DE102009004474A1 - Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauer-magnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager - Google Patents

Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauer-magnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager Download PDF

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Abstract

Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager dadurch gekennzeichnet, dass
– Eine einteilige Rotorscheibe (2) nach (4, 5, 12, 13) pro Phase (L1, L2) aus Weicheisenblech mittels Laser ausgeschnittene, gestanzte oder drahterodierte Ausschnitte (19) haben, welche über einen Rotorhaltering (4) oder Rotorhalteteil mit Lager (4) oder direkt mit einer Welle oder Hohlwelle (3) oder einem drehenden Außengehäuse verbunden ist wobei die einteilige Rotorscheibe (2) eine Anzahl n rechteckförmige radiale Ausschnitte (19) an einer äußeren Ringfläche und n rechteckförmige Ausschnitte (19) an einer inneren Ringfläche besitzen und auf der dazwischen liegenden Ringfläche n schräge Ausschnitte (19) haben kann, welche die Ausschnitte (19) außen mit den Ausschnitten (19) innen um eine Polgruppenteilung versetzt verbinden, mit in die äußeren und inneren Ausschnitte (19) eingeklebten Magneten (15) welche in tangentialer Richtung magnetisiert sind wobei immer gleichnamige Magnetpole...

Description

  • Die Erfindung betrifft neue Stator- und Rotorbauarten für hochpolige Transversalflussmaschinen. Der Vorteil ist das höhere Drehmoment, die niedrige Drehzahl, die hohe Leistung pro Gewichtseinheit und die kleine Massenträgheit und gute Fertigungsmöglichkeiten gegenüber dem Stand der Technik.
  • Anwendungen:
  • Die hochpoligen „Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager” sind besonders als leichte, trägheitsarme und hoch dynamische getriebelose synchrone Direktantriebe für Werkzeugmaschinen, Fahrzeuge und andere Drehzahlveränderliche Anwendungen geeignet, wobei die Drehzahl mit einem Frequenzumrichter verändert wird. Die primäre Versorgung mit elektrischer Energie sowie die Rückspeisung beim abbremsen kann über das Netz, Oberleitungen, Batterien, Brennstoffzellen, Reformer oder elektrische Speicher erfolgen.
  • Im Falle von Netzanwendungen zum Beispiel Windkraftanlagen und Wasserkraftanlagen ohne Frequenzumrichter sind Rotoren mit zusätzlicher elektrischer Erregung notwendig, um bei stark veränderlichen Leistungen und konstanter Drehzahl den Leistungsfaktor cosφ in den zulässigen Grenzen zu halten.
  • Weitere Anwendungen sind schnelle Linearantriebe, Axialkolbenpumpen, Querschneider, Robotter und so weiter, wenn eine höhere Winkelbeschleunigung als bei herkömmlichen Torque-, Scheibenläufer-, Glockenanker- oder Servomotoren verlangt wird.
  • Stand der Technik:
  • Wird später ergänzt.
  • Gegenüber dem Stand der Technik weisen hochpolige „Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager” folgende Verbesserungen auf:
    • – eine höhere Leistung pro Gewichtseinheit, oder kleineres Gewicht bei gleicher Leistung
    • – eine noch höhere Polzahl bei Rotoren mit Polgruppen, und damit kleinere Schrittwinkel und kleinere Rastmomente
    • – Ein hohes Drehmoment, hohes Kurzzeitdrehmoment, unempfindlich auf plötzliche Drehmomentstöße oder Blockierungen
    • – ein geringer Verdrahtungsaufwand trotz hoher Polzahl
    • – Zweiphasige Maschinen auch an dreiphasigen Frequenzumrichter anschließbar sowohl als Motor wie auch als Generator
    • – eine hohe Dynamik, bei Fahrzeugen vom Anfahren am Hang bis zu hohen Geschwindigkeiten ohne Getriebe.
    • – Synchronlauf mit der Frequenz und Feststellung von Drehwinkel, Drehzahl und Drehrichtung mit der Phasenlage, anhand der Wicklungsströme, ohne Encoder
    • – keine Verschleißteile außer den berechenbaren Lagern, kein Getriebe, kein Getriebespiel
    • – einen hohen Wirkungsgrad, wenig Stromwärmeverluste
    • – eine gute Kühlung der einfachen Wicklungen, höhere Zuverlässigkeit
    • – ein großer Rotordurchmesser im Verhältnis zum Außendurchmesser
    • – ein kleines Rotorträgheitsmoment, sehr hohe Winkelbeschleunigung
    • – eine weitgehend automatisierte Herstellung auch der Wicklung ist möglich.
  • Aufgabenstellung:
  • Bei Stanzmaschinen oder Bestückungsautomaten muss innerhalb eines Bestückungs- oder Stanzzyklus die Ware schnell transportiert und wieder punktgenau angehalten werden, bis der Stanzvorgang oder die Bestückung erledigt ist und der nächste Zyklus beginnt. Die Grenzen der Zykluszeit oder der Stückzahl pro Stunde liegt meist in der schlechten Winkelbeschleunigung der Vorschubmotoren, welche Magnetbestückte Vollanker haben, das Heißt, ein stärkerer Motor hat auch ein größeres Ankervolumen und eine größere Trägheit, und kann damit die Zykluszeit nicht verkleinern. Für diese Fälle sind die neuen Rotoren viel besser, weil die Kraft auf den Rotor beidseitig einer dünnen Scheibe oder eines dünnen Zylinders mit wenig Masse und an vielen Polen und weit außen von der Achse aus wirkt.
  • Für elektrische Antriebe besonders in Fahrzeugen aber auch in Windkraftanlagen wird ein möglichst leichter Motor benötigt. Gewichtseinsparungen sind auch Einsparungen an Eisen und Kupfer oder Aluminium, und mit teurer werdenden Rohmaterialkosten auch für viele weitere Anwendungen interessant. Als Nabenmotor und andere Antriebsmotoren für Fahrzeuge muss er zudem große radiale und axiale Beschleunigungen aufnehmen können. Er soll das Fahrzeug ohne Getriebe am Hang bergauf anfahren können. Bei der Durchschnittsgeschwindigkeit soll der Motor den höchsten Wirkungsgrad haben und bei der Höchstgeschwindigkeit oder der Höchstdrehzahl noch genügend Leistung abgeben. Beim verzögern des Fahrzeuges soll der Motor als Generator die Bremsenergie in elektrische Energie zum laden von Kondensatoren oder der Batterie, oder zur Rückspeisung ins Netz nutzen. Die hohen Polzahlen erfordern einen kleinen Luftspalt und somit eine exakte Rotornahe oder Luftspaltnahe Lagerung.
  • Lösung der Aufgaben und Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren:
  • 1 Längsschnitt durch einen zweiphasigen Motor (1) mit je einer Rotorscheibe (2) pro Phase Nur die obere Hälfte offen gezeichnet
  • 2 Längsschnitt des zusammengebauten Motors (1) mit magnetischer Axiallagerung (14)
  • 3 Schnitt B-B des Stators (7) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen
  • 4 Schnitt A-A der Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen
  • 5 Vergrößerter Ausschnitt der Rotorscheibe (2) mit der magnetischen Axiallagerung (14)
  • 6 Magnetischer Kreis einer Phase im Stromnulldurchgang und bei Maximalem Fluss.
  • 7 Maximale Kraftwirkung auf die Rotorscheibe (2) einer Phase bei Maximalem Strom
  • 8 Wickelvorrichtung und Schneidvorrichtung durch Drahterodieren für die Herstellung abfallarmer trapezförmiger U-Segmente mit den Polen (24).
  • 9 Anordnung der trapezförmigen U-Segmente mit den Polen (24)
  • 10 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Außenläufermotors (1) mit trapezförmigen U-Segmenten mit den Polen (24) mit einer Rotorscheibe (2) pro Phase.
  • 11 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Motors (1) als Nabenmotor mit einer Rotorscheibe (2) pro Phase und Rotornaher Lagerung (6)
  • 12 Ausschnitt eines Statorpolkreisabschnittes mit Wicklung (13) und Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) maßstäblich wie 11 axial gesehen.
  • 13 Vergrößerter Ausschnitt eines U-Ferritkernes mit Blechpolen (12) und der Rotorscheibe (2) mit den Polgruppen (18)
  • 14 Ansicht einer Zweiteiligen Rotorscheibe (2a) mit den Polgruppen (18) und magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen
  • 15 Tangentiale Ansicht auf die Zweiteilige Rotorscheibe (2a) mit den Permanentmagneten (15) und Schnitt D-D unten
  • 16 Erodierdrahtführung (19a) um aus einer dicken Weicheisenscheibe eine Zweiteilige Rotorscheibe (2a) herzustellen.
  • 17 U-Ferritpole mit Ausschnitten für dünne Blechpakete (17) (Sammlerblechpakete)
  • 18 Magnetischer Kreis einer Phase beim Stromnulldurchgang und beim Max. Fluss. Links Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite, Schnitte nach 15
  • 19 Kraftwirkung einer Phase bei Max. Strom: Links Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite
  • 20 Zweiphasiger Motor (1) mit Hohlwelle (3) und vier trommelförmigen Rotoren (2).
  • 21 Zweiphasiger Motor (1) mit U-Förmigen Statorblechen und zwei Trommelförmigen Rotoren (2)
  • 22 Axiale Sicht von Stator (7) und Rotor mit den Polgruppen (18) von 20 und 21
  • 21 Zweiphasiger Motor mit U-Förmigen Statorblechen und zwei Trommelförmigen Rotoren
  • 22 Axiale Sicht von Stator und Rotor mit den Polgruppen 20 und 21
  • 23 Vergrößerte Ansichten und Schnitte der trommelförmigen Rotoren mit magnetisch abwechselnden gleichnamigen Polgruppen.
  • 24 Rotorprofilteil mit einer Polgruppe (18)
  • 25 Transversalflussmaschine als Zweiphasiger Motor oder Generator (1) mit trommelförmigen- und scheibenförmigen Polgruppen (18) mit zusätzlicher elektrische Erregung.
  • 24 Rotorprofilteil mit einer Polgruppe
  • 25 Transversalflussmaschine mit trommelförmigem- und scheibenförmigem Rotorpolgruppen mit zusätzlicher elektrische Erregung
  • 26 Schnitt durch den trommelförmigen Rotorteil mit den radialen U-I-Statorblechpaketen (12).
  • 27 Transversalflussmaschine ohne Rotor (2) in der Mitte
  • 28 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2c und 2d
  • 29 Axiale Sicht auf die Polgruppen (18) der Rotorteile mit den Permanentmagneten (15)
  • 30 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2e und 2f
  • 31 Zweiphasiger Motor (1) mit nur axialer Flussführung im Stator (7) und 4 kegelförmigen Rotoren (2)
  • 32 Äußeres Rotorteil mit Polgruppen (18a) und Stator (7) von C-C, der Erodierdrahtführung (25a) aus gesehen.
  • 33 Inneres Rotorteil mit Polgruppen (18b) und Stator (7) von D-D, der Erodierdrahtführung aus gesehen
  • 34 Schneide und Biegevorrichtung der Bleche von einem Rohmaterialwickel (20).
  • 35 Wickelvorrichtung (24) mehrerer Bleche zur äußeren Blechwicklung (12) und zur inneren Blechwicklung (12a) mit axialer magnetischer Vorzugsrichtung (12b).
  • 36 Äußere Blechwicklung (12) mit der Führung des Erodierdrahtes (25a) zum ausschneiden der Innenpole.
  • 37 Blechwicklung innen (12a) mit der Erodierdrahtführung zum ausschneiden der Außenpole.
  • 38 Linearantrieb (1) mit E-I Trafoblechen und rundem Linearteil (2a) mit Polgruppen (18)
  • 39 Linearantrieb (2) mit E-Trafoblech und zwei Antriebe mit Polgruppen (18)
  • 40 Zeigerdiagramm und Schaltplan zum Anschluss 2-phasiger Maschinen an 3 Phasen.
  • 41 Zeigerdiagramm Schaltplan und Umschalter für große Drehzahlbereiche
  • Beschreibungen:
  • 1 Längsschnitt durch einen zweiphasigen Motor (1) mit je einer Rotorscheibe (2) pro Phase Nur die obere Hälfte offen gezeichnet
  • Eine Phase des Motors (1) enthält die zur Mitte der Rotorscheibe (2) symmetrische Statorteile (7). 1 zeigt die Einzelteile vom vormontierten Stator (7), Rotorscheibe (2), Welle (3) und Lager (6) beim Zusammenbau nebeneinander. Die Längsschrauben, welche die beiden äußeren Flansche (10, 9) mit dem Mittelteil verbinden sind nicht gezeichnet. Die Rotorscheibe (2) hat doppelt so viele, abwechselnde Nord- und Südpole wie die Anzahl der, gegenüber dem Luftspalt liegenden Statorpole am Umfang. Der magnetische Wechselfluss wird von den zwei Wicklungen (13), welche innerhalb der zwei U-Blechpakete (12) oder U-Ferritkerne angeordnet sind, erzeugt. Die U- leiten den magnetischen Fluss über den Luftspalt auf den Rotor mit den Dauermagneten (15). Alle 4 Pole der gezeichneten Ebene einer Phase erzeugen eine tangential gleich gerichtete Kraft auf den Rotor (2), wie es in 7 dargestellt ist. Die Kraftwirkende Pollänge besteht aus 4 mal der radialen Länge eines Pols.
  • Die für alle Motoren geltende Formel für die Kraft lautet F = B·I·θwobei B die Luftspaltinduktion axial,
    F die Kraft in N tangential,
    l die Pollänge in m radial,
    Und θ die Durchflutung in Amperewindungen Aw axial ist.
  • Die Polbreite b ist in der Formel nicht enthalten was bedeutet, dass eine hohe Polzahl und kleine Polbreite am Umfang eine entsprechend höhere Kraft ergibt. Die Durchflutung θ oder die magnetische Spannung und die Induktion B sind unabhängig von der Polzahl. Wird also beispielsweise die Polzahl am Umfang bei kongruenter Polgeometrie und gleicher Pollänge verdoppelt, ergibt sich die doppelte Kraft und das doppelte Drehmoment. Die Folge ist, dass bei gleicher Frequenz der Motor nur halb so schnell dreht. Eine höhere Leistung wird erst mit einer höheren Frequenz erreicht. Die Grenzen für höhere Motorfrequenzen sind aber bei heutigem Frequenzumrichter noch lang nicht erreicht, so dass bei der doppelten Polzahl und der doppelten Frequenz auch fasst die doppelte Leistung erreichbar ist. Da bei den höheren Frequenzen die Eisenverluste stark zunehmen muss dünneres Blech oder Ferritkerne verwendet werden, oder eine gute Kühlung beziehungsweise Wärmeableitung berücksichtigt werden. Da der kleine Luftspalt in axialer Richtung exakt eingehalten werden muss sind axial belastbare Lager (6) vorgesehen. Diese können auch äußere Kräfte vom Linearwandler oder von einer Axialkolbenpumpe usw. aufnehmen.
  • 2 Längsschnitt des zusammengebauten Motors (1) mit magnetischer Axiallagerung (14)
  • Beim Zusammenbau des Motors (1) entstehen große axiale Kräfte zwischen Rotorscheibe (2) und Stator (7). Durch die abstoßende Kraft der magnetischen Axiallagerung und einer Bestromung der Wicklungen (13) mit hoher Frequenz wird der Zusammenbau erleichtert.
  • 3 Schnitt B-B des Stators (7) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen
  • Die Statorpolbreite der einzelnen U-Blechpakete (12) sind gegen den Luftspalt hin schmaler und sind der Polbreite des Scheibenrotors angepasst, innen schmalere und dafür radial längere Pole als außen. Die Bleche, welche nicht bis zum Luftspalt reichen, werden Zusatzbleche (12a) genannt. Diese verringern die Induktion im Magnetkreis oder die Pollänge könnte vergrößert werden. Am Innenumfang der U- liegen die U- aneinander an. In einer Nut des Luftspaltseitigen isolier und Halteringes (8a) der Wicklung (13) sind ringförmig Magnete angeordnet, welche durch gleichnamige magnetische Polarität eine abstoßende Kraft auf die Magnete des Rotors ausüben.
  • 4 Schnitt A-A der Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen
  • An der Rotorscheibe (2) sind ebenfalls Ringförmige Nuten angebracht, und Magnete eingeklebt. Gleichnamige Magnetpole stehen sich gegenüber, so dass die Rotorscheibe beidseitig stark abgestoßen wird und in der Mitte der beiden U- bleibt. Die anziehende Kraft der Rotorpole auf das Statoreisen ist zwar größer, die Kräfte heben sich aber wegen des symmetrischen Aufbaus auf.
  • 5 Vergrößerter Ausschnitt der Rotorscheibe (2) mit der magnetischen Axiallagerung (14)
  • Die Rotorscheiben (2) sind aus einer Weicheisentafel mittels Laser-, Wasserstrahl- oder Drahterodieren ausgeschnitten, oder können bei hohen Stückzahlen auch gestanzt hergestellt werden. Die Rotorscheiben (2) haben zur Aufnahme der Magnete (15) radiale Schlitze, welche in der Mitte durchgehend um eine Magnetpolteilung versetzt sind. Dadurch entstehen auf der radialen Achse außen und innen unterschiedliche Magnetpole ohne magnetische Kurzschlüsse. Am äußeren und am inneren Rand der Rotorscheibe (2) sind die Magnetpole Kurzgeschlossen und das Eisen in Sättigung, weshalb die Magnetpole länger sind als die Statorpole. Im Bereich der Statorpollänge ergibt sich damit eine gleichmäßige Durchflutung. Auf die eingeklebten Magnete (15) wirken keine großen Kräfte ein, so dass die Rotorscheiben (2) für hohe Temperaturen und hohe Drehzahlen und Zentrifugalkräfte geeignet sind. Die elektrische Leitfähigkeit um die oberen und unteren Magnete herum könnte durch ein Kupfer oder Messingteil in der schrägen Nut eingepresst, ermöglicht werden und wirkte wie bei einem Kurzschlussanker. Außer Tritt, oder bei kleinerer Drehzahl als die synchrone Drehfelddrehzahl wird ein Drehmoment erzeugt.
  • Für Sicherheitstechnische Anwendungen wie Lifte oder Hebeeinrichtungen kann die Rotorscheibe (2) auch als Bremsscheibe oder Haltebremse verwendet werden. Stromlos werden die Rotorscheiben (2) magnetisch sehr stark und entsprechend dem mechanischen Freiheitsgrad auf die linke Seite angezogen und haften am Stator fest. Der Rotor ist blockiert. Durch einen Gleichstrom durch die rechte Wicklungsseite (13) kann die Haltebremse gelöst werden und durch den überlagerten Wechselstrom durch beide Wicklungen (13) in Drehbewegung versetzt werden. Sobald die Rotorscheiben (2) drehen, sind die seitlichen Anziehungskräfte zum Stator (7) viel geringer als im Stillstand, weil im Stillstand sowohl Nord- als auch Südpole das Statoreisen anziehen, und bei drehenden Rotorscheiben (2) mindestens die Hälfte der Statorpole eine abstoßende Kraft auf den Rotor ausüben.
  • Durch einen Näherungssensor kann die axiale Rotorstellung gemessen werden (Istwert) und durch einen Regler in der Mitte der Statorpole (Sollwert) gehalten werden, indem ein überlagerter Gleichstrom als Stellglied durch die Wicklungen (13) geschickt wird. Dazu sind Wicklungen (13) auf beiden Seiten der Rotorscheibe (2) notwendig.
  • 6 Magnetischer Kreis einer Phase im Stromnulldurchgang und bei Maximalem Fluss.
  • Die linke Seite stellt den abgerollten Schnitt B-B innen an der Rotorscheibe (2) und der Statorpole dar. Von den Statorpolen ist der magnetische Kreis verkettet mit der Wicklung (13), welche als einzelne senkrechte Linie dargestellt ist, zu den Statorpolen der äußeren Rotorscheibe (2) im Schnitt A-A, rechts gezeichnet. Der Rückfluss erfolgt über die U- und über die Verkettung der zweiten Wicklung (13). Die gezeichnete Rotorlage ergibt den größten magnetischen Fluss im Stator durch die Dauermagnete in der Rotorscheibe (2). Der Strom durch die Wicklungen (13) ist null und er könnte in dieser Stellung auch kein Drehmoment erzeugen.
  • 7 Maximale Kraftwirkung auf die Rotorscheibe (2) einer Phase bei Maximalem Strom
  • Dieselbe Darstellung wie in 6 jedoch ist die Rotorscheibe um ½ Rotorpolteilung oder um ¼ Statorpolteilung gedreht. In beiden Wicklungen fließt der Max. Strom, so dass an den Statorpolen nach der rechten Handregel die angegebenen magnetischen Polaritäten entstehen. Durch die anziehenden ungleichnamigen und die abstoßenden gleichnamigen Pole zwischen Stator und Rotor ergibt sich die Maximale Kraft auf die Rotorscheibe. Auf ein Statorpol wirken sowohl eine anziehende, als auch eine abstoßende Kraft. Bei zweiphasigen Motoren (1) ist die Stellung der Pole zueinander so, dass wenn eine Phase (L1) kraftlos ist wie in 6, die andere Phase (L2) die maximale Kraft wie in 7 erzeugt.
  • 8 Wickelvorrichtung und Schneidvorrichtung durch Drahterodieren für die Herstellung abfallarmer trapezförmiger U-Segmente mit den Polen (24).
  • Von dem Rohmaterialwickel wird das Blechband auf einen rechteckförmigen Wickeldorn (20) aufgewickelt. Die Umlenk- und Anpressrolle (21) gibt dem Blech eine umgekehrte Vorbiegung, so dass der Blechwickel an den geraden Seiten des Wickeldorns (20) nicht abstehen. Ein Kleber hält die Blechwicklung (22) nach dem aushärten zusammen. Die Blechwicklung (22) ist ähnlich der Schnittbandkerne im Transformatorenbau, jedoch entsprechend der Rohmaterialbreite viel breiter. Durch Drahterodieren wird die Blechwicklung (22) entsprechend der Erodierdrahtführung (23) nach Schnitt A-A durchgeschnitten. Anschließend wird die Blechwicklung (22) um 180° gedreht und um den Vorschub (26) welcher der Mittleren Trapezbreite plus der Erodierdrahtdicke entspricht nach vorne geschoben. Die Drahterodierung erfolgt jetzt in umgekehrter Richtung, so dass mit jedem Schnitt zwei trapezförmige U-Segmente mit den Polen (24) entstehen. Im Zentrum oder der späteren Motorachse wird der Erodierdraht nur in der Drahtrichtung bewegt.
  • 9 Anordnung der trapezförmigen U-Segmente mit den Polen (24)
  • Die U-Segmente werden mit der schmalen Seite nach innen auf die zylindrischen Wicklungen und die Isolier- und Haltescheiben (8) aufgeschoben und befestigt.
  • 10 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Außenläufermotors (1) mit trapezförmigen U-Segmenten mit den Polen (24) mit einer Rotorscheibe (2) pro Phase.
  • Der Erodierschnitt ist bei diesem Förderbandantrieb seitlich an der Blechwicklung (22) ausgeführt, so dass nur eine Wicklung (13) pro Phase nötig ist.
  • 11 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Motors (1) als Nabenmotor mit einer Rotorscheibe (2) pro Phase und Rotornaher Lagerung (6)
  • Eine hohe Polzahl erfordert auch ein kleiner Luftspalt bei den Rotorscheiben (2) zu den Stator U.
  • Da bei Motoren mit großem Durchmesser wie beim Nabenmotor der Abstand zum Achsschenkel, Radlager und Halterung (3) sehr groß ist, muss eine weitere Lagerung (6) nahe an den Rotorscheiben zu dem Stator U vorgesehen werden. Zusätzlich ist eine magnetische Lagerung wie in 1 bis 5 dargestellt. Mehrere U-Ferritkerne mit Blechpolen (12) sind in die Schalenförmigen Flansche (9, 10) und in den Mittlerer Statorflansch (11) mit Lager (6) eingeklebt, und bilden zusammen den Stator (7) mit den Wicklungen (13). Der Mittlerer Statorflansch (11) enthält den Außenring des Lagers (6). Der Stator (7) ist am Flansch rechts (9) zum Bremssattel hin befestigt. Das übrige Gehäuse aus Blech dichtet den Motor nach außen ab. Die Abdichtung (5a) zum Rotorhalteteil mit Lager (4) ist möglichst nahe am Radlager. Das Rotorhalteteil mit Lager (4) überträgt die Kraft von den Rotorscheiben (2) auf das Rad und enthält den Innenring des Lagers (6), die Lüfterflügel (4a) und Kühlöffnungen (4b) zur internen Kühlung. Die axialen Kräfte auf die Rotorscheibe (2) sind viel größer als die tangentialen, welche zum Drehmoment beitragen. Durch die symmetrische Anordnung der Wicklungen kann auch hier die axiale Position des Rotors geregelt werden oder eine Haltebremse realisiert werden.
  • Einphasige Motoren:
  • Die hochpoligen Motoren als einphasige Motoren haben beim Stromnulldurchgang kein Drehmoment. Wenn der Rotor (2) in einer ungünstigen Lage steht kann er weder vorwärts noch rückwärts anlaufen. Durch das Rastmoment richten sich aber die Pole des Rotors bei stromlosem Stator immer so aus, dass durch den ersten Stromstoß das größte Drehmoment erzielt wird oder anders gesagt, der Einrastwinkel bei Stillstand liegt so, dass die Statorpole genau zwischen Nord- und Südpol, oder zwischen Süd- und Nordpol des Rotors liegt. Um beim Anlauf die richtige Drehrichtung einzuhalten muss mit einem Hallsensor die Nord- oder Südraststellung erfasst werden um die erste + oder – Stromhalbwelle zu bestimmen. Die erste Stromhalbwelle der Startfrequenz mit erhöhtem Strom entscheidet über die Drehrichtung des Motors. Beim nächsten Nulldurchgang des Stromes ist die Drehmasse schon so beschleunigt, dass die Drehrichtung nicht mehr ändern kann. Zwei Hallsensoren können die richtige Drehrichtung kontrollieren und könnten bei einem Fehler neu starten.
  • Der Vorteil einer einphasigen Lösung liegt an der Einfachheit und an den Einsparungen bei der Leistungselektronik. Rastmomente sind wegen der hohen Polzahl der Motoren trotz der niedrigen Rotormasse nicht zu befürchten.
  • 12 Ausschnitt eines Statorpolkreisabschnittes mit Wicklung (13) und Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) maßstäblich wie 11 axial gesehen.
  • Die U-Ferritkerne mit Blechpole (12) umschließen die große Ringwicklung, und sind mit dieser und dem schalenförmigen Seitenteil verklebt oder eingegossen. Die U-Ferritkerne mit Blechpole (12) sind über den ganzen Umfang verteilt und haben mehrere, der Polpaarzahl entsprechende, radiale Aussparungen zwischen den Polen. Der äußere Spalt zwischen den U- wird zur Kühlung und zur Herausführung der Wicklungsdrähte genutzt. Im rechts gezeichneten Rotorausschnitt der Rotorscheibe (2) sind im Gegensatz zu 4 und 5 nicht nur ein Pol, sondern mehrere Pole oder eine Polgruppe (18) mit gleicher magnetischer Polarität zwischen den Magneten vorhanden. Dadurch lassen sich noch mehr Pole am Umfang anordnen und ein entsprechend höheres Drehmoment erreichen. Die Pollücken werden radial ausgefräst, geschliffen oder erodiert. Die Polgruppen (18) haben radial ebenfalls unterschiedliche magnetische Polaritäten.
  • 13 Vergrößerter Ausschnitt eines U-Ferritkernes mit Blechpolen (12) und der Rotorscheibe (2) mit den Polgruppen (18)
  • Die Zeichnung links zeigt einen U-Ferritkern mit Blechpolen (12): unten oder innen sind Beispielsweise 21 Nuten gleicher Breite und 20 Pole, während oben oder außen 19 Nuten gleicher Breite und 18 Pole pro U-Kern vorhanden sind. Die Statorpolteilung ist über dem ganzen Umfang gleichmäßig, innen fehlt einfach ein Pol und außen drei Pole zwischen den U-Ferritkern mit Blechpolen (12). Die verhältnismäßig gleich groß gezeichnete Rotorscheibe hat eine höhere Polzahl als nach 5, wo die Polzahl durch die dicke der Magnete (15) begrenzt ist. Bei hohen Drehzahlen und somit hohen Frequenzen des Motorstromes sind die Eisenverluste für Weicheisenbleche schon zu hoch und für Ferritkerne eher unbedeutend klein. Durch mehrere Pole oder Polgruppen (18), wie in 14 schon erwähnt, zwischen den Magneten (15) lässt sich die Polzahl noch weiter erhöhen, so dass nun Ferritkerne verwendet werden können welche bis 30 kHz noch wenig Eisenverluste haben. Die Leistungselektronik ist mit diesen Frequenzen auch nicht überfordert weil eine Pulsweitenmodulation PWM bei der Nenndrehzahl nicht vorgesehen ist. Mit der neuen Rotorscheibe (2) ist es gelungen bei einem Rotordurchmesser von ca. 400 mm eine Rotorpolzahl von über 1300 Polen oder über 650 Polpaaren zu erreichen. Nach dem festen Zusammenhang zwischen Polpaarzahl PP der Frequenz f und der Drehzahl n
    n = 60·f/PP ergibt sich bei 1200 U/Min eine Frequenz von f = PP·n/60 =
    650·1200/60 = 13 kHz
  • Für die Magnete ist ein, über die radiale Länge der Statorpole, durch die Rotorscheibe durchgehender Ausschnitt, welcher außen und innen radial verläuft und dazwischen um eine Magnetpolteilung schräg verläuft. Die in den radialen Ausschnitten eingesetzten Magnete (15) sind tangential Magnetisiert und radial mit unterschiedlicher magnetischer Polarität bestückt und eingeklebt. Am Umfang außen und innen sind jeweils die gleichen magnetischen Polaritäten zu einer Polgruppe (18) zwischen den Magneten zusammengefasst gerichtet. Die Polteilung der Polgruppen ist gleich wie die Polteilung der Statorpole. Bei den Magneten (15) oder den Polgruppengrenzen (19) werden jedoch die Polgruppen um eine halbe Statorpolteilung versetzt, so dass wenn die Nordpole den Statorpolen gegenüberliegen die Südpole der gleichen Rotorscheibenseite auf die Pollücken des Stators zeigen. Die Anordnung ist in 18 und 19 deutlicher dargestellt.
  • Anmerkung: Der schräg verlaufende Ausschnitt kann auch nicht durchgehend, oder mit einem elektrisch leitendem unmagnetischem Teil überbrückt sein. Dadurch ergibt sich ein Kurzschlussring, welcher, wie bei einem Asynchronmotor mit Kurzschlussanker, auch im asynchronen Fall Drehmoment erzeugt oder bremst.
  • 14 Ansicht einer Zweiteiligen Rotorscheibe (2a) mit den Polgruppen (18) und magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen
  • Der Rotor (2) kann auch als zweiteiligen Rotorscheibe (2a) ausgeführt werden wobei größere Pol gruppen (18) gemacht werden können als bei der Bauart nach 13. Die Dauermagnete (15) zwischen den Rotorscheiben (2a) sind axial magnetisiert und ergeben an den gegenüberliegenden Polgruppen (18) immer unterschiedliche magnetische Polaritäten. Die Dauermagnete (15) können als ganze Scheibe mit einer wechselnden Magnetisierung entsprechend den Polgruppen oder als Trapezförmige oder Kreisabschnittförmige Einzelmagnete bestückt und verklebt werden. Die radialen Nuten in den Rotorscheiben wirken wie ein Lüfterflügel und ergeben eine gute Kühlung. Damit keine starken Geräusche entstehen sollte die Statorseite glatt sein. Die größere Oberfläche der Dauermagnete (15) gegenüber der Polfläche ergeben eine Sammlerwirkung, so dass die Induktion am Polkopf zum Luftspalt hin entsprechend größer ist. Die axiale Materialstärke im Polgrund sollte mindestens der Polbreite entsprechen. Die Bauart ermöglicht noch kürzere Eisenweglängen im Rotor und eine höhere Polzahl welche wirksam zum Drehmoment beitragen, als in 13.
  • 15 Tangentiale Ansicht auf die Zweiteilige Rotorscheibe (2a) mit den Permanentmagneten (15) und Schnitt D-D unten
  • Außen ist eine Bandage (4c), welch bei Überlastung und durch Zentrifugalkräfte die Permanentmagnete festhalten. Schnitt D-D zeigt Polgruppen (18) mit 20 Polen. Im Gegensatz zu 18 sind die Statorpole den Rotorpolen im Stromnulldurchgang bei jeder zweiten Polgruppe axial gegenüberliegend ansonsten sind die Verhältnisse bei Stromnulldurchgang und Max. Strom gleich.
  • 16 Erodierdrahtführung (19a) um aus einer dicken Weicheisenscheibe eine Zweiteilige Rotorscheibe (2a) herzustellen.
  • Der Drahterodierschnitt oder die Erodierdrahtführung (19a) beim teilen der dicken Weicheisenscheibe kann trapezförmig so geführt werden, dass symmetrische Polgruppen entstehen. Durch die Drahtstärke und die Polzahl am Umfang kann das Verhältnis der Polbreite zur Nutenbreite bestimmt werden. Ein exakter Erodierschnitt nach einer experimentell optimierten Polkopfform, kann mit der Polform der Statorpole, der Luftspaltbreite und einer kontinuierlichen Rotordrehung und Nennlast eine möglichst sinusförmige elektromotorische Kraft EMK erzeugen. Die Grundpolform auf der anderen Seite des Erodierdrahtes spielt keine Rolle.
  • 17 U-Ferritpole mit Ausschnitten für dünne Blechpakete (17) (Sammlerblechpakete)
  • Wie 13 links, 90° gedreht und äußere Pole nochmals vergrößert. Schnitt C-C zeigt die Ferritpole mit Ausschnitten für dünne Weicheisenbleche (Sammlerblechpakete)
  • Die U-Ferritpole aus dem Bereich der Leistungsübertrager haben schon bei 0,3 Tesla die magnetische Sättigung erreicht. Da der Querschnitt Richtung Luftspalt (16) um die Lückenbreite der Pole abnimmt, ist die Sättigung dort noch viel früher erreicht, so dass am Luftspalt ein „verschwommenes Magnetisches Feld” entsteht. Da ohnehin Nuten im Ferritkern sein müssen, ist es zweckmäßig diese mit Paketen aus dünnen kornorientierten Elektroblechen zu bestücken oder einzukleben oder mit Kunststoff einzuspritzen, da eine glatte Oberfläche zum Luftspalt (16) hin zweckmäßig ist. Der Querschnitt des Überganges vom Ferrit zum Blech kann je nach Lückentiefe sehr groß sein gegenüber dem Ferrit querschnitt. Dadurch wird ein Sammlereffekt erreicht und eine viel höhere Luftspaltinduktion bei relativ geringen Eisenverlusten.
  • 18 Magnetischer Kreis einer Phase beim Stromnulldurchgang und beim Max. Fluss. Links Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite, Schnitte nach 15
  • Die Rotorstellung ist so gezeichnet, dass links außen und rechts innen alle Nordpole den Statorpolen gegenüberliegen, während auf der anderen Seite des Rotors (2) die Südpole den Statorpolen gegenüberliegen. So ergibt sich der größte magnetische Fluss durch die U-Ferritpole, wie er durch die Pfeile eingezeichnet ist. Bei jedem Magnet (15) sind zwei Statorpole, welche zum Magnet (15) zeigen. Diese Pole tragen nicht zum magnetischen Fluss bei.
  • 19 Kraftwirkung einer Phase bei Max. Strom: Links Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite.
  • Gegenüber 18 ist der Rotor um 90° elektrisch oder um ¼ der Statorpolteilung versetzt. Der Strom durch die Wicklungen (13) ist schematisch durch die senkrechten Striche rechts und links außen dargestellt und erzeugt an den Statorpolen die angegebenen Nord und Südpole. Diese ergeben mit den Polen der Rotorscheibe (2) die eingezeichneten, gleichgerichteten Kraftpfeile F. Ein Pol pro Magnet (15) trägt nicht zur Kraftwirkung bei, alle anderen jedoch nur durch die anziehende oder die abstoßende Kraft. Dies ist anders als bei 7. Bewegt sich der Rotor weiter auf 180° elektrisch oder um weitere ¼ der Statorpolteilung, fließt der magnetische Fluss nach 18 in umgekehrter Richtung.
  • 20 Zweiphasiger Motor (1) mit Hohlwelle (3) und vier trommelförmigen Rotoren (2).
  • Der Stator (7) besteht aus einfachen Blechpaketformen, welche radial angeordnet sind. Durch die Zusatzbleche (17) wird die Induktion im axialen Statorteil verkleinert und im Luftspalt zum Rotor hin vergrößert. Trommelförmige Rotoren mit abwechselnden N-S-Polen sind in der Patentschrift DE 10 2006 038 576 B4 geschützt. Die neuen trommelförmige Rotoren (2) mit Polgruppen (18) erlauben eine noch höhere Polzahl am Rotor und Stator, weil erst nach einer Polgruppe (18) am Rotor wieder eine andere magnetische Polarität erscheint. Das besondere an dem Motor (1) sind die zwei identischen trommelförmigen Rotoren (2) pro Phase, wobei die Kraftwirkung von 4 Pollängen pro Pol zum Drehmoment beiträgt. Die Masse der trommelförmigen Rotoren (2) ist gegenüber von Vollpolrotoren in Synchronmaschinen oder Kollektorlosen Gleichstrommotoren sehr viel kleiner. Die Bauform ist für längere Motoren mit kleinem Durchmesser und Hohlwellen geeignet.
  • 21 Zweiphasiger Motor (1) mit U-Förmigen Statorblechen und zwei Trommelförmigen Rotoren (2)
  • Der Stator (7) besteht aus U-Förmigen gestanzten Blechen welche mit den Zusatzblechen zusammen zu Statorpolpaketen zusammengefügt sind. Pro Motor ist nur ein Doppelrotor oder zwei gleiche Rotoren wie in 21 nötig. Die Bauform ist für kürzere und große Durchmesser mit Hohlwelle (3) geeignet.
  • 22 Axiale Sicht von Stator (7) und Rotor mit den Polgruppen (18) von 20 und 21
  • Der trommelförmige Rotoren (2) bestehen aus einem Zahnradähnlichen äußeren Rotorteil mit Polgruppen (21a) aus Weicheisen welches die Verbindung zur Welle (3) und zum Lager (6) herstellt. Die Magnete (15) und die inneren Polgruppen (18) werden an der Innenseite montiert oder geklebt, so dass diese Teile bei hohen Drehzahlen und großen Zentrifugalkräften geschützt sind und die mechanische Präzision zum Stator (7) hin gewährleistet ist.
  • 23 Vergrößerte Ansichten und Schnitte der trommelförmigen Rotoren (2) mit magnetisch abwechselnden gleichnamigen Polgruppen (18).
  • Mindestens zwei und eine gerade Anzahl Polgruppen (18) müssen am Umfang des Rotors sein, besser sind ab 4 Polgruppen (18) wegen der Kraftverteilung und Unwucht. Schnitt D-D zeigt das Zahnradähnliche Teil, mit schrägem Loch für eine gute interne Luftzirkulation, welches auch ähnlich wie Zahnräder hergestellt werden kann. Schnitt E-E zeigt ein Ring mit Innenzahnung. Dieser Ring kann aber auch mit einzelnen Rotorteilen mit Polgruppen innen (21), einem gebogenen Teil von 24 ersetzt werden. Der Zwischenraum wird mit Rechteck- oder Kreisabschnittförmigen Magneten Bestückt wobei die Magnetische Polarität an den Polgruppengrenzen (19) wechselt.
  • 24 Rotorprofilteil mit einer Polgruppe (18)
  • Einfaches, gerades Profilteil einer oder mehrerer Polgruppen.
  • 25 Transversalflussmaschine als Zweiphasiger Motor oder Generator (1) mit trommelförmigen- und scheibenförmigen Polgruppen (18) mit zusätzlicher elektrische Erregung.
  • Der Rotor (2) besteht aus einem trommelförmigen oder kegelförmigen Rotor (2a), mit Permanentmagneten (15) bestückten Teil und aus einem scheibenförmigen Rotor (2b) Teil. Der scheibenförmige Rotor (2b) wird von zwei mit dem Weicheisenflansch (9, 10) und den konzentrischen Weicheisenringen oder Blechwicklung (5, 5a, 5b) verbundenen Gleichstromwicklungen ((13a) erregt. Je nach Stromrichtung kann die Erregung durch die Permanentmagnete (15) unterstützt oder geschwächt werden. Der magnetische Fluss von den zwei Gleichstromwicklungen (13a) wird weiter über drei konzentrischen Weicheisenscheiben (4b–4d) geführt, welche über einen Haltering (4) an der Welle (3) und am Rotor (2) befestigt sind. Die Weicheisenscheiben (4b–4d) können mit den Weicheisenringe zusammen ein axial belastbares Gleitlager bilden. An den Weicheisenscheiben entstehen außen und innen Südpole, und in der Mitte ein Nordpol. Der magnetische Fluss wird nun über die Zahnradähnlichen Zwischensegmente auf die Polgruppen (18) des Scheibenförmigen Rotorteils (2b) geführt. Die Zeichnung und ein Herstellverfahren ist bei 28–30 beschrieben.
  • Die Zweiphasige Maschine ist mit einer sehr hohen Polzahl als Langsamläufer für Getriebelose Generatoren für 50 Hz oder 60 Hz entwickelt. Der Leistungsbereich erstreckt sich bis zu der Maximalen Leistung von Windkraftanlagen, wobei der Durchmesser des Generators nicht größer sein muss als der Durchmesser einer 4-Poligen Maschine mit Getriebe. Der Zweiphasige Generator kann entsprechend 40 auch mit dem Dreiphasigen Netz synchronisiert werden. In der Mitte der Maschine kann ein weiterer trommelförmiger oder kegelförmiger Rotor (2a) mit der Summe der Pollängen aus dem Trommelförmigen und dem Scheibenförmigen Teil vorgesehen werden, wobei die Seitliche elektrische Erregung auf den ganzen magnetischen Kreis dieser Phase wirkt.
  • 26 Schnitt durch den trommelförmigen Rotorteil mit den radialen U-I-Statorblechpaketen (12).
  • Im Schnitt A-A ist ein Ausschnitt des trommelförmigen Rotorteils, die isolier und Haltescheibe (8), die Wicklung (13) und die Statorpole mit den Zusatzblechen (12a) sichtbar.
  • 27 Transversalflussmaschine ohne Rotor (2) in der Mitte
  • Der zweiphasige Motor oder Generator (1) kann auch ohne Rotor (2) in der Mitte ausgeführt werden. Der magnetische Fluss wird durch die lange Verbindungszahnung (12b) fasst verlustfrei von den U- in die I Blechpakete und umgekehrt übertragen.
  • 28 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2c und 2d
  • Nach 28 und 30 sind 4 verschiedene Zahnradähnliche Zwischensegmente (2c–2f) oder Polgruppensegmente notwendig, um den magnetischen Fluss auf die Polgruppen (18) zu führen. Diese können wie gewöhnliche Zahnräder hergestellt und anschließend an den Polgruppengrenzen radial durchgeschnitten werden.
  • 29 Axiale Sicht auf die Polgruppen (18) der Rotorteile mit den Permanentmagneten (15)
  • Schnitt B-B zeigt die Polgruppen (18) der beiden Rotorteile (2a, 2b). Die radialen Pole werden durch die Gleichstromwicklungen (13a) erregt und können unterstützend oder schwächend wirken. Zwischen die Polgruppensegmente oder an den Polgruppengrenzen (19) können ebenfalls Permanentmagnete (15) eingebaut werden.
  • 30 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2e und 2f
  • Schnitt D-D zeigt die zwei anderen Polgruppensegmente mit den Befestigungen (4–4e) an den konzentrischen Weicheisenringen und am unmagnetischen Haltering.
  • 31 Zweiphasiger Motor (1) mit nur axialer Flussführung im Stator (7) und 4 kegelförmigen Rotoren (2)
  • Diese kompakte Motorbauart vereinigt ein Höchstmaß bei der Ausnutzung der Querschnitte mit dem magnetischen Kreis, und der Wicklung, des Polquerschnittes zu den Luftspalten hin und der kurzen Flussführung im Rotoreisen, und der Rotornahen Lagerung. Mit 0,5 mm Nutenbreite entsprechend der Fräserdicke von Hartmetallfräsern lassen sich hohe Polzahlen am Umfang erreichen, was einem hohen Drehmoment entspricht. Mit geglühtem kornorientiertem Blech und Starken bis 0,05 mm kann der Motor für hohe Drehzahlbereiche dimensioniert werden. Die Motorlänge ist flexibel machbar, abhängig von der Einschaltdauer der Belastung der Grenztemperatur und den Kupfer- und Eisenverlusten.
  • 32 Äußeres Rotorteil mit Polgruppen (18a) und Stator (7) von C-C, der Erodierdrahtführung (25a) aus gesehen.
  • Die linke Ansicht zeigt die Rotorstellung beim größten Drehmoment und rechts bei Drehmoment Null. In den Ausschnitten zwischen den Polgruppen (18) können zusätzlich dreieckförmige Permanentmagnete (15) eingesetzt werden.
  • 33 Inneres Rotorteil mit Polgruppen (18b) und Stator (7) von D-D, der Erodierdrahtführung aus gesehen
  • Die rechte Ansicht zeigt die Rotorstellung beim größten Drehmoment und links bei Drehmoment Null. Die zusätzlichen dreieckförmigen Permanentmagnete bei den Polgruppengrenzen (19) sind nicht gezeichnet.
  • 34 Schneide und Biegevorrichtung der Bleche von einem Rohmaterialwickel (20).
  • Der Rohmaterialwickel (20) hat grundsätzlich eine magnetische Vorzugsrichtung (12b), welche der Walzrichtung und der Längsrichtung entspricht. Beim Stator (7) sollte die Vorzugsrichtung in axialer Richtung liegen, nicht wie bei Ringbandkern-Transformatoren. Deshalb werden Rechteckbleche (22) geschnitten, wobei die Länge in Vorzugsrichtung (12b) der späteren Breite der Blechwicklungen (12, 12a) entspricht. Die Rechteckbleche (22) werden am Ende oder auf der ganzen Breite quer zur Rohmaterialachse mit einer Biegevorrichtung (23) vorgebogen.
  • 35 Wickelvorrichtung (24) mehrerer Bleche zur äußeren Blechwicklung (12) und zur inneren Blechwicklung (12a) mit axialer magnetischer Vorzugsrichtung (12b).
  • Die Bleche werden auf einem Zylinder gleichmäßig am Umfang verteilt befestigt, mit Kleber versehen und aufgewickelt. Im Falle von ganz vorgebogenen Blechen lassen sich die Blechabschnitte auch spiralförmig axial zusammenschieben. Der Kleber ist gleichzeitig eine elektrische Isolierschicht, so dass, je mehr Bleche am Umfang verteilt sind, ein elektrischer Windungsschluss ausgeschlossen werden kann. Windungsschlüsse würden den axialen magnetischen Wechselfluss zu den Polen verhindern. Rechts ist eine ausgehärtete Blechwicklung (24a) vor der Bearbeitung der Pole mit der axialen Vorzugsrichtung (12b) gezeichnet.
  • 36 Äußere Blechwicklung (12) mit der Führung des Erodierdrahtes (25a) zum ausschneiden der Innenpole.
  • Das Erodierdrahtschneiden ist ein exaktes Verfahren, um auch lange Schnitte und entsprechend der Drahtstärke auch dünne Schnitte in Metall auszuführen. Die Schneidgeschwindigkeit ist zwar sehr langsam, dafür wird aber das Werkstück kaum mechanisch und thermisch belastet. Bei längeren Blechwickel können die Schnitte auch so ausgeführt werden, dass ein Schnitt die Innenpole der äußeren Blechwicklung (12) und gleichzeitig die Außenpole einer inneren Blechwicklung (12a) für einen größeren Motor geschnitten werden.
  • 37 Blechwicklung innen (12a) mit der Erodierdrahtführung zum ausschneiden der Außenpole.
  • Um im magnetischen Kreis gleiche Querschnitte außen und innen zu erreichen werden die Blechwicklungen innen (12a) dicker. Um ebenfalls den gleichen Polquerschnitt innen und außen zu erreichen wird die Pollänge innen größer. Die Neigung des Erodierdrahtes zur Achse ergibt sich aus dem Verhältnis von Nutenbreite zu Polbreite bei gleichen Querschnitten
  • 38 Linearantrieb (1) mit E-I Trafoblechen und rundem Linearteil (2a) mit Polgruppen (18)
  • Die Offenlegungsschrift DE 102 40 704 A1 ist in 12 eine zweiphasige Linearmaschine dargestellt. Das bewegliche Linearteil (2) ist jetzt mit Polgruppen (18) und einem glatten runden Schutzrohr (6a) mit einer Kernschraube (2c) und vier axial angeordneten Dauermagnete (15) bestückt. Die Weicheisenpolgruppen bestehen aus einem Drehteil mit den Nuten, welches anschließend axial in vier Teile durchgeschnitten wird. Im Seitenriss und im vergrößerten Ausschnitt sind die magnetischen Polaritäten und das zustandbekommen der Kraft in den zwei Phasen (L1, L2) dargestellt. Mit der viel größere Polzahl und den geraden Blechen ergibt sich eine höhere Kraft pro Statorlänge. Im Vollschrittbetrieb werden entsprechend der höheren Polzahl exaktere Positioniergenauigkeiten erreicht. Der Linearantrieb kann zur Unterstützung der Lenkkraft (elektrische Servolenkung) im KFZ-Bereich eingesetzt werden. Der kompakte Aufbau erfolgt mit Zusatzblechen (12b) und den E- und I-Blechen (12, 12a) wie bei Transformatoren. Am Übergang von den E- zu I-Blechen kann geschweißt werden. Der runde Ausschnitt für das Linearteil kann schon beim stanzen der Bleche oder nachträglich gebohrt oder durch Drahterodieren ausgeschnitten werden.
  • 39 Linearantrieb (2) mit E-Trafoblech und zwei Antriebe mit Polgruppen (18)
  • Für beide Phasen (L1, L2) werden nur E-Bleche (12) benötigt. Die zwei Linearteile haben zwei Zahnstangenähnliche Weicheisenstäbe mit den Polgruppen (18) und den Dauermagneten (15) dazwischen. Die Herstellung kann wie bei den Rotorscheiben (16) durch Drahterodieren eines Weicheisenstabes erfolgen, wobei zwei symmetrische Linearteile mit den Polgruppen (18) entstehen. Die Linearführung ist nicht gezeichnet. Durch einen überlagerten Gleichstrom durch die Wicklungen (13) wird der Tisch (3) nach unten gezogen, wobei ebenfalls eine Haltebremse (27) realisierbar werden kann.
  • Zweiphasige Maschinen am dreiphasigen Netz oder an dreiphasigen Frequenzumrichter.
  • 40 Zeigerdiagramm und Schaltplan zum Anschluss 2-phasiger Maschinen an 3 Phasen.
  • Links ein Zeigerdiagramm mit den Spannungen an einem Zweiphasigen Motor und der dreiphasigen Netzspannung. Durch die Schaltung der Wicklungen nach 40 lässt sich jeder zweiphasige Transversalfluss-Motor oder Generator an dreiphasige Netze oder Frequenzumrichter anschließen. Anstatt je eine Wicklung pro Phase beim zweiphasigen Motor ist für eine dreiphasige Lösung nur ein Mittelabgriff der Wicklung einer Phase nötig. Wird der Mittelpunkt der dreiphasigen Lösung gebraucht, muss die erste Wicklung ebenfalls ein Abgriff bei 50% haben. Zweiphasige Frequenzumrichter sind zwar einfacher und theoretisch etwa 1/3 billiger als dreiphasige, sind aber für höhere Leistungen noch nicht erhältlich, was sich hoffentlich aufgrund dieser Patentanmeldung ändern wird.
  • 41 Zeigerdiagramm Schaltplan und Umschalter für große Drehzahlbereiche
  • In 41 sind die Windungszahlen der Wicklungen noch halbiert und aufgeteilt, so dass mit der elektronischen Umschalteinrichtung ab einer bestimmten Drehzahl der Maschine die Wicklungen parallelgeschaltet werden können. Das hat den Vorteil, dass ein großer Drehzahlbereich ohne Getriebe zum Beispiel bei Fahrzeugen abgedeckt werden kann. Da die Motorspannung etwa proportional zur Drehzahl und zur Frequenz ansteigt, wird die Grenzspannung der Halbleiter im Frequenzumrichter schnell erreicht. Die Motorspannung kann nicht höher sein als die Zwischenkreisspannung des Frequenzumrichter, so dass ab dieser Drehzahl oder Frequenz das Drehmoment stark abnimmt. Umgekehrt kann die Wicklung der Maschinen zwar mit kleinen Windungszahlen und für große Ströme dimensioniert werden, wobei aber die Grenzströme der Halbleiter schnell erreicht werden. Bei kleinen Drehzahlen und kleinen Motorspannungen wird die Pulsweitenmodulation PWM mit hohen Anlaufströmen problematisch. Aus diesen Gründen ist eine elektronische Umschaltung der Wicklungen bei großen Drehzahlbereichen besonders vorteilhaft. Da die Phasen von Transversalflussmaschinen meist nebeneinander angeordnet sind, lassen sich auch echte dreiphasige Maschinen aufbauen, ein einfacher symmetrischer Aufbau wie 25 bis 30 ist aber nicht möglich. Die Kosten sind für eine zweiphasige Maschine auch günstiger, wobei ein höheres Drehmoment oder eine kleinere Drehmomentwelligkeit den Preisunterschied nicht rechtfertigen.
  • 1 bis 7
    • 1
    Zweiphasiger Motor
    2
    Rotorscheibe
    3
    Hohlwelle
    4
    Rotorhalteringe
    5
    Zylindrische Führung
    6
    Lager
    7
    Stator
    8
    Sicherungsringe
    8a
    Isolier- und Haltering
    9
    Flansch rechts
    10
    Flansch links
    11
    Flansch Mitte
    12
    U-Blechpakete
    12a
    Zusatzbleche
    13
    Wicklung
    14
    Magnetische Axiallagerung
    15
    Dauermagnete
    16
    Luftspalt
    17
    Zusatzbleche
    19
    Ausschnitte
    L1
    Phase L1
    L2
    Phase L2
  • 8 bis 10
    • 1
    Zweiphasiger Außenläufermotor
    2
    Rotorscheibe
    3
    Hohlwelle feststehend
    4
    Rotorhalteringe
    4a
    Gewindering
    4b
    Außenhaltering
    5
    Außengehäuse drehend
    6
    Lager
    7
    Stator
    8
    Isolierringe
    9
    Flansch rechts
    10
    Flansch links
    11
    Flansch Mitte
    12
    U-Blechpole
    13
    Wicklung
    16
    Luftspalt
    L1
    Phase L1
    L2
    Phase L2
    20
    Wickeldorn drehbar
    21
    Biege und Anpressrolle
    22
    Blechwicklung
    23
    Erodierdrahtführung
    24
    U-Segmente mit den Polen
    25
    Zentrum Motorachse
    26
    Vorschub
  • 11 bis 19
    • 1
    Zweiphasiger Motor
    2
    Rotorscheibe
    2a
    Zweiteilige Rotorscheibe
    3
    Achsschenkel Radlager Halterung
    4
    Rotorhalteteil mit Lager
    4a
    Lüfterflügel
    4b
    Kühlöffnungen
    4c
    Bandage
    5
    Blechdeckel
    5a
    Abdichtung
    6
    Lager
    7
    Stator
    8
    Isolierringe mit Magneten
    9
    Flansch rechts
    10
    Flansch links
    11
    Mittlerer Statorflansch mit Lager
    12
    U-Ferritkerne mit Blechpole
    13
    Wicklung
    14
    Magnetische Axiallagerung
    15
    Dauermagnete
    16
    Luftspalt
    17
    Blechpakete
    18
    Polgruppen
    19
    Ausschnitte
    19a
    Erodierdrahtführung
    L1
    Phase L1
    L2
    Phase L2
  • 20 bis 24
    • 1
    Zweiphasiger Motor
    2
    Trommelförmiger Rotor
    3
    Hohlwelle
    4
    Rotorhalteteile
    5
    Isolierhülse
    6
    Lager
    7
    Stator
    8
    Isolierringe, Halteringe
    9
    Flansch rechts
    10
    Flansch links
    11
    Mittlerer Flansch mit Teilungshalter
    12
    U-I-Statorblechpolpakete
    13
    Wicklung
    15
    Dauermagnete
    16
    Luftspalt
    17
    Zusatzbleche
    18
    Polgruppen
    19
    Polgruppengrenzen
    20
    Belüftungslöcher
    21
    Rotorteil mit Polgruppen innen
    21a
    Äußeres Rotorteil mit Polgruppen
    22
    Rotorprofilteil mit einer Polgruppe
  • 25 bis 30
    • 1
    Zweiphasiger Motor oder Generator
    2
    Rotor
    2a
    Trommelförmiger oder kegelförmiger Rotor
    2b
    Scheibenförmiger Rotor
    2c
    Zwischensegment Außen-Außen
    2d
    Zwischensegment Mitte-Innen
    2e
    Zwischensegment Mitte-Außen
    2f
    Zwischensegment Innen-Innen
    3
    Welle
    4
    Rotorhaltering innen
    4a
    Unmagnetischer Haltering außen
    4b
    Weicheisenscheibe innen
    4c
    Weicheisenscheibe in der Mitte
    4d
    Weicheisenscheibe außen
    4e
    Segmentförmiger Abstandhalter
    4f
    Abstandhaltering
    5
    Weicheisenring oder Blechwicklung innen
    5a
    Weicheisenring oder Blechwicklung mittig
    5b
    Weicheisenring oder Blechwicklung außen
    6
    Lager
    6a
    Axiales Gleitlager
    6b
    Lager mittig
    7
    Stator
    8
    Isolierringe, Halteringe
    9
    Weicheisenflansch rechts
    10
    Weicheisenflansch links
    11
    Mittlerer Flansch mit Teilungshalter
    12
    U-I-Statorblechpakete
    12a
    Zusatzbleche
    12b
    Verbindungszahnung
    13
    Wicklung
    13a
    Gleichstromwicklungen
    14
    Außengehäuse
    15
    Permanentmagnete
    16
    Luftspalt
    18
    Polgruppen
    19
    Polgruppengrenzen
    L1
    Phase L1
    L2
    Phase L2
  • 31 bis 37
    • 1
    Zweiphasiger Motor
    2
    Kegelförmiger Rotor
    3
    Welle
    4
    Rotorhaltering
    4a
    Isolierscheibe
    5
    Außengehäuse
    6
    Lager
    7
    Stator
    8
    Isolierringe, Halteringe
    9
    Flansch rechts
    10
    Flansch links
    11
    Mittlerer Flansch
    12
    äußere Blechwicklung
    12a
    innere Blechwicklung
    12b
    Magnetische Vorzugsrichtung
    13
    Wicklung
    15
    Dauermagnete
    16
    Luftspalt
    18
    Polgruppen
    18a
    Äußeres Rotorteil mit Polgruppen
    18b
    Inneres Rotorteil mit Polgruppen
    19
    Polgruppengrenzen
    20
    Rohmaterialwickel
    21
    Querschneider
    22
    Rechteckbleche
    23
    Biegevorrichtung
    24
    Wickelvorrichtung
    24a
    Ausgehärtete Blechwicklung
    25
    Drahterodieren
    25a
    Führung des Erodierdrahtes
    26
    Zentrum
  • 38 und 39
    • 1
    Zweiphasiger Linearantrieb
    2
    Linearteil
    2a
    rundes Linearteil
    2b
    rechteckförmiges Linearteil
    2c
    Kernschraube
    3
    Tisch
    4
    Halteteil
    4a
    Isolierscheibe
    6
    Linearlagerführung
    6a
    Gleitrohr
    6b
    Schutzrohr
    7
    Stator
    8
    Isolierringe, Halteringe
    12
    E-Bleche
    12a
    I-Bleche
    12b
    Zusatzbleche
    13
    Wicklung
    15
    Dauermagnete
    16
    Luftspalt
    18
    Polgruppen
    19
    Polgruppengrenzen
    25
    Drahterodierführung
    27
    Haltebremse
    L1
    Phase L1
    L2
    Phase L2
  • 40 bis 41
    • 1
    Zeigerdiagramm Zwei-Dreiphasig
    2
    Schaltung der zusammengesetzten Spannungen der Wicklungen
    3
    Zeigerdiagramm mit Neutralleiter und umschaltbaren Wicklungen
    4
    Schaltung mit elektronischem Umschalter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006038576 B4 [0083]
    • - DE 10240704 A1 [0102]

Claims (12)

  1. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager dadurch gekennzeichnet, dass – Eine einteilige Rotorscheibe (2) nach (4, 5, 12, 13) pro Phase (L1, L2) aus Weicheisenblech mittels Laser ausgeschnittene, gestanzte oder drahterodierte Ausschnitte (19) haben, welche über einen Rotorhaltering (4) oder Rotorhalteteil mit Lager (4) oder direkt mit einer Welle oder Hohlwelle (3) oder einem drehenden Außengehäuse verbunden ist wobei die einteilige Rotorscheibe (2) eine Anzahl n rechteckförmige radiale Ausschnitte (19) an einer äußeren Ringfläche und n rechteckförmige Ausschnitte (19) an einer inneren Ringfläche besitzen und auf der dazwischen liegenden Ringfläche n schräge Ausschnitte (19) haben kann, welche die Ausschnitte (19) außen mit den Ausschnitten (19) innen um eine Polgruppenteilung versetzt verbinden, mit in die äußeren und inneren Ausschnitte (19) eingeklebten Magneten (15) welche in tangentialer Richtung magnetisiert sind wobei immer gleichnamige Magnetpole auf den dazwischenliegenden Pol oder auf die Polgruppe (18) gerichtet sind und ebenfalls gleichnamige Magnetpole auf beiden Seiten der Rotorscheibe (2) entstehen, an der äußeren und inneren Ringfläche radial und an den Polen oder Polgruppen (18) tangential abwechselnde Nord-Süd-Magnetpole vorhanden sind, wobei zwischen den Magneten (15) tangential auf beiden Seiten der Rotorscheibe (2) keine oder m radiale Nuten über die ganze Rotorscheibenringhöhe gefräst, geschliffen oder Drahterodiert sind, wobei Polgruppen (18) aus m plus ein Pol Pole gleicher magnetischer Polarität entstehen, wobei die Teilung der Pole innerhalb der Polgruppen (18) der Statorpolteilung τp entspricht, die Polzahl np sich aus der Anzahl n Polgruppen (18) mal [m plus 1,5] ergibt und Polgruppen (18) unterschiedlicher magnetischer Polarität um eine Halbe Statorpolteilung τp tangential versetzt sind, wobei der magnetische Fluss nur kurze Wege von Luftspalt zu Luftspalt überwinden muss, mit einer Ringnut im Bereich der mittleren Ringfläche zur Aufnahme von einzuklebenden Magneten (14) für eine berührungslose Magnetlagerung in axialer Richtung durch die abstoßende Wirkung zu Magneten (14) auf der Statorseite und eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers (6), für eine Rotornahen Lagerung, – eine zweiteilige Rotorscheibe (2a) nach (14–16) pro Phase (L1, L2) bei welchen die radialen Pole gefräst oder aus einer Scheibe durch Drahterodieren einer Zahnförmigen Polform (19a) über den halben oder ganzen Rotorscheibendurchmesser zwei symmetrische Rotorscheiben (2a) entstehen welche umgedreht, und zwischen den glatten Seiten der Rotorscheiben (2a) mit Magneten (15) mit axialer Magnetisierungsrichtung bestückt werden, so dass die magnetische Polarität auf den Polseiten der Polgruppen (18) beider Rotorscheiben (2a) und an der inneren und äußeren Ringfläche der Rotorscheiben immer unterschiedlich ist, wobei die Magnetfläche der Magnete (15) größer ist als die Polfläche was eine Sammlerwirkung zur den Polen hin hervorruft, mit noch kürzeren magnetischen Flusswegen zwischen gegenüberliegenden Luftspalten (16), wobei die radialen Nuten eine gute Kühlung bewirken, – ein trommelförmiger Rotor (2) nach (20–24) aus Weicheisen, mit einem zahnradähnlichen Äußeren Rotorteil mit Polgruppen (21a) wobei mindestens zwei Polgruppen (18) am äußeren Umfang verteilt sind und an der glatten zylindrischen Innenseite viele schmale rechteckförmige Dauermagnete (15) mit radialer Magnetisierung, oder kreisabschnittförmige Dauermagnete (15) wie von Gleichstrommotoren bekannt, bestückt sind, und auf der Innenseite der Dauermagnete (15) ein Rotorteil mit Polgruppen innen (21) aus Weicheisen montiert ist oder die Polgruppen (18) bestehen aus einem Rotorprofilteil mit einer Polgruppe (22) aus Weicheisen mit einer gefrästen oder geschliffenen Profilpolform welche gebogen wird und von innen montiert und verklebt wird, wobei die äußeren Polgruppen (18) und die inneren Polgruppen (18) radial gegenüberliegen und unterschiedliche magnetische Polaritäten aufweisen was innen ein magnetischer Kurzschluss beim Übergang zwischen den Polgruppen verhindert, – ein kegelförmiger Rotor (2) nach (31–33) aus Weicheisen, mit einem kegelzahnradähnlichen äußeren Rotorteil mit Polgruppen (18a) und wobei an der glatten zylindrischen Innenseite viele schmale rechteckförmige Dauermagnete (15) mit radialer Magnetisierung, oder kreisabschnittförmige Dauermagnete (15) wie von Gleichstrommotoren bekannt, bestückt sind, und auf der Innenseite der Dauermagnete (15) ein kegelförmiges Inneres Rotorteil mit Polgruppen (18b) aus Weicheisen montiert ist wobei an den Polgruppengrenzen (19) zusätzlich dreieckförmige Dauermagnete (15) eingesetzt sind, welche tangential magnetisiert und vom Rotorhaltering (4) mit der Klebung zusammen gehalten wird, die Wirkung der zylindrisch angeordneten Dauermagnete (15) unterstützen wobei zwischen dem äußeren und dem inneren Rotorteil (18a, 18b) eine Isolierscheibe (4a) befestigt ist und die Teile verbindet, wobei die äußeren Polgruppen (18) und die inneren Polgruppen (18) radial gegenüberliegen und unterschiedliche magnetische Polaritäten aufweisen wobei die schrägen Nuten im Rotor (2) eine gute Durchlüftung bewirkt, mit einem, dem Rotor (2) angepassten – Stator (7) nach (31–33) aus einer äußeren Blechwicklung (12) und einer, innerhalb einer zylindrischen Wicklung (13) angeordneten inneren Blechwicklung (12a) besteht, wobei die Blechwicklungen (12, 12a) vorzugsweise aus Kornorientiertem Blech bestehen, wobei die magnetische Vorzugsrichtung (12b) der Walzrichtung der Rohmaterialwickel (20) entspricht, Rechteckbleche (22) abschnitten und mit einer Biegevorrichtung (23) quer zur Walzrichtung vorgebogenen werden, die Blechanfänge gleichmäßig am Umfang verteilt sind, mit Kleber versehen werden und mehrlagig auf einen Dorn aufgeschoben oder mit einer Wickelvorrichtung (24) aufgewickelt werden, die Blechenden fixiert und entsprechend den Kleberdaten ausgehärtet werden, so dass in der ausgehärteten Blechwicklung (24a) die magnetische Vorzugsrichtung (12b) axial verläuft, und kein elektrischer Strom tangential im Kreis fließen kann, wobei die Pole rechts und links der geklebten Blechwicklung (24a) durch Drahterodieren (25) oder ausfräsen zum Luftspalt hin in einem Winkel α gemessen zur Rohrachse, welcher mindestens dem Sinus aus der mittleren Polbreite dividiert durch die mittlere Polteilung entspricht, bearbeitet werden und wobei die Befestigung des Stators (7) und die Herausführung der Wickeldrähte für eine Außenläufermaschine an einem stehenden zentralen Rohr, bei einer Innenläufermaschine am Außengehäuse (5) erfolgen.
  2. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Der Rotor (2) nach (25, 26, und 28–30) aus einem trommelförmigen Rotor (2a), mit Permanentmagneten (15) bestückten Teil und aus einem scheibenförmigen Rotor (2b) Teil besteht, wobei hauptsächlich das Scheibenförmige Rotorteil von zwei seitlich angeordneten einer äußeren und einer inneren stehenden zylinderförmigen Gleichstromwicklungen (13a) die Erregung der Permanentmagnete (15) unterstützen oder bei umgekehrter Stromrichtung abschwächen kann mit einem Weicheisenflansch (9, 10) mit einem Lager (6) einem axialen Gleitlager (6a) einem Lager Mittig (6b) und einem Außengehäuse (14) und mit drei konzentrischen Weicheisenringen oder Blechwicklungen (5, 5a, 5b) außerhalb, zwischen und innerhalb der Gleichstromwicklungen (13a) verbunden sind, mit drei konzentrischen Weicheisenscheiben (4b, 4c, 4d) welche mit den Rotorteilen und über einen Rotorhaltering innen (4) mit der Welle (3) befestigt sind und mitdrehen und mit den stehenden Weicheisenringen (5, 5a, 5b) zusammen drei axiales Gleitlager 6a) bilden kann wobei je nach Stromrichtung in den Gleichstromwicklungen (13a) außen und innen Südpole, und in der Mitte ein Nordpol entsteht, mit Zahnradähnlichen Zwischensegmenten (2c–2f), welche den magnetischen Fluss vom Südpol der äußeren Weicheisenscheibe (4d) über Zwischensegment Außen-Außen (2c) auf die äußeren Polgruppen (18), und den Nordpol der mittleren Weicheisenscheibe (4c) über Zwischensegment Mitte-Innen (2d) auf die inneren Polgruppen (18), und vom Südpol der inneren Weicheisenscheibe (4b) über Zwischensegment Innen-Innen (2f) auf die inneren Polgruppen (18) und von der mittleren Weicheisenscheibe (4c) über Zwischensegment Mitte-Außen (2e) auf die äußeren Polgruppen (18) leiten, wobei die Zahnradähnlichen Zwischensegmente (2c–2f) aus vier verschiedenen Zylindrischen Formen bestehen, welche alle auf der Polseite mit den Polgruppen (18) des trommelförmigen Rotors (2a) übereinstimmen, wobei die entstandenen Zwischensegmente mit den Weicheisenscheiben (4b–4d), mit einem unmagnetischen Haltering außen (4a), Abstandhaltering (4f), segmentförmiger Abstandhalter (4e) und über den Rotorhaltering innen (4) mit der Welle (3) verbunden sind
  3. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass Der Rotor (2) aus einem kegelförmigen Rotor (2) nach (31–33) wobei eine zusätzliche elektrische Erregung nach (28–30) an den äußeren Weicheisenflanschen (10 und 9) die Magnetisierung der Transversalflussmaschine beeinflussen kann.
  4. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – der Stator (7) nach (1–3 und 21) aus gestanzten U-Blechen besteht, welche mit Zusatzblechen (12a) gestapelt oder geklebt zu U-Blechpaketen (12) zusammengefügt werden und sternförmig auf eine Wicklung (13) mit Isolier und Haltering (8a) aufgeschoben und mit den Flanschen (9–11) vergossen oder verklebt werden, wobei die Zusatzbleche (12a) im Bereich des Luftspaltes (16) kürzer sind.
  5. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Weile, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass – der Stator (7) nach (20, 22, 25, und 26) gestanzten U-Blechen und I-Blechen besteht, welche mit Zusatzblechen (17) gestapelt oder geklebt zu U-I-Statorblechpolpakete (12) zusammengefügt werden und sternförmig auf eine Wicklung (13) mit isolier und Haltering (8) innen und außen aufgeschoben und mit dem Außengehäuse (14) vergossen oder verklebt werden, wobei die Zusatzbleche (12a) im Bereich des Luftspaltes (16) zum Rotor (2) hin kürzer sind.
  6. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Die Herstellung des Stators (7) nach (8 und 9) erfolgt, wobei vom Rohmaterialwickel über eine Umlenk- und Anpressrolle (21) welche im Blech eine umgekehrte Vorbiegung erzeugt das Blechband mit Kleber versehen und auf einen Rechteckförmigen Wickeldorn (20) aufgewickelt wird so dass der Blechwickel an den geraden Seiten des Wickeldorns (20) nicht abstehen kann wobei nach dem aushärten eine breite Blechwicklung (22) entsteht welche durch Drahterodieren in symmetrische trapezförmige U-Segmente mit den Polen (24) durchgeschnitten werden, zuerst ein schräger Schnitt im Schnitt B-B und rechtwinklig im Schnitt A-A an der Erodierdrahtführung (23) entlang bis zur Mitte der Blechwicklung, dann der Polform folgend in axialer Richtung und wieder schräg im Schnitt B-B und rechtwinklig im Schnitt A-A, durchgeschnitten wird, anschließend wird die Blechwicklung (22) um 180° gedreht und um den Vorschub (26) welcher der Mittleren Trapezbreite plus der Erodierdrahtdicke entspricht nach vorne geschoben, um die Drahterodierung jetzt in umgekehrter Richtung auszuführen, so dass mit jedem Schnitt zwei trapezförmige U-Segmente mit den Polen (24) entstehen, wobei im Zentrum oder der späteren Motorachse der Erodierdraht nur in der Drahtrichtung bewegt wird.
  7. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass Der Stators (7) nach (8–10) eines zweiphasigen Außenläufermotors (1) durch eine seitliche Erodierdrahtführung (23) an der geklebten Blechwicklung (22) ausgeführt wird wobei nur eine Seite der U-Segmente mit den Polen (24) die Wicklung (13) enthält und die kurze Seite mit den U-Segmente mit den Polen (24) mit dem Isolierring (8) zusammen an den Flanschen (9 und 10) befestigt sind mit einem scheibenförmigen Rotor (2) welcher mit dem Außengehäuse (5) verbunden ist und über Halteringe (4, 4a) und über ein Lager (6) mit einer feststehenden Hohlwelle (3) verbunden ist und diese mit den Feststehenden Flanschen (9, 10) wobei der mittlere Stator (7) mit den Wicklungen (13) über den mittleren Flansch (11) mit der feststehenden Hohlwelle (3) verbunden ist
  8. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass Die Polkopfform und das Verhältnis von Polbreite zur Nutbreite am Luftspalt (16) von Stator (7) und Rotor (2) so bearbeitet, verändert und optimiert wird, dass bei Nennbetrieb ein möglichst sinusförmiger magnetischer Fluss und eine sinusförmige EMK entsteht.
  9. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass Nicht Sinusförmige Spannungen (Istwert) oder EMK (Elektro-Motorische Kraft) lassen sich bei elektrischer Erregung durch einen Regler in eine Sinusform (Sollwert) regeln indem dem Erregergleichstrom durch die Gleichstromwicklungen (13a) eine vom Sinusreglerausgang (Stellglied) erzeugten Wechselstrom überlagert wird und damit die Oberwellen unterdrückt, wobei der Erregergleichstrom selbst von einem cosφ-Regler vorgegeben wird.
  10. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Durch ein kleines mechanisches Axialspiel die scheibenförmigen- oder kegelförmigen Rotoren (2) auf einer Luftspaltseite durch die magnetische Kraft der Dauermagnete (15) oder durch ein Gleichstrom durch eine der Wicklungen (13) zum Stator (7) hin angezogen werden und eine Haltebremse bildet, wobei das lösen der Bremse durch einen, dem Motorstrom überlagerten Gleichstrom durch die andere Wicklung (13) auf der anderen Luftspaltseite erfolgen kann, wobei mit einem zusätzlichen Näherungssensor die axialen Rotorlage (Istwert) des Rotors (2) gemessen werden kann und durch einen Lageregler in der Mitte der Statorpole (Sollwert) oder in der Bremsstellung gehalten werden kann, indem ein dem Motorstrom überlagerter Gleichstrom als Stellglied durch die Wicklungen (13) geschickt wird, welcher den Rotor (2) zudem Stator (7) hin zieht, bei welchem der Gleichstrom durch die Wicklung (13) fließt.
  11. Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Die Polgruppen (18) in abgewickelter oder gestreckter Rechteckform oder Rund nach (38 und 39) als eine zweiphasige Linearmaschine (1) mit einem Stator (7) aus E-I Blechen (12, 12a) wie bei Transformatoren welche mit Zusatzblechen (12b) die Statorpole mit einer regelmäßigen Polteilung bilden, mit einer Linearführung aus konzentrischen Schutzrohr (6a) und Gleitrohr (6), den Wicklungen (13), mit Wickelkörper und Isolierscheibe (4a) wobei die beweglichen Teile aus vier segmentförmigen Weicheisenteilen mit den Polgruppen (18) bestehen wobei an den vier Schnittstellen rechteckförmige Dauermagnete (15) eingeklebt sind, welche immer wechselnde magnetisch Polaritäten an den Segmenten erzeugen wobei mehrere in Längsrichtung aneinandergereihte Polgruppen (18) mit Isolierscheiben (4a) dazwischen die Länge des Linearantriebes (1) bestimmt und eine Kernschraube das ganze zusammenhält und die Verbindung zum Antrieb herstellt wobei eine Haltebremse (27) durch die anziehende Kraft durch einen überlagerten Gleichstrom durch die Wicklung (13) möglich ist.
  12. Nebenanspruch: „Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und Trommelförmigen Rotoren mit Dauermagnetischer und elektrischer Erregung, gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager” dadurch gekennzeichnet, dass Die Windungszahlen der Wicklungen (13) so bemessen und verschaltet sind, dass zweiphasige Maschinen an dreiphasige Netze oder dreiphasige Frequenzumrichter angeschlossen werden können indem die 90 Grad Phasenverschobenen Spannungen oder EMK aufgeteilt werden und zu den drei um 120 Grad Phasenverschobenen Spannungen vektoriell addiert werden, mit und ohne Neutralleiter und mit und ohne einer elektronischen Umschalteinrichtung zwischen Maschine und Frequenzumrichter, welche bei höheren Drehzahlen eine Parallelschaltung der Wicklungen schaltet.
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