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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine,
bei der beide Endflächen
eines Rotors in einer Drehachsrichtung in Bezug auf den Magnetismus
effektiv verwendet werden können.
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Technischer Hintergrund
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Eine
rotierende elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor
auf. Der Rotor ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet und
relativ zum Stator drehbar angeordnet.
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In
den meisten rotierenden elektrischen Maschinen ist ein Stator so
angelegt, dass er einer äußeren Umfangsoberfläche eines
Rotors gegenüberliegt,
und der Rotor beinhaltet Magnete, die in einer radialen Richtung
magnetisiert sind. Ferner erzeugt der Stator einen Magnetfluss entlang
der radialen Richtung des Rotors und legt die Magnetfelder an, die
sich auf die Magneten des Rotors auswirken. Somit wird in den meisten
rotierenden elektrischen Maschinen der Rotor infolge der magnetischen
Wechselwirkung von Stator und Rotor in der radialen Richtung des
Rotors gedreht.
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Andererseits
ist eine rotierende elektrische Maschine mit Statoren, die auf den
Endflächenkomponenten
eines Rotors entlang einer Drehachsrichtung installiert sind, bekannt
(
JP 10-271784 A ).
Bei dieser Art von rotierender elektrischer Maschine beinhaltet
der Rotor Magnete, die in der Drehachsrichtung magnetisiert sind.
Darüber
hinaus erzeugen die Statoren einen Magnetfluss entlang der Drehachsrichtung
des Rotors und legen auf die Magneten des Rotors Magnetfelder an.
In der wie vorstehend beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine
mit den auf den Komponenten der Endflächen des Rotors in der Drehachsrichtung
installierten Statoren wird der Rotor durch die magnetische Wechselwirkung
von Stator und Rotor in der Drehachsrichtung des Rotors gedreht.
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Zur
Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, die in der
Lage ist, ein hohes Drehmoment abzugeben, ist es dementsprechend
notwendig, dass Statoren, abgesehen davon, sie auf der Umfangsoberfläche eines
Rotors anzubringen, auf beiden Endflächen des Rotors in einer Drehachsrichtung
angebracht werden, so dass der Rotor somit mittels der magnetischen
Wechselwirkung von Stator und Rotor, die sowohl in der radialen
Richtung als auch der Drehachsrichtung des Rotors auftritt, gedreht
werden kann.
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Weil
die Statoren, die an den Endflächen
des Rotors in der Drehachsrichtung angebracht sind, entlang der
radialen Richtung des Rotors angeordnet sind und einen Kern beinhalten,
dessen Innenumfang schmäler
ist als dessen Außenumfang,
besteht bei den Statoren leider das Problem, dass es wahrscheinlicher
ist, dass eine magnetische Sättigung
in solchen Statoren und nicht in einem Stator auftritt, der entgegengesetzt
zu einer Umfangsoberfläche des
Rotors angeordnet ist. Dabei nimmt das Drehmoment in einem hohen
Leistungsbereich problematisch ab.
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Die
vorliegende Erfindung, die die vorstehend beschriebenen Probleme
angeht, schafft in vorteilhafter Weise eine rotierende elektrische
Maschine, die in der Lage ist, die beiden Endflächen eines Rotors in einer
Drehachsrichtung effektiv zu nutzen, während eine magnetische Sättigung
unterdrückt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine rotierende elektrische Maschine einen Rotor und
einen Stator auf. Der Rotor weist einen ersten Rotormagnetpolabschnitt
auf, der in einer radialen Richtung magnetisiert ist, und einen
zweiten Rotormagnetpolabschnitt, der in einer Drehachsrichtung magnetisiert
ist. Der Stator weist einen ersten Statormagnetpolabschnitt auf,
der entsprechend dem ersten Rotormagnetpolabschnitt bereitgestellt
ist, um einen Magnetfluss entlang der radialen Richtung zu erzeugen,
und einen zweiten Statormagnetpolabschnitt, der entsprechend dem
zweiten Rotormagnetpolabschnitt bereitgestellt ist, um einen Magnetfluss entlang
der Drehachsrichtung zu erzeugen. Dann wird der Rotor relativ zum
Stator frei gedreht, wenn er am ersten Rotormagnetpolabschnitt und
dem zweiten Rotormagnetpolabschnitt jeweils von dem ersten und dem
zweiten Statormagnetpolabschnitt einen Magnetfluss aufnimmt. Der
erste Statormagnetpolabschnitt weist eine Mehrzahl von ersten Kernen
auf, die entlang einer Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sind,
und eine Mehrzahl von ersten Spulen, die entsprechend der Mehrzahl
von ersten Kernen angeordnet sind, wobei eine jeweilige von der
Mehrzahl der ersten Spulen entsprechend einem der ersten Kerne aufgewickelt
ist. Der zweite Statormagnetpolabschnitt weist eine Mehrzahl von
zweiten Kernen auf, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors angeordnet
sind, und eine Mehrzahl von zweiten Spulen, die entsprechend der
Mehrzahl der zweiten Kerne angeordnet sind, wobei eine jeweilige
von der Mehrzahl von zweiten Spulen entsprechend einem der zweiten
Kerne aufgewickelt ist. Die zweiten Kerne weisen eine Querschnittsfläche in einer
Flächenrichtung
senkrecht zur radialen Richtung des Rotors auf, die größer ist
als die der ersten Kerne in einer Flächenrichtung senkrecht zur
Drehachsrichtung. Wenn ferner eine minimale Breite der ersten Kerne
in der Umfangsrichtung des Rotors als W1 definiert ist, ist die
Anzahl der Wicklungen der ersten Spulen als N1 definiert, ist eine
minimale Breite der zweiten Kerne in dieser Umfangsrichtung des
Rotors als W2 definiert, und die Anzahl der Wicklungen der zweiten Spulen
ist als N2 definiert, wobei die Beziehung W2/N2 > W1/N1 erfüllt wird.
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Vorzugsweise
wird eine von entweder der Mehrzahl der ersten Spulen oder der Mehrzahl
der zweiten Spulen ins Innere der Spulenenden der anderen von entweder
der Mehrzahl der ersten Spulen oder der Mehrzahl der zweiten Spulen
positioniert.
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Vorzugsweise
wird die Beziehung N1 > N2 erfüllt.
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Vorzugsweise
werden die ersten Spulen einstückig
mit den zweiten Spulen aufgewickelt.
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Vorzugsweise
werden die ersten Spulen unabhängig
von den zweiten Spulen aufgewickelt.
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Vorzugsweise
ist die Gesamtanzahl von der Mehrzahl der ersten Kerne größer als
die von der Mehrzahl der zweiten Kerne.
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Vorzugsweise
ist der Rotor in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet.
Die Mehrzahl der ersten Kerne ist entlang der Umfangsrichtung des
Rotors angeordnet, um einer äußeren Umfangsoberfläche der
zylindrischen Form gegenüberzuliegen.
Die Mehrzahl der zweiten Kerne weist eine Mehrzahl von ersten axialen
Kernen auf, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors angeordnet
sind, um einer Endfläche
der zylindrischen Form in der Drehachsrichtung des Rotors gegenüberzuliegen, und
eine Mehrzahl von zweiten axialen Kernen, die entlang der Umfangsrichtung
des Rotors angeordnet sind, um der anderen Endfläche der zylindrischen Form
in der axialen Drehrichtung des Rotors gegenüberzuliegen. Die Mehrzahl der
zweiten Spulen weisen eine Mehrzahl von ersten axialen Spulen auf,
die entsprechend der Mehrzahl der ersten axialen Kerne angeordnet
sind, wobei eine jeweilige von der Mehrzahl der ersten axialen Spulen
um einen entsprechenden der ersten axialen Kerne gewickelt ist,
und eine Mehrzahl der zweiten axialen Spulen entsprechend der Mehrzahl
der zweiten axialen Kerne bereitgestellt ist, wobei eine jeweilige
von der Mehrzahl der zweiten axialen Spulen um eine entsprechende
der zweiten axialen Kerne gewickelt ist. Die Mehrzahl der ersten
axialen Kerne ist auf Positionen angeordnet, die entlang der Umfangsrichtung
des Rotors relativ zur Mehrzahl der zweiten axialen Kerne angeordnet sind.
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Vorzugsweise
sind die ersten und zweiten axialen Spulen in einer Richtung aufgewickelt,
die entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der ersten Spulen
ist.
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Vorzugsweise
sind die ersten und zweiten axialen Spulen einstückig mit den ersten Spulen
aufgewickelt.
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In
der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung
treten magnetische Wechselwirkungen von Stator und Rotor sowohl
in der radialen Richtung als auch in der Drehachsrichtung des Rotors
auf, wodurch bewirkt wird, dass der Rotor sich relativ zum Stator
dreht. Das Drehmoment zum Drehen des Rotors wird sowohl in der radialen Richtung
als auch in der axialen Drehrichtung des Rotors erzeugt. Darüber hinaus
wird ein Wert von W2/N2, der durch Dividieren der Breite der zweiten Kerne
in der Umfangsrichtung durch die Anzahl der Wicklungen der Spulen
in dem zweiten Statormagnetpolabschnitt, der so angeordnet ist,
dass er der Endfläche
des Rotors in der Drehachsrichtung entgegengesetzt ist, erhalten
wird, größer als
ein Wert von W1/N1, der durch Dividieren der Breite der ersten Kerne
in der Umfangsrichtung durch die Anzahl der Wicklungen der Spulen
im ersten Statormagnetpolabschnitt, der so angeordnet ist, dass
er der Außenoberfläche des
Rotors gegenüberliegt,
erhalten wird. Dabei erzeugt der zweite Statormagnetpolabschnitt einen
größeren Magnetflussbetrag
in der Drehachsrichtung als den, der in einem Fall erzeugt wird,
wenn W1 = W und N1 = N2.
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Daher
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung eine magnetische Sättigung
unterdrückt
werden, um beide Endflächen
des Rotors in der Drehachsrichtung effektiv zu nutzen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine Explosionsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine, die
entlang der Linie II-II, die in 1 gezeigt
ist, erstellt wurde.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines axialen Teils eines Stators,
der in
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1 gezeigt
ist.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines radialen Teil des Stators, der
in 1 gezeigt ist.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine.
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6 ist
eine andere perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen
Maschine.
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7 ist
eine abgewickelte Ansicht, die eine partielle Darstellung der axialen
Teile und des radialen Teils des Stators ist, der in 1 gezeigt
ist.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Teil der Kerne in den axialen
Teilen und dem radialen Teil, die in 7 gezeigt
sind, darstellt.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Stators und eines Rotors in einer
rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht von Spulen und des Rotors, der in 9 gezeigt
ist.
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11 ist
eine Querschnittansicht des Stators und des Rotors in der rotierenden
elektrischen Maschine, die in 9 gezeigt
ist.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht des Kerns, der in 9 gezeigt
ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht der Spule, die in 9 gezeigt
ist.
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14 ist
eine andere perspektivische Ansicht der Spule , die in 9 gezeigt
ist.
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Beste Art und Weise zum Ausführen der
Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnung erfolgt eine ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung werden identische oder
einander entsprechende Teile durch identische Bezugszeichen bezeichnet,
und auf eine wiederholte Beschreibung derselben wird verzichtet.
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[Ausführungsform
1]
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1 ist
eine Explosionsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 weist
die rotierende elektrische Maschine 100 gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung eine Welle 10, einen Rotor 20,
einen Stator 30, ein Gehäuse 40 und Abdeckungen 50 und 60 auf.
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Der
Rotor 20 ist an der Welle 10 befestigt. Ferner
beinhaltet der Rotor 20 axiale Teile 21, 22 und einen
radialen Teil 23. Der axiale Teil 21 besteht aus Magneten 21A–21H,
während
der axiale Teil 22 aus Magneten 22A–22H besteht,
und der radiale Teil 23 besteht aus Magneten 23A–23H besteht.
Es ist zu beachten, dass die Magneten 22C–22F und
die Magneten 23C–23G in 1 nicht
dargestellt sind.
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Die
acht Magneten 21A–21H sind
entlang einer Umfangsrichtung DR2 auf einer Endfläche des Rotors 20 in
einer Drehachsrichtung DR1 angeordnet. Die acht Magneten 22A–22H sind
hingegen entlang der Umfangsrichtung DR2 auf der anderen Endfläche des
Rotors 20 in einer Drehachsrichtung DR1 angeordnet. Ferner
sind acht Magneten 23A–23H entlang
der Umfangsrichtung DR2 auf einer äußeren Umfangsoberfläche des
Rotors 20 angeordnet.
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Die
Magneten 21A–21H und
die Magneten 22A–22H werden
in der Drehachsrichtung DR1 magnetisiert, während die Magneten 23A–23H in
einer radialen Richtung DR3 des Rotors 20 magnetisiert
werden.
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Der
Stator 30 besteht aus axialen Teilen 31, 32 und
einem radialen Teil 33. Die axialen Teile 31, 32 erzeugen
einen Magnetfluss in der Drehachsrichtung DR1, während der radiale Teil 33 einen
Magnetfluss in der radialen Richtung DR3 erzeugt.
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Die
Welle 10, der Rotor 20 und der Stator 30 sind
in das Gehäuse 40 eingefügt, und
die Abdeckungen 50, 60 sind an beiden Enden 40 von
der Drehachsrichtung DR1 angebracht.
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2 ist
eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine 100,
die entlang der Linie II-II erstellt wurde, die in 1 gezeigt
ist. Unter Bezugnahme auf 2 weist
eine Endfläche
des Rotors 20 in der Drehachsrichtung DR1 den an ihm angebrachten
axialen Teil 21 auf, und an der anderen Endfläche des
Rotors 20 in der Drehachsrichtung DR1 ist der axiale Teil 22 an
derselben angebracht. Darüber
hinaus ist der radiale Teil 23 auf einer äußeren Umfangsoberfläche des
Rotors 20 des Rotors 20 in der radialen Richtung
DR3 positioniert.
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Der
axiale Teil 31 des Stators ist an der Abdeckung 50 befestigt,
und der axiale Teil 32 des Stators ist an der Abdeckung 60 befestigt.
Dann wird der axiale Teil 31 des Stators 30 so
angeordnet, dass er dem axialen Teil 21 des Rotors 20 gegenüberliegt, während der
axiale Teil 32 des Stators 30 so angeordnet ist,
dass er dem axialen Teil 22 des Rotors 20 gegenüberliegt.
Zudem ist der radiale Teil 33 des Stators 30 so
angeordnet, dass er dem radialen Teil 23 des Rotors 20 gegenüberliegt.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des axialen Teils 31 des Stators 30,
der in 1 gezeigt ist. Der axiale Teil 31 besteht
aus einer Halterung 310, Kernen 311–316 und
Spulen 321–326.
Die Halterung 310 weist Löcher 310A–310F auf,
durch die Anschlüsse
der Spulen im radialen Teil 33, die nachstehend beschrieben
werden, geführt
werden. Die Kerne 311–316 sind
an der Halterung 310 befestigt. Die Kerne 311–316 sind
entlang der Umfangsrichtung DR2 angeordnet, und die Spulen 321–326 sind je weils
um die Kerne 311–316 gewickelt.
Ferner werden die Anschlüsse 320 aus
den Spulen 321–326 entlang
der Drehachsrichtung DR1 herausgezogen.
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Es
ist zu beachten, dass die Struktur des axialen Teils 32 des
Stators 30, der in 1 gezeigt
ist, identisch zu der des axialen Teils 31 ist.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des radialen Teils 33 des
Stators 30, der in 1 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 4 besteht der radiale Teil 33 aus
einer Stahlplatte 330, Kernen 331–342 und
Spulen 351–356.
Hier sind in 4 die Kerne 336–342 nicht
dargestellt.
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Die
Stahlplatte 330 weist eine Struktur auf, in der eine Mehrzahl
von flach gewalzten Stahllagen und -streifen entlang der Drehachsrichtung
DR1 geschichtet wird. Die Kerne 331–342 sind an einer
Innenumfangsoberfläche
der Stahlplatte 330 entlang der Umfangsrichtung DR2 befestigt.
Dann werden die Spulen 351–362 jeweils um die
Kerne 331–342 gewickelt.
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Die
Anschlüsse
der Spulen 352, 354, 356, 358, 360 und 362 erstrecken
sich nach außerhalb
zu einer Seite der Drehachsrichtung DR1, während die Anschlüsse der
Spulen 351, 353, 355, 357, 359 und 361 sich
nach außerhalb
der anderen Seite der Drehachsrichtung DE1 erstrecken. Dann werden
die Anschlüsse
der Spulen 352, 354, 356, 358, 360 und 362 durch
beispielsweise die Löcher 310A–310F im
axialen Teil 31 gefädelt
und mit einer Sammelschiene verbunden, während die Anschlüsse der
Spulen 351, 353, 355, 357, 359 und 361 durch
beispielsweise die Löcher 310A–310F im
axialen Teil 32 gefädelt
und mit einer Sammelschiene verbunden werden.
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Somit
bestehen in der rotierenden elektrischen Maschine die axialen Teile 31, 32 des
Stators 30 aus den sechs Kernen 311–316 und
den sechs Spulen 321–326,
und der radiale Teil 33 des Stators 30 besteht
aus den zwölf
Kernen 331–342 und
den zwölf
Spulen 351–362.
Darüber
hinaus bestehen die axialen Teile 21 und 22 des
Rotors 20 aus den acht Magneten 21A–21H bzw. 22A–22H,
und der radiale Teil 23 des Rotors besteht aus den acht
Magneten 23A–23H.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine 100.
Unter Bezugnahme auf 5 wird der axiale Teil 33 des
Stators 30 so angeordnet, dass er eine innere Umfangsoberfläche 40A des
Gehäuses 40 tatsächlich physikalisch kontaktiert.
Dann wird der Rotor 20 innerhalb eines Innenumfangs des
radialen Teils 33 des Stators 30 angeordnet, und
die Welle 10 ist in der Mitte des Rotors 20 angeordnet.
Der axiale Teil 31 des Stators 30 ist im Gehäuse 40 von
einer Seite der Drehachsrichtung DR1 untergebracht. In diesem Fall
werden die Anschlüsse 340,
die in der Drehachsrichtung DR1 von den sechs Spulen im radialen
Teil 33 des Stators 30 herausgezogen werden, durch
die Löcher 31A und
andere Löcher
im axialen Teil 31 gefädelt.
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6 ist
eine andere perspektivische Ansicht der rotierenden elektrischen
Maschine 100. Unter Bezugnahme auf 6 sind die
Sammelschienen 70 auf dem axialen Teil 31 des
Stators 30 angeordnet, der im Gehäuse 40 beinhaltet
ist, und die Anschlüsse 320 des
axialen Teils 31 und die Anschlüsse 340 des radialen
Teils 33 sind mit den Sammelschienen 70 verbunden.
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Ein
Anschluss 80 besteht aus einem U-Phasen-Anschlussstift,
einem V-Phasenanschlussstift und einem W-Phasen-Anschlussstift,
und eine jeweilige der Sammelschienen 70 ist mit dem U-Phasen-, V-Phasen-
und W-Phasen-Anschlussstiften verbunden. Auf diese Weise führt der
Anschluss 80 den Spulen im axialen Teil 31 und
den sechs Spulen der Spulen im radialen Teil 33 elektrischen
Strom zu. Ein Anschluss 90 hingegen führt den Spulen im axialen Teil 32 des
Stators 30 und den verbleibenden sechs Spulen im radialen
Teil 33 des STators 30 elektrischen Strom zu.
Die Abdeckung 50 ist auf einer Seite des axialen Teils 31 des
Stators 30 bereitgestellt.
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7 ist
eine abgewickelte Ansicht, die die axialen Teile 31, 32 und
den radialen Teil 33 des Stators 30 darstellt,
wie in 1 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 7 bilden
im axialen Teil 31 des Stators 30 die Kerne 311–314 einen
U-Phasenkern, einen W-Phasenkern, einen V-Phasenkern bzw. einen
U-Phasenkern, währen
im axialen Teil 32 die Kerne 322–325 den
W-Phasenkern, den V-Phasenkern, den U-Phasenkern bzw. den W-Phasenkern
bilden. Im radialen Teil 33 des Stators 30 bilden
die Kerne 332 –334 jeweils
den U-Phasenkern, den V-Phasenkern und den W-Phasenkern, und die
Kerne 335–337 bilden
jeweils den U-Phasenkern, den V-Phasenkern und den W-Phasenkern.
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Der
Kern 332 im radialen Teil 33 ist entsprechend
dem Kern 311 im axialen Teil 31 bereitgestellt, der
Kern 333 im radialen Teil 33 ist entsprechend dem
Kern 313 im axialen Teil 32 bereitgestellt, und der
Kern 334 im radialen Teil 33 ist entsprechend dem
Kern 312 im axialen Teil bereitgestellt. Ferner ist der
Kern 335 im radialen Teil 33 entsprechend dem Kern 314 im
radialen Teil 32 bereitgestellt, der Kern 336 im
radialen Teil 31 ist entsprechend dem Kern 313 im
axialen Teil 31 bereitgestellt, und der Kern 337 ist
im radialen Teil 33 entsprechend dem Kern 315 im axialen
Teil 32 bereitgestellt.
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Ein
jeweiliger der Kerne 332–337 im radialen Teil 33 weist
eine Breite W1 in der Umfangsrichtung DR2 auf, während ein jeweiliger der Kerne 311–315 in
den axialen Teilen 31, 32 eine Breite W2 in der
Umfangsrichtung DR2 aufweist. Ferner ist die Breite W2 gleich zweimal
der Breite W1.
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Die
Kerne 311, 312 und 313 des axialen Teils 31 sind
derart angeordnet, dass ein jeweiliger Mittelpunkt der Kerne 311, 312 und 313 in
der Umfangsrichtung DR2 mit einem Mittelpunkt eines entsprechenden
der Kerne 332, 334 und 336 des radialen Teils 33 in
der Umfangsrichtung DR2 zusammenfällt. Die Kerne 313, 314 und 315 des
axialen Teils 32 sind derart angeordnet, dass ein jeweiliger
Mittelpunkt der Kerne 311, 314 und 315 in
der Umfangsrichtung DR2 mit einem Mittelpunkt eines entsprechenden
der Kerne 333, 335 und 337 des radialen
Teils 33 in der Umfangsrichtung DR2 zusammenfällt.
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Darüber hinaus
ist die Spule 352 mit der Spule 321 des axialen
Teils 31 verbunden, und die Spule 321 wird einstückig mit
der Spule 352 auf die Kerne 311 und 332 gewickelt.
In diesem Fall werden die Spulen 321 und 352 in
der Form eine Zahl acht entlang einer Richtung gewickelt, die durch
einen Pfeil gezeigt ist.
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Ferner
ist die Spule 353 mit der Spule 323 des axialen
Teils 32 verbunden, und die Spule 323 ist einstückig mit
der Spule 353 auf die Kerne 313 und 333 gewickelt.
In diesem Fall werden die Spulen 323 und 353 in
der Form der Zahl acht entlang der durch den Pfeil angezeigten Richtung
gewickelt.
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Des
Weiteren ist die Spule 354 mit der Spule 322 des
axialen Teils 31 verbunden, und die Spule 322 ist
einstückig
mit der Spule 354 um die Kerne 312 und 334 gewickelt.
In diesem Fall werden die Spulen 322 und 354 in
der Form der Zahl acht entlang der durch den Pfeil angezeigten Richtung
gewickelt.
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Weiter
noch ist die Spule 355 mit der Spule 324 des axialen
Teils 32 verbunden, und die Spule 324 ist einstückig mit
der Spule 355 auf die Kerne 314 und 355 gewickelt.
In diesem Fall werden die Spulen 324 und 355 in
der Form der Zahl acht entlang der durch den Pfeil dargestellten
Richtung gewickelt.
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Weiter
noch ist die Spule 356 mit der Spule 323 des axialen
Teils 31 verbunden, und die Spule 323 ist einstückig mit
der Spule 356 um die Kerne 313 und 336 gewickelt.
In diesem Fall werden die Spulen 323 und 356 in
Form der Zahl acht entlang der durch den Pfeil angezeigten Richtung
gewickelt.
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Weiter
noch ist die Spule 357 mit der Spule 325 des axialen
Teils 32 verbunden, und die Spule 325 ist einstückig mit
der Spule 357 um die Kerne 315 und 337 gewickelt.
In diesem Fall werden die Spulen 325 und 357 in
Form der Zahl acht entlang der durch den Pfeil gezeigten Richtung
gewickelt.
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Dann
wird ein Ende der Spulen 321 und 352 als die U-Phasenspule
mit dem U-Phasenanschlussstift
UT der Sammelschienen 70 verbunden, die auf der Seite des
axialen Teils 31 angeordnet sind, während das andere Ende der Spulen 321 und 352 mit
einer neutralen Position N der Sammelschienen 70 verbunden
ist. Ferner ist ein Ende der Spulen 322 und 354 als
die W-Phasenspule mit dem W-Phasenanschluss WT der Sammelschienen 70 verbunden, während das
andere Ende mit der neutralen Position N der Sammelschienen 70 verbunden
ist. Darüber
hinaus ist ein Ende der Spulen 323 und 356 als
die V-Phasenspule mit dem V-Phasenanschlussstift VT der Sammelschienen 70 verbunden,
während
das andere Ende mit der neutralen Position N der Sammelschienen 70 verbunden
ist.
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Im
axialen Teil 32 hingegen ist ein Ende der Spulen 322 und 353 als
die V-Phasenspule mit dem V-Phasenanschlussstift VT der Sammelschienen 71 verbunden,
die auf einer Seite des axialen Teils 32 angeordnet sind,
während
das andere Ende mit der neutralen Position N der Sammelschienen 71 verbunden
ist. Ferner ist ein Ende der Spulen 324 und 355 als
die U-Phasenspule mit dem U-Phasenanschlussstift UT der Sammelschienen 71 verbunden, während das
andere Ende mit der neutralen Position N der Sammelschienen 71 verbunden
ist. Darüber
hinaus ist ein Ende der Spulen 325 und 357 als
die W-Phasenspule mit dem W-Phasenanschlussstift WT der Sammelschienen 71 verbunden,
während das
andere Ende mit der neutralen Position N der Sammelschienen 71 verbunden
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, werden die Spulen 352–357 des
radialen Teils 33 abwechselnd mit den Spulen 321–324 im
axialen Teil 31 oder den Spulen 322–325 im
axialen Teil 32 verbunden. Dann ist die Anzahl der Wicklungen
N1 der Spulen 352–357 im
radialen Teil 33 gleich der Anzahl der Wicklungen N2 der
Spulen 321–325 in
den axialen Teilen 31 und 32.
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In
den axialen Teilen 31 und 32 werden die Phasen
in der Reihenfolge W-Phase → V-Phase → U-Phase
in der Umfangsrichtung DR2 geändert, während im
radialen Teil 33 die Phasen in der Reihenfolge der U-Phase → V-Phase → W-Phase
in der Um fangsrichtung DR2 geändert
werden. In anderen Worten ändern
sich die Phasen in den axialen Teilen 31 und 32 in
der Reihenfolge, die der im radialen Teil 33 entgegengesetzt
ist. Dementsprechend werden die Spulen 321–325,
die um die Kerne 311–315 in den
axialen Teilen 31 und 32 gewickelt werden sollen,
in einer Wicklung gewickelt, die entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung
der Spulen 352–357 gewickelt
ist, die um die Kerne 332–337 im radialen Teil 33 gewickelt
werden sollen. Aus diesem Grund wird ein jeweiliges Paar der Spulen 321 und 352; 323 und 353; 322 und 354; 324 und 355; 323 und 356 und 325 und 357 in
Form der Zahl acht wie vorstehend beschrieben aufgewickelt, wenn
die Spulen auf beide axiale Teile 31, 32 und den
radialen Teil 33 einstückig aufgewickelt
werden. Infolge dieser einstückigen Wicklung
können
magnetische Drehfelder in der Reihenfolge der U-Phase → V-Phase → W-Phase
in den axialen Teilen 31, 32 und im radialen Teil 33 erzeugt werden.
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Weil
ferner, wie vorstehend beschrieben, die Kerne 311–315 in
den axialen Teilen 31 und 32 eine Breite W2 in
der Umfangsrichtung DR2 aufweisen, die zweimal der Breite der Kerne 332–337 des
radialen Teils 33 in der Umfangsrichtung DR2 ist, und die Spulen 352–357 im
radialen Teil 33 abwechselnd mit den Spulen 321–324 im
axialen Teil 31 und den Spulen 322–325 im
axialen Teil 32 verbunden sind, werden die U-Phasenkerne
(die Kerne 311, 314), der V-Phasenkern (der Kern 313)
und der W-Phasenkern (der
Kern 312) im axialen Teil 31 auf Positionen angeordnet,
die entlang der Umfangsrichtung DR2 relativ zum U-Phasenkern (dem
Kern 314), dem V-Phasenkern (dem Kern 3131) und
dem W-Phasenkern (den Kernen 312, 315) im axialen
Teil 32 versetzt sind.
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Wenn
durch die Spulen 351–362 Strom
geleitet wird, erzeugt der radiale Teil 33 des Stators 30 die
Magnetfelder in einer radialen Richtung DR3 und legt die erzeugten
Magnetfelder auf die Magneten 23A–23H des Rotors 20 an.
Wenn hingegen ein Strom durch die Spulen 321–326 geleitet
wird, erzeugen die axialen Teile 31 und 32 des
Stators 30 die Magnetfelder in der Drehachsrichtung DR1
und legen die erzeugten Magnetfelder jeweils auf die Magneten 21A–21H und 22A–22H an.
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Weil
die Magneten 23A–23H in
der radialen Richtung DR3 magnetisiert werden, und die Magneten 21A–21H und 22A–22H in
der Drehachsrichtung DR1 magnetisiert werden, wirken daher die Magneten 23A–23H,
die Magneten 21A–21H und
die Magneten 22A und 22H mit den Magnetfeldern
zusammen, die vom radialen Teil 33, dem axialen Teil 31 und
dem axialen Teil 32 des Stators 30 jeweils angelegt
werden. Folglich wird der Rotor 20 um eine Drehachse gedreht.
-
In
diesem Fall wird der Rotor 20 um die Drehachse gedreht
durch sowohl die magnetische Wechselwirkung zwischen dem radialen
Teil 33 des Stators 30 und den Magneten 23A–23H des
Rotors 20, die in der radialen Richtung DR3 existieren,
als auch die magnetische Wechselwirkung zwischen den axialen Teilen 31, 32 des
Stators und den Magneten 21A–21H, 22A–22H des
Rotors 20, die in der Drehachsrichtung DR1 existieren.
Dementsprechend kann die rotierende elektrische Maschine 100 eine Drehmomentdichte
aufweisen, die höher
ist als die, die erhalten wird, wenn der Rotor 20 nur aufgrund
der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem radialen Teil 33 des
Stators 33 und den Magneten 23A–23H des
Rotors 20, die in der radialen Richtung DR3 existierten,
gedreht wird. Darüber
hinaus wird kein Platz verschwendet, was zu einer Verbesserung des
Raumausnutzungsgrads führt,
weil ein Drehmoment auch in beiden Enden des Rotors 20 in
der Drehachsrichtung DR1 erzeugt werden kann. Abgesehen davon kann
ein Drehmoment mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt werden, weil
der Betrag des Magnetflusses, der entlang der Drehachsrichtung DR1
von den Endflächen
des Rotors 20 in der Drehachsrichtung DR1 oder entlang
der radialen Richtung DR3 von der äußeren Umfangsoberfläche des
Rotors 20 ausströmt,
gering ist.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Teil der Kerne in den axialen
Teilen 31, 32 und den radialen Teil 33,
der in 7 gezeigt ist, darstellt. In 8 sind
an dieser Stelle die Kerne 311 und 312 als ein
Kern des axialen Teils 31 dargestellt, wird der Kern 313 als
ein Kern des axialen Teils 32 dargestellt und wird der
Kern 333 als ein Kern des radialen Teils 33 dargestellt.
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Unter
Bezugnahme auf 8 weist der Kern 333 des
radialen Teils 33 an seinem aller innersten Ende 333A in
der radialen Richtung DR3 die Breite W1 in der Umfangsrichtung DR2
auf. Ferner weist der Kern 333 an seinem aller äußersten
Ende 333B eine Breite auf, die größer ist als die Breite W1 in
der Umfangsrichtung DR2. In anderen Worten weist der Kern 333 eine
planare Form von in etwa einem Abschnitt, der sich entlang der radialen
Richtung DR3 verbreitert. Darüber
hinaus weist der Kern 333 eine Länge L1 in der radialen Richtung
DR3 auf. Daher beträgt
die Breite W1 die minimale Breite des Kerns 333 in der
Umfangsrichtung DR2.
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Die
Kerne 311 und 312 des axialen Teils 31 und
der Kerns 313 des axialen Teils 32 weisen an den
aller innersten Enden 311A, 312A und 313A in der
radialen Richtung DR3 ein Breite W2 in der Umfangsrichtung DR2 auf.
Ferner weisen die Kerne 311, 312 und 313 an
den aller äußersten
Enden 311B, 312B und 313B eine Breite
auf, die größer ist
als die Breite W2 in der Umfangsrichtung DR2. In anderen Worten
weisen die Kerne 311, 312 und 313 eine
planare Form von in etwa einem Abschnitt auf, der sich entlang der
radialen Richtung DR3 verbreitert. Weiter noch weisen die Kerne 311, 312 und 313 eine
Länge L2
in der radialen Richtung DR3 auf. Daher beträgt die minimale Breite W2 die
minimale Breite der Kerne 311, 312 und 313 in
der Umfangsrichtung DR2.
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Die
Länge L2
der Kerne 311, 312 und 313 der axialen
Teile 31 und 32 ist gleich einer Länge in der
radialen Richtung DR3 der Kerne der axialen Teile 31 und 32,
die so gefertigt sind, dass sie eine Breite aufweisen, die gleich
der Breite W1 des Kerns 333 des radialen Teils 33 in
der Umfangsrichtung DR2 ist. Wenn ferner die Querschnittsfläche einer
Ebene 333C, die senkrecht zur Drehachsrichtung DR1 ist, als
S1 im Kern 333 des radialen Teils 33 definiert
ist, und die Querschnittsfläche
einer Endfläche 311D,
die senkrecht zur radialen Richtung DR3 ist, als S2 im Kern 311 der
axialen Teile 31 und 32 definiert ist, ist S2
größer als
S1.
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Dementsprechend
entsprechen die Kerne 311, 312 und 313 einem
Kern, der durch Verbreitern eines Kerns 370 entlang der
Umfangsrichtung DR2 erhalten wird, dessen Breite gleich der Breite
W1 des Kerns 33 des radialen Teils 33 in der Umfangsrichtung
DR2 ist.
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Dann
wird die Spule 321 um den Kern 311 gewickelt,
so dass sie die Endflächen 311C, 311D, 311E und 311F des
Kerns umgibt. Die Spulen 322 und 323 werden jeweils
um die Kerne 312 und 313 in einer Weise ähnlich zur
Spule 321 gewickelt. Ferner wird die Spule 353 um
den Kern 333 gewickelt, so dass sie die Endflächen 333D, 333E, 333F und 333G umgibt.
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Weil
die Anzahl der Wicklungen N1 der Spule 353, wie vorstehend
beschrieben, gleich der Anzahl der Wicklungen N2 der Spulen 321, 322 und 333 ist,
wird folgender Ausdruck (1) erfüllt: W2/N2>W1/N1 (1)
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Ein
Wert von W2/N2, der durch Dividieren der minimalen Breite W2 der
Kerne 311, 312 und 313 der axialen Teile 31 und 32 in
der Umfangsrichtung DR2 durch die Anzahl der Wicklungen N2 der Spulen 321, 322 und 323 erhalten
wird, ist nämlich
größer als ein
Wert von W1/N1, der durch Dividieren der minimalen Breite W1 des
Kerns 333 des radialen Teils 33 in der Umfangsrichtung
DR2 durch die Anzahl der Wicklungen N1 der Spule 353 erhalten
wird.
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Weil
die Kerne 311, 312 und 313 einen Magnetfluss
in der Drehachsrichtung DR1 erzeugen, wenn Ströme durch die Spulen 321, 322 und 333 geleitet
werden, ist es weniger wahrscheinlich, dass eine andere magnetische
Sättigung
auftritt als eine jene, die auftritt, wenn die Kerne 311, 312 und 313 die
Breite W1 in der Umfangsrichtung DR2 aufweisen. Insbesondere weil
die Kerne 311, 312 und 313 an ihren aller
innersten Enden 311A, 312A und 313A die
Breite W2 in der Umfangsrichtung DR2 aufweisen, die gleich zweimal
der Breite W1 ist, und die Länge
L2 in der radialen Richtung DR3 aufweisen, die gleich der Länge des
Kerns 370 ist, sind die Kerne 311, 312 und 313 in
der Querschnittsfläche
der Fläche
größer, die
senkrecht zur Drehachsrichtung DR1 verläuft, als der Kern 370.
Somit sind die Kerne 311, 312, 313 im
Vergleich zum Kern 370 in der Lage, einen größeren Betrag
eines Magnetflusses zu erzeugen, und die Wahrscheinlichkeit, dass
sie eine magnetische Sättigung
entwickeln, ist weniger gering. Es ist wiederum weniger wahrscheinlich,
dass der Stator 30 eine magnetische Sättigung entwickelt, als jener,
bei dem die Kerne der axialen Teile 31 und 32 in
der Umfangsrichtung DR2 die Breite aufweisen, die gleich der der
Kerne des radialen Teils 33 ist, wodurch der rotierenden
elektrischen Maschine ermöglicht
wird, ein größeres Drehmoment
im hohen Leistungsbereich abzugeben.
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Eine
Ausführungsform
1 weist dahingehend charakteristische Merkmale auf, dass die Breite
W2 (der minimale Wert) in der Umfangsrichtung DR2 der Kerne 311–316 der
axialen Teile 31 und 32, die Anzahl der Wicklungen
N2 der Spulen 321–326 der
axialen Teile 31 und 32, die Breite W1 (der minimale Wert)
in der Umfangsrichtung DR2 der Kerne 331–342 des
radialen Teils 33 und die Anzahl der Wicklungen N1 der
Spulen 351–362 im
radialen Teil 33 den vorstehenden Ausdruck (1) erfüllen, und
dass die Querschnittsfläche
S2 der Kerne 311–316 der
axialen Teile 31 und 32 senkrecht zur radialen
Richtung DR3 größer ist
als die Querschnittsfläche
S1 der Kerne 331–342 des
radialen Teils 33 senkrecht zur Drehachsrichtung DR1.
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Die
beschriebenen Merkmale verringern die Wahrscheinlichkeit, dass die
axialen Teile 31 und 32 eine magnetische Sättigung
entwickeln, wie dies bei einer Konfiguration der Fall wäre, bei
der die axialen Teile 31 und 32 den Kern 370 beinhalten,
der die Breite in der Umfangsrichtung DR2 aufweist, die mit der
Breite der Kerne 331–342 im
radialen Teil 33 identisch ist. Folglich kann die rotierende
elektrische Maschine 100 im hohen Leistungsbereich ein
größeres Drehmoment
abgeben.
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Obwohl
in der vorstehenden Beschreibung die Anzahl der Wicklungen N1 der
Spulen 351–362 im
radialen Teil 33 gleich der Anzahl der Wicklungen 321–326 in
den axialen Teilen 31 und 32 ist, ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die vorstehend angegebene Anzahl von Wicklungen
beschränkt,
und die Anzahl von Wicklungen N1 der Spulen 351–362 im radialen
Teil 33 kann größer sein
als die Anzahl der Wick lung N2 der Spulen 321–326 in
den axialen Teilen 31 und 32. In dieser Konfiguration
wird W2/N2 viel größer als
W1/N1 im Vergleich zu dem Fall, wo N1 = N2, was zu einer weiteren
Reduktion des Auftretens einer magnetischen Sättigung in den axialen Teilen 31 und 32 führt.
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Nachdem
die Spulen einstückig
um die Kerne 311–316 der
axialen Teile 31, 32 und um die Kerne 331–342 des
radialen Teils 33 in der Form der Zahl acht gewickelt worden
sind, kann in diesem Fall eine Spule ferner nur um die Kerne 331–342 des
radialen Teils 33 gewickelt werden, um dadurch die Beziehung
von N1 > N2 zu erfüllen. Alternativ
können
die Spulen um die Kerne 311–316 der axialen Teile 31 und 32 separat
von den Spulen um die Kerne 331–342 des radialen
Teils 33 gewickelt werden, um die Beziehung N1 > N2 zu erfüllen.
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Ferner
kann eine jeweilige der Spulen 321 oder 326 des
axialen Teils 31, 32 oder die Spulen 351–362 des
radialen Teils 33 innerhalb der Spulenenden von den jeweils
anderen Spulen 321–326 der axialen
Teile 31, 32 oder den Spulen 351–362 des
radialen Teils angeordnet sein.
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Auf
diese Weise kann ein Drehmoment ohne Vergrößerung der Abmessungen der
rotierenden elektrischen Maschine erhöht werden, weil die verbleibenden
Spulen in einen toten Raum innerhalb der Spulenenden angeordnet
sein können.
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Ferner
können
die Kerne 311–316,
die Kerne 331–342 und
die Kerne des Rotors 20 aus Magnetstaubkernen gebildet
sein.
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Es
ist zu beachten, dass die Magnete 21A–21H und die Magnete 22A–22H einen „zweiten Rotor-Magnetpolabschnitt" bilden, der in der
Drehachsrichtung DR1 magnetisiert ist, und die Magnete 23A–23H einen „ersten
Rotor-Magnetpolabschnitt" bilden,
der in radialen Richtung DR3 magnetisiert ist.
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Die
axialen Teile 31 und 32 bilden hingegen „einen
zweiten Stator-Magnetpolabschnitt", der entsprechend dem ersten Rotormagnetpolabschnitt
bereitgestellt ist, um einen Magnetfluss entlang der Drehachsrichtung
DR1 zu erzeugen, und der radiale Teil 33 bildet einen „ersten
Stator-Magnetpolabschnitt",
der entsprechend dem ersten Rotor-Magnetpolabschnitt bereitgestellt
ist, um einen Magnetfluss entlang der radialen Richtung DR3 zu erzeugen.
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Ferner
bilden die Kerne 311–316 im
axialen Teil 31 bilden „eine Mehrzahl von ersten
axialen Kernen",
und die Spulen 321–326 im
axialen Teil 31 bilden eine „Mehrzahl von ersten axialen
Spulen".
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Weiter
noch bilden die Kerne 311–316 im axialen Teil 32 „eine Mehrzahl
von zweiten axialen Kernen" und
die Spulen 321–326 im
axialen Teil 32 bilden eine „Mehrzahl von zweiten axialen
Spulen".
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[Ausführungsform
2]
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Stators und eines Rotors in einer
rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 9 weist
die rotierende elektrische Maschine 200 gemäß einer
Ausführungsform
2 einen Stator 110 und eine Rotor 120 auf.
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Der
Stator 110 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Hohlform
ausgebildet und besteht aus Eisenmaterial. Darüber hinaus beinhaltet der Stator 110 einen
Kern 111 und eine Spule 112. Der Kern 111 ist
im Wesentlichen in Form eines Buchstabens C einstückig ausgebildet.
Dann wird eine Mehrzahl der Kerne 111 an einem vorbestimmten
Intervall entlang einer Innenwand des Stators 110 angeordnet.
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Der
Kern 111 beinhaltet einen radialen Teil 111A und
axiale Teile 111B, 111C. Der radiale Teil 111A ist
entlang der Drehachsrichtung DR1 des Rotors 120 angeordnet,
während
die axialen Teile 111B und 111C entlang der radialen
Richtung DR3 des Rotors 120 angeordnet sind. In der Zeichnung
von 9 ist der axiale Teil 111B ist auf einem
oberen Abschnitt des Stators 110 angeordnet, und der axiale Teil 111C ist
auf einem unteren Abschnitt des Stators 110 angeordnet.
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Die
Spule 112 ist um den Kern 111 in sowohl der Drehachsrichtung
DR1 als auch der radialen Richtung DR3 gewickelt. Dementsprechend
weist die Spule 112 auch im Wesentlichen die Form des Buchstabens
C auf und beinhaltet einen radialen Teil 112A und axiale
Teile 112B und 112C. Weil die Spule 112, die
um den Kern 11 gewickelt ist, mit der Innenwand des Stators 110 in
Kontakt steht, besteht die Möglichkeit,
die Fähigkeit
der Spule 112 zur Abkühlung
zu verbessern. Insbesondere ist die Spule 112 durch das
den Stator 110 ausbildende Eisenmaterial bedeckt, wodurch
eine Verbesserung der Fähigkeit
der Spule 112 zur Abkühlung
ermöglicht
wird.
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Der
Rotor 120 beinhaltet eine Rotorwelle 121, einen
Rotorkern 122 und Magneten 123. Der Rotorkern 122 weist
eine im Wesentlichen zylindrische Form und eine Struktur auf, in
der eine Mehrzahl der flach gewalzten, magnetischen Stahllagen und
-streifen entlang der Drehachsrichtung DR1 des Rotors 120 geschichtet
wird. Dann wird der Rotorkern 1222 an der Rotorwelle 121 befestigt.
Der Magnet 123 ist im Wesentlichen in der Form des Buchstabens
C ausgebildet und am Rotorkern 122 befestigt, um den Rotorkern 122 zu
halten. Ferner ist eine Mehrzahl der Magnete 123 in einem
vorbestimmten Intervall entlang der Umfangsrichtung DR2 des Rotors 120 angeordnet.
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Der
Magnet 123 beinhaltet einen radialen Teil 123A und
axiale Teile 123B und 123C. Der radiale Teil 123A steht
entlang der radialen Richtung DR3 von einer zylindrischen Oberfläche 122A des Rotorkerns 122 ab.
Die axialen Teile 123B, 123C hingegen stehen entlang
der Drehachsrichtung DR1 von den Zylinderendflächen 122B, 122C des
Rotorkerns 122 ab.
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Insbesondere
ist der radiale Teil 123A ein Magnet, der auf der Zylinderoberfläche 122A des
Rotors 120 angeordnet ist, während die axialen Teile 123B und 123C Magneten
sind, die auf den Zylinderendflächen 122B und 122C angeordnet
sind, die auf beiden Enden des Rotors 120 in der Drehachsrichtung
DR1 bestehen. Dann wird der radiale Teil 123A in der radialen
Richtung DR3 magnetisiert, und die axialen Teile 123B, 123C werden
in der Drehachsrichtung DR1 magnetisiert.
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Der
Rotor 120 ist in einem hohlen Abschnitt des Stators 110 positioniert.
In diesem Fall liegen der radiale Teil 111A des Kerns 111 und
der radiale Teil 112A der Spule 112 dem radialen
Teil 123A des Magneten 123 gegenüber, der
axiale Teil 111E des Kerns 111 und der axiale
Teil 112B der Spule 112 liegen dem axialen Teil 123B des
Magneten 123 gegenüber,
und der axiale Teil 111C des Kerns 111 und der axiale
Teil 112C der Spule 112 liegen dem axialen Teil 123C des
Magneten 123 gegenüber.
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Insbesondere
sind der radiale Teil 111A des Kerns 111 und der
radiale Teil 112A der Spule 112 entsprechend dem
radialen Teil 123A des Magneten 123 bereitgestellt,
der axiale Teil 111B des Kerns 111 und der axiale
Teil 112B der Spule 112 sind entsprechend dem
axialen Teil 123B des Magneten 123 bereitgestellt,
und der axiale Teil 111C des Kerns 111 und der
axiale Teil 112C der Spule 112 sind entsprechend
dem axialen Teil 123C des Magneten 123 bereitgestellt.
Weil ferner der radiale Teil 123A des Magneten 123 wie
vorstehend beschrieben auf der Zylinderoberfläche 122A des Rotorkerns 122 positioniert
ist, während
die axialen Teile 123B und 123C des Magneten 123 jeweils
auf den Zylinderendflächen 122B und 122C des
Rotorkerns 122 angeordnet sind, der radiale Teil 111A des
Kerns 111 und der radiale Teil 112A der Spule 112 so
angeordnet sind, dass sie der Zylinderoberfläche 122A des Rotorkerns 122 gegenüberliegen,
der axiale Teil 111E des Kerns 111 und der axiale
Teil 112B der Spule 112 so angeordnet, dass er
der Zylinderendfläche 122B des
Rotorkerns 122 gegenüberliegt,
und der axiale Teil 111C des Kerns 111 und der
axiale Teil 112C der Spule 112 so angeordnet sind,
dass sie der Zylinderendfläche 122C des
Rotorkerns 122 gegenüberliegen.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht der Spule 112 und des Rotors 120,
die in 9 gezeigt sind. Unter Bezugnahme auf 10,
sind der radiale Teil 123A und die axialen Teile 123B und 123C des Magneten 123 in
der Umfangsrichtung DR2 innerhalb der die im Wesentlichen die Form
des Buchstaben C aufweisenden Spule 112 drehbar.
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11 ist
ein Querschnittansicht des Stators 110 und des Rotors 120 in
der rotierenden elektrischen Maschine 200, die in 9 gezeigt
ist. Unter Bezugnahme auf 11 ist
der Magnet 123 am Rotorkern 122 von der radialen
Richtung DR3 des Rotors 120 befestigt, um den Rotorkern 122 zu
halten.
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Zwischen
dem Stator 110 und der Rotorwelle 121 des Rotors 120 sind
Lager 3–6 installiert.
Sodann wird die Rotorwelle 121 durch die Lager 3–6 gelagert. Auf
diese Weise wird der Rotor 120 durch den Stator 110 drehbar
gelagert.
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Der
Stator 110 beinhaltet den radialen Teil 110A,
die axialen Teile 110E und 110C und Verbindungsabschnitte 110D und 110E.
Der radiale Teil 110A ist entlang der Drehachsrichtung
DR1 des Rotors 120 angeordnet. Die axialen Teile 110E und 110C sind
entlang der radialen Richtung DR3 des Rotors 120 angeordnet.
Ferner liegt der radiale Teil 110A dem radialen Teil 123A des
Magneten gegenüber,
während
die axialen Teile 110E und 110C jeweils den axialen
Teilen 12B und 123C des Magneten 123 gegenüberliegen.
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Der
radiale Teil 110A beinhaltet den radialen Teil 111A des
vorstehend beschriebenen Kerns 111 und den radialen Teil 112A der
Spule 112, während die
axialen Teil 110B, 110C die axialen Teile 111B, 111C des
vorstehend beschriebenen Kerns 111 und die axialen Teile 112B, 112C der
Spule 112 beinhalten. Wenn daher die Ströme durch
die Spule 112 geleitet werden, erzeugt der radiale Teil 110A die
Magnetfelder entlang der radialen Richtung DR3 und legt die erzeugten
Magnetfelder auf den radialen Teil 123A des Magneten 123 an.
Wenn die Ströme
ferner durch die Spule 112 geleitet werden, erzeugen die axialen
Teile 110E und 110C die Magnetfelder entlang der
Drehachsrichtung DR1 und legen die erzeugten Magnetfelder jeweils
auf die axialen Teile 123B und 123C des Magneten 123 an.
-
Weil
dementsprechend der radiale Teil 123A des Magneten 123 in
der radialen Richtung DR3 magnetisiert wird, während die axialen Teile 123B und 123C in
der Drehachsrichtung DR1 wie vorstehend beschrieben magnetisiert
werden, wirken der radiale Teil 123A und die radialen Teile 123B und 123C jeweils
mit den Magnetfeldern zusammen, die vom radialen Teil 110 und
den axialen Teilen 110E und 110C des Stators 110 erzeugt
werden. Infolge der Wechselwirkung wird der Rotor 120 um
eine Drehachse AX gedreht.
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In
diesem Fall wird der Rotor 120 um die Drehachse AX durch
sowohl die magnetische Wechselwirkung zwischen dem radialen Teil 110A des
Stators 110 und dem radialen Teil des Rotors 120 (=
dem radialen Teil 123A des Magneten 123), die
in der radialen Richtung DR3 vorliegt, als auch die magnetische
Wechselwirkung zwischen den axialen Teilen 110B, 110C des
Stators und den axialen Teilen des Rotors 120 (= den axialen
Teile 123B, 123C des Magneten 123), die
in der Drehachsrichtung DR1 vorliegt. Daher wird der rotierenden
elektrischen Maschine 200 ermöglicht, eine Drehmomentdichte
zu schaffen, die höher
als die ist, die erhalten wird, wenn der Rotor 120 nur
durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem radialen Teil 110A des
Stators 110 und dem radialen Teil des Rotors 120 (=
dem radialen Teil 123A des Magneten 123) gedreht
wird, die in der radialen Richtung DR3 vorliegt. Weil darüber hinaus
ein Drehmoment auf beiden Endflächen
des Rotors 120 in der Drehachsrichtung DR1 erzeugt werden
kann, wird kein Platz verschwendet, und der Wirkungsgrad der Raumausnutzung
kann noch mehr verbessert werden. Weil ferner der Betrag des Magnetflusses,
der entlang der Drehachsrichtung DR1 von der Zylinderoberfläche 122A ausströmt oder
entlang der radialen Richtung DR3 von der Zylinderendfläche 122B und 122C ausströmt, gering
ist, kann ein Drehmoment mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt werden.
-
12 ist
eine perspektivische Ansicht des Kerns 111, der in 9 gezeigt
ist. Unter Bezugnahme auf 12 weist
der radiale Teil 111A an seinem aller innersten Ende entlang
der radialen Richtung DR3 eine Breite W3 in der Umfangsrichtung
DR2 und eine Breite W4 in der radialen Richtung DR3 auf. Ferner
stößt der axiale
Teil 111E am radialen Teil 111A am aller innersten
Ende des radialen Teils 111A in der radialen Richtung DR3
an und weist am anstoßenden
Bereich die Breite W3 in der Umfangsrichtung DR2 und die Breite
W4 in der Drehachsrichtung DR1 auf. Der axiale Teil 111C weist
die Breite W3 und die Breite W4 auf, die mit denen des axialen Teils 111B identisch
sind.
-
Daher
ist eine Querschnittsfläche
S3 des radialen Teils 111A senkrecht zur Drehachsrichtung DR1
gleich einer Querschnittsfläche
S4 der axialen Teile 111B, 111C senkrecht zur
radialen Richtung DR3. In anderen Worten weisen die axialen Teile 111B und 111C den
Kern 111 in der radialen Richtung DR1 die Querschnittsfläche S4 auf,
die gleich der Querschnittsfläche
S3 des radialen Teils 111A senkrecht zur Drehachsrichtung
DR1 auf.
-
13 ist
eine perspektivische Ansicht der Spule 112, die in 9 gezeigt
ist. Unter Bezugnahme auf 13 besteht
die Spule 112 aus Spulen 1121 und 1122.
Die Spule 1121 ist im Wesentlichen in Form des Buchstabens
C von der Drehachsrichtung DR1 zur radialen Richtung DR3 des Rotors 120 einstückig gewickelt.
Ferner besteht die Spule 1121 aus einem radialen Teil 1121A und
axialen Teilen 1121B und 1121C. Darüber hinaus
ist die Spule 1122 entlang der Drehachsrichtung DR1 des
Rotors 120 gewickelt.
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Der
radiale Teil 112A der Spule 112 besteht aus dem
radialen Teil 1121A der Spule 1121 und der Spule 1122,
der axiale Teil 112B der Spule 112 besteht aus
dem axialen Teil 1121B der Spule 1121, und der
axiale Teil 112C der Spule 112 besteht aus dem
axialen Teil 1121C der Spule 1121.
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Weil
der radiale Teil 112A der Spule 112 somit sowohl
aus dem radialen Teil 1121A der Spule 1121 besteht,
die sowohl in der Drehachsrichtung DR1 als auch der radialen Richtung
DR3 einstückig gewickelt
ist, als auch der Spule 1122, die in der Drehachsrichtung
DR1 gewickelt ist, weist der radiale Teil 112A der Spule 112 (=
der radiale Teil 1121A der Spule 1121 und der
Spule 1122) die Anzahl der Wicklungen auf, die größer ist
als die der axialen Teile 112B (= des axialen Teils 1121B der
Spule 1121) und 112C (= des axialen Teil 1121C der
Spule 1121) der Spule 112 ist. Wenn nämlich die
Anzahl der Wicklungen des radialen Teils 112A der Spule 112 als
N3 definiert ist, während
die Anzahl der Wicklungen der axialen Teile 112B und 112C der
Spule 112 als N4 definiert ist, wird eine Beziehung von
N3 > N4 erfüllt.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist die Spule 112 charakteristische
Merkmale dahingehend auf, dass die Spule 112 aus der Spule 1121 besteht,
die sowohl in der Drehachsrichtung DR1 als auch in der radialen
Richtung DR3 im Wesentlichen in der Form des Buchstaben C einstückig gewickelt
ist, und dass die Anzahl der Wicklungen N3 des radialen Teils 112A größer ist
als die Anzahl der Wicklungen N4 der axialen Teile 112B und 112C.
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14 ist
eine weitere perspektivische Ansicht der Spule 112, die
in 9 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 14 besteht
die Spule 112 aus den Spulen 1123–1125.
Die Spule 1123 ist entlang der Drehachsrichtung DR1 des
Rotors 120 gewickelt. Die Spulen 1124 und 1125 sind
entlang der radialen Richtung DR3 des Rotors 120 gewickelt.
Ferner ist die Anzahl der Wicklungen N5 der Spule 1123 größer als
die Anzahl der Wicklungen N6 der Spulen 1124 und 1125.
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Die
Spule 1123 bildet den radialen Teil 112A der Spule 112,
die Spule 1124 bildet den axialen Teil 112B der
Spule 112, und die Spule 1125 bilden den axialen
Teil 112C der Spule 112.
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Selbst
wenn daher die Spule 112 aus den Spulen 1123 bis 1125 besteht,
ist die Anzahl der Wicklungen N5 des radialen Teils 112A der
Spule 112 (= Spule 1123) größer als die Anzahl der Wicklungen N6
der axialen Teile 112B (= Spule 1124) und 112C (=
Spule 1125) der Spule 112.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist die Ausführungsform 2 charakteristische
Merkmale dahingehend auf, dass der radiale Teil 111A und
die axialen Teile 111E und 111C des Kerns 111 die
gleiche Breite W3 in der Umfangsrichtung DR2 aufweisen, und dass
die Anzahl der Wicklungen N5 des radialen Teils 112A in
der Spule 112 größer ist
als die Anzahl der Wicklungen N6 der axialen Teile 112B und 112C.
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Folglich
wird der nachstehende Ausdruck (2) erfüllt: W3/N6 > W3/N5 (2)
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In
anderen Worten ist der Wert von W3/N6, der durch Dividieren der
Breite W3 der axialen Teile 111B und 111C des
Kerns 111 in der Umfangsrichtung DR2 durch die Anzahl der
Wicklungen N6 der axialen Teile 112B und 112C der
Spule 112 erhalten wird, größer als der Wert W3/N5, der
durch Dividieren der Breite W3 des radialen Teils 111A des
Kerns 111 in der Umfangsrichtung DR2 durch die Anzahl der
Wicklungen N5 der radialen Teile 112B und 112C der
Spule 112 erhalten wird.
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Folglich
ist die Wahrscheinlichkeit, dass die axialen Teile 111B und 111C des
Kerns 111 eine magnetische Sättigung entwickeln, im Vergleich
zu einem Fall geringer, in dem der radiale Teil 112A und die
radialen Teile 112B und 112C der Spule die gleiche
Anzahl der Wicklungen aufweisen.
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Es
ist zu beachten, dass der radiale Teil 123A des Magneten 123 „den ersten
Rotor-Magnetpolabschnitt" bildet,
der in der radialen Richtung magnetisiert wird, während die
axialen Teile 123B und 123C des Magneten 123 „den zweiten
Rotor-Magnetpolabschnitt" bilden,
der in der Drehachsrichtung magnetisiert ist.
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Ferner
bilden der radiale Teil 111A des Kerns 111 und
der radiale Teil 112A der Spule 112 „den ersten
Stator-Magnetpolabschnitt",
der entsprechend dem ersten Rotor-Magnetpolabschnitt bereitgestellt wird,
um einen Magnetfluss entlang der radialen Richtung zu erzeugen.
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Weiter
noch bilden die axialen Teile 111E und 111C des
Kerns 111 „den
zweiten Stator-Magnetpolabschnitt", der entsprechend dem zweiten Rotor-Magnetpolabschnitt
bereitgestellt ist, um einen Magnetfluss entlang der Drehachsrichtung
zu erzeugen.
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Ferner
bildet eine Mehrzahl der axialen Teile 111B, 111B,...
von einer Mehrzahl der Kerne 111, 111,.... „eine Mehrzahl
der ersten axialen Kerne".
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Weiter
noch bildet eine Mehrzahl der axialen Teile 112B, 112B,...
von einer Mehrzahl der Spulen 112, 112,... „eine Mehrzahl
der ersten axialen Spulen".
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Weiter
noch bildet eine Mehrzahl der axialen Teile 111C, 111C,...
von einer Mehrzahl der Kerne 111, 111,... „eine Mehrzahl
der zweiten axialen Kerne".
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Weiter
noch bildet eine Mehrzahl der axialen Teile 112C, 112C,...
von einer Mehrzahl der Spulen 112, 112,... „eine Mehrzahl
der zweiten axialen Spulen".
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Die
zuvor beschriebene Ausführungsform
1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von W2/N2, der durch
Dividieren der Breite W2 (des minimalen Werts) der Kerne 311–316 der
axialen Teile 31 und 32 in der Umfangsrichtung
DR2 durch die Anzahl der Wicklungen N2 der Spulen 321–326 der
axialen Teile 31 und 32 erhalten wird, größer ist
als der Wert von W1/N1, der durch Dividieren der Breite W1 (des minimalen
Werts) der Kerne 331–342 des
radialen Teils 33 in der Umfangsrichtung DR2 durch die
Anzahl der Wicklungen N1 der Spulen 352–362 des radialen
Teils 33 erhalten wird, und die Querschnittsfläche 31 und 32 senkrecht
zur radialen Richtung DR3 so festgelegt ist, dass sie größer wird
als die Querschnittsfläche
S1 der Kerne 331 342 des radialen Teils 22 senkrecht
zur Drehachsrichtung DR1.
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Eine
Ausführungsform
2 ist hingegen dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von W3/N6, der
durch Dividieren der Breite W3 der axialen Teile 111E und 111C des
Kerns 111 in der Umfangsrichtung DR2 durch die Anzahl der
Wicklungen N6 der axialen Teile 112B und 112C der
Spule 112 erhalten wird, größer ist als der Wert von W3/ N5,
der durch Dividieren der Breite W3 des radialen Tels 111A des Kerns 111 in
der Umfangsrichtung DR2 durch die Anzahl der Wicklungen N5 des radialen
Teils 112A der Spule 112, und die Querschnittsfläche S4 der
axialen Teile 111E und 111C des Kerns 111 senkrecht
zur radialen Richtung DR3 so festgelegt ist, dass sie gleich der
Querschnittsfläche
S3 des radialen Teils 111A des Kerns 111 senkrecht
zur Drehachsrichtung DR1 wird.
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Dementsprechend
ist in der vorliegenden Erfindung der Kern im axialen Teil des Stators
so ausgebildet, dass er eine Querschnittsfläche senkrecht zur radialen
Richtung aufweist, die größer ist
als die Querschnittsfläche
des Kerns im radialen Teil des Stators senkrecht zur Drehachsrichtung,
wobei darüber
hinaus die Beziehung festgelegt wird, dass der Wert, der durch Dividieren
der Breite des Kerns des axialen Teils in der Umfangsrichtung DR2
durch die Anzahl der Wicklungen des axialen Teils der Spule erhalten
wird, größer ist
als der Wert, der durch Dividieren der Breite des Kerns des radialen
Teils in der Umfangsrichtung DR2 durch die Anzahl der Wicklungen
des radialen Teils der Spule erhalten wird.
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Wie
vorstehend konfiguriert, ist der axiale Teil des Stators in der
Lage, einen größeren Magnetflussbetrag
zu erzeugen, während
es weniger wahrscheinlich ist, eine magnetische Sättigung
zu erreichen im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der der axiale
Teil des Stators eine Breite in der Umfangsrichtung DR2 aufweist,
die gleich dem radialen Teil in der Umfangsrichtung DR2 ist, während die
Anzahl der Wicklungen des axialen Teils des Stators gleich der des
radialen Teils ist. Folglich kann die rotierende elektrische Maschine
im höheren
Leistungsbereich ein größeres Drehmoment
abgeben.
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Ferner
ist gemäß der Ausführungsform
2 einer von entweder dem radialen Teil 112A oder den axialen
Teilen 112B, 112C der Spule 112 im Inneren der
Spulenenden von dem jeweils dem anderen radialen Teil 112A oder
den anderen radialen Teilen 112B, 112C der Spule 112 positioniert.
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Mit
dieser Konfiguration kann ein Drehmoment weiter erhöht werden,
ohne die Abmessungen der rotierenden elektrischen Maschine zu vergrößern, weil
in einem toten Raum innerhalb der Spulenenden die andere Spule aufgenommen
werden kann.
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Ferner
können
der Kern 111 und der Rotorkern 112 aus Magnetstaubkernen
gebildet sein.
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Es
ist zu beachten, dass die rotierenden elektrischen Maschinen 100 und 200 als
ein Elektromotor zum Ansteuern der Antriebsräder eines Fahrzeugs oder als
Leistungsgenerator zum Erzeugen einer elektrischer Leistung mittels
Drehkraft der Antriebsräder
funktionieren
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Es
ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung der Ausführungsformen
als Veranschaulichung und in keiner Hinsicht als Einschränkung dient. Der
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung soll daher nicht durch
die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen bestimmt sein,
sondern nur durch die nachstehenden Ansprüche, und es sind daher verschiedene Änderungen
und Modifizierungen, die durch den Geist und Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt
sind oder eine Entsprechung dieses Geistes und Schutzbereiches sind,
durch die Ansprüche
umfasst.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann auf eine rotierende elektrische Maschine
angewendet werden, bei der beide Endflächen des Rotors in einer Drehachsrichtung
effektiv genutzt werden, während
eine magnetische Sättigung
unterdrückt
wird.
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Zusammenfassung
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Rotierende elektrische Maschine
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Eine
rotierende elektrische Maschine, die in der Lage ist, beide Endflächen eines
Rotors in der Drehachsrichtung effektiv zu nutzen, indem eine magnetische
Sättigung
unterdrückt
wird, weist einen Stator mit axialen Teilen (31) und (32)
und einen radialen Teil (33) auf. Der axiale Teil (31)
weist Kerne (311) bis (314) und Spulen (321)
bis (324) auf, und der axiale Teil (32) weist
Kerne (312) bis (315) und Spulen (322)
bis (325) auf. Der radiale Teil (33) weist Kerne
(332) bis (337) und Spulen (352) bis
(357) auf. Die Breite (W2) eines jeweiligen der Kerne (311)
bis (315) in der Umfangsrichtung (DR2) ist zweimal der Breite
(W1) eines jeweiligen der Kerne (332) bis (337)
in der Umfangsrichtung (DR2). Die Anzahl der Wicklungen einer jeweiligen
der Spulen (321) bis (325) ist gleich der Anzahl
der Wicklungen einer jeweiligen der Spulen (352) bis (357).