AT505839B1

AT505839B1 - ONE-SIDED TRANSVERSAL FLOW MACHINE

Info

Publication number: AT505839B1
Application number: AT14722000A
Authority: AT
Original assignee: Bombardier Transp Gmbh
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2012-05-15
Also published as: AT505839A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine einseitige Transversalflussmaschine mit einer am feststehenden Teil (S) in Bewegungsrichtung (X) verlaufenden Ringwicklung (2) auf welche, quer zur Bewegungsrichtung (X) in abwechselnder Weise U-Joche (1) und Permanentmagnete (3) aufgereiht sind, wobei die Permanentmagnete (3) in Bewegungsrichtung (X) gesehen abwechselnde Magnetisierungsrichtung aufweisen, und der bewegte, rotierende Teil (R) quer zur Bewegungsrichtung (X) ausgerichtete Flussleitstücke (4) trägt, und weiters die U-Joche (1) und bzw. oder die Flussleitstücke (4) quer zur Bewegungsrichtung (X) gekröpft ausgeführt sind, und die Polfläche (A1) Fig.4 Permanentmagnete (3) größer als die Polfläche (A2), Fig.4 der Flussleitstücke (4) ist, wobei die Permanentmagnete (3) aus Ferritmaterial bestehen und quaderförmig sind und die U-Joche (1) in radialer Richtung zur Drehachse (a) hin verjüngend ausgeführt sind.The invention relates to a unilateral transversal flux machine with a ring winding (2) running on the fixed part (S) in the direction of movement (X), on which U-yokes (1) and permanent magnets (3) are arranged in an alternating manner transversely to the direction of movement (X). wherein the permanent magnets (3) in the direction of movement (X) have alternating direction of magnetization, and the moving, rotating part (R) transverse to the direction of movement (X) aligned flux guides (4) carries, and further the U-yokes (1) and or or the flux guide pieces (4) are executed cranked transversely to the direction of movement (X), and the pole face (A1) Fig.4 permanent magnets (3) is greater than the pole face (A2), Figure 4 of the flux guide pieces (4), wherein the permanent magnets (3) are made of ferrite material and are cuboid and the U-yokes (1) in the radial direction to the axis of rotation (a) are designed to taper.

Description

österreichisches Patentamt AT505 839B1 2012-05-15Austrian Patent Office AT505 839B1 2012-05-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine einseitige Transversalflussmaschine mit einer am feststehenden Teil in Bewegungsrichtung verlaufenden Ringwicklung, auf welcher, quer zur Bewegungsrichtung, in abwechselnder Weise U-Joche und Permanentmagnete aufgereiht sind, wobei die Permanentmagnete in Bewegungsrichtung gesehen abwechselnde Magnetisierungsrichtung aufweisen, und der bewegte, rotierende Teil quer zur Bewegungsrichtung ausgerichtete Flussleitstücke trägt, und weiters die U-Joche und bzw. oder die Flussleitstücke quer zur Bewegungsrichtung gekröpft ausgeführt sind, und die Polfläche der Permanentmagnete größer als die Polfläche der Flussleitstücke ist.Description: The invention relates to a unilateral transverse flux machine with a ring winding running on the fixed part in the direction of movement, on which, transversely to the direction of movement, U-yokes and permanent magnets are lined up in an alternating manner, the permanent magnets having alternating direction of magnetization seen in the direction of movement, and moved, rotating part transversely to the direction of movement aligned flux guides, and further the U-yokes and / or the flux guides are designed transversely to the direction of cranked, and the pole face of the permanent magnets is greater than the pole face of the flux guides.

[0002] Die Erfindung bezieht sich auf rotierende Maschinen in Generator- oder Motorbetrieb in Ausbildung als Innenläufer oder Außenläufer, bei welchen der festehende Teil üblicherweise als Stator und der bewegliche Teil überlicherweise als Rotor bezeichnet wird. Es fallen jedoch auch Linearanordnungen, bei denen der bewegliche Teil gegenüber dem feststehenden Teil der Maschine eine translatorische Bewegung vollzieht, in das Gebiet der vorliegenden Erfindung.The invention relates to rotating machinery in generator or engine operation in training as an internal rotor or external rotor, in which the fixed part is usually referred to as a stator and the movable part usually referred to as a rotor. However, linear arrangements in which the movable part translates relative to the stationary part of the machine also fall within the scope of the present invention.

[0003] Eine einseitige Transversalflussmaschine der oben angeführten Art ist beispielsweise in der EP 0 553 582 A2 oder der EP 1 005 136 A1 beschrieben. Bei derartigen ein- oder mehrphasigen Transversalflussmaschinen sind die U-Joche mit der Ringwicklung am feststehenden Teil der Maschine angeordnet, während am Rotor in Umfangsrichtung die Permanentmagnete mit allenfalls zwischen diesen angeordneten Flussleitstücken angeordnet sind. Durch die zwischen den Permanentmagneten angeordneten Flussleitstücken aus einem Material mit hoher magnetischer und geringer elektrischer Leitfähigkeit wird eine Konzentration des magnetischen Flusses erzielt. Bei dieser Ausführungsform einer Transversalflussmaschine weisen die Permanentmagnete eine Magnetisierung im Fall von rotierenden Maschinen in tangentialer Richtung bzw. im Falle einer Linearmaschine in Bewegungsrichtung auf. Demgegenüber ist eine Ausführung der Transversalflussmaschine mit Permanentmagneten möglich, bei welchen die Magnetisierung in radialer Richtung bzw. normal zur Bewegungsrichtung verläuft und die magnetischen Flusslinien über Rückschlussringe hinter den Permanentmagneten geschlossen werden.A unilateral transverse flux machine of the type mentioned above is described, for example, in EP 0 553 582 A2 or EP 1 005 136 A1. In such single- or multi-phase transverse flux machines, the U-yokes are arranged with the ring winding on the fixed part of the machine, while the rotor in the circumferential direction, the permanent magnets are arranged with any arranged between these Flussleitstücken. By the arranged between the permanent magnets Flussleitstücken of a material with high magnetic and low electrical conductivity, a concentration of the magnetic flux is achieved. In this embodiment of a transverse flux machine, the permanent magnets have a magnetization in the case of rotating machines in the tangential direction or in the case of a linear machine in the direction of movement. In contrast, an embodiment of the transverse flux machine with permanent magnets is possible in which the magnetization in the radial direction or normal to the direction of movement and the magnetic flux lines are closed via return rings behind the permanent magnet.

[0004] Die bei einseitigen Transversalflussmaschinen üblicherweise am beweglichen Teil angeordneten Permanentmagnete können meist nur unzureichend gekühlt werden, da eine Flüssigkeitskühlung zweckmäßigerweise aus Dichtheitsgründen nur am feststehenden Teil der Maschine angeordnet werden kann. Der Rotor könnte nur über entsprechende Dichtungen mit unverhältnismäßigem Aufwand flüssigkeitsgekühlt werden. Bei derzeitigen Ausführungsformen erfolgt lediglich eine Luftkühlung der Permanentmagnete über den Luftspalt zwischen beweglichen und feststehenden Teil der Maschine.The one-sided transverse flux machines usually arranged on the moving part permanent magnets can usually be insufficiently cooled, since a liquid cooling can be conveniently arranged for reasons of tightness only on the fixed part of the machine. The rotor could only be liquid-cooled by appropriate seals with disproportionate effort. In current embodiments, only an air cooling of the permanent magnets via the air gap between the movable and stationary part of the machine.

[0005] Bei rotierenden Maschinen sind darüber hinaus die auf die Permanentmagnete wirkenden Fliehkräfte, insbesondere bei Innenläufern, besonders nachteilig.In rotating machines beyond acting on the permanent magnets centrifugal forces, especially in internal rotors, particularly disadvantageous.

[0006] Um mit Hilfe von Transversalflussmaschinen hohe Kraftdichten zu erzielen, werden zweckmäßigerweise Permanentmagnete mit sehr hoher Remanenzmagnetisierung eingesetzt. Legierungen aus Seltenerdmetallen, wie beispielsweise Neodym, werden dafür bevorzugt eingesetzt. Derartige Permanentmagnete sind allerdings sehr teuer und weisen darüber hinaus Nachteile in Bezug auf die mechanische Stabilität sowie auf die Wirbelstromverluste auf.In order to achieve high power densities using transversal flux machines, it is expedient to use permanent magnets with very high remanence magnetization. Alloys of rare earth metals, such as neodymium, are preferably used for this purpose. However, such permanent magnets are very expensive and also have disadvantages in terms of mechanical stability and on the eddy current losses.

[0007] Zur Schaffung einer Transversalflussmaschine, welche zum Betrieb bei erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten und zur Anwendung für robusten, mechanischen Einsatz geeignet ist, wird beispielsweise in der DE 196 34 949 C1 eine zweiseitige Transversalflussmaschine beschrieben, bei der die Permanentmagnete zwischen den Weicheisenteilen am Stator angeordnet sind. Somit wird eine Transversalflussmaschine mit Rotor, der keine Permanentmagnete enthält, geschaffen. Eine Weiterentwicklung dieser Maschinenbauform wird in der DE 198 00 667 A1 beschrieben, bei der ein besonders massearmer Rotor resultiert und die Maschine dadurch für hohe Drehzahlen bzw. Umfangsgeschwindigkeiten geeignet ist. Derartige zweiseitige Anordnungen von Transversalflussmaschinen sind sinnvollerweise nur als zweipha-sige Maschinen ausführbar und sind daher für die üblichen dreiphasigen Netze ungeeignet. 1 /12 österreichisches Patentamt AT505 839 B1 2012-05-15To create a transverse flux machine, which is suitable for operation at elevated peripheral speeds and for use for robust, mechanical use, a two-sided transverse flux machine is described for example in DE 196 34 949 C1, in which the permanent magnets are arranged between the soft iron parts on the stator , Thus, a transverse flux machine with rotor, which does not contain permanent magnets, created. A further development of this machine design is described in DE 198 00 667 A1, in which a particularly low-mass rotor results and the machine is thereby suitable for high speeds or peripheral speeds. Such two-sided arrangements of transversal flux machines are expediently executable only as Zweipha-sige machines and are therefore unsuitable for the usual three-phase networks. 1/12 Austrian Patent Office AT505 839 B1 2012-05-15

Darüber hinaus weisen zweiphasige Maschinen ein geringeres Moment beim Anlaufen auf. Demgegenüber zeichnen sich einseitige Transversalflussmaschinen durch einfachere Fertigung, beliebige Phasenzahl und größere mechanische Stabilität aus.In addition, two-phase machines have a lower torque at startup. In contrast, unilateral transversal flux machines are characterized by simpler manufacturing, any number of phases and greater mechanical stability.

[0008] Eine permanentmagneterregte Synchronmaschine ist aus der WO 87/02525 A1 bekannt geworden.A permanent magnet synchronous machine has become known from WO 87/02525 A1.

[0009] Die EP 942 517 A2 zeigt eine weitere Konstruktion einer fertigungstechnisch einfacher herstellbaren Transversalflussmaschine.EP 942 517 A2 shows a further construction of a production engineering simpler to produce transversal flux machine.

[0010] Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer einseitigen Transversalflussmaschine, durch welche allfällige auf die Permanentmagnete wirkende Kräfte reduziert werden sollen und darüber hinaus eine Kühlung der Permanentmagnete ermöglicht werden soll. Die Nachteile bestehender Transversalflussmaschinen sollen vermieden bzw. weitestgehend reduziert werden. Darüber hinaus soll die Anwendung von Permanentmagneten, welche billiger und robuster sind, ermöglicht werden.The aim of the present invention is to provide a unilateral transverse flux machine by which any forces acting on the permanent magnets forces are to be reduced and beyond a cooling of the permanent magnets should be possible. The disadvantages of existing transversal flux machines should be avoided or minimized as far as possible. In addition, the use of permanent magnets, which are cheaper and more robust, should be possible.

[0011] Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass die Permanentmagnete aus Ferritmaterial bestehen und quaderförmig sind und die U-Joche in radialer Richtung zur Drehachse verjüngend ausgeführt sind. Durch die Anordnung der Permanentmagnete zwischen den U-Jochen am feststehenden Teil der Maschine wird einerseits eine Kraftwirkung auf die Permanentmagnete vermieden und andererseits eine effiziente Kühlung der Permanentmagnete, beispielsweise durch Flüssigkeitskühlung, ermöglicht. Die wirksame Fläche der Permanentmagnete ist jene Fläche, wo die magnetischen Feldlinien austreten, also die Polfläche der Permanentmagnete. Diese Fläche bestimmt die Größe des magnetischen Flusses in den Flussleitstücken und in der weiteren Folge die Leistung der Transversalflussmaschine. Man ist daher bestrebt, die wirksame Fläche möglichst groß zu wählen. Die U-Joche konzentrieren nicht nur den magnetischen Fluss der von der Wicklung am feststehenden Teil der Maschine ausgeht, sondern auch den von den Permanentmagneten ausgehenden magnetischen Fluss und leiten ihn in orthogonaler Richtung zum Luftspalt um. Die dem Luftspalt zugewandten Enden der U-Joche, die Polschuhe, kurz Pole, stehen mit ihren dem Luftspalt zugewandten Stirnflächen den Flussleitstücken am beweglichen Teil gegenüber. Durch diese Stirnflächen tritt der Hauptteil des magnetischen Flusses in die Flussleitstücke über, wodurch sich der jeweilige magnetische Fluss je U-Joch schließt. Bei bisherigen Ausführungen einseitiger Transversalflussmaschinen scheiterte eine große wirksame Fläche der Permanentmagnete an den geometrischen Gegebenheiten der Maschine, da die Fläche nur eine beschränkte Größe aufweisen konnte. Dadurch war man bestrebt, Magnetmaterialien zu wählen, welche eine besonders hohe Remanenzmagnetisierung aufweisen. Deartige Magnetmaterialien, wie beispielsweise Seltenerdmetalle sind jedoch mechanisch nicht robust und weisen darüber hinaus hohe Wirbelstromverluste auf. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion und die größere Polfläche der Permanentmagnete gegenüber den Flussleitstücken ist es möglich, Ferritmaterial für die Permanentmagnete zu verwenden und die Vorteile geringerer Kosten auszunützen. Darüber hinaus weisen Permanentmagnete aus Ferritmaterial gegenüber Permanentmagneten aus Seltenerdmetallen höhere mechanische Stabilität und nahezu keine Wirbelstromverluste auf, und sind diese bis etwa 300 bis 400 °C temperaturbeständiger. Die Ausführungsform ist durch niedrige Herstellungskosten gekennzeichnet, da quaderförmige Magnete billig erhältlich und im Falle der Verwendung von Sinterwerkstoffen für die U-Joche die verjüngende Ausbildung besonders einfach herstellbar ist.The object of the invention is achieved in that the permanent magnets are made of ferrite material and are cuboidal and the U-yokes are designed to taper in the radial direction to the axis of rotation. The arrangement of the permanent magnets between the U-yokes on the stationary part of the machine on the one hand prevents a force acting on the permanent magnets and on the other hand allows efficient cooling of the permanent magnets, for example by liquid cooling. The effective area of the permanent magnets is that area where the magnetic field lines emerge, ie the pole face of the permanent magnets. This area determines the magnitude of the magnetic flux in the flux guides and, in turn, the power of the transversal flux machine. It is therefore desirable to choose the effective area as large as possible. The U-yokes concentrate not only the magnetic flux originating from the winding on the stationary part of the machine, but also the magnetic flux emanating from the permanent magnets and diverting it in an orthogonal direction to the air gap. The ends of the U-yokes facing the air gap, the pole shoes, in short poles, face the flux guide pieces on the movable part with their end faces facing the air gap. Through these end faces, the main part of the magnetic flux passes into the Flussleitstücke, whereby the respective magnetic flux per U-yoke closes. In previous embodiments of unilateral transversal flux machines, a large effective area of the permanent magnets failed due to the geometric conditions of the machine, since the area could only have a limited size. As a result, efforts were made to choose magnetic materials which have a particularly high remanence magnetization. Such magnet materials, such as rare earth metals, however, are not mechanically robust and moreover have high eddy current losses. Due to the construction according to the invention and the larger pole face of the permanent magnets with respect to the flux conducting pieces, it is possible to use ferrite material for the permanent magnets and to take advantage of lower costs. In addition, permanent magnets made of ferrite material compared to permanent magnets made of rare earth metals higher mechanical stability and almost no eddy current losses, and these are temperature resistant to about 300 to 400 ° C. The embodiment is characterized by low production costs, since rectangular magnets are available cheaply and in the case of the use of sintered materials for the U-yokes, the tapering training is particularly easy to produce.

[0012] Vorteilhaftenweise ist die wirksame Fläche der Permanentmagnete (=die Polfläche des Permanentmagnets) zweimal bis zehnmal größer als die wirksame Fläche der Flussleitstücke (=Polfläche der Flussleitstücke). Bei der doppelten Größe der wirksamen Fläche der Permanentmagnete kann die gegenüber Permanentmagneten aus Seltenerdmetallen geringere Remanenzinduktion des Ferritmaterials auf das Doppelte gesteigert werden. Eine Steigerung des Flächenverhältnisses über 10 ist aufgrund der höheren Streuflüsse nicht zweckmäßig.Advantageously, the effective area of the permanent magnets (= the pole face of the permanent magnet) is twice to ten times larger than the effective area of the flux-conducting pieces (= pole face of the flux-conducting pieces). With twice the effective area of the permanent magnets, the remanent induction of the ferrite material, which is lower than that of the permanent magnets of rare earth metals, can be doubled. Increasing the area ratio beyond 10 is not expedient due to the higher leakage fluxes.

[0013] Wenn die Permanentmagnete mehrstückig ausgebildet sind, kann deren Herstellung vereinfacht werden und können darüber hinaus die durch äußere wechselnde magnetische Felder hervorgerufenen Wirbelstromverluste reduziert werden. Die Einzelteile der Permanent- 2/12 österreichisches Patentamt AT505 839B1 2012-05-15 magnete sind beispielsweise mit Hilfe geeigneter Klebemittel miteinander verbunden. Wenn die Klebemittel elektrisch isolierende Materialien enthalten, können die Wirbelstromverluste reduziert werden.If the permanent magnets are formed in several pieces, their manufacture can be simplified and beyond the caused by external alternating magnetic fields eddy current losses can be reduced. The individual parts of the permanent magnets are, for example, connected to one another with the aid of suitable adhesives. If the adhesives contain electrically insulating materials, the eddy current losses can be reduced.

[0014] Zur Steigerung der Leistung der Maschine ist vorgesehen, dass die Pole der U-Joche verbreitert als Polschuhe ausgeführt sind. Dadurch wird die wirksame Fläche vergrößert und die magnetische Flussdichte im Luftspalt verringert.To increase the performance of the machine is provided that the poles of the U-yokes widened are designed as pole pieces. This increases the effective area and reduces the magnetic flux density in the air gap.

[0015] Um die insbesonders bei der Ausführung der U-Joche mit Polschuhen erschwerte Anordnung der zwischen den Schenkeln der U-Joche liegenden Ringwicklung zu erleichtern, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die U-Joche aus Einzelteilen aufgebaut sind. Dadurch kann ein sukzessiver Aufbau einer Transversalflussmaschine mit einfach vorgefertigten Ringspulen erreicht werden und kann eine Träufelwicklung, bei der die Wicklung aus mehreren Einzeldrähten besteht, die zwischen den Schenkeln der U-Joche in aufwändigerweise eingelegt werden, vermieden werden.In order to facilitate the particularly difficult in the execution of the U-yokes with pole pieces arrangement of lying between the legs of the U-yoke ring winding is provided according to a further feature of the invention that the U-yokes are constructed of individual parts. As a result, a successive construction of a transverse flux machine with simply prefabricated toroidal coils can be achieved, and a trickle winding, in which the winding consists of a plurality of individual wires which are expensively inserted between the legs of the U-yokes, can be avoided.

[0016] Zur Sicherung der Einzelteile der U-Joche gegeneinander sind an ihren Berührungsflächen komplementäre, formschlüssige Ausbildungen vorgesehen. Durch diese Ausbildungen, welche beispielsweise widerhakenförmige Gestalt haben können, wird ein sicherer Halt der aus Einzelteilen zusammengebauten U-Joche erzielt.To secure the items of the U-yoke against each other complementary, form-fitting formations are provided at their contact surfaces. Through these designs, which may have, for example, barb-like shape, a secure hold of assembled from individual parts U-yokes is achieved.

[0017] Um eine leichtere Positionierung der U-Joche am feststehenden Teil der Maschine zu ermöglichen, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung an den U-Jochen Ausformungen zur Positionierung und Fixierung am festehenden Teil der Maschine, wie beispielsweise einem U-Jochträger, angeordnet.In order to allow easier positioning of the U-yokes on the fixed part of the machine, according to a further feature of the invention at the U-Jochen formations for positioning and fixing on fixed part of the machine, such as a U-Jochträger arranged ,

[0018] Vorteile ergeben sich, wenn die U-Joche und bzw. oder die Flussleitstücke aus weichmagnetischen Verbundwerkstoffen hergestellt sind, da diese in Bezug auf die elektrische und magnetische Leitfähigkeit isotrope Eigenschaften, d.h. in alle Richtungen gleiche Eigenschaften aufweisen. Damit sind dreidimensionale Flussführungen möglich, welche bei Anordnungen mit lamelliertem Eisen auf Grund der sehr hohen Wirbelstromverluste bei Induktionen senkrecht zur Blechebene sehr ungünstig sind.Advantages arise when the U-yokes and / or the flux guides are made of soft magnetic composites, since this isotropic properties in relation to the electrical and magnetic conductivity, i. have the same properties in all directions. Thus, three-dimensional flux guides are possible, which are very unfavorable in arrangements with laminated iron due to the very high eddy current losses in inductions perpendicular to the sheet plane.

[0019] Wenn die U-Joche und bzw. oder Flussleitstücke als Schnittbandkern hergestellt sind, resultieren einserseits herstellungstechnische Vorteile, da die U-Joche und Flussleitstücke gleichzeitig durch Aufwickeln eines bandförmigen Materials und anschließendes Zerschneiden hergestellt werden können, andererseits sind auch optimale magnetische Eigenschaften die Folge, da die durch die Textur des Bleches bestimmte magnetische Vorzugsrichtung immer mit der gewünschten Richtung des magnetischen Flusses übereinstimmt und durch die Richtung der Lamellierung die Verluste reduziert werden.If the U-yokes and or or flux guides are produced as a ribbon core, on the one hand manufacturing advantages, since the U-yokes and flux guides can be produced simultaneously by winding a band-shaped material and subsequent cutting, on the other hand, are also optimal magnetic properties Result, since the magnetic preferred direction determined by the texture of the sheet always coincides with the desired direction of the magnetic flux and the losses are reduced by the direction of the lamination.

[0020] Wenn die U-Joche und bzw. oder Flussleitstücke aus Sintermaterial hergestellt sind, können nahezu beliebige Gestalten relativ kostengünstig hergestellt werden.When the U-yokes and / or flux guides are made of sintered material, almost any shapes can be made relatively inexpensively.

[0021] Um eine optimale Kühlung der Maschine zu erzielen ist vorgesehen, dass der feststehende Teil der Maschine zumindest einen Kühlkanal zur Führung eines vorzugsweise flüssigen Kühlmediums aufweist.In order to achieve optimum cooling of the machine is provided that the fixed part of the machine has at least one cooling channel for guiding a preferably liquid cooling medium.

[0022] Die Erfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnungen, welche Ausführungsformen der Erfindung zeigen, noch weiter erläutert. Darin zeigen Fig. 1a und 1b schematisch Teile von Transversalflussmaschinen gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 eine Prinzipskizze eines Teiles einer bekannten Transversalflussmaschine zur Erläuterung des magnetischen Flussverlaufes, Fig. 3 einen Teil einer einseitigen Transversalflussmaschine entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, die Fig. 4a und 4b Prinzipskizzen zur Erläuterung der Verhältnisse der wirksamen Fläche der Permanentmagnete und der wirksamen Fläche der Flussleitstücke, Fig. 5 einen Teil einer rotierenden Transversalflussmaschine gemäß der Erfindung in Seitenansicht und Fig. 6 einen aus Einzelteilen aufgebauten Permanentmagnet in perspektivischer Ansicht.The invention will be further explained with reference to the accompanying drawings, which show embodiments of the invention. 2 shows a schematic diagram of a part of a known transverse flux machine for explaining the magnetic flux profile, FIG. 3 shows a part of a unilateral transverse flux machine according to an embodiment of the invention, FIG. 4a and 4b are schematic diagrams for explaining the relationships of the effective area of the permanent magnets and the effective surface of the flux guides, Fig. 5 shows a part of a rotating transverse flux machine according to the invention in side view and Fig. 6 shows a built-up parts permanent magnet in a perspective view.

[0023] Die Fig. 1a und 1b zeigen bekannte Transversalflussmaschinen, wobei am feststehenden Teil S der Maschine U-Joche 1 angeordnet sind, welche die Ringwicklung 2 umschließen. 3/12 österreichisches Patentamt AT505 839 B1 2012-05-151a and 1b show known transverse flux machines, wherein the stationary part S of the machine U-yokes 1 are arranged, which enclose the ring winding 2. 3/12 Austrian Patent Office AT505 839 B1 2012-05-15

Zur Vergrößerung der wirksamen Fläche sind die Pole 5 der U-Joche 1 als Polschuhe ausgeführt. Am beweglichen Teil R der Maschine sind in Bewegungsrichtung aufeinanderfolgend Flussleitstücke 4 mit dazwischen liegenden Permanentmagneten 3 angeordnet. Die Permanentmagnete 3 weisen abwechselnde Magnetisierungsrichtung auf. Der in der Ringwicklung 2 fließende Wechselstrom ruft einen magnetischen Fluss hervor, der von einem Pol 5 des U-Joches 1 über den Luftspalt zu einem am beweglichen Teil R der Maschine angeordneten Flussleitstück 4 und über die Permanentmagnete 3 und die Flussleitstücke 4 wieder über den Luftspalt zu dem anderen Pol 5 des U-Jochs 1 geschlossen wird. Um eine Schließung der magnetischen Feldlinien zu ermöglichen, sind entweder die U-Joche und bzw. oder die Flussleitstücke 4 gegenüber einer zur Bewegungsrichtung X normalen Richtung versetzt orientiert. Fig. 1a zeigt eine Ausführungsform, bei der ausschließlich die U-Joche 1 versetzt angeordnet sind, während Fig. 1b eine Ausführungsform zeigt, bei der ausschließlich die am beweglichen Teil R der Maschine angeordneten Flussleitstücke 4 versetzt angeordnet sind. Eine Kombination der Ausführungsformen gemäß Fig. 1a und 1b ist ebenfalls denkbar.To increase the effective area, the poles 5 of the U-yokes 1 are designed as pole shoes. On the movable part R of the machine, flux guide pieces 4 with intermediate permanent magnets 3 are arranged successively in the direction of movement. The permanent magnets 3 have alternating magnetization direction. The alternating current flowing in the ring winding 2 causes a magnetic flux which flows from a pole 5 of the U-yoke 1 via the air gap to a flux guide 4 arranged on the movable part R of the machine and again via the air gap via the permanent magnets 3 and the flux conducting pieces 4 to the other pole 5 of the U-yoke 1 is closed. In order to enable a closure of the magnetic field lines, either the U-yokes and / or the flux guides 4 are offset relative to a direction normal to the direction of movement X. Fig. 1a shows an embodiment in which only the U-yokes 1 are arranged offset, while Fig. 1b shows an embodiment in which only arranged on the movable part R of the machine flux guide 4 are arranged offset. A combination of the embodiments according to FIGS. 1a and 1b is also conceivable.

[0024] Fig. 2 zeigt einen dreidimensionalen Ausschnitt aus einer Transversalflussmaschine in Form eines Außenläufers (d.h. der rotierende Teil R der Maschine liegt außen) zur Veranschaulichung des magnetischen Flussverlaufs. Am beweglichen Teil R (Rotor) der Transversalflussmaschine sind über den Umfang Permanentmagnete 3 und Flussleitstücke 4 abwechselnd angeordnet. Die Drehachse der Maschine ist mit Bezugszeichen a angedeutet. Die Permanentmagnete 3 sind in tangentialer Richtung magnetisiert. Die Magnetisierungsrichtung ist durch Kennzeichnung des Nordpols N und Südpols S der Permanentmagnete 3 veranschaulicht. Am feststehenden Teil S (Stator) der Maschine sind die U-Joche 1 und zwischen deren Schenkeln die Ringwicklung 2 angeordnet. Der magnetische Fluss Φ verläuft, wie in der Darstellung angedeutet, in einer dreidimensionalen Form, wobei teilweise radial über die Schenkel der U-Joche 1 sowie transversal über den Steg der U-Joche 1.Fig. 2 shows a three-dimensional section of a transversal flux machine in the form of an external rotor (i.e., the rotating part R of the machine is external) to illustrate the magnetic flux profile. On the movable part R (rotor) of the transverse flux machine permanent magnets 3 and flux conductors 4 are arranged alternately over the circumference. The axis of rotation of the machine is indicated by reference a. The permanent magnets 3 are magnetized in the tangential direction. The magnetization direction is illustrated by marking the north pole N and south pole S of the permanent magnets 3. On the fixed part S (stator) of the machine, the U-yokes 1 and between the legs of the ring winding 2 are arranged. The magnetic flux Φ runs, as indicated in the illustration, in a three-dimensional form, wherein partially radially over the legs of the U-yokes 1 and transversely over the web of the U-yokes. 1

[0025] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der zwischen den U-Jochen 1 am feststehenden Teil S der Maschine die Permanentmagnete 3 mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung angeordnet sind. Die Pole 5 der U-Joche 1 sind verbreitert als Polschuhe ausgeführt. Um eine Schließung der magnetischen Feldlinien zu erzielen, sind die am beweglichen Teil R der Maschine angeordneten Flussleitstücke 4 gekröpft ausgeführt. Durch die Anordnung der Permanentmagnete 3 am feststehenden Teil S der Maschine wird erreicht, dass der bewegliche Teil R der Maschine geringere Masse aufweist und die Permanentmagnete 3 somit einfacher gekühlt werden können. Darüber hinaus können die Permanentmagnete 3 gegenüber der Anordnung am beweglichen Teil R der Maschine wesentlich größer ausgeführt werden, wodurch die wirksame Fläche der Permanentmagnete 3 und dadurch die über den Luftspalt zu den Flussleitstücken fließende Flussdichte erhöht werden. Als eine Folge davon, können Magnetmaterialien mit geringerer Magnetisierungsremanenz, wie z.B. Ferrite, eingesetzt werden. Die U-Joche 1 können auch mehrteilig ausgeführt sein, wobei die Einzelteile an ihren Berührungsflächen komplementäre, formschlüssige Ausbildungen 6 aufweisen können.Fig. 3 shows an embodiment of the invention, in which between the U-yokes 1 on the fixed part S of the machine, the permanent magnets 3 are arranged with an alternating direction of magnetization. The poles 5 of the U-yokes 1 are widened designed as pole pieces. In order to achieve a closure of the magnetic field lines, the flux guide pieces 4 arranged on the movable part R of the machine are designed cranked. The arrangement of the permanent magnets 3 on the fixed part S of the machine ensures that the movable part R of the machine has lower mass and the permanent magnets 3 can thus be cooled more easily. In addition, the permanent magnets 3 can be made substantially larger in relation to the arrangement on the movable part R of the machine, whereby the effective area of the permanent magnets 3 and thereby the flux density flowing across the air gap to the flux conducting pieces are increased. As a result, magnetic materials having a lower magnetization remanence, such as those shown in FIG. Ferrites, are used. The U-yokes 1 can also be designed in several parts, wherein the individual parts may have complementary, form-fitting formations 6 at their contact surfaces.

[0026] Zur Veranschaulichung der Polfläche Ai der Permanentmagnete 3 und der Polfläche A2 der Flussleitstücke 4 zeigen Fig. 4a einen Permanentmagnet 3 in der Ansicht auf die Polfläche A-] und Fig. 4b eine Ansicht auf den beweglichen Teil R der Maschine senkrecht zur Luftspaltebene. Der Permanentmagnet 3 gemäß Fig. 4a weist U-förmige Gestalt auf, wobei zwischen den Schenkeln die Ringwicklung 2 verläuft. Die Polfläche Ai des Permanentmagneten 3 ist jene Fläche, durch die die magnetischen Feldlinien in das jeweils benachbarte U-Joch austreten. Die Polfläche A2 der Flussleitstücke 4 ist durch die dem Luftspalt gegenüberliegende Fläche der Pole 5 der U-Joche 1 definiert. Wenn die Pole 5 als Polschuhe ausgeführt sind, kann die Polfläche A2 der Flussleitstücke 4 etwas größer ausgeführt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Permanentmagnete 3 kann ein Verhältnis der Polfläche Ai zur Polfläche A2 erzielt werden, welches beispielsweise im Bereich von 2 bis 4 liegt.To illustrate the pole face Ai of the permanent magnets 3 and the pole face A2 of the flux guide 4, Fig. 4a shows a permanent magnet 3 in the view of the pole face A-] and Fig. 4b is a view of the movable part R of the machine perpendicular to the air gap plane , The permanent magnet 3 according to FIG. 4a has a U-shaped configuration, the ring winding 2 extending between the legs. The pole face Ai of the permanent magnet 3 is that face through which the magnetic field lines exit into the respectively adjacent U-yoke. The pole face A2 of the flux conducting pieces 4 is defined by the surface of the poles 5 of the U-yokes 1 opposite the air gap. If the poles 5 are designed as pole shoes, the pole face A2 of the flux guides 4 can be made slightly larger. Due to the inventive design of the permanent magnets 3, a ratio of the pole face Ai to the pole face A2 can be achieved, which is for example in the range of 2 to 4.

[0027] Der magnetische Fluss Φ ist durch das Produkt der Induktion B mit der Fläche A definiert, weshalb der magnetische Fluss Φι im festehenden Teil S der Maschine dadurch definiert ist, dass Φ^ΒΜι, während der magnetische Fluss Φ2 durch die am beweglichen Teil R der 4/12The magnetic flux Φ is defined by the product of the induction B with the surface A, which is why the magnetic flux Φι in the fixed part S of the machine is defined by the fact that Φ ^ ΒΜι, while the magnetic flux Φ2 by the moving part R of 4/12

Claims

Austrian Patent Office AT505 839 B1 2012-05-15 Machine is defined by the product Β2 · Α2. The magnetic flux through the moving part R and the fixed part S of the machine is the same, which is why: Φι = Β · · · Αι = Φ2 = Β2 · Α2 It follows that the ratio of the pole faces A ^ equal to A2 is the ratio of induction B2: B1. If the ratio of the pole faces A ^ .A2 is large, for example 2 to 4, the induction Bi starting from the permanent magnet can thus be smaller by this factor in order to achieve a magnetic induction B2. Fig. 5 shows an embodiment of an inventively designed rotary transverse flux machine in which the permanent magnets 3 are formed cuboid to reduce the manufacturing cost, while the U-yokes 1 are formed to achieve the circular shape in the radial direction of the axis of rotation a tapered. In addition, the U-yokes have 1 formations 7, which serve for positioning and fixing on the fixed part S of the machine, for example on a U-Jochträgernabe 9. In addition, cooling channels 8 are indicated in the figure to guide a insbesondre liquid cooling medium. Fig. 6 shows a multi-part embodiment of the U-shaped permanent magnet 3 consisting of three cuboid parts 3 'of the permanent magnets. 1. Unilateral transverse flux machine with a fixed part (S) in the direction of movement (X) extending ring winding (2) on which, transversely to the direction of movement (X), in an alternating manner U-yokes (1) and permanent magnets (3) are strung , wherein the permanent magnets (3) in the direction of movement (X) have alternating direction of magnetization, and the moving, rotating part (R) transverse to the direction of movement (X) aligned flux guides (4) carries, and further the U-yokes (1) and or the flux-conducting pieces (4) are designed cranked transversely to the direction of movement (X), and the pole face (A) of the permanent magnets (3) is larger than the pole face (A2) of the flux-conducting pieces (4), characterized in that the permanent magnets (3 ) are made of ferrite material and are cuboidal and the U-yokes (1) in the radial direction to the axis of rotation (a) are designed to taper.

2. Transverse flux machine according to claim 1, characterized in that the pole face (A-]) of the permanent magnets (3) is twice to ten times larger than the pole face (A2) of the flux guide pieces (4).

3. Transverse flux machine according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnets (3) are formed in several pieces.

4. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the poles (5) of the U-yokes (1) widened are designed as pole pieces.

5. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the U-yokes (1) are constructed of individual parts.

6. transversal flux machine according to claim 5, characterized in that the individual parts of the U-yokes (1) at their contact surfaces complementary, form-fitting formations (6).

7. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the U-yokes (1) have formations (7) for positioning and fixing on the stationary part (S) of the machine.

8. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the U-yokes (1) and or or flux-conducting pieces (4) are made of soft magnetic composite materials. 5/12 Austrian Patent Office AT505 839 B1 2012-05-15

9. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the U-yokes (1) and or or flux guide pieces (4) are produced as a cutting tape core.

10. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the U-yokes (1) and or or flux guide pieces (4) are made of sintered material.

11. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the fixed part (S) of the machine has at least one cooling channel (8) for guiding a preferably liquid cooling medium. For this 6 sheets drawings 6/12