cover component 27 along an axial direction in the grooves 21b the two mutually adjacent outer rotor teeth 21 is inserted into the grooves 21b to be mounted.
Wie in der 3 gezeigt ist, ist bei jedem der Abdeckungs-Bauteile 27 am Mittelpunkt zwischen dem einen und dem anderen umfangsrichtungs-weisenden Seitenrand ein gegenüberliegendes Paar an zueinander fluchtenden Schlitzen 27a ausgebildet, welche sich von axialrichtungs-weisenden Seitenrändern des Abdeckungs-Bauteils 27 nach innen erstrecken. Das Abdeckungs-Bauteil 27 hat zwei Verschlussabschnitte 27b, wovon einer davon in einen der zueinander gegenüberliegenden und zueinander fluchtendenden Schlitze 27a hineinragt, hin zu seinem offenen Ende, und wobei der andere in dem anderen der zwei gegenüberliegenden und zueinander fluchtenden Schlitze 27a hineinragt, hin zu seinem offenen Ende. Durch jeden der zwei Verschlussabschnitte 27b erstreckt sich jeweils eine Verschlussöffnung 27c an einem Flächenabschnitt, welcher sich nahe der Spitze des jeweiligen Verschlussabschnitts 27b befindet.Like in the 3 is shown in each of the cover components 27 at the midpoint between the one and the other circumferential direction-facing side edge, an opposite pair of mutually aligned slots 27a formed, which from axially-directional side edges of the cover member 27 extend inwards. The cover component 27 has two closure sections 27b , one of them in one the mutually opposite and mutually aligned slots 27a protruding toward its open end, and the other in the other of the two opposite and aligned slots 27a protrudes, towards its open end. Through each of the two closure sections 27b each extends a shutter opening 27c at a surface portion which is near the top of the respective closure portion 27b located.
Bei jedem der Abdeckungs-Bauteile 27 sind die Verschlussabschnitte 27b und die Verschlussöffnungen 27c so ausgebildet, dass, wenn das Abdeckungs-Bauteil 27 zwischen den zwei benachbarten der Außenrotorzähne 21 gehaltert ist und die Verschlussabschnitte 27b in radial einwärts gerichtete Richtungen gebogen sind, die Verschlussöffnungen 27c mit den Durchgangsöffnungen 25b des Induktionspols 25 fluchten. Ein Stift wird in die Verschlussöffnungen 27c eingeführt, welche mit dem Durchgangsloch 25b des Induktionspols 25 fluchten, um das Abdeckungs-Bauteil 27 am Mittelpunkt zwischen dem einen und dem anderen umfangsrichtungs-Seitenrand des Abdeckungs-Bauteils 27 zu sichern. Diese Konfiguration hält die Abdeckungs-Bauteile 27 in Position um zu verhindern, dass die Induktionsspulen 22 durch Zentrifugalkräfte aufbrechen.For each of the cover components 27 are the closure sections 27b and the shutter openings 27c designed so that when the cover component 27 between the two adjacent outer rotor teeth 21 is held and the closure sections 27b are bent in radially inward directions, the shutter openings 27c with the passage openings 25b of the induction pole 25 aligned. A pin is inserted into the shutter openings 27c introduced, which with the through hole 25b of the induction pole 25 align with the cover component 27 at the midpoint between the one and the other circumferential direction side edges of the cover component 27 to secure. This configuration holds the cover components 27 in position to prevent the induction coils 22 break up by centrifugal forces.
Wie in der 2 gezeigt ist, umgeben für jeden der Außenrotorzähne 21 die Induktionsspule 22 und die Feldspule 23, welche um den jeweiligen Außenrotorzahn 21 gewickelt sind, zwei der Brückenabschnitte 24 so, dass die Induktionsspule 22 radial außenliegend zu den zwei Brückenabschnitten 24 angeordnet ist und die Feldspule 23 radial innenliegend zu den zwei Brückenabschnitten 24 angeordnet ist. Die Feldspulen 23 sind um die Außenrotorzähne 21 durch konzentrierte Wicklung an radial nach innen weisenden Seiten der Brückenabschnitte 24 gewickelt. In anderen Worten sind die Feldspulen 23 zwischen den Brückenabschnitten 24 und dem inneren Rotor 30 angeordnet. Eine von benachbarten zwei Feldspulen 23 wird durch Wickeln eines elektrischen Leiters um einen der benachbarten zwei der Außenrotorzähne 21 im Uhrzeigersinn hergestellt und die andere der Feldspulen 23 wird durch Wickeln eines elektrischen Leiters um den anderen der zwei benachbarten zwei der Außenrotorzähne 21 entgegen dem Uhrzeigersinn hergestellt. Die Induktionsspule 22 und die Feldspule 23, welche um den gleichen Außenrotorzahn 21 gewickelt sind, sind in der gleichen Richtung orientiert.Like in the 2 is shown surrounded for each of the outer rotor teeth 21 the induction coil 22 and the field coil 23 , which around the respective outer rotor tooth 21 are wound, two of the bridge sections 24 so that the induction coil 22 radially outboard to the two bridge sections 24 is arranged and the field coil 23 radially inward of the two bridge sections 24 is arranged. The field coils 23 are around the outer rotor teeth 21 by concentrated winding on radially inwardly facing sides of the bridge sections 24 wound. In other words, the field coils 23 between the bridge sections 24 and the inner rotor 30 arranged. One of adjacent two field coils 23 is by winding an electrical conductor around one of the adjacent two of the outer rotor teeth 21 made in a clockwise direction and the other of the field coils 23 is made by winding one electrical conductor around the other of the two adjacent two of the outer rotor teeth 21 made in a counterclockwise direction. The induction coil 22 and the field coil 23 which are around the same outer rotor tooth 21 are wound in the same direction.
Ein Wechselstrom, welcher durch jede der Induktionsspulen 22 erzeugt wird, wird durch eine unten beschriebene Gleichrichterschaltung 50 zu einem Gleichstrom gleichgerichtet (siehe 6). Dieser Gleichstrom wird den Feldspulen 23 zugeführt.An alternating current passing through each of the induction coils 22 is generated by a rectifier circuit described below 50 rectified to a direct current (see 6 ). This DC current is the field coils 23 fed.
Wie in der 4 gezeigt ist, weist der innere Rotor 30 einen Rotorkern 31 und eine Vielzahl von Magnetisierungsspulen 32 auf. Die 4 ist eine ausschnittsweise Ansicht über ein Viertel (1/4), d. h. 90/360 mechanische Grade, des Querschnitts des inneren Rotors 30. Der Rotorkern 31 ist beispielsweise aus einem Material gefertigt, welches durch Laminierung einer Vielzahl von Elektroblechen in einer Richtung der Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1 gebildet wird.Like in the 4 is shown, the inner rotor 30 a rotor core 31 and a plurality of magnetizing coils 32 on. The 4 is a partial view over a quarter (1/4), ie 90/360 mechanical degrees, of the cross section of the inner rotor 30 , The rotor core 31 For example, it is made of a material which is made by laminating a plurality of electric sheets in a direction of the rotation axis of the rotary electric machine 1 is formed.
Der Rotorkern 31 ist mit einer Vielzahl von Innenrotorzähnen 33 versehen. Die Innenrotorzähne 31 sind an einem äußeren umfangsseitigen Bereich des Rotorkerns 31, d. h. ein umfangsseitiger Bereich des Rotorkerns 31, welcher dem äußeren Rotor 20 zugewandt ist, in einer radialen Richtung angeordnet. Die Innenrotorzähne 33 erstrecken sich von der Basis des Rotorkerns 31 in eine radial nach außen gerichtete Richtung weg von der Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1. Die Innenrotorzähne 33 sind in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen um die Rotationsachse der rotierenden elektrischen Maschine 1 verteilt.The rotor core 31 is with a variety of inner rotor teeth 33 Mistake. The inner rotor teeth 31 are on an outer peripheral area of the rotor core 31 ie a peripheral area of the rotor core 31 , which is the outer rotor 20 facing, arranged in a radial direction. The inner rotor teeth 33 extend from the base of the rotor core 31 in a radially outward direction away from the axis of rotation of the rotary electric machine 1 , The inner rotor teeth 33 are in the circumferential direction at regular intervals about the axis of rotation of the rotating electrical machine 1 distributed.
Der Rotorkern 31 ist mit einer Vielzahl von Schlitzen 34 versehen, wobei jeder dieser Schlitze 34 ein nutenförmiger Raum ist, welcher zwischen benachbarten, jedoch in Umfangsrichtung separierten Innenrotorzähnen 33 gebildet wird. Die Schlitze 34 nehmen die Magnetisierungsspulen 32 auf. Die Magnetisierungsspulen 32 sind unterteilbar in und weisen drei Gruppen auf, jeweils für eine W-Phase, eine V-Phase oder eine U-Phase eines Dreiphasenwechselstroms. The rotor core 31 is with a variety of slots 34 provided with each of these slots 34 a groove-shaped space which is between adjacent but circumferentially separated inner rotor teeth 33 is formed. The slots 34 take the magnetization coils 32 on. The magnetizing coils 32 are subdividable in and have three groups, each for a W-phase, a V-phase or a U-phase of a three-phase alternating current.
Wie in der 5 dargestellt ist, sind drei Spulen der Magnetisierungsspulen 32 im Stern verbunden, um eine Drei-Phasen-Sternschaltung (Y) bereitzustellen. Schalter 32a und 32b sind in der Schaltung integriert, um wahlweise eine Kurzschlussverbindung bereitzustellen, in welcher Enden der drei Spulen kurzgeschlossen sind, oder aber eine offenendige Verbindung bereitzustellen, in welcher die Enden der drei Spulen offene Enden bilden. Die Schalter 32a und 32b werden geschlossen, um die Kurzschluss-Verbindung bereitzustellen, oder geöffnet, um die offenendige Verbindung bereitzustellen. Die Schalter 32a und 32b werden geschlossen, um die Kurzschlussverbindung bereitzustellen, wenn der innere Rotor 30 sich auf hohen Drehgeschwindigkeiten dreht, d. h. wenn die Drehgeschwindigkeit des inneren Rotors 30 gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert für die Drehgeschwindigkeit. Die Schalter 32a und 32b werden geöffnet, um in die offenendige Verbindung bereitzustellen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des inneren Rotors 30 geringer ist als der vorbestimmte Wert der Drehgeschwindigkeit. Als Schalter 32a und 32b können mechanisch betätigbare Schalter verwendet werden. Die mechanisch betätigbaren Schalter können durch eine Zentrifugalkraft betätigbar sein, welche durch die Rotation des inneren Rotors 30 erzeugt wird, um wahlweise die Kurzschlussverbindung oder die offenendige Verbindung bereitzustellen.Like in the 5 are three coils of the magnetizing coils 32 connected in the star to provide a three-phase star connection (Y). switch 32a and 32b are integrated in the circuit to selectively provide a short-circuit connection in which ends of the three coils are short-circuited or to provide an open-ended connection in which the ends of the three coils form open ends. The switches 32a and 32b are closed to provide the short-circuit connection or opened to provide the open-ended connection. The switches 32a and 32b are closed to provide the short-circuit connection when the inner rotor 30 rotates at high rotational speeds, ie when the rotational speed of the inner rotor 30 is equal to or greater than a predetermined value for the rotational speed. The switches 32a and 32b are opened to provide in the open ended connection when the rotation speed of the inner rotor 30 is less than the predetermined value of the rotational speed. As a switch 32a and 32b mechanically operated switches can be used. The Mechanically actuated switches may be actuatable by a centrifugal force caused by the rotation of the inner rotor 30 is generated to selectively provide the shorting connection or the open ended connection.
Die rotierende elektrische Maschine 1 weist eine Gleichrichterschaltung 50 auf. Die Gleichrichterschaltung 50 bewirkt eine Gleichrichtung des induzierten Wechselstroms, welcher in den Induktionsspulen 22 induziert wurde und führt den gleichgerichteten Gleichstrom den Feldspulen 23 zu.The rotating electric machine 1 has a rectifier circuit 50 on. The rectifier circuit 50 causes a rectification of the induced alternating current, which in the induction coil 22 was induced and leads the rectified direct current to the field coils 23 to.
Wie in der 6 dargestellt ist, ist die Gleichrichterschaltung 50 ein geschlossener Stromkreis. Der geschlossene Stromkreis weist zwei Dioden D1 und D2 auf, welche als Gleichrichterelemente dienen. Innerhalb des geschlossenen Stromkreises sind diese zwei Dioden D1 und D2 mit zwei Induktionsspulen 22 und zwei Feldspulen 23 verbunden. Like in the 6 is shown, is the rectifier circuit 50 a closed circuit. The closed circuit has two diodes D1 and D2, which serve as rectifier elements. Within the closed circuit are these two diodes D1 and D2 with two inductors 22 and two field coils 23 connected.
Die Gleichrichterschalterschaltung 50 ist auf einer Anschlussplatine untergebracht, welche nicht dargestellt ist. Die auf der Anschlussplatine untergebrachte Gleichrichterschaltung 50 ist am äußeren Rotor 20 befestigt. Die Gleichrichterschaltung 50 kann innerhalb des äußeren Rotors 20 implementiert sein.The rectifier switch circuit 50 is housed on a connector board, which is not shown. The rectifier circuit housed on the terminal board 50 is on the outer rotor 20 attached. The rectifier circuit 50 can be inside the outer rotor 20 be implemented.
Jeder der induzierten Wechselströme, welche durch die zwei Induktionsspulen 22 erzeugt werden, wird durch ein Neutral Point Clamped(NPC)-Diodenmodul halbwellengleichgerichtet, wobei alle Kathoden der Dioden D1 und D2 direkt miteinander verbunden sind. In der Realisierung wird die Seite, an welcher alle Katoden der Dioden D1 und D2 direkt miteinander verbunden sind, mit den zwei Feldspulen 23 verbunden, um die 2. räumliche Harmonische mit einer erhöhten Konversionseffizienz als Quelle für die Feldenergie zu benutzen. Die zwei Feldspulen 23 erzeugen einen induzierten magnetischen Fluss bei der Zufuhr des Gleichstroms.Each of the induced alternating currents, passing through the two induction coils 22 are generated by a neutral point clamped (NPC) diode module half-wave rectified, with all the cathodes of the diodes D1 and D2 are connected directly to each other. In the implementation, the side at which all the cathodes of the diodes D1 and D2 are directly connected to each other, with the two field coils 23 connected to use the 2nd spatial harmonic with increased conversion efficiency as a source of field energy. The two field coils 23 generate an induced magnetic flux during the supply of the direct current.
In der Implementierung tritt die 2. räumliche Harmonische (oder die 3. Zeitharmonische im synchron mit der Grundwelle rotierenden Koordinatensystem), welche zwangsläufig am Stator 10 auftritt, welcher die Ankerspulen 12 aufweist, welche durch konzentrierte Wicklung gebildet wurden, in den äußeren Rotor 20 mit der ausgeprägten Struktur ein, um mit den Induktionsspulen 22 eine Flussverkettung zu bilden. Dadurch werden in den Induktionsspulen 22 Induktionsströme induziert. Die Gleichrichterschaltung 50 richtet die Induktionsströme zu Gleichstrom gleich. Dieser Gleichstrom wird den Feldspulen 23 zugeführt. Die Feldspulen 23 erzeugen einen induzierten magnetischen Fluss während der Zufuhr des Gleichstroms.In the implementation, the 2nd spatial harmonic (or the 3rd time harmonic in the coordinate system rotating in synchronism with the fundamental wave) inevitably enters the stator 10 occurs, which is the armature coils 12 which have been formed by concentrated winding, in the outer rotor 20 with the pronounced structure to match with the induction coils 22 to form a flux linkage. This will be in the induction coils 22 Induction currents induced. The rectifier circuit 50 directs the induction currents to DC. This DC current is the field coils 23 fed. The field coils 23 generate an induced magnetic flux during the supply of the direct current.
Diese Konfiguration ermöglicht es, mit der rotierenden elektrischen Maschine 1, ein Reluktanz-Drehmoment auszunutzen, welches durch das rotierende magnetische Feld erzeugt wird, welches von dem Stator 10 austritt, und ein elektrisches Drehmoment des Selbsterregungs-Typs, welches durch die Feldspulen 23 erzeugt wird. Dadurch wird mit der rotierenden elektrischen Maschine 1 ermöglicht, Kosten durch die Vermeidung von Permanentmagneten zu reduzieren.This configuration makes it possible with the rotating electric machine 1 to exploit a reluctance torque generated by the rotating magnetic field generated by the stator 10 and an electrical torque of the self-excitation type passing through the field coils 23 is produced. This is done with the rotating electric machine 1 makes it possible to reduce costs by avoiding permanent magnets.
Diese Konfiguration erleichtert es, für den ankererzeugten magnetischen Fluss, welcher aus den Ankerspulen 12 auf dem Stator 10 austritt, und dem magnetischen Feldfluss, welcher von den Feldspulen 23 auf dem äußeren Rotor 20 austritt, mit den Magnetisierungsspulen 32 auf dem inneren Rotor 30 zu koppeln, da magnetische Pfade im äußeren Rotor 20 offene magnetische Pfade sind (sogenannte ”offene magnetische Pfade”).This configuration makes it easier for the armature-generated magnetic flux coming from the armature coils 12 on the stator 10 leaking, and the magnetic field flux, which of the field coils 23 on the outer rotor 20 exit, with the magnetizing coils 32 on the inner rotor 30 to couple, because magnetic paths in the outer rotor 20 open magnetic paths are (so-called "open magnetic paths").
Die offenen magnetischen Pfade, welche im äußeren Rotor 20 erzeugt werden, erlauben, dass der magnetische Fluss, welcher durch die Ankerspulen 12 erzeugt wird, und welcher mit der Grundfrequenz rotiert, und der magnetische Fluss, welcher durch die Feldspulen 23 erzeugt wird, in den inneren Rotor 30 eindringt, um als Quelle für Magnetisierungsenergie für den inneren Rotor 30 zu wirken. Ein Schlupf des inneren Rotors 30 relativ zu diesem rotierenden magnetischen Feld, führt zu einer Quelle für Magnetisierungsenergie, d. h. ein Schlupf, welcher erzeugt wird, wenn der innere Rotor 30 schneller oder langsamer rotiert, als der rotierende magnetische Fluss, welcher auf der Grundfrequenz rotiert, führt dazu, dass Induktionsströme in den Magnetisierungsspulen 32 auf dem inneren Rotor 30 induziert werden. Dadurch wird ein Drehmoment erzeugt, welches auf den inneren Rotor 30 wirkt.The open magnetic paths, which in the outer rotor 20 be generated, allow the magnetic flux, which through the armature coils 12 is generated, and which rotates at the fundamental frequency, and the magnetic flux which passes through the field coils 23 is generated in the inner rotor 30 penetrates to as a source of magnetization energy for the inner rotor 30 to act. A slip of the inner rotor 30 relative to this rotating magnetic field results in a source of magnetization energy, ie, a slip, which is generated when the inner rotor 30 Rotating faster or slower than the rotating magnetic flux which rotates at the fundamental frequency causes induction currents in the magnetizing coils 32 on the inner rotor 30 be induced. As a result, a torque is generated, which on the inner rotor 30 acts.
Ein generatorisches Drehmoment wird auf dem inneren Rotor 30 erzeugt, wenn die Drehgeschwindigkeit des inneren Rotors 30 größer ist, als die Drehgeschwindigkeit des rotierenden magnetischen Flusses der Grundwelle, d. h. bei einem negativen Schlupf. Dies induziert ein Reaktionsmoment in Form eines positiven Drehmoments am äußeren Rotor 20. Dadurch erhält der äußere Rotor 20 nicht nur ein Drehmoment, das von dem ankererzeugten magnetischen Fluss erzeugt wird, welcher von den Ankerspulen 12 erzeugt wird, sondern auch ein weiteres Drehmoment, das als ”elektromagnetisches Drehmoment” bezeichnet wird und welches durch die elektromagnetische Kopplung zwischen dem inneren Rotor 30 und dem äußeren Rotor 20 erzeugt wird. A regenerative torque is applied to the inner rotor 30 generated when the rotational speed of the inner rotor 30 is greater than the rotational speed of the rotating magnetic flux of the fundamental, that is, negative slip. This induces a reaction torque in the form of a positive torque on the outer rotor 20 , This preserves the outer rotor 20 not only a torque generated by the armature-generated magnetic flux coming from the armature coils 12 but also another torque, referred to as "electromagnetic torque", which is generated by the electromagnetic coupling between the inner rotor 30 and the outer rotor 20 is produced.
Konventionell ist es schwer, die magnetomotorische Kraft zu variieren, da als Quelle für magnetische Felder Permanentmagnete wirken, welche in einem Rotor eingebaut sind. In der vorliegenden Implementierung ist es möglich, den anregenden magnetischen Fluss, welcher im inneren Rotor 30 auftritt, zu variieren durch Veränderung des ankererzeugten magnetischen Flusses, d. h. durch Veränderung des elektrischen Stromes, welcher durch die Ankerspulen 12 fließt.Conventionally, it is difficult to vary the magnetomotive force, since as a source of magnetic fields permanent magnets act, which are installed in a rotor. In the present implementation, it is possible to control the exciting magnetic flux that is in the inner rotor 30 occurs to vary by changing the anchor-generated magnetic flux, ie by changing the electric current passing through the armature coils 12 flows.
Dadurch ist es mit Hilfe der rotierenden elektrischen Maschine möglich, ein hohes Drehmoment auszugeben, und gleichzeitig Robustheit und Wartungsfreundlichkeit des Systems zu gewährleisten, da das System dadurch vereinfacht ist, dass das Erfordernis eliminiert ist, elektrischen Strom durch die Magnetisierungsspulen 32 des inneren Rotors 30 zu führen, um unterschiedliche Geschwindigkeitskennlinien zu erhalten.Thus, with the aid of the rotary electric machine, it is possible to output a high torque while ensuring robustness and serviceability of the system, since the system is simplified by eliminating the need for electrical current through the magnetizing coils 32 of the inner rotor 30 lead to get different speed characteristics.
Wenn der magnetische Fluss der zweiten räumlichen Harmonischen mit den Magnetisierungsspulen 32 des inneren Rotors 30 wechselwirkt, führt dies zu Kupferverlusten. In der vorliegenden Implementierung reduziert die Selbstanregung, welche durch die Gleichrichterschaltung 50 erzeugt wird, den magnetischen Fluss der 2. (zweiten) räumlichen Harmonischen, welche in den inneren Rotor 30 eindringt, durch unmittelbares Ausnutzen der Harmonischen.When the magnetic flux of the second spatial harmonic with the magnetization coils 32 of the inner rotor 30 interacts, this leads to copper losses. In the present implementation, the self-excitation reduced by the rectifier circuit reduces 50 is generated, the magnetic flux of the 2nd (second) spatial harmonics, which in the inner rotor 30 penetrates, by directly exploiting the harmonics.
Der äußere Rotor 20 hat die offenen magnetischen Pfade, wobei im äußeren Rotor 20, um den magnetischen Widerstand der bezüglich der Rotationsachse radialen magnetischen Pfade zu reduzieren, die Außenrotorzähne 21 vorgesehen sind, welche in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verteilt sind und voneinander separiert angeordnet sind, und welche die Flansche 26 aufweisen, welche über regelmäßige Abstände voneinander beabstandet sind. Um diesen Effekt zu erhöhen, weist der äußere Rotor 20 die Brückenabschnitte 24 auf, welche jeweils zwei benachbarte Außenrotorzähne 21 miteinander verbinden, und welche so dimensioniert sind, dass der magnetische Widerstand für einen in Umfangsrichtung verlaufenden magnetischen Pfad zwischen den benachbarten zwei Außenrotorzähnen 21 erhöht wird. In dieser Implementierung ist jedes der Brückenabschnitte 24 dünn ausgebildet, um einen erhöhten Widerstand für den magnetischen Pfad, welcher in Umfangsrichtung verläuft, bereitzustellen. Der reduzierte magnetische Widerstand für radial verlaufende magnetische Pfade und der erhöhte magnetische Widerstand für magnetisch Pfade, welche in Umfangsrichtung verlaufen, erlaubt eine Erhöhung der Größe des magnetischen Flusses, welcher in den inneren Rotor 30 eindringt.The outer rotor 20 has the open magnetic paths, being in the outer rotor 20 In order to reduce the magnetic resistance of the radial magnetic paths with respect to the axis of rotation, the outer rotor teeth 21 are provided, which are distributed in the circumferential direction about the axis of rotation and are arranged separated from each other, and which the flanges 26 have, which are spaced apart by regular distances. To increase this effect, the outer rotor points 20 the bridge sections 24 on which each two adjacent outer rotor teeth 21 interconnect and which are dimensioned such that the magnetic resistance for a circumferentially extending magnetic path between the adjacent two outer rotor teeth 21 is increased. In this implementation, each of the bridge sections 24 thin to provide increased resistance to the magnetic path which extends in the circumferential direction. The reduced magnetic resistance for radially extending magnetic paths and the increased magnetic resistance for magnetic paths which run in the circumferential direction, allows an increase in the size of the magnetic flux, which in the inner rotor 30 penetrates.
Wie durch die Simulationsresultate, welche in der 7 dargestellt sind, gezeigt wird, wird in der vorliegenden Implementierung durch die rotierende elektrische Maschine 1 ermöglicht, dass ein großer Anteil des magnetischen Flusses, welcher vom Stator 10 ausgeht, mit den Magnetisierungsspulen 32 des inneren Rotors 30 wechselwirkt, nachdem dieser durch die Außenrotorzähne 21 durchgetreten ist.As by the simulation results, which in the 7 is shown in the present implementation by the rotating electrical machine 1 allows a large proportion of the magnetic flux flowing from the stator 10 goes out, with the magnetizing coils 32 of the inner rotor 30 interacts after passing through the outer rotor teeth 21 has passed through.
Mit dem erhöhten magnetischen Widerstand für die magnetische Pfade des äußeren Rotors 20, welche in Umfangsrichtung verlaufen, und dem verringerten magnetischen Widerstand für die radial verlaufenden magnetischen Pfade des äußeren Rotors 20, erhöht sich ein Drehmoment, welches auf den äußeren Rotor 20 wirkt, wobei ein Abfall in der Größe der elektromagnetischen Kopplung zwischen dem inneren Rotor 30 und dem äußeren Rotor 20 unter Kontrolle gehalten wird.With the increased magnetic resistance for the magnetic paths of the outer rotor 20 , which extend in the circumferential direction, and the reduced magnetic resistance for the radial magnetic paths of the outer rotor 20 , a torque increases, which on the outer rotor 20 acts, with a drop in the size of the electromagnetic coupling between the inner rotor 30 and the outer rotor 20 is kept under control.
Jeder der Induktionspole 25 erstreckt sich in Bezug auf die Rotationsachse radial nach außen, ausgehend vom Mittelpunkt eines der Brückenabschnitte 24 und entlang der entsprechenden q-Achse. Diese Konfiguration führt zu einer Erhöhung in der Größe in welcher die zweite Harmonische mit der Induktionsspule 22 wechselwirkt, um eine Selbstanregung (der Feldspule 23) durch eine sich in der Größe erhöhende 2. (zweite) räumliche Harmonische zu bewirken.Each of the induction poles 25 extends radially outward with respect to the axis of rotation, starting from the midpoint of one of the bridge sections 24 and along the corresponding q-axis. This configuration leads to an increase in size in which the second harmonic with the induction coil 22 interacts to a self-excitation (the field coil 23 ) by increasing the size of the second (second) spatial harmonic.
Es ist anhand der 8 zu erkennen, dass in der rotierenden elektrischen Maschine 1 der Induktionspol 25 dazu führt, dass die 2. (zweite) Harmonische mehr mit der Induktionsspule 22 wechselwirkt. It is based on the 8th to recognize that in the rotating electric machine 1 the induction pole 25 causes the 2nd (second) harmonic more with the induction coil 22 interacts.
Im Folgenden wird ein Vergleich der rotierenden elektrischen Maschine 1 mit der konventionellen rotierenden elektrischen Maschine beschrieben. Wie anhand der 12 zu erkennen ist, weist eine konventionelle rotierende elektrische Maschine 100 einen Stator 110 auf, in welchem Ankerspulen 112 um eine Vielzahl von radial einwärts sich erstreckenden Statorzähnen 113 gewickelt sind, einen Magnetrotor 120, welcher eine Vielzahl von Permanentmagneten 121 aufweist, welche nahe der radial äußeren Umfangsseite angeordnet sind, und Permanentmagnete 122, welche an der radial inneren Umfangsseite befestigt sind, und einen Induktionsrotor 130, in welchem Magnetisierungsspulen 132 um radial nach außen sich erstreckende Rotorzähnen 133 gewickelt sind.Below is a comparison of the rotating electrical machine 1 described with the conventional rotating electric machine. As based on the 12 can be seen, has a conventional rotating electrical machine 100 a stator 110 on, in which armature coils 112 around a plurality of radially inwardly extending stator teeth 113 are wound, a magnetic rotor 120 which has a plurality of permanent magnets 121 which are arranged near the radially outer peripheral side, and permanent magnets 122 , which are fixed to the radially inner peripheral side, and an induction rotor 130 in which magnetization coils 132 radially outwardly extending rotor teeth 133 are wound.
Die 13 zeigt Drehmoment-Stromphase-Kennlinien zwischen dem Magnetrotor 120 (PM) und dem Induktionsrotor 130 (IM), wobei der Magnetrotor 120 (PM) mit 1.000 U/min rotiert, und der Induktionsrotor 130 (IM) mit 1.000 U/min rotiert (Schlupf s = 0), oder mit 2.000 U/min rotiert (Schlupfs = –1), oder mit 3.000 U/min rotiert (Schlupf s = –2).The 13 shows torque-current phase characteristics between the magnet rotor 120 (PM) and the induction rotor 130 (IM), where the magnet rotor 120 (PM) rotates at 1,000 rpm, and the induction rotor 130 (IM) rotated at 1,000 rpm (slip s = 0), or rotated at 2,000 rpm (slip = -1), or rotated at 3,000 rpm (slip s = -2).
Die 13 bestätigt, dass eine Erhöhung des Drehmoments auftritt, welches auf dem Magnetrotor 120 wirkt, da ein generatorisches Drehmoment auftritt, wenn der Induktionsrotor 130 auf einer Rotationsgeschwindigkeit rotiert, welche größer ist als die synchrone Geschwindigkeit, d. h., der Schlupf ist negativ, und das Auftreten eines generatorischen Drehmoments bewirkt, dass ein Reaktionsmoment auf den Magnetrotor 120 wirkt. Jedoch ist die elektromagnetische Kopplung zwischen dem Induktionsrotor 130 und dem Magnetrotor 120 zu schwach, um ein genügend hohes Drehmoment zu übertragen.The 13 confirms that an increase in torque occurs on the magnet rotor 120 acts as a generator torque occurs when the induction rotor 130 rotates at a rotational speed which is greater than the synchronous speed, ie, the slip is negative, and the occurrence of a generator torque causes a reaction torque on the magnet rotor 120 acts. However, the electromagnetic coupling between the induction rotor 130 and the magnet rotor 120 too weak to transmit a sufficiently high torque.
Wie in der 14 dargestellt ist, weist eine weitere konventionelle rotierende elektrische Maschine 200 einen Stator 110 auf, welcher gleich ist, wie beim Gegenstück, welches in der 12 gezeigt ist, einen Magnetrotor 220, welcher sich dadurch vom Gegenstück 120, welches in der 12 dargestellt wird, unterscheidet, dass dieser keine Permanentmagnete 122 aufweist, und einen Induktionsrotor 230, in welchem Magnetisierungsspulen 232 um radial nach außen sich erstreckende Rotorzähne 233 gewickelt sind. Die 14 ist eine ein achtel (1/8), d. h. 45/360 mechanische Grade, ausschnittsweise Ansicht des Querschnitts der rotierenden elektrischen Maschine 200.Like in the 14 is shown, has another conventional rotary electric machine 200 a stator 110 on, which is the same as the counterpart, which in the 12 shown is a magnet rotor 220 , which is characterized by its counterpart 120 which is in the 12 is distinguished, that this no permanent magnets 122 and an induction rotor 230 in which magnetization coils 232 radially outwardly extending rotor teeth 233 are wound. The 14 is a one-eighth (1/8), ie 45/360 mechanical degrees, fragmentary view of the cross-section of the rotating electric machine 200 ,
Die 15 zeigt Drehmoment-Stromphase-Kennlinien zwischen dem Magnetrotor 220 (PM) und dem Induktionsrotor 230 (IM) der rotierenden elektrischen Maschine 200, in welchem die Permanentmagnete entlang eines Bogens in einer einzigen Lage angeordnet sind, um das Problem zu lösen, dass die Permanentmagnete in großer Menge eingesetzt werden.The 15 shows torque-current phase characteristics between the magnet rotor 220 (PM) and the induction rotor 230 (IM) of the rotating electrical machine 200 in which the permanent magnets are arranged along an arc in a single layer, in order to solve the problem that the permanent magnets are used in large quantities.
Wenn die Permanentmagnete entlang des Bogens angeordnet sind, wie dies in der 14 gezeigt ist, fällt die Menge an magnetischem Fluss, welcher in den Induktionsrotor 230 eintritt, in großem Umfang ab, die elektromagnetische Kopplung zwischen dem Induktionsrotor 230 und dem Magnetrotor 220 fällt ab, und das generatorische Drehmoment des Induktionsrotors 230 fällt ab. Zum Zweck des Vergleichs ist die rotierende elektrische Maschine 200, welche in der 14 gezeigt ist, so gefertigt, dass diese das gleiche Volumen aufweist, wie die rotierende elektrische Maschine 100, welche in der 12 gezeigt ist. Der innere Durchmesser des Magnetrotors 220 ist erhöht, da die Permanentmagnete entlang des Bogens in einer einzigen Schicht angeordnet sind. Dies erhöht den äußeren Durchmesser des Induktionsrotors 230. Die Statoren 110 der rotierenden elektrischen Maschinen 100 und 200 haben den gleichen Außendurchmesser.When the permanent magnets are arranged along the arc, as shown in the 14 is shown, the amount of magnetic flux which falls into the induction rotor 230 occurs, to a large extent, the electromagnetic coupling between the induction rotor 230 and the magnet rotor 220 falls off, and the generator torque of the induction rotor 230 falls off. For the purpose of comparison, the rotary electric machine 200 which in the 14 is shown, manufactured so that it has the same volume as the rotating electric machine 100 which in the 12 is shown. The inner diameter of the magnet rotor 220 is increased because the permanent magnets are arranged along the arc in a single layer. This increases the outer diameter of the induction rotor 230 , The stators 110 of rotating electrical machines 100 and 200 have the same outer diameter.
Die 9 ist eine grafische Darstellung von Drehmoment-Stromphase-Kennlinien der vorliegenden Implementierung der rotierenden elektrischen Maschine 1. In der 9 werden durch Punkte Werte des Drehmoments wiedergegeben, welche auf den äußeren Rotor 20 (WF) wirken, aufgetragen gegenüber unterschiedliche Werte der Stromphase, wenn der äußere Rotor 20 (WF) mit 500 U/min rotiert und der innere Rotor 30 (IM) so angetrieben wird, dass dieser sich auf 1.000 U/min in der gleichen Rotationsrichtung dreht (siehe die Punkte, welche mit dem Ausdruck ”WF 500 U/min” bezeichnet sind).The 9 FIG. 10 is a graphical representation of torque-current phase characteristics of the present implementation of the rotary electric machine. FIG 1 , In the 9 are represented by points values of torque, which on the outer rotor 20 (WF), applied to different values of the current phase when the outer rotor 20 (WF) rotates at 500 rpm and the inner rotor 30 (IM) is driven to rotate at 1,000 rpm in the same direction of rotation (see the items labeled "WF 500 rpm").
In der 9 werden durch schwarze Dreiecke Werte des Drehmoments wiedergegeben, welche auf den äußeren Rotor 20 (WF) wirken, aufgetragen gegenüber unterschiedliche Werte der Stromphase wenn der äußere Rotor 20 (WF) mit 1.000 U/min rotiert und der innere Rotor 30 (IM) so angetrieben wird, dass er mit 2.000 U/min rotiert (siehe schwarze Dreiecke, bezeichnet mit dem Ausdruck ”WF 1.000 U/min”). Durch schwarze Rechtecke werden Drehmomentwerte wiedergegeben, welche auf den äußeren Rotor 20 (WF) wirken, aufgetragen gegenüber unterschiedlichen Werten der Stromphase, wenn der äußere Rotor 20 (WF) mit 2.000 U/min rotiert und der innere Rotor 30 (IM) so angetrieben wird, dass dieser mit 4.000 U/min rotiert (siehe schwarze Rechtecke, bezeichnet mit dem Ausdruck ”WF 2.000 U/min”). Schwarze Rhomben geben Drehmomentwerte wieder, welche auf den äußeren Rotor 20 (WF) wirken, aufgetragen gegenüber unterschiedlichen Werten der Stromphase, wenn der äußere Rotor 20 (WF) mit 3.000 U/min rotiert und der innere Rotor 30 (IM) so angetrieben wird, dass er mit 5.000 U/min rotiert (siehe schwarze Rhomben, bezeichnet dem Ausdruck ”WF 3.000 U/min”).In the 9 are represented by black triangles values of torque, which on the outer rotor 20 (WF), plotted against different values of the current phase when the outer rotor 20 (WF) is rotated at 1,000 rpm and the inner rotor 30 (IM) is driven to rotate at 2,000 rpm (see black triangles labeled "WF 1,000 rpm"). Black rectangles represent torque values that are applied to the outer rotor 20 (WF), applied to different values of the current phase when the outer rotor 20 (WF) rotates at 2,000 rpm and the inner rotor 30 (IM) is driven so that it rotates at 4,000 rev / min (see black rectangles, referred to with the expression "WF 2,000 rev / min"). Black rhombs represent torque values that are on the outer rotor 20 (WF), applied to different values of the current phase when the outer rotor 20 (WF) rotates at 3,000 rpm and the inner rotor 30 (IM) is driven so that it rotates at 5,000 rpm (see black diamonds, the term "WF 3,000 rev / min").
Magnetische Pfade im äußeren Rotor 20 sind offene magnetische Pfade. Die offenen magnetischen Pfade verursachen einen Anstieg in den ankererzeugten magnetischen Flüssen, welche vom Stator 10 ausgehen und in den inneren Rotor 30 eintreten. Dieser Anstieg in den ankererzeugten magnetischen Flüssen, welche in den inneren Rotor 30 eintreten, verursachen einen Anstieg im generatorischen Drehmoment. Der Anstieg des generatorischen Drehmoments verursacht einen beträchtlichen Anstieg im Drehmoment, welches auf dem äußeren Rotor 20 wirkt.Magnetic paths in the outer rotor 20 are open magnetic paths. The open magnetic paths cause an increase in the anchor-generated magnetic flux coming from the stator 10 go out and into the inner rotor 30 enter. This increase in the anchor-generated magnetic flux, which in the inner rotor 30 occur, cause an increase in the regenerative torque. The increase in regenerative torque causes a significant increase in torque on the outer rotor 20 acts.
Die Resultate der Drehmoment-Stromphase-Kennlinien werden mit der vorliegenden Implementierung der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhalten, welche, zum Vergleich, den gleichen Stator-Außendurchmesser aufweist, wie die konventionellen rotierenden elektrische Maschinen 100 und 200, welche in den 12 und 14 dargestellt sind.The results of the torque-current phase characteristics are obtained with the present implementation of the rotary electric machine 1 which, for comparison, has the same stator outside diameter as the conventional rotary electric machines 100 and 200 which in the 12 and 14 are shown.
Im Folgenden wird ein hybrides Antriebssystem beschrieben, welches die rotierende Maschine 1 aufweist. In der 10 wirkt die rotierende elektrische Maschine 1 mit dem Motor 2, der Batterie 3 und dem Wechselrichter 4 zusammen, um Komponenten eines hybriden Antriebssystems 8 zu bilden.The following describes a hybrid drive system which is the rotating machine 1 having. In the 10 acts the rotating electrical machine 1 with the engine 2 , the battery 3 and the inverter 4 put together to components of a hybrid propulsion system 8th to build.
Der innere Rotor 30 hat eine Eingangswelle 30A, welche sich ausgehend von der rotierenden Welle 40 erstreckt. Die Eingangswelle 30A ist koaxial mit der rotierenden Welle 40. Die Eingangswelle 30A des inneren Rotors 30 ist über eine Kupplung 6 verbindbar mit dem Motor 2. Die Kupplung 6 wird geschlossen, um eine Rotation der Kurbelwelle des Motors 2 zur Eingangswelle 30A des inneren Rotors 30 zu übertragen. Die Kupplung 6 wird gelöst, um die Transmission der Rotation der Kurbelwelle des Motors 2 zur Eingangswelle 30A des inneren Rotors 30 zu unterbrechen.The inner rotor 30 has an input shaft 30A , which originate from the rotating shaft 40 extends. The input shaft 30A is coaxial with the rotating shaft 40 , The input shaft 30A of the inner rotor 30 is about a clutch 6 connectable with the engine 2 , The coupling 6 is closed to a rotation of the crankshaft of the engine 2 to the input shaft 30A of the inner rotor 30 transferred to. The coupling 6 is solved to the transmission of the rotation of the crankshaft of the engine 2 to the input shaft 30A of the inner rotor 30 to interrupt.
Wenn die Kupplung geschlossen ist, werden der innere Rotor 30 und die Kurbelwelle des Motors 2 integral durch die Kurbelwelle gedreht.When the clutch is closed, the inner rotor become 30 and the crankshaft of the engine 2 turned integrally through the crankshaft.
Eine Scheibenbremse 7 ist für die Eingangswelle 30A des inneren Rotors 30 vorgesehen. Wenn diese betätigt wird, übt die Scheibenbremse 7 eine mechanische Bremskraft auf die Eingangswelle 30A des inneren Rotors 30 aus.A disc brake 7 is for the input shaft 30A of the inner rotor 30 intended. When this is pressed, the disc brake is exercising 7 a mechanical braking force on the input shaft 30A of the inner rotor 30 out.
Eine Abgangswelle 20A des äußeren Rotors 20 ist mit der Antriebswelle 5 so verbunden, dass der äußere Rotor 20 mit der Antriebswelle 5 integral rotierbar ist.An outlet wave 20A the outer rotor 20 is with the drive shaft 5 connected so that the outer rotor 20 with the drive shaft 5 is rotatable integrally.
Die Batterie 3, welche als eine Sekundärbatterie fungiert, ist mit dem Wechselrichter 4 verbunden. Der Wechselrichter 4 ist mit den elektromagnetischen Spulen 12 verbunden. Der Wechselrichter 4 konvertiert Gleichstrom von der Batterie 3 in Dreiphasenwechselstrom. Der konvertierte Dreiphasenwechselstrom wird den Ankerspulen 12 zugeführt.The battery 3 , which functions as a secondary battery, is connected to the inverter 4 connected. The inverter 4 is with the electromagnetic coils 12 connected. The inverter 4 converts DC power from the battery 3 in three-phase alternating current. The converted three-phase alternating current becomes the armature coils 12 fed.
Wenn in dem hybriden Antriebssystem 8 der Motor 2 so angetrieben wird, dass der innere Rotor 30 sich mit einer Geschwindigkeit dreht, welche höher ist als die synchrone Geschwindigkeit, mit welcher das rotierende magnetisches Feld der Grundwelle rotiert, wird die mechanische Energie des Motors 2 auf die Antriebswelle 5 durch elektromagnetische Kopplung übertragen.If in the hybrid drive system 8th the motor 2 is driven so that the inner rotor 30 rotating at a speed higher than the synchronous speed at which the rotating magnetic field of the fundamental rotates becomes the mechanical energy of the motor 2 on the drive shaft 5 transmitted by electromagnetic coupling.
In einem EV-Modus des hybriden Antriebssystems 8, in welchem der Motor 2 gestoppt ist, um den inneren Rotor 30 stationär zu halten, werden die Magnetisierungsspulen 32 auf dem inneren Rotor 30 durch Öffnen der Schalter 32a und 32b geöffnet, um die offenendige Verbindung bereitzustellen. Dann fließt kein Strom durch die Magnetisierungsspulen 32 auf dem inneren Rotor 30. Daher wird kein Bremsmoment erzeugt. Diese Konfiguration stellt ein hocheffizientes hybrides Antriebssystem bereit.In an EV mode of the hybrid propulsion system 8th in which the engine 2 is stopped to the inner rotor 30 to keep stationary, the magnetization coils 32 on the inner rotor 30 by opening the switch 32a and 32b opened to provide the open connection. Then no current flows through the magnetizing coils 32 on the inner rotor 30 , Therefore, no braking torque is generated. This configuration provides a highly efficient hybrid propulsion system.
Wie in der 11 dargestellt ist, rotieren in der rotierenden elektrischen Maschine 1 das rotierende magnetische Feld durch den Stator 10, der äußere Rotor 20, und die Antriebswelle 5 synchron auf der gleichen Geschwindigkeit. In einem HEV-Modus wird der innere Rotor 30 durch den Motor 2 angetrieben, um auf einer Geschwindigkeit zu rotieren, welche höher ist als die Geschwindigkeit, auf welcher der äußere Rotor 20 rotiert. Dadurch erzeugt der innere Rotor 30 ein generatorisches Drehmoment. Das erzeugte generatorische Drehmoment bewirkt, dass der äußere Rotor 20 ein Reaktionsmoment in Form eines motorischen Drehmoments erzeugt. Dieses motorische Drehmoment führt dazu, dass sich das Drehmoment, welches durch den äußeren Rotor 20 erzeugt wird, erhöht.Like in the 11 is shown rotating in the rotating electric machine 1 the rotating magnetic field through the stator 10 , the outer rotor 20 , and the drive shaft 5 synchronously at the same speed. In an HEV mode, the inner rotor becomes 30 through the engine 2 driven to rotate at a speed which is higher than the speed at which the outer rotor 20 rotates. This creates the inner rotor 30 a generator torque. The generated regenerative torque causes the outer rotor 20 generates a reaction torque in the form of a motor torque. This motor torque causes the torque that passes through the outer rotor 20 is generated increases.
Im EV-Modus wird der innere Rotor 30 an einer Rotation gehindert durch Lösen der Kupplung 6, um die Transmission der Rotation zu verhindern, und durch Betätigen der Scheibenbremse 7.In EV mode, the inner rotor becomes 30 prevented from rotating by releasing the clutch 6 To prevent the transmission of rotation, and by pressing the disc brake 7 ,
In der vorliegenden Implementierung wird das erfinderische Konzept in der rotierenden elektrischen Maschine des Radialspalt-Typs implementiert, jedoch kann das erfinderische Konzept auch in einer rotierenden elektrischen Maschine des Axialspalt-Typs implementiert werden.In the present implementation, the inventive concept is implemented in the radial gap type rotary electric machine, however, the inventive concept can also be implemented in an axial gap type rotary electric machine.
Ein erster Rotor kann einen Stator umgeben und ein zweiter Rotor kann den ersten Rotor umgeben, wobei der erste Rotor Induktionsspulen und Feldspulen aufweist und der zweite Rotor Magnetisierungsspulen aufweist.A first rotor may surround a stator and a second rotor may surround the first rotor, the first rotor having inductors and field coils and the second rotor having magnetizing coils.
Der elektrische Strom, welcher durch die Ankerspulen 12 auf dem Stator 10 fließt, ist nicht auf Dreiphasenwechselstrom beschränkt. Durch die Ankerspulen 12 kann ein anderer Multiphasenwechselstrom fließen. Bei Bedarf kann elektrischer Strom durch die Magnetisierungsspulen 32 fließen, um eine sekundäre Magnetisierung zu induzieren.The electric current flowing through the armature coils 12 on the stator 10 is not limited to three-phase alternating current. Through the armature coils 12 another multiphase alternating current can flow. If necessary, electrical current can pass through the magnetizing coils 32 flow to induce secondary magnetization.
Die Magnetisierungsspulen 32 können um Rotorstäbe eines Käfigläufers gewickelt sein.The magnetizing coils 32 may be wound around rotor bars of a squirrel cage.
Obwohl unterschiedliche Implementierungen schriftlich beschrieben wurden, ist es offensichtlich für einen Fachmann, dass Modifikation gemacht werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Durch den Umfang der folgenden Ansprüche sollen alle solche Modifikationen, und Äquivalente hiervon, abgedeckt sein.Although various implementations have been described in writing, it will be obvious to those skilled in the art that modifications can be made without departing from the scope of the present invention. It is intended by the scope of the following claims to cover all such modifications, and equivalents thereof.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
11
-
rotierende elektrische Maschinerotating electrical machine
-
1010
-
Statorstator
-
1212
-
Ankerspulearmature coil
-
1313
-
Statorzähnestator teeth
-
2020
-
äußerer Rotorouter rotor
-
2121
-
AußenrotorzähneExternal rotor teeth
-
2222
-
Induktionsspuleinduction coil
-
2323
-
Feldspulefield coil
-
2424
-
Brückenabschnittbridge section
-
2525
-
InduktionspolInduktionspol
-
2626
-
Flanschflange
-
2727
-
Abdeckungs-BauteilCover member
-
27b 27b
-
Verschlussabschnittclosure portion
-
3030
-
innerer Rotorinner rotor
-
3232
-
Magnetisierungsspulemagnetizing coil
-
3333
-
InnenrotorzähneInner rotor teeth
-
3434
-
Schlitzslot
-
5050
-
GleichrichterschaltungRectifier circuit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
JP 2009-73472 A [0002, 0002] JP 2009-73472 A [0002, 0002]
