DE10039466A1 - Unipolar-Transversalflußmaschine - Google Patents
Unipolar-TransversalflußmaschineInfo
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Abstract
Bei einer Unipolar-Transversalflußmaschine weist zur Erzielung eines fertigungstechnisch günstigen modularen Aufbaus der Stator (11) und der Rotor (12) eine gleiche Anzahl identischer Statormodule (14) und Rotormodule (15) auf, wobei die Rotormodule (15) miteinander fluchtend auf der Rotorwelle (13) festgesetzt und die Statormodule (14) im Gehäuse (10) um einen Drehwinkel gegeneinander verdreht sind. Der Drehwinkel beträgt bei zwei vorhandenen Statormodulen (14) 90 DEG elektrisch und bei m vorhandenen Statormodulen (14) 360 DEG /m elektrisch, wobei m eine ganze Zahl und größer 2 ist. Jedes Statormodul (14) weist eine koaxial zur Rotorachse (19) angeordnete Ringspule (23) und diese übergreifende U-förmige Statorjoche (24) sowie zwischen diesen angeordnete Rückschlußelemente (25) auf. Jedes Rotormodul (15) besteht aus zwei Rotorringen (16, 17) mit Außenverzahnung und einem dazwischenliegenden, in Richtung der Rotorachse (19) unipolar magnetisierten Permanentmagnetring (18) (Fig. 1).
Description
Die Erfindung geht aus von einer Unipolar-Transversalfluß
maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Maschine dieser Art (EP 0 544 200 A1),
dort als Hybrid-Synchronmaschine mit Transversalmagnetfluß
(Hybrid Synchronous Machine with Transverse Magnetic Flux)
bezeichnet, weist die Zahnung eines jeden Rotorrings eine auf
dem von der Rotorachse abgekehrten Außenumfang des Rotorrings
sich erstreckende und eine auf dem der Rotorachse zugekehrten
Innenumfang des Rotorrings sich erstreckende Zahnreihe mit
gleicher Zahnteilung auf. Die Zahnreihen auf jedem Rotorring
sind dabei um eine Zahnteilung gegeneinander verschoben. Die
Jochteilung am Stator entspricht der Zahnteilung einer
inneren oder äußeren Zahnreihe, so daß immer ein äußerer Zahn
des einen Rotorrings und ein innerer Zahn des anderen
Rotorrings gleichzeitig unter einem Statorjoch liegen. Die
beiden aus jeweils zwei Rotorringen mit dazwischenliegendem,
axial unipolar magnetisiertem Ringmagneten bestehenden
Rotormodule sind an den in Achsrichtung des Rotors
voneinander abgekehrten Seiten eines Rotorkörpers
festgespannt, der am Gehäuse über Drehlager abgestützt ist.
Die vom Gehäuse aufgenommenen Statorjoche eines jeden
Statormoduls sind U-förmig ausgebildet und übergreifen mit
ihren parallel zur Rotorachse ausgerichteten Jochschenkeln
die inneren und äußeren Zahnreihen der beiden Rotorringe der
Rotormodule. Die konzentrisch zur Rotorachse angeordnete
kreisförmige Ringspule in jedem Statormodul durchläuft die
Statorjoche im Jochgrund, liegt also im Bereich zwischen der
vom Rotorkörper wegweisenden Ringfläche des äußeren
Rotorrings und dem Quersteg der Statorjoche.
Transversalflußmaschinen mit Permantentmagenterregung sind
aus der Literatur bekannt, so "Michael Bork, Entwicklung und
Optimierung einer fertigungsgerechten
Transversalflußmaschine, Diss. 82, RWTH Aachen, Shaker Verlag
Aachen, 1997, Seite 8 ff.". Die kreisförmig gewickelte
Statorwicklung wird von U-förmigen Jochen aus Weicheisen
umschlossen, die in Drehrichtung im Abstand doppelter
Polteilung angeordnet sind. Die offenen Enden dieser U-joche
sind auf den Luftspalt zwischen Stator und Rotor gerichtet
und bilden die Pole des Stators. Ihnen gegenüber sind
Permanentmagnetplättchen so angeordnet, daß die beiden
Plättchen, die den Polen eines Statorjoches gegenüberliegen,
entgegengesetzte Polarität besitzen. Um die Permanentmagnete,
die bei der Rotordrehung sich zeitweise zwischen den Polen
des Stators befinden und keinen ferromagnetischen Rückschluß
haben, kurzzuschließen, sind im Stator Rückschlußelemente
angeordnet. Diese verhindern, daß der Fluß der
Permanentmagnete über die Jochschenkel und die Ringspule
einstreut und durch Schwächung des Statorflusses die
Wirksamkeit der Statorflußverkettung vermindert. Die
Rückschlußelemente führen damit zu einer deutlichen
Leistungssteigerung der Maschine.
Die erfindungsgemäße Unipolar-Transversalflußmaschine hat den
Vorteil einer einfachen Konstruktion in Modulbauweise, mit
der jede gewünschte Strängigkeit der Maschine durch
Hinzunahme oder Wegfall identisch ausgebildeter Stator- und
Rotoreinheiten realisiert, d. h. modular aufgebaut, werden
kann. Mit zunehmender Zahl der aus jeweils einem Statormodul
und einem Rotormodul sich zusammensetzenden Moduleinheiten
verbessert sich der Rundlauf der Maschine und ein zunächst
schrittschaltähnliches Verhalten der Maschine geht in einem
kontinuierlichen Rundlauf ohne Rippel im Momentenverlauf
über. Da das Gesamtmoment der Maschine die Summe der
Momentenanteile der Moduleinheiten ist, kann das Gesamtmoment
der Maschine in einfacher Weise an bestehende Anforderungen
problemlos angepaßt werden.
Gegenüber herkömmlichen Transversalflußmaschinen hat die
erfindungsgemäße Unipolar-Transversalflußmaschine den Vorteil
einer einfachen, unipolaren Magnetisierung des Rotors und
einer einfachen Konstruktion durch Vermeiden der Vielzahl von
einzelnen Permanentmagneten. Der in der Statorwicklung
erzeugte Fluß geht primär nicht mehr durch die
Permanentmagnete sondern durch die Zähne der Rotorringe und
schließt sich über die Rückschlußelemente, so daß die Zähne
besser ausgenutzt werden. Es entstehen bessere Verhältnisse
der Flußführung, und der Gesamtanteil des Streuflusses wird
geringer. Außerdem dienen die Rückschlußelemente zur
Erzeugung eines Gegenpols im Stator, so daß man im Stator und
Rotor dieselbe Polzahl erhält. Die Ringspule, deren nach
außen gerichtete Abschnitte zwischen den Statorjochen eine
verhältnismäßig große Fläche besitzt, läßt sich gut kühlen,
so daß hohe Stromdichten in der Ringspule erreichbar sind.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Patentanspruch 1 angegebenen Unipolar-Transversalfluß
maschine möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
weisen die Rückschlußelemente C-Form mit zwei jeweils einem
Rotorring radial gegenüberliegenden kurzen Schenkeln und
einem diese miteinander verbindenden Quersteg auf, der sich
auf der der Rotorachse zugekehrten Innenseite der kreisförmig
ausgebildeten Ringspule parallel zur Rotorachse erstreckt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind
die Rückschlußelemente identisch den Statorjochen ausgebildet
und weisen U-form mit zwei jeweils einem Rotorring radial
gegenüberliegenden langen Schenkeln und einem diese
miteinander verbindenden parallel zur Rotorachse sich
erstreckenden Quersteg auf. Die Ringspule des Statormoduls
ist in der Radialebene punktsymmetrisch zur Rotorachse
mäanderförmig derart geformt, daß sie aufeinanderfolgend
abwechselnd zwischen den Jochschenkeln eines Statorjoches
hindurch und über die von der Rotorachse abgekehrte
Außenseite eines Rückschlußelements hinweg verläuft. Dies hat
den Vorteil, daß für Joche und Rückschlußelemente das gleiche
Werkzeug verwendet werden kann und dadurch mit dem gleichen
Werkzeug höhere Stückzahlen gefertigt werden können. Die
Ringspule läßt sich relativ einfach in die Mäanderform
bringen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
jedes Statormodul in einem aus zwei Halbschalen bestehenden
Gehäuse aufgenommen, die identisch ausgebildet und
spiegelsymetrisch aufeinandergesetzt sind und miteinander
axial fluchtende Radialnuten zum Einstecken der Statorjoche
und Rückschlußelemente sowie spiegelsymetrisch einander
gegenüberliegende, konzentrisch zur Gehäuseachse
ausgerichtete Vertiefungen zur Aufnahme der Ringspule
aufweisen. Dadurch wird eine selbsttragende
Statorkonstruktion mit identischen Bauteilen und einfacher
Fügetechnik erreicht, die für eine hochautomatisierte
Großserienproduktion bestens geeignet ist. Die selbsttragende
und selbsthaltende Funktion mit exakter Positionierung der
Statormodulelemente (Statorjoche, Rückschlußelemente,
Ringspule) ist nicht nur auf das einzelne Statormodul
beschränkt, sondern wird auch für die Positionierung weiterer
Statormodule zueinander und für die Kraft- bzw.
Momentübertragung verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt
jede Halbschale eine gitterartige Struktur mit einem
Innenring und einem dazu konzentrischen Außenring. Beide
Ringe sind durch Radialstege einstückig miteinander
verbunden. Die die Rückschlußelemente aufnehmenden
Radialnuten sind im Innenring eingebracht, während sich die
die Statorjoche aufnehmenden Radialnuten über Innenring,
Radialsteg und Außenring erstrecken. Diese Gitterstruktur mit
zwischen den Radialstegen liegenden Öffnungen ermöglicht eine
intensive Wärmeübergabe von den aktiven magnetischen und
elektrischen Statorelementen auf das Kühlmedium Luft und
damit eine intensive Wärmeabgabe zu der Umgebung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die Statorjoche und die sie aufnehmenden Radialnuten in Form
und Abmessungen so aufeinander abgestimmt, daß bei in die
Radialnuten eingesetzten Statorjochen die beiden Halbschalen
aneinander radial und axial unverschieblich fixiert sind.
Damit haben die Statorjoche zwei Funktionen, nämlich zum
einen die der magnetische Flußführung und zum andern die
einer mechanischen Klammer, welche die Halbschale
zusammenhalten und richtig positionieren.
Zur Realisierung der mechanischen Klammerfunktion weisen die
Statorjoche nach einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung an beiden Seiten ihres Querstegs jeweils einen
vorspringenden Haken auf, der bei in die Radialnuten
eingesetzten Statorjochen einen Radialsteg der beiden
Halbschalen auf dessen von der Radialnut abgekehrten
Rückseite formschlüssig übergreift.
Bei einer mehrsträngigen Ausführung der Unipolar-
Transversalflußmaschine, bei welcher die Rotormodule axial
fluchtend auf der Rotorwelle angeordnet und die Statormodule
gegeneinander um einen festen Winkel verdreht sind, der bei
zweisträngiger Ausführung 90° elektrisch und bei m strängiger
Ausführung 360°/m elektrisch mit m<2 beträgt, sind in den in
den Radialstegen sich erstreckenden Ringabschnitten des
Außenrings der Halbschalen von der von den Radialnuten
abgekehrten Außenseiten der Halbschale aus zwei voneinander
beabstandete Radialaussparungen eingebracht, deren Breite in
Umfangsrichtung der Breite der vorspringenden Haken und deren
radiale Tiefe der axialen Tiefe der Wurzel der vorspringenden
Haken entspricht. Zum spiegelsymetrischen Aufeinandersetzten
der beiden identischen Halbschalen ist die eine
Radialausnehmung im Ringabschnitt um den festen Winkel zu der
nachfolgenden Radialnut für ein Statorjoch und die andere
Radialausnehmung um den gleichen festen Winkel zu der
vorausgehenden Radialnut für ein Statorjoch versetzt
angeordnet. In eine dieser Radialausnehmungen pro
Ringabschnitt dringen die vorspringenden Haken des
benachbarten Statormoduls ein und gewährleisten den
erforderlichen Drehwinkelversatz zwischen benachbarten
Statormodulen.
In einer alternativen Ausführungsform der mehrsträngigen
Ausführung fluchten die Statormodule axial, während die
Rotormodule um einen gleichen wie vorstehend definierten
festen Winkel gegeneinander verdreht auf der Rotorwelle
angeordnet sind. Bei einer solchen Ausbildung der
mehrsträngigen Maschine entfallen die vorstehend
beschriebenen Radialausnehmungen im Außenring und die
Statorjoche der in Achsrichtung nebeneinanderliegenden
Statormodule sind in ihrem Querstegbereich durch axial sich
erstreckende Brücken miteinander verbunden. Die beiden
außenliegenden Statorjoche der miteinander verbundenen
Statorjoche weisen auf ihrer äußeren Seite jeweils einen vom
Quersteg vorspringenden Haken auf, der bei in die Radialnuten
eingesteckten Statorjochen einen Radialsteg der beiden
Halbschalen auf dessen von der Radialnut abgekehrten
Rückseite übergreift. Die miteinander verbundenen Statorjoche
mit den dazwischenliegenden Brücken sind vorzugsweise als
einstückige Stanzteile ausgeführt.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ausschnittweise eine perspektivische Ansicht
einer zweisträngigen, 32-poligen Unipolar-
Transversalflußmaschine, teilweise
schematisiert,
Fig. 2 eine Draufsicht einer Moduleinheit einer
8-poligen Unipolar-Transversalflußmaschine,
schematisch dargestellt,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in
Fig. 2,
Fig. 4 und Fig. 5 jeweils eine schematisch dargestellte
Draufsicht einer zweisträngigen, 8-poligen
Unipolar-Transversalflußmaschine in zwei
unterschiedlichen Drehstellungen des Rotors,
zur Erläuterung der Funktionsweise,
Fig. 6 ein Diagramm der Bestromung des Stators der
beiden Moduleinheiten der zweistrangigen
Unipolar-Transversalflußmaschine,
Fig. 7 jeweils ein Diagramm des Momentenverlaufs in
den beiden Rotormodulen und des Verlaufs des
Gesamtmoments an der Rotorwelle,
Fig. 8 ausschnittweise eine perspektivische
Darstellung einer Abwicklung einer
Moduleinheit mit einer modifizierten
Statorwicklung,
Fig. 9 eine perspektivische Explosionsdarstellung
eines ein Statormodul aufnehmenden Gehäuses
für eine einsträngige, 32-polige Unipolar-
Transversalflußmaschine,
Fig. 10 eine Draufsicht eines Statorjochs zur
Verwendung in dem Gehäuse in Fig. 9,
Fig. 11 eine Draufsicht zweier miteinander
verbundener, axial fluchtender Statorjoche für
eine zweisträngige Unipolar-Transversal
flußmaschine,
Fig. 12 ausschnittweise eine Draufsicht eines am
Gehäuse zu befestigenden Lagerschilds zur
Drehlagerung der Rotorwelle,
Fig. 13 ausschnittweise eine vereinfachte Darstellung
einer Moduleinheit einer als Hohlwellenversion
ausgeführten 16-poligen Unipolar-
Transversalflußmaschine.
Die in der Zeichnung in verschiedenen Ansichten und Schnitten
schematisiert dargestellte Unipolar-Transversalflußmaschine
weist ein Maschinengehäuse 10 mit einem daran gehaltenen
Stator 11 sowie einen im Stator 11 umlaufenden Rotor 12 auf,
der drehfest auf einer im Maschinengehäuse 10 gelagerten
Rotorwelle 13 sitzt. Der Rotor 12 weist mehrere Rotormodule
15 und der Stator 11 eine gleiche Anzahl von Statormodulen 14
auf. Die Rotormodule 15 sind axial hintereinander unmittelbar
auf die Rotorwelle 13 drehfest aufgesetzt, und die
Statormodule 14 sind axial hintereinander in radialer
Ausrichtung zum zugehörigen Rotormodul 15 am Maschinengehäuse
10 befestigt. Die Anzahl der jeweils ein Statormodul 14 und
ein Rotormodul 15 umfassenden Moduleinheiten ist bestimmt
durch die gewählte Strängigkeit der Unipolar-
Transversalflußmaschine, die in den beschriebenen
Ausführungsbeispielen zweisträngig ist und demzufolge zwei
Moduleinheiten besitzt. Sie kann aber auch einstrangig oder
drei- oder mehrsträngig ausgeführt werden. Die Statormodule
14 und die Rotormodule 15 und damit die Moduleinheiten sind
identisch ausgebildet, so daß die Unipolar-
Transversalflußmaschine eine modulare Bauweise aufweist und
durch Hinzufügen oder Verringern von Moduleinheiten
problemlos an bestehende Anforderungen bezüglich der Leistung
und des Drehmoments angepaßt werden kann.
Das Rotormodul 15 besteht aus zwei koaxialen, gezahnten,
ferromagnetischen Rotorringen 16, 17, die auf der Rotorwelle
13 sitzen und zwischen sich einen Permanentmagnetring 18
einspannen, der in axialer Richtung, also in Richtung der
Rotor- oder Gehäuseachse 19 unipolar magnetisisert ist. In
Fig. 3 ist beispielhaft die Magnetisierung des
Permanentmagnetrings 18 angegeben und der vom
Permanentmagnetring 18 erzeugte Magnetfluß 20 strichliniert
eingezeichnet. Zur Optimierung des Gesamtstreuflußverlaufs
und einer besseren Ausnutzung des Permanentmagnetrings 18 ist
letzterer mit seinen ringförmigen Stirnflächen in je einer
zentralen, axialen Vertiefung 29 bzw. 30 in den einander
zugekehrten Seitenflächen der Rotorringe 16, 17 aufgenommen.
Jeder Rotorring 16, 17 ist an seinem von der Rotorachse 19
abgekehrten Außenumfang mit konstanter Zahnteilung gezahnt,
so daß die durch jeweils eine Zahnlücke 21 voneinander
getrennten Zähne 22 der sich ergebenden Zahnreihe einen
gleichen Drehwinkelabstand voneinander haben. Die Zähne 22 am
Rotorring 16 und am Rotorring 17 fluchten in Axialrichtung
miteinander. Die Rotorringe 16, 17 mit den daran einstückig
angeformten Zähnen 22 sind lamelliert und werden bevorzugt
aus gleichen Blechstanzschnitten, die in Achsrichtung
aneinanderliegen, zusammengesetzt.
Das das Rotormodul 15 mit Radialabstand konzentrisch
umschließende Statormodul 14 weist eine koaxial zur
Rotorachse 19 angeordnete Ringspule 23 sowie die Ringspule 23
übergreifende U-förmige Statorjoche 24 auf. Die ebenfalls
lamellierten, aus Stanzblechen zu Blechpaketen
zusammengesetzten Statorjoche 24 sind hier am
Maschinengehäuse 10 mit einer der Zahnteilung am Rotormodul
15 entsprechenden Jochteilung festgelegt, so daß sie den
gleichen Drehwinkelabstand voneinander haben, wie die Zähne
22 der Rotorringe 16, 17. Die Statorjoche 24 sind hier so
angeordnet, daß jeweils der eine Jochschenkel 241 mit dem
einen Rotorring 16 und der andere Jochschenkel 242 mit dem
anderen Rotorring 17 des zugeordneten Rotormoduls 12 radial
fluchtet, wobei die Polflächen bildenden freien Stirnflächen
244 der Jochschenkel 241, 242 dem Rotorring 16 bzw. 17 mit
radialem Spaltabstand gegenüberstehen (vgl. Fig. 1 und 3). Im
Ausführungsbeispiel weisen die Stirnflächen 244 eine gleiche
axiale Breite wie die Rotorringe 16, 17 auf. Vorteilhaft sind
aber auch über die Rotorringe 16, 17 ein- oder beidseitig
axial überstehende Stirnflächen 244 der Jochschenkel 241,
242. Zwischen den in Drehrichtung des Rotors 12
aufeinanderfolgenden Statorjochen 24 ist jeweils ein
Rückschlußelement 25 angeordnet. Die ebenfalls lamellierten,
als Blechpakete hergestellten Rückschlußelemente 25 haben den
gleichen Drehwinkelabstand voneinander wie die Statorjoche 24
und sind gegenüber den Statorjochen 24 um eine halbe
Jochteilung versetzt bzw. eine Polteilung τ angeordnet. Die
Rückschlußelemente 25 erstrecken sich parallel zur Rotorachse
19 bis über beide Rotorringe 16, 17 und stehen diesen mit dem
gleichen radialen Spaltabstand gegenüber wie die Statorjoche
24. Die in Drehrichtung gemessenen Breite der
Rückschlußelemente 25 ist etwa gleich groß wie die in
Drehrichtung gemessene Breite der Statorjoche 24, während die
in Drehrichtung gemessene Breite der Zähne 22 an den
Rotorringen 16, 17 kleiner als die Polteilung τ ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die auch als
Rotorzahnbreite bZR bezeichnete Breite der Zähne 22 an den
Rotorringen 16, 17 im Vergleich zu der als Statorzahnbreite
bZS bezeichneten Breite der Statorjoche 24 und
Rückschlußelemente 25 wesentlich größer bemessen, und zwar
so, daß das Verhältnis der Rotorzahnbreite bZR zur
Statorzahnbreite bZS größer als 1 und kleiner als 2 ist. Die
obere Grenze wird dabei vorzugsweise niedriger gehalten und
beispielsweise gleich oder kleiner 1,5 gewählt. Ein
verbessertes Maschinenverhalten kann erreicht werden, z. B.
die Welligkeit von Momentrippeln geglättet werden, wenn die
Statorjoche 24 und Rückschlußelemente 25 nicht exakt um eine
Polteilung τ versetzt angeordnet sind, sondern ihr Abstand
von der Polteilung τ differiert.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1-5 haben die
Rückschlußelemente 25 C-Form mit zwei jeweils einem Rotorring
16, 17 radial gegenüberliegenden kurzen Schenkeln 251, 252
und einem diese miteinander verbindenden Quersteg 253, der
sich auf der der Rotorachse 19 zugekehrten Innenseite der
kreisförmig ausgebildeten Ringspule 23 parallel zur
Rotorachse 19 erstreckt. Durch diese Ausbildung der
Rückschlußelemente 25 und der Statorjoche 24 durchläuft die
kreisförmige Ringspule 23 die Statorjoche 24 am
Jochschenkelgrund und läuft dazwischen über jeweils ein
Rückschlußelement 25 hinweg. Die axiale Breite der
Stirnfläche 254 der Schenkel 251, 252 ist hier gleich der
axialen Breite der Rotorringe 16, 17 ausgeführt. Die Schenkel
251, 252 können aber auch axial über die Rotorringe 16, 17
überstehen.
Wie in Fig. 1 perspektivisch dargestellt und in Fig. 4 und 5
schematisch skizziert ist, sind bei der zweisträngigen
Ausführung der Unipolar-Transversalflußmaschine die beiden
axial nebeneinander auf der Rotorwelle 13 sitzenden
Rotormodule 15 der beiden Moduleinheiten miteinander
fluchtend ausgerichtet und die beiden im Maschinengehäuse 10
axial nebeneinander angeordneten Statormodule 14 der beiden
Moduleinheiten um 90° elektrisch gegeneinander verdreht, was
einer halben Polteilung τ entspricht. Bei der in Fig. 4 und
5 dargestellten 8-poligen Ausführung der Maschine entspricht
dieser Versatz einem Drehwinkel von 22,5° und bei der in Fig.
1 dargestellten 32-poligen Ausführung der Maschine einem
Versatzwinkel in Drehrichtung von 5,625°. Alternativ ist es
möglich, die beiden Statormodule 14 in Achsrichtung
miteinander fluchtend auszurichten und die auf der Rotorwelle
13 sitzenden Rotormodule 15 um den genannten elektrischen
Winkel von 90° gegeneinander zu verdrehen.
Die Wirkungsweise der Maschine ist in der Betriebsart als
Motor nachfolgend anhand der Fig. 4-7 erläutert. In Fig. 4
und 5 ist dabei die zweisträngige Maschine in Draufsicht
schematisch dargestellt, wobei das Statormodul 14 der in
Draufsicht hinter der vorderen Moduleinheit liegenden
Moduleinheit im Durchmesser vergrößert dargestellt ist, um es
sichtbar zu machen. Die beiden auf der Rotorwelle 13 drehfest
sitzenden, den Rotar 12 bildenden Rotormodule 15 der
Moduleinheiten fluchten miteinander, so daß nur das
Rotormodul 15 der in Draufsicht vorderen Moduleinheit zu
sehen ist. Fig. 4 und 5 zeigen eine gleiche Darstellung der
Maschine in zwei unterschiedlichen Drehstellungen des Rotors
12. In Fig. 6 ist ein Diagramm der Bestromung der beiden
Ringspulen 23 in den beiden Statormodulen 14 in Abhängigkeit
von der Drehstellung θ des Rotors 12 dargestellt. Jede
Ringspule 23 wird bipolar bestromt, also abwechselnd mit
einem positiven und einem negativen Stromimpuls
beispielsweise mit gleicher Amplitude beaufschlagt, wobei die
Stromimpulse in den beiden Ringspulen 23 der Statormodule 14
um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.
In Fig. 4 ist bei einer Drehstellung des Rotors 12 unter
einem Drehwinkel θ1 die Ringspule 23 mit einem positiven
Stromimpuls beaufschlagt. Die momentane Stromrichtung in der
Ringspule 23 ist in Fig. 4 durch den der Ringspule 23
zugeordneten Pfeil 26 symbolisiert. Dieser Strom erzeugt
einen Statorfluß über die Statorjoche 24, den Zähnen 22 der
Rotorringe 16, 17 und den Rückschlußelementen 25, wie er in
Fig. 4 für ein Statorjoch 24, einen Zahn 22 und ein
Rückschlußelement 25 durch Pfeil 27 angedeutet ist. Der
Statorfluß 27 verläuft dabei radial in dem einen Jochschenkel
241 zu dem diesen gegenüberstehenden Zahn 22 und schließt
sich über das Rückschlußelement 25, dem zweiten Jochschenkel
242 und dem Quersteg 243 (hier nicht zu sehen) des
Statorjochs 24. Der Magnetfluß 20, der, wie Fig. 3 zeigt, im
Rotorring 16 in Radialrichtung nach außen und im Rotorring 17
radial nach innen gerichtet ist, ist in Fig. 4 und 5 durch
Pfeile 20 symbolisiert. An dem dargestellten Flußverlauf
sieht man deutlich, daß der Magnetfluß 20 dem Ständerfluß 27
im Bereich der Statorjoche 24 entgegengerichtet und im
Bereich der Rückschlußelemente 25 gleichgerichtet ist.
Demzufolge werden die Zähne 22 von den Statorjochen 24
abgestoßen und von den Rückschlußelementen 25 angezogen, so
daß sich der Rotor 12 in Pfeilrichtung 27 um einen
Winkelschritt dreht. Bei gleicher, um 90° phasenverschobener
Bestromung der Ringspule 23 in dem zweiten Statormodul 14
läuft der gleiche Prozeß ab, und der Rotor 12 wird um einen
gleichen Drehwinkel gedreht, so daß er sich insgesamt um
einen Drehwinkel θ2 (Fig. 5) gedreht hat. Nunmehr wird die
Stromrichtung des Stromimpulses in der Ringspule 23
invertiert, was durch den der Ringspule 23 zugeordneten Pfeil
26 in Fig. 5 symbolisiert ist. Bei unverändertem Magnetfluß
20 ändert sich der Statorfluß in der durch Pfeil 27 in Fig. 5
angedeuteten Weise. Infolgedessen werden die Zähne 22 des
Rotors 12 von den Statorjochen 24 angezogen und von den
Rückschlußelementen 25 abgestoßen, und der Rotor 12 bewegt
sich in gleiche Drehrichtung 28 weiter. Um 90°
phasenverschoben werden dann die der Ringspule 23 im zweiten
Statormodul 14 zugeführten Stromimpulse invertiert, und der
gleiche Vorgang läuft wieder ab. Wie das Bestromungsmuster
der beiden Statormodule 14 in Fig. 6 zeigt, wird der
beschriebene Vorgang über den gesamten Drehwinkel θ von 360°
des Rotors 12 fortgesetzt, so daß der Rotor 12 umläuft.
In Fig. 7 sind die an der Rotorwelle 13 anstehenden
Drehmomente über den Drehwinkel θ des Rotors 12 dargestellt.
Die beiden oberen Diagramme zeigen den Verlauf der
Drehmomente, wie sie von jedem der beiden Moduleinheiten
anteilig geliefert werden. Das untere Diagramm in Fig. 7
zeigt das an der Rotorwelle 13 abnehmbare Gesamtdrehmoment,
das sich aus der Addition der von den beiden Moduleinheiten
erzeugten der Einzelmomente ergibt. Wie aus Fig. 7 zu
erkennen ist, schwankt das Drehmoment M über den Drehwinkel
θ, so daß der Drehmomentenverlauf mit einem unerwünschten
Rippel versehen ist. Diesen Rippel kann man weniger merkbar
machen, wenn einerseits die Polzahl der Maschine erhöht und
andererseits die Anzahl der Moduleinheiten der Maschine und
damit die Anzahl der Stränge vergrößert wird. Als elektrisch
und fertigungstechnisch günstig hat sich dabei die in Fig. 1
dargestellte 32-polige Ausführung der Maschine erwiesen.
Die im Ausführungsbeispiel beschriebene zweisträngige
Maschine kann mit mehr als zwei Strängen ausgeführt werden.
Ist die Anzahl m der Stränge und damit die Anzahl der
räumlich parallel angeordneten Moduleinheiten mit auf einer
gemeinsamen Rotorwelle 13 sitzenden identischen Rotormodulen
15 eine ganze Zahl größer als 2, so sind die am Stator 11
axial hintereinander angeordneten Statormodule 14 um einen
elektrischen Winkel von 360°/m gegeneinander zu verschieben,
bei einer dreisträngigen Maschine mit drei Moduleinheiten
also um 120° elektrisch.
In den Ausführungsbeispielen der Unipolar-
Transversalflußmaschine gemäß Fig. 1-5 ist die Ringspule 23
kreisförmig ausgeführt und konzentrisch zur Rotorachse 19
angeordnet. Dies erfordert eine unterschiedliche geometrische
Ausbildung der Statorjoche 24 und der Rückschlußelemente 25.
In einer alternativen Ausführungsform einer Moduleinheit, wie
sie in Fig. 8 perspektivisch ausschnittweise als Abwicklung
dargestellt ist, sind die Rückschlußelemente 25' identisch
wie die Statorjoche 24 ausgebildet. Die Statorjoche 24 sind
hier nur schematisch dargestellt und in ihren Proportionen
nicht den Proportionen der Zähne 22 der Rotorringe 16, 17
angepaßt, wie dies beispielsweise in Fig. 4 und 5 der Fall
ist. Wie die Statorjoche 24 haben die Rückschlußelemente 25'
U-Form mit zwei jeweils einem Rotorring 16 bzw. 17 radial
gegenüberliegenden langen Schenkeln 251' und 252' und einem
diesen miteinander verbindenden, parallel zur Rotorachse 19
sich erstreckenden Quersteg 253'. Die Ringspule 23', die zur
Erzeugung des Statorflusses einerseits durch die Statorjoche
24 hindurch und andererseits über die Querstege 253' der
Rückschlußelemente 25' hinweggeführt werden muß, ist
demzufolge in der Radialebene punktsymmetrisch zur Rotorachse
19 mäanderförmig geformt, so daß sie einerseits an der zur
Rotorachse 19 hin gerichteten Innenseite der Querstege 243
der Statorjoche 24 und andererseits an der von der Rotorachse
19 abgekehrten Außenseite der Querstege 253' der
Rückschlußelemente 25' verläuft.
Jedes der vorstehend beschriebenen Statormodule 14 ist als
selbsttragende Konstruktion ausgeführt und ist hierzu in
einem aus zwei Halbschalen 31, 32 bestehenden Gehäuse 30
aufgenommen. Die beiden Halbschalen 31, 32 sind identisch
ausgebildet und spiegelsymetrisch aufeinandergesetzt, wie
dies aus der Explosionsdarstellung in Fig. 9 ersichtlich ist.
Jede Halbschale 31, 32 weist eine gitterartige Struktur mit
einem Innenring 33 und einem dazu konzentrischen Außenring 34
auf, die durch Radialstege 35 einstückig miteinander
verbunden sind. In den Halbschalen 31, 32 sind einerseits
Radialnuten 36 zur Aufnahme der Statorjoche 24, die sich über
Innenring 33, Radialsteg 35 und Außenring 34 erstrecken,
sowie andererseits Radialnuten 37 zum Einstecken der
Rückschlußelemente 25 ausgebildet, die sich nur über den
Innenring 33 erstrecken. Die Anzahl der Radialnuten 36, 37
insgesamt entspricht der Anzahl der Statorelemente
(Statorjoche und Rückschlußelemente) und beträgt im
Ausführungsbeispiel der Fig. 9 für eine 32-polige Unipolar-
Transversalflußmaschine zweiunddreißig. Die Breite der
Radialnuten 36, 37 ist dabei auf die Dicke der Statorjoche 24
bzw. Rückschlußelemente 25 abgestimmt, und die axiale Tiefe
der Radialnuten 36, 37 ist geringfügig größer bemessen als
die halbe axiale Breite der Statorjoche 24 bzw. der
Rückschlußelemente 25. Neben diesen Radialnuten 36, 37 weisen
die beiden aufeinandergesetzten Halbschalen 31, 32
spiegelsymetrisch einander gegenüberliegende, konzentrisch
zur Gehäuseachse 38 angeordnete Vertiefungen 39 zur Aufnahme
der Ringspule 23 des Statormoduls 14 (Fig. 1) auf. Die
Vertiefungen 39 sind dabei in die Radialstege 35 eingebracht,
so daß die Ringspule 23, die in Fig. 8 nicht dargestellt ist,
über die von Innenring 33, Außenring 34 und den Radialstegen
35 eingeschlossenen Luftdurchsatzöffnungen 40 hinweg
verläuft, durch die hindurch eine optimale Wärmeabfuhr von
der Ringspule 23 und den Statorjochen 24 und
Rückschlußelementen 25 gewährleistet ist.
Die Statorjoche 24 und die Radialnuten 36 sind so aufeinander
abgestimmt, daß bei in die Radialnuten 36 und 37 eingesetzten
Statorjochen 24 und Rückschlußelementen 25 die beiden
Halbschalen 31, 32 des Gehäuses 30 radial und axial
unverschieblich fixiert sind. Hierzu sind die Statorjoche 24
gegenüber den Ausführungsbeispielen in Fig. 1-3 modifiziert
und weisen - wie es bei einem in Fig. 10 in Draufsicht und in
Fig. 9 in Einsetzposition im Gehäuse 30 dargestellten
Statorjoch 24 zu sehen ist - an beiden Seiten ihres Querstegs
243 jeweils einen nach außen radial vorspringenden Haken 41
mit Hakenwurzel 411 und sich parallel zu den Jochschenkeln
251, 252 erstreckendem Übergreifungslappen 412 auf, der bei
in die Radialnut 36 eingestecktem Statorjoch 24 (Fig. 9)
einen Radialsteg 35 in den beiden Halbschalen 31, 32 auf
dessen von der Radialnut 36 abgekehrten Rückseite
formschlüssig übergreift. Hierzu ist an dem im Außenring 34
liegenden Ende jeder Radialnut 36 zur Aufnahme der
Statorjoche 24 eine radiale Ausnehmung 42 in den Nutboden
eingebracht, deren radiale Tiefe so bemessen ist, daß bei
lagerichtig in die Radialnut 36 eingesetztem Statorjoch 24
die Hakenwurzel 411 des Hakens 41 mit ihrer zum Innenring 33
weisenden Unterkante im Grunde der Ausnehmung 42 anschlägt.
Damit sind einerseits die Statorjoche 24 in Radialrichtung
toleranzgenau positioniert und klammern anderseits mit den
Übergreifungslappen 412 ihrer Haken 41 die beiden Halbschalen
31, 32 aneinander.
Zur Sicherstellung eines selbsttätigen Anlaufs der Unipolar-
Transversalflußmaschine wird diese mindestens zweisträngig
ausgeführt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Jedes
Statormodul 14 wird dabei in dem vorstehend beschriebenen
Gehäuse 30 aufgenommen, und die beiden Gehäuse 30 werden
gegeneinander um 90° elektrisch verdreht axial
aneinandergesetzt. Bei der 32-poligen Ausführung der
Unipolar-Transversalflußmaschine entspricht der Drehversatz
einem Drehwinkel von 5,625° räumlich. Um diesen Drehversatz
der Gehäuse 30 toleranzgenau zu gewährleisten, sind in den
zwischen den Radialstegen 35 sich erstreckenden, die
Luftdurchsatzöffnungen 40 nach außen begrenzenden
Ringabschnitten 341 des Außenrings 34 einer jeden Halbschale
31 bzw. 32 von der von den Radialnuten 36, 37 abgekehrten
Außenseite der Halbschale 31 bzw. 32 aus zwei voneinander
beabstandete, identische Radialaussparungen 43, 44
eingebracht. Die Breite der Radialaussparungen 43, 44
entspricht der Breite der an den Statorjochen 24 beidseitig
vorspringenden Haken 41 und deren radiale Tiefe der axialen
Abmessung der Haken 41. Der in Umfangsrichtung gesehene
Abstand der Radialaussparung 43 zu der in Umfangsrichtung des
Gehäuses 30 nachfolgenden Radialnut 36 für ein Statorjoch 24
und der gleiche Abstand der Radialaussparung 44 zu der
vorausgehenden Radialnut 36 für ein Statorjoch 24 entspricht
dem Winkel, um den bei der zweisträngigen Ausführung der
Unipolar-Transversalflußmaschine die beiden Statormodule 14
gegeneinander verdreht werden müssen. Bei der zweisträngigen
Ausführung beträgt der genannte Abstand 90° elektrisch, also
bei der 32-poligen Maschine 5,625° räumlich. Bei einer
mehrsträngigen Maschine beträgt dieser Drehwinkelversatz
360°/m, wobei m die Zahl der aneinandergesetzten Statormodule
14 und größer als 2 ist. Bei aufeinanderliegenden Halbschalen
31, 32 greifen die Haken 41 in die Radialaussparungen 43 oder
44 der benachbarten Halbschale des Gehäuses 30 vom nächsten
Statormodul 14 ein, so daß beide Statormodule 14 in
Umfangsrichtung genau positioniert sind.
Die Montage des Statormoduls 14 im Gehäuse 30 erfolgt durch
Fügetechnik wie folgt:
Zunächst werden in einer Halbschale 31 alle Radialnuten 37 im Innenring 33 mit den Rückschlußelementen 25 bestückt, wie dies in Fig. 9 in der unteren Halbschale 31 für ein Rückschlußelement dargestellt ist. Danach wird die Ringspule 23 (Fig. 1) in die in Umfangsrichtung fluchtenden Vertiefungen 39 in den Radialstegen 35 eingelegt. Dann wird die andere Halbschale 32 auf die vormontierte Halbschale 31 aufgesetzt, wobei die aus der Halbschale 31 axial vorstehenden Rückschlußelemente 25 in die Radialnuten 37 der Halbschale 32 eindringen. Anschließend werden von außen her die Statorjoche 24 in die Radialnuten 36 eingeschoben, bis die Wurzeln 411 der vorspringenden Haken 41 im Grunde der Ausnehmungen 42 anschlagen, wobei gleichzeitig die Übergreifungslappen 412 die Radialstege 35 auf deren Rückseiten übergreifen und so die beiden Halbschalen 31, 32 in Achsrichtung miteinander verklemmen. Die Lage der Statorjoche 24 in den beiden Halbschalen 31, 32 ist in Fig. 9 für ein Statorjoch 24 in der unteren Halbschale 31 dargestellt.
Zunächst werden in einer Halbschale 31 alle Radialnuten 37 im Innenring 33 mit den Rückschlußelementen 25 bestückt, wie dies in Fig. 9 in der unteren Halbschale 31 für ein Rückschlußelement dargestellt ist. Danach wird die Ringspule 23 (Fig. 1) in die in Umfangsrichtung fluchtenden Vertiefungen 39 in den Radialstegen 35 eingelegt. Dann wird die andere Halbschale 32 auf die vormontierte Halbschale 31 aufgesetzt, wobei die aus der Halbschale 31 axial vorstehenden Rückschlußelemente 25 in die Radialnuten 37 der Halbschale 32 eindringen. Anschließend werden von außen her die Statorjoche 24 in die Radialnuten 36 eingeschoben, bis die Wurzeln 411 der vorspringenden Haken 41 im Grunde der Ausnehmungen 42 anschlagen, wobei gleichzeitig die Übergreifungslappen 412 die Radialstege 35 auf deren Rückseiten übergreifen und so die beiden Halbschalen 31, 32 in Achsrichtung miteinander verklemmen. Die Lage der Statorjoche 24 in den beiden Halbschalen 31, 32 ist in Fig. 9 für ein Statorjoch 24 in der unteren Halbschale 31 dargestellt.
Bei der mehrsträngigen Ausführung der Unipolar-
Transversalflußmaschine wird ein in gleicher Weise gefügter
zweiter Statormodul 14 mit dem Gehäuse 30 an das erste
Gehäuse 30 angesetzt, wobei - wie vorstehend beschrieben -
die Haken 41 der Statorjoche 24 in die einen der
Radialaussparungen 43 oder 44 des zweiten Gehäuses 30
eingreifen und die Verdrehung der Statormodule 14 um 90°
elektrisch gegeneinander gewährleisten. Auf die beiden
äußeren Halbschalen 31, 32 der insgesamt vier Halbschalen 31,
32 wird jeweils ein Lagerschild 45 zur Aufnahme der
Rotorwelle 13 befestigt. Der Lagerschild 45 ist hälftig in
Fig. 12 in perspektivischer Darstellung zu sehen. Zwei solche
Lagerschildhälften 45 werden mit einem Flanschteil 46 auf dem
Innenring 33 der Halbschale 31 bzw. 32 befestigt. Ein
rechtwinklig vom Flanschteil 46 abstehender Lagerstutzen 47
nimmt das Drehlager für die Rotorwelle 13 (Fig. 1) auf.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann eine mehrsträngige
Ausführung der Unipolar-Transversalflußmaschine auch in der
Weise realisiert werden, daß die fest nebeneinander
angeordneten Statormodule 14 axial fluchtend ausgerichtet
sind und die Rotormodule 15 um einen festen Winkel
gegeneinander auf der Rotorwelle 13 verdreht angeordnet sind.
In diesem Fall ergibt sich die Möglichkeit, die Statorjoche
24 der in Achsrichtung nebeneinanderliegenden Statormodule 14
in ihrem Querstegbereich durch axial sich erstreckende
Brücken 48 miteinander zu verbinden, wie dies für eine
zweisträngige Ausführung in Fig. 11 dargestellt ist. Die
Statorjoche 24 mit Brücke 48 sind dabei als einstückige
Stanzteile 49 ausgeführt. An den voneinander abgekehrten
Außenseiten der Statorjoche 24 ist jeweils wiederum ein
vorspringender Haken 41 angeordnet. Die Stanzteile 49 werden
nach Vormontage in die miteinander fluchtenden Radialnuten 36
in den vier Halbschalen 31, 32 eingelegt, wobei die Brücken
48 in den radialen Ausnehmungen 42 in den beiden
aneinanderliegenden Halbschalen 31, 32 einliegen und die
vorspringenden Haken 41 jeweils die Radialstege 35 der beiden
äußeren Halbschalen 31, 32 auf deren von den Radialnuten 36
abgekehrten Rückseite übergreifen.
In Fig. 13 ist eine Moduleinheit für eine als
Hohlwellenversion ausgeführte 16-polige Universal-
Transversalflußmaschine dargestellt. Die Moduleinheit besteht
wiederum aus einem Statormodul 14 und einem Rotormodul 15,
die beide wie vorstehend beschrieben aufgebaut sind, so daß
in Fig. 13 gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 13 sitzt
das Rotormodul 15 drehfest auf einer Hohlwelle 50. Die
komplette Unipolar-Transversalflußmaschine ist wie in Fig. 1
zweisträngig ausgeführt und besitzt demzufolge zwei
Moduleinheiten mit zwei Statormodulen 14 und zwei auf der
Hohlwelle 50 nebeneinander angeordneten Rotormodulen 15,
wobei das Statormodul 14 oder das Rotormodul 15 der zweiten
Moduleinheit wiederum um 90° elektrisch gegenüber der ersten
Moduleinheit verdreht ist.
Eine solche Hohlwellenversion der Unipolar-
Transversalflußmaschine eignet sich besonders vorteilhaft als
Antriebsmotor für eine elektronmechanische Radbremse, wie sie
beispielsweise in der WO 96/00301 beschrieben ist. Das vom
Antriebsmotor angetriebene Rotations/Translations-
Umsetzungsgetriebe ist dann im Innern der Hohlwelle 50
untergebracht, so daß eine extrem kleine Bauform der
Radbremse erzielt wird.
Selbstverständlich ist es möglich, die Unipolar-
Transversalflußmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig.
13 auch mehrsträngig, z. B. dreisträngig, auszuführen, doch
bietet die zweisträngige Ausführung hinsichtlich des
erforderlichen Platzbedarfs für die Unterbringung der
elektromechanischen Radbremse die größeren Vorteile.
Claims (26)
1. Unipolar-Transversalflußmaschine mit einem um eine
Rotorachse (19) drehbaren Rotor (12), der mindestens ein
Rotormodul (15) aufweist, das aus jeweils zwei koaxialen,
mit konstanter Zahnteilung gezahnten, ferromagnetischen
Rotorringen (16, 17) und einem zwischen den Rotorringen
(16, 17) eingespannten, in Richtung der Rotorachse (19)
unipolar magnetisierten Permanentmagnetring (18)
zusammengesetzt ist, und mit einem zur Rotorachse (19)
konzentrischen Stator (11), der mindestens ein dem
Rotormodul (15) zugeordnetes Statormodul (14) aufweist,
das aus einer koaxial zur Rotorachse (19) angeordneten
Ringspule (23; 23') und diese übergreifenden U-förmigen
Statorjochen (24), die mit einer der Zahnteilung
entsprechenden Teilung an einem Gehäuse (10) festgelegt
sind, bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnung
der Rotorringe (16, 17) ausschließlich an dem von der
Rotorachse (19) abgekehrten Außenumfang der Rotorringe
(16, 17) vorgenommen ist, daß in dem Statormodul (14) die
Statorjoche (24) so angeordnet sind, daß der eine
Jochschenkel (241) der Statorjoche (24) dem einen
Rotorring (16) und der andere Jochschenkel (242) der
Statorjoche (24) dem anderen Rotorring (17) jeweils mit
radialem Spaltabstand gegenübersteht, und daß zwischen in
Drehrichtung des Rotors (12) aufeinanderfolgenden
Statorjochen (24) jeweils ein Rückschlußelement (25; 25')
angeordnet ist, das sich axial über beide Rotorringe
(16, 17) erstreckt und diesen mit radialem Spaltabstand
gegenübersteht.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rotor (12) zwei gleiche Rotormodule (15) und der Stator
(11) zwei gleiche Statormodule (14) aufweist und daß die
Statormodule (14) axial nebeneinander in einem Gehäuse
(10) und die Rotormodule (15) axial nebeneinander auf
einer Rotorwelle (13) in gegenseitiger Zuordnung jeweils
so festgesetzt sind, daß die Statormodule (14) oder die
Rotormodule (15) jeweils um 90° elektrisch gegeneinander
verdreht sind.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rotor (12) m Rotormodule (15) und der Stator (11) m
Statormodule (14) aufweist und daß die Statormodule (14)
axial nebeneinander in einem Gehäuse (10) und die
Rotormodule (15) axial nebeneinander auf einer Rotorwelle
(13) in gegenseitiger Zuordnung jeweils so festgesetzt
sind, daß die Statormodule (14) oder die Rotormodule (15)
jeweils um 360°/m elektrisch, wobei m eine ganze Zahl und
größer als 2 ist.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Statorjoche (24) und
Rückschlußelemente (25; 25') sowie die Rotorringe (16, 17)
lamelliert sind.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückschlußelemente (25; 25') um
eine Polteilung zu den Statorjochen (24) versetzt
angeordnet sind.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß der radiale Spaltabstand zwischen den
Statorjochen (24) und den Rotorringen (16, 17) einerseits
und zwischen den Rückschlußelementen (25; 25') und den
Rotorringen (16, 17) andererseits gleich groß bemessen ist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß die freie Stirnfläche (244) der
Jochschenkel (241, 242) der Statorjoche (24) mindestens die
gleiche axiale Breite wie die Rotorringe (16, 17)
aufweisen, vorzugsweise über diese ein- oder beidseitig
vorstehen.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite der Statorjoche (24) und
die Breite der Rückschlußelemente (25; 25'), jeweils in
Drehrichtung gemessen, in etwa gleich groß ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zahnbreite (bZR)
der Zähne (22) an den Rotorringen (16, 17) zur Breite (bZS)
der Statorjoche (24), und Rückschlußelemente (25) jeweils
in Drehrichtung gesehen, größer als 1 und kleiner als 2,
vorzugsweise gleich oder kleiner 1,5, gewählt ist.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückschlußelemente (25) C-Form mit
zwei jeweils einem Rotorring (16, 17) radial
gegenüberliegenden kurzen Schenkeln (251, 252) und einem
diese miteinander verbindende Quersteg (253) aufweisen,
der sich auf der der Rotorachse (19) zugekehrten
Innenseite der kreisförmig ausgebildeten Ringspule (23)
parallel zur Rotorachse (19) erstreckt.
11. Maschine nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückschlußelemente (25') U-Form
mit zwei jeweils einem Rotorring (16, 17) radial
gegenüberliegenden langen Schenkeln (251', 252') und einem
diese miteinander verbindenden, parallel zur Rotorachse
(19) sich erstreckenden Quersteg (253') aufweisen und daß
die Ringspule (23') des Statormoduls (14) in der
Radialebene punktsymmetrisch zur Rotorachse (19)
mäanderförmig derart geformt ist, daß sie
aufeinanderfolgend abwechselnd zwischen den Jochschenkeln
(241, 242) eines Statorjochs (24) hindurch und über die von
der Rotorachse (19) abgekehrte Außenseite eines Querstegs
(253') eines Rückschlußelements (25') hinweg verläuft.
12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Statorjoche (24) und Rückschlußelemente (25') identisch
ausgebildet sind.
13. Maschine nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch
gekennzeichnet, daß die freie Stirnfläche (254 bzw. 254')
der Schenkel (251, 252 bzw. 251', 252') der
Rückschlußelemente (25 bzw. 25') zumindest die gleiche
axiale Breite wie die Rotorringe (16, 17) aufweisen,
vorzugsweise über diese ein- oder beidseitig vorstehen.
14. Maschine nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Statormodule (14) bipolar in
Abhängigkeit vom Drehwinkel (θ) des Rotors (12) mit
Stromimpulsen bestromt werden und daß die Stromimpulse in
den Statormodulen (14) bei zwei vorhandenen Statormodulen
(14) um 90° und bei m vorhandenen Statormodulen (14) um
360°/m gegeneinander phasenverschoben sind, wobei m eine
ganze Zahl und größer 2 ist.
15. Maschine nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Statormodul (14) in einem aus
zwei Halbschalen (31, 32) bestehenden Gehäuse (30)
aufgenommen ist, die identisch ausgebildet und
spiegelsymetrisch aufeinandergesetzt sind und axial
miteinander fluchtende Radialnuten (36, 37) zum Einstecken
einerseits der Statorjoche (24) und andererseits der
Rückschlußelemente (25) sowie spiegelsymetrisch einander
gegenüberliegende konzentrisch zur Gehäuseachse (38)
ausgerichtete Vertiefungen (39) zum Aufnehmen der
Ringspule (23) aufweisen.
16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Halbschale (31, 32) eine gitterartige Struktur mit
einem Innenring (33) und einem dazu konzentrischen
Außenring (34) aufweist, die durch Radialstege (35)
einstückig miteinander verbunden sind, und daß die die
Rückschlußelemente (25) aufnehmenden Radialnuten (37) im
Innenring (33) eingebracht sind und die die Statorjoche
(24) aufnehmenden Radialnuten (36) sich über Innenring
(33), Radialsteg (35) und Außenring (34) erstrecken.
17. Maschine nach Anspruch 1b, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vertiefungen (39) für die Ringspule (23) in die
Radialstege (35) eingebracht sind.
18. Maschine nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Statorjoche (24) und die sie
aufnehmenden Radialnuten (36) so aufeinander abgestimmt
sind, daß bei in den Radialnuten (36, 37) eingesetzten
Statorjochen (24) und Rückschlußelementen (25) die beiden
Halbschalen (31, 32) aneinander radial und axial
unverschieblich fixiert sind.
19. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
Breite der Radialnuten (36, 37) auf die Dicke der
Statorjoche (24) und Rückschlußelemente (25) abgestimmt
ist und die axiale Tiefe der Radialnuten (36, 37)
geringfügig größer bemessen ist, als die halbe axiale
Breite der Statorjoche (24) und Rückschlußelemente (25).
20. Maschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die Statorjoche (24) an beiden Seiten ihres Querstegs
(243) jeweils einen vorspringenden Haken (41) aufweisen,
der bei in die Radialnuten (36) eingesteckten Statorjochen
(24) einen Radialsteg (35) der beiden Halbschalen (31, 32)
auf dessen von der Radialnut (36) abgekehrten Rückseite
formschlüssig übergreift.
21. Maschine nach Anspruch 20 in mehrsträngiger Ausführung,
bei der die Rotormodule (15) axial fluchtend auf der
Rotorwelle (13) angeordnet und die Statormodule (14)
gegeneinander um einen festen Winkel verdreht sind,
dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen den
Radialstegen (35) sich erstreckenden Ringabschnitten (341)
des Außenrings (34) der Halbschalen (31, 32) von der von
den Radialnuten (36) abgekehrten Außenseiten der
Halbschale (31) aus zwei voneinander beabstandete
Radialaussparungen (42, 43) eingebracht sind, deren Breite
in Umfangsrichtung der Breite der an den Statorjochen (24)
vorstehenden Haken (41) und deren radiale Tiefe der
axialen Abmessung der Haken (41) entspricht, und daß die
eine Radialausnehmung (43) um den festen Drehwinkel zu der
nachfolgenden Radialnut (36) für ein Statorjoch (24) und
die andere Radialausnehmung (44) um den gleichen festen
Drehwinkel zu der vorausgehenden Radialnut (36) für ein
Statorjoch (24) versetzt angeordnet ist.
22. Maschine nach Anspruch 18 oder 19 in mehrsträngiger
Ausführung, bei der die Statormodule (14) axial fluchten
und die Rotormodule (15) um einen festen Winkel
gegeneinander verdreht auf der Rotorwelle (13) angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorjoche (24) der
in Achsrichtung nebeneinanderliegenden Statormodule (14)
in ihrem Querstegbereich durch axial sich erstreckende
Brücken (48) miteinander verbunden sind, daß die beiden
außenliegenden der miteinander verbundenen Statorjoche
(24) auf ihrer äußeren Seite jeweils einen vom Quersteg
(243) vorspringende Haken (41) aufweist, der bei in die
Radialnuten (36) eingesteckten Statorjochen (24) einen
Radialsteg (35) der beiden äußeren Halbschalen (31, 32)
auf dessen von der Radialnut (36) abgekehrten Rückseite
übergreift.
23. Maschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die
über Brücken (48) miteinander verbundenen Statorjoche (24)
als einstückige Stanzteile (49) ausgeführt sind.
24. Maschine nach einem der Ansprüche 20-23, dadurch
gekennzeichnet, daß an dem im Außenring (34) liegenden
Ende einer jeden Radialnut eine radiale Ausnehmung (42) in
den Nutboden eingebracht ist, deren radiale Tiefe so
bemessen ist, daß bei lagerichtig in die Radialnut (36)
eingesetztem Statorjoch (24) die Hakenwurzel (411) des am
Quersteg (23) vorspringenden Hakens (41) mit ihrer zum
Innenring (33) weisenden Unterkante im Grunde der
Ausnehmung (42) anschlägt.
25. Maschine nach einem der Ansprüche 15-24, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Drehlagerung der Rotorwelle (13)
zwei Lagerschilde (45) auf die beiden außenliegenden
Halbschalen (31, 32) aufgesetzt sind, die mit einem
Flanschteil (46) auf den Halbschalen (31, 32) befestigt
sind und in einem davon abstehenden koaxialen Lagerstutzen
(47) die Rotorwelle (13) aufnehmen.
26. Maschine nach einem der Ansprüche 1-25, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Rotormodul (15)
auf einer Hohlwelle (50) drehfest angeordnet ist.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10039466A DE10039466A1 (de) | 2000-05-05 | 2000-08-12 | Unipolar-Transversalflußmaschine |
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