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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine dynamo-elektrische Maschine,
die einen Dauermagnet für ein
Feldsystem verwendet, und insbesondere ein Verfahren und eine dynamo-elektrische
Maschine zum Durchführen
des Ansteuerns und der Rückgewinnung
in einem Trägersystem
oder Transportsystem.
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In
einer dynamo-elektrischen Maschine vom Dauermagnetfeldtyp des Standes
der Technik wird eine induzierte elektromotorische Kraft E durch
einen konstanten Magnetfluss Φ bestimmt,
der durch einen in einem Rotor angeordneten Dauermagnet und eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω der dynamo-elektrischen
Maschine erzeugt wird. Das heißt,
wenn die Drehwinkelgeschwindigkeit ω (Drehzahl) der dynamo-elektrischen Maschine
erhöht
wird, nimmt auch die induzierte elektromotorische Kraft proportional zu.
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Dementsprechend
kann ein hohes Drehmoment in einem niedrigen Drehzahlbereich erreicht werden,
aber der Betrieb in einem hohen Drehzahlbereich ist schwierig, weil
der veränderliche
Bereich der Drehzahl schmal ist. Daher kann in Betracht gezogen
werden, dass der Betriebsbereich mit hoher Drehzahl unter Verwendung
einer Feldschwächungs-Steuerungstechnologie
erweitert wird.
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Weiterhin
ist der Mechanismus, der die Zentrifugalkraft durch die Feder und
den Regler verwendet, in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-155262
als Verfahren zur Schwächung
des Felds durch den von Dauermagneten erzeugten Magnetfluss offenbart.
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Das
Verfahren zur Erweiterung des Betriebsbereichs mit hoher Drehzahl
unter Verwendung der oben beschriebenen Feldschwächungs-Steuerungstechnologie weist Einschränkungen
durch Wärmeerzeugung
und eine sinkende Wirksamkeit aufgrund des schwächer werdenden Feldstroms auf.
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Weiterhin
wird der Aufbau der Feder und des Reglers in dem Verfahren, das
in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-155262 offenbart ist,
komplex.
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Das
zwischenliegende Dokument
EP
1 085 644 A2 beschreibt einen Synchronmotor mit zwei Feldmagneten,
die einen Mechanismus zum Variieren einer Phase eines Magnetpols
durch Verschieben eines Feldmagneten in axialer oder Drehrichtung aufweisen.
Dieses Dokument unterliegt den Bedingungen des Art. 54(3) EPÜ.
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US 5 821 710 beschreibt
einen bürstenlosen Motor
mit Dauermagneten, in dem die Phase der Magnetpole von einem der
Dauermagnete durch Verschieben des Dauermagneten in Drehrichtung
geändert
werden kann.
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US 5 763 977 beschreibt
eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine mit einem Dauermagnet, in dem ein
durch einen Anker hindurchgehender Magnetfluss durch Verschieben
des einzigen Dauermagneten in axialer Richtung geändert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer dynamo-elektrischen
Maschine, in der die Feldschwächung
des durch Dauermagnete erzeugten Magnetflusses durch einen einfachen
Aufbau möglich
wird.
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Ferner
ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Transportsystem
bereitzustellen, das die dynamo-elektrische Maschine vom Dauermagnettyp
umfasst, die die Charakteristik eines hohen Drehmoments im niedrigen
Drehzahlbereich oder am Beginn des Transportsystems und die Charakteristik
einer hohen Leistung im hohen Drehzahlbereich erreichen kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die die Gestaltung der dynamo-elektrischen Maschine
und des Zugs gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine schematische Gesamtansicht der in 1 gezeigten
dynamo-elektrischen Maschine.
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3 ist
eine schematische Ansicht, die einen Fall zeigt, in dem die Magnetpolmitten
von gleicher Polarität
des Rotors der dynamo-elektrischen Maschine in 1 in
Phase sind.
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4 ist
eine schematische Ansicht, die einen Fall zeigt, in dem die Magnetpolmitten
von gleicher Polarität
des Rotors der dynamo-elektrischen Maschine in 1 außer Phase
sind.
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5 ist Graphen, die verschiedene Arten von
Charakteristiken gegenüber
der Drehzahl der dynamo-elektrischen Maschine in 1 zeigen.
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6 ist
ein Steuerungsblockdiagramm der dynamo-elektrischen Maschine in 1
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7 ist
eine Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer dynamo-elektrischen
Maschine gemäß der vorliegenden
Erfindung (ein Stellglied im AUS-Zustand) zeigt.
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8 ist
eine Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer dynamo-elektrischen
Maschine gemäß der vorliegenden
Erfindung (ein Stellglied im EIN-Zustand) zeigt.
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9 ist
eine Ansicht, die das Innere des Rotors einer weiteren Ausführungsform
einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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10 ist
eine Ansicht, die das Innere des Rotors einer weiteren Ausführungsform
einer dynamo-elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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11 ist
eine Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer dynamo-elektrischen
Maschine gemäß der vorliegenden
Erfindung (ein Stellglied im EIN-Zustand) zeigt.
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12 ist
eine schematische Ansicht des Rotors der dynamo-elektrischen Maschine
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung (es besteht ein Unterschied zwischen den Abständen).
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13 ist
eine Veranschaulichung des Verfahrens zum Messen der Verschiebung
in der Axialrichtung der dynamo-elektrischen Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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14 ist
eine schematische Ansicht des Rotors der dynamo-elektrischen Maschine
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (Acht-Pol-Maschine).
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15 ist
eine schematische Ansicht des Rotors der dynamo-elektrischen Maschine
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (der Anschlag ist innerhalb des zweiten
Rotors vorgesehen).
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16 ist
eine Ansicht, die die dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt (beide Feldmagnete weisen den Mechanismus
zum Verschieben in der axialen und in Drehrichtung auf).
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17 ist
eine Ansicht, die die dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt (wobei die Konfiguration den ersten,
den zweiten und den dritten Feldmagneten aufweist).
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18 ist
eine Veranschaulichung, die für die
ergänzende
Erläuterung
der in 16 gezeigten dynamo-elektrischen
Maschine verwendet wird.
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19 ist
eine Veranschaulichung, die für die
ergänzende
Erläuterung
der in 17 gezeigten dynamo-elektrischen
Maschine verwendet wird.
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20 ist
eine Ansicht, die die dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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21 ist eine Ansicht, die die dynamo-elektrische
Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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1 zeigt
die Anordnungsgestaltung einer synchronen dynamo-elektrischen Maschine vom Dauermagnettyp
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Es
gibt verschiedene Transportsysteme, die die dynamo-elektrische Maschine
als Leistungsquelle verwenden. 1 zeigt
die Ausführungsform
eines Eisenbahn-Zugsystems als ein Beispiel für das Transportsystem.
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Das
in 1 gezeigte Eisenbahn-Zugsystem weist ein elektrisches
Fahrzeug 1, eine dynamo-elektrische Maschine 2,
ein direkt oder indirekt an der dynamo-elektrischen Maschine 2 installiertes Rad,
eine Leistungswandlungsmaschine 4 zum Steuern der elektrischen
Leistung der dynamo-elektrischen Maschine 2 und einen Stromsammler 85 auf.
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Vorliegend
bedeutet das elektrische Fahrzeug den Zug, der Elektrizität als Leistung
verwendet. Weiterhin bedeutet in dem Transportsystem einschließlich des
Zugsystems das elektrische Fahrzeug eine Zugmaschine im weiten Sinn.
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Weiterhin
ist der Stromsammler eine Vorrichtung zum Leiten der elektrischen
Leistung nach außerhalb
des elektrischen Fahrzeugs (oder der Zugmaschine). Der Stromsammler
ist ein Scherenstromabnehmer beim Freileitungstyp (86)
und ein Sammler im Fall des Dritter-Schiene-Typs. Ferner wird der Stromsammler
vom Nicht-Kontakt-Typ
für das
Transportsystem in der Fabrik verwendet.
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Die
unten in 1 gezeigte dynamo-elektrische
Maschine 2 weist den Aufbau auf, um die Leistung durch
die Kuppelvorrichtung 81 und die Zahnradvorrichtung 82 auf
die Achse 84 zu übertragen.
Die Mechanismen 25R und 25L, durch die der in 2 gezeigte
Anschlag 24 bei Bedarf parallel zur Welle bewegt wird,
sind rechts und links von der dynamo-elektrischen Maschine 2 vorgesehen.
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2 zeigt
schematisch den Fall, in dem die Mitten derselben Magnetpole der
Rotoren der in 1 gezeigten dynamo-elektrischen
Maschine nicht ausgerichtet sind. Die Ankerwicklung 11 ist
in den Schlitzen des Statorkerns 10 gewickelt, der mit dem
Kühlkanal 12,
durch den ein Kühlmittel
fließt,
mit dem Gehäuse 13 verbunden
ist.
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Der
Rotor 20 eines Typs mit eingebettetem Dauermagnet besteht
aus einem an einer Welle 22 befestigten ersten Rotor 20A und
einem von der Welle 22 getrennten zweiten Rotor 20B.
Natürlich
kann der Rotor anstelle des Rotors vom Typ mit eingebettetem Dauermagnet
ein Rotor vom Oberflächenmagnettyp
sein.
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Im
ersten Rotor 20A sind Dauermagnete 21A so angeordnet,
dass sie abwechselnd ausgerichtete Magnetpole von unterschiedlicher
Polarität
in Drehrichtung sind. Gleichermaßen sind im ersten Rotor 20B Dauermagnete 21B so
angeordnet, dass sie abwechselnd ausgerichtete Magnetpole von unterschiedlicher
Polarität
in der Drehrichtung sind. Die koaxial in den zwei Rotoren des ersten
und zweiten Rotors angeordneten Feldmagnete liegen Magnetpolen des
Stators gegenüber.
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Ein
Mutternbereich 23B ist auf der Innenseite des zweiten Rotors 20 ausgebildet
und ein Bolzenschraubenbereich 20A, der mit dem Mutternbereich 23B in
Kontakt sein soll, ist in der Welle ausgebildet.
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Durch
Verbinden des zweiten Rotors 20B mit der Welle mit der
Schraubfunktion ist der zweite Rotor 20B in der Axialrichtung
beweglich, während
er bezüglich
der Welle gedreht wird.
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Weiterhin
ist ein Anschlag 24 an einer Position angeordnet, die von
der Seitenfläche
des zweiten Rotors 20B so entfernt ist, dass der zweite
Rotor 20B eine voreingestellte Verschiebung aus der Mitte
des Stators nicht überschreitet.
Des Weiteren kann durch Vorsehen eines Servomechanismus eines Stellglieds 25 zum
Ansteuern des Anschlags, um den Anschlag in Richtung der Wellenachse
beweglich zu machen, die Verschiebung zwischen den Magnetpolmitten
des ersten Feldmagneten und des zweiten Feldmagneten geändert werden.
Als Ergebnis ist es möglich, den
gesamten wirksamen Magnetfluss, der aus dem ersten Feldmagneten
und dem zweiten Feldmagneten besteht, zum Stator mit den Ankerwindungen
in den Schlitzen zu steuern.
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Nachstehend
erfolgt eine Beschreibung darüber,
dass der wirksame Magnetfluss der Dauermagnete nach Maßgabe der
Drehmomentrichtung durch Ausführen
der oben beschriebenen Handlungen geändert werden kann.
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In
einer dynamo-elektrischen Maschine, die grundlegend Ankerwicklungen
im Stator und Dauermagnete im Rotor verwendet, wird in dem Fall,
in dem die Drehrichtung des Rotors dieselbe ist zwischen dem, wenn
die dynamo-elektrische Maschine als dynamo-elektrische Maschine
arbeitet und wenn sie als Generator arbeitet, die Richtung des auf
den Rotor wirkenden Drehmoments entgegengesetzt zwischen dem, wenn
die dynamo-elektrische Maschine als dynamo-elektrische Maschine
arbeitet und wenn sie als Generator arbeitet.
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Andererseits
ist in dem Fall, in dem die dynamo-elektrische Maschine als dynamo-elektrische Maschine
arbeitet, die Richtung des Drehmoments umgekehrt, wenn die Drehrichtung
des Rotors umgekehrt ist. Gleichermaßen ist in dem Fall, in dem
die dynamo-elektrische Maschine als Generator arbeitet, die Richtung
des Drehmoments umgekehrt, wenn die Drehrichtung des Rotors umgekehrt
ist.
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Wenn
die oben beschriebene grundlegende Theorie hinsichtlich der Drehrichtung
und der Drehmomentrichtung auf die Ausführungsform der dynamo-elektrischen
Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung
angewendet wird, lässt
sich Folgendes sagen.
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Wenn
die dynamo-elektrische Maschine in einem mittleren und niedrigen
Drehzahlbereich am Beginn des Zugfahrzeugs oder der Zugmaschine
des Transportsystems betätigt
wird, kann die Charakteristik eines hohen Drehmoments erhalten werden,
indem die Mitten der Magnetpole von gleicher Polarität des ersten
Rotors 20A und des zweiten Rotors 20B in Phase
gebracht werden, um den wirksamen Magnetfluss durch die Stator-Magnetpole
und die gegenüberliegenden
Dauermagnete, wie in 4 gezeigt, zu erhöhen.
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Als
Nächstes,
wenn die dynamo-elektrische Maschine in einem hohen Drehzahlbereich
des Enteisungsbetriebs betätigt
wird, werden die Mitten der gleichen Polarität des ersten Rotors 20A und
des zweiten Rotors 20A außer Phase gebracht, während der
zweite Rotor 20B bezüglich
der Welle 22 bewegt wird, um den Abstand zwischen dem ersten
Rotor 20A und dem zweiten Rotor 20A zu erweitern,
als wenn der Mutternbereich von dem Bolzenschraubenbereich abgeschraubt
würde,
wie in 5 gezeigt. Daher wird der wirksame
Magnetfluss durch die Stator-Magnetpole und die gegenüberliegenden
Dauermagnete verringert. Mit anderen Worten, es gibt den schwächenden
Ma gnetfeldeffekt und dementsprechend kann eine Charakteristik einer
hohen Ausgangsleistung im hohen Drehbereich erhalten werden.
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4 zeigt
schematisch den Zustand, dass der wirksame Magnetfluss durch die
Stator-Magnetpole und die gegenüberliegenden
Dauermagnete verringert wird, indem die Mitten gleicher Polarität des ersten
Rotors 20A und des zweiten Rotors 20A außer Phase
gebracht werden, während
der Abstand zwischen dem ersten Rotor 20A und dem zweiten Rotor 20A erweitert
wird.
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In 3 und 4 gibt
es dazugehörige Veranschaulichungen
eines Kopfbereichs 61 eines Bolzens bzw. einer Schraube,
eines Bolzenschraubenbereichs 60 und eines Mutternbereichs 62.
Der Kopfbereich 61 des Bolzens entspricht dem ersten Rotor 20A,
der Mutternbereich 62 entspricht dem zweiten Rotor 20B.
Wenn sich der Bolzenschraubenbereich 60 (der dem Teil 23A in 2 entspricht)
in einer Richtung dreht, wird der Mutternbereich 62 in Abhängigkeit
von der Richtung des auf den Mutternbereich 62 wirkenden
Drehmoments angezogen oder gelöst.
Das gleiche Phänomen
tritt in dem zweiten Rotor 20B in Abhängigkeit von der Richtung des
auf den Rotor wirkenden Drehmoments auf.
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Nachstehend
erfolgt eine Beschreibung der Betätigung der induzierten elektromotorischen
Kraft durch die dynamo-elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt die Charakteristiken des wirksamen
Flusses, der induzierten elektromotorischen Kraft und der Anschlussspannung
gegenüber
der Winkeldrehgeschwindigkeit der synchronen dynamo-elektrischen
Maschine mit Dauermagnet.
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Die
induzierte elektromotorische Kraft E wird durch einen konstanten
Magnetfluss Φ,
der durch die im Rotor angeordneten Dauermagnete erzeugt wird, und
eine Winkeldrehgeschwindigkeit ω der
dynamo-elektrischen Maschine bestimmt. Das heißt, wie in 5(a) gezeigt ist, nimmt, wenn der konstante Magnetfluss Φ1 konstant
ist, die induzierte elektromotorische Kraft E1 proportional zu,
wenn die Winkeldrehgeschwindigkeit ω (Drehzahl) erhöht wird.
Da es jedoch eine Beschränkung
in der Ausgangsspannung des Inverters aufgrund der Anschlussspannung der
Leistungsversorgung und der Kapazität des Inverters gibt, besteht
auch eine Beschränkung
der induzierten elektromotorischen Kraft, die durch die dynamo-elektrische
Maschine unter einer normalen Betriebsbedingung erzeugt wird. Daher
ist er in der synchronen dynamo-elektrischen Maschine mit Dauermagnet
in einem Bereich über
einer Drehzahl notwendig, um das durchzuführen, was als Feldschwächungssteuerung
bezeichnet wird, um den durch die Dauermagnete erzeugten Magnetfluss
zu verringern.
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Da
die induzierte elektromotorische Kraft proportional zur Winkeldrehgeschwindigkeit
zunimmt, muss der Strom der Feldschwächungssteuerung erhöht werden.
Daher muss ein großer
Strom zur Spule des primären
Leiters geleitet werden und infolgedessen nimmt die in der Spule
erzeugte Wärme
zu, was zu einer Verringerung der Effizienz als dynamo-elektrische
Maschine in einem hohen Drehzahlbereich und einer Entmagnetisierung
der Dauermagnete aufgrund einer die Kühlkapazität überschreitenden Wärmeerzeugung
führen
kann.
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Beispielsweise
wird, wie in 5(a) gezeigt, wenn der durch
die in dem Rotor angeordneten Dauermagnete erzeugte Magnetfluss Φ1 an einem
Punkt der Winkeldrehgeschwindigkeit ω1 (Drehzahl) in den Magnetfluss Φ2 geändert wird,
die induzierte elektromotorische Kraft E1 der dynamo-elektrischen
Maschine in die induzierte elektromoto rische Kraft E2 geändert. Durch
diese Charakteristik kann der Maximalwert der induzierten elektromotorischen
Kraft begrenzt werden.
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Gleichermaßen ist 5(b) ein schematischer Graph, der zeigt, dass,
wenn der Magnetfluss Φ nach
Maßgabe
der Winkeldrehgeschwindigkeit ω (Drehzahl)
Stück für Stück geändert wird,
die induzierte elektromotorische Kraft E konstant gehalten werden
kann.
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In
einer Ausführungsform
einer Einrichtung zum Erhalten der in 5(b) gezeigten
Charakteristiken ist der erste Feldmagnet einer dynamo-elektrischen
Maschine an einer Welle befestigt und der zweite Feldmagnet ist
von der Welle getrennt. Die Welle und der zweite Feldmagnet weisen
Schraubfunktionen auf, um miteinander verbunden zu werden, indem
ein Bolzenschraubenbereich in der Welle und ein Mutternbereich innerhalb
des zweiten Feldmagneten ausgebildet sind. Weiterhin ist ein Anschlag
einer von einer Seitenfläche
des zweiten Feldmagneten entfernten Position vorgesehen, und es
ist ein Servomechanismus vorgesehen, der imstande ist, den Anschlag
nach Maßgabe
einer Drehzahl parallel zur Welle zu bewegen.
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6 ist
ein Steuerungsblockdiagramm der in 1 gezeigten
dynamo-elektrischen Maschine.
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Zuallererst
beurteilt das Ansteuerungsbeurteilungsteil 101 den Ansteuervorgang
der synchronen dynamo-elektrischen Maschine 2 vom Dauermagnettyp
auf der Grundlage der Information (Kompressordruck, Gastemperatur,
Betriebsmodi und Kraftstoffgasdrosselöffnung usw.) aus dem längs der Turbinensteuerung
installierten Sensor und der Drehzahl der synchronen dynamo-elektrischen
Maschine 2 vom Dauermagnettyp und gibt den Elektrostrombefehlswert
aus. Die Elektrostrombefehlswertausgabe von dem Ansteuerungsbeurteilungsteil 101 wird
in den Stromsteuerungsblock 102 eingegeben, der die Entkopplungssteuerung
für den
Unterschied zwischen dem Strombefehlswert und dem gegenwärtigen Wert
des Stroms der synchronen dynamo-elektrischen Maschine 2 vom
Dauermagnettyp durchführt.
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Die
Leistungsausgabe von dem Elektrostromsteuerungsblock 102 wird
in dem Drehkoordinatenumwandlungsteil 103 in den Drehstrom
umgewandelt und der synchronen dynamo-elektrischen Maschine 2 vom
Dauermagnettyp durch die Haupt-PBM-Umkehrschaltung 104 als
Steuerungssignal zugeführt.
Ferner werden der elektrische Strom jeder Phase der synchronen dynamo-elektrischen Maschine 2 vom
Dauermagnettyp (zumindest der zweiphasige elektrische Strom) und
die Drehzahl (Die Drehzahl der Turbine ist annehmbar. Weiterhin ist
es möglich,
den multiplizierten Wert der Drehzahl der Turbine zu verwenden,
wenn ein Gangwechsel erfolgt.) erfasst. Der elektrische Strom jeder
Phase wird im Zwei-Achsen-Umwandlungsblock 105 in Zwei-Achsen-Ströme umgewandelt
und wieder zum Elektrostrombefehlswert zurückgeführt. Weiterhin werden die Drehzahl
und die Position des Magnetpols usw. durch die Erfassungsvorrichtung 106 erfasst
und durch den Magnetpolpositionswandler 107 und das Geschwindigkeitsumwandlungsteil 108 zu jedem
Steuerungsblock zurückgeführt.
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Obwohl
der Stromsensor und der Positions- und Geschwindigkeitssensor der
dynamo-elektrischen Maschine 2 in der in 6 gezeigten
Ausführungsform
vorgesehen sind, kann ein Teil dieser Sensoren entfernt werden und
die sensorfreie Konfiguration des Ansteuerns der dynamo-elektrischen
Maschine 2 kann in ähnlicher
Weise übernommen
werden.
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Obwohl
die Ausführungsform
der 6 einen Positions- und Geschwindigkeitssensor
der dynamo-elektrischen Maschine 2 und einen Stromsensor
der dynamo-elektrischen Maschine umfasst, kann eine Steuerungsschaltung
eines sensorfreien Aufbaus zum Ansteuern der dynamo-elektrischen Maschine 2 ohne
einen Teil dieser Sensoren anwendbar sein.
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Weiterhin
hat, da in der synchronen dynamo-elektrischen Maschine mit Dauermagnet
der vorliegenden Erfindung die Polmitten von gleicher Polarität des ersten
und des zweiten Rotors nach Maßgabe
der Betriebsbedingung in Phase oder außer Phase gebracht werden,
die synchrone dynamo-elektrische Maschine mit Dauermagnet der vorliegenden Erfindung
die Funktion des Korrigierens eines Führungswinkels der Stromversorgung
durch eine Steuerung zum Steuern des Inverters entsprechend einem
Positionsverschiebungswinkel des Verbundmagnetpols des ersten Feldmagneten
und des zweiten Feldmagneten.
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Eine
Ausführungsform
zum Korrigieren des Führungswinkels
der Stromversorgung wird nachstehend beschrieben.
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Wenn
die dynamo-elektrische Maschine durch Befestigen des ersten Feldmagneten
an einer Welle, durch Trennen des zweiten Feldmagneten von der Welle
und durch Ausbilden eines Bolzenschraubenbereichs in der Welle und
eines Mutternbereichs innerhalb des zweiten Feldmagneten betätigt wird, um
Schraubfunktionen hinzuzufügen,
um miteinander mit der Welle und dem zweiten Feldmagneten verbunden
zu werden, wird der zweite Feldmagnet in Axialrichtung bewegt, während er
sich dreht.
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13 zeigt
die Beziehung zwischen dem Drehwinkel und der Verschiebung in Axialrichtung, wenn
die Polmitten von gleicher Polarität des ersten Rotors und des
zweiten Rotors entsprechend der Betriebsbedingung in Phase oder
außer
Phase sind.
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Es
wird auf 13 Bezug genommen, gemäß der, da
es eine proportionale Beziehung zwischen dem Drehwinkel Θ und der
Axialverschiebung ΔL
des zweiten Rotors gibt, die Axialverschiebung ΔL unter Verwendung eines Verdrängungszählers 64 gemessen
und zur Steuerung des Elektroleistungswandlers zurückgeführt wird,
die für
die optimale Steuerung zum Korrigieren des Führungswinkels der Stromversorgung
als umgewandelter Wert des Verschiebungswinkels der Verbundmagnetpolposition des
ersten Feldmagneten und des zweiten Feldmagneten zu verwenden ist.
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7 ist
eine Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer dynamo-elektrischen
Maschine gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Der
erste Rotor 20A ist an der Welle 22 befestigt,
wobei der zweite Rotor 20B von der Welle 22 getrennt
ist, der Bolzenschraubenbereich 23A in einem Teil der Welle
ausgebildet ist, eine Hülse 41 an der
Innenseite des zweiten Feldmagneten befestigt ist, der Mutternbereich 23B an
der Innenseite der Hülse 41 befestigt
ist. Somit wird der zweite Rotor 20B bezüglich des
ersten Rotors 20A gedreht, während der Abstand zwischen
dem ersten Rotor 20A und dem zweiten Rotor 20B erweitert
wird, als ob ein Mutternbereich von einem Bolzenschraubenbereich abgeschraubt
würde.
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Wenn
eine Änderung
in der Flussverkettung zwischen der Innenseite des zweiten Feldmagneten und
der Welle 22 auftritt, wenn der zweite Rotor gedreht wird,
kann, weil es ein geringes Spiel zwischen dem zweiten Feldmagneten
und der Welle 22 gibt, ein Problem wie zum Beispiel elektrolytische
Korrosion auftreten. Daher besteht die Hülse 41 aus einem nichtmagnetischen
Material mit einem elektrischen Widerstand, der höher als
derjenige von Eisen ist. Dadurch sind die Innenseite des zweiten
Feldmagneten und die Welle 22 magnetisch und elektrisch
durch die Hülse 41 isoliert.
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Haltemechanismen 40A, 40b sind
innen in der Hülse 41 angeordnet,
um die Drehbewegung, Hin- und Herbewegung und die zusammengesetzte Bewegung
zwischen dem zweiten Feldmagneten und der Welle zu führen.
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Der
zweite Rotor 20B ist mit der Welle durch Ausbilden einer
Schraubfunktion des Bolzenschraubenbereichs 23A in einem
Teil der Welle verbunden und ein beweglicher Anschlag 24 ist
an einer Position angeordnet, die getrennt von einer Seitenfläche des zweiten
Feldmagneten ist, und die Haltemechanismen 42, 47 sind
zwischen dem Anschlag 24 und der Welle sowie zwischen dem
Anschlag und der Seitenfläche
des zweiten Rotors 20B angeordnet, um die Drehbewegung,
Hin- und Herbewegung und die zusammengesetzte Bewegung zwischen
dem zweiten Feldmagneten bezüglich
der Welle zu führen.
Der Haltemechanismus 42 hat die Funktion eines Axiallagers
und der Haltemechanismus 47 hat die Funktion des Führens der
Drehbewegung, der Hin- und Herbewegung und der zusammengesetzten
Bewegung, obwohl er ein Radiallager ist.
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Weiterhin
besteht die Wirkung, dass die Funktion des Haltemechanismus 42 als
dem Axiallager durch Anordnen einer Feder 48 verbessert
wird.
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Nachstehend
erfolgt eine Beschreibung einer Magnetkupplung als Beispiel für den Servomechanismus,
der imstande ist, den Anschlag 24 parallel zur Welle zu
bewegen.
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Der
Aufbau der Magnetkupplung ist so, dass eine Spule 46 um
ein Joch 44 gewickelt ist, und ein Anschlag 24 kann
ebenfalls als beweglicher Kern dienen. Das Joch 44 und
die Spule 46 sind an einem Rahmen 49 der dynamo-elektrischen
Maschine oder einem Teil des – nicht
gezeigten – Kompressors
befestigt, und eine Feder 45 ist zwischen dem Joch 44 und
dem Anschlag 24 angeordnet, so dass sie die Funktion einer
Rückstellvorrichtung
bei einer Bremserregung hat. Ein Lager 50 ist zwischen
dem Rahmen 49 und der Welle 22 zum Halten der
Welle 22 angeordnet.
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7 zeigt
die Spule 46 in einem nicht-erregten Zustand und 8 zeigt
die Spule 46 in einem erregten Zustand.
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Das
Joch 44 wird zu einem starken Magnet durch Erregen der
Spule 46, um den Stopper 24 anzuziehen, der ebenfalls
die Funktion als beweglicher Kern hat.
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Wenn
der Anschlag 24 durch Erregen der Spule 46 angezogen
wird, kann die Last des Leitens von Strom zur Spule 46 durch
Hinzufügen
des Drehmoments zum zweiten Rotor 20B reduziert werden, so
dass er bezüglich
des ersten Rotors 20A gedreht wird, während der Abstand zwischen
dem ersten Rotor 20A und dem zweiten Rotor 29B erweitert
wird, als würde
ein Mutternbereich von einem Bolzenschraubenbereich abgeschraubt.
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Die
hier gezeigte Magnetkupplung ist ein Beispiel für einen Servomechanismus, der
imstande ist, den Anschlag 24 parallel zur Welle zu bewegen, die
Positionierung des Anschlags kann durch Verwenden eines hydraulischen
Stellglieds, einer linearen Ansteuervorrichtung, die einen Rotor
und eine Kugelumlaufspindel verwendet, eine lineare dynamo-elektrische
Maschine oder dergleichen präziser durchgeführt werden.
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9 zeigt
ein Beispiel für
die Hülse 41,
die an der Innenseite des zweiten Rotors 20B zu befestigen
ist.
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Als
eines der Verfahren zum Befestigen des zweiten Rotors und der Welle
werden der zweite Rotor 20B und die Hülse 41 durch Ausbilden
vorstehender und vertiefter Bereiche auf den Kontaktflächen der
beiden Teile befestigt. Der Unterschied im Aufbau der innenseitigen
Bereiche zwischen dem an der Welle 22 befestigten ersten
Rotor 20A und dem von der Welle 22 getrennten
zweiten Rotor 20B ist in 10 gezeigt.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Ein
vertiefter Bereich 53 ist auf einer Seitenfläche des
ersten Feldmagneten ausgebildet, an der sich der erste Feldmagnet
und der zweite Feldmagnet miteinander in Kontakt befinden, und ein
vorstehender Bereich 54, der auch in der Funktion der Hülse dient,
ist in dem zweiten Feldmagneten ausgebildet. Der vorstehende Bereich 54 und
die Hülse 41 können in
einer Einheit ausgebildet werden. Dadurch kann ein ausreichender
Raum für
die Hülse 41 sichergestellt
werden. Deshalb ist es eines der Verfahren zum Erhalten einer dynamo-elektrischen Maschine
mit dem zweiten Rotor von dünner
axialer Dicke durch wirksames Anordnen der Feder 48, der
Haltemechanismen 40A, 40B und des Mutternbereichs 23B.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Die
in 11 gezeigten grundlegenden Komponenten sind die
gleichen wie diejenigen der 7, aber
ein der Magnetkupplung entsprechendes Teil ist geändert. 12 zeigt
die Spule 46 im erregten Zustand und das Joch 44 wird
vom Anschlag 24 durch die Feder 45 beim Unterbrechen
der Erregung gelöst.
Weiterhin weist die Ausführungsform
die Charakteristik auf, dass eine Schubkraft auf den zwei ten Rotor 20B durch
die Schraubfunktion aufgrund einer Wechselwirkung zwischen dem Bolzenschraubenbereich 23A,
auf den das Drehmoment ausgeübt
wird, und dem Mutternbereich 23B ausgeübt wird. Wenn daher die Erregung
der Spule 46 unterbrochen wird, wird der Anschlag 24 von
dem Joch 44 durch Zugeben der Schubkraft gelöst, um den
Anschlag 24 aufgrund der Wechselwirkung zwischen der Schraube und
dem Drehmoment hinauszuschieben. Das Joch 44 ist durch
einen Arm 52 am Rahmen 49 oder einem Teil der
(nicht gezeigten) Zugmaschinenkarosserie befestigt.
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Gleichermaßen wie
in 7 und 8 ist die in 11 gezeigte
Magnetkupplung ein Beispiel für
einen Servomechanismus, der imstande ist, den Anschlag 24 parallel
zur Welle zu bewegen, die Positionierung des Anschlags kann durch
Verwenden eines hydraulischen Stellglieds, einer linearen Ansteuervorrichtung,
die einen Rotor und eine Kugelumlaufspindel verwendet, einer linearen
dynamo-elektrischen Maschine oder dergleichen präziser durchgeführt werden.
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12 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Der
Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor 20A fest
an der Welle 22 befestigt ist, aber der zweite Rotor 20B ist
zur Welle frei. Daher besteht ein geringes Spiel in der mechanischen
Dimension zwischen dem zweiten Rotor 20B und der Welle 22 und demgemäß kann der
zweite Rotor 20B exzentrisch werden, wenn ein großes Drehmoment
oder eine Zentrifugalkraft auf den zweiten Rotor 20B ausgeübt wird.
Der Luftabstand 2 zwischen dem zweiten Rotor 20B mit
dem zweiten Feldmagneten und dem Stator ist größer ausgeführt als der Luftabstand 1 zwischen dem
ersten Rotor 20A mit dem ersten Feldmagneten und dem Stator.
Dadurch kann der mechanische Kontakt zwischen dem zweiten Rotor 20B und
dem Stator verhindert werden, der durch Dezentrierung entsteht.
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15 zeigt
eine dynamo-elektrische Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Das
Merkmal der dynamo-elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die Länge
der Innenseite kürzer
als diejenige der Außenseite
des zweiten Rotors 20B ist und ein Anschlag 24 und
ein Servomechanismus 25 (ein Stellglied zum Ansteuern des
Anschlags) innerhalb des zweiten Rotors 20B vorgesehen
sind. Daher kann die Länge
des gesamten Rotors einschließlich Anschlag 24 und
Servomechanismus 25 in Axialrichtung unterdrückt werden.
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Obwohl
die vorstehende Erläuterung
der vorliegenden Erfindung an der dynamo-elektrischen Vier-Pol-Maschine
erfolgt ist, muss nicht erwähnt werden,
dass die vorliegende Erfindung auf eine dynamo-elektrische Zwei-Pol-Maschine oder eine
dynamo-elektrische Sechs-Pol-Maschine
angewendet werden kann. Als Beispiel ist 14 eine
schematische Ansicht, die einen Rotor einer synchronen dynamo-elektrischen Maschine
mit Dauermagnet zeigt, in der die vorliegende Erfindung auf eine
dynamo-elektrische Acht-Pol-Maschine angewendet wird. Weiterhin
kann die vorliegende Erfindung auf irgendeinen Typ von Rotor, einen
Typ mit eingebettetem Magnet oder einen Typ mit Oberflächenmagnet,
angewendet werden.
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Die
dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 16 gezeigt.
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Die
in 16 gezeigte dynamo-elektrische Maschine umfasst
einen Stator mit der Primärwicklung
und einen Rotor mit den Feldmagneten und der Welle. Der Feldmagnet
weist den ersten Feldmagneten mit Magnetpolen unterschiedlicher
Polarität,
die aufeinander folgend in Drehrichtung angeordnet sind, und den
zweiten Feldmagneten mit Magnetpolen unterschiedlicher Polarität auf, die
aufeinander folgend in Drehrichtung angeordnet sind. Beide Feldmagnete
haben den Mechanismus zum Verschieben in axialer und in Drehrichtung.
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Während der
Mechanismus zum Verschieben eines Feldmagnets bezüglich des
anderen Magneten die Konfiguration aufweist, in der ein Feldmagnet
an der Welle in der dynamo-elektrischen Maschine befestigt ist und
der andere Feldmagnet beweglich und frei für die Welle in der in 11 gezeigten dynamo-elektrischen
Maschine eingebaut ist, weisen beide Feldmagnete in der in 16 gezeigten
dynamo-elektrischen
Maschine den vorstehend beschriebenen Mechanismus zum Verschieben
in Axial- und Drehrichtung auf.
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In 16 ist
der mittlere Anschlag 64 an der Welle 22 zwischen
beiden Feldmagneten vorgesehen. Dieser mittlere Anschlag hat die
Funktion des Unterdrückens
der Verschiebung beider Feldmagnete nach rechts und links. 8 ist
eine den 3 und 4 ähnliche
Ansicht und zeigt die Beziehung zwischen einem Bolzen und Muttern
zur Veranschaulichung der oben angegebenen Unterdrückungsfunktion.
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In 18(1) befinden sich die Polmitten von gleicher
Polarität
der rechten und linken Mutter durch den mittleren Anschlag 64 in
Phase. Eine Mutter wird nach außen
abgeschraubt, wenn das Drehmoment in derselben Richtung auf die
rechte und linke Mutter ausgeübt
wird.
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Daher
werden in einem Zugsystem, das die dynamo-elektrische Maschine verwendet,
in der die Drehrichtungen beim Hin- und Rücklauf einander entgegengesetzt
sind, wenn die Charakteristik des hohen Drehmoments im niedrigen
Drehzahlbereich verlangt wird, wie etwa am Beginn des elektrischen Zugs,
usw., der rechte und linke Feldmagnet, wie in 18(1) gezeigt,
zwangsweise ausgerichtet. Weiterhin werden, wenn die Charakteristik
des hohen Drehmoments im hohen Drehzahlbereich erforderlich ist,
der rechte und linke Anschlag 24 nach Gelegenheit beweglich
gelassen, wie in 18(2) und 18(3) gezeigt. Als Ergebnis kann ein sich
durch beide Feldmagnete ergebendes Magnetfeld durch Bewegen des
Anschlags 24 geändert
werden und die Wirkung einer Feldschwächung ist erreicht.
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Die
dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 17 gezeigt.
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Die
in 17 gezeigte dynamo-elektrische Maschine umfasst
einen ersten Feldmagneten mit Magnetpolen unterschiedlicher Polarität, die aufeinander
folgend in Drehrichtung angeordnet sind, einen zweiten Feldmagneten
mit Magnetpolen unterschiedlicher Polarität, die aufeinander folgend
in Drehrichtung angeordnet sind, und einen zwischen dem ersten und
dem zweiten Feldmagneten angeordneten dritten Feldmagneten mit Magnetpolen
unterschiedlicher Polarität,
die aufeinander folgend in Drehrichtung angeordnet sind. In der
grundlegenden Konfiguration ist der dritte Feldmagnet 20c an
der Welle 22 befestigt und in der Mitte eines Rotors zusätzlich zu der
in 16 gezeigten Konfiguration angeordnet. Die Breite
des ersten Feldmagneten und des zweiten Feldmagneten ist axial die
gleiche wie in 16.
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16 und 18 sind ähnliche
Erläuterungszeichnungen. 19 zeigt
ein Beispiel, um das Rotorteil der 17 dem
Bolzen und der Mutter entsprechen zu lassen. Ein in 19 gezeigtes
grundlegendes Betriebsprinzip ist ähnlich 18.
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In
den in 16 bis 19 gezeigten
dynamo-elektrischen Maschinen können
sich der erste Feldmagnet und der zweite Feldmagnet bezüglich der
Welle in axialer und Drehrichtung frei bewegen. Die Schraubfunktionen
sind durch einen Schraubbereich in der Welle und den Mutternbereichen
innerhalb des ersten und des zweiten Feldmagneten vorgesehen.
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Eine
dynamo-elektrische Maschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 20 und 21 gezeigt.
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20 und 21 zeigen ein Beispiel für den Mechanismus,
der die Drehrichtung der Achse (Leistungsausgangsachse) schaltet,
die verwendet wird, wenn die Drehrichtung der dynamo-elektrischen
Maschine der vorliegenden Erfindung die gleiche ist. Dieser Mechanismus
weist ein Getriebe 93 und eine Kupplung 90 auf,
um die Drehung als Mittel zum Umschalten der Drehrichtung der Leistungsausgangsachse
umzukehren. Selbst wenn die Drehrichtung der Achse 84 beim
Hin- und Rücklauf
wie der Zug umgekehrt wird, kann die Drehrichtung der dynamo-elektrischen
Maschine der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines solchen
Mechanismus zur gleichen gemacht werden.
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In 21 kann, wenn die Drehrichtung der dynamo-elektrischen
Maschine der vorliegenden Erfindung umgekehrt wird, wenn die Drehrichtung
der Achse 84 dasselbe ist, ein sich ergebendes Magnetfeld
der beiden am Rotor vorgesehenen Feldmagnete geändert werden.