DE10110719A1 - Transversalflußmaschine mit mehreren einsträngigen Erregerteilen - Google Patents

Abstract

Elektrische Maschinen für lineare oder rotierende Anwendung sollen sowohl besonders kompakt, verlustarm und mechanisch vorteilhaft baubar und so gegliedert sein, daß mit begrenzter Bauteilzahl und zweckmäßig angeordneter Luftspaltebene ein schwingungsarmer Betrieb er reicht wird. Mit Erregereinheiten, bei denen die elektrische Durchflutung beider entgegengesetzter Richtungen genutzt wird, kann durch erfindungsgemäße Gliederung in Längsrichtung eine hohe Symmetrie der Kraftkomponenten erzwungen werden, so daß auch bei kleinen Strangzahlen ein Betrieb mit kleinen Anregungen und geringen Amplituden möglich wird. Fig. 1 zeigt als Basiselement ein entsprechend konzipiertes Erregerteil.

Description

Stand der Technik

Entwurfsbeschreibungen von Transversalflußmaschinen gehen ganz überwiegend davon aus, daß die magnetischen Kreise mit einer ringförmig konzentrisch zur Welle verlaufenden Wicklung ausgestattet werden. Gegeben ist damit eine einsträngige Ausführung des durch den magnetischen Kreis gebildeten Maschinenteils. Die wechselstromgespeiste Wicklung und die Ausführung des Magnetkreises bilden eine Wechselfeldanordnung mit stark fluktuierendem Schubverlauf. Durch die Kombination mehrerer elektrisch autonomer Teilmaschinen in axia­ ler Richtung entsteht bei einer Verbindung der schubbildenden Maschinenteile ein mehr oder weniger ausgeglichener Schubverlauf als Folge der Summenbildung der Kräfte. Die über Wechselrichter bereitzustellenden Wechselströme werden im Sinne eines Drehstromsystems in der Weise phasenverschoben eingespeist, wie die Magnetkreise gegeneinander Polteilungs­ versatz aufweisen. Bekanntlich nimmt mit steigender Strangzahl der Oberschwingungsgehalt der Summenschubkraft ab, wenn von einer ganz bestimmten Stromform (zeitlicher Verlauf) ausgegangen wird.

Wie ebenfalls beschrieben wird, lassen sich für die Kraftbildung günstige Maschinenquer­ schnitte mit einem gegliederten Magnetkreis und mit mehreren Rotorscheiben auf einer Welle konzipieren. Ein Beispiel hierfür wird in der DE 198 48 123 C1 vermittelt. Sowohl bei klei­ nen als auch bei großen Maschinendurchmessern können wichtige Gründe dafür vorliegen, am Umfang der Maschinen eines Magnetkreisquerschnitts mehrere Wicklungsstränge vorzu­ sehen. Bei kleinen Maschinen ergibt sich dadurch ein Magnetkreis, dessen Streuflußanteile niedriger sind als bei Anordnung von zwei Magnetkreisen. Bei großen Maschinen spricht für eine mehrsträngige Ausführung der Umstand, daß sich bei Ringwicklungen eine sehr niedrige Windungszahl je Spule ergibt und hierdurch Bemessungs- und Herstellungsprobleme entste­ hen.

Weiter wird zusätzlich angestrebt, die Schwingungsanregung durch tangential und radial ge­ richtete Kraftkomponenten mit Hilfe der erhöhten Strangzahl zu minimieren. Insbesondere bei Maschinen großen Durchmessers müssen durch die Normalkraftanregung große Schwin­ gungsamplituden an der Maschinenoberfläche befürchtet werden, weil gegenüber den kleine­ ren Maschinen relativ ein Steifigkeitsschwund vorliegt. Es sind somit Maßnahmen zur Be­ grenzung von Körper- und Luftschallpegel kombiniert mit der Reduktion des Schubkraftrip­ pels ein wichtiges Entwicklungsziel.

In DE 198 48 123 C1 wurde eine Magnetkreisvariante vorgeschlagen, die insbesondere für kleinere Maschinen vorteilhaft ist und eine Wicklungsunterteilung mit der außerhalb des Ma­ gnetkreises zurückgeführten Spulenhälfte aufweist. In Anbetracht der hierbei auftretenden kleineren Spulendurchflutungen erscheint dies ausführbar. Das Baukonzept der Maschine ist verhältnismäßig einfach. Bei hohen Durchflutungen, wie sie bei größeren Leistungen auftre­ ten, empfiehlt sich eine andere Bauformvariante; es ist auf erhöhte Streufelder und mit diesen im Zusammenhang stehende Verluste stärker zu achten.

Es stellt sich somit erfindungsgemäß die Aufgabe, mit Blick auf hohe Kraftdichte und schwingungsarmes Verhalten eine Bauform anzugeben, bei der unabhängig von der Maschi­ nenleistung die Unterteilungsmöglichkeiten mit günstigen Betriebsmerkmalen kombiniert sind. Außerhalb des Magnetkreises verlaufende Spulenteile sind möglichst zu vermeiden. Weiter ist die Nebenbedingung der Aufgabe die, daß einfache Baubarkeit, d. h. geringe Zahl von Rotorscheiben zur Verbindung der aktiven Teile mit der Welle bezw. eine möglichst ein­ seitige Verbindung der schubbildenden Elemente mit dem zu bewegenden Fahrzeug erreicht werden. Für die Anwendung als Linearantrieb mag zusätzlich die Erzielung einer niedrigen Bauhöhe in Kombination mit der verlustarm ausgeführten Erregeranordnung ebenso eine Rolle spielen, wie die magnetisch und elektrisch passive Ausführung der Fahrbahnelemente.

Im Folgenden wird eine ausführliche Beschreibung des Erfindungsgedankens in Verbindung mit 8 Figuren gegeben:

Fig. 1 zeigt einen mit einer einsträngigen Wicklung und angrenzenden Sammlereinheiten ausgestattetes Erregerteil.

Fig. 2a zeigt einen Ausschnitt einer Anwendung des Linearantriebs zur Bewegung von Eisenbahnwagen. Fahrzeuganordnung niedriger Bauhöhe und Führung durch Rol­ len.

Fig. 2b zeigt die Federkennlinie und die magnetische Normalkraft. Federnullpunkt kann versetzt werden.

Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild der Energieversorgung über Wechselrichter und Steue­ rungsschema für vier Erregerteile in zweisträngiger Anordnung.

Fig. 4 zeigt die Querschnittszeichnung einer rotierenden Maschine. Erregerteil im Quer­ schnitt in Doppelanordnung. Rotor magnetisch passiv in Topfform.

Fig. 5 zeigt die Spulenanordnung für Erregerteile bei zweisträngiger Ausführung.

Fig. 6 zeigt das der Wicklungsanordnung entsprechende Zeit-Zeigerdiagramm der ent­ sprechenden Phasengrößen wie Spannung, Strom und magnetischer Fluß.

Fig. 7 zeigt für einen optimierten Stromverlauf mit Blick auf pulsationsarme Schubkraft ermittelte Schubkraftanteile der Stränge a und b sowie deren Summe a + b.

Fig. 8 zeigt schematisch das Verformungsbild bei Anregung durch die Restanteile der Normalkraftschwingung für eine Anordnung entsprechend Fig. 5 und Fig. 6. Befe­ stigung des Gehäuses an den Schwingungsknoten.

Fig. 9 zeigt den Teil eines Maschinenquerschnitts mit gegenüber Fig. 4 erweitertem Ma­ gnetkreis. Die Maschine weist zwei Topfrotoren mit jeweils zwei konzentrischen Zylindern auf und ist zur Mittellinie mechanisch symmetrisch. Sie wird viersträngig ausgeführt.

Die Anforderungen an kompakt auszuführende elektrische Maschinen beinhalten sowohl den Energieaspekt, d. h. die Ausführung mit kleinen Verlusten, als auch andere Merkmale, wie einfache Bauweise sowie die schwingungsarme Ausführung. Hieraus ergeben sich Ansprüche an das Entwurfskonzept, insbesondere den Magnetkreisquerschnitt, die Längsgliederung mit der dazugehörigen Wicklungsführung sowie der Kraftübertragung auf Rotor- und Statorbau­ teile.

Analoges gilt auch für Linearantriebe. Die Einhaltung von Schubkräften bei kleinen Abmes­ sungen zusammen mit der Forderung, die Permanentmagnete nur im wicklungsführenden Teil anzuordnen, läßt sich prinzipbedingt und einfach nur bei Transversalfluß-Magnetkreisen er­ reichen.

Für die Anwendung von rotierenden und linearen Maschinen ist deshalb wichtig, Anordnung und Gliederung des Magnetkreises so zu wählen, daß mit kleinen Wicklungsverlusten und einer zweckmäßigen Wechselrichterspeisung auch ein schwingungsarmer Betrieb möglich wird. Letzteres steht im Zusammenhang mit Gliederung und Symmetrie der Gesamtanord­ nung und schließt das Stromführungsmuster der Wicklung mit ein. Auch der Schritt, den zeit­ lichen Verlauf des Stromes zwischen den Grenzen eines trapezförmigen oder eines mehr si­ nusförmigen Verlaufs und damit abhängig von den Speiseverhältnissen (der Spannungsreser­ ve und der Wechselrichter-Taktfrequenz) zu ändern, ermöglicht eine Einflußnahme. Durch elektronischen Eingriff kann insbesondere der Schwingungsgehalt der Vortriebskräfte, aber auch derjenige der Normalkräfte reduziert werden. Beschränkt man sich auf das Ziel, den Schwingungsgehalt von Maschinenteilen zu reduzieren, auf die zwei verschiedene Maschi­ nenstränge einwirken, so ist leichter ein bestimmter Glättungseffekt zu realisieren, als bei Schwingungsglättung einer einsträngigen Teilmaschine. Für die Normalkraftglättung ist eben­ falls davon auszugehen, daß bei der einsträngigen Anordnung elektronische Maßnahmen für eine totalen Glättung in absolutem Widerspruch zur Ausführung mit einer hohen Vortriebs­ kraftdichte stehen und somit nicht anzustreben sind.

Das obengenannte Ziel der Aufgabe ist somit die Entwurfsbeschreibung für eine in den Effi­ zienzmerkmalen gut abgestimmte Maschinenauslegung in Verbindung mit den Möglichkeiten weitgehender Schwingungsreduktion.

In Fig. 1 ist das Erregerteil einer Transversalflußmaschine für Linearanwendungen dargestellt. Die gezeichnete Spule SP mit ihren Spulenteilen T1 und T2 stellt einen Strang einer mehr­ strängigen Erregeranordnung dar, der von einem Wechselrichter nach Fig. 3 gespeist wird. Die Spule ist seitlich eingegrenzt durch die Sammleranordnungen PS. Diese bestehen aus Permanentmagneten PM und den dazwischenliegenden lamellierten Eisenteilen EL.

Zur Übertragung mechanischer Kräfte sind die Konstruktionsteile K und Verbindungen zwi­ schen denselben vorgesehen.

Die im Fahrweg zu positionierenden Bauteile Mo und Mu sind entsprechend Fig. 2a aus­ schließlich aus ferromagnetischem Material lamellierter Art zur Führung des magnetischen Flusses quer zur Bewegungsrichtung. Sie sind im Abstand der doppelten Polteilung auf bei­ den Luftspaltseiten angebracht. Das magnetische Feld schließt sich in zwei Wirbeln jeweils um das Zentrum der stromführenden Spulenteile T1, T2. Ähnlich wie bei einem rotierenden Motor wird durch eine Rollenführung des Erregerteils der mechanische Abstand zwischen beweglichen und ruhenden Teilen annähernd konstant gehalten.

Für die Rückschlußelemente im feststehenden Teil ist zu beachten, daß sie für das mehrsträn­ gige Erregerteil keine magnetische Kopplung darstellen. Die magnetische Leitfähigkeit in Bewegungsrichtung ist somit auf einen niedrigen Wert zu begrenzen. Dem kann dadurch ent­ sprochen werden, daß zwischen den in doppeltem Polteilungsabstand postierten Querflußele­ menten keine ferromagnetische Verbindung besteht. Der Trennabstand ferromagnetischer Teile sollte deutlich größer als der doppelte Luftspalt sein. Mit Rücksicht auf zweckmäßige Befestigung ist die Zusammenfassung zweier Rückschlußelemente zu einer Doppeleinheit mit ferromagnetischer Verbindung als zulässig zu bezeichnen, wenn zwischen den entsprechen­ den Einheiten der erwähnte magnetische Trennspalt von mehrfacher Luftspaltlänge ist.

Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch eine Linearmotor-getriebene Fahrzeuganordnung mit besonders niedriger Bauhöhe. Das zu bewegende Wagenteil Wr kann über die beweglichen Hebel H und die daran befestigte Rolle Hr Vortriebskräfte auf das Stützrad R, das auf der Schiene S rollt, ausüben. Die Vortriebskräfte werden vom Erregerteil des Motors Me auf das Bauteil Fm übertragen. Die Schienenreaktionskräfte übertragen sich auf die Fahrwegteile Mu und Mo. Sie sind mit Hilfe der Abdeckung Ma mit dem Fahrweg verbunden. Die Stromüber­ tragung wird ermöglicht durch die Stromschiene St und die Übertragungseinheit Ü.

Die Führung des Fahrzeugs und des über V starr mit ihm verbundenen Erregerteils Me, also auch die Einhaltung des Luftspalts, besorgen die Führungsrollen r1 und r2 durch Vermittlung der Hilfsschiene Sh.

Wie Fig. 2b andeutet, ergibt sich in Abhängigkeit von der vertikalen Auslenkung Δy eine ma­ gnetische Differenzkraft F_M, die nur im Symmetriepunkt, bei gleichen Luftspaltlängen oben und unten, null ist. Die zentrierende Führung mit Hilfe der Rollen setzt voraus, daß deren Fe­ derkennlinie F_C steifer ist als die instabile Kennlinie von F_M.

Im Bild 2b wird angedeutet, daß bei Versatz des Federnullpunkts um einen bestimmten y-Wert vom Linearantrieb magnetische Kräfte F_m auf das Fahrzeug übertragen werden kön­ nen. Sie lassen sich zur Kompensation äußerer Kräfte, wie z. B. Gewicht oder vertikale Kräfte, infolge Hebelreaktion verwenden. Mit den damit minimierten Anpreßkräften der Rollen er­ möglicht man eine reduzierte Reibungsleistung für den Betrieb des Förderwagens. In Fig. 2a ist die maximale Verschiebbarkeit des Federnullpunkts durch y_g gekennzeichnet. Eine Ver­ schiebung wird betriebs- bzw. belastungsabhängig z. B. über Hydraulikzylinder bewirkt.

Durch die nebeneinander angeordneten magnetischen Teilkreise wird für die Auslegung des Motors - wie erwähnt - eine niedrige Bauhöhe (vertikal) erzielt und durch Nutzung beider Spulenteile zur Magnetisierung auch eine verlustarme Gestaltung ermöglicht. In Bewegungs­ richtung erfolgt die Unterteilung in einzelne oder in Gruppen angeordnete autonome Einhei­ ten. Ihre genaue Positionierung entspricht der gewünschten Phasenlage der magnetischen Flüsse ausgehend von einer kontinuierlichen Teilung der Fahrwegelemente. An den Trenn­ stellen der benachbarten Stränge ist dementsprechend ein geometrischer Phasenversatz der Erregerteile gegenüber der Schiene zu beachten. Z. B. ist für eine 90°-Phasenverschiebung des Stromes eine geometrische Verschiebung der Sammler von einer halben Polteilung vorzuse­ hen. Bei 120° Phasenverschiebung im Falle einer 3-strängigen Anordnung beträgt der geo­ metrische Versatz 2/3 einer Polteilung.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild und eine Prinzipdarstellung der Energieversorgung für einen vier­ teiligen 2-strängigen Linearmotor, bei dem die Phasen A und B auf jeweils zwei gleichgroße Teile A1, A2 und B1, B2 aufgeteilt sind. Die von der Stromschiene auf die Wechselrichter übertragene Gleichspannung U_D wird auf der Fahrzeugseite in Wechselspannungen umge­ formt, die 90° Phasenverschiebung aufweisen. Die Wechselrichter sind in 4Q-Schaltung aus geführt und speisen jeweils die beiden in Reihe geschalteten Strangteile. Die Ansteuerung A der IGBT-Schaltmodule erfolgt über die Steuerelektronik SR, die ihrerseits vom Fahrzeug- Positionsgeber S das Lagesignal empfängt und die Steuerbefehle für die Schubvorgabe und damit die Höhe des Stromes z. B. über digitale Impulse durch die Stromschiene als Fahrbe­ fehle F empfängt.

Vorteil der gewählten Aufteilung in 4 Strangteile nach Fig. 3 mit Symmetrie zur Mitte von Strang B ist die Vermeidung von Schwingungsanregungen, die als Folge von Normalkraftun­ terschieden zu Nickschwingungen (um die horizontale Mittelachse) führen würden.

Zur Glättung von Schubkraftspulsationen wird das Mittel der Stromformbeeinflussung durch Schaltmustervorgabe bei der Wechselrichteransteuerung A nach Fig. 3 eingesetzt. Es wurde nachgewiesen, daß mit Stromformen, die aus dem Kraftverlauf abgeleitet wurden, bei 2- und 3-strängigen Strangkombinationen ein pulsationsfreier Kraftverlauf erzielt werden kann. Hierzu ergeben sich Stromverläufe, die etwas lastabhängig sind und nicht sehr stark von der Sinusform abweichen. Ihr Effektivwert liegt damit ähnlich wie derjenige eines sinusförmigen Stroms. Die erforderliche Spannungsreserve (Zwischenkreisspannung) ergibt sich nur gering­ fügig erhöht. Zur Unterdrückung schaltspielbedingter Strom- und Schubkraftschwankungen ist für eine reduzierte "Hysterese" eine Taktfrequenz der Wechselrichter im Bereich der 10- bis 15-fachen Betriebsfrequenz notwendig. Fig. 7 stellt die Schubkraftverläufe über einer Polteilung dar. Für eine 2-strängige Maschine mit den Schubkraftanteilen der einzelnen Stränge a und b ergibt die Stromformoptimierung in der Summe den geglätteten Schub a + b.

Rotierende Maschinen

Auch rotierende Maschinen lassen sich entsprechend der Querschnittsgebung nach den Fig. 1 und 2 konzipieren. Hierbei ist das Mittelteil, die Erregeranordnung als feststehend und die vorher fahrwegbasierten Maschinenteile als rotierend anzusehen.

Fig. 4 stellt einen Teil des Maschinenquerschnitts einer im Vergleich zu Fig. 1 modifizierten Form dar. Ein passiver Rotor mit ferromagnetischen Teilen Mr und der Rotorscheibe R ist mit der Welle W verbunden. Diese ist über die Lager L mit dem Statorgehäuse Sg zentriert. Das Lagerschild S1 schließt das Gehäuse gegenüber dem rotierenden Teil ab. Die Magnetkreisteile Me' und Me" vervollständigen den Magnetkreis. Die Gliederung des Magnetkreises im Querschnitt entspricht der paarweisen Anordnung der Spulenseiten T1 und T2. Als vorteilhaft für rotierende Maschinen ist die massearme Ausführung des Rotors R mit den ferromagnetischen Bauteilen Mr im Spaltbereich hervorzuheben. Es treten geringe Verluste auf, die über den Spalt an die mit guter Kühlung ausgestatteten Nachbarelemente des Stators abgeführt werden können. Die Statorbauteile Me' und Me" sind in der Form der auch in Fig. 1 darge­ stellten Sammler ausgeführt. Permanentmagnete und ferromagnetische Teile wechseln im Polteilungsabstand. Ähnlich wie bei Fig. 1 wird auch bei Fig. 4 der Läufer mit ferromagneti­ schen Bauteilen ausgeführt, die im Abstand der doppelten Polteilung herausgehobene magne­ tische Leitfähigkeit aufweisen. Entsprechend den Ausführungen zu Fig. 1 beim Linearmotor sind für die Rotorausführung bezüglich der magnetischen Leitfähigkeit in Umfangsrichtung wieder besondere Vorsichtsmaßnnahmen zu beachten.

Weitere Vereinfachungen der Bauform sind gegenüber Fig. 4 zu erzielen, wenn ähnlich wie in Fig. 1 das an Me' angrenzende Mr-Bauteil in axialer Richtung gleichzeitig einen Rückschluß des magnetsichen Flusses ermöglicht; das zweite Maschinenteil damit einseitig wirkend aus­ geführt wird. Diese Variante weist kleinere Schubkräfte auf, hat jedoch auch Anwendungs­ vorteile z. B. für Linearantriebe.

Eine naheliegende Gliederung der im Bauteil Me' einzubringenden Spulen ist in Fig. 5 ange­ geben. Für eine zweisträngige Wechselstrom-Phasenzuordnung nach Fig. 6 bietet sich aus Symmetriegründen die gewählte geometrische Aufteilung der Spulen nach Fig. 5 an. Die Strangpaare a, b und a', b' bilden jeweils ein zweisträngiges System mit 90° Phasenspreizung der Ströme und einem geometrischen Versatz einer halben Polteilung.

Entsprechend den in Fig. 6 phasenverschobenen Stromzeigern sind auch die magnetischen Flüsse und die durch sie erzeugten Spannungen durch symmetrische vierstrahlige Zeiger dar­ stellbar. Wie das Bild vermittelt, ergibt sich für jeden Zeitaugenblick die Summe aller Span­ nungen zu null. Dies ist analog zu einem symmetrischen System dreisträngiger Anordnung. Als Folge der am Umfang vorhandenen wechselnden Polaritäten ist bei gleichartigen geome­ trischen Abmessungen der Statorelemente auch die resultierend am Umfang auftretende Ringspannung null. Dies ist mit Blick auf anderenfalls entstehende Wirbelstromwirkungen von Bedeutung und erleichtert die Anwendung von metallischen Gehäuse- und Rotorelemen­ ten. Hierdurch wiederum wird auch die Fähigkeit einer intensiveren Wärmeabgabe verbessert. Zu erwähnen ist, daß die gewählte zweisträngige Ausführung in vier Sektoren - ähnlich wie beim beschriebenen zweisträngigen Linearmotor - bereits eine gute Ausgangsposition für die Vermeidung von Schubkraftpulsationen bietet. Das im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebe­ ne Verfahren läßt sich sinngemäß auch auf rotierende Maschinen anwenden.

Mit Blick auf die Normalkraftanregungen wurde die Strangfolge in Bild 5 anders als für den Linearmotor in Fig. 3 gewählt. Es läßt sich zeigen, daß die hauptsächlichen Schwingungsan­ teile der Normalkräfte beim zweisträngigen System zwischen den Strängen eine Phasenver­ schiebung von 180° aufweisen. Die gewählte Unterteilung entspricht damit einer raumfesten Schwingungsform mit vier Knoten und elliptischen Verformungen des kreisförmigen Gehäu­ ses. Diese Schwingungsform zweiter Ordnung ist in Fig. 8 dargestellt. Die hierbei erreichte Kraftsymmetrie vermeidet zu jedem Zeitpunkt Schwingungsanteile, die zu exzentrischen Verlagerungen von Rotor und Stator führen könnten. Bei einer Schwingungsform zweiter Ordnung, (Fig. 8), empfiehlt sich in Folge der feststehenden Knoten für körperschallarme Anwendung eine Gehäusebefestigung im Knotenbereich. Dies ist in Fig. 8 ebenfalls ange­ deutet.

Bei einer Unterteilung in nur zwei Strangabschnitte in Halbkreissegmenten würde sich die gezeichnete Anregungssymmetrie von Fig. 8 nicht erreichen lassen. Es wäre zu erwarten, daß zumindest bei größeren Maschinen unerwünschte Schwingungsanregungen erster Ordnung auftreten. Auch für die dreisträngige Wicklungsgliederung ist selbst bei Einhaltung aller Symmetriebedingungen elektrischer und geometrischer Art kein stehendes Schwingungsbild wie nach Fig. 8 zu erwarten. Die Anregungsunsymmetrien sind allerdings kleiner als im Falle einer zweiteiligen Maschine.

Mit zunehmender Zahl der Segmentteile steigt mit dem Einfluß der nicht mehr kraftbildenden Polelemente der Schwund der mittleren Kraftdichte mehrsträngig ausgeführter Maschinen. Der Abgleich zwischen den Forderungen nach massearmer Ausführung und schwingungsar­ mer Auslegung führt auf eine Segmentzahlbegrenzung. Für größere Maschinen bietet sich hierbei an, daß die Anordnung nach Fig. 4 doppelseitig ausgeführt wird. Die linke Stirnseite der Maschine ist dann als Mittelebene einer Anordnung mit zwei Topfrotoren zu verstehen. Hierbei empfiehlt sich, die zweite Teilmaschine mit einer analogen Viererteilung zu bauen und dabei dieses System um 45° gegenüber dem ersten zu schwenken. Die hinzugekommenen Zweiphasensysteme bilden zusammen mit dem rechten Teil der Maschine dann ein viersträn­ giges Wicklungssysstem. Mit Blick auf die Unterdrückung von tangentialen Schubschwin­ gungen ergibt sich hierdurch eine weitere Verbesserung. Die Schwankungsanteile im Drehmoment lassen sich damit unter die 2%-Grenze (des Nennmoments) absenken.

Fig. 9 stellt eine Maschinenhälfte dar, bei der als weitere Maßnahme zur Schubkrafterhöhung der Topfrotor R mit zwei Zylindern Mz' und Mz" zum Eingriff mit einem entsprechend er­ weiterten Erregerteil Me0, Me1, Me2 gebracht wird. Die Maschine ist zur Ausführung mit vier Strängen in axialer Richtung ebenfalls doppelseitig mit Magnetkreisen ausgestattet und symmetrisch zur gezeichneten Mittellinie ML gebaut. Die Erhöhung der Zahl der Luftspalte erfordert eine Wicklungsausführung mit etwas vergrößerter Durchflutung. Durch die nun ver­ größerte Zahl der Wirkungsflächen steigt auf den Magnetkreis bezogen die resultierende mittlere Kraftdichte. Mehrere Kühlkanäle Kü für flüssiges Kühlmittel sorgen für intensive Wärmeabfuhr. Mit massearmem, passivem Läufer können so schwingungsarm ausgeführte Maschinen in verhältnismäßig einfacher Bauform mit kleinen Abmessungen und - wie ge­ zeichnet - auch mit kleinem Lagerabstand und damit unanfällig gegenüber von außen einge­ leiteten Störkräften hergestellt werden. Die in Fig. 9 angedeutete Lagerausführung mit schwingungssteifer Welle läßt wiederum zu, daß nur kleine Luftspaltlängen für den Magnet­ kreis angesetzt werden können. Analog zu den Ausführungen im Zusammenhang mit Fig. 4 sind auch für Maschinen nach Fig. 9 günstige Bedingungen zur Unterdrückung von Körper­ schall- und Schubschwingungen gegeben.

Claims (10)

1. Elektrische Maschine in linearer oder rotierender Ausführung mit transversalen Magnet­ kreisen und einem Maschinenteil, das zur Flußführung ausschließlich mit ferromagneti­ schen Teilen bestückt und magnetisch leitfähige Masseansammlungen im doppelten Pol­ teilungsabstand aufweist und dessen zweites Maschinenteil Reihen von Permanentma­ gneten gepaart mit ferromagnetischen Teilen und Spulen aufweist, die über den Luftspalt hinweg in magnetischer Wechselwirkung miteinander stehen,
wobei mehrere weitgehend gleichartige Erregereinheiten in Bewegungsrichtung hinterein­ ander liegen, die in zwei- oder dreisträngigen Gruppen angeordnet sind und die im Quer­ schnitt zwei elektrische Durchflutungen gleicher Größe und unterschiedlicher Richtung führen
und deren Erregereinheiten mindestens zwei unterschiedliche Stränge darstellen, wobei die Phasenverschiebung der Ströme dem geometrischen Polteilungsversatz entsprechen
und die feldführenden Einheiten des anderen Maschinenteils einzeln oder in Zweiergrup­ pen in Längsrichtung einen magnetisch wirksamen Trennabstand aufweisen, der größer als der doppelte Luftspalt ist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerkreise mit zwei Durchflutungen in ungleicher Richtung auf ein Maschinenteil wirken, das in Bewegungsrichtung die Vortriebskräfte von mindestens zwei Einheiten mit unterschiedlicher Strangspeisung addiert, ohne daß elastische Elemente zwischen den Er­ regerteilen eingesetzt werden, und daß in einem Querschnittsbereich der Erregereinheiten die Kräfte gemeinsam auf die Welle oder beim Linearmotor auf einen Fahrzeugrahmen übertragen werden.

3. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß daß durch Speisung in zwei oder drei Strängen hintereinanderliegende Gruppen je Ma­ schinenrotor durch Stromformoptimierung, die vom Kraftverlauf abgeleitet ist, ein bis auf wenige Prozent Schwankungsanteil geglättetes Drehmoment bzw. ein entsprechend glatter Linearmotorschub erreicht wird.

4. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerteile von Linearmotoren eine Stranggliederung aufweisen, die symmetrisch zur Mitte einer entsprechenden mechanischen Einheit angeordnet sind.

5. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Linearmotoren eine beidseitige mechanische Führung eingesetzt wird, die sich einer Federsteifigkeit bedient, die größer als die destabilisierende Steifigkeit des magnetischen Feldes im Luftspalt ist.

6. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Normalkraft durch Beeinflussung der mechanischen Führung zur Kom­ pensation äußerer Kräfte herangezogen wird.

7. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusestützung gegenüber dem Fundament bei rotierenden Maschinen an Knoten­ punkten der Normalkraftschwingung erfolgt.

8. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Topfrotoren mit zwei konzentrischen Zylinderteilen und mit einer zu deren Mittelebene symmetrisch angepaßten Magnetkreisform des Erregerteils zur Anwendung kommen.

9. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Maschinen mit zwei Topfrotoren und eine Ausführung symmetrisch zur Mittelebene vor­ liegt, wobei eine Verdoppelung der Strangzahl erreicht wird.

10. Elektrische Maschine nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Maschinen mit zwei Topfrotoren die Lager innerhalb der Rotorscheiben angeordnet sind und ein sehr kleiner Lagerabstand erreicht wird.