DE10150520B4

DE10150520B4 - Electric machine

Info

Publication number: DE10150520B4
Application number: DE10150520A
Authority: DE
Inventors: Michael Janke
Original assignee: JANKE ENGINEERING GmbH
Current assignee: Janke Michael 12487 Berlin De
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-10-13
Also published as: DE10150520A1

Abstract

Elektrische Maschine (10), bestehend aus einer Anordnung von Segmenten (11), wobei das Segment (11) mindestens eine Spule (12, 13, 12b, 13b) und eine ferromagnetische Komponente (14) umfasst, wobei durch die mindestens eine Spule (12, 13, 12b, 13b) ein magnetischer Fluss in der ferromagnetischen Komponente (14) erzeugt wird, wobei
a. die ferromagnetische Komponente (14) mindestens zwei Arme mit unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung aufweist, von denen mindestens ein Arm als Zahn (15), um den die mindestens eine Spule (12, 13, 12b, 13b) gewickelt ist, und mindestens ein Arm ohne Spule (12, 13, 12b, 13b) als Polelement (16) ausgestaltet ist, und wobei
b. diese so gebildeten Segmente (11) derart entlang der elektrischen Maschine (10) angeordnet sind, dass auf ein Segment (11) mit einem Zahn (15) alternierend bezüglich jeder räumlichen Ausrichtung der Arme ein Segment (11) mit einem Polelement (16) folgt, und wobei
c. diese Segmente (11) über Segmentverbindungen derart miteinander verbunden...Electric machine (10) consisting of an array of segments (11), said segment (11) comprising at least one coil (12, 13, 12b, 13b) and a ferromagnetic component (14), said at least one coil ( 12, 13, 12b, 13b) a magnetic flux is generated in the ferromagnetic component (14), wherein
a. the ferromagnetic component (14) has at least two arms of different spatial orientation, of which at least one arm is a tooth (15) around which the at least one coil (12, 13, 12b, 13b) is wound, and at least one arm without a coil (12, 13, 12b, 13b) is designed as a pole element (16), and wherein
b. these segments (11) thus formed are arranged along the electric machine (10) such that a segment (11) with a tooth (15) alternately follows a segment (11) with a pole element (16) with respect to any spatial orientation of the arms , and where
c. these segments (11) connected to each other via segment connections ...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, bestehend aus einer Anordnung von Segmenten, wobei das Segment mindestens eine Spule und eine ferromagnetische Komponente umfasst, wobei durch die mindestens eine Spule ein magnetischer Fluss in der ferromagnetischen Komponente erzeugt wird.The The invention relates to an electrical machine consisting of a Arrangement of segments, wherein the segment at least one coil and a ferromagnetic component, wherein at least a coil generates a magnetic flux in the ferromagnetic component becomes.

Aus dem Stand der Technik sind Direktantriebe bekannt, die das magnetische Transversalflussprinzip als Antrieb nutzen. Hierbei wird in einem, zumeist unbeweglichen Teil einer elektrischen Maschine ein Magnetfeld erzeugt (Stator), das auf einen beweglichen, die elektrische Maschine umgebenden oder aufliegenden Schlitten oder kreisförmigen Rotor wirkt und diesen entlang der elektrischen Maschine beschleunigt. Da die Kraftübertragung von der elektrischen Maschine auf dem Schlitten bzw. Rotor über einen Luftspalt hinweg ohne Übertragungsglieder, wie z.B. Getriebe oder Wellen, direkt erfolgt, werden diese Kombinationen aus elektrischer Maschine und beweglichen Schlitten/Rotor Direktantriebe genannt.Out The prior art direct drives are known which the magnetic Use transversal flow principle as drive. This is done in one, mostly immovable part of an electrical machine a magnetic field generated (Stator) on a moving, the electric machine surrounding or resting carriage or circular rotor acts and accelerate it along the electric machine. Because the power transmission from the electric machine on the carriage or rotor via a Air gap away without transmission links, such as e.g. Gearboxes or shafts, done directly, will be these combinations from electrical machine and movable slide / rotor direct drives called.

In der DE 37 05 089 A1 werden elektrische Maschinen in Transversalflussausführung dargestellt, nämlich der Art, dass ein Strang einer Spule von einer Vielzahl von Weicheisen hintereinander, in definierten Abständen, U-förmig umgeben ist und mit an einem Rotor befindlichen Permanentmagneten erregt wird. Es entsteht dabei ein magnetischer Fluss, quer zur Bewegungsrichtung des sich bewegenden Rotors, der sogenannte Transversalfluss. Eine zweite Spule ist erforderlich, um mit der Hilfe der Wechselspannung eine kontinuierliche Bewegung des Rotors zu erzeugen. Der Rotor muss zwischen den Strängen geführt werden.In the DE 37 05 089 A1 Electrical machines are shown in Transversalflussausführung, namely the way that a strand of a coil of a plurality of soft iron in a row, at defined intervals, U-shaped surrounded and is energized with permanent magnets located on a rotor. This results in a magnetic flux, transverse to the direction of movement of the moving rotor, the so-called transverse flux. A second coil is required to produce continuous movement of the rotor with the aid of the AC voltage. The rotor must be guided between the strands.

Die DE 92 14 383 U1 beschreibt die Wirkungsweise des Transversalflusses einer ähnlichen Vorrichtung, wobei die Z-förmige, alternierende, hintereinander erfolgende Aufreihung der Weicheisen an zwei Spulensträngen, bei gegenüberliegender Anordnung der Permanentmagnete, die auftretenden Querkräfte minimieren soll (Kompensation der Kräfte). Mehrere Spulen hintereinander geschaltet, gestatten durch die Erzeugung eines entsprechenden magnetischen Feldes die Bewegung des Rotors.The DE 92 14 383 U1 describes the mode of operation of the transverse flow of a similar device, wherein the Z-shaped, alternating, consecutive series of soft iron on two coil strands, with opposite arrangement of the permanent magnets to minimize the occurring transverse forces (compensation of forces). Several coils connected in series, allow by the generation of a corresponding magnetic field, the movement of the rotor.

Alle diese Ausführungen von elektrischen Maschinen mit Transversalfluss haben einen wesentlichen Nachteil, nämlich den sehr hohen Anteil an Weicheisen sowie der Tatsache, dass longitudinale magnetische Flüsse nicht genutzt werden.All these designs of electric machines with transversal flow have a substantial Disadvantage, namely the very high proportion of soft iron as well as the fact that longitudinal magnetic rivers not used.

Elektrische Maschinen mit magnetischem Longitudinalfluss sind z.B. aus der EP 0 793 870 B1 bekannt. Hierbei wird durch konstruktive Merkmale, wie z.B. der Breite der spulenumwickelten Weicheisen (Zähne) oder der relativen Größe der Permanentmagnete gegenüber den Zähnen der magnetische longitudinale Fluss innerhalb der Anordnung optimiert.Electric machines with magnetic longitudinal flow are eg from the EP 0 793 870 B1 known. In this case, the magnetic longitudinal flow within the arrangement is optimized by design features, such as the width of the coil-wrapped soft iron (teeth) or the relative size of the permanent magnets relative to the teeth.

Aus der US 3 770 995 ist eine elektrische Maschine bekannt, die aus einer Anordnung von Segmenten mit Spulenteilen und ferromagnetischen Komponenten besteht, wobei jede ferromagnetische Komponente mindestens einen Spulenteil umfasst, durch die ein magnetischer Fluss in der ferromagnetischen Komponente erzeugt wird. Der Spulenteil einer elektrischen Maschine gemäß der US 3 770 995 umschließt einen Teil der ferromagnetischen Komponente als Bestandteil einer Spule. Die ferromagnetische Komponente weist drei Arme mit unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung auf, von denen ein Arm mit Spule als Zahn und zwei Arme ohne Spule als Polelement ausgestaltet sind. Die so gebildeten Segmente sind entlang der elektrischen Maschine angeordnet. Durch die über Segmentverbindungen verbundenen Spulenteile bzw. Spulen wird auch gleichzeitig ein longitudinaler Fluss entlang der miteinander verbundenen Segmente erzeugt.From the US 3,770,995 For example, an electric machine is known, which consists of an arrangement of segments with coil parts and ferromagnetic components, wherein each ferromagnetic component comprises at least one coil part, by which a magnetic flux is generated in the ferromagnetic component. The coil part of an electric machine according to US 3,770,995 encloses a part of the ferromagnetic component as part of a coil. The ferromagnetic component has three arms with different spatial orientation, of which one arm with coil as tooth and two arms without coil are designed as a pole element. The segments thus formed are arranged along the electric machine. The coil sections or coils connected via segment connections also simultaneously generate a longitudinal flux along the segments connected to one another.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur möglichst effektiven Ausnutzung von magnetischen Longitudinal- oder Transversalkräften bekannt.Out In the prior art, various devices are as possible effective utilization of longitudinal or transverse magnetic forces.

Bei diesen Maschinen wird jedoch entweder nur der magnetische Fluss in transversaler oder in longitudinaler Richtung ausgenutzt.at however, these machines will either only have the magnetic flux exploited in transverse or in the longitudinal direction.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine mit optimaler Ausnutzung des im Stator erzeugten und verlaufenden magnetischen Gesamtflusses bereitzustellen, um damit einen die Maschine umgebenden oder aufliegenden Schlitten oder Rotor mit hohen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten entlang der elektrischen Maschine betreiben zu können.task The present invention is an electric machine with optimal utilization of the generated and extending in the stator magnetic Provide total flow, thus surrounding a machine or overhead slide or rotor with high accelerations and Speeds along the electric machine operate too can.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale.Is solved This object is achieved by the features listed in patent claim 1.

Demnach ist erfindungsgemäß eine elektrische Maschine vorgesehen, bestehend aus einer Anordnung von Segmenten, wobei das Segment mindestens eine Spule und eine ferromagnetische Komponente umfasst, wobei durch die mindestens eine Spule ein magnetischer Fluss in der ferromagnetischen Komponente erzeugt wird, wobei die ferromagnetische Komponente mindestens zwei Arme mit unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung aufweist, von denen mindestens ein Arm als Zahn, um den die mindestens eine Spule gewickelt ist, und mindestens ein Arm ohne Spule als Polelement ausgestaltet ist, und wobei diese so gebildeten Segmente derart entlang der elektrischen Maschine angeordnet sind, dass auf ein Segment mit einem Zahn alternierend bezüglich jeder räumlichen Ausrichtung der Arme ein Segment mit einem Polelement folgt, und wobei diese Segmente über Segmentverbindungen derart miteinander verbunden sind, dass bei an die Spulen angelegter Wechselspannung gleichzeitig ein longitudinaler Fluss durch die Segmentverbindungen entlang der miteinander verbundenen Segmente und ein Transversalfluss erzeugt wird.Accordingly, according to the invention an electrical machine is provided, consisting of an array of segments, wherein the segment comprises at least one coil and a ferromagnetic component, wherein by the at least one coil, a magnetic flux is generated in the ferromagnetic component, wherein the ferromagnetic component at least two arms having different spatial orientation, of which at least one arm as a tooth around which the at least one coil is wound, and at least one arm without a coil is designed as a pole element, and wherein these segments thus formed are arranged along the electric machine, that on a segment with a tooth alternately with respect to any spatial alignment of the arms, a segment with a pole element and wherein these segments are interconnected via segment connections such that, with AC voltage applied to the coils, longitudinal flux is simultaneously generated by the segment connections along the interconnected segments and a transverse flux.

Hierbei wird in einem Segment, bestehend aus einem Spulenteil und einer diesen umfassenden ferromagnetischen Komponente, der vorhandene Spulenteil mit einem weiteren Spulenteil verbunden, so dass die ferromagnetische Komponente oder Teile hiervon zwischen den so verbundenen Spulenteilen angeordnet sind und als Zahn verwendet werden. Die ferromagnetische Komponente weist dabei mindestens zwei Arme mit unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung auf, von denen min destens ein Arm mit Spule als Zahn und einer ohne Spule als Polelement ausgestaltet ist.in this connection is in a segment consisting of a coil part and a this comprehensive ferromagnetic component, the existing coil part connected to another coil part, so that the ferromagnetic Component or parts thereof arranged between the coil parts thus connected are and are used as a tooth. The ferromagnetic component has at least two arms with different spatial Alignment on, of which at least one arm with coil as a tooth and one is designed without a coil as a pole element.

Nahezu senkrecht zur Ausrichtungsebene der Zähne und Polelemente der ferromagnetischen Komponente können diese Segmente in unterschiedlichen Formen zusammengefügt werden, z.B. als Gerade oder als Kreis, und bilden als elektrische Maschine den stationären Teil des Direktantriebes. Ebenfalls bietet sich die Möglichkeit, die Segmente zu einer Fläche zusammenzuschließen und somit eine zweidimensionale Ausgestaltung der elektrischen Maschine bereitzustellen. Diese verbundenen Segmente sind als elektrische Maschine so angeordnet, dass auf ein Segment mit Zahn alternierend bezüglich jeder räumlichen Ausrichtung der Arme ein Segment mit einem Polelement folgt. Die so verbundenen Spulenteile erzeugen dann zusätzlich zu dem in der ferromagnetischen Komponente verlaufenden magnetischen Transversalfluss einen longitudinalen Fluss entlang der elektrischen Maschine.Nearly perpendicular to the alignment plane of the teeth and pole elements of the ferromagnetic component can these segments are put together in different shapes, e.g. as a straight line or as a circle, and form as an electrical machine the stationary one Part of the direct drive. There is also the possibility the segments to a surface band together and thus a two-dimensional configuration of the electrical machine provide. These connected segments are considered electrical Machine arranged to alternate on a segment with tooth in terms of every spatial Alignment of the arms follows a segment with a pole element. The so connected coil parts then produce in addition to that in the ferromagnetic Component transverse magnetic flux a longitudinal flow along the electric machine.

Die Arme der ferromagnetischen Komponente eines Segmentes können dabei gerade, L-, T-, U- oder sternenförmig, sowie in Form eines kartesischen Kreuzes ausgebildet sein, sowie Kombinationen hiervon, wobei die Arme abwechselnd als Zahn oder als Polelement genutzt werden. Um eine symmetrische Anordnung der Spulen zu gewährleisten, ist eine gerade Anzahl von Armen einer ferromagnetischen Komponente zu bevorzugen.The Arms of the ferromagnetic component of a segment can thereby straight, L, T, U or star shaped, and in the form of a Cartesian cross, as well as Combinations thereof, wherein the arms alternately as a tooth or be used as pole element. To a symmetrical arrangement of the To ensure coils is an even number of arms of a ferromagnetic component to prefer.

Weiterhin sind die Segmente miteinander steckbar verbunden, wobei durch diese Verbindung ein magnetischer Fluss fließt. Die Arme der ferromagnetischen Komponenten sind zusammensteckbar und die Verbindungen der Segmente können auch direkt oder über Segmentverbindungen miteinander zusammensteckbar sein, so dass eine modulare Bauweise der elektrischen Maschine ermöglicht wird.Farther the segments are connected to each other pluggable, through which Connection a magnetic flux flows. The arms of the ferromagnetic Components are pluggable and the connections of the segments can also directly or via Segment connections be plugged together so that a modular design of the electric machine is made possible.

Der Abstand zwischen einem Zahn und einem Polelement in Bewegungsrichtung ist dabei so bemessen, dass sich die um die Zähne gewickelten Spulenteile nicht berühren. Die Spulenteile sind so miteinander elektrisch verschaltet, dass die Zähne mit Spulenteilen einen Pol besitzen und die Polelemente den korrespondierenden Gegenpol bilden. Die ferromagnetischen Komponenten und die Segmentverbindungen bestehen aus Weicheisen, aus geeigneten Stählen (z.B. St37), aus nicht kornorientierten oder kornorientierten geschichteten Elektroblechen oder aus Pulververbundwerkstoffen.Of the Distance between a tooth and a pole element in the direction of movement is dimensioned so that the wound around the teeth coil parts do not touch. The coil parts are electrically interconnected so that the teeth with Spuleneilen own a pole and the pole elements the corresponding Forming an antipole. The ferromagnetic components and the segmental connections are made of soft iron, of suitable steels (for example St37), of non-grain oriented or grain-oriented layered electrical sheets or powder composite materials.

Vorteilhafte Bauformen ergeben sich auch durch das räumliche Klappen der Zahnreihen. Dadurch kann der Eisenwerkstoff, insbesondere die eingesetzten Materialmengen von Eisen in den ferromagnetischen Komponenten verringert werden.advantageous Designs also result from the spatial flaps of the rows of teeth. As a result, the iron material, in particular the amounts of material used be reduced by iron in the ferromagnetic components.

Die elektrische Maschine wird von einem Rahmen ganz oder teilweise umschlossen, wobei auf dem Rahmen gegenstückig zu den Positionen der Zähne bzw. Polelemente über einen Luftspalt hinweg Permanentmagnete angeordnet sind. Dieser Rahmen kann als beweglicher Teil des Direktantriebes verwendet werden. Auf den Rahmen können dann noch weitere Vorrichtungen angebracht werden, die die Nutzung des Direktantriebes, z.B. als Zuführungseinheit zu einem Förderband, ermöglichen. Umgekehrt kann der äußere Rahmen fixiert und stationär gehalten werden und die innenliegende elektrische Maschine entlang des Rahmens bewegt werden. Die Permanentmagnete entlang einer Seite des Rahmens sind durch ein Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Schlusses („Joch") miteinander verbunden und es entsteht ein magnetischer Schluss. Im einfachsten Fall kann der magnetische Schluss der Permanentmagnete durch einen entsprechenden ferromagnetischen Rahmen gewährleistet werden.The electrical machine is completely or partially enclosed by a frame, being on the frame counterpart to the positions of the teeth or pole elements over an air gap away permanent magnets are arranged. This Frame can be used as a moving part of the direct drive. On the frame can then other devices are attached, which the use direct drive, e.g. as a feed unit to a conveyor belt, enable. Vice versa can the outer frame fixed and stationary and the internal electric machine along of the frame are moved. The permanent magnets along one side of the frame are provided by means for generating a magnetic Closing ("yoke") interconnected and there is a magnetic conclusion. In the simplest case can the magnetic closure of the permanent magnets by a corresponding ferromagnetic Frame guaranteed become.

Der Schlitten bzw. Rotor führt eine geradlinige, kreisförmige oder beliebige Bewegung entlang der entsprechenden Anordnung der elektrischen Maschine aus und wird durch diese geführt. Hierzu können z.B. mechanische Führungen im Rahmen und in der elektrischen Maschine verwendet werden, die einen gleichbleibenden Abstand zueinander, insbesondere zwischen den Zähnen bzw. Polelementen und den Permanentmagneten, sicherstellen.Of the Carriage or rotor leads a straight, circular or any movement along the appropriate arrangement of electrical machine and is guided by this. For this can e.g. mechanical guides be used in the frame and in the electric machine, the a constant distance from each other, in particular between the teeth or pole elements and the permanent magnets.

Diese elektrische Maschine kann insbesondere als Direktantrieb verwendet werden, bei dem der Rahmen gegenüber der elektrischen Maschine beweglich gelagert ist und entlang der elektrischen Maschine Bewegungen in unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen ausführen kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Segmente entlang der Maschine, wobei auf ein Segment mit Zahn alternierend bezüglich jeder räumlichen Ausrichtung der Arme ein Segment mit einem Polelement folgt, wird der magnetische Gesamtfluss der Anordnung in einer gegen über dem Stand der Technik, wie beispielsweise der aus der US 3 770 995 bekannten elektrischen Maschine, erstmalig effektiven Weise so genutzt, dass hierdurch höhere Beschleunigungen und Geschwindigkeiten des Rahmens möglich sind und so der Betrieb eines Direktantriebes optimiert wird.This electric machine can be used in particular as a direct drive, in which the frame is movably mounted relative to the electric machine and along the electric machine movements in different Ge speeds and accelerations. The inventive arrangement of the segments along the machine, wherein a segment with tooth alternately with respect to any spatial alignment of the arms followed by a segment with a pole element, the total magnetic flux of the arrangement in a compared to the prior art, such as US 3,770,995 known electrical machine, for the first time effectively used so that in this way higher accelerations and speeds of the frame are possible and thus the operation of a direct drive is optimized.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben; die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der nachfolgenden Figuren näher beschrieben; es zeigt:Further advantageous measures are in the rest dependent claims described; The invention will be described with reference to embodiments and the following Figures closer described; it shows:

1 Schnittzeichnung der Frontansicht eines Segmentes mit L-förmiger ferromagnetischer Komponente mit obenliegendem Permanentmagneten (1 ist ein vertikaler Schnitt durch 2); 1 Cross-sectional view of the front view of a segment with L-shaped ferromagnetic component with overhead permanent magnet ( 1 is a vertical cut through 2 );

2 Schnittzeichnung der Seitenansicht der elektrischen Maschine mit obenliegenden Permanentmagneten; 2 Sectional view of the side view of the electric machine with overhead permanent magnets;

3 Übersichtszeichnung der elektrischen Maschine mit kartesisch-kreuzförmigen ferromagnetischen Komponenten und umgebenden Rahmen mit Permanentmagneten; 3 Overview drawing of the electric machine with Cartesian cross-shaped ferromagnetic components and surrounding frame with permanent magnets;

4 Schnittzeichnung der Frontansicht eines Segmentes mit kartesisch-kreuzförmiger ferromagnetischer Komponente und umgebenden Rahmen mit Permanentmagneten; 4 Cross-sectional view of the front view of a segment with a Cartesian-cross-shaped ferromagnetic component and surrounding frame with permanent magnets;

5 Schnittzeichnung der Seitenansicht der elektrischen Maschine mit kartesisch-kreuzförmigen ferromagnetischen Komponenten, wobei die Segmente alternierend in Bewegungsrichtung angeordnet sind sowie von oben- und untenliegenden Permanentmagneten umschlossen sind. 5 Sectional view of the side view of the electric machine with Cartesian-cross-shaped ferromagnetic components, wherein the segments are arranged alternately in the direction of movement and are enclosed by top and bottom permanent magnets.

Die 1 zeigt eine Ausschnitt-Schnittzeichnung der Frontansicht eines Segmentes 11 mit L-förmiger ferromagnetischer Komponente 14, wobei ein Arm als Zahn 15 und ein Arm als Polelement 16 verwendet wird. Hierzu ist eine Spule 12 so um die ferromagnetische Komponente 14 gewickelt, dass der Zahn 15 als Spulenkern genutzt wird. Durch die innenliegende Spule 12 wird in der ferromagnetischen Komponente 14 ein magnetischer Transversalfluss 21 erzeugt (durch Pfeil angedeutet), der quer zur Ausrichtung der elektrischen Maschine 10 auftritt. Über einen Luftspalt hinweg ist gegenstückig zum Zahn 15 bzw. Polelement 16 ein Permanentmagnet 17 angeordnet. Der Permanentmagnet 17 ist direkt mit einem Rahmen 18 verbunden. Der Rahmen 18 dient hier gleichzeitig als Halterung der Permanentmagnete 17 und als magnetischer Schluss und umfasst korrespondierend zur Ausrichtung der Zähne 15 bzw. Polelemente 16 L-förmig das Segment 11.The 1 shows a cut-away sectional view of the front view of a segment 11 with L-shaped ferromagnetic component 14 , using an arm as a tooth 15 and an arm as a pole element 16 is used. This is a coil 12 so around the ferromagnetic component 14 wrapped that tooth 15 is used as a coil core. Through the inner coil 12 is in the ferromagnetic component 14 a magnetic transverse flux 21 generated (indicated by arrow), which is transverse to the orientation of the electric machine 10 occurs. Across an air gap is opposite to the tooth 15 or pole element 16 a permanent magnet 17 arranged. The permanent magnet 17 is directly with a frame 18 connected. The frame 18 serves here as a holder of the permanent magnets 17 and as a magnetic closure and includes corresponding to the alignment of the teeth 15 or pole elements 16 L-shaped the segment 11 ,

Die Seitenansicht der elektrischen Maschine 10 mit obenliegenden Permanentmagneten 17 ist als Schnittzeichnung in der 2 zu sehen. Die 1 ist ein vertikaler Schnitt durch 2. Hierbei sind die einzelnen Segmente 11 direkt oder über Segmentverbindungen (nicht dargestellt) miteinander verbunden und magnetisch geschlossen. Die Permanentmagnete 17 sind bezüglich der Polung N (Nord), S (Süd) abwechselnd angeordnet. Durch die angeschlossene elektrische Wechselspannung (2- oder 3-phasig, Phasen verschoben) in den Spulen 12 wird das erreichbare Moment erzeugt, wobei sich die in den ferromagnetischen Komponenten 14 erzeugten magnetischen longitudinalen Flüsse 22 sich anziehend und abstoßend zu den magnetischen Feldern der Permanentmagnete 17 verhalten. Dabei werden entsprechend dieser elektrischen Spannungszustände und Änderungen in den Spulen 12, 13 auch transversale magnetische Flüsse 21 in der ferromagnetischen Komponente 14 erzeugt, so dass die Permanentmagnete 17 und damit der Rahmen 18 durch einen magnetischen Transversal- und Longitudinalfluss 21, 22 entlang der elektrischen Maschine 10 in Bewegung versetzt werden.The side view of the electric machine 10 with overhead permanent magnets 17 is as a sectional drawing in the 2 to see. The 1 is a vertical cut through 2 , Here are the individual segments 11 directly or via segment connections (not shown) interconnected and magnetically closed. The permanent magnets 17 are arranged alternately with respect to the polarity N (north), S (south). By the connected electrical AC voltage (2- or 3-phase, phase shifted) in the coils 12 the achievable moment is generated, with those in the ferromagnetic components 14 generated magnetic longitudinal rivers 22 attractive and repulsive to the magnetic fields of the permanent magnets 17 behavior. In doing so, according to these electrical voltage conditions and changes in the coils 12 . 13 also transverse magnetic fluxes 21 in the ferromagnetic component 14 generated so that the permanent magnets 17 and therefore the frame 18 by a magnetic transversal and longitudinal flux 21 . 22 along the electric machine 10 be set in motion.

Die elektrische Maschine 10 mit kartesisch-kreuzförmigen ferromagnetischen Komponenten 14 als Segmente 11 und umgebenden Rahmen 18 mit Permanentmagneten 17 ist in der 3 gezeigt. In diesem Fall ist symmetrisch zur Spule 12 bzw. zur alternierenden Spulenwicklung 13 über zwei ferromagnetische Komponenten 14 hinweg eine weitere Spule 12b bzw. weitere alternierende Spulenwicklung 13b angeordnet. Für diese kreuzförmige Anordnung sind die Spulenwicklungen 12b, 13b um die Arme der ferromagnetischen Komponenten 14 so angeordnet, dass ein magnetischer Fluss in den vier Armen der kreuzförmigen Segmente 11 erzeugt wird und der Rahmen 18 durch den so gebildeten magnetischen Gesamtfluss der elektri schen Maschine 10 angetrieben wird. Entsprechend sind an vier Seiten des Rahmens 18 Permanentmagnete 17 durch Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Schlusses 19 magnetisch verbunden. Geeignete Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Schlusses (Joch) 19 können z.B. Eisenbleche oder ferromagnetische Werkstücke sein. Entlang der elektrischen Maschine 10 setzt sich diese Anordnung der Segmente 11 alternierend bezüglich jeder räumlichen Ausrichtung der Arme fort.The electric machine 10 with Cartesian cross-shaped ferromagnetic components 14 as segments 11 and surrounding frame 18 with permanent magnets 17 is in the 3 shown. In this case is symmetrical to the coil 12 or for alternating coil winding 13 via two ferromagnetic components 14 away another coil 12b or further alternating coil winding 13b arranged. For this cross-shaped arrangement, the coil windings 12b . 13b around the arms of ferromagnetic components 14 arranged so that a magnetic flux in the four arms of the cross-shaped segments 11 is generated and the frame 18 by the total magnetic flux of the electrical machine thus formed 10 is driven. Correspondingly, on four sides of the frame 18 permanent magnets 17 by means for generating a magnetic closure 19 magnetically connected. Suitable means for generating a magnetic closure (yoke) 19 may be, for example, iron sheets or ferromagnetic workpieces. Along the electric machine 10 This arrangement of the segments continues 11 alternating with respect to any spatial orientation of the arms.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich wie folgt darlegen: Es werden für die magnetischen Flüsse zweier Segmente mit jeweils 2 Zähnen und zwei Polelementen in Form einer kartesisch-kreuzförmigen ferromagnetischen Komponente und damit vier Zähnen mit insgesamt 4 Standardspulen, unter der Beachtung, dass in diesem Falle nur zwei Spulen abwechselnd pro Segment verwendet werden, im Vergleich mit einem Segment mit 4 Standardspulen ohne Polelemente betrachtet. In den Polelementen ohne Spule entsteht zwar im Luftspalt nur 70% des magnetischen Flusses gegenüber einem durch einen Zahn mit Spule erzeugten Magnetfluss beim Anlegen einer elektrischen Gleichspannung. In der Summe werden jedoch mehr als 10% höhere magnetische Flussstärken in den Luftspalten gemessen, im Vergleich zu einer kartesisch-kreuzförmigen ferromagnetischen Komponente mit ausschließlich vier Zähnen und damit 4 Standardspulen. Standardspulen sind im Rahmen dieser Ausführungen Spulen mit einer Kantenlänge von jeweils 1cm und 100 Wicklungen, wobei hierbei ein Drahtdurchmesser von 0.5 mm verwendet wird.The advantages of the arrangement according to the invention can be explained as follows: There are for the magnetic fluxes of two segments each with 2 teeth and two Polelementen in the form of a Cartesian-cross-shaped ferromagnetic component and thus four teeth with a total of 4 standard coils, taking into account that in this case only two coils are used alternately per segment, compared with a Segment considered with 4 standard coils without pole elements. In the pole elements without a coil, only 70% of the magnetic flux is produced in the air gap compared to a magnetic flux generated by a tooth with a coil when a direct electrical voltage is applied. In sum, however, more than 10% higher magnetic flux levels are measured in the air gaps, compared to a Cartesian-cross ferromagnetic component with only four teeth and thus 4 standard coils. Standard coils in the context of these designs are coils with an edge length of 1 cm and 100 windings, whereby a wire diameter of 0.5 mm is used.

Der erzeugte magnetische Transversalfluss 21 ist durch Pfeile in der 4 als Schnittzeichnung der Frontansicht eines Segmentes 11 mit kartesisch-kreuzförmiger ferromagnetischer Komponente 14 und umgebenden Rahmen 18 mit Permanentmagneten 17 dargestellt. Durch die ersten Spulen 12, 12a wird in der kreuzförmigen ferromagnetischen Komponente 14 ein gegenläufiger magnetischer Transversalfluss 21 senkrecht zur Ausrichtung der elektrischen Maschine 10 erzeugt. Die auf dem Rahmen 18 mit alternierenden magnetischen Polungen angeordnete Permanentmagnete 17 richten sich relativ zu den in der elektrischen Maschine 10 erzeugten magnetischen Transversalflussfeld aus, was eine Bewegung des Rahmens 18 relativ zur elektrischen Maschine 10 zur Folge hat.The generated magnetic transverse flux 21 is through arrows in the 4 as a sectional drawing of the front view of a segment 11 with Cartesian-cruciform ferromagnetic component 14 and surrounding frame 18 with permanent magnets 17 shown. Through the first coils 12 . 12a becomes in the cross-shaped ferromagnetic component 14 an opposite magnetic transverse flux 21 perpendicular to the orientation of the electrical machine 10 generated. The on the frame 18 arranged with alternating magnetic poles permanent magnets 17 are directed relative to those in the electric machine 10 generated magnetic transverse flux field, causing a movement of the frame 18 relative to the electric machine 10 entails.

Der Verlauf des erzeugten magnetischen Gesamtflusses 21, 22 ist durch Pfeile in der 5 als Schnittzeichnung der Seitenansicht der elektrischen Maschine 10 schematisch dargestellt. Hierbei wird der Kern der elektrischen Maschine 10 durch kartesisch-kreuzförmige ferromagnetische Komponenten 14 gebildet, wobei die Segmente 11 bezüglich ihrer räumlichen Ausrichtung alternierend entlang der elektrischen Maschine 10 angeordnet sind und oben- und untenliegende Permanentmagnete 17 gegenstückig zu den oben- und untenliegenden Zähnen 15 bzw. Polelementen 16 liegen. Dabei werden die Permanentmagnete 17 durch ein Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Schlusses 19 geschlossen und durch den Rahmen 18 gehalten, der als Schlitten dient. Entlang der elektrischen Maschine 10 ergibt sich ein longitudinaler magnetischer Fluss 22 entlang der verbundenen Segmente 11 und in den Zähnen 15. Zusätzlich zu dem innerhalb der ferromagnetischen Komponente 14 wirkenden Transversalfluss 21 erzeugt diese Anordnung entlang der elektrischen Maschine 10 einen Longitudinalfluss 22, der die Ausrichtung der Permanentmagneten 17 relativ zur elektrischen Maschine 10 und damit eine Bewegung des Rahmens 18 als Schlitten oder Rotor relativ zur elektrischen Maschine 10 erzeugt.The course of the generated total magnetic flux 21 . 22 is through arrows in the 5 as a sectional drawing of the side view of the electric machine 10 shown schematically. This is the core of the electric machine 10 by Cartesian-cruciform ferromagnetic components 14 formed, with the segments 11 with respect to their spatial orientation alternately along the electric machine 10 are arranged and top and bottom permanent magnets 17 counterpart to the top and bottom teeth 15 or pole elements 16 lie. This will be the permanent magnets 17 by a means for generating a magnetic closure 19 closed and through the frame 18 held, which serves as a sled. Along the electric machine 10 results in a longitudinal magnetic flux 22 along the connected segments 11 and in the teeth 15 , In addition to that within the ferromagnetic component 14 acting transverse flux 21 creates this arrangement along the electric machine 10 a longitudinal flow 22 , the orientation of the permanent magnets 17 relative to the electric machine 10 and thus a movement of the frame 18 as a slide or rotor relative to the electric machine 10 generated.

1010: elektrische Maschineelectrical machine
1111: Segmentsegment
1212: Spulenteil zur Erzeugung des Transversalflusses und/oder Longitudinalfluscoil part for generating the transverse flux and / or longitudinal flow
: sesses
12b12b: alternierender Spulenteil zur Erzeugung des Transversalflusses und/oderalternating Coil part for generating the transverse flow and / or
: LongitudinalflussesLongitudinalflusses
1313: weiterer Spulenteil zur Erzeugung des Transversalflusses und/oder LongituAnother Coil part for generating the transverse flux and / or Longitu
: dinalflussesdinalflusses
13b13b: alternierender Spulenteil zur Erzeugung des Transversalflusses und/oderalternating Coil part for generating the transverse flow and / or
: LongitudinalflussesLongitudinalflusses
1414: ferromagnetische Komponenteferromagnetic component
1515: Zahn als Spulenkerntooth as a coil core
15a15a: versetzter Zahn als Spulenkernoffset Tooth as a coil core
1616: Polelementpole element
16a16a: versetztes Polelementshifted pole element
1717: Permanentmagnetpermanent magnet
1818: Rahmenframe
1919: Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Schlussesmedium to generate a magnetic closure
2121: transversaler magnetischer Flusstransversal magnetic river
2222: longitudinaler magnetischer Flusslongitudinal magnetic river

Claims

Electric machine ( 10 ), consisting of an arrangement of segments ( 11 ), where the segment ( 11 ) at least one coil ( 12 . 13 . 12b . 13b ) and a ferromagnetic component ( 14 ), wherein the at least one coil ( 12 . 13 . 12b . 13b ) a magnetic flux in the ferromagnetic component ( 14 ) is generated, wherein a. the ferromagnetic component ( 14 ) has at least two arms with different spatial orientation, of which at least one arm as tooth ( 15 ) around which the at least one coil ( 12 . 13 . 12b . 13b ) and at least one arm without a coil ( 12 . 13 . 12b . 13b ) as pole element ( 16 ), and wherein b. these segments formed in this way ( 11 ) so along the electric machine ( 10 ) are arranged on a segment ( 11 ) with a tooth ( 15 ) alternately with respect to each spatial orientation of the arms a segment ( 11 ) with a pole element ( 16 ), and where c. these segments ( 11 ) are connected to one another via segment connections in such a way that when the coils ( 12 . 13 . 12b . 13b ) is simultaneously a longitudinal flux ( 22 ) by the segment connections along the interconnected segments ( 11 ) and a transverse flux ( 21 ) is produced.

Electric machine according to claim 1, wherein the arms of the ferromagnetic component ( 14 ) of a segment ( 11 ) are straight, L-, T-, U- or star-shaped, or in the form of a Cartesian cross, or combinations thereof, wherein the arms are used alternately as a tooth ( 15 ) or as a pole element ( 16 ) are formed.

Electric machine according to one of claims 1 to 2, wherein the distance between a tooth ( 15 ) and a pole element ( 16 ) along the electrical machine ( 10 ) so that the around the teeth ( 15 ) wound coils ( 12 . 13 . 12b . 13b ) do not touch.

Electric machine according to one of claims 1 to 3, wherein the coils ( 12 . 13 . 12b . 13b ) are electrically interconnected, the teeth ( 15 ) with coils ( 12 . 13 . 12b . 13b ) have a pole and the pole elements ( 16 ) form the corresponding opposite pole.

Electric machine according to one of claims 1 to 4, wherein the ferromagnetic components ( 14 ) and the segmental compounds consist of soft iron, of steels, of non-grain oriented or of grain oriented layered electrical steel sheets and of powder composite materials.

Electrical machine according to one of claims 1 to 5, wherein the electric machine ( 10 ) of a frame ( 18 ) is completely or partially enclosed, on the opposite of the positions of the teeth ( 15 ) or pole elements ( 16 ) over an air gap permanent magnets ( 17 ) are arranged.

Electric machine according to claim 6, wherein the permanent magnets ( 17 ) of the frame ( 18 ) through a yoke ( 19 ) are interconnected.

Electric machine according to one of claims 1 to 7, wherein the arms of the ferromagnetic components ( 14 ) and the segments ( 11 ) are also formed together via segment connections plugged together.

Electric machine according to one of claims 7 to 8, wherein either the electric machine ( 10 ) is movable and the frame ( 18 ) is fixed, or vice versa.

Electric machine according to claim 9, wherein the movable part of the machine ( 10 ) performs a rectilinear or circular movement and the fixed part has a corresponding guide.

Electric machine according to claim 9, wherein the movable part of the machine ( 10 ) performs a two-dimensional movement in the event that the segments ( 11 ) are connected to a surface and the electric machine ( 10 ) thus has a two-dimensional configuration.

Electric machine according to one of claims 6 to 11, wherein by mechanical guides in the frame ( 18 ) and in the electric machine ( 10 ) a constant air gap to each other between the teeth ( 15 ) or pole elements ( 16 ) and the permanent magnet ( 17 ) is held.