DE102004014123B4

DE102004014123B4 - Homopolar motor for producing electric motor power has an outer yoke, a rotor and a stator with an operational winding having multiple wound coils

Info

Publication number: DE102004014123B4
Application number: DE200410014123
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Lienert; Sebastian Heinz Pohr
Original assignee: ENTRAK EN und ANTRIEBSTECHNIK; Entrak Energie- und Antriebstechnik & Co KG GmbH
Current assignee: ENTRAK EN und ANTRIEBSTECHNIK; Entrak Energie- und Antriebstechnik & Co KG GmbH
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: DE102004014123A1

Abstract

Coil windings for individual coils (2) enclose a stator section and operated like a ring/toroidal winding. Coil sides (7) for each coil connect via armature end windings (8) and are set with a clearance in a peripheral direction so as to enlarge coil breadth.

Description

Die Erfindung betrifft eine Homopolarmaschine umfassend wenigstens ein Außenjoch, wenigstens einen Läufer und wenigstens einen Ständer mit wenigstens einer Arbeitswicklung mit mehreren gewickelten Spulen mit Wickelköpfen, wobei die einen Ständerabschnitt umfassenden Spulenwicklungen der einzelnen Spulen nach Art einer Ringwicklung ausgeführt sind.The The invention relates to a homopolar machine comprising at least one outer yoke, at least one runner and at least one stand with at least one working winding with several wound coils with winding heads, wherein the one stator section comprehensive coil windings of the individual coils in the manner of a Ring winding executed are.

Bei einer Homopolarmaschine wird die elektromotorische Kraft durch Schwankungen eines magnetischen Gleichflusses bei Rotation eines besonders geformten unbewickelten Läufers erzeugt. Der magnetische Fluss schwankt dabei zwischen einem Größt- und Kleinstwert gleicher Polarität. Da der Läufer keine Wicklungen und Schleifkontakte aufweist, kann die Maschine mit sehr hohen Drehzahlen z. B. als Bordnetzgenerator betrieben werden. Der einfache und robuste Aufbau von Homopolarmaschinen erlaubt weiterhin einen Einsatz als Antriebsmotor für Schienen- und Landfahrzeuge. Insbesondere eine Verwendung als Bahnmotor bietet sich an, da die Homopolarmaschine mit ihrem wicklungsfreien Läufer gegenüber den von den Gleisen herrührenden mechanischen Störungen am wenigsten empfindlich ist.at a homopolar machine becomes the electromotive force due to fluctuations a magnetic flux during rotation of a specially shaped unwounded runner generated. The magnetic flux fluctuates between a maximum and Minimum value of the same polarity. Because the runner no windings and sliding contacts, the machine can with very high speeds z. B. operated as a vehicle electrical system generator become. The simple and robust construction of homopolar machines allows Furthermore, a use as a drive motor for rail and land vehicles. In particular, a use as a traction motor is advisable because the Homopolar machine with its winding-free runner opposite to the tracks originating from the tracks mechanical disturbances least sensitive.

Im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Maschinen, insbesondere Synchronmaschinen, weisen die Homopolarmaschinen nur eine etwa halb so große Ausnutzung, ausgedrückt als übertragbares, erzeugtes Drehmoment je Gewichtseinheit beziehungsweise Volumenseinheit, auf. Da die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses nur etwa halb so groß ist wie bei einer herkömmlichen Maschine, kann entsprechend bei gleicher maximaler Induktion im Luftspalt und ansonsten vergleichbaren Bedingungen nur eine höchstens halb so große Spannung wie bei einer Wechselpolmaschine erzeugt werden. Die Ausnutzungsziffer ergibt sich im Wesentlichen als Produkt der wirksamen Induktion im Luftspalt mit dem Strombelag, also der auf den Bohrungsumfang bezogenen Summe der Ströme aller Leiter der Arbeitswicklung. Das Produkt aus Strombelag und Stromdichte in den Leitern bestimmt maßgeblich die Wicklungserwärmung. Gleichzeitig darf der Quotient aus Strombelag und Stromdichte im Hinblick auf die Induktion und geometrische Aspekte einen bestimmten Betrag nicht überschreiten. Eine herkömmliche Homopolarmaschine ist aus der Druckschrift FR 1 225 407 A bekannt.Compared to conventional electrical machines, in particular synchronous machines, the homopolar machines have only about half the utilization, expressed as transferable, generated torque per unit weight or volume unit, on. Since the temporal change of the magnetic flux is only about half as large as in a conventional machine, can be generated at the same maximum induction in the air gap and otherwise comparable conditions only a maximum of half as large a voltage as in a Wechselpolmaschine. The utilization rate results essentially as a product of the effective induction in the air gap with the current load, that is, the sum of the currents of all the conductors of the working winding relative to the bore circumference. The product of current stress and current density in the conductors significantly determines the winding heating. At the same time, the quotient of current balance and current density must not exceed a certain amount in terms of induction and geometric aspects. A conventional Homopolarmaschine is from the document FR 1 225 407 A known.

Aus der Druckschrift DE 1 538 934 ist ein Wechselspannungs-Reluktanzgenerator bekannt, dessen Ständer eine ringförmige Erregerwicklung sowie eine Wechselspannungswicklung aufweist, welche in Nuten verteilt ist, die an einer inneren und an einer äußeren zylindrischen Fläche des Ständers angeordnet sind und genuteten Flächen eines wicklungslosen Läufers gegenüberstehen. Der Läufer kann dabei ein ringförmiges Ständerblechpaket von drei Seiten umschließen, das von einer geeigneten Halterung gehalten wird.From the publication DE 1 538 934 For example, an AC reluctance generator is known, the stator of which has an annular excitation winding and an AC winding distributed in grooves disposed on inner and outer cylindrical surfaces of the stator and opposed to grooved surfaces of a non-running rotor. The rotor can enclose an annular stator core from three sides, which is held by a suitable holder.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine diesbezüglich verbesserte Homopolarmaschine anzugeben.Of the The invention is therefore based on the object improved in this regard Specify homopolar machine.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Homopolarmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die über die Wickelköpfe verbundenen Spulenseiten jeder Spule zur Vergrößerung der Spulenweite in Umfangsrichtung beabstandet sind.to solution this object is in a homopolar engine of the aforementioned Art provided according to the invention, that over the winding heads connected coil sides of each coil to increase the coil width in the circumferential direction spaced are.

Wie bei einer Ringwicklung umfassen die Spulenwicklungen den Querschnitt des jeweiligen Ständerabschnitts. Da der magnetische Fluss im Gegensatz zum Fluss einer Wechselpolmaschine bei einer Homopolarmaschine den Ständer auf dem ganzen Umfang nur in im Wesentlichen radialer Richtung durchsetzt, können die Spulenseiten der erfindungsgemäßen Homopolarmaschine wie bei einer Ringwicklung angeordnet werden, müssen aber vergleichbare Spulenweiten wie bei herkömmlichen Maschinen mit Trommelwicklungen haben. Deshalb sind die über die Wickelköpfe verbundenen Spulenseiten jeder Spule zur Vergrößerung der Spulenbreite und zum Erzielen der gewünschten Spulenweite in Umfangsrichtung beabstandet.As in a ring winding, the coil windings comprise the cross section of the respective stand section. Because the magnetic flux in contrast to the flow of a Wechselpolmaschine in a homopolar machine, the stand on the whole circumference penetrated only in a substantially radial direction, the Coil sides of the homopolar machine according to the invention as are arranged in a ring winding, but need comparable coil widths as with conventional Have machines with drum windings. That is why the over the winding heads connected coil sides of each coil to increase the coil width and the Achieve the desired Spool width in the circumferential direction spaced.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die eine Spulenseite einer Spule bezogen auf die Läuferachse radial weiter außen als die andere Spulenseite angeordnet ist oder dass die beiden Spulenseiten einer Spule im wesentlichen gleiche radiale Ab stände bezogen auf die Läuferachse haben. Wenn jeweils die eine Spulenseite bezogen auf die Läuferachse radial weiter außen, die andere Spulenseite weiter innen angeordnet ist, ist der Strombelag im Innenbereich im Vergleich zum Strombelag in der Ständerbohrung einer herkömmlichen Homopolarmaschine halbiert, und der Strombelag im Außenbereich hat aufgrund des dort größeren Umfangs einen Wert von weniger als der Hälfte des ursprünglichen Wertes. Bei einer Kühlung mit gleicher Wirksamkeit wie bei einer herkömmlichen Homopolarmaschine ergibt sich somit eine entsprechend niedrigere Erwärmung. Deshalb ist es möglich, den Strombelag beispielsweise durch Erhöhung der Leiterzahl auf die ursprünglichen Werte anzuheben, wodurch sich eine Ausnutzung in gleicher Grö ßenordnung wie bei einer vergleichbaren Wechselpolmaschine ergibt, da bei halber wirksamer Luftspaltinduktion die Summe der Strombeläge der Innen- und Außenseiten verdoppelt werden kann. Entsprechendes gilt im Fall gleicher radialer Abstände bezogen auf die Läuferachse für die in diesem Fall in Umfangsrichtung beabstandeten, parallel oder leicht schräg zueinander verlaufenden Ständerflächen, entlang derer die beiden Spulenseiten angeordnet sind. Bei gleichen radialen Abständen können sich Herstellung und Montage der Maschine vereinfachen. Dabei wird z.B. jeweils eine Spulenseite vom Innenbereich zum Außenbereich ausgedehnt und die Spulenseiten der benachbarten Spulen sind in Umfangsrichtung versetzt. Diese Bauform ähnelt den an sich bekannten Polen mit Wicklungen von Gleichstrommaschinen, deren Aufgabe und Wirkungsweise jedoch von den hier zutreffenden völlig verschieden ist.The invention further provides that one coil side of a coil relative to the rotor axis is arranged radially further out than the other side of the coil or that the two coil sides of a coil substantially equal radial Ab states based on the rotor axis have. If one coil side in each case is arranged radially further outward relative to the rotor axis, the other coil side further inward, the internal current load is halved in comparison with the current balance in the stator bore of a conventional homopolar engine, and the external current load has a larger outer circumference Value less than half the original value. In a cooling with the same effectiveness as in a conventional Homopolarmaschine thus results in a correspondingly lower heating. Therefore, it is possible to increase the current balance, for example, by increasing the number of conductors to the original values, resulting in a utilization of the same order of magnitude as in a comparable Wechselpolmaschine results because half the effective air gap induction doubles the sum of the current loads of the inner and outer sides can be. The same applies in the case of equal radial distances relative to the rotor axis for the spaced apart in this case in the circumferential direction, parallel or slightly obliquely extending stator surfaces, along which the two coil sides are arranged. At the same radial distances, manufacture and assembly of the machine can be simplified. In this case, for example, in each case one coil side is expanded from the inner region to the outer region and the coil sides of the adjacent coils are offset in the circumferential direction. This design is similar to the known poles with windings of DC machines, the task and mode of action, however, is completely different from the applicable here.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spulen der Arbeitswicklung oder der Arbeitswicklungen gleich groß ausgeführt sind. Dabei besteht die wenigstens eine Arbeitswicklung der erfindungsgemäßen Homopolarmaschine aus mindestens einer Spule je Polpaar. "Polpaar" bezeichnet hier den Umfangs-Abschnitt des unbewickelten Läufers, in dem sich die Luftspaltinduktion von ihrem niedrigsten Wert auf den höchsten und wieder auf den niedrigsten Wert ändert.It is advantageous if the coils of the work winding or working windings are made the same size. In this case, there is at least one working winding of the homopolar machine according to the invention from at least one coil per pole pair. "Pole pair" here refers to the perimeter section of the unwounded runner, in which the air gap induction from its lowest value on the highest and change back to the lowest value.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Spulen in geeigneter Weise gesehnt oder aber ungesehnt sind. Dadurch ergibt sich in vielen Fällen eine besonders günstige Anordnung der Spulen, nämlich die Unterbringung von zwei Seiten benachbarter Spulen in ein- und demselben radialen Nutraum, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Bei ungesehnten Spulen sind die jeweiligen Spulenweiten größer; bei gleichen Bohrungsabmessungen ist für eine gleiche Spannung im Vergleich zur gesehnten Anordnung eine verkleinerte Windungszahl erforderlich, z.B. beträgt die Windungszahl bei einer dreiphasigen ungesehnten Wicklung mit einer Spule je Polpaar nur das √3/2-fache der gesehnten Wicklung.In a development of the inventive concept is provided that the coils are suitably longed or unstretched. This results in many cases a particularly favorable arrangement the coils, namely the accommodation of two sides of adjacent coils in one and the same radial groove space, which will be discussed below. at unextended coils, the respective coil widths are larger; at same hole dimensions is for a same tension in the Compared to the extended arrangement a reduced number of turns required, e.g. is the Number of turns in a three-phase unattenuated winding with one Coil per pole pair only √3 / 2-fold the stretched winding.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die beiden Seiten einer gesehnten Spule bezüglich ihrer radialen Verbindung zur Läuferachse einen Winkel von weniger als 180 elektrischen Grad einschließen. Die beiden Seiten einer ungesehnten Spule schließen bezüglich ihrer radialen Verbindung zur Läuferachse einen Winkel von 180 elektrischen Grad ein. Für das Beispiel einer dreiphasigen Wicklung und einer Spule je Polpaar und zwei Seiten benachbarter Spulen in einem radialen Nutraum beträgt dieser elektrische Winkel 120 Grad. Unter elektrischem Winkel ist ein Winkel bezogen auf den Kreisbogen eines Polpaares, der 360 Grad beträgt, verstanden.According to the invention is still provided that the two sides of a stretched coil with respect to her radial connection to the rotor axis an angle of less than 180 electrical degrees. The Both sides of an unrestrained coil close with respect to their radial connection rotor axis an angle of 180 electrical degrees. For the example of a three-phase Winding and a coil per pole pair and two sides adjacent Coils in a radial groove space is this electrical angle 120 degrees. Under electrical angle is an angle relative to the Circular arc of a pole pair, which is 360 degrees, understood.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wickelköpfe eine andere Querschnittsform als die Spulenseiten haben und/oder in mehrere Leiterbündel aufgeteilt sind. Dadurch wird es möglich, die Wickelköpfe besonders platzsparend zu führen und die Kühlung zu verbessern. Die Ausdehnung der Maschine in Längsrichtung kann reduziert werden.In An embodiment of the invention, it is provided that the winding heads a have different cross-sectional shape than the coil sides and / or in several conductor bundle are divided. This makes it possible, the winding heads especially to save space and the cooling to improve. The extension of the machine in the longitudinal direction can be reduced become.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Spulen der Arbeitswicklung in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch wird es möglich, Wickelköpfe verschiedener Spulen zumindest abschnittsweise mit gleichem Abstand zur Läuferachse bei gleicher Position bezüglich der Umfangsrichtung zu führen. Damit ist es möglich, die Anzahl der Spulen der Arbeitswicklung bei Bedarf weiter zu erhöhen.A Further embodiment of the invention provides that a plurality of coils the work winding are arranged offset in the axial direction to each other. This will make it possible winding heads different coils at least in sections with the same distance to the rotor axis with respect to the same position to lead the circumferential direction. This makes it possible If necessary, increase the number of coils of the working winding.

Des Weiteren ist es möglich, dass die Wickelköpfe jeweils zweier benachbarter Spulen zumindest abschnittsweise radial und/oder axial beabstandet überlappen. Dadurch ist eine Anordnung mit vielen Spulen in unterschiedlichen Ebenen radial und axial zur Läuferachse bei gleichzeitig großer Spulenweite möglich. Dabei kann der Wickelkopf einer Spule mit Spulenseiten, die verschiedene radiale Abstände zur Läuferachse haben, zunächst in Umfangsrichtung mit unverändertem Abstand zur Läuferachse verlaufen, sich dann der Abstand in einem relativ kleinen Bereich entweder zur Innenseite hin verkleinern oder zur Außenseite hin vergrößert, worauf dann wieder ein längerer Bereich mit in Umfangsrichtung unverändertem Ab stand folgt. Alternativ kann sich der Abstand kontinuierlich verkleinern bzw. vergrößern. Dazwischen sind viele Zwischenformen der Wickelkopfführung denkbar.Of Furthermore, it is possible that the windings each two adjacent coils at least partially radially and / or axially spaced overlap. This is an arrangement with many coils in different Planes radially and axially to the rotor axis at the same time great Spool width possible. In this case, the winding head of a coil with coil sides, the different radial distances to the rotor axis have, first in the circumferential direction with unchanged Distance to the rotor axis, then the distance in a relatively small area either down to the inside or enlarged towards the outside, whereupon then again a longer one Area with unchanged in the circumferential direction Ab stand follows. alternative the distance can be continuously reduced or increased. Between Many intermediate forms of winding head guide are conceivable.

Es ist vorteilhaft, wenn der Ständer aus wenigstens zwei separaten Ständerteilen besteht. Auf diese Art und Weise vereinfacht sich das Einlegen vorgefertigter Spulen, denn die Ständerteile können nach dem Einlegen zusammengefügt werden. Ebenso vereinfacht sich eine möglicherweise erforderliche Demontage der Maschine.It is beneficial if the stand from at least two separate stand parts consists. In this way, loading prefabricated simplifies Coils, because the stator parts can after put together become. Similarly, a possibly required disassembly simplifies the machine.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Ständerteile Kreisringteile sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kreisringteile an ihren Längsflächen im Wesentlichen radial zur Läuferachse verlaufende Flanken aufweisen, über die sie flächig aneinander liegen oder zum Zweck der radialen Flussführung einen geringen Abstand zueinander aufweisen. Dann ist der Zusammenbau einfach, und der Ständer bildet insgesamt eine stabile, geschlossene Zylinderform.One Particularly simple construction results when the stator parts Circular parts are. It is advantageous if the circular ring parts at their longitudinal surfaces in Essentially radially to the rotor axis have running flanks, about they are flat lie against one another or for the purpose of radial flow guidance have a small distance from each other. Then the assembly easy, and the stand forms Overall, a stable, closed cylinder shape.

Eine Alternative zur geschlossenen Zylinderform des Ständers sieht vor, dass die Ständerteile in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei jedes Ständerteil einen von einer Spule umgriffenen Ständerabschnitt bildet. Die Flanken der Ständerteile können dabei radial, parallel oder in einem anderen zweckmäßigen Winkel zueinander verlaufen. Eine solche Anordnung mit in Umfangsrichtung beabstandeten Ständerteilen kann besonders bei der Ausführung mit gesehnten Spulen vorteilhaft sein. Durch die Beabstandung entstehen große Räume, in denen die Spulen geführt werden können, die aber auch beispielsweise der Kühlung dienen können.An alternative to the closed cylindrical shape of the stator provides that the stator parts are arranged spaced from one another in the circumferential direction, wherein each stator part forms a stator section encompassed by a coil. The flanks of the stator parts can be radial, parallel or at a different convenient angle to each other. Such an arrangement with circumferentially spaced stator parts may be particularly advantageous in the extended coil design. The spacing creates large spaces in which the coils can be performed, but can also serve as cooling, for example.

Zweckmäßigerweise trägt bei separaten Ständerteilen jedes Ständerteil genau eine Spule, wodurch sich der Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Maschine besonders einfach ausführen lässt.Conveniently, contributes separate stand parts every stand part exactly one coil, resulting in the assembly of a machine according to the invention very easy to do leaves.

Es ist von Vorteil, wenn die zur Läuferachse parallelen Ständerflächen Räume und/oder Nuten aufweisen. Solche Räume oder Nuten können sowohl im Bereich der weiter von der Läuferachse entfernten Ständerfläche als auch im Bereich der auf die Läuferachse bezogenen inneren Fläche vorgesehen sein. Die Räume oder Nuten können unter anderem der Führung der Spulen dienen.It is advantageous if the parallel to the rotor axis Stand surfaces rooms and / or Have grooves. Such spaces or grooves can both in the area of the stand surface further away from the rotor axis than also in the area of the rotor axis related inner surface be provided. The rooms or grooves can including the leadership serve the coils.

Weiterhin ist vorgesehen, dass bei beabstandeten Ständerteilen die Spulenseiten zweier benachbarter Spulen jeweils im Raum zwischen zwei beabstandeten Ständerteilen angeordnet sind. In diesem Fall liegt bei Spulenseiten mit unterschiedlichem radialen Abstand jeweils die auf die Läuferachse bezogene äußere Seite einer Spule mit der auf die Läuferachse bezogenen Innenseite der Nachbarspule in einem gemeinsamen Raum, wodurch eine optimale Platzausnutzung gewährleistet wird.Farther is provided that at spaced stator parts, the coil sides two adjacent coils each in the space between two spaced apart stand parts are arranged. In this case lies with coil sides with different Radial distance respectively related to the rotor axis outer side a coil with the on the rotor axis related inside of the neighboring coil in a common room, whereby an optimal space utilization is guaranteed.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die beiden Flankenseiten eines Raumes oder einer Nut derart verlaufen, dass sie einen sich mit dem Abstand von der Läuferachse in Umfangsrichtung vergrößernden Abstand voneinander haben. Die Flanken verlaufen dann etwa v-förmig oder wie die Seiten eines Trapezes auseinander, wodurch der Abstand von Flanke zu Flanke zunimmt. Durch den größeren Weg von Flanke zu Flanke wird die Streuung des Magnetfeldes verringert, während sich gleichzeitig die Kühlung verbessert, da eine größere Fläche zur Wärmeabgabe zur Verfügung steht. Durch den zusätzlichen Platz in den Räumen oder Nuten ist es möglich, weiterhin Leitbleche aus nichtmagnetischem Material vorzusehen, um störenden Streufeldern entgegen zu wirken. Außerdem können weitere Vorrichtungen eingebaut werden, die aktiv die Kühlung verbessern.According to one Further training is provided that the two flank sides of a Space or a groove run so that they are with the Distance from the rotor axis enlarging in the circumferential direction Have distance from each other. The flanks are then approximately V-shaped or like the sides of a trapezium apart, reducing the distance from Edge to edge increases. Through the larger path from flank to flank the scattering of the magnetic field is reduced, while at the same time the cooling improved, as a larger area for heat to disposal stands. By the additional Space in the rooms or grooves it is possible continue to provide baffles of non-magnetic material, around disturbing stray fields counteract. Furthermore can more Install devices that actively improve cooling.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Stütz- und/oder Kühlelemente im Bereich der Spulenseiten, insbesondere in den die Spulenseiten aufnehmenden Nuten und/oder Räumen, vorgesehen sind. Diese Elemente sind dabei in ihrer Form an die Gesamtform der Maschine angepasst, so dass beispielsweise dreieckige oder rechteckige Querschnitte auftreten können, um eine einheitliche Gesamtform zu erhalten. Dabei ist es möglich, die Elemente in die Räume oder Nuten einzuklemmen oder sie anderswie zu befestigen, so dass insbesondere bei komplizierteren Spulenanordnungen oder bei einem Ständer aus beabstandeten Teilen die Stabilität und die Kühlung der Anordnung gewährleistet werden.In An embodiment of the invention is provided that support and / or cooling elements in the coil side, especially in the coil sides receiving grooves and / or spaces provided are. These elements are in their shape to the overall shape adapted to the machine, so for example, triangular or rectangular cross-sections may occur, to get a uniform overall shape. It is possible, the elements in the rooms or pinch grooves or otherwise fix them so that especially with more complicated coil arrangements or with a stand be ensured from spaced parts, the stability and cooling of the arrangement.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Außenjoch aus mehreren Jochteilen besteht. Auf diese Art und Weise kann sich die Montage der Maschine vereinfachen. Die Jochteile des Außenjochs können zur Bildung von Schlitzen in Umfangsrichtung beabstandet sein. Durch diese Beabstandung werden magnetische Querflüsse verringert.Farther is inventively provided that the outer yoke consists of several yoke parts. This way can work simplify the installation of the machine. The yoke parts of the outer yoke can to be spaced circumferentially to form slots. By this spacing will reduce magnetic cross flows.

Es ist vorteilhaft, wenn das Außenjoch Schlitze im Wesentlichen parallel zur Läuferachse aufweist, deren Anzahl der Zahl der sich zum Joch hin öffnenden Nuten entspricht. Die Schlitze parallel zur Läuferachse erfüllen wiederum die Funktion, den magnetischen Fluss in Querrichtung, den die Leiter der Arbeitswicklung erzeugen, zu verringern. Dazu reicht es aus, wenn sich die Schlitze über die Länge des Ständers erstrecken. Diese Schlitze können magnetisch und elektrisch nicht leitende und/oder nur elektrisch leitende Zwischenteile enthalten. Die Zwischenteile können zum einen funktionell genutzt werden, andererseits stellen sie bei gleichzeitiger Unterdrückung der magnetischen Querflüsse die einheitliche äußere Form der Gesamtanordnung wieder her.It is advantageous if the outer yoke Slots substantially parallel to the rotor axis, the number the number of people opening to the yoke Grooves corresponds. The slots parallel to the rotor axis meet again the function, the magnetic flux in the transverse direction, the conductors to generate the work winding to reduce. It's enough when the slots over the length of the stand extend. These slots can magnetically and electrically nonconductive and / or only electrical contain conductive intermediate parts. The intermediate parts can for a functionally used, on the other hand they represent at the same time suppression the magnetic cross flows the uniform outer shape the entire arrangement.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ständer- und/oder jochseitig ein oder mehrere Kanäle zur Führung eines Kühlmittels vorgesehen sind, wobei zumindest ein Teil der Schlitze und/oder Nuten und/oder Räume als Kühlkanäle dient. Die Kühlkanäle sind vorteilhaft, um durch bessere Kühlung die mögliche Ausnutzung der Maschine zu verbessern. Wenn ein Teil der Schlitze und Nuten als Kühlkanal genutzt werden kann, so erlaubt dies eine gute Kühlung der Anordnung bei relativ geringem Aufwand.A Embodiment of the invention provides that the stator and / or yoke side or more channels to the leadership a coolant are provided, wherein at least a portion of the slots and / or grooves and / or rooms serves as cooling channels. The cooling channels are beneficial to better cooling the possible To improve the utilization of the machine. If part of the slots and grooves as a cooling channel can be used, this allows a good cooling of the arrangement at relatively Little effort.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Erzeugung eines Erregerfeldes wenigstens eine Erregerwicklung oder wenigstens ein Permanentmagnetsystem vorgesehen sind. Selbstverständlich ist auch eine Kombination einer Erregerwicklung und eines Permanentmagnetsystems möglich. Dabei kann die die Läuferachse ringförmig umschließende Erregerwicklung bei mehreren Jochteilen aus mehreren, jeweils ein Jochteil in Umfangsrichtung umschließenden einzelnen Spulen bestehen. Diese Ausführung kann bei axial und in Umfangsrichtung geteiltem Joch aus Montage- und Demontagegründen von Vorteil sein.According to the invention, it is provided that for generating a field exciting at least one field winding or at least one permanent magnet system is provided. Of course, too a combination of a field winding and a permanent magnet system possible. It can be the rotor axis annular enclosing Excitation winding at several yoke parts of several, one each Yoke part circumferentially enclosing individual coils consist. This design can in axially and circumferentially divided yoke assembly and Dismantling reasons be beneficial.

Bei einem Permanentmagnetsystem wird dieses zweckmäßigerweise im Außenjoch oder im axialen Teil des läuferseitigen Polsystems angeordnet. Bei mehreren Jochteilen können die Permanentmagnete zwischen den Jochen angebracht werden. In diesem Fall sind sie keinen durch die Rotation verursachten Kräften ausgesetzt. Im rotierenden Läufer werden die Permanentmagnete zweckmäßigerweise im Zwischenstück zwischen den Polsystemen angeordnet oder als Polstücke ausgebildet.In a permanent magnet system is this expediently arranged in the outer yoke or in the axial part of the rotor-side pole system. With several yoke parts, the permanent magnets can be mounted between the yokes. In this case, they are not exposed to any forces caused by the rotation. In the rotating rotor, the permanent magnets are expediently arranged in the intermediate piece between the pole systems or designed as pole pieces.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Homopolarmaschine aus zwei oder mehr Teilmaschinen mit jeweils separaten Ständern besteht. Dadurch kann die Anordnung von Hilfsluftspalten zur Führung des magnetischen Flusses vermieden werden.A Embodiment of the invention provides that the homopolar machine consists of two or more sub-machines, each with separate stands. As a result, the arrangement of auxiliary air gaps for guiding the magnetic flux can be avoided.

Es kann vorteilhaft sein, wenn diese separaten Teilmaschinen eine gemeinsame Arbeitswicklung umfassen. Dadurch kann in Richtung der Maschinenlängsachse gegebenenfalls eine Platzersparnis erreicht werden. Alternativ können die Teilmaschinen jeweils eine separate Arbeitswicklung umfassen, wobei die Arbeitswicklungen um einen bestimmten Phasenwinkel zueinander verschoben angeordnet sein können. Dadurch ist es möglich, die Phasenlage der Stromsysteme der Teilmaschinen zu beeinflussen, um die Zahl der Phasen der Gesamtmaschine wie gewünscht zu verändern, sie beispielsweise zu verdoppeln.It may be advantageous if these separate sub-machines have a common Include work development. This can be in the direction of the machine axis if necessary, a space saving can be achieved. Alternatively, the Sub-machines each comprise a separate work winding, wherein the working windings at a certain phase angle to each other can be arranged shifted. This makes it possible to influence the phase position of the power systems of the submachines to change the number of phases of the whole machine as desired, they for example, to double.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Teilmaschinen eine gemeinsame oder jeweils eine separate Erregerwicklung aufweisen. Letzteres kann für die Spannungsregelung von Vorteil sein. Bei einer gemeinsamen Erregerwicklung ist je nach Ausführung ein platzsparender Aufbau möglich.According to the invention, it is provided that the sub-machines have a common or a separate one Have excitation winding. The latter can be used for the voltage regulation of Be an advantage. At a common exciter winding is depending on execution a space-saving construction possible.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die oder jede Erregerwicklung als zwischen den Teilmaschinen angeordnete Scheibenspule ausgebildet ist. Diese Anordnung vereinfacht die Montage oder Demontage der Maschine und gewährleistet darüber hinaus gute Möglichkeiten der Kühlung. Außerdem kann insbesondere in axialer Richtung eine Platzersparnis erreicht werden.A Embodiment provides that the or each excitation winding as formed between the dividing machines disc coil is. This arrangement simplifies the assembly or disassembly of Machine and guaranteed about that good opportunities the cooling. Furthermore can save space, especially in the axial direction become.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass die Teilmaschinen ein gemeinsames Außenjoch oder jeweils separate Außenjoche umfassen. Hierbei ist wiederum zwischen der Stabilität der Ausführung und bestimmten Erfordernissen der Montage bzw. Kühlung abzuwägen.Farther the invention provides that the sub-machines a common outer yoke or each separate outer yokes include. Here again is between the stability of the execution and certain To weigh the requirements of assembly or cooling.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Polstücke des läuferseitigen Polsystems derart geformt sind, dass sich eine im Wesentlichen sinusförmige Induktionsverteilung ergibt. Eine solche sinusförmige Induktionsverteilung steht auch bei herkömmlichen Maschinen mit Wechselpolbauart im Vordergrund. Dabei zeichnet sich die bei entsprechender Kontur des Läufers erhaltene sinusförmige Verteilung einer separaten Teilmaschine dadurch aus, dass sich im Mittel ein von Null verschiedener Wert ergibt. Ein entsprechend geformter Läufer weist in einem bestimmten Winkelbereich abnehmende Radien und eine teilkreisförmige Aussparung im Querschnitt auf. Je nach Einsatzgebiet der Maschine sind unter Umständen andere Induktionsverteilungen vorteilhaft.A Embodiment provides that the pole pieces of the rotor-side pole system in such a way are shaped so that a substantially sinusoidal induction distribution results. Such a sinusoidal induction distribution is synonymous with conventional machines with Wechselpolbauart in the foreground. It is characterized by the corresponding contour of the rotor obtained sinusoidal Distribution of a separate sub-machine characterized in that on average gives a non-zero value. A correspondingly shaped runner has decreasing radii and a certain angular range part-circular Recess in cross section. Depending on the application of the machine may be different Induction distributions advantageous.

Es ist von Vorteil, wenn die Polstücke des Polsystems in Umfangsrichtung strukturiert, z.B. schraubenförmig gerillt sind. An den Oberflächen der massiven Polstücke entstehen Verluste, die sich durch die umlaufenden Rillen verringern lassen.It is an advantage if the pole pieces of the pole system in the circumferential direction, e.g. grooved helically are. On the surfaces the massive pole pieces Losses occur, which are reduced by the circumferential grooves to let.

Es kann außerdem von Vorteil sein, das Polsystem in axialer Richtung in Bezug auf die Läuferachse um einen bestimmten Winkel zu schrägen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Spannungsform zu beeinflussen, sowie einen Kühlluftstrom in axialer Richtung zu erzeugen und dadurch die Wärmeabfuhr zu verbessern.It can also be advantageous to the pole system in the axial direction with respect to the rotor axis to tilt at a certain angle. This results in the Possibility, to influence the voltage shape, and a cooling air flow in the axial direction to generate and thereby the heat dissipation to improve.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Ständer oder die Ständerteile, gegebenenfalls jeweils, wenigstens ein Blechpaket umfassen. Auf diese Art und Weise lassen sich unerwünschte Wirbelströme, die zu beachtlichen Verlusten führen können, verringern.Farther it is advantageous if the stand or the stable parts, optionally, each comprise at least one laminated core. On This way you can get unwanted eddy currents that too lead to considerable losses can, reduce.

Zweckmäßigerweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Maschine als Motor oder Generator ausgebildet sein kann. Damit ergibt sich ein breites Anwendungsgebiet, z. B. als Bordnetzgenerator oder als Antriebsmotor für Schienen- und Landfahrzeuge. Die erfindungsgemäßen Verbesserungen lassen sich in allen Bereichen nutzen, für die der Einsatz einer Homopolarmaschine sinnvoll ist.Conveniently, is provided according to the invention, that the machine can be designed as a motor or generator. This results in a wide range of applications, eg. B. as a vehicle electrical system generator or as a drive motor for Rail and land vehicles. The improvements according to the invention leave use in all areas for which the use of a homopolar machine makes sense.

Alternativ kann die Homopolarmaschine eine Außenläufer-Bauform aufweisen, bei der das rotierende Polsystem den feststehenden Ständer mit Innenjoch außen umschließt. Diese Bauform kann für bestimmt Anwendungen z.B. aus Stabilitätsgründen von Vorteil sein.alternative the homopolar machine may have an external rotor design the rotating pole system with the stationary stand Inner yoke outside encloses. This design can be determined for Applications e.g. for stability reasons of Be an advantage.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand besonders geeigneter Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent below using particularly suitable embodiments described. Showing:

1 eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine; 1 a partial perspective view of a Homopolarmaschine invention;

2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine mit ungesehnten Spulen gemäß 1; 2 a cross section of a Homopolarmaschine invention with unstretched coils according to 1 ;

3 eine abgewickelte Darstellung der in 2 gezeigten Maschine mit geänderter Wickelkopfführung; 3 a developed representation of in 2 shown machine with modified winding head guide;

4 einen Schnitt der Darstellung der 3; 4 a section of the representation of 3 ;

5 eine Prinzipskizze einer perspektivischen Teilansicht einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine mit Anordnung der Spulen in mehreren Ebenen. 5 a schematic diagram of a perspective partial view of a Homopolarmaschine invention with arrangement of the coils in several levels.

6 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine mit gesehnten Spulen und veränderter Querschnittsform der Wickelköpfe. 6 a cross section of a Homopolarmaschine invention with extended coils and changed cross-sectional shape of the winding heads.

7 einen Längs- und Querschnitt eines erfindungsgemäßen Homopolargenerators auf Basis der Maschine aus 6 mit unveränderter Querschnittsform; 7 a longitudinal and cross section of a homopolar generator according to the invention based on the machine 6 with unchanged cross-sectional shape;

8. einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Homopolargenerators mit Spulenseiten mit gleichen radialen Abständen; 8th , a cross section of a homopolar generator according to the invention with coil sides with the same radial distances;

9 einen Längs- und Querschnitt einer Homopolarmaschine mit geteilter Erregerwicklung und geteiltem Joch; und 9 a longitudinal and cross section of a Homopolarmaschine with divided excitation winding and split yoke; and

10 einen Längs- und Querschnitt einer Homopolarmaschine in Außenläufer-Bauform. 10 a longitudinal and cross section of a Homopolarmaschine in external rotor design.

1 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine 1. Zu sehen ist der Verlauf zweier Spulen 2 der Arbeitswicklung im Wickelkopfbereich. Die Spulen 2 der Arbeitswicklung umfassen dabei nach Art einer Ringwicklung einen Abschnitt des Ständers 3, der Blechpakete 4 zur Verringerung unerwünschter Wirbelströme umfasst. Der Ständer 3 der Homopolarmaschine 1 hat eine zylindrische Form. Außerdem ist das Außenjoch 5 dargestellt, an dem der Ständer 3 befestigt ist und das in dieser Darstellung aus mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Jochteilen 6 besteht. Die eine Spulenseite 7 einer Spule 2 der Arbeitswicklung ist jeweils bezogen auf die Läuferachse der Maschine radial weiter außen als die andere Seite 7 angeordnet, so dass die inneren Spulenseiten 7 um den inneren Mantel des zylinderförmigen Ständers 3 und die äußeren Spulenseiten 7 um den äußeren Zylindermantel des Ständers 3 angeordnet sind. Die Wickelköpfe 8 im Bereich der Spulenseiten 7 verlaufen zunächst einmal mit unverändertem radialen Abstand über einen bestimmten Winkelbereich in Umfangsrichtung, dann folgt ein Übergangsstück, das die Wickelkopfbereiche der Spulenaußen- und Innenseiten miteinander verbindet. Aufgrund dieser besonderen Anordnung ist es möglich, dass sich die Wickelköpfe 8 jeweils zweier benachbarter Spulen 2, wie hier dargestellt, zumindest abschnittsweise radial beabstandet überlappen. Die Ebenen der durch die erfindungsgemäße Anordnung der voneinander in Umfangsrichtung beabstandeten Spulenseiten auseinander gezogenen Spulen 2 stehen unter einem Winkel von annähernd 90° zur Radialrichtung der Maschine, die der Richtung der magnetischen Flusses entspricht, wodurch die Durchsetzung der Spulenebenen optimiert wird. Am Ständer 3 sind Nuten 9 dargestellt, die neben den Spulenseiten 7 auch hier nicht dargestellte Kühlelemente aufnehmen können. Die beiden Flanken 10 der Nut 9 im Außenbereich des Ständers 3 verlaufen derart, dass sie einen sich mit dem Abstand von der Läuferachse in Umfangsrichtung vergrößernden Abstand voneinander haben. Durch den sich vergrößernden Abstand und den damit längeren Weg von Flanke 10 zu Flanke 10 verringern sich zum einen Streueffekte des Magnetfeldes, zum anderen steht mehr Fläche zur Wärmeabfuhr zur Verfügung, wodurch sich die Kühlung verbessert. Die Schlitze 11, die durch die beabstandeten Jochteile 6 des Außenjochs 5 entstehen, verringern die Entstehung eines magnetischen Querflusses und können wie die Nuten 9 des Ständers 3 als Kühlkanäle dienen. Alternativ oder in Ergänzung zu den Schlitzen 11 bei beabstandeten Jochteilen 6 kann das Außenjoch Schlitze aufweisen, die sich nur über die Länge des Ständers erstrecken und ebenfalls Querflüsse verringern. 1 shows a partial perspective view of a Homopolarmaschine invention 1 , You can see the course of two coils 2 the working winding in the winding head area. The spools 2 The working winding thereby comprise a section of the stator in the manner of a ring winding 3 , the tin packets 4 for reducing unwanted eddy currents. The stand 3 the homopolar machine 1 has a cylindrical shape. In addition, the outer yoke 5 represented, on which the stand 3 is fixed and in this illustration of a plurality of circumferentially spaced yoke parts 6 consists. The one coil side 7 a coil 2 the working winding is in each case radially further outward than the other side relative to the rotor axis of the machine 7 arranged so that the inner coil sides 7 around the inner shell of the cylindrical stand 3 and the outer coil sides 7 around the outer cylinder shell of the stand 3 are arranged. The winding heads 8th in the area of coil sides 7 initially run with unchanged radial distance over a certain angular range in the circumferential direction, then follows a transition piece, which connects the winding head of the Spulenaußen- and inner sides together. Due to this special arrangement, it is possible that the winding heads 8th each two adjacent coils 2 , as shown here, at least partially overlap radially spaced. The levels of the pulled apart by the inventive arrangement of spaced apart circumferentially coil sides coils 2 are at an angle of approximately 90 ° to the radial direction of the machine, which corresponds to the direction of the magnetic flux, thus optimizing the enforcement of the coil planes. On the stand 3 are grooves 9 shown next to the coil sides 7 can also record cooling elements not shown here. The two flanks 10 the groove 9 in the outdoor area of the stand 3 extend such that they have a distance increasing from one another with the distance from the rotor axis in the circumferential direction. Due to the increasing distance and the longer distance from flank 10 to flank 10 On the other hand, there is more surface available for heat dissipation, which improves the cooling. The slots 11 passing through the spaced yoke parts 6 of the outer yoke 5 arise, reduce the formation of a magnetic cross-flow and can like the grooves 9 of the stand 3 serve as cooling channels. Alternatively or in addition to the slots 11 at spaced yoke parts 6 For example, the outer yoke may have slots that extend only the length of the stator and also reduce cross flows.

2 zeigt den Querschnitt der erfindungsgemäßen Homopolarmaschine 1 gemäß 1 mit ungesehnten Spulen 2. Die Anordnung der Spulen 2 mit teilweise radial beabstandeter Überlappung entspricht dabei der in 1 gezeigten Anordnung. Die ungesehnten Spulen 2 der Arbeitswicklung schließen bezüglich ihrer radialen Verbindung zur Läuferachse einen Winkel von 180 elektrischen Grad ein. Das Außenjoch 5 weist Schlitze 11 auf, die magnetische Querflüsse verringern und gleichzeitig als Kühlkanäle dienen können. Die Nuten 9 auf der Außenseite des Ständers 3 umfassen verschiedene Stütz- und Kühlelemente 12, die die Wicklung abstützen und stabilisieren und gleichzeitig eine gute Wärmeabfuhr ermöglichen. Der Ständer 3 besteht aus mehreren Ständerteilen 13, wobei die im wesentlichen parallel zur Läuferachse verlaufenden Flanken 14 der Ständerteile 13 flächig aneinander liegen. Ein Ständerteil 13 trägt jeweils eine Spule 2. Alternativ zu diesem Aufbau aus sechs Ständerteilen 13 ist jeder andere sinnvolle Aufbau aus weniger oder mehr Ständerteilen 13 möglich. Durch den geteilten Ständer 3 vereinfacht sich das Einlegen vorgefertigter Spulen 2, entsprechend variiert die Anzahl der Ständerteile 13 mit der Anzahl der Spulen 2. Alternativ ist eine einteili ge Ausführung möglich. Im Innenraum der zylindrischen Ständerbohrung 15 ist der in der Figur nicht dargestellte Läufer gelagert. 2 shows the cross section of the homopolar machine according to the invention 1 according to 1 with unstretched coils 2 , The arrangement of the coils 2 with partially radially spaced overlap corresponds to the in 1 shown arrangement. The unstretched coils 2 the working winding make an angle of 180 electrical degrees with respect to their radial connection to the rotor axis. The outer yoke 5 has slots 11 on, the magnetic cross-flows reduce and at the same time can serve as cooling channels. The grooves 9 on the outside of the stand 3 include various support and cooling elements 12 , which support and stabilize the winding while allowing good heat dissipation. The stand 3 consists of several stator parts 13 , wherein the flanks extending substantially parallel to the rotor axis 14 the stable parts 13 lie flat against each other. A stand part 13 each carries a coil 2 , As an alternative to this structure of six post parts 13 is any other meaningful construction of fewer or more parts of the stand 13 possible. Through the split stand 3 simplifies the insertion of prefabricated coils 2 The number of modified parts varies accordingly 13 with the number of coils 2 , Alternatively, a one-piece version is possible. In the interior of the cylindrical stator bore 15 the rotor is not shown in the figure stored.

3 zeigt eine abgewickelte Darstellung der in 2 gezeigten Maschine mit geänderter Wickelkopfführung. Zu sehen sind die Wickelköpfe 8 der Spulen 2 der Arbeitswicklung, der Ständer 3 mit den Nuten 9 sowie das Außenjoch 5 mit den Schlitzen 11. Die Verbindung der Außenseiten und Innenseiten der Spulen über die Wickelköpfe erfolgt hier durch eine über einen weiten Bereich kontinuierliche Änderung des radialen Abstands. Außerdem ist die magnetische Flussrichtung im Außenjoch 5, die in Richtung der Läuferachse verläuft, angegeben. Die magnetische Flussrichtung im Ständer 3 verläuft, wie in der Abbildung dargestellt, bei einer Homopolarmaschine mit erfindungsgemäßer Arbeitswicklung in radialer Richtung. 3 shows a developed representation of the in 2 shown machine with modified Wi ckelkopfführung. You can see the winding heads 8th the coils 2 the work winding, the stand 3 with the grooves 9 as well as the outer yoke 5 with the slots 11 , The connection of the outer sides and inner sides of the coils on the winding heads is effected here by a continuous change over a wide range of the radial distance. In addition, the magnetic flux direction in the outer yoke 5 , which runs in the direction of the rotor axis specified. The magnetic flow direction in the stator 3 runs, as shown in the figure, in a homopolar machine with inventive work winding in the radial direction.

Der in 4 dargestellte Schnitt zur Maschine aus 3 zeigt die Lage zweier sich zur Erhöhung der Spulenweite radial beabstandet überlappender Spulen 2 mit den Seiten 7 und den Wickelköpfen 8 relativ zueinander und in Bezug auf den Ständer 3 und das Außenjoch 5.The in 4 illustrated section to the machine 3 shows the position of two to increase the coil width radially spaced overlapping coils 2 with the pages 7 and the winding heads 8th relative to each other and in relation to the stand 3 and the outer yoke 5 ,

In 5 ist eine Prinzipskizze einer perspektivischen Teilansicht einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine 64 auf Basis der Maschinen der vorangehenden Abbildung mit Anordnung der Spulen 65 in mehreren Ebenen zu sehen. Hier liegt nochmals ein etwas veränderter Verlauf der Wickelköpfe 66 vor. Zur Verdeutlichung sind hier jeweils nur die Mittelebenen der Wicklungen der einzelnen Spulen 65 gezeigt. Die Spulen umschließen den Ständer 67, der zur vereinfachten Montage aus mehreren Ständerteilen gebildet sein kann. Aufgrund der unterschiedlichen radialen und axialen Abstände der Wickelköpfe 66 in Bezug auf die Achse des hier nicht dargestellten Läufers ist eine Anordnung mit zahlreichen ungesehnten Spulen 65 möglich. Die Spulen 65 überlappen dabei immer wieder abschnittsweise radial oder axial beabstandet. Die Spulenseiten 68 werden in den Nuten 69 des Ständers 67 geführt.In 5 is a schematic diagram of a perspective partial view of a Homopolarmaschine invention 64 based on the machines of the previous figure with arrangement of the coils 65 to see in several levels. Here is again a slightly changed course of the winding heads 66 in front. To clarify here are only the center planes of the windings of each coil 65 shown. The coils enclose the stand 67 , which can be formed for simplified assembly of several post parts. Due to the different radial and axial distances of the winding heads 66 with respect to the axis of the rotor, not shown here is an arrangement with numerous unstretched coils 65 possible. The spools 65 overlap again and again sections radially or axially spaced. The coil sides 68 be in the grooves 69 of the stand 67 guided.

6 stellt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine 16 mit gesehnten Spulen 17 der Arbeitswicklung und veränderter Querschnittsform der Wickelköpfe 25 dar. Die beiden Seiten einer gesehnten Spule 17 schließen im gezeigten Beispiel dabei bezüglich ihrer radialen Verbindung zur Läuferachse einen Winkel von 120 elektrischen Grad ein. Der Ständer 18 besteht in diesem Fall aus mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten separaten, ringartig angeordneten Ständerteilen 19, die jeweils von einer Spule 17 umgriffene Abschnitte darstellen. Zwischen den einzelnen Ständerteilen 19 entstehen somit Räume 20, in denen jeweils die Außen- und Innenseite 21 zweier benachbarter Spulen 17 Platz finden. Eine Spule 17 umgreift jeweils den Querschnitt eines Ständerabschnitts, der in diesem Ausführungsbeispiel einem Ständerteil 19 entspricht. Zudem können die Räume 20 wie hier dargestellt Stütz- und/oder Kühlelemente 22 aufnehmen. Die Flanken 24 der Ständerteile 19 stehen in einem geeigneten Winkel zueinander, so dass sich eine vorteilhafte Form der Räume 20 ergibt. Die Außen- und Innenseiten 21 zweier benachbarter Spulen 17 sind jeweils in einem Raum 20 angeordnet. Die Wickelköpfe 25 der Spulen 17 haben eine andere Querschnittsform als die Spulenseiten 21, sie sind flacher und breiter als die Spulenseiten in den Räumen 20 ausgebildet, wodurch die Längsausdehnung der Maschine 16 verringert und die Kühlung verbessert werden kann. Die einzelnen Teile 19 des Ständers 18 sind am massiven Außenjoch 23 befestigt. In dem Außenjoch können in gleicher Weise wie in 2 Schlitze angeordnet sein. Alternativ zu den dargestellten sechs in Umfangsrichtung beabstandet am Außenjoch 23 befestigten Ständerteilen 19 ist je nach Zahl der Spulen 17 eine andere Anzahl von Ständerteilen 19 vorteilhaft. Daneben ist ein Läufer 26 mit einem vierpoligen Polsystem gezeigt. Je nach Anwendung der Maschine sind die Polstücke 27 des läuferseitigen Polsystems derart geformt, dass sich eine im Wesentlichen sinusförmige Induktionsverteilung ergibt. 6 shows the cross section of a Homopolarmaschine invention 16 with stretched coils 17 the work winding and changed cross-sectional shape of the winding heads 25 The two sides of a stretched coil 17 close in the example shown with respect to their radial connection to the rotor axis an angle of 120 electrical degrees. The stand 18 consists in this case of a plurality of circumferentially spaced separate, ring-like arranged stator parts 19 , each from a coil 17 represent covered sections. Between the individual parts of the stand 19 thus create spaces 20 in which each the outside and inside 21 two adjacent coils 17 Find a place. A coil 17 engages in each case the cross section of a stator section, in this embodiment, a stator part 19 equivalent. In addition, the rooms can 20 support and / or cooling elements as shown here 22 take up. The flanks 24 the stable parts 19 are at a suitable angle to each other, so that an advantageous shape of the rooms 20 results. The outer and inner sides 21 two adjacent coils 17 are each in a room 20 arranged. The winding heads 25 the coils 17 have a different cross-sectional shape than the coil sides 21 they are flatter and wider than the coil sides in the rooms 20 formed, reducing the longitudinal extent of the machine 16 can be reduced and the cooling can be improved. The individual parts 19 of the stand 18 are at the massive outer yoke 23 attached. In the outer yoke can in the same way as in 2 Slots can be arranged. Alternatively to the illustrated six circumferentially spaced on the outer yoke 23 fixed stand parts 19 is depending on the number of coils 17 a different number of stand parts 19 advantageous. Next to it is a runner 26 shown with a four-pole pole system. Depending on the application of the machine are the pole pieces 27 of the rotor-side pole system so shaped that results in a substantially sinusoidal induction distribution.

7 zeigt einen Längs- und Querschnitt eines erfindungsgemäßen Homopolargenerators 28, bestehend aus zwei Teilmaschinen, auf Basis der Maschine aus 6 mit unveränderter Querschnittsform. Auch hier sind wieder gesehnte Spulen 29 der Arbeitswicklung gezeigt. Der Ständer 30 besteht aus einzelnen in Umfangsrichtung beabstandeten separaten Ständerteilen 31. Der Läufer 32 hat vier Polstücke 33, jeweils zwei pro Teilmaschine und beispielhaft bezüglich der Teilmaschi nen um 90° verdreht, und weist wiederum eine an die jeweilige Anwendung angepasste Form der Polkontur mit zwei gegenüberliegenden Polstücken auf. Nicht dargestellte Rillen an den Polstücken 33 verringern Verluste, die sonst an massiven Polstücken 33 auftreten. Das Außenjoch 34 verfügt über Schlitze 35, die Querflüsse verhindern sollen und je nach Anwendung in der Figur nicht dargestellte magnetisch und elektrisch nicht leitende oder nur elektrisch leitende Zwischenteile enthalten. Im Längsschnitt ist zu erkennen, dass der Homopolargenerator aus zwei Teilmaschinen 36, 37 besteht. Zwischen den beiden Teilmaschinen 36; 37 ist eine aus zwei Scheibenspulen bestehende Erregerwicklung 38 angeordnet. Alternativ kann ein Permanentmagnetsystem zur Erzeugung eines Erregerfeldes dienen. Die Arbeitswicklungen der Teilmaschinen 36, 37 werden je nach gewünschter Phasenlage der Spannungen des Generators 28 um einen bestimmten Phasenwinkel zueinander verschoben angeordnet. Dieser erfindungsgemäße Homopolargenerator 28 ist für hohe Drehzahlen besonders geeignet. Der Aufbau aus zwei Teilmaschinen 36, 37 vermeidet Hilfsluftspalte zur Führung des magnetischen Flusses. Je nach Anwendung ist auch ein Aufbau aus mehr als zwei Teilmaschinen 36, 37 möglich. 7 shows a longitudinal and cross section of a homopolar generator according to the invention 28 , consisting of two sub-machines, based on the machine 6 with unchanged cross-sectional shape. Again, there are long coils 29 shown the work development. The stand 30 consists of separate circumferentially spaced separate stator parts 31 , The runner 32 has four pole pieces 33 , in each case two per sub-machine and by way of example with respect to the Teilmaschi nen rotated by 90 °, and in turn has adapted to the particular application form of the pole contour with two opposite pole pieces. Not shown grooves on the pole pieces 33 reduce losses that would otherwise be due to massive pole pieces 33 occur. The outer yoke 34 has slots 35 which are intended to prevent transverse flows and, depending on the application in the figure, not shown magnetically and electrically non-conductive or only electrically conductive intermediate parts. The longitudinal section shows that the homopolar generator consists of two sub-machines 36 . 37 consists. Between the two submachines 36 ; 37 is a two-coil exciter winding 38 arranged. Alternatively, a permanent magnet system can be used to generate a field of excitation. The working windings of the submachines 36 . 37 Depending on the desired phase of the voltages of the generator 28 arranged shifted by a certain phase angle to each other. This homopolar generator according to the invention 28 is particularly suitable for high speeds. The construction of two submachines 36 . 37 avoids auxiliary air gaps for guiding the magnetic flux. Depending on the application is also a structure of more than two sub-machines 36 . 37 possible.

In 8 ist der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Homopolargenerators 39 mit Spulenseiten 40 mit gleichen radialen Abständen dargestellt. Der Ständer 41 besteht wiederum aus sechs verschiedenen in Umfangsrichtung beabstandeten Ständerteilen 42. Außerdem ist der Läufer 43 mit den Polstücken 44 gezeigt. Die Ständerteile 42 sind am Außenjoch 45 befestigt. Die Ständerflächen 46 eines Ständerteils 42, entlang denen die Spulenseiten 40 angeordnet sind, verlaufen leicht schräg zueinander. Die Spulenseiten 40 sind hier fast vollständig vom Innen- zum Außenbereich des Ständers 41 ausgedehnt. Die gestrichelten Linien deuten den Verlauf der Wickelköpfe an. Diese Spulenanordnung kann die Herstellung und Montage der Maschine vereinfachen. Dabei ähnelt die gezeigte Bauform den an sich bekannten Polen mit Wicklung, die bei Gleichstrommaschinen anzutreffen sind, deren Aufgabe und Wirkungsweise jedoch von den hier vorliegenden völlig verschieden ist. Im Raum zwischen zwei beabstandeten Ständerteilen 42 befinden sich jeweils zwei Spulenseiten 40, die den beiden Ständerteilen 42 zugeordnet sind.In 8th is the cross section of a fiction, proper homopolar generator 39 with coil sides 40 shown with equal radial distances. The stand 41 again consists of six different circumferentially spaced stator parts 42 , Besides, the runner is 43 with the pole pieces 44 shown. The stable parts 42 are at the outer yoke 45 attached. The stand surfaces 46 of a state part 42 along which the coil sides 40 are arranged slightly oblique to each other. The coil sides 40 Here are almost completely from the inside to the outside of the stand 41 extended. The dashed lines indicate the course of the winding heads. This coil arrangement can simplify the manufacture and assembly of the machine. In this case, the design shown is similar to the known poles with winding, which are found in DC machines, but their task and mode of operation is completely different from the present here. In the space between two spaced upright parts 42 There are two coil sides each 40 that the two stand parts 42 assigned.

9 zeigt einen Längs- und Querschnitt einer Homopolarmaschine 47 mit geteilter Erregerwicklung 48 und geteiltem Joch 49. Die einzelnen Jochteile 50 werden jeweils von einer Spule 51 umschlossen. Diese Ausführung kann bei einem axial und in Umfangsrichtung geteilten Joch 49 aus Gründen einer vereinfachten Montage oder Demontage von Vorteil sein. 9 shows a longitudinal and cross section of a homopolar machine 47 with split excitation winding 48 and shared yoke 49 , The individual yoke parts 50 are each from a coil 51 enclosed. This embodiment can be used with an axially and circumferentially split yoke 49 for reasons of simplified assembly or disassembly be beneficial.

In 10 sind ein Längs- und Querschnitt einer Homopolarmaschine 52 in Außenläufer-Bauform gezeigt. Hierbei rotiert ein am Außenjoch 53 angeordnetes Polsystem 54 um einen feststehenden Innenbereich, der ein Innenjoch 55 umfasst. Außenläufer-Bauformen können in Anwendungsbereichen, bei denen ein rotierender Außenmantel oder ein rotierender Hohlzylinder (Trommel) erwünscht sind, von Vorteil sein. Die dargestellte Maschine 52 besteht aus zwei Teilmaschinen 56 und 57. Zwischen den beiden Teilmaschinen 56 und 57 ist die Erregerwicklung 58 angeordnet. Die Spulen 59 sind ungesehnt ausgeführt. Der Ständer 60 ist mit Nuten 61 zur Aufnahme der Seiten der Spulen 59 ausgebildet. Analog wie das Außenjoch bei Innenläuferbauformen weist hier das Innenjoch 55 Jochschlitze 62 auf. Die Polsysteme 54 der beiden Teilmaschinen 56 und 57 können um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 90°, verdreht sein. Die Wickelköpfe 63 der Spulen 59 verlaufen zunächst in Umfangsrichtung über einen längeren Bereich mit unverändertem radialen Abstand, ähnlich wie in 1 erfolgt dann über einen kurzen Bereich eine größere Veränderung des radialen Abstands.In 10 are a longitudinal and cross section of a homopolar machine 52 shown in external rotor design. This one rotates on the outer yoke 53 arranged pole system 54 around a fixed interior, which is an inner yoke 55 includes. External rotor designs may be advantageous in applications where a rotating outer shell or a rotating hollow cylinder (barrel) is desired. The illustrated machine 52 consists of two submachines 56 and 57 , Between the two submachines 56 and 57 is the excitation winding 58 arranged. The spools 59 are executed unsatisfied. The stand 60 is with grooves 61 for receiving the sides of the coils 59 educated. Similar to the outer yoke in Innenläuferbauformen here has the inner yoke 55 yoke slots 62 on. The pole systems 54 of the two submachines 56 and 57 can be rotated by a certain angle, for example 90 °. The winding heads 63 the coils 59 run initially in the circumferential direction over a longer range with unchanged radial distance, similar to in 1 then takes place over a short range, a larger change in the radial distance.

Claims

Homopolar machine comprising at least one outer yoke ( 5 . 23 . 34 . 45 . 49 . 53 ), at least one runner ( 26 . 32 . 43 ) and at least one stand ( 3 . 18 . 30 . 41 . 60 . 67 ) with at least one working winding with several wound coils ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) with winding heads ( 8th . 25 . 63 . 66 ), wherein the stator windings comprising a coil section of the individual coils ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) are executed in the manner of a ring winding, characterized in that the over the winding heads ( 8th . 25 . 63 . 66 ) connected coil sides ( 7 . 21 . 40 . 68 ) each coil ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) are spaced to increase the coil width in the circumferential direction.

Homopolarmaschine according to claim 1, characterized in that the one coil side ( 7 . 21 . 68 ) of a coil ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) relative to the rotor axis radially further outward than the other coil side ( 7 . 21 . 68 ) or that the two coil sides ( 40 ) have a coil substantially equal radial distances relative to the rotor axis.

Homopolarmaschine according to claim 1 or 2, characterized in that the coils ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) of the work winding or working windings are made the same size.

Homopolarmaschine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coils ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) are longed for or unappreciated.

Homopolarmaschine according to claim 4, characterized in that the two sides of a stretched coil ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) with respect to their radial connection to the rotor axis an angle of less than 180 electrical degrees, in particular 120 electrical degrees include.

Homopolarmaschine according to claim 4, characterized in that the two sides of an unstretched coil ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) Include an angle of 180 electrical degrees with respect to their ra dialen connection to the rotor axis.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the winding heads ( 8th . 25 . 63 . 66 ) a different cross-sectional shape than the coil sides ( 7 . 21 . 40 . 68 ) and / or are divided into several conductor bundles.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of coils ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) of the working winding are arranged offset from each other in the axial direction.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the winding heads ( 8th . 25 . 63 . 66 ) of several coils ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) at least partially overlap radially and / or axially spaced.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 3 . 18 . 30 . 41 . 60 . 67 ) from at least two separate stator parts ( 13 . 19 . 31 . 42 ) consists.

Homopolar machine according to claim 10, characterized in that the stator parts ( 13 . 19 . 31 . 42 ) Are circular ring parts.

Homopolarmaschine according to claim 11, characterized in that the circular ring parts at their longitudinal surfaces extending substantially radially to the rotor axis flanks ( 14 ), over which they lie flat against each other or have a small distance from one another for the purpose of radial flow guidance.

Homopolarmaschine according to one of claims 10 or 11, characterized in that the stator parts ( 19 . 31 . 42 ) are arranged circumferentially zuein other spaced, wherein each stator part ( 19 . 31 . 42 ) one of a coil ( 17 . 29 ) embraced stand section forms.

Homopolar machine according to one of claims 10 to 13, characterized in that each stator part ( 13 . 19 . 31 . 42 ) exactly one coil ( 2 . 17 . 29 . 59 . 65 ) wearing.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the stator surfaces parallel to the rotor axis are spaces ( 20 ) and / or grooves ( 9 . 61 . 69 ) exhibit.

Homopolar machine according to one of claims 13 to 15, characterized in that the coil sides ( 21 . 40 ) of two adjacent coils ( 17 . 29 ) each in the room ( 20 ) are arranged between two spaced stator parts.

Homopolar machine according to one of claims 15 or 16, characterized in that the two flank sides of a room ( 20 ) or a groove ( 9 ) are such that they have a distance increasing from one another with the distance from the rotor axis in the circumferential direction.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that support and / or cooling elements ( 12 . 22 ) in the area of the coil sides ( 7 . 21 . 40 . 68 ), in particular in which the coil sides ( 7 . 21 . 40 . 68 ) receiving grooves ( 9 . 61 . 69 ) and / or rooms ( 20 ) are provided.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the outer yoke ( 5 . 23 . 34 . 45 . 49 . 53 ) of several yoke parts ( 6 . 50 ) consists.

Homopolar machine according to claim 19, characterized in that the yoke parts ( 6 . 50 ) of the outer yoke ( 5 . 23 . 34 . 45 . 49 . 53 ) to form a slot ( 11 ) are circumferentially spaced.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the outer yoke ( 5 . 23 . 34 . 45 . 49 . 53 ) Slots ( 11 . 35 ) substantially parallel to the rotor axis, whose number of the number of grooves opening towards the yoke ( 9 . 61 . 69 ) and / or rooms ( 20 ) corresponds.

Homopolar machine according to claim 21, characterized in that the slots ( 11 . 35 ) contains magnetically and electrically non-conductive and / or only electrically conductive intermediate parts.

Homopolarmaschine according to any one of the preceding claims, characterized in that the stator and / or yoke side one or more channels are provided for guiding a coolant, wherein at least a part of the slots ( 11 . 35 ) and / or grooves ( 9 . 11 . 61 . 69 ) and / or rooms ( 20 ) serves as cooling channels.

Homopolarmaschine according to any one of the preceding claims, characterized in that for generating a field exciting at least one field winding ( 38 . 48 ) or at least one permanent magnet system are provided.

Homopolar machine according to claim 24, characterized in that the exciter winding ( 38 . 48 ) at several yoke parts ( 6 . 50 ) of several, each a yoke part ( 6 . 50 ) consists in the circumferential direction enclosing individual coils.

Homopolarmaschine according to claim 24, characterized in that the permanent magnet system in the outer yoke ( 5 . 23 . 34 . 45 . 49 . 53 ) and / or in the axial part of a rotor-side pole system is arranged.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the homopolar machine ( 1 . 16 . 28 . 39 . 47 . 52 . 64 ) from two or more submachines ( 36 . 37 . 56 . 57 ) each with separate stands ( 3 . 18 . 30 . 41 . 60 . 67 ) consists.

Homopolar machine according to claim 27, characterized in that the separate dividing machines ( 36 . 37 . 56 . 57 ) comprise a common work process.

Homopolar machine according to one of claims 27 or 28, characterized in that the dividing machines ( 36 . 37 . 56 . 57 ) each comprise a separate work winding, the Arbeitswicklun can be arranged shifted by a certain phase angle to each other.

Homopolar machine according to one of Claims 27 to 29, characterized in that the dividing machines ( 36 . 37 . 56 . 57 ) a common or a separate excitation winding ( 38 . 48 ) exhibit.

Homopolar machine according to one of Claims 27 to 30, characterized in that the or each exciter winding ( 38 . 48 ) than between the submachines ( 36 . 37 . 56 . 57 ) arranged disc coil is formed.

Homopolar machine according to one of Claims 27 to 31, characterized in that the dividing machines ( 36 . 37 . 56 . 57 ) a common external yoke ( 5 . 23 . 34 . 45 . 49 . 53 ) or separate outer yokes ( 5 . 23 . 34 . 45 . 49 . 53 ).

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the pole pieces ( 27 . 33 . 44 ) of the rotor-side pole system are shaped such that results in a substantially sinusoidal induction distribution.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the pole pieces ( 27 . 33 . 44 ) of the Polsystems in the circumferential direction, preferably grooved helically.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pole system in the axial direction in one Angle to the rotor axis stands.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 3 . 18 . 30 . 41 . 60 . 67 ) or the stator parts ( 13 . 19 . 31 . 42 ), if appropriate, at least one laminated core ( 4 ).

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the machine ( 1 . 16 . 28 . 39 . 47 . 52 . 64 ) as a motor or generator ( 28 . 39 ) is trained.

Homopolar machine according to one of the preceding claims, characterized in that the homopolar machine ( 52 ) has an external rotor design in which the rotating pole system ( 54 ) the fixed stand ( 60 ) with inner yoke ( 55 ) surrounds the outside.