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Die
Erfindung betrifft eine Transversalflussmaschine mit einer Reihenanordnung
hufeisenartiger, durch eine Stromwicklung umschlossener Polstücke und
mit einer von den Polpaaren der Polstücke durch einen Spalt getrennten
Reihenanordnung gegen die Polstücke
bewegbarer Jochstücke.
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Transversalflussmaschinen
solcher Art mit Pol- und Jochstücken
in Linear- oder Ringanordnung sind durch Benutzung bekannt. Die
Pol- und Jochstücke
dieser bekannten Transversalflussmaschinen sind in Bewegungsrichtung
zueinander im Abstand angeordnet, so dass sich in dieser Richtung
auf Änderungen
des Eisenschlusses beruhende Magnetkraftkomponenten erzeugen lassen,
die nur dann gegen Null gehen, wenn die Jochstücke senkrecht zur Bewegungsrichtung
zu den Polstücken
ausgerichtet sind oder eine Zwischenstellung zwischen den Polstücken einnehmen.
Sämtliche
Polstücke
werden durch eine einzige, zwischen den Hufeisenschenkeln der Polstücke verlegte
Wicklung umschlossen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Transversalflussmaschine
der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, die bei gleichem Materialaufwand für die Wicklung
größere Motorkräfte als
die nach dem Stand der Technik bekannten derartigen Maschinen entwickelt.
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Die
diese Aufgabe lösende
Transversalflussmaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Polpaare aufeinanderfolgender, durch die Stromwicklung
gemeinsam umschlossener Polstücke
und dementsprechend aufeinanderfolgende Jochstücke quer zur Bewegungsrichtung
zueinander versetzt angeordnet sind.
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Diese
Erfindungslösung
erlaubt eine merkliche Verringerung des Abstandes der Pol- und Jochstücke in Bewegungsrichtung.
Auf einer vorgegebenen Länge
bzw. Umfangslänge
lässt sich
bei gleichbleibenden Abmessungen der Stromwicklung dann eine deutlich
größere Anzahl
von Pol- und Jochstücken
unterbringen und des lassen sich größere Motorkräfte erzeugen.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erweitert sich die Querschnittsfläche der
Polstücke zu
wenigstens einem der beiden Pole hin. Durch diese Maßnahme lässt sich
die Motorkraft weiter steigern.
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Während es
denkbar ist, ebene Polflächen der
Polpaare im Winkel oder parallel zueinander anzuordnen, liegen sie
in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, sieht man von der Rotorkrümmung ab, etwa in einer Ebene.
Im ersteren Fall sind die Jochstücke
entsprechend geneigt zueinander anzuordnen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Quotient aus der Zahl
der Polstücke
und der Zahl der Jochstücke
von 1 abweichen und sowohl größer oder
kleiner als 1 sein. Ein solcher Symmetriebruch vermindert die Rastneigung
der Maschine.
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Die
Rastneigung lässt
sich entsprechend einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der
Erfindung auch dadurch verändern,
dass die Pol- und Jochstücke
durch Blechpakete gebildet sind, wobei die Blechdicke innerhalb
der Pakete und/oder von Stück
zu Stück
variiert. Diese Maßnahme
verhindert auch, dass sich eine größere Zahl von Blechlagen innerhalb
der Pakete genau zueinander senkrecht zur Bewegungsrichtung ausrichten
können
und sorgt für eine „Verschmierung" des Drehmoments über den Umfang
des Rotors.
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Die
Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden,
sich auf diese Ausführungsbeispiele
beziehenden Zeichnungen näher
erläutert
werden. Es zeigen:
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1 eine
Teilansicht des Stators einer Transversalflussmaschine nach der
vorliegenden Erfindung,
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2 eine
Teilansicht von Rotor und Stator der Maschine von 1,
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3 ein
Detail des Stators der Maschine von 1 in einer
perspektivischen Ansicht,
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4 das
Detail von 3 in einer Querschnittsansicht,
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5 ein
weiteres Detail des Stators der Maschine von 1 in einer
Draufsicht,
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6 eine
Querschnittsansicht eines Stators einer Transversalflussmaschine
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel
für die
vorliegende Erfindung, und
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7 eine
Polstücke
zeigende Teilansicht eines Stators einer Transversalflussmaschine
nach dem Stand der Technik in einer Draufsicht auf die Pole der
Polstücke.
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Eine
in den 1 bis 5 schematisch dargestellte Transversalflussmaschine
weist einen ringförmigen
Stator 1 und einen um den Stator drehbaren Rotor 2 auf.
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Ein
Trägerring 3 des
Stators hält
eine ringförmige
Reihenanordnung 4 aus Polstücken 5 bzw. 5' mit Polpaaren 6 bzw. 6', wobei die
Polpaare 6 und 6' aufeinanderfolgender
Polstücke 5 und 5' in Richtung der
Drehachse des Rotors, d.h. quer zur Bewegungsrichtung des Rotors,
zueinander versetzt angeordnet sind. Die Polstücke 5 sind durch nicht
gezeigte Abstandhalter in Umfangsrichtung in einem geringen Abstand
zueinander gehalten, welcher klein gegen die Polstückdicke
ist. Zur Vereinfachung sind die Polstücke in den Figuren ohne Abstand
zueinander dargestellt.
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Die
hufeisenartig, näherungsweise
wie ein offener Ring geformten Polstücke bestehen aus einer ferromagnetischen
Legierung hoher Permeabilität. Die
genannte Reihenanordnung ist in 1 unterbrochen
dargestellt.
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Eine
einzige, zur Drehachse des Rotors 2 konzentrische Stromwicklung 7 mit
einem einzigen gewundenen Leiter 8 erstreckt sich durch
die Ringöffnungen
der Polstücke 5, 5' und umschließt damit sämtliche
Polstücke 5, 5' der Reihenanordnung 4.
In bezug auf die in den Polstücken
ein Magnetfeld erzeugende Stromwicklung liegen für alle Polstücke die gleichen
geometrischen Verhältnisse
vor.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
liegen, von der Ringkrümmung
abgesehen, die Polflächen 9, 9' der Polpaare
aufeinanderfolgender Polstücke 5, 5' in einer Ebene.
Da der Abstand zwischen den Polstücken 5, 5' in tangentialer
Richtung gleich Null ist, liegen die einander zugewandten Ränder der Polflächen 9 und 9' auf einer Linie.
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Der
durch einen Spalt 11 vom Stator getrennte Rotor 2 weist
entsprechend den versetzten Polpaaren 6, 6' eine Reihenanordnung 14 aufeinanderfolgend
in Richtung der Rotordrehachse zueinander versetzt angeordneter
Polstücke 10 und 10' auf. Die Polstücke 10, 10' hält ein Trägerring 13.
Die in der Darstellung von 2 übertrieben groß dargestellte Spaltbreite
des Spaltes 11 ist in Wirklichkeit mehr als zehnmal geringer
als der nicht gezeigte geringe Abstand zwischen den Polstücken 5.
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Im
folgenden wird ausgehend von einer Transversalflussmaschine nach
dem Stand der Technik die Funktionsweise der in den 1 bis 5 dargestellten
Maschine erläutert.
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Gemäß 6 weist
der Stator einer herkömmlichen
Transversalflussmaschine eine Reihenanordnung 40 aus Polstücken 50 mit
in Bewegungsrichtung des Rotors bzw. Läufers in einer Linie ausgerichteten
Polpaaren 60 auf. Sämtliche
Polstücke 60 sind
von einer einzigen Stromwicklung 70 umschlossen. Zwischen
den Polstücken
sind Abstandsstücke 51 angeordnet,
deren Dicke gleich der Dicke der Polstücke ist.
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Der
nicht gezeigte Rotor bzw. Läufer
weist entsprechend den Polstücken 50 in
einer Reihe angeordnete Jochstücke
auf.
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Bei
Stromfluss durch die Stromwicklung 70 und Versatz der Jochstücke zu den
Polstücken 50 tritt eine
Magnetkraftkomponente gemäß Pfeil 52 auf,
die nur dann verschwindet, wenn die Polstücke senkrecht zur Bewegungsrichtung
genau zu den Polstücken 50 ausgerichtet
oder dazwischen angeordnet sind und der Eisenschluss der Polstücke durch
die Jochstücke
das größtmögliche Maß erreicht
hat. Durch geeignete Bestromung lässt sich eine dauerhafte Drehbewegung
des Rotors unter Erzeugung eines zu Antriebszwecken nutzbaren Drehmoments
erreichen.
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Die
in 1 bis 5 beschriebene Transversalmaschine
weist im Vergleich zur Dicke der Polstücke nur geringe Abstände zwischen
den Polstücken 5 und 5' auf. Auf der
gleichen Umfangslänge des
Rotors lässt
sich gegenüber
der in 7 gezeigten Maschine annähernd die doppelte Anzahl von Polstücken unterbringen
und dadurch die Motorkraft bei gleichbleibenden Abmessungen der
Stromwicklung und gleichbleibendem Erregungsstrom vergrößern.
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Durch
den geringen Abstand zwischen den Polstücken 5, 5' kommt es im
Kreuzungsbereich bei 15 zu keiner nennenswerten Ableitung
des Magnetflusses von den Polen, solange die Breite des Spaltes 11 noch
wesentlich kleiner als der geringe Abstand zwischen den Polstücken ist.
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In
der in 1 bis 5 gezeigten Maschine ist die
Magnetisierung jedes Polstücks 5 bzw. 5' gleich groß, da alle
Polstücke
in bezug auf die erregende Stromwicklung 7 den gleichen
geometrischen Verhältnissen
unterliegen. Durch die große
Permeabilität
des Materials der Pol- und Jochstücke ergibt sich trotz der geringen,
durch die Wicklung 7 umschlossenen Umfangslänge ein
auf die betreffenden Pol- und Jochstücke konzentriertes Feld der
Kraftflussdichte, das nur im Polbereich mehr oder weniger streut.
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Bei
dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Polpaare 6a und 6a' aufeinanderfolgender
Polstücke 5a und 5a' nicht in einer
Ebene, sondern parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten einer Stromwicklung 7a angeordnet.
Ein Rotor bzw. Läufer 2a weist
entsprechend zueinander parallele, an einem im Querschnitt U-förmigen Trägerring 13a angebrachte
Jochstücke 10a und 10a' auf.
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Es
versteht sich, dass die Polstücke
abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Außenstator
und die Jochstücke
an einem Innenrotor angebracht sein können.
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Anstelle
der gezeigten ebenen Polflächen könnten gekrümmte Polflächen vorgesehen
werden.