DE102016219829B4 - Rotating electrical machine - Google Patents

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DE102016219829B4 DE102016219829.7A DE102016219829A DE102016219829B4 DE 102016219829 B4 DE102016219829 B4 DE 102016219829B4 DE 102016219829 A DE102016219829 A DE 102016219829A DE 102016219829 B4 DE102016219829 B4 DE 102016219829B4
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Abstract

Rotierende elektrische Maschine (1) mit einer Mittenlängsachse (1C), umfassend:einen Stator (100); undeinen Rotor (200), der konfiguriert ist, um die Mittenlängsachse (1C) rotierbar zu sein, wenn von dem Stator (100) ausgehender Magnetfluss durch den Rotor (200) fließt, wobeider Stator (100) umfasst:einen Statorkern (110), der eine Vielzahl von Statorzähnen (130) aufweist, die in Umfangsrichtung und gleichmäßig um die Mittenlängsachse (1C) verteilt sind; undeine Vielzahl von Ankerspulen (140), von denen jede toroidal um den Statorkern (110) zwischen zwei benachbarten Statorzähnen (130) gewickelt ist, und wobeider Rotor (200) umfasst:einen Rotorkern (210), der eine Vielzahl von Rotorzähnen (230) aufweist, die in Umfangsrichtung um die Mittenlängsachse verteilt sind, wobei jeder der Rotorzähne ein Satz von einem ersten Rotorzahn (231), einem zweiten Rotorzahn (232) und einem dritten Rotorzahn (233) ist, die axial ausgerichtet sind, so dass der erste Rotorzahn (231) angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer axialen Endfläche von jedem der Statorzähne (130) gegenüberzuliegen, so dass der zweite Rotorzahn (232) angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer radial inneren Umfangsfläche von jedem der Statorzähne (230) gegenüberzuliegen, und so dass der dritte Rotorzahn (233) angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer radial äußeren Umfangsfläche von jedem der Statorzähne (130) gegenüberzuliegen;dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (200) ferner umfasst:eine Vielzahl von Induktionsspulen (I), von denen jede um einen aus der Vielzahl der Rotorzähne (230) gewickelt ist; undeine Vielzahl von Erregerspulen (F), von denen jede um einen aus der Vielzahl der Rotorzähne (230) gewickelt ist; wobeijede der Induktionsspulen (I) und die zugeordnete eine der Erregerspulen (F) an dem gleichen einen der Rotorzähne (230) in Schichten angeordnet sind, und die Induktionsspulen (I) weniger getrennt von dem Stator (100) als die Erregerspulen (F) sind; undwobei eine Kopplung von magnetischen Flüssen, welche von der Vielzahl von Ankerspulen (140) ausgehen, mit der Vielzahl von Induktionsspulen (I) die Vielzahl von Induktionsspulen (I) veranlasst, Induktionsströme zu erzeugen, welche für den Rotor (200) eine Funktion als Elektromagnete erzeugen, wenn die Induktionsströme in der Vielzahl von Erregerspulen (F) fließen.A rotating electrical machine (1) having a central longitudinal axis (1C), comprising: a stator (100); and a rotor (200) configured to be rotatable about the central longitudinal axis (1C) when magnetic flux emanating from the stator (100) flows through the rotor (200), the stator (100) comprising:a stator core (110), having a plurality of stator teeth (130) circumferentially and evenly distributed about the central longitudinal axis (1C); and a plurality of armature coils (140), each toroidally wound around the stator core (110) between two adjacent stator teeth (130), and wherein the rotor (200) comprises: a rotor core (210) having a plurality of rotor teeth (230) distributed circumferentially about the central longitudinal axis, each of the rotor teeth being a set of a first rotor tooth (231), a second rotor tooth (232) and a third rotor tooth (233) aligned axially such that the first rotor tooth (231) is arranged to sequentially face an axial end surface of each of the stator teeth (130), so that the second rotor tooth (232) is arranged to sequentially face a radially inner circumferential surface of each of the stator teeth (230), and such that the third rotor tooth (233) is arranged to sequentially face a radially outer peripheral surface of each of the stator teeth (130); characterized in that the rotor (200) further comprises: a plurality of induction coils (I), each wound around one of the plurality of rotor teeth (230) are wound; anda plurality of exciting coils (F), each wound around one of said plurality of rotor teeth (230); wherein each of the induction coils (I) and the associated one of the field coils (F) are layered on the same one of the rotor teeth (230), and the induction coils (I) are less separated from the stator (100) than the field coils (F). ; andcoupling of magnetic fluxes emanating from the plurality of armature coils (140) with the plurality of induction coils (I) causes the plurality of induction coils (I) to generate induction currents that function as electromagnets for the rotor (200). generate when the induction currents flow in the plurality of excitation coils (F).

Description

[Technisches Fachgebiet][technical subject]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, die eine Vielzahl von Drehmoment erzeugenden Flächen eines Rotors relativ zu einem Stator aufweist.The present invention relates to a rotary electric machine having a plurality of torque-generating surfaces of a rotor relative to a stator.

[Allgemeiner Stand der Technik][Prior Art]

JP 2010-226808A (genannt Patentliteratur 1) offenbart eine rotierende elektrische Maschine, die drei Drehmoment erzeugende Flächen eines Rotors relativ zu einem Stator umfasst. Die bekannte rotierende elektrische Maschine umfasst einen ringförmigen Stator, der einen Statorkern und Ankerwicklungen umfasst, die toroidal um den Statorkern gewickelt sind, einen radialen Rotor, der radial nach innen von dem Stator beabstandet ist und diesem gegenüberliegt, und zwei axiale Rotoren, von denen einer axial von der einen Seite des Stators weg beabstandet ist und dieser gegenüberliegt und von denen der andere axial von der anderen Seite des Stators weg beabstandet ist und dieser gegenüberliegt. JP 2010-226808A (referred to as Patent Literature 1) discloses a rotary electric machine including three torque-generating surfaces of a rotor relative to a stator. The known rotary electric machine comprises an annular stator comprising a stator core and armature windings toroidally wound around the stator core, a radial rotor spaced radially inwardly from and opposed to the stator, and two axial rotors, one of which axially spaced from and facing one side of the stator and the other of which is axially spaced from and facing the other side of the stator.

In dieser bekannten rotierenden elektrischen Maschine ist eine Vielzahl von Permanentmagneten an jedem des radialen Rotors und der zwei axialen Rotoren in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse verteilt. Ein rotierendes Magnetfeld, das von dem Stator ausgeht und zu den Rotoren geführt wird, wechselwirkt mit dem Feldmagnetfluss der Permanentmagnete, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, das auf die Rotoren aufgebracht wird.In this known rotary electric machine, a plurality of permanent magnets are circumferentially distributed around a rotation axis on each of the radial rotor and the two axial rotors. A rotating magnetic field emanating from the stator and directed to the rotors interacts with the field magnetic flux of the permanent magnets, creating a torque that is applied to the rotors.

Dokument JP 2010-246367 A bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine, welche einen Statorkern und einen Rotor aufweist. Der Rotor weist einen scheibenartigen Abschnitt und zwei zylinderförmige Abschnitte auf, welche sich von einer Seite des scheibenartigen Abschnitts weg erstrecken, wobei einer der zylinderförmigen Abschnitte innerhalb des anderen zylinderförmigen Abschnitts angeordnet ist, um einen ringförmigen Raum zu bilden, in welchem der Statorkern angeordnet ist. Auf Innenflächen des ringförmigen Raumes sind Permanentmagnete angeordnet.document JP 2010-246367 A refers to a rotary electric machine that includes a stator core and a rotor. The rotor has a disk-like portion and two cylindrical portions extending from one side of the disk-like portion, one of the cylindrical portions being disposed inside the other cylindrical portion to form an annular space in which the stator core is disposed. Permanent magnets are arranged on inner surfaces of the annular space.

Dokument GB 2 408 154 A bezieht sich auf eine Stator/Rotor-Anordnung für eine Axialfluss-Drehstrommaschine. Die Drehstrommaschine weist stationäre Wicklungen auf, welche auf einer stationären Rückplatte angeordnet sind. Benachbart zu den stationären Wicklungen sind Dreiphasenwicklungen auf einer Rotorscheibe angeordnet. Strom, welcher in den stationären Wicklungen fließt, induziert einen Stromfluss in den Dreiphasenwicklungen. Der Ausgang der Dreiphasenwicklungen wird in einem Gleichrichter gleichgerichtet und der gleichgerichtete Strom wird Rotorwicklungen zugeführt, welche auf der Rotorscheibe angeordnet sind, und zwar auf einer Seite der Rotorscheibe, welche von den stationären Wicklungen abgewandt und einem Statorkern zugewandt ist.document GB 2 408 154A refers to a stator/rotor assembly for an axial flux, three-phase machine. The three-phase machine has stationary windings which are arranged on a stationary backplate. Adjacent to the stationary windings are three-phase windings on a rotor disk. Current flowing in the stationary windings induces current flow in the three-phase windings. The output of the three-phase windings is rectified in a rectifier and the rectified current is supplied to rotor windings arranged on the rotor disc on a side of the rotor disc remote from the stationary windings and facing a stator core.

[Stand der Technik][State of the art]

[Patentliteratur][patent literature]

Patentliteratur 1: JP 2010-226808A Patent Literature 1: JP 2010-226808A

[Kurzdarstellung der Erfindung][Summary of the Invention]

[Technisches Problem][Technical problem]

Jedoch verwendet die bekannte rotierende elektrische Maschine, die in JP 2010-226808A beschrieben wird, Permanentmagnete, um magnetische Polaritäten an dem radialen Rotor und den axialen Rotoren auszubilden. Dies kann eine Erhöhung der Materialkosten verursachen und die Rohstoffversorgung instabil machen, falls Magnete mit seltenen Erden, welche in kleinen Menge im Untergrund liegen und ungleich verteilt sind, als Permanentmagnete an dem radialen und den axialen Rotoren verwendet werden.However, the well-known rotary electric machine used in JP 2010-226808A describes permanent magnets to establish magnetic polarities on the radial rotor and the axial rotors. This may cause an increase in material cost and make raw material supply unstable if rare earth magnets, which lie underground in a small amount and are unevenly distributed, are used as the permanent magnets on the radial and axial rotors.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die konfiguriert ist, die Drehmomentdichte durch eine Erhöhung der Drehmoment erzeugenden Flächen zu verbessern, ohne einen Anstieg der Materialkosten zu verursachen und ohne die Rohstoffversorgung instabil zu machen.It is an object of the present invention to provide a rotary electric machine configured to improve torque density by increasing torque-generating areas without causing an increase in material cost and without making raw material supply unstable.

[Lösung des Problems][The solution of the problem]

Gemäß einem Aspekt ist eine rotierende elektrische Maschine mit einer Mittenlängsachse bereitgestellt. Die rotierende elektrische Maschine umfasst: einen Stator; und einen Rotor, der konfiguriert ist, um die Mittenlängsachse rotierbar zu sein, wenn von dem Stator ausgehender Magnetfluss durch den Rotor fließt, wobei der Stator umfasst: einen Statorkern, der eine Vielzahl von Statorzähnen aufweist, die in Umfangsrichtung und gleichmäßig um die Mittenlängsachse verteilt sind; und eine Vielzahl von Ankerspulen, von denen jede toroidal um den Statorkern zwischen zwei benachbarten Statorzähnen gewickelt ist, und wobei der Rotor umfasst: einen Rotorkern, der eine Vielzahl von Rotorzähnen aufweist, die in Umfangsrichtung um die Mittenlängsachse verteilt sind, wobei jeder der Rotorzähne ein Satz von einem ersten Rotorzahn, einem zweiten Rotorzahn und einem dritten Rotorzahn ist, die axial ausgerichtet sind, so dass der erste Rotorzahn angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer axialen Endfläche von jedem der Statorzähne gegenüberzuliegen, so dass der zweite Rotorzahn angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer radial inneren Umfangsfläche von jedem der Statorzähne gegenüberzuliegen, und so dass der dritte Rotorzahn angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer radial äußeren Umfangsfläche von jedem der Statorzähne gegenüberzuliegen; eine Vielzahl von Induktionsspulen, von denen jede um einen aus der Vielzahl der Rotorzähne gewickelt ist; und eine Vielzahl von Erregerspulen, von denen jede um einen aus der Vielzahl der Rotorzähne gewickelt ist.According to one aspect, a rotating electrical machine having a central longitudinal axis is provided. The rotary electric machine includes: a stator; and a rotor configured to be rotatable about the central longitudinal axis when magnetic flux emanating from the stator flows through the rotor, the stator comprising: a stator core having a plurality of stator teeth circumferentially and evenly distributed about the central longitudinal axis are; and a plurality of armature coils, each of which is toroidally wound around the stator core between two adjacent stator teeth, and wherein the rotor comprises: a rotor core having a plurality of rotor teeth distributed circumferentially about the central longitudinal axis, each of the rotor teeth a is a set of a first rotor tooth, a second rotor tooth and a third rotor tooth which are axially aligned so that the first rotor tooth is arranged to sequentially oppose an axial end surface of each of the stator teeth so that the second rotor tooth is arranged, to sequentially face a radially inner peripheral surface of each of the stator teeth and such that the third rotor tooth is arranged to sequentially face a radially outer peripheral surface of each of the stator teeth; a plurality of induction coils each wound around one of the plurality of rotor teeth; and a plurality of exciting coils each wound around one of the plurality of rotor teeth.

[Vorteilhafte Wirkung der Erfindung][Advantageous Effect of the Invention]

Dementsprechend ist eine rotierende elektrische Maschine bereitgestellt, die konfiguriert ist, die Drehmomentdichte durch eine Erhöhung der Drehmoment erzeugenden Flächen zu verbessern, ohne einen Anstieg der Materialkosten zu verursachen und ohne die Rohstoffversorgung instabil zu machen.Accordingly, there is provided a rotary electric machine configured to improve torque density by increasing torque-generating areas without causing an increase in material cost and without making raw material supply unstable.

Figurenlistecharacter list

  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform. 1 14 is a perspective view of a rotary electric machine according to an embodiment.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, geschnitten durch eine Rotationsachse, der rotierenden elektrischen Maschine, die in 1 gezeigt ist. 2 13 is a cross-sectional view cut by a rotation axis of the rotary electric machine shown in FIG 1 is shown.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine, wobei ein Abschnitt eines Rotors entfernt wurde. 3 is a perspective view of FIG 1 1, shown, with a portion of a rotor removed.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht des Stators mit Ankerspulen, die um einen Statorkern gewickelt sind. 4 14 is a perspective view of the stator with armature coils wound around a stator core.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht des in 4 gezeigten Statorkerns ohne Ankerspulen. 5 is a perspective view of FIG 4 shown stator core without armature coils.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Ankerspule. 6 12 is a perspective view of an armature coil.
  • 7 veranschaulicht Draufsichten auf den in 4 gezeigten Stator mit Ankerspulen, die einen durch Pfeile dargestellten Magnetfluss erzeugen. 7 illustrates top views of the in 4 shown stator with armature coils that generate a magnetic flux represented by arrows.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors der in 1 gezeigten rotierenden elektrischen Maschine. 8th FIG. 14 is a perspective view of a rotor of FIG 1 shown rotating electric machine.
  • 9 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Rotorkerns des in 8 gezeigten Rotors. 9 FIG. 14 is a perspective view, partially in section, of a rotor core of FIG 8th shown rotor.

[Beschreibung von Ausführungsformen][Description of Embodiments]

Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung im Folgenden detailliert beschrieben. Die 1 bis 9 zeigen eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform.Referring to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail below. The 1 until 9 show a rotating electric machine according to an embodiment.

(Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine)(configuration of rotating electric machine)

Bezug nehmend auf die 1, 2 und 3 umfasst die rotierende elektrische Maschine 1 einen Stator 100 und einen Rotor 200. Der Stator 100 ist konfiguriert, Magnetfluss zu erzeugen, wenn Spulen erregt werden, und der Rotor 200 ist um eine Rotationsachse (oder eine Mittenlängsachse) 1C in Reaktion auf den Durchfluss des Magnetflusses durch diesen rotierbar. Der Stator 100 ist radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) nach innen von dem Rotor 200 angeordnet.Referring to the 1 , 2 and 3 For example, the rotary electric machine 1 includes a stator 100 and a rotor 200. The stator 100 is configured to generate magnetic flux when coils are energized, and the rotor 200 is about a rotation axis (or a central longitudinal axis) 1C in response to the flow of the magnetic flux rotatable through this. The stator 100 is disposed radially inward (relative to the central longitudinal axis 1C) of the rotor 200 .

Des Weiteren umfasst die rotierende elektrische Maschine 1 eine Welle 20, die an der Mittenlängsachse 1C liegt und sich mit einer Länge entlang dieser erstreckt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Mittenlängsachse 1C die Rotationsachse des Rotors 200 ist. Die Welle 20 ist an dem inneren Umfangsrand des Rotors 200 zur einheitlichen Rotation um die Mittenlängsachse 1C befestigt.Furthermore, the rotating electrical machine 1 comprises a shaft 20 which lies on the central longitudinal axis 1C and extends with a length along this. It is pointed out that the central longitudinal axis 1C is the axis of rotation of the rotor 200 . The shaft 20 is fixed to the inner peripheral edge of the rotor 200 for unitary rotation about the central longitudinal axis 1C.

Die rotierende elektrische Maschine 1 umfasst ein nicht dargestelltes Gehäuse, das den Stator 100 und den Rotor 200 abdeckt. Dieses Gehäuse hält den Stator 100 auf stationäre Weise von der anderen oder oberen Seite der rotierenden elektrischen Maschine 1, gesehen in den 1, 2 und 3. Bei der Ansicht der 1, 2, 3, 4, 5, 8 und 9 ist die eine Seite der rotierenden elektrischen Maschine 1 oder des Stators 100 oder des Rotors 200 deren Unterseite, wohingegen die andere Seite deren Oberseite ist.The rotary electric machine 1 includes an unillustrated case covering the stator 100 and the rotor 200 . This case holds the stator 100 in a stationary manner from the other or upper side of the rotary electric machine 1 as viewed in FIGS 1 , 2 and 3 . When viewing the 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 8th and 9 one side of the rotary electric machine 1 or the stator 100 or the rotor 200 is the bottom thereof, whereas the other side is the top thereof.

Die rotierende elektrische Maschine 1 ist konfiguriert, die Induktionsspulen I um den Rotor 200 zu veranlassen, beim Erhalt eines rotierenden Magnetfelds, das von Ankerspulen 140 um den Stator 100 erzeugt wird, wenn die Ankerspulen 140 erregt werden, Induktionsstrom zu erzeugen. Des Weiteren erzeugt die rotierende elektrische Maschine 1 ein Drehmoment, indem dieser Induktionsstrom als Erregerstrom durch Erregerspulen F geführt wird, um den Rotor 200 zu veranlassen, als Elektromagnete zu arbeiten. Aus der vorstehenden Beschreibung wird verständlich, dass die rotierende elektrische Maschine 1 als ein Erregerwicklungs-Synchronmotor des Selbsterregertyps ohne Permanentmagnete konfiguriert ist.The rotary electric machine 1 is configured to cause the induction coils I around the rotor 200 to generate induction current upon receiving a rotating magnetic field generated by armature coils 140 around the stator 100 when the armature coils 140 are excited. Further, the rotary electric machine 1 generates torque by passing this induction current as exciting current through exciting coils F to cause the rotor 200 to operate as electromagnets. From the above description, it can be understood that the rotary electric machine 1 is configured as a self-exciting type excitation-winding synchronous motor without permanent magnets.

(Stator)(Stator)

Bezug nehmend auf die 1, 2, 3, 4 und 5 umfasst der Stator 100 einen Statorkern 110 und Ankerspulen 140, die um den Statorkern 110 gewickelt sind. Der Statorkern 110 ist aus magnetischem Material mit hoher Permeabilität hergestellt und ist eine ringförmige Ringstruktur, dessen Achse die Mittenlängsachse 1C ist.Referring to the 1 , 2 , 3 , 4 and 5 The stator 100 includes a stator core 110 and armature coils 140 wound around the stator core 110 are wound. The stator core 110 is made of high permeability magnetic material and is an annular ring structure whose axis is the central longitudinal axis 1C.

Der Statorkern 110 umfasst eine Kembasis oder ein Statorjoch 120 und eine Vielzahl von Statorzähnen 130 an dem Statorjoch 120. Das Statorjoch 120 ist ein Toroid, dessen Rotationsachse die Mittenlängsachse 1C ist. Die Vielzahl der Statorzähne 130 ist in Umfangsrichtung mit regelmäßigen Abständen um die Mittenlängsachse 1C verteilt. Der Querschnitt des Statorjochs 120 ist ein Kreis oder eine Ellipse.The stator core 110 includes a core base or stator yoke 120 and a plurality of stator teeth 130 on the stator yoke 120. The stator yoke 120 is a toroid whose axis of rotation is the central longitudinal axis 1C. The plurality of stator teeth 130 are circumferentially distributed at regular intervals around the central longitudinal axis 1C. The cross section of the stator yoke 120 is a circle or an ellipse.

Jeder der Statorzähne 130 erstreckt sich von der Fläche des Statorjochs 120 nach außen. In der Ansicht des Statorkerns 110 der rotierenden elektrischen Maschine 1 entlang der Mittenlängsachse 1C ist der Statorzahn 130 ein Trapezoid. In der Ansicht des Statorkerns 110 der rotierenden elektrischen Maschine 1 in einer Umfangsrichtung ist das Querschnittsprofil des Statorzahns 130 ein Rechteck. Die Anzahl der Vielzahl der Statorzähne 130 ist zwölf. Daher sind die zwölf Statorzähne 130 an dem Statorjoch 120 in Umfangsrichtung und gleichmäßig um die Mittenlängsachse 1C verteilt.Each of the stator teeth 130 extends outwardly from the face of the stator yoke 120 . In the view of the stator core 110 of the rotary electric machine 1 along the central longitudinal axis 1C, the stator tooth 130 is a trapezoid. When the stator core 110 of the rotary electric machine 1 is viewed in a circumferential direction, the cross-sectional profile of the stator teeth 130 is a rectangle. The number of the plurality of stator teeth 130 is twelve. Therefore, the twelve stator teeth 130 on the stator yoke 120 are distributed circumferentially and evenly about the central longitudinal axis 1C.

Genauer gesagt, hat jeder der Statorzähne 130 einen ersten Statorzahn 131, einen zweiten Statorzahn 132 und einen dritten Statorzahn 133.More specifically, each of the stator teeth 130 has a first stator tooth 131, a second stator tooth 132, and a third stator tooth 133.

Der erste Statorzahn 131 erstreckt sich von der einen Seite des Statorjochs 120 in der einen oder einer nach unten gerichteten Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C nach außen.The first stator tooth 131 extends outwardly from one side of the stator yoke 120 in one or a downward direction along the central longitudinal axis 1C.

Der zweite Statorzahn 132 erstreckt sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von der inneren Umfangsflächenseite des Statorjochs 120 nach innen.The second stator tooth 132 extends radially inward (relative to the central longitudinal axis 1C) from the inner peripheral surface side of the stator yoke 120 .

Der dritte Statorzahn 133 erstreckt sich radial von der äußeren Umfangsflächenseite des Statorjochs 120 nach außen.The third stator tooth 133 extends radially outward from the outer peripheral surface side of the stator yoke 120 .

In der vorliegenden Ausführung ist der Statorkern 110 eine Einheit (ein Stück) einer ringförmigen Struktur, die nicht in Segmente aufteilbar ist. Dies verbessert die strukturelle Festigkeit des Statorkerns 110 im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Statorkern 110 eine Struktur ist, die in Segmente aufteilbar ist. Des Weiteren stellt die verbesserte strukturelle Festigkeit des Statorkerns 110 einen erhöhten Widerstand gegenüber angeregten Vibrationen bereit.In the present embodiment, the stator core 110 is a unit (one piece) of an annular structure that cannot be divided into segments. This improves the structural strength of the stator core 110 compared to the case where the stator core 110 is a structure that can be divided into segments. Furthermore, the improved structural strength of the stator core 110 provides increased resistance to excited vibrations.

Jede der Ankerspulen 140 ist toroidal unter Verwendung von einem Raum zwischen zwei benachbarten der Statorzähne 130 des Statorkerns 110 als eine Nut um das Statorjoch 120 gewickelt. Eine Ringwicklung ist ein Verfahren zur Wicklung eines Drahts um einen Toroid über abwechselnd die radiale Innenseite und die Außenseite des Statorjochs 120.Each of the armature coils 140 is toroidally wound around the stator yoke 120 using a space between two adjacent ones of the stator teeth 130 of the stator core 110 as a slot. A toroidal winding is a method of winding a wire around a toroid over alternately the radially inside and outside of the stator yoke 120.

Die Verwendung der Ringwicklungsstruktur der Ankerspulen 140 in dem Statorjoch 120 ermöglicht es, den Statorkern 110 als eine integrale Struktur auszubilden, die das Statorjoch 120 umfasst, um die strukturelle Festigkeit des Statorkerns 110 zu erhöhen.Using the toroidal winding structure of the armature coils 140 in the stator yoke 120 makes it possible to form the stator core 110 as an integral structure including the stator yoke 120 to increase the structural strength of the stator core 110 .

Die Ankerspulen 140, die jede in Räumen zwischen einem der Statorzähne 130 und dem in Umfangsrichtung benachbarten Statorzahn 130 liegen, sind aufteilbar in drei Gruppen für die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase eines Dreiphasenwechselstroms.The armature coils 140 each located in spaces between one of the stator teeth 130 and the circumferentially adjacent stator teeth 130 are separable into three groups for U-phase, V-phase and W-phase of a three-phase alternating current.

Die Wicklungsrichtung und die Erregungsrichtung der Ankerspulen 140 ist derart festgesetzt, dass der Magnetfluss, der von einem aus einem Paar von Ankerspulen 140 ausgeht, das direkt über einen der Statorzähne 130 angeordnet ist, und der Magnetfluss, der von dem anderen von dem Paar ausgeht, in Umfangsrichtung in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind.The winding direction and the energizing direction of the armature coils 140 is set such that the magnetic flux emanating from one of a pair of armature coils 140 located directly across one of the stator teeth 130 and the magnetic flux emanating from the other of the pair are circumferentially oriented in opposite directions.

Dies ermöglicht es, dass das Paar der Ankerspulen 140, beispielsweise eine für die U+-Phase und die andere für die U--Phase, Magnetflüsse erzeugt, die zu dem Statorzahn 130 gerichtet sind, der zwischen dem Paar der Ankerspulen 140 angeordnet ist.This allows the pair of armature coils 140, for example, one for U+ phase and the other for U- phase, to generate magnetic fluxes directed toward the stator tooth 130 disposed between the pair of armature coils 140.

Bezug nehmend auf 6 ist der Draht 141 für die Ankerspulen 140 ein rechteckiger Flachleiterdraht, dessen Querschnitt die Form eines Rechtecks hat. Jede der Ankerspulen 140 resultiert aus dem toroidalen Wickeln des Drahts oder Rechtseckdrahts 141 um das Statorjoch 120 des Statorkerns 110 mit Hochkant-Wicklung. Die Hochkant-Wicklung ist der Vorgang, bei dem die Wicklung angefangen wird, indem der Draht 141 an dem Statorjoch 120 so festgesetzt ist, dass dessen kurze Kanten radial ausgerichtet sind (relativ zu der Mittenlängsachse 1C der rotierenden elektrischen Maschine 1).Referring to 6 For example, the wire 141 for the armature coils 140 is a rectangular flat conductor wire whose cross section is in the shape of a rectangle. Each of the armature coils 140 results from winding the wire or square wire 141 toroidally around the stator yoke 120 of the edgewise wound stator core 110 . Edgewise winding is the process of starting the winding by fixing the wire 141 to the stator yoke 120 with its short edges oriented radially (relative to the central longitudinal axis 1C of the rotary electric machine 1).

Bezüglich dessen langer Kante sind die Abschnitte des Drahts 141, die nacheinander an Stellen, die in Wickelschrittrichtung ausgerichtet sind, angrenzen, in flächigem Kontakt miteinander. Daher kann die Anzahl der Drehungen von jeder der Ankerspulen 140 innerhalb eines begrenzten Raums erhöht werden, während ein Querschnitt sichergestellt wird, der breit genug für die Strommenge ist, die durch die Ankerspule 140 fließt, wodurch der Wicklungs-Füllfaktor verbessert wird, und dies führt zu einem Anstieg der magnetomotorischen Kraft des Stators 100.With respect to its long edge, the portions of the wire 141 successively abutting at positions aligned in the winding pitch direction are in face-to-face contact with each other. Therefore, the number of turns of each of the armature coils 140 can be increased within a limited space while ensuring a cross section wide enough for the amount of current flowing through the armature coil 140, thereby improving the winding space factor. and this leads to an increase in the magnetomotive force of the stator 100.

Weil die Abschnitte des Drahts 141, die nacheinander an Stellen, die in Wickelschrittrichtung ausgerichtet sind, aneinander grenzen, an ihrer langen Kante, wie vorstehend beschrieben, miteinander in einem flächigen Kontakt sind, wird Wärme von einem Abschnitt zu dem angrenzenden Abschnitt des Drahts 141 durch eine große Fläche geleitet. Dies bewirkt einen Anstieg der effektiven Fläche, durch welche Wärme geleitet wird, wodurch die Abstrahlleistung erhöht wird.Because the portions of the wire 141 which successively abut each other at positions aligned in the winding pitch direction are in face-to-face contact with each other at their long edge as described above, heat is transmitted from one portion to the adjacent portion of the wire 141 managed a large area. This causes an increase in the effective area through which heat is conducted, thereby increasing radiation efficiency.

Beide Endabschnitte 141A und 141B des Drahts 141, die als ein Wicklungsstart und als ein Wicklungsende dienen, können axial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von dem Stator 100 nach oben verlängert werden und innerhalb der gleichen Ebene angeordnet werden, wodurch die Verbindung der Ankerspulen 140 vereinfacht wird.Both end portions 141A and 141B of the wire 141, which serve as a winding start and as a winding end, can be extended axially (relative to the central longitudinal axis 1C) upwards from the stator 100 and placed within the same plane, thereby connecting the armature coils 140 is simplified.

(Magnetflussverteilung des Stators)(Magnetic flux distribution of the stator)

7 ist ein Simulationsergebnis der elektromagnetischen Feldanalyse, das die Magnetflussverteilung des Stators 100 zeigt. Zur vereinfachten Veranschaulichung sind der Statorkern 110 und der Rotor 200 auf lineare Weise veranschaulicht. Des Weiteren wird in 7 nicht zwischen dem ersten Zahn 131, dem zweiten Zahn 132 und dem dritten Zahn 113 unterschieden, und diese werden durch die Statorzähne 130 repräsentiert. Das Simulationsergebnis ergibt sich aus der Ausführung der elektromagnetischen Feldanalyse mit den Einstellungen, dass die Größe des V-Phasenstroms 1 ist, die Größe des U-Phasenstroms -0,5 ist und die Größe des W-Phasenstroms -0,5 ist. 7 12 is a simulation result of electromagnetic field analysis showing the magnetic flux distribution of the stator 100. FIG. For ease of illustration, the stator core 110 and the rotor 200 are illustrated in a linear fashion. Furthermore, in 7 no distinction is made between the first tooth 131, the second tooth 132 and the third tooth 113, and these are represented by the stator teeth 130. The simulation result is obtained by executing the electromagnetic field analysis with the settings that the V-phase current magnitude is 1, the U-phase current magnitude is -0.5, and the W-phase current magnitude is -0.5.

Bezug nehmend auf 7 wird ein Paar von Ankerspulen 140, die eine für die V+-Phase und die andere für die V- -Phase, welches direkt über einen Statorzahn 130 angeordnet ist, beschrieben, wobei der Magnetfluss, der von der einen Ankerspule 140 des Paars bedeutet, und der Magnetfluss, der von der anderen Ankerspule 140 des Paars ausströmt, zu dem Statorzahn 130 gelenkt wird, der zwischen dem Paar angeordnet ist, so dass sich die Magnetflüsse innerhalb des Statorzahns 130 treffen. Jeder der Magnetflüsse, der in den Statorzahn 130 eintritt, wird zu der Richtung orthogonal zu dem Statorjoch 120 gelenkt und zu dem Rotor 200 geführt.Referring to 7 describes a pair of armature coils 140, one for the V+ phase and the other for the V- phase, disposed directly across a stator tooth 130, wherein the magnetic flux flowing from one armature coil 140 of the pair means and the magnetic flux flowing out from the other armature coil 140 of the pair is directed to the stator tooth 130 located between the pair so that the magnetic fluxes meet within the stator tooth 130 . Each of the magnetic fluxes entering the stator teeth 130 is directed to the direction orthogonal to the stator yoke 120 and guided to the rotor 200 .

Ein Teil des Magnetflusses, der zu dem Rotor 200 geführt wird, wird zu dem einen in Umfangsrichtung benachbarten Statorzahn 130 geführt, der zwischen einem anderen Paar von Ankerspulen 140, die eine für W+-Phase und die andere für die W- -Phase, angeordnet ist, nachdem dieser durch einen später beschriebenen Rotorkern 210 des Rotors 200 geflossen ist. Der verbleibende Teil des Magnetflusses, der zu dem Rotor 200 geführt wird, wird zu dem anderen in Umfangsrichtung benachbarten Statorzahn 230 geführt, der zwischen einem weiteren anderen Paar von Ankerspulen, die eine für die U+-Phase und die andere für die U--Phase, angeordnet ist, nachdem dieser durch den Rotorkern 21 des Rotors 200 geflossen ist.Part of the magnetic flux led to the rotor 200 is led to the one circumferentially adjacent stator tooth 130 sandwiched between another pair of armature coils 140, one for W+ phase and the other for W- phase after flowing through a rotor core 210 of the rotor 200 described later. The remaining part of the magnetic flux led to the rotor 200 is led to the other circumferentially adjacent stator tooth 230 sandwiched between another another pair of armature coils, one for the U+ phase and the other for the U- phase , is arranged after flowing through the rotor core 21 of the rotor 200 .

An einer Fläche, an der sich die Statorzähne 130 und der Rotor 200 gegenüberliegen, wird ein Magnetkreis ausgebildet, durch welchen der Magnetfluss fließt, der von dem Paar der Ankerspulen 140 ausströmt. In der rotierenden elektrischen Maschine 1 ist die Fläche, an der sich die Statorzähne 130 und der Rotor 200 gegenüberliegen, eine Drehmoment erzeugende Fläche.On a face where the stator teeth 130 and the rotor 200 face each other, a magnetic circuit through which the magnetic flux flowing out from the pair of armature coils 140 flows is formed. In the rotary electric machine 1, the surface where the stator teeth 130 and the rotor 200 face each other is a torque-generating surface.

Aus diesem Grund wird die Drehmomentdichte durch die Verwendung der Magnetflüsse, die von einem Paar von Ankerspulen 140 erzeugt werden, umso höher, je mehr Drehmoment erzeugende Flächen es gibt. Die Drehmomentdichte bedeutet die Größe des Drehmoments pro Volumen.For this reason, the more torque-generating areas there are, the higher the torque density becomes by using the magnetic fluxes generated by a pair of armature coils 140 . Torque density means the magnitude of torque per volume.

Daher wird die Drehmomentdichte erhöht, indem drei (3) Drehmoment erzeugende Flächen, d.h. eine erste Fläche, die von einem axialen (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) Ende des Rotors 200 nach innen gewandt ist, einer zweiten Fläche, die von einem radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) inneren Umfang des Rotors 200 nach innen gewandt ist, und eine dritte Fläche, die von einem radial äußeren Umfang des Rotors 200 nach innen gewandt ist. Weil sie eine kleine Größe hat, jedoch ein hohes Drehmoment durch die Erhöhung der Anzahl der Drehmoment erzeugenden Flächen erzeugen kann, eignet sich die rotierende elektrische Maschine 1 exzellent als eine rotierende elektrische Maschine für Fahrzeuge, insbesondere für elektrische Hybridfahrzeuge oder dergleichen.Therefore, torque density is increased by having three (3) torque-producing surfaces, i.e., a first surface facing inward from an axial (relative to the central longitudinal axis 1C) end of the rotor 200, a second surface facing in from a radial (relative facing inward to the central longitudinal axis 1C) inner circumference of the rotor 200, and a third surface facing inward from a radially outer circumference of the rotor 200. Because it is small in size but can generate high torque by increasing the number of torque-generating surfaces, the rotary electric machine 1 is excellent as a rotary electric machine for vehicles, particularly hybrid electric vehicles or the like.

(Rotor)(Rotor)

Bezug nehmend auf die 1, 2, 3, 8 und 9 umfasst der Rotor 200 den Rotorkern 210, Induktionsspulen I und Erregerspulen F.Referring to the 1 , 2 , 3 , 8th and 9 the rotor 200 comprises the rotor core 210, induction coils I and excitation coils F.

Wie am besten aus 9 ersichtlich, umfasst der Rotorkern 210 einen ringförmigen Scheibenteil 211, der in einer imaginären Ebene orthogonal zu der Mittenlängsachse 1C liegt, einen inneren Zylinderteil 212, der sich kontinuierlich von einem inneren Umfang des Scheibenteils 211 in einer Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C erstreckt, und einen äußeren Zylinderteil 213, der sich kontinuierlich von einem äußeren Umfang des Scheibenteils 211 in einer Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C erstreckt. Der Scheibenteil 211, der innere Zylinderteil 212 und der Zylinderteil 213 sind verbunden, um eine ringförmige Nut um die Mittenlängsachse 1C zu definieren, die sich in der Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C öffnet, um den Stator 100 aufzunehmen. Diese ringförmige Nut öffnet sich in der Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C, um den Zusammenbau des Rotors 200 und des Stators 100 einfach zu gestalten. In der vorliegenden Ausführung bedeckt der Scheibenteil 211 eines von zwei axialen Enden des Statorkerns 110, der innere Zylinderteil 212 bedeckt den radial inneren Umfang des Statorkerns 110 und der äußere Zylinderteil 213 bedeckt den radial äußeren Umfang des Statorkerns 110. Der Rotorkern 210 ist aus einem magnetischen Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt.How best 9 As can be seen, the rotor core 210 comprises an annular disk portion 211 lying in an imaginary plane orthogonal to the central longitudinal axis 1C, an inner cylindrical portion 212 continuously extending from an inner periphery of the disk portion 211 in a direction along the central longitudinal axis 1C, and an outer Cylinder portion 213 continuously extending from an outer periphery of disc portion 211 in a direction along central longitudinal axis 1C. The disc part 211, the inner cylinder part 212 and the cylinder part 213 are connected to to define an annular groove about the central longitudinal axis 1C that opens in the direction along the central longitudinal axis 1C to receive the stator 100. This annular groove opens in the direction along the central longitudinal axis 1C to make assembly of the rotor 200 and the stator 100 easy. In the present embodiment, the disk portion 211 covers one of two axial ends of the stator core 110, the inner cylinder portion 212 covers the radially inner periphery of the stator core 110, and the outer cylinder portion 213 covers the radially outer periphery of the stator core 110. The rotor core 210 is made of a magnetic Material made with high magnetic permeability.

Wie beschrieben ist der Rotorkern 210 im Gesamten in einer zylindrischen Form ausgebildet, so dass der Rotorkern 210 das untere axiale Ende, den radial inneren Umfang und den radial äußeren Umfang des Stators 100 abdeckt und diesen gegenüberliegt.As described, the rotor core 210 is formed in a cylindrical shape as a whole so that the rotor core 210 covers and faces the axial lower end, the radially inner periphery, and the radially outer periphery of the stator 100 .

Mit anderen Worten ist der Rotorkern 210 in einer zylindrischen Form ausgebildet, die einen kanalförmigen Querschnitt aufweist, wobei dessen drei Seiten durch den ringförmigen Scheibenteil 211, den inneren Zylinderteil 212 und den äußeren Zylinderteil 213 definiert werden, so dass der Rotorkern 210 den Statorkern 110 von einem Ende hin zu dem anderen Ende in einer Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C abdeckt.In other words, the rotor core 210 is formed in a cylindrical shape having a channel-shaped cross section with three sides thereof being defined by the annular disk part 211, the inner cylinder part 212 and the outer cylinder part 213, so that the rotor core 210 has the stator core 110 of one end toward the other end in a direction along the central longitudinal axis 1C.

Des Weiteren umfasst der Rotorkern 210 eine Vielzahl von Rotorzähnen 230, die in Umfangsrichtung und gleichmäßig um die Mittenlängsachse 1C verteilt sind. Jeder der Rotorzähne 230 ist ein Satz von axial ausgerichteten Rotorzähnen, nämlich einem erster Rotorzahn 231, einem zweiter Rotorzahn 232 und einem dritter Rotorzahn 233.Furthermore, the rotor core 210 comprises a multiplicity of rotor teeth 230 which are distributed in the circumferential direction and evenly around the central longitudinal axis 1C. Each of the rotor teeth 230 is a set of axially aligned rotor teeth, namely a first rotor tooth 231, a second rotor tooth 232 and a third rotor tooth 233.

Jeder der ersten, zweiten und dritten Rotorzähne 231, 232 und 233 eines Satzes bildet eine Drehmoment erzeugende Fläche mit einem der in Umfangsrichtung ausgerichteten ersten, zweiten und dritten Statorzähne 131, 132 und 133 des Stators 100, wenn dieser den in Umfangsrichtung ausgerichteten Statorzähnen 131 oder 132 oder 133 nacheinander gegenüberliegt.Each of the first, second, and third rotor teeth 231, 232, and 233 of a set forms a torque-producing surface with one of the circumferentially aligned first, second, and third stator teeth 131, 132, and 133 of the stator 100 when the stator 100 is in contact with the circumferentially aligned stator teeth 131 or 132 or 133 in succession.

Wie aus den 3, 4 und 9 ersichtlich, sind die ersten Rotorzähne 231 an dem Scheibenteil 211 angeordnet und in Umfangsrichtung um die Mittenlängsachse 1C verteilt. Die ersten Rotorzähne 231 erstrecken sich axial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von dem Scheibenteil 211 zu dem Statorkern 110 nach innen, um den ersten Statorzähnen 131 gegenüberzuliegen, jedoch sind sie axial von den ersten Statorzähnen 131 über einen vorgegebenen Luftspalt getrennt.How from the 3 , 4 and 9 As can be seen, the first rotor teeth 231 are arranged on the disk part 211 and distributed in the circumferential direction about the central longitudinal axis 1C. The first rotor teeth 231 extend axially inward (relative to the central longitudinal axis 1C) from the disk portion 211 to the stator core 110 to face the first stator teeth 131, but are axially separated from the first stator teeth 131 by a predetermined air gap.

Die zweiten Rotorzähne 232 sind an dem inneren Zylinderteil 212 angeordnet und in Umfangsrichtung um die Mittenlängsachse 1C verteilt. Die zweiten Rotorzähne 232 erstrecken sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von dem inneren Zylinderteil 212 zu dem Statorkern 110 nach außen, um den zweiten Statorzähnen 132 gegenüberzuliegen, jedoch sind sie radial von den zweiten Statorzähnen 132 über einen vorgegebenen Luftspalt getrennt.The second rotor teeth 232 are disposed on the inner cylinder portion 212 and distributed circumferentially about the central longitudinal axis 1C. The second rotor teeth 232 extend radially outward (relative to the central longitudinal axis 1C) from the inner cylinder portion 212 toward the stator core 110 to confront the second stator teeth 132, but are radially separated from the second stator teeth 132 by a predetermined air gap.

Die dritten Rotorzähne 233 sind an dem äußeren Zylinderteil 213 angeordnet und in Umfangsrichtung um die Mittenlängsachse 1C verteilt. Die dritten Rotorzähne 233 erstrecken sich radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) von dem äußeren Zylinderteil 213 zu dem Statorkern 110 nach innen, um den dritten Statorzähnen 133 gegenüberzuliegen, jedoch sind sie radial von den dritten Statorzähnen 133 über einen vorgegebenen Luftspalt getrennt.The third rotor teeth 233 are arranged on the outer cylinder part 213 and distributed circumferentially around the central longitudinal axis 1C. The third rotor teeth 233 extend radially inward (relative to the central longitudinal axis 1C) from the outer cylinder portion 213 toward the stator core 110 to face the third stator teeth 133, but are radially separated from the third stator teeth 133 by a predetermined air gap.

Das radial (relativ zu der Mittenlängsachse 1C) innere Ende von einem der ersten Rotorzähne 231 von jedem Satz ist kontinuierlich mit einem axialen Ende des zweiten Rotorzahns 232 desselben Satzes verbunden. Des Weiteren ist das radial äußere Ende von einem der ersten Rotorzähne 231 desselben Satzes kontinuierlich mit einem axialen Ende des dritten Rotorzahns 233 desselben Satzes verbunden.The radially (relative to the central longitudinal axis 1C) inner end of one of the first rotor teeth 231 of each set is continuously connected to an axial end of the second rotor tooth 232 of the same set. Furthermore, the radially outer end of one of the first rotor teeth 231 of the same set is continuously connected to an axial end of the third rotor tooth 233 of the same set.

Wie beschrieben, bilden in dem Rotorkern 210 der erste, der zweite und der dritte Rotorzahn 231, 232 und 233 von jedem Satz eine kontinuierliche integrale Struktur. Mit anderen Worten ist der erste, der zweite und der dritte Rotorzahn 231, 232 und 233 von jedem Satz integriert, um einen der Rotorzähne 230 zu bilden. Der Rotorkern 210 umfasst mehrere Rotorzähne 230, die in Umfangsrichtung und gleichmäßig verteilt sind.As described, in the rotor core 210, the first, second and third rotor teeth 231, 232 and 233 of each set form a continuous integral structure. In other words, the first, second, and third rotor teeth 231 , 232 , and 233 of each set are integrated to form one of the rotor teeth 230 . The rotor core 210 includes a plurality of rotor teeth 230 circumferentially and evenly distributed.

Wie am besten in 2 zu sehen, umfasst die rotierende elektrische Maschine 1 Sprengringe 4A und 4B. Der Rotorkern 210 wird an der Welle 20 befestigt, indem die Sprengringe 4A und 4B an der Welle 20 befestigt werden oder in diese geschraubt werden, so dass die Sprengringe 4A und 4B axial zwischen sich den Rotorkern 210 anordnen..As best in 2 1, rotating electrical machine 1 includes snap rings 4A and 4B. The rotor core 210 is secured to the shaft 20 by attaching or threading the snap rings 4A and 4B to the shaft 20 so that the snap rings 4A and 4B sandwich the rotor core 210 axially.

Der innere Umfang des inneren Zylinderteils 212 des Rotorkerns 210 und der äußere Umfang der Welle 20 sind jeweils mit nicht dargestellten Keilnuten ausgebildet. Der Rotorkern 210 wird für eine integrale Rotation von der relativen Rotation zu der Welle 20 abgehalten, indem ein Keil in die Keilnuten eingesetzt wird.The inner periphery of the inner cylinder portion 212 of the rotor core 210 and the outer periphery of the shaft 20 are formed with splines, not shown, respectively. The rotor core 210 is held from relative rotation to the shaft 20 for integral rotation by inserting a key into the keyways.

(Induktionsspulen, Erregerspulen)(induction coils, excitation coils)

Der Draht Iw für Induktionsspulen I und der Draht Fw für Erregerspulen F ist jeweils ein rechteckiger Flachdraht aus Kupferdraht mit einem rechteckigen Querschnitt, der von einem Isolationsmaterial ummantelt wird. Jede der Induktionsspulen I ist mit Alphawicklung des Drahts Iw ausgebildet, während jede der Erregerspulen F mit Alphawicklung des Drahts Fw ausgebildet ist. Die Alphawicklung ist ein Vorgang der Wicklung des Drahts Iw oder Fw mit einem Wicklungsstart und einem Wicklungsende, die in die gleiche Auswärtsrichtung herausgeführt sind.The wire Iw for induction coils I and the wire Fw for exciting coils F are each a rectangular flat wire made of copper wire with a rectangular cross section, which is covered with an insulating material. Each of the induction coils I is formed with an alpha winding of wire Iw, while each of the excitation coils F is formed with an alpha winding of wire Fw. Alpha winding is a process of winding the wire Iw or Fw with a winding start and a winding end brought out in the same outward direction.

Dieses Ende von jedem der Drähte Iw und Fw, welches ein Wicklungsstart ist, wird in dem Fall der Alpha-gewickelten Induktions- und Erregerspulen I und F nicht nach innen stehen gelassen, wodurch der Wicklungs-Füllfaktor verbessert wird. Die beiden Endabschnitte von jedem der Drähte Iw und Fw werden von den Induktions- und Erregerspulen I und F in die gleiche Auswärtsrichtung nach außen geführt, wodurch die Verbindung der Spulen vereinfacht wird.That end of each of the wires Iw and Fw, which is a winding start, is not left inside in the case of the alpha-wound inductor and exciter coils I and F, thereby improving the winding space factor. The both end portions of each of the wires Iw and Fw are led out from the induction and excitation coils I and F in the same outward direction, thereby facilitating the connection of the coils.

In der vorliegenden Ausführungsform ist der Draht Iw der Induktionsspule I in zwei Säulen in einer Wickelschrittrichtung der Wicklung gewickelt, wobei ein Endabschnitt des Drahts Iw in der ersten der zwei Säulen und der andere Endabschnitt des Drahts Iw in der zweiten der zwei Säulen verlegt ist, um in der gleichen Ebene innerhalb des Rotors 200 zu liegen.In the present embodiment, the wire Iw of the induction coil I is wound in two columns in a winding pitch direction of the winding, with one end portion of the wire Iw being laid in the first of the two columns and the other end portion of the wire Iw being laid in the second of the two columns, around to lie within the rotor 200 in the same plane.

Ferner ist der Draht Fw der Erregerspule F in zwei Säulen in einer Wickelschrittrichtung der Wicklung gewickelt, wobei ein Endabschnitt des Drahts Fw in der ersten der zwei Säulen und der andere Endabschnitt des Drahts Fw in der zweiten der zwei Säulen verlegt ist, um in der gleichen Ebene innerhalb des Rotors 200 zu liegen.Further, the wire Fw of the exciting coil F is wound in two columns in a winding pitch direction of winding, with one end portion of the wire Fw laid in the first of the two columns and the other end portion of the wire Fw laid in the second of the two columns to lay in the same To lie within the rotor 200 level.

Wie beschrieben, können die Endabschnitte von jedem der Drähte Iw und Fw der Alpha-gewickelten Induktions- und Erregerspulen I und F an derselben Ebene verlegt und angeordnet werden, die sich parallel zu einem der zwei axialen Enden (ein oberes axiales Ende in der vorliegenden Ausführung) des Rotors 200 nahe dessen innerem und äußerem Umfang erstreckt, wodurch Verbindungen an derselben Ebene vereinfacht werden, indem ein (nicht dargestelltes) Verbindungsstück verwendet wird, wie z.B. ein Verbindungssubstrat oder dergleichen, das an (oder über) dem axialen Ende des Rotors 200 angeordnet ist. Dies trägt zu einer Reduktion der axialen Länge der rotierenden elektrischen Maschine 1 bei.As described, the end portions of each of the wires Iw and Fw of the alpha-wound inductor and excitation coils I and F can be laid and arranged on the same plane extending parallel to one of the two axial ends (an upper axial end in the present embodiment ) of rotor 200 extends near its inner and outer peripheries, thereby facilitating same-plane connections by using a connector (not shown), such as a connection substrate or the like, located at (or over) the axial end of rotor 200 is. This contributes to a reduction in the axial length of the rotary electric machine 1 .

Falls der Rotorkern 210 ein axiales Ende und sowohl den radial inneren als auch den radial äußeren Umfang des Stators 100 abdeckt, können zusätzlich die Endabschnitte von jedem der Drähte Iw und Fw der alpha-gewickelten Induktions- und Erregerspulen I und F an der gleichen Ebene verlegt und angeordnet werden, die sich parallel zu dem anderen axialen Ende (in der vorliegenden Ausführung ein unteres axiales Ende) des Rotors 200 nahe dessen innerem und äußerem Umfang erstreckt, wodurch Verbindungen an derselben Ebene vereinfacht werden, indem ein (nicht dargestelltes) Verbindungsstück verwendet wird, wie ein Verbindungssubstrat oder dergleichen, das an (oder über) dem axialen Ende des Rotors 200 angeordnet ist. Dies trägt zu einer Reduktion der axialen Länge der rotierenden elektrischen Maschine 1 bei.In addition, if the rotor core 210 covers one axial end and both the radially inner and outer peripheries of the stator 100, the end portions of each of the wires Iw and Fw of the alpha-wound inductor and exciter coils I and F can be laid on the same plane and arranged parallel to the other axial end (a lower axial end in the present embodiment) of the rotor 200 near its inner and outer peripheries, thereby facilitating connections on the same plane by using a connector (not shown). , such as a connection substrate or the like, which is arranged at (or over) the axial end of the rotor 200. FIG. This contributes to a reduction in the axial length of the rotary electric machine 1 .

Die Abstrahlleistung des Rotors 200 ist verbessert, weil der Draht Iw und der Draht Fw die gleiche thermische Leitfähigkeit aufweisen, wenn die Induktions- und Erregerspulen I und F mit Alphawicklung gewickelt sind.The radiating performance of the rotor 200 is improved because the wire Iw and the wire Fw have the same thermal conductivity when the induction and excitation coils I and F are wound with alpha winding.

Der Wicklungs-Füllfaktor wird bessert und der Kupferverlust reduziert, weil die Induktions- und Erregerspulen I und F mit Alphawicklung gewickelt sind.Winding fill factor is improved and copper loss reduced because the inductor and exciter coils I and F are alpha wound.

Des Weiteren sind die Induktions- und Erregerspulen I und F gewickelt, so dass die kurzen Kanten der rechteckigen Querschnitte der Drähte Iw und Fw orthogonal zu den Flusslinien des erzeugten Magnetfelds sind.Furthermore, the induction and excitation coils I and F are wound such that the short edges of the rectangular cross-sections of the wires Iw and Fw are orthogonal to the flux lines of the generated magnetic field.

Dies reduziert den Wirbelstromverlust, der in den Induktions- und Erregerspulen I und F verursacht wird.This reduces the eddy current loss caused in the induction and excitation coils I and F.

Jede der Induktions- und Erregerspulen I und F ist derart ausgebildet, dass ein radialer Abschnitt, der aus dem Biegen der Alphawicklung Iw oder Fw resultiert, eine rechteckige Form aufweist, wobei dessen radial innerer Rand entfernt ist.Each of the induction and excitation coils I and F is formed such that a radial portion resulting from bending of the alpha winding Iw or Fw has a rectangular shape with its radially inner edge removed.

Insbesondere sind die Erregerspulen F entlang der Oberfläche innerhalb des Rotorkerns 210 gebogen, so dass jede der Erregerspulen F einen der Rotorzähne 230 umgibt, um um den Basisabschnitt des Rotorzahns 230 herum zu laufen.Specifically, the exciting coils F are bent along the surface inside the rotor core 210 so that each of the exciting coils F surrounds one of the rotor teeth 230 to go around the base portion of the rotor tooth 230 .

Andererseits sind die Induktionsspulen I entlang der Oberfläche innerhalb des Rotorkerns 210 gebogen, so dass jede der Induktionsspulen I einen der Rotorzähne 230 umgibt, um um den Vorderkantenabschnitt des Rotorzahns 230 herum zu laufen.On the other hand, the induction coils I are bent along the surface inside the rotor core 210 such that each of the induction coils I surrounds one of the rotor teeth 230 to go around the leading edge portion of the rotor tooth 230 .

Wie beschrieben, ist jede der Induktionsspulen I und die zugeordnete eine der Ankerspulen F an dem gleichen einen der Rotorzähne 230 in mehreren Schichten angeordnet, wobei die Induktionsspule I und die Ankerspule F an einem Vorderkantenabschnitt und einem Basisabschnitt des Rotorzahns 230 angeordnet sind, so dass die Induktionsspulen I weniger getrennt von dem Stator 100 als die Erregerspulen F sind. Der Wicklungs-füllfaktor der Induktions- und Erregerspulen I und F wird verbessert, weil jede der Induktionsspulen I und eine der Erregerspulen F nahe angeordnet sind.As described, each of the induction coils I and the associated one of the armature coils F is disposed on the same one of the rotor teeth 230 in multiple layers, with the induction coil I and armature coil F on a leading edge Section and a base portion of the rotor tooth 230 are arranged so that the induction coils I are less separated from the stator 100 than the excitation coils F. The winding space factor of the induction and excitation coils I and F is improved because each of the induction coils I and one of the excitation coils F are closely located.

Des Weiteren kann der Statorkern 110 installiert werden, indem der Statorkern axial in den Rotorkern 210 eingesetzt wird, ohne dass dieser in Statorsegmente aufgeteilt wird, weil der Rotorkern 210 mit dem kanalförmigen Querschnitt in der Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C oder nach oben offen ist. Dies verbessert den Zusammenbaudurchsatz des Statorkerns 110. Des Weiteren verbessert dies die Kühlleistung, indem eine Wärmeabstrahlung von der geöffneten Seite effizient durchgeführt wird, weil der Rotorkern 210 nach oben geöffnet ist.Furthermore, the stator core 110 can be installed by axially inserting the stator core into the rotor core 210 without dividing it into stator segments because the rotor core 210 having the channel-shaped cross section is open in the direction along the central longitudinal axis 1C or upward. This improves the assembling throughput of the stator core 110. Further, this improves the cooling performance by efficiently performing heat radiation from the opened side because the rotor core 210 is opened upward.

Wenn die Ankerspulen 140 ein rotierendes Magnetfeld erzeugen, koppelt der von dem Stator 100 ausströmende Magnetfluss mit der Induktionsspule I, wodurch die Induktionsspule I zur Erzeugung von Induktionsstrom veranlasst wird.When the armature coils 140 generate a rotating magnetic field, the magnetic flux emanating from the stator 100 couples with the induction coil I, thereby causing the induction coil I to generate induction current.

(Gleichrichterschaltung)(rectifier circuit)

Der Rotor 200 weist Dioden als nicht dargestellte Gleichrichterelemente auf. Die Dioden, die Induktionsspulen I und die Erregerspulen F sind verbunden, um Gleichrichterschaltungen zu bilden. In den Gleichrichterschaltungen wird Induktionswechselstrom, der von jeder der Induktionsspulen I erzeugt wird, durch die Dioden gleichgerichtet, und der gleichgerichtete Gleichstrom wird als Erregerstrom den Erregerspulen F zugeführt. Die Erregerspulen F erzeugen Magnetfelder, wenn der gleichgerichtete Gleichstrom als Erregerstrom zugeführt wird, um die Erregerspulen F zu erregen.The rotor 200 has diodes as rectifier elements, not shown. The diodes, inductors I and exciting coils F are connected to form rectifier circuits. In the rectifying circuits, AC induction current generated by each of the induction coils I is rectified by the diodes, and the rectified DC current is supplied to the exciting coils F as exciting current. The exciting coils F generate magnetic fields when the rectified direct current is supplied as exciting current to excite the exciting coils F .

(Erregerenergie)(excitation energy)

Die rotierende elektrische Maschine 1 umfasst zwölf (12) Statorzähne und acht (8) Rotorzähne 230. Daher wird das Kompositionsverhältnis S/P zwischen der Anzahl von Nuten S des Stators 100 und der Anzahl der Magnetpole P zu 3/2, weil S = 12 und P = 8 in der rotierenden elektrischen Maschine 1 ist.The rotary electric machine 1 includes twelve (12) stator teeth and eight (8) rotor teeth 230. Therefore, the composition ratio S/P between the number of slots S of the stator 100 and the number of magnetic poles P becomes 3/2 because S=12 and P=8 in the rotary electric machine 1.

In der veranschaulichten rotierenden elektrischen Maschine 1 sind die toroidal gewickelten Ankerspulen 140 mit konzentrierter Wicklung installiert, und so ist die zweite Raumoberschwingung im Raum im Ruhebezugssystem auf dem Fluss der Grundwellenfrequenz als Streufluss überlagert, und zwar bis ungefähr 50 %.In the illustrated rotary electric machine 1, the toroidal-wound concentrated-winding armature coils 140 are installed, and so the second space harmonic in space in the quiescent reference frame is superimposed on the flux of the fundamental frequency as leakage flux, up to about 50%.

Daher tritt die dritte Zeitoberschwingung in der Zeit im rotierenden Bezugssystem in den Rotor 200 ein, weil das Kompositionsverhältnis S/P 3/2 ist. Die dritte Zeitoberschwingung im rotierenden Bezugssystem weist eine asynchrone Frequenz relativ zu der Drehzahl des Rotors 200 auf.Therefore, the third time harmonic in time in the rotating frame enters the rotor 200 because the composition ratio S/P is 3/2. The third time harmonic in the rotating frame of reference has an asynchronous frequency relative to the rotor 200 speed.

Um effektiv die dritte Zeitoberschwingung zu nutzen, sind die Induktionsspulen I um die Rotorzähne 230, die Schenkelpole des Rotors 200 sind, gewickelt. Dies bewirkt, dass jede der Induktionsspulen I Induktionsstrom erzeugt, wenn die dritte Zeitoberschwingung mit den Induktionsspulen I koppelt, und dies bewirkt, dass die Erregerspulen F Magnetfelder erzeugen, indem sie den durch die Gleichrichtung des Induktionsstroms gegebenen Gleichstrom als Erregerstrom nutzen, wodurch ermöglicht wird, dass der Rotor 200 als Elektromagnete fungiert.In order to effectively use the third time harmonic, the inductors I are wound around the rotor teeth 230, which are salient poles of the rotor 200. FIG. This causes each of the induction coils I to generate induction current when the third time harmonic couples to the induction coils I, and this causes the exciting coils F to generate magnetic fields by using the direct current given by the rectification of the induction current as the exciting current, thereby enabling that the rotor 200 acts as electromagnets.

Eine Zeitoberschwingung hoher Ordnung, wie die vierte oder fünfte Zeitoberschwingung, ist nichts weiteres als eine Welle, die nur in der Nachbarschaft der Oberfläche des Rotorkerns 210 vibriert, und so können die Induktionsspulen I nicht effizient Induktionsstrom erzeugen. Eine Raumoberschwingung niedriger Ordnung, wie die dritte Zeitoberschwingung, tritt in das Innere des Rotorkerns 210 ein, weil diese ein Magnetfluss mit relativ geringer Frequenz ist.A high-order time harmonic such as the fourth or fifth time harmonic is nothing more than a wave vibrating only in the vicinity of the surface of the rotor core 210, and so the induction coils I cannot efficiently generate induction current. A low-order space harmonic such as the third time harmonic enters the interior of the rotor core 210 because it is a relatively low-frequency magnetic flux.

In der vorliegenden Ausführungsform wird innerhalb der Raumoberschwingungen, die auf dem Magnetfluss der Grundfrequenz überlagert sind, die dritte Zeitoberschwingung wiederhergestellt. Diese dritte Zeitoberschwingung weist eine höhere Frequenz als die Grundfrequenz oder die Frequenz der zweiten Zeitoberschwingung auf und pulsiert mit einer kurzen Periode.In the present embodiment, within the space harmonics superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency, the third time harmonic is restored. This third time harmonic has a higher frequency than the fundamental frequency or the frequency of the second time harmonic and pulsates with a short period.

Dies stellt effizient den Energieverlust wieder her, der durch Raumoberschwingungskomponenten verursacht wird, und bewirkt einen Anstieg des Betrags des Induktionsstroms, indem die zeitliche Variation des Magnetflusses, der mit den Induktionsspulen I koppelt, erhöht wird, wodurch ein Anstieg des Drehmoments bereitgestellt wird.This efficiently recovers the energy loss caused by space harmonic components and causes the magnitude of the induction current to increase by increasing the temporal variation of the magnetic flux coupling to the induction coils I, thereby providing an increase in torque.

Die Wirkungen der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß den Ausführungsformen werden beschrieben. In der rotierenden elektrischen Maschine 1 umfasst der Stator 100 den Statorkern 110 mit den Statorzähnen 130, die in Umfangsrichtung und gleichmäßig verteilt sind, und die torodial gewickelten Ankerspulen 140, von denen jede zwischen zwei benachbarten der Statorzähne 130 des Statorkerns 110 ist.The effects of the rotary electric machine 1 according to the embodiments will be described. In the rotary electric machine 1, the stator 100 includes the stator core 110 having the stator teeth 130 distributed circumferentially and uniformly, and the toroidally wound armature coils 140 each of which is between two adjacent ones of the stator teeth 130 of the stator core 110.

Des Weiteren umfasst der Rotor 200 den Rotorkern 210. Der Rotorkern 210 umfasst eine Vielzahl von Rotorzähnen 230, die in Umfangsrichtung um die Mittenlängsachse 1C verteilt sind, wobei jeder der Rotorzähne 230 ein Satz aus dem ersten Rotorzahn 231, dem zweiten Rotorzahn 232 und dem dritten Rotorzahn 233 ist, welche axial ausgerichtet sind. Der erste Rotorzahn 231, der an dem Scheibenteil 211 angeordnet ist, liegt aufeinanderfolgend den ersten Statorzähnen 131 gegenüber. Der zweite Rotorzahn 232, der an dem inneren Zylinderteil 212 angeordnet ist, liegt aufeinanderfolgend den zweiten Statorzähnen 132 gegenüber. Der dritte Rotorzahn 233, der an dem äußeren Zylinderteil 213 angeordnet ist, liegt aufeinanderfolgend den dritten Statorzähnen 133 gegenüber.Furthermore, the rotor 200 includes the rotor core 210. The rotor core 210 includes a plurality of rotor teeth 230 in the circumferential direction are distributed about the central longitudinal axis 1C, each of the rotor teeth 230 being a set of the first rotor tooth 231, the second rotor tooth 232 and the third rotor tooth 233 which are axially aligned. The first rotor tooth 231 arranged on the disk part 211 faces the first stator teeth 131 sequentially. The second rotor tooth 232 disposed on the inner cylinder portion 212 faces the second stator teeth 132 sequentially. The third rotor tooth 233 arranged on the outer cylinder part 213 faces the third stator teeth 133 sequentially.

Der Rotor 200 umfasst ferner die Induktionsspulen I und die Erregerspulen F, die um die Rotorzähne 230 gewickelt sind. Die Induktionsspulen I sind derart angeordnet, dass jede der Induktionsspulen I Induktionsstrom erzeugt, wenn von dem Stator 100 ausgehender Magnetfluss mit der Induktionsspule I koppelt. Die Erregerspulen F sind derart angeordnet, dass die Erregerspulen F Magnetfeld(er) erzeugen, wenn sie in Reaktion auf die Erzeugung von Induktionsströmen erregt werden.The rotor 200 further includes the induction coils I and the excitation coils F wound around the rotor teeth 230 . The induction coils I are arranged such that each of the induction coils I generates induction current when magnetic flux emanating from the stator 100 couples to the induction coil I . The exciting coils F are arranged such that the exciting coils F generate magnetic field(s) when excited in response to the generation of induction currents.

Gemäß den Ausführungsformen wird jede der Induktionsspulen I zur Erzeugung von Induktionsstrom veranlasst, wenn der von dem Stator 100 ausgehende Magnetfluss mit den Induktionsspulen I koppelt, und die Erregerspulen F sind zur Erzeugung von Magnetfeldern in der Lage, indem sie einen Gleichstrom, der durch die Gleichrichtung des Induktionsstroms gegeben ist, als Erregerstrom verwenden. Daher ist der Rotor 200 in der Lage, als Elektromagnete zu fungieren, wodurch die Erzeugung eines Drehmoments zum Antrieb des Rotors 200 verursacht wird.According to the embodiments, each of the induction coils I is caused to generate induction current when the magnetic flux emanating from the stator 100 couples to the induction coils I, and the exciting coils F are capable of generating magnetic fields by applying a direct current generated by the rectification of the induction current is given, use as excitation current. Therefore, the rotor 200 is able to function as electromagnets, thereby causing torque to be generated to drive the rotor 200 .

Daher werden nun der Anstieg der Materialkosten und die instabile Rohstoffversorgung, die von der Verwendung von Magneten mit seltenen Erden als Permanentmagnete herrührt, vermieden, weil ein Drehmoment zum Antrieb des Rotors 200 ohne solche Permanentmagnete erzeugt wird. Dementsprechend ist eine rotierende elektrische Maschine 1 bereitgestellt, die konfiguriert ist, ein Drehmoment zu erzeugen, ohne einen Anstieg der Materialkosten zu verursachen und ohne die Rohstoffversorgung instabil zu machen.Therefore, the increase in material cost and the unstable supply of raw materials resulting from the use of rare earth magnets as permanent magnets are now avoided because torque for driving the rotor 200 is generated without such permanent magnets. Accordingly, there is provided a rotary electric machine 1 configured to generate torque without causing an increase in material cost and without making raw material supply unstable.

Des Weiteren werden gemäß den Ausführungsformen die Drehmoment erzeugenden Flächen erhöht und die Drehmomentdichte verbessert, weil der von dem Stator 100 erzeugte Magnetfluss mit den Rotorzähnen 230 nach innen von den drei Flächen, d.h. den ersten, zweiten und dritten Rotorzähnen 231, 232 und 233 koppelt.Furthermore, according to the embodiments, the torque-generating areas are increased and the torque density is improved because the magnetic flux generated by the stator 100 couples with the rotor teeth 230 inward of the three surfaces, i.e. the first, second and third rotor teeth 231, 232 and 233.

Infolgedessen ist es möglich, die Drehmomentdichte zu verbessern, indem die Drehmoment erzeugenden Flächen vergrößert werden, ohne einen Anstieg der Materialkosten zu verursachen und ohne die Rohstoffversorgung instabil zu machen.As a result, it is possible to improve torque density by enlarging torque generating areas without causing an increase in material cost and without making raw material supply unstable.

Des Weiteren wird gemäß den Ausführungsformen innerhalb der Raumoberschwingungen, die auf dem Magnetfluss der Grundfrequenz überlagert sind, die dritte Zeitoberschwingung wiedergewonnen. Dies ermöglicht es den Oberschwingungen, die bei dem Stator 100 erzeugt werden, effektiv mit den Rotorzähnen 230 zu koppeln, wodurch mehr Magnetenergie bereitgestellt wird.Furthermore, according to the embodiments, within the space harmonics superimposed on the magnetic flux of the fundamental frequency, the third time harmonic is recovered. This allows the harmonics generated at the stator 100 to couple effectively to the rotor teeth 230, thereby providing more magnetic energy.

In der vorliegenden Ausführung kann zusätzlich der Statorkern 110 installiert werden, indem der Statorkern axial in den Rotorkern 210 eingesetzt wird, ohne dass dieser in Statorsegmente aufgeteilt wird, weil der Rotorkern 210 mit dem kanalförmigen Querschnitt in der Richtung entlang der Mittenlängsachse 1C oder nach oben offen ist. Dies verbessert den Zusammenbaudurchsatz des Statorkerns 110. Des Weiteren verbessert dies die Kühlleistung, indem eine Wärmeabstrahlung von der geöffneten Seite effizient durchgeführt wird, weil der Rotorkern 210 nach oben geöffnet ist.In addition, in the present embodiment, the stator core 110 can be installed by axially inserting the stator core into the rotor core 210 without dividing it into stator segments because the rotor core 210 having the channel-shaped cross section in the direction along the central longitudinal axis 1C or open upward is. This improves the assembling throughput of the stator core 110. Further, this improves the cooling performance by efficiently performing heat radiation from the opened side because the rotor core 210 is opened upward.

Wie beschrieben sind in der vorliegenden Ausführung die Endabschnitte von jedem der Drähte Iw und Fw der Induktions- und Erregerspulen I und F an derselben Ebene angeordnet, die sich parallel zu einem der zwei axialen Enden (einem oberen axialen Ende) des Rotors 200 erstreckt, wobei Verbindungen an der gleichen Ebene unter Verwendung eines Verbindungsstücks, das an (oder über) dem axialen Ende des Rotors 200 angeordnet ist, ausgeführt werden. Dies trägt zu einer Reduktion der axialen Länge der rotierenden elektrischen Maschine 1 bei.As described, in the present embodiment, the end portions of each of the wires Iw and Fw of the induction and excitation coils I and F are arranged on the same plane extending parallel to one of the two axial ends (an upper axial end) of the rotor 200, where Connections at the same level can be made using a connector located at (or above) the axial end of the rotor 200. This contributes to a reduction in the axial length of the rotary electric machine 1 .

In der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß den Ausführungsformen sind des Weiteren jede der Induktionsspulen I und die zugeordnete eine der Ankerspulen F an denselben einen der Rotorzähne 230 in mehreren Schichten angeordnet. Dies führt zu einer Anordnung, in der die Induktionsspulen I weniger von dem Stator 100 getrennt sind als die Erregerspulen F.Furthermore, in the rotary electric machine 1 according to the embodiments, each of the induction coils I and the associated one of the armature coils F are arranged on the same one of the rotor teeth 230 in multiple layers. This results in an arrangement in which the induction coils I are less separated from the stator 100 than the excitation coils F.

Weil gemäß den Ausführungsformen die Induktionsspulen I weniger von dem Stator 100 getrennt sind als die Erregerspulen F, werden die Induktionsspulen I zur Erzeugung eines großen Stroms veranlasst, indem es ermöglicht wird, dass mehr Oberschwingungen mit den Induktionsspulen I koppeln. Der Wicklungs-Füllfaktor wird verbessert, weil jede der Induktionsspulen I und eine der Erregerspulen F um denselben einen der Rotorzähne 230 in mehreren Schichten gewickelt sind, so dass sie nahe angeordnet sind.According to the embodiments, because the inductors I are less separated from the stator 100 than the excitation coils F, the inductors I are caused to generate a large current by allowing more harmonics to couple to the inductors I. The winding space factor is improved because each of the induction coils I and one of the excitation coils F are wound around the same one of the rotor teeth 230 in multiple layers so that they are closely located.

Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführung der Rotorkern 210 eine integrierte Struktur, in welcher jeder der ersten Rotorzähne 231, der den ersten Statorzähnen 131 aufeinanderfolgend gegenüberliegt, einer der zweiten Rotorzähnen 232, der den zweiten Statorzähnen 132 aufeinanderfolgend gegenüberliegt, und einer der dritten Rotorzähne 233, der den dritten Statorzähnen 133 aufeinanderfolgend gegenüberliegt, kontinuierlich verbunden sind.Further, in the present embodiment, the rotor core 210 is an integrated structure in which each of the first rotor teeth 231 sequentially facing the first stator teeth 131, one of the second rotor teeth 232 sequentially facing the second stator teeth 132, and one of the third rotor teeth 233 , which sequentially faces the third stator teeth 133, are continuously connected.

In der rotierenden elektrischen Maschine 1 gemäß den Ausführungsformen ist der Rotorkern 210 zylindrisch und deckt den Stator 100 unter Verwendung seiner einen axialen Endseite und seiner zwei radial beabstandeten inneren und äußeren Seiten ab.In the rotary electric machine 1 according to the embodiments, the rotor core 210 is cylindrical and covers the stator 100 using its one axial end side and its two radially spaced inner and outer sides.

Der Draht für die Ankerspulen 140, die Induktionsspulen I und Erregerspulen F ist nicht auf einen Kupferdraht beschränkt und der Draht kann ein Aluminiumleiter oder ein Litzendraht aus einem verseilten Draht für Hochfrequenzstrom sein.The wire for the armature coils 140, the induction coils I and the exciting coils F is not limited to a copper wire, and the wire may be an aluminum conductor or a stranded wire of stranded wire for high-frequency power.

Zusätzlich kann eine rotierende elektrische Maschine 1 als ein Hybriderregungstyp (oder ein Hybridtyp) modifiziert werden, so dass Permanentmagnete an einem Rotor zusätzlich zu Erregerspulen I angeordnet sind. In diesem Fall sind die als Elektromagneten dienenden Erregerspulen F geschaffen, um effektiv mit den Permanentmagneten zusammenzuwirken, um ein Drehmoment zu erzeugen. Eine im Wesentlichen gleichwertige Leistungsabgabe kann ohne eine Zunahme der Abmessung erhalten werden, während die Menge der Verwendung von Magneten mit seltenen Erden, die einen Anstieg der Materialkosten verursacht, unterdrückt wird.In addition, a rotary electric machine 1 can be modified as a hybrid excitation type (or a hybrid type) such that permanent magnets are arranged on a rotor in addition to exciting coils I. In this case, the exciting coils F serving as electromagnets are designed to effectively cooperate with the permanent magnets to generate torque. A substantially equivalent power output can be obtained without an increase in size while suppressing the amount of use of rare earth magnets that causes an increase in material cost.

Des Weiteren sind die Gleichrichterelemente nicht auf Dioden beschränkt. Halbleiterelemente, wie andere Schaltelemente, können verwendet werden. Die Gleichrichterelemente sind nicht auf den Typ beschränkt, bei dem sie in Diodengehäusen oder Halterungen gelagert sind, sondern sie können innerhalb des Rotors 200 montiert sein.Furthermore, the rectifying elements are not limited to diodes. Semiconductor elements, like other switching elements, can be used. The rectifying elements are not limited to the type where they are stored in diode cases or holders, but they can be mounted inside the rotor 200.

Zusätzlich kann die rotierende elektrische Maschine 1 nicht nur in elektrischen Hybridfahrzeugen, sondern auch bei der Windkrafterzeugung und in Werkzeugmaschinen zur Anwendung kommen.In addition, the rotary electric machine 1 can be used not only in hybrid electric vehicles but also in wind power generation and machine tools.

Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle solchen Modifikationen und deren Äquivalente sollen von den folgenden Ansprüchen, die im Umfang der Ansprüche beschrieben sind, abgedeckt werden.Although embodiments of the present invention have been described, it will be apparent to those skilled in the art that modifications can be made without departing from the scope of the present invention. All such modifications and their equivalents are intended to be covered by the following claims, which are described within the scope of the claims.

BezugszeichenlisteReference List

11
rotierende elektrische Maschinerotating electric machine
100100
Statorstator
110110
Statorkernstator core
130130
Statorzähnestator teeth
140140
Ankerspulearmature coil
200200
Rotorrotor
210210
Rotorkernrotor core
230230
Rotorzähnerotor teeth
231231
erste Rotorzähnefirst rotor teeth
232232
zweite Rotorzähnesecond rotor teeth
233233
dritte Rotorzähnethird rotor teeth
Ff
Erregerspuleexcitation coil
II
Induktionsspule.induction coil.

Claims (3)

Rotierende elektrische Maschine (1) mit einer Mittenlängsachse (1C), umfassend: einen Stator (100); und einen Rotor (200), der konfiguriert ist, um die Mittenlängsachse (1C) rotierbar zu sein, wenn von dem Stator (100) ausgehender Magnetfluss durch den Rotor (200) fließt, wobei der Stator (100) umfasst: einen Statorkern (110), der eine Vielzahl von Statorzähnen (130) aufweist, die in Umfangsrichtung und gleichmäßig um die Mittenlängsachse (1C) verteilt sind; und eine Vielzahl von Ankerspulen (140), von denen jede toroidal um den Statorkern (110) zwischen zwei benachbarten Statorzähnen (130) gewickelt ist, und wobei der Rotor (200) umfasst: einen Rotorkern (210), der eine Vielzahl von Rotorzähnen (230) aufweist, die in Umfangsrichtung um die Mittenlängsachse verteilt sind, wobei jeder der Rotorzähne ein Satz von einem ersten Rotorzahn (231), einem zweiten Rotorzahn (232) und einem dritten Rotorzahn (233) ist, die axial ausgerichtet sind, so dass der erste Rotorzahn (231) angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer axialen Endfläche von jedem der Statorzähne (130) gegenüberzuliegen, so dass der zweite Rotorzahn (232) angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer radial inneren Umfangsfläche von jedem der Statorzähne (230) gegenüberzuliegen, und so dass der dritte Rotorzahn (233) angeordnet ist, um aufeinanderfolgend einer radial äußeren Umfangsfläche von jedem der Statorzähne (130) gegenüberzuliegen; dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (200) ferner umfasst: eine Vielzahl von Induktionsspulen (I), von denen jede um einen aus der Vielzahl der Rotorzähne (230) gewickelt ist; und eine Vielzahl von Erregerspulen (F), von denen jede um einen aus der Vielzahl der Rotorzähne (230) gewickelt ist; wobei jede der Induktionsspulen (I) und die zugeordnete eine der Erregerspulen (F) an dem gleichen einen der Rotorzähne (230) in Schichten angeordnet sind, und die Induktionsspulen (I) weniger getrennt von dem Stator (100) als die Erregerspulen (F) sind; und wobei eine Kopplung von magnetischen Flüssen, welche von der Vielzahl von Ankerspulen (140) ausgehen, mit der Vielzahl von Induktionsspulen (I) die Vielzahl von Induktionsspulen (I) veranlasst, Induktionsströme zu erzeugen, welche für den Rotor (200) eine Funktion als Elektromagnete erzeugen, wenn die Induktionsströme in der Vielzahl von Erregerspulen (F) fließen.A rotating electrical machine (1) having a central longitudinal axis (1C), comprising: a stator (100); and a rotor (200) configured to be rotatable about the central longitudinal axis (1C) when magnetic flux emanating from the stator (100) flows through the rotor (200), the stator (100) comprising: a stator core (110 ) having a plurality of stator teeth (130) circumferentially and evenly distributed about the central longitudinal axis (1C); and a plurality of armature coils (140), each toroidally wound around the stator core (110) between two adjacent stator teeth (130), and wherein the rotor (200) comprises: a rotor core (210) having a plurality of rotor teeth ( 230) distributed circumferentially about the central longitudinal axis, each of the rotor teeth being a set of a first rotor tooth (231), a second rotor tooth (232) and a third rotor tooth (233) aligned axially such that the first rotor tooth (231) is arranged to sequentially face an axial end surface of each of the stator teeth (130), so that the second rotor tooth (232) is arranged to sequentially face a radially inner circumferential surface of each of the stator teeth (230), and so in that the third rotor tooth (233) is arranged to sequentially face a radially outer peripheral surface of each of the stator teeth (130); characterized in that the rotor (200) further comprises: a plurality of induction coils (I) one of which each wrapped around one of the plurality of rotor teeth (230); and a plurality of exciting coils (F) each wound around one of said plurality of rotor teeth (230); each of the induction coils (I) and the associated one of the field coils (F) being layered on the same one of the rotor teeth (230), and the induction coils (I) being less separated from the stator (100) than the field coils (F) are; and wherein coupling of magnetic fluxes emanating from the plurality of armature coils (140) with the plurality of induction coils (I) causes the plurality of induction coils (I) to generate induction currents that function for the rotor (200) as Generate electromagnets when the induction currents flow in the plurality of exciting coils (F). Rotierende elektrische Maschine (1) gemäß Anspruch 1, wobei der erste, der zweite und der dritte Rotorzahn (231, 232, 233) von jedem Satz kontinuierlich verbunden sind, um eine integrierte Struktur auszubilden.Rotating electrical machine (1) according to claim 1 wherein the first, second and third rotor teeth (231, 232, 233) of each set are continuously connected to form an integrated structure. Rotierende elektrische Maschine (1) gemäß Anspruch 2, wobei der Rotorkern (210) zylindrisch ist und eine axiale Endseite, eine radial innere Umfangsseite und eine radial äußere Umfangsseite des Stators (100) abdeckt.Rotating electrical machine (1) according to claim 2 wherein the rotor core (210) is cylindrical and covers an axial end side, a radially inner peripheral side and a radially outer peripheral side of the stator (100).
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