DE102005052809A1 - Transversalflussmaschine - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K19/04Synchronous motors for single-phase current
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transversalflussmaschine mit einer Reihenanordnung hufeisenartiger, durch eine Stromwicklung (7) umschlossener Polstücke (5, 5') und mit einer von den Polpaaren (6, 6') der Polstücke durch einen Spalt getrennten Reihenanordnung (13) gegen die Polstücke bewegbarer Jochstücke (11, 11'). Erfindungsgemäß sind die Polpaare aufeinanderfolgender, durch die Stromwicklung gemeinsam umschlossener Polstücke und dementsprechend aufeinanderfolgende Jochstücke quer zur Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordnet.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 eine Teilansicht des Stators einer Transversalflussmaschine nach der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine Teilansicht von Rotor und Stator der Maschine von 1,
  • 3 ein Detail des Stators der Maschine von 1 in einer perspektivischen Ansicht,
  • 4 das Detail von 3 in einer Querschnittsansicht,
  • 5 ein weiteres Detail des Stators der Maschine von 1 in einer Draufsicht,
  • 6 eine Querschnittsansicht eines Stators einer Transversalflussmaschine entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung, und
  • 7 eine Polstücke zeigende Teilansicht eines Stators einer Transversalflussmaschine nach dem Stand der Technik in einer Draufsicht auf die Pole der Polstücke.
  • Eine in den 1 bis 5 schematisch dargestellte Transversalflussmaschine weist einen ringförmigen Stator 1 und einen um den Stator drehbaren Rotor 2 auf.
  • 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.
  • Die hufeisenartig, näherungsweise wie ein offener Ring geformten Polstücke bestehen aus einer ferromagnetischen Legierung hoher Permeabilität. Die genannte Reihenanordnung ist in 1 unterbrochen dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im folgenden wird ausgehend von einer Transversalflussmaschine nach dem Stand der Technik die Funktionsweise der in den 1 bis 5 dargestellten Maschine erläutert.
  • 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.
  • Der nicht gezeigte Rotor bzw. Läufer weist entsprechend den Polstücken 50 in einer Reihe angeordnete Jochstücke auf.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es versteht sich, dass die Polstücke abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Außenstator und die Jochstücke an einem Innenrotor angebracht sein können.
  • Anstelle der gezeigten ebenen Polflächen könnten gekrümmte Polflächen vorgesehen werden.

Claims (8)

  1. Transversalflussmaschine mit einer Reihenanordnung (4) hufeisenartiger, durch eine Stromwicklung (7) umschlossener Polstücke (5, 5') und mit einer von den Polpaaren (6, 6') der Polstücke (5, 5') durch einen Spalt (11) getrennten Reihenanordnung (13) gegen die Polstücke (5, 5') bewegbarer Jochstücke (10, 10'), dadurch gekennzeichnet, dass die Polpaare (6, 6') aufeinanderfolgender, durch die Stromwicklung (7) gemeinsam umschlossener Polstücke und dementsprechend aufeinanderfolgende Jochstücke (10, 10') quer zur Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
  2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pol- und Jochstücke in Bewegungsrichtung in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der kleiner als die Polstückdicke ist.
  3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Polstücke (5, 5') von einer einzigen Stromwicklung (7) umschlossen sind.
  4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche der Polstücke (5, 5') zu wenigstens einem der beiden Pole der Polpaare (6, 6') hin erweitert.
  5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polflächen (9, 9') zueinander versetzt angeordneter Paare etwa in einer Ebene liegen oder zueinander geneigt oder parallel sind.
  6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus der Zahl der Polstücke und der Zahl der Jochstücke gleich 1 oder größer oder kleiner als 1 ist.
  7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pol- und Jochstücke durch Blechpakete gebildet sind und die Blechdicke innerhalb der Pakete und/oder Anzahl von Stück zu Stück variiert.
  8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bausatz von Blechstücken unterschiedlicher Dicke derart vorgesehen ist, dass sich Reihenanordnungen von Pol- und Jochstücken von Maschinen mit unterschiedlicher Drehfrequenz herstellen lassen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106169850A (zh) * 2016-07-19 2016-11-30 合肥学院 双极性电励磁横向磁通同步电动机

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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