PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007007578A1 20.09.2007
Titel Elektrische Maschine
Anmelder Mitsubishi Electric Corp., Tokyo, JP
Erfinder Ito, Kazumasa, Tokyo, JP;
Naka, Kouki, Tokyo, JP;
Nakano, Masatsugu, Tokyo, JP;
Kobayashi, Manabu, Tokyo, JP
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 15.02.2007
DE-Aktenzeichen 102007007578
Offenlegungstag 20.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse H02K 21/12(2006.01)A, F, I, 20070601, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02K 21/22(2006.01)A, L, I, 20070601, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einer drehenden elektrischen Maschine, die eine Feldpoleinheit (2) mit zehn Magnetpolen (P = 10) und einen Anker (1) mit zwölf Zähnen (Q = 12) umfasst, sind Ankerspulen (7) um die aufeinanderfolgenden Zähne mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten aufgewickelt, die in der Reihenfolge U+/U+, U-/V+, V-/V-, W-/V+, W+/W+, W-/U+, U-/U-, U+/V-, V+/V+, W+/V-, W-/W- und W+/U- angeordnet sind, worin "U", "V" und "W" Phasen der einzelnen Ankerspulen darstellen, während die Zeichen "+" und "-" Wicklungspolaritäten von diesen bezeichnen. Von all den Oberschwingungskomponenten der durch die Ankerspulen (7) erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte, können die Oberschwingungskomponenten mit niedrigeren Ordnungen als eine synchronisierte Komponente in dieser drehenden elektrischen Maschine reduziert werden. Dieser Aufbau der Erfindung mindert Wirbelströme, die in der Feldpoleinheit (2) fließen, wodurch es möglich wird, einen Wirbelstromverlust zu senken, der in der Feldpoleinheit (2) der drehenden elektrischen Maschine auftritt.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine wie eine drehende elektrische Maschine oder einen Linearmotor sowie auf ein Verfahren zum Senken eines Wirbelstromverlusts, der in einer Feldpoleinheit auftritt.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Herkömmlicherweise wurde eine drehende elektrische Maschine, die mit einer Feldpoleinheit mit mehreren Permanentmagneten und einem Anker versehen ist, der konzentriert gewickelte Ankerspulen umfasst, in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. "Konzentrierte Wicklung" ist ein Spulenwicklungsaufbau, bei dem Spulen konzentriert auf Zähne eines Ankers gewickelt sind. Als Ergebnis jüngster Fortschritte bei maschinenunterstützten automatischen Spulenwicklungsverfahren wird die konzentrierte Wicklung heute weitverbreitet bei der Herstellung drehender elektrischer Maschinen hauptsächlich für hompaktmotoren einschließlich Servomotoren verwendet. Ein Großteil des Energieverlusts, der in solchen klein bemessenen Motoren auftritt, ist Kupferverlust, Eisenverlust und mechanischem Verlust zuzuschreiben, so dass der Wirbelstromverlust, der in der Feldpoleinheit auftritt, für gewöhnlich kein ernsthaftes Problem aufwirft.

Obwohl groß bemessene Motoren, deren Wattzahl einige Kilowatt übersteigt, herkömmlicherweise mit einem Anker ausgestattet wurden, der verteilt gewickelte Ankerspulen umfasst, wird zunehmend danach verlangt, konzentriert gewickelte Ankerspulen mit kleineren Spulenköpfen zu verwenden, um eine Platzeinsparung zu erzielen. Heute besteht nämlich ein starker Bedarf an einer Größenreduzierung der Spulenköpfe in Motoren, die beispielsweise als Hebewerkzugmaschine oder als Motor zum Direktantrieb einer Bühne einer Werkzeugmaschine verwendet werden.

Bei groß bemessenen Motoren jedoch, die für über mehrere Kilowatt ausgelegt sind, stellt ein Wirbelstromverlust, der in einer Feldpoleinheit auftritt, einen erheblichen Teil eines Gesamtenergieverlusts dar. Zusätzlich wurden in den letzten Jahren zunehmend Magnete wie Seltenerdmagnete, die durch eine hohe magnetische Restflussdichte und eine hohe Remanenz oder Restmagnetisierung gekennzeichnet sind, als Feldpolmagnete verwendet. Beispielsweise neigen Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnete (Nd-Fe-B-Permanentmagnete), die oftmals als Feldpolmagnete verwendet werden, dazu, im Vergleich zu Ferritpexmanentmagneten Wirbelströme zu erzeugen, und weisen somit insofern ein Problem auf, als ein Wirbelstromverlust, der in einer Feldpoleinheit auftritt, eine Senkung der Motorleistung bewirkt und eine Temperaturzunahme der Feldpoleinheit zu einer Entmagnetisierung der Feldpolmagnete führt. Selbst wenn die Feldpolmagnete nicht entmagnetisiert werden, würde die Temperaturzunahme der Feldpoleinheit eine Senkung der magnetischen Restflussdichte und eine sich ergebende Abnahme bei der Gesamtmenge des durch die Feldpolmagnete erzeugten magnetischen Flusses bewirken. Um einen Verlust bei der Motorleistung auszugleichen, der durch diesen Temperaturanstieg der Feldpoleinheit hervorgerufen wird, muss eine größere Menge Ankerstrom fließen, was insofern ein Problem aufwirft, als die Motorleistung aufgrund einer Zunahme beim Kupferverlust noch weiter abnimmt.

Es wäre möglich, den Wirbelstromverlust dadurch zu senken, dass ein schichtweise aufgebauter Kern verwendet wird, der aus Schichtungen aus Stahlblech und verteilt gewickelten Ankerspulen besteht, um Magnetfeldoberschwingungen zu unterdrücken, die durch Ankerströme erzeugt werden. Ein herkömmlicher Lösungsansatz, der auf die Lösung der zuvor erwähnten Probleme gerichtet ist, ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 1996-289491 offenbart. Gemäß der Veröffentlichung ist ein Feldpole tragender Kern aus mehreren Blöcken aufgebaut, die durch Übereinanderschichten mehrerer Stahlblechtafeln hergestellt werden, wobei die Stahlblechtafeln in einer Schichtungsrichtung elektrisch isoliert sind, um zu verhindern, dass ein Wirbelstromverlust in einer Feldpoleinheit auftritt. Ein anderer herkömmlicher Lösungsansatz ist im japanischen Patent Nr. 3280351 aufgezeigt, in dem der Kern kein schichtweise aufgebauter Kern ist, sondern aus mehreren massiven Jochen besteht, die Feldpole tragen. In diesem Lösungsansatz sind die massiven Joche elektrisch voreinander isoliert, so dass kein Weg entsteht, durch den Wirbelstrom fließen kann.

Der Stand der Technik, auf den die Erfindung gerichtet ist, offenbart Strukturen, in denen der Kern (das Feldpoljoch) aus schichtweise angeordneten Stahlblechtafeln oder aus elektrisch voneinander getrennten oder unterteilten, massiven Jochen besteht, um den Wirbelstromverlust zu verhindern, der wie zuvor erwähnt in der Feldpoleinheit auftritt. Der erste Lösungsansatz weist insofern ein Problem auf, als die schichtweise aufgebaute Feldpoljochstruktur eine Kapitalinvestition in die Herstellungsanlage erforderlich macht, die ein groß bemessenes Metallform- und Metallpresswerkzeug umfasst, was zu hohen Herstellungskosten führt. Der zweite Lösungsansatz weist insofern ein Problem auf, als der unterteilte massive Jochaufbau einen höheren menschlichen Arbeitseinsatz bzw. komplexe Prozesse erforderlich macht, und zwar wegen einer Zunahme bei der Anzahl von Bestandteilen, was zu hohen Herstellungskosten führt. Zusätzlich könnte der unterteilte massive Jochaufbau ungleichmäßige Magnetflussdichten in einem zwischen der Feldpoleinheit und einem Anker ausgebildeten Magnetspalt aufgrund einer ungleichmäßigen Dicke des Isolierstoffs erzeugen, der zwischen einem massiven Joch und einem anderen eingesetzt ist, wodurch gegebenenfalls akustische Schwingungen oder Vibration hervorgerufen wird. Andererseits weisen Motoren mit verteilt gewickelten Ankerspulen insofern ein Problem auf, als die Motoren große Spulenköpfe haben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme aus dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige elektrische Maschine bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Wirbelstromverlust zu senken, der in einer Feldpoleinheit auftritt.

Erfindungsgemäß umfasst eine elektrische Maschine einen Anker und eine Feldpoleinheit, die relativ beweglich entlang eines dazwischen ausgebildeten Magnetspalts angeordnet sind. Der Anker umfasst einen Ankerkern mit mehreren Zähnen, die sich in festgelegten Abständen entlang einer relativen Bewegungsrichtung des Ankers und der Feldpoleinheit zum Magnetspalt hin erstrecken, und mehrere Ankerspulen, die konzentriert um die einzelnen Zähne gewickelt sind, um Phasenströme aus einer dreiphasigen Wechselstromquelle (AC-Stromquelle) fließen zu lassen. Die Feldpoleinheit hat eine festgelegte Anzahl von Magnetpolen, die entlang der vorstehend erwähnten relativen Bewegungsrichtung angeordnet sind. Bei dieser elektrischen Maschine der Erfindung umfassen die mehreren Zähne mindestens einen Zahn, um den mindestens zwei Ankerspulen gewickelt sind, um verschiedene Phasenströme fließen zu lassen, um Oberschwingungskomponenten von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zu reduzieren, die durch die Ankerwicklungen erzeugt werden, wenn die elektrische Maschine in Betrieb ist, wobei die reduzierten Oberschwingungskomponenten von niedrigeren Ordnungen sind als eine Komponente, die mit der relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers und der Feldpoleinheit synchronisiert ist.

Bei dieser elektrischen Maschine der Erfindung umfassen die mehreren Zähne mindestens einen Zahn, der so mit mindestens zwei Ankerspulen umwickelt ist, um verschiedene Phasenströme fließen zu lassen, dass die verschiedenen Phasenströme, die aus der dreiphasigen AC-Stromversorgung zugeführt werden, durch diese Ankerspulen fließen, um insbesondere die Oberschwingungskomponenten mit niedrigeren Ordnungen als die Komponente, die mit der relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers und der Feldpoleinheit, wie vorstehend beschrieben, synchronisiert ist, zu reduzieren. Dieser Aufbau der Erfindung schafft die Notwendigkeit aus der Welt, die vorstehend beschriebene kostspielige schichtweise aufgebaute Feldpoljochstruktur oder die unterteilte Jochstruktur aus dem Stand der Technik verwenden zu müssen, wodurch es möglich wird, den in der Feldpoleinheit auftretenden Wirbelstromverlust zu niedrigen Kosten zu senken.

Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

2 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine zeigt, die als Vergleichsbeispiel verwendet wird;

3 ist ein grafische Darstellung, die eine Verteilung von elektromotorischen oder Durchflutungskräften zeigt, die durch einen Anker der herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine von 2 erzeugt werden;

4 ist eine grafische Darstellung, die Bestandteile einzelner Ordnungen der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte zeigt, die durch den Anker der herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine von 2 erzeugt werden;

5 ist eine grafische Darstellung, die eine Verteilung von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zeigt, die durch einen Anker der elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform erzeugt werden;

6 ist eine grafische Darstellung, die Bestandteile einzelner Ordnungen der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte zeigt, die durch den Anker der elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform erzeugt werden;

7 ist ein Vektorschema, das zeigt, wie Vektoren, welche räumliche Oberschwingungskomponenten der 1. Ordnung darstellen, die durch den Anker der herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine von 2 erzeugt werden, zusammengefasst werden;

8 ist ein Vektorschema, das zeigt, wie Vektoren, welche räumliche Oberschwingungskomponenten der 1. Ordnung darstellen, die durch den Anker der elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform erzeugt werden, zusammengefasst werden;

9 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

10 ist eine grafische Darstellung, die Komponenten einzelner Ordnungen von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zeigt, die durch einen Anker der elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform erzeugt werden;

11 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

12 ist eine grafische Darstellung, die Komponenten einzelner Ordnungen von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zeigt, die durch einen Anker der elektrischen Maschine der dritten Ausführungsform erzeugt werden;

13 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

14 ist eine grafische Darstellung, die Komponenten einzelner Ordnungen von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zeigt, die durch einen Anker der elektrischen Maschine der vierten Ausführungsform erzeugt werden;

15 ist ein vergrößertes Teilschnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

16 ist ein vergrößertes Teilschnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

17 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

18 ist ein Teilschnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

1 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese elektrische Maschine ist eine 3-phasige, 10-polige, 12-zahnige drehende elektrische Maschine, die einen Anker 1 und eine Feldpoleinheit 2 umfasst, die relativ drehbar mittels Halteeinrichtungen, wie etwa Lagern, mit einem dazwischen geschaffenen Magnetspalt 10 angeordnet sind. Die Feldpoleinheit 2 umfasst einen Feldpolkern 3, der an einer Welle 9 angebracht ist, und fünf Paare (zehn insgesamt) Nordpol-(N-Pol)-Permanentmagnete 4a und Südpol-(S-Pol)-Permanentmagnete 4b, die kollektiv einfach als Permanentmagnete 4 bezeichnet werden können, die am Feldpolkern 3 befestigt sind. Obwohl jeder der Permanentmagnete 4a, 4b, wie in 1 dargestellt, einen Magnetpol bildet, ist die elektrische Maschine nicht speziell auf dieses Beispiel in Bezug auf die Permanentmagnetauslegung beschränkt. Obwohl die Permanentmagnete 4a, 4b wie dargestellt an einer Außenfläche des Feldpolkerns 3 angeordnet sind, können sie auch in den Feldpolkern 3 eingebettet sein.

Der Anker 1 umfasst einen Ankerkern 5 mit insgesamt zwölf Zähnen 6 und konzentriert gewickelte Spulen 7a, 7b, die in Schlitze 8 eingepasst sind, die zwischen den aufeinanderfolgenden Zähnen 6 des Ankerkerns 5 ausgebildet sind. Die Zähne 6erstrecken sich entlang radialer Richtungen des Kerns 1 nach innen zum Magnetspalt 10 in 30°-Abständen um die Feldpoleinheit 2. Bei der elektrischen Maschine der Ausführungsform sind zwei Spulen 7a, 7b um jeden Zahn 6 gewickelt. Die Spulen 7a, 7b sind um die aufeinanderfolgenden Zähne 6 mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten in der Reihenfolge U+/U+, U–/V+, V–/V–, W–/V+, W+/W+, W–/U+, U–/U–, U+/V–, V+/V+, W+/V–, W–/W– und W+/U– von oben her im Uhrzeigersinn gewickelt, wie in 1 dargestellt ist, wobei "U", "V" und "W" die Phasen der einzelnen Spulen 7a, 7b darstellen, während die Zeichen "+" und "–" Wicklungspolaritäten oder Richtungen von diesen bezeichnen. Es ist anzumerken, dass die beiden auf jeden Zahn 6 aufgewickelten Spulen 7a, 7b in irgendeiner Reihenfolge (außen oder innen) in jedem Schlitz 8 gelegt sein können. Dies bedeutet, dass die in 1 mit "U+/V–" bezeichneten Spulen 7a, 7b entgegengesetzt gelegt sein können oder zum Beispiel radial in einer Reihenfolge "V–/U+".

2 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer herkömmlichen 3-phasigen, 10-poligen, 12-zahnigen drehenden elektrischen Maschine zeigt, die als Vergleichsbeispiel verwendet wird. Bei einem Anker 1 dieses Vergleichsbeispiels ist nur eine Spule 7 um jeden Zahn 6 gewickelt. Die Spulen 7 sind um die aufeinanderfolgenden Zähne 6 mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten in der Reihenfolge U+, U–, V–, V+, W+, W–, U–, U+, V+, V–, W– und W+ von oben her im Uhrzeigersinn gewickelt, wie in 2 dargestellt ist. Wenn 3-Phasenströme (U-, V-, W-Ströme) mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 2 &pgr;/3 durch die Spulen 7 der drehenden elektrischen Maschine von 2 geschickt werden, erzeugt der Anker 1 magnetomotorische oder Durchflutungskräfte in einem Magnetspalt 10, wobei die magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte zu einem bestimmten Zeitpunkt wie in 3 gezeigt verteilt sind.

Da eine Feldpoleinheit 2 dieser drehenden elektrischen Maschine wie in 2 gezeigt 10 Pole hat, ist die magnetomotorische oder Durchflutungskraft, die mit der Drehung der Feldpoleinheit 2 synchronisiert wird, eine räumliche Oberschwingungskomponente 5. Ordnung. Die magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte, die vom Anker 1 erzeugt werden, sind, wie in 3 gezeigt, in allgemein rechteckiger Form verteilt, so dass sie eine Anzahl von Oberschwingungskomponenten (asynchrone Komponenten) neben der synchronisierten Komponente enthalten. Diese Oberschwingungskomponenten können bestimmt werden, indem die Verteilung der vom (in 3 gezeigten) Anker 1 erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte in einer Fourier-Reihe zum Ausdruck gebracht wird.

4 ist eine grafische Darstellung, welche die einzelnen Oberschwingungskomponenten zeigt, die erhalten werden, indem die in 3 gezeigte Verteilung der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte in einer Fourier-Reihe zum Ausdruck gebracht wird, in der die räumliche Oberschwingungskomponente der 5. Ordnung, bei der es sich um die synchronisierte Komponente handelt, auf 1,0 normalisiert wird. Wie in 4 gezeigt ist, beträgt die räumliche Oberschwingungskomponente der 1. Ordnung ca. 0,36 und eine räumliche Oberschwingungskomponente der 7. Ordnung beträgt ca. 0,71 in Bezug auf den normalisierten Pegel.

Da sich die räumliche Oberschwingungskomponente der 5. Ordnung, bei der es sich um die synchronisierte Komponente der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte handelt, die vom Anker 1 erzeugt werden, in einer Umfangsrichtung mit derselben Geschwindigkeit wie die Drehgeschwindigkeit der Feldpoleinheit 2 verschiebt, erscheint die räumliche Oberschwingungskomponente der 5. Ordnung von der Feldpoleinheit 2 her gesehen stationär. Daraus folgt, dass die räumliche Oberschwingungskomponente der 5. Ordnung keinen Wirbelstrom erzeugt, weil es keine Fluktuation beim Magnetfluss im Feldpolkern 3 oder den Permanentmagneten 4 gibt. Die asynchronen Komponenten der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte erzeugen Wirbelströme, weil sie, von der Feldpoleinheit 2 aus gesehen, als sich verschiebend erscheinen, Fluktuationen im Magnetfluss verursachen.

Wenn die Ankerspulen konzentrierte Wicklungen sind, gehen im Allgemeinen, je höher die Ordnungen der magnetomotorischen Kraftkomponenten sind, die vom Anker 1 erzeugt werden, umso mehr Magnetfelder in den Magnetspalt 10 über und sind weniger an die Feldpoleinheit 2 gebunden. Dies bedeutet, dass, je niedriger die Ordnung der magnetomotorischen Kraftkomponenten ist, die Magnetfelder umso mehr an die Feldpoleinheit 2 gebunden sind, wodurch eine größere Menge an Wirbelströmen erzeugt wird. Dieses Problem ist charakteristisch für konzentriert gewickelte Ankerspulen, weil verteilt gewickelte Ankerspulen keine magnetomotorischen Kräfte niedriger Ordnung erzeugen.

Bei der drehenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform ist ein Paar von Spulen 7a, 7b so um jeden Zahn 6 gewickelt, dass zwei verschiedene Phasenströme, die aus den dreiphasigen AC-Strömen (U-, V-, W-Strömen) entnommen werden, durch die Spulen 7a, 7b fließen, die um einige der Zähne 6 gewickelt sind, wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, um magnetomotorische Kraftkomponenten niedrigerer Ordnungen als die räumliche Oberschwingungskomponente der 5. Ordnung zu reduzieren, welche die synchronisierte Komponente der vom Anker 1 erzeugten magnetomotorischen Kräfte ist.

5 ist eine grafische Darstellung, die eine Verteilung von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zeigt, die vom Anker 1 der elektrischen Maschine der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform erzeugt wird. 6 ist eine grafische Darstellung, welche die Komponenten einzelner Ordnungen zeigt, die dadurch erhalten werden, dass die in 5 gezeigte Verteilung der elektromagnetischen Kräfte in einer Fourier-Reihe zum Ausdruck gebracht wird, in der, wie im Fall von 4, eine räumliche Oberschwingungskomponente der 5. Ordnung auf 1,0 normalisiert wird.

Wie in 6 gezeigt ist, hat die räumliche Oberschwingungskomponente der 1. Ordnung einen Pegel von ca. 0,10, was weniger ist als ein Drittel der in 4 gezeigten herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine. Die in 6 gezeigte räumliche Oberschwingungskomponente der 7. Ordnung hat einen Pegel von ca. 0,7, der derselbe ist wie derjenige der herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine.

Die 7 und 8 sind Vektordiagramme, die zeigen, wie Vektoren, welche die räumlichen Oberschwingungskomponenten der 1. Ordnung der vom Anker 1 erzeugten magnetomotorischen Kräfte darstellen, zusammengefasst werden, um einen sich ergebenden Einzelvektor zu ergeben. In 7 und 8 sind zusammengefasste Vektoren aller magnetomotorischen Kräfte zusammengefasst, die durch die Ströme erzeugt werden, die durch die U-Phasenspulen 7 der Anker 1 der herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine bzw. die drehende elektrische Maschine der ersten Ausführungsform fließen. In beiden Beispielen ist die Größenordnung der räumlichen Oberschwingungskomponente der 5. Ordnung auf 1,0 normalisiert. Bei dieser Normalisierung betragen die räumlichen Oberschwingungskomponenten der 1. Ordnung 0,348 (7) und 0,373 (8) in Bezug auf den normalisierten Pegel bei der herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine bzw. der drehenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform.

Wie aus 7 und 8 ersichtlich ist, wird die Größenordnung des zusammengefassten Vektors, der die räumliche Oberschwingungskomponente der 1. Ordnung darstellt, in der ersten Ausführungsform durch konzentriertes Aufwickeln der beiden Spulen 7a, 7b auf jeden Zahn 6 reduziert, um eine größere Anzahl verschieden ausgerichteter Vektoren herzustellen.

Da ein Wirbelstromverlust im Allgemeinen in etwa proportional zum Quadrat eines Magnetfelds ist, ist der Wirbelstromverlust proportional zum Quadrat einer sich ergebenden magnetomotorischen Kraft, die von einem Anker erzeugt wird. Die Vektordiagramme der 7 und 8 zeigen an, dass der Wirbelstromverlust, der in der Feldpoleinheit 2 aufgrund der räumliche Oberschwingungskomponente der 1. Ordnung der durch den Anker 1 erzeugten magnetomotorischen Kraft auftritt, bei der elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform im Vergleich zur herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine auf ein Neuntel oder darunter gesenkt werden kann.

Der vorstehend beschriebene Aufbau der ersten Ausführungsform kann die elektromotorischen Kraftkomponenten mit niedrigeren Ordnungen als die synchronisierte Komponente unter all den Oberschwingungskomponenten der durch den Anker 1 erzeugten magnetomotorischen Kräften senken, die nicht mit den durch die Feldpoleinheit 2 erzeugten magnetomotorischen Kräften synchronisiert sind. Deshalb kann der Aufbau der Ausführungsform Wirbelströme reduzieren, die in der Feldpoleinheit 2 fließen, was es möglich macht, den Wirbelstromverlust zu senken, der in der Feldpoleinheit 2 auftritt. Da dieser Aufbau im Wesentlichen dazu dient, die Wirbelströme auf diese Weise zu reduzieren, wird es unnötig, den zuvor erwähnten schichtweise aufgebauten Feldpoljochaufbau oder den unterteilten massiven Jochaufbau aus dem Stand der Technik einzusetzen, wodurch eine Kostenzunahme vermieden wird, die sich aus einer Kapitalinvestition oder einer erhöhten Anzahl von Bestandteilen ergibt.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

9 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin gleiche oder ähnliche Elemente wie in der ersten Ausführungsform durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind. Während die vorstehend beschriebene elektrische Maschine der ersten Ausführungsform eine 10-polige, 12-zahnige drehende elektrische Maschine ist, ist die in 9 gezeigte elektrische Maschine der zweiten Ausführungsform eine 3-phasige, 20-polige, 24-zahnige drehende elektrische Maschine. Wenn die Anzahl "P" von Polen und die Anzahl "Q" von Zähnen durch P = 5n bzw. Q = 6n ausgedrückt wird, worin "N" eine gerade Zahl ist, sollten die Spulen 7a, 7b um die aufeinanderfolgenden Zähne 6 mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten aufgewickelt sein, die in der Reihenfolge U+/U+, U–/V+, V–/V–, W–/V+, W+/W+, W–/U+, U–/U–, U+/V–, V+/V+, W+/V–, W–/W– und W+/U– von oben her im Uhrzeigersinn angeordnet sind, wie in 9 dargestellt ist, was dasselbe ist wie in 1 gezeigt, nur zweimal wiederholt.

Bei dem Aufbau dieser Ausführungsform sind Komponenten der einzelnen Ordnungen von durch den Anker 1 erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräften wie in 10 gezeigt verteilt. Bei einer räumlichen Oberwellenschwingungskomponente der auf 1,0 normalisierten magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte der (5n/2)ten Ordnung, hat die räumliche Oberwellenschwingungskomponente der (n/2)ten Ordnung einen Pegel von 0,10, wie in 10 gezeigt ist. Somit kann auch der Aufbau dieser Ausführungsform wie der Aufbau der ersten Ausführungsform den Wirbelstromverlust senken.

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

11 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der es sich um eine 3-phasige, 14-polige, 12-zahnige drehende elektrische Maschine handelt, worin gleiche oder ähnliche Elemente wie in den vorstehenden Ausführungsformen durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind. Obwohl die drehende elektrische Maschine dieser Ausführungsform von einer 14-poligen Bauart ist, hat ein Anker 1 denselben Aufbau wie derjenige der ersten Ausführungsform. Bei dieser drehenden elektrischen Maschine wird die räumliche Oberwellenschwingungskomponente der 7. Ordnung zu einer synchronisierten Komponente. Allgemeiner ausgedrückt ist die synchronisierte Komponente in dieser Ausführungsform eine räumliche Oberwellenschwingungskomponente der (7n/2)ten Ordnung, wenn die Anzahl "P" der Pole und die Anzahl "Q" der Zähne durch P = 7n bzw. Q = 6n ausgedrückt wird, worin "n" eine gerade Zahl ist.

12 ist eine grafische Darstellung, die Komponenten einzelner Ordnungen von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften, die durch einen Anker 1 der elektrischen Maschine der dritten Ausführungsform erzeugt werden, zusammen mit den Komponenten einzelner Ordnungen zeigt, die durch den Anker der herkömmlichen drehenden elektrischen Maschine erzeugt werden. Aus dieser grafischen Darstellung wird ersichtlich, dass die räumliche Oberwellenschwingungskomponente der (n/2)ten Ordnung bei der drehenden elektrischen Maschine der dritten Ausführungsform im Pegel gesenkt ist. Dies zeigt an, dass der Aufbau dieser Ausführungsform dazu dient, wie der Aufbau der ersten Ausführungsform den Wirbelstromverlust zu senken.

VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM

13 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der es sich um eine 3-phasige, 10-polige, 12-zahnige drehende elektrische Maschine handelt, worin gleiche oder ähnliche Elemente wie in den vorstehenden Ausführungsformen durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind. Bei der drehenden elektrischen Maschine dieser Ausführungsform haben Spulen 7, die auf einzelne Zähne 6 gewickelt sind, verschiedene Windungsanzahlen, obwohl die Spulen 7 in derselben Reihenfolge von Phasen angeordnet sind wie in den vorstehenden Ausführungsformen Eins bis Drei.

Indem speziell die Anzahl von Windungen jeder der beiden Spulen 7c, 7d einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn 6 gewickelt sind, (z.B. der oberste Zahn 6 durch die Spulen 7 mit den Phasen U+/U+ umwickelt ist, wie in 13 dargestellt ist), durch T ausgedrückt wird, beträgt die Anzahl der Windungen zweier Spulen 7e, 7f unterschiedlicher Phasen, die um den angrenzenden Zahn 6 gewickelt sind, (z.B. den Zahn 6, der dem obersten Zahn 6 im Uhrzeigersinn am nächsten liegt, wie in 13 dargestellt ist), 2T/. Dieser Aufbau macht es möglich, Werte von kombinierten magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zu egalisieren, die durch die beiden um jeden Zahn 6 gewickelten Ankerspulen 7 erzeugt werden. In der Folge sind die Komponenten der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte wie in 14 gezeigt verteilt.

Die Verteilung der einzelnen Komponenten der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte ist in verallgemeinerter Form in 14 gezeigt. Speziell veranschaulicht 14 die Komponenten der magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte, die in der elektrischen Maschine erzeugt werden, wenn die Anzahl "P" der Pole und die Anzahl "Q" der Zähne durch P = 5n bzw. Q = 6n ausgedrückt wird, worin "n" eine ganze Zahl ist. Die räumliche Oberwellenschwingungskomponente der (n/2)ten Ordnung hat beinahe einen Nullpegel, wie in 14 dargestellt ist, was bedeutet, dass die räumliche Oberwellenschwingungskomponente der (n/2)ten Ordnung fast keinen Wirbelstrom erzeugt, so dass der Aufbau dieser Ausführungsform den Wirbelstromverlust im Vergleich zur ersten bis dritten Ausführungsform noch weiter senken kann.

Der vorstehend erwähnte Aufbau der vierten Ausführungsform kann gleichermaßen auf einen Fall angewendet werden, bei dem die Anzahl "P" der Pole und die Anzahl "Q" der Zähne wie in der vorstehenden dritten Ausführungsform durch P = 7n bzw. Q = 6n ausgedrückt wird, wodurch dennoch dieselben Vorteile erbracht werden.

FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Eine nachstehend beschriebene fünfte Ausführungsform ist eine Form der vorliegenden Erfindung, die sich von der zuvor erwähnten vierten Ausführungsform unterscheidet. Speziell ist eine elektrische Maschine nach der fünften Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte zweier Spulen 7c, 7d einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn 6 gewickelt sind, eine größere Querschnittsfläche haben als die Drähte zweier Spulen 7e, 7f unterschiedlicher Phasen, die um einen anderen einzelnen Zahn 6 gewickelt sind. Dieser Aufbau der fünften Ausführungsform dient dazu, einen verbesserten Füllfaktor für die (aus Kupferdrähten bestehenden) Spulen 7 zu erzielen, die in jeden einzelnen Schlitz 8 eingepasst sind, was es möglich macht, eine hoch leistungsfähige drehende elektrische Maschine mit gesenktem Kupferverlust herzustellen.

Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche jedes Drahts der Spulen 7c, 7d ungefähr das ca. 2/Fache der Querschnittsfläche jedes Drahts der Spulen 7e, 7f, so dass eine Gesamtquerschnittsfläche der Drähte (oder die Querschnittsfläche eines einzelnen Drahts multipliziert mit der Anzahl der Windungen) der beiden Spulen 7c, 7d einer Gesamtquerschnittsfläche der Drähte der beiden Spulen 7e, 7f gleichkommt.

SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM

15 ist ein vergrößertes Teilschnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin gleiche oder ähnliche Elemente wie in den vorstehenden Ausführungsformen durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind. Während in der ersten bis fünften Ausführungsform zwei Spulen (z.B. 7a, 7b), die um denselben Zahn 6 gewickelt sind, in einer radialen Richtung des Ankers 1 oder in einer Erstreckungsrichtung des Zahns 6 gestapelt sind, sind in dieser wie in 15 gezeigten Ausführungsform zwei Spulen 7h, 7i in einer Doppellagenanordnung um jeden Zahn 6 gewickelt, wobei die Spule 7h und die Spule 7i in einer Innenlage bzw. Außenlage angeordnet ist. Die zuvor erwähnten Vorteile der ersten bis fünften Ausführungsform werden gleichermaßen erzielt, auch wenn die Spulen wie in 15 gezeigt angeordnet sind. Daraus folgt, dass die Erfindung angewendet werden kann, ungeachtet wie die um jeden Zahn 6 gewickelten Spulen in den Schlitzen 8 angeordnet sind.

SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM

16 ist ein vergrößertes Teilschnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin gleiche oder ähnliche Elemente wie in den vorstehenden Ausführungsformen durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind. Während in der ersten bis sechsten Ausführungsform zwei Spulen (z.B. 7a, 7b) um jeden Zahn 6 gewickelt sind, sind in dieser Ausführungsform immer zwei Spulen einer gemeinsamen Phase, die um denselben Zahn 6 gewickelt sind, zu einer einzigen Spule 7g zusammengefasst, deren Anzahl an Windungen 2T beträgt. Diese Anordnung der Ausführungsform ist dadurch vorteilhaft, dass die Gesamtanzahl der Spulen 7 auf drei Viertel gesenkt ist, was zu einer Senkung bei der Gesamtanzahl an Bauteilen und den Gesamtherstellungskosten führt.

ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM

17 ist ein Schnittschema, das den Aufbau einer elektrischen Maschine nach einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigt, worin gleiche oder ähnliche Elemente wie in den vorstehenden Ausführungsformen durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind. Während die elektrischen Maschinen der bislang beschriebenen ersten bis siebten Ausführungsform sogenannte drehende elektrische Maschinen mit Innenrotor sind, wobei sich die Feldpoleinheit 2 innen befindet, erübrigt es sich, zu erwähnen, dass sich die Erfindung auch auf drehende elektrische Maschinen mit Außenrotor, wie die in 17 gezeigte anwenden lässt, bei der sich die Feldpoleinheit 2 außen befindet.

Zusätzlich lässt sich die Erfindung gleichermaßen entweder auf Elektromotoren oder Generatoren anwenden.

NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM

18 ist ein Teilschnittschema einer elektrischen Maschine nach einer neunten Ausführungsform der Erfindung, bei der es sich um einen Linearmotor handelt, der so aufgebaut ist, als wäre eine drehende elektrische Maschine zu einer linearen Form gedehnt worden. Während die drehenden elektrischen Maschinen der vorstehenden Ausführungsformen jeweils den Anker 1 aufweisen, der im Querschnitt schleifenförmig ist, sind im Falle eines Linearmotors, dessen Anker bestimmte Köpfe hat, die Anzahl "P" der Pole und die Anzahl "Q" der Zähne Vielfache einer geraden Zahl "n", und sowohl die Anzahl der Pole als auch die Anzahl der Zähne sind als Vielfache einer natürlichen Zahl "m" definiert.

Wie in 18 gezeigt ist, umfasst der Linearmotor der Ausführungsform einen Anker 11, der ein bewegliches Teil darstellt (das sich in jeder Richtung bewegen kann), und eine Feldpoleinheit 22, die ein stationäres Teil darstellt, das je nach einer Gesamtwegstrecke des Ankers 11 eine große Anzahl an N-Polpermanentmagneten 4a und S-Polpermanentmagneten 4b aufweist. Die Anzahl "P" der Pole und die Anzahl "Q" der Zähne, mit denen sich die vorliegende Erfindung befasst, sind für einen Bereich gedacht, in dem der Anker 11 und die Feldpoleinheit 22 der elektrischen Maschine der Ausführungsform, die als Linearmotor fungiert, einander zugewandt sind. Speziell zeigt 18 ein Beispiel, bei dem die Anzahl der Pole als P = 5m ausgedrückt 5 beträgt, und die Anzahl der Zähne als Q = 6m ausgedrückt 6 beträgt, wenn "1" für "m" (m = 1) eingesetzt wird. Der vorstehend erwähnte Aufbau dieser Ausführungsform lässt sich entsprechend anwenden, wenn die Anzahl der Pole als P = 7m und die Anzahl der Zähne als Q = 6m definiert ist.

Beim Linearmotor dieser Ausführungsform sind die Spulen 7a, 7b um aufeinanderfolgende Zähne 6 mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten gewickelt, die in der Reihenfolge 1: U+/U+, 2: U–/V+, 3: V–/V–, 4: W–/V+, 5: W+/W+, 6: W–/U+, 7: U–/U–, 8: U+/V–, 9: V+/V+, 10: W+/V–, 11: W–/W– und 12: W+/U– analog zur ersten vorher beschriebenen Ausführungsform ausgedrückt angeordnet sind, wo aufeinanderfolgende Phasen-/Wicklungspolaritätskombinationen der Einfachheit der folgenden Erklärung halber jeweils mit "1" bis "12" (1. bis 12. Kombination) durchnummeriert sind. Der Anker 11 umfasst die Spulen 7a, 7b, die in einer Einzelabfolge oder in sich wiederholenden Abfolgen der vorstehend aufgezeigten Phasen-/Wicklungspolaritätskombinationen angeordnet sind. Alternativ kann der Anker 11 die Spulen 7a, 7b nur eines Teils der zuvor erwähnten Abfolge der (1. bis 12.) Phasen-/Wicklungspolaritätskombinationen umfassen.

Speziell ist der Anker 11 mit 6m Paaren (= 6 Paaren im Beispiel von 18) der Spulen 7a, 7b versehen, die in einer Abfolge von Phasen-/Wicklungspolaritätskombinationen angeordnet sind, die aus der zuvor erwähnten Abfolge ausgewählt werden. Um genauer zu sein, sind die Spulen 7a, 7b des in 18 gezeigten Ankers 11 in einer Abfolge von sechs aufeinanderfolgenden Phasen-/Wicklungspolaritätskombinationen angeordnet, welche die 12. (mit "W+/V–" bezeichnet) und 1. (mit "U+/U+" bezeichnet) bis 5. (mit "W+/W+" bezeichnet) Phasen-/Wicklungspolaritätskombination umfassen, die um die entsprechenden sechs aufeinanderfolgenden Zähne 6 gewickelt sind, die vom am weitesten links befindlichen Zahn 6 ausgehend nach rechts angeordnet sind. Selbstverständlich kann der Anker 11 auch sechs Paare der Spulen 7a, 7b umfassen, die in einer Abfolge U+/U+, U–/V+, V–/V–, W–/V+, W+/W+ und W–/U+ Phasen-/Wicklungspolaritätskombinationen angeordnet sind.

Der vorstehend beschriebene Spulenwicklungsaufbau der vorliegenden Erfindung kann magnetomotorische oder Durchflutungskräftekomponenten mit niedrigeren Ordnungen als eine synchronisierte Komponente unter allen Oberschwingungskomponenten der durch den Anker 11 erzeugten reduzieren, die nicht mit den durch die Feldpoleinheit erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräften synchronisiert sind. Deshalb kann der Aufbau der Ausführungsform Wirbelströme mindern, die in der Feldpoleinheit 22 fließen, wodurch es möglich wird, einen in der Feldpoleinheit 22 auftretenden Wirbelstromverlust zu senken.

Wenn sich der Anker 11 insbesondere im Linearmotor bewegt, in dem der Anker 11 kürzer ist als die Feldpoleinheit 22, wird der durch die magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte erzeugte Magnetfluss schnell in einen Abschnitt der Feldpoleinheit 22 eingekoppelt, in den er noch nicht eingekoppelt war. Aus diesem Grund wird eine Spannung, die durch Differenzierung des Magnetflusses erhalten wird, rasch angeregt, wodurch ein größerer Betrag an Wirbelstromverlust verursacht wird als in der drehenden elektrischen Maschine. Jedoch kann der vorstehend erwähnte Aufbau der Ausführungsform den Magnetstrom stark senken, der den Wirbelstromverlust verursacht.

Während im Beispiel von 18 der Anker 11 das bewegliche Teil und die Feldpoleinheit 22 das stationäre Teil darstellt, lässt sich die vorliegende Ausführungsform auch auf einen Linearmotor anwenden, dessen Anker ein stationäres bzw. dessen Feldpoleinheit ein bewegliches Teil ist. Zusätzlich kann der vorstehend beschriebene Aufbau der elektrischen Maschine dieser Ausführungsform auch auf einen breiten Bereich linear angetriebener linearer elektrischer Maschinen angewendet werden, bei denen es sich entweder um Motoren oder Generatoren handeln kann.

In einem Aspekt der Erfindung arbeitet die elektrische Maschine als drehbar angetriebene drehende elektrische Maschine, bei der die Anzahl "P" der Pole der Feldpoleinheit und die Anzahl "Q" der Zähne des Ankers durch P = 5n bzw. Q = 6n oder P = 7n bzw. Q = 6n ausgedrückt werden, worin "n" eine gerade Zahl ist, wobei die Ankerspulen um die aufeinanderfolgenden Zähne mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten aufgewickelt sind, die in der wiederholbaren Reihenfolge U+/U+, U–/V+, V–/V–, W–/V+, W+/W+, W–/V+, U–/U–, U+/V–, V+/V+, W+/V–, W–/W– und W+/U– angeordnet sind, worin "U", "V" und "W" Phasen der einzelnen Ankerspulen darstellen, während die Zeichen "+" und "–" Wicklungspolaritäten von diesen bezeichnen.

Von all den Oberschwingungskomponenten der durch die Ankerspulen erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte, die nicht mit den durch die Feldpoleinheit erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräften synchronisiert sind, können die Oberschwingungskomponenten mit niedrigeren Ordnungen als eine synchronisierte Komponente in dieser elektrischen Maschine reduziert werden. Dieser Aufbau der Erfindung dient dazu, Wirbelströme zu mindern, die in der Feldpoleinheit fließen, wodurch es möglich wird, einen Wirbelstromverlust zu senken, der in der Feldpoleinheit der drehenden elektrischen Maschine auftritt.

In einem anderen Aspekt der Erfindung arbeitet die elektrische Maschine als linear angetriebene lineare elektrische Maschine, bei der die Anzahl "P" der Pole der Feldpoleinheit und die Anzahl "Q" der Zähne des Ankers in einem Bereich, in dem die Feldpoleinheit und der Anker der elektrischen Maschine einander zugewandt sind und der Magnetfluss verkoppelt werden kann, durch P = 5m und Q = 6m oder P = 7m und Q = 6m ausgedrückt werden kann, worin "m" eine natürliche Zahl ist, wobei die Ankerspulen um die aufeinanderfolgenden Zähne mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten aufgewickelt sind, die in der wiederholbaren Reihenfolge U+/U+, U–/V+, V–/V–, W–/V+, W+/W+, W–/U+, U–/U–, U+/V–, V+/V+, W+/V–, W–/W– und W+/U– angeordnet sind, worin "U", "V" und "W" Phasen der einzelnen Ankerspulen darstellen, während die Zeichen "+" und "–" Wicklungspolaritäten von diesen bezeichnen.

Von all den Oberschwingungskomponenten der durch die Ankerspulen erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräfte, die nicht mit den durch die Feldpoleinheit erzeugten magnetomotorischen oder Durchflutungskräften synchronisiert sind, können die Oberschwingungskomponenten mit niedrigeren Ordnungen als eine synchronisierte Komponente in dieser elektrischen Maschine reduziert werden. Dieser Aufbau der Erfindung dient dazu, Wirbelströme zu mindern, die in der Feldpoleinheit fließen, wodurch es möglich wird, einen Wirbelstromverlust zu senken, der in der Feldpoleinheit der linearen elektrischen Maschine auftritt.

In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die elektrische Maschine dergestalt, dass, indem die Anzahl der Windungen jeder der beiden Ankerspulen einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn gewickelt sind, durch T ausgedrückt wird, die Anzahl der Windungen der beiden Ankerspulen unterschiedlicher Phasen, die um einen anderen einzelnen Zahn gewickelt sind, 2T/ beträgt. Dieser Aufbau dient dazu, den Wirbelstromverlust noch mehr zu senken.

In noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist die elektrische Maschine dergestalt, dass Drähte der beiden Ankerspulen einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn gewickelt sind, eine größere Querschnittsfläche haben als Drähte der beiden Ankerspulen unterschiedlicher Phasen, die um einen anderen einzelnen Zahn gewickelt sind. Dieser Aufbau dient dazu, einen im Anker auftretenden Kupferverlust zu senken.

In noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist die elektrische Maschine dergestalt, dass immer zwei Ankerspulen einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn gewickelt sind, zu einer Einzelwicklung zusammengefasst sind. Dieser Aufbau dient dazu, die Anzahl von Bauteilen und die Gesamtherstellungskosten zu senken.

Verschiedene Modifizierungen und Abänderungen dieser Erfindung werden für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, ohne dass dabei vom Rahmen und Aussagegehalt dieser Erfindung abgewichen wird, und es sollte klar sein, dass dies nicht auf die hier dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist.

BEZUGSZEICHENLISTE


Anspruch[de]
Elektrische Maschine mit einem Anker (1) und einer Feldpoleinheit (2), die relativ beweglich entlang eines dazwischen ausgebildeten Magnetspalts (10) angeordnet sind, wobei der Anker (1) umfasst:

einen Ankerkern (5) mit mehreren Zähnen (6), die sich in festgelegten Abständen entlang einer relativen Bewegungsrichtung des Ankers (1) und der Feldpoleinheit (2) zum Magnetspalt (10) hin erstrecken; und

mehrere Ankerspulen (7), die konzentriert um die einzelnen Zähne (6) gewickelt sind, um Phasenströme aus einer dreiphasigen AC-Stromquelle fließen zu lassen;

wobei die Feldpoleinheit (2) eine festgelegte Anzahl von Magnetpolen aufweist, die entlang der relativen Bewegungsrichtung angeordnet sind, und wobei die mehreren Zähne (6) mindestens einen Zahn (6) umfasst, um den mindestens zwei Ankerspulen (7), um unterschiedliche Phasenströme fließen zu lassen, gewickelt sind, um Oberschwingungskomponenten von magnetomotorischen oder Durchflutungskräften zu reduzieren, die durch die Ankerspulen (7) erzeugt werden, wenn die elektrische Maschine in Betrieb ist, wobei die reduzierten Oberschwingungskomponenten von niedrigeren Ordnungen sind als eine Komponente, die mit der relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers (1) und der Feldpoleinheit (2) synchronisiert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die als drehbar angetriebene drehende elektrische Maschine arbeitet, bei der die Anzahl "P" der Pole der Feldpoleinheit (2) und die Anzahl "Q" der Zähne (6) des Ankers (1) durch eine der Kombinationen P = 5n und Q = 6n bzw. P = 7n und Q = 6n ausgedrückt werden, worin "n" eine gerade Zahl ist, und wobei die Ankerspulen (7) um die aufeinanderfolgenden Zähne (6) mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten aufgewickelt sind, die in der wiederholbaren Reihenfolge U+/U+, U–/V+, V–/V–, W–/V+, W+/W+, W–/U+, U–/U–, U+/V–, V+/V+, W+/V–, W–/W– und W+/U– angeordnet sind, worin "U", "V" und "W" Phasen der einzelnen Ankerspulen darstellen, während die Zeichen "+" und "–" Wicklungspolaritäten von diesen bezeichnen. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die als linear angetriebene lineare elektrische Maschine arbeitet, bei der die Anzahl "P" der Pole der Feldpoleinheit (2) und die Anzahl "Q" der Zähne (6) des Ankers (1) in einem Bereich, in dem die Feldpoleinheit (2) und der Anker (1) der elektrischen Maschine einander zugewandt sind und der Magnetfluss verkoppelt werden kann, durch eine der Kombinationen P = 5m und Q = 6m bzw. P = 7m und Q = 6m ausgedrückt werden kann, worin "m" eine natürliche Zahl ist, wobei die Ankerspulen (7) um die aufeinanderfolgenden Zähne (6) mit Phasenverhältnissen und Wicklungspolaritäten aufgewickelt sind, die in der wiederholbaren Reihenfolge U+/U+, U–/V+, V–/V–, W–/V+, W+/W+, W–/U+, U–/U–, U+/V–, V+/V+, W+/V–, W–/W– und W+/U– angeordnet sind, worin "U", "V" und "W" Phasen der einzelnen Ankerspulen darstellen, während die Zeichen "+" und "–" Wicklungspolaritäten von diesen bezeichnen. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei, indem die Anzahl der Windungen jeder der beiden Ankerspulen (7) einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn (6) gewickelt sind, durch T ausgedrückt wird, die Anzahl der Windungen der beiden Ankerspulen (7) unterschiedlicher Phasen, die um einen anderen einzelnen Zahn gewickelt sind, 2T/ beträgt. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei Drähte der beiden Ankerspulen (7) einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn (6) gewickelt sind, eine größere Querschnittsfläche haben als Drähte der beiden Ankerspulen (7) unterschiedlicher Phasen, die um einen anderen einzelnen Zahn (6) gewickelt sind. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei immer zwei Ankerspulen (7) einer gemeinsamen Phase, die um einen einzelnen Zahn (6) gewickelt sind, zu einer Einzelwicklung zusammengefasst sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com