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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1. Kennzeichnend für eine derartige dynamoelektrische
Maschine ist die Anordnung von Stator und Rotor zueinander bzw.
die hieraus folgende Ausprägung des Luftspaltes. Stator
und Rotor sind nämlich derartig im Verhältnis
zueinander angeordnet, dass sich im Betrieb der elektrischen Maschine
ein magnetischer Fluss im Luftspalt ergibt, der in erster Linie
axial gerichtet ist. Unter axial ist in diesem Zusammenhang eine
Richtung anzusehen, die parallel zur Rotationsachse der Welle ist.
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Die
gattungsgemäße elektrische Maschine unterscheidet
sich somit von der Vielzahl handelsüblicher Elektromotoren
dadurch, dass die Flussdichte im Luftspalt axial statt radial verläuft.
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Eine
spezielle Ausprägung einer elektrischen Maschine gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 stellt ein so genannter Scheibensegmentmotor
dar. Ein solcher ist beispielsweise aus der
WO 2008/098867 A1 bekannt.
Scheibensegmentmotoren sind von ihrem Funktionsprinzip Linearmotoren,
bei denen statorseitige Spulen zur Erzeugung eines magnetischen
Feldes an der Maschine befestigt sind und Dauermagnete zur Erzeugung
eines Erregerfeldes auf einer rotierenden Scheibe verteilt sind.
Der Antrieb funktioniert hier nach dem gleichen Prinzip wie bei
einem Linearmotor, bei dem die Antriebsstrecke im Kreis dem Umfang
der rotierenden Scheibe folgend ausgeprägt ist.
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Derartige
Scheibensegmentmotoren werden häufig, wie auch in der
WO 2008/098867 A1 beschrieben,
zur Erzeugung sehr hoher Drehmomente eingesetzt. Ihre Konstruktion
ist jedoch nicht trivial, da zwischen den statorseitigen Spulen
und den rotorseitigen Dauermagneten sehr starke magnetische Anziehungskräfte
wirken. Diese sind umso stärker, je geringer der Luft spalt
zwischen Stator und Rotor gewählt wird. Um jedoch einen
hohen Wirkungsgrad der Maschine zu erzielen, ist der Luftspalt so
gering wie möglich zu wählen. Um die hieraus folgenden
starken axial wirkenden Anziehungskräfte beherrschen zu können,
muss der Aufbau der elektrischen Maschine eine hohe Steifigkeit
aufweisen. Zur Einhaltung des Luftspaltes müssen weiterhin
die Fertigungstoleranzen an den Wellenlagern entsprechend klein
gehalten werden. Je größer das von der elektrischen
Maschine zu erzeugende Drehmoment ist, desto größer muss
der Durchmesser der Läuferscheibe gewählt werden.
Dies hat jedoch zur Folge, dass die Anziehungskräfte zwischen
Stator und Rotor entsprechend ihres Hebelarmes große Kippmomente
bewirken, die über die Wellenlagerung in das Maschinenbett
hinein geleitet werden.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Einhaltung eines
Luftspaltes, in dem ein zwischen Stator und Rotor einer elektrischen
Maschine ausgeprägtes magnetisches Feld in axialer Richtung
verläuft, auch bei hohen axial gerichteten Kräften
sicher zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen nach
Anspruch 1 gelöst. Eine solche Maschine umfasst einen Stator,
der erste Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist,
eine Welle und einen mit der Welle verbundenen Rotor, der über
einen Luftspalt von dem Stator beabstandet ist, wobei der Luftspalt
derart angeordnet ist, dass das magnetische Feld im Wesentlichen
axial innerhalb des Luftspaltes bei einem Betrieb der elektrischen
Maschine gerichtet ist. Die erfindungsgemäße elektrische
Maschine umfasst weiter ein zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnetes
Lager zur Aufnahme von zwischen dem Stator und dem Rotor in Richtung
der Wellenachse wirkenden Anziehungskräften.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen
zu entnehmen.
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Im
Gegensatz zu bisherigen Lagerungskonzepten, bei denen die axialen
Anziehungskräfte von den Radiallagern der mit dem Läufer
verbundenen Welle aufgenommen werden, werden durch das erfindungsgemäße
Lager die magnetischen Anziehungskräfte zwischen Rotor
und Stator möglichst nahe am Entstehungsort aufgenommen.
Je näher das Lager hierbei im Bereich der magnetfelderzeugenden
Komponenten platziert ist, desto geringer sind die von den Anziehungskräften
verursachten Kippmomente. Somit müssen deutlich geringere Kippmomente
ins Maschinenbett übertragen werden. Die Belastung der
Maschinenlager kann hierdurch deutlich reduziert werden.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind der Stator und der
Rotor scheibenförmig ausgeführt und die ersten
Mittel als ringförmig über die Statorscheibe verteilte
Spulen ausgebildet. Durch das erfindungsgemäße
Lager muss eine solche Rotorscheibe nicht mehr so biegesteif realisiert
werden, wie es bei einem Scheibenmotor gemäß dem
Stand der Technik der Fall wäre. Dadurch kann die Drehträgheit
dieser Läuferscheibe erheblich reduziert werden, was zu
einer höheren Dynamik der elektrischen Maschine führt.
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Eine
elektrische Versorgung des Rotors und damit verbundene Schleifkontakte
können in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch
eingespart werden, dass der Rotor zweite Mittel zur Erzeugung eines
magnetischen Feldes aufweist, die insbesondere als Permanentmagnete
ausgebildet sind und ringförmig über die Rotorscheibe
angeordnet sind. Im Betrieb der elektrischen Maschine entstehen die
axial wirkenden Anziehungskräfte bei einer derartigen Ausgestaltung
zwischen dem rotorseitigen Permanentmagneten und den statorseitigen
Spulen, mit denen das Ankerfeld erzeugt wird. Das Lager zur Aufnahme
der axialen Kräfte sollte in radialer Richtung betrachtet
möglichst nah bei den Spulen und Permanentmagneten angeordnet
sein, um die Erzeugung von Kippmomenten zu reduzieren.
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Das
Lager kann als Wälzlager oder Gleitlager ausgeführt
sein, wobei bei einer Ausführung als Gleitlager Luftlager,
Magnet lager, hydrostatische Lager oder Trockenlager zum Beispiel
in Frage kommen.
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Da
aufgrund des zusätzlichen Lagers zwischen Stator und Rotor
an die Biegesteifigkeit des Rotors nicht mehr so hohe Anforderungen
gestellt werden, kann die Drehträgheit der elektrischen
Maschine in vorteilhafter Ausgestaltung weiter reduziert werden,
indem der Rotor eine Speichenkonstruktion oder eine Verjüngung
aufweist, durch die der Rotor in axialer Richtung eine Elastizität
erhält. Diese Elastizität hat darüber
hinaus den Vorteil, dass eine mechanische Überbestimmung
bei der Lagerung des Rotors vermieden wird. Durch die Elastizität
ist gewährleistet, dass die axiale Lagerung nahezu allein
durch das zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnete Lager geschieht.
Eine Übertragung der axialen Anziehungskräfte
auf die Maschinenlager wird hierdurch vermieden.
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Eine
Erhöhung des realisierbaren Drehmoments der elektrischen
Maschine und eine Verminderung der Belastung des Lagers wird bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch
erreicht, dass die elektrische Maschine einen weiteren Stator mit
weiteren ersten Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes
aufweist, wobei der Rotor zwischen dem Stator und dem weiteren Stator
derart angeordnet ist, dass er von dem weiteren Stator über einen
weiteren Luftspalt beabstandet ist und das magnetische Feld im Wesentlichen
axial innerhalb des weiteren Luftspalts bei einem Betrieb der elektrischen
Maschine gerichtet ist.
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Um
bei einer derartigen Ausführungsform eine definierte Richtung
der Anziehungskräfte zur Wahrung der Stabilität
des Gesamtsystems zu garantieren, sind in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung die zwischen dem Stator und dem Rotor wirkenden Anziehungskräfte
größer als die zwischen dem weiteren Stator und
dem Rotor wirkenden Anziehungskräfte. Dieses Ziel kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Spulen des weiteren Stators
mit einem betragsmäßig geringeren Strom bestromt
werden als die des Stators. Alternativ können bei der Verwendung
von Permanentmagneten zur Erzeugung des Erregerfeldes auf dem Rotor
unterschiedlich starke Permanentmagnete für die beiden
Luftspaltfelder verwendet werden. Die einfachste Möglichkeit
zur Herstellung eines Ungleichgewichtes der Anziehungskräfte
kennzeichnet sich durch eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der
der Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor kleiner als der weitere
Luftspalt zwischen dem weiteren Stator und dem Rotor ist.
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Insbesondere
bei Ausführungsformen, bei denen sich die elektrische Maschine
das Funktionsprinzip der Linearmotortechnik zunutze macht, ist der Wirkungsgrad
des Motors direkt vom realisierbaren Luftspalt zwischen Rotor und
Stator abhängig. Somit hängt der Wirkungsgrad
der elektrischen Maschine extrem von der Maßhaltigkeit,
Steifigkeit und Lagerung des Rotors ab sowie von der Qualität
der Ausrichtung zwischen Stator und Rotor.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung des Lagers wird
der Rotor insbesondere in Höhe der ersten Mittel zur Erzeugung
des magnetischen Feldes axial geführt, um die Einhaltung
des Luftspalts zwischen Stator und Rotor zu gewährleisten.
Die axialen Anziehungskräfte enthalten in der Regel unerwünschte
Wechselanteile, die z. B. auf Taumelbewegung der Scheibe, Toleranzen
bei der Fertigung des Rotors bzw. des Stators oder durch Eigenformen
des Aufbaus oder durch die Befestigung der Primärteile im
System entstehen können. Diese axialen Kräfte werden über
das Lager auf die Statorscheibe und von dort weiter in die elektrische
Maschine übertragen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
elektrischen Maschine umfasst daher Entkopplungsmittel, die eine
Bewegung des Stators in Richtung der axial wirkenden Anziehungskräfte
ermöglichen. Diese Entkopplungsmittel entschärfen
das Problem bei der Montage der elektrischen Maschine bezüglich
Toleranzen und der Ausrichtung von Stator und Rotor zueinander.
Die Entkopplungsmittel sind in tangentialer Richtung, d. h. in Kraftrichtung
des Motors, sehr steif ausgelegt.
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Jedoch
weisen sie in axialer Richtung den gewünschten Freiheitsgrad
auf, durch den der Stator axial bewegbar ist, so dass die axial
wirkenden Anziehungskräfte nicht auf das Maschinenbett übertragen
werden können.
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Die
Entkopplungsmittel können ein inhärenter Bestandteil
des Stators sein. Das heißt, der Aufbau des Stators ist
derartig gewählt, dass er in tangentialer Richtung eine
hohe Steifigkeit aufweist, jedoch in axialer Richtung genügend
elastisch ist, um eine den Taumelbewegungen des Rotors folgende Bewegung
zuzulassen.
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Alternativ
ist eine Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, bei
der die Entkopplungsmittel an einem Verbindungselement des Stators
ausgeführt sind, über das der Stator an einem
Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt ist, wobei
die Entkopplungsmittel insbesondere in Form einer Verjüngung ausgebildet
sind, durch die das Verbindungselement in Richtung der axial wirkenden
Anziehungskräfte elastisch wird. Hierbei kann die Statorscheibe
selbst beliebig steif auch in axialer Richtung ausgebildet sein.
Die gewünschte axiale Bewegungsfreiheit des Stators wird
durch das Verbindungselement realisiert, welches in axialer Richtung
genügend elastisch ist. Um das Drehmoment des Motors verzögerungsfrei übertragen
zu können, muss jedoch auch das Verbindungselement in tangentialer
Richtung die erforderliche Steifigkeit aufweisen.
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Insbesondere
bei einer Ausgestaltung der elektrischen Maschine als Scheibensegmentmotor, die
das Funktionsprinzip des Linearmotors verfolgt, ist eine Ausführungsform
vorteilhaft, bei der der Stator mehrere ringförmig angeordnete
Segmente mit jeweils mindestens einer Spule aufweist und die einzelnen
Segmente in Richtung der axial wirkenden Anziehungskräfte
gegeneinander bewegbar sind. Auf diese Art und Weise werden die
einzelnen Statorsegmente bezüglich ihres Freiheitsgrades
in axialer Richtung voneinander entkoppelt. Verspannungen zwischen
den einzelnen Segmenten werden vermieden. Das zwischen Rotor und
Stator angeordnete Lager muss somit nur noch die Zugkräfte
aufnehmen, die das jeweilige Segment verursacht. Zusätzliche Kräfte
aufgrund von Spannungen zwischen den einzelnen Segmenten, die auf
eine fehlerhafte Montage oder Fertigungstoleranzen zurückzuführen
sind, wirken nicht auf das Lager.
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Die
axiale Beweglichkeit der einzelnen Segmente gegeneinander kann in
vorteilhafter Ausgestaltung dadurch erzielt werden, dass die Segmente durch
insbesondere radial verlaufende auf dem Stator angeordnete Nuten
voneinander beabstandet sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
als Segmentmotor ausgeführten elektrischen Maschine,
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2 eine
erste Ausführung einer erfindungsgemäßen
elektrischen Maschine in Schnittdarstellung,
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3 einen
prinzipiellen Aufbau einer elektrischen Maschine in Scheibenanordnung
mit einem Axiallager,
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4 eine
zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
elektrischen Maschine mit einem Verbindungselement zur Entkopplung
axialer Kräfte vom Maschinenbett,
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5 eine
Prinzipdarstellung des Verbindungselementes nach 4,
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6 eine
weitere Darstellung des Verbindungselementes nach 4 und
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7 eine
Frontansicht einer Statorscheibe mit einzelnen Segmenten mit Spulen
zur Felderzeugung und radial verlaufenden Nuten zwischen den Segmenten.
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1 zeigt
eine als Segmentmotor ausgeführte elektrische Maschine.
Ein solcher Segmentmotor kann prinzipiell als kreisförmig
angeordneter Linearmotor betrachtet werden. Die Maschine umfasst
einen Rotor 4, der zwischen einem Stator 1 und einem
weiteren Stator 10 angeordnet ist. Auf dem Rotor 4 befinden
sich ringförmig angeordnete Permanentmagnete zur Er zeugung
eines Erregerfelds. Die Permanentmagnete sind auf beiden Seiten
des Rotors 4 angeordnet, so dass sowohl der Stator 1 als auch
der weitere Stator 10 ein Drehmoment auf den Rotor 4 übertragen
können. Sowohl auf dem Stator 1 als auch auf dem
weiteren Stator 11 sind jeweils Spulen angebracht, die
der Erzeugung eines Ankerfelds dienen. Die Spulen der beiden Primärteile,
d. h. des Stators 1 und des weiteren Stators 10,
sind jeweils über einen Luftspalt von den Permanentmagneten des
Sekundärteils, d. h. des Rotors 4, beabstandet.
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Mit
einem solchen Segmentmotor kann aufgrund des großen Durchmessers,
der sich bei einer derartigen Scheibenanordnung realisieren lässt,
ein sehr großes Drehmoment erzeugt werden. Die magnetischen
Feldlinien verlaufen innerhalb des Luftspalts zwischen dem Stator 1 und
dem Rotor 4 sowie innerhalb des weiteren Luftspalts zwischen dem
Rotor 4 und dem weiteren Stator 10 in axialer Richtung,
das heißt in einer Richtung parallel zur Rotationsachse
des Rotors 4. Anziehungskräfte, die zwischen dem
Rotor 4 und dem Stator 1 bzw. dem weiteren Stator 10 wirken,
sind ebenfalls axial, d. h. parallel zur Wellenachse der elektrischen
Maschine, gerichtet. Die zwischen den Spulen der Statoren 1, 10 und
den Dauermagneten wirkenden Anziehungskräfte sind in der
Regel nicht betragsmäßig gleich, so dass neben
dem Drehmoment des Segmentmotors auch starke resultierende Axialkräfte
und Kippmomente entstehen können. Damit diese beherrscht werden
können, werden gemäß dem Stand der Technik
die Elemente eines derartigen Segmentmotors, insbesondere der Rotor 4,
sehr biegesteif ausgeführt. Hierdurch wird die Läuferscheibe
jedoch in der Regel sehr schwer und damit träge.
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2 zeigt
eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen
elektrischen Maschine in Schnittdarstellung. Auch hier ist eine
Läuferscheibe bzw. ein Rotor 4 zwischen einem
Stator 1 und einem weiteren Stator 10 angeordnet.
Der Rotor 4 ist über einen Luftspalt 5,
der von dem magnetischen Fluss im Wesentlichen in axialer Richtung
durchsetzt ist, beabstandet. Ana log ist der weitere Stator 10 über
einen weiteren Luftspalt 11 von dem Rotor 4 beabstandet, wobei
sich auch innerhalb des weiteren Luftspalts 11 eine im
wesentlichen axial gerichtete Verteilung des magnetischen Flusses
ergibt. Axial bedeutet hier sowie in der gesamten Anmeldung, dass
die Richtung einer Parallelen der Rotationsachse 7 der
Welle 3 des Rotors 4 entspricht.
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Der
Rotor 4 ist auf eine Welle 3 der elektrischen
Maschine aufgeschrumpft, wobei die Welle 3 über
Radiallager 12 zum Maschinenbett hin gelagert ist.
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Der
Rotor 4 weist ringförmig über seinen
Umfang verteilte Permanentmagnete 8 auf, die ein Erregerfeld
bilden, welches mit einem von dem Stator 1 erzeugten Ankerfeld
und mit einem von dem weiteren Stator 10 erzeugten weiteren
Ankerfeld in Wechselwirkung steht. Zur Erzeugung dieser Ankerfelder
umfassen der Stator 1 und der weitere Stator 10 jeweils ebenfalls
ringförmig angebrachte Spulen 2, die segmentartig
auf den Scheiben dieser Elemente verteilt sind.
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Zwischen
dem Stator 1 und dem Rotor 4 ist ein Lager 6 angeordnet,
welches die axial zwischen den Spulen 2 des Stators 1 und
den Permanentmagneten 8 des Rotors 4 wirkenden
Anziehungskräfte aufnehmen kann. Dieses Lager 6 kann
sowohl als Wälzlager als auch als Gleitlager ausgeführt
werden. Im Falle einer Gleitlagerung können hydrostatische Lager,
Trockenlager oder Luftlager zum Einsatz kommen. Mittels dieser Lagerung
kann verhindert werden, dass die Läuferscheibe außer
dem Drehmoment des Motors auch Axialkräfte oder Kippmomente übertragen
muss. Es entsteht ein geschlossener Kraftfluss über die
Permanentmagnete 8, den Luftspalt 5, die Spulen 2 und
das Lager 6, der in der Figur durch gebogene Pfeile angedeutet
ist.
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Aufgrund
dieses Lagers 6 kann die Läuferscheibe dünner
ausgeführt werden, was zu einer entsprechenden Reduzierung
der Läuferträgheit führt. Alternativ
könnte statt dem hier darge stellten verjüngten
Innenteil des Rotors auch eine Speichenkonstruktion für
den Rotor 4 gewählt werden. Beide Varianten führen
dazu, dass der Rotor 4 bezüglich einer Verkippung
biegeweich wird. Hiermit kann eine Überbestimmung der gesamten
Lagerung bestehend aus den Maschinenlagern 12 und dem axial
wirkenden Lager 6 vermieden werden. Der Segmentmotor kann somit
direkt mit der anzutreibenden Welle 3 gekoppelt werden,
ohne dass das Lagerkonzept der Maschine bezüglich einer
möglichen Überbestimmtheit modifiziert werden
muss.
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Durch
den weiteren Stator 10 wird die resultierende axial wirkende
Kraft insgesamt deutlich reduziert und somit die Last des Lagers 6 vermindert. Um
jedoch sicherzustellen, dass die resultierende axiale Kraft stets
in Richtung des Lagers 6, also in Richtung des Luftspalts 5 wirkt,
ist der weitere Luftspalt 11 größer als
der Luftspalt 5 ausgeführt. Dies hat zur Folge,
dass bei gleicher Bestromung der Spulen 2 und bei gleicher
Wahl der Permanentmagnete 8 auf beiden Seiten des Rotors 4 die
Anziehungskraft zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 4 größer
ist als zwischen dem Rotor 4 und dem weiteren Stator 10.
Somit können die Lagerkräfte bei gleichzeitiger
Wahrung eines stabilen Systems minimiert werden.
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Durch
das gezeigte Lagerungskonzept kann der Rotor 4 des Segmentmotors
bezüglich seiner Drehträgheit minimiert werden,
wodurch sich ein dynamisch hochwertiger Motor realisieren lässt.
Die bezüglich Verkippung biegeweiche Ausführung
des Rotors 4 macht den Einsatz einer Kupplung bzw. die Überarbeitung
eines bestehenden Lagerungskonzepts der anzutreibenden Maschine
unnötig. Hierdurch kann ein hoher Grad an Flexibilität
und somit Attraktivität des Motors sichergestellt werden.
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Durch
den weiteren Stator 10 können die realisierbaren
Drehmomente verdoppelt und zudem die durch die Axiallagerung abzufangenden
Kräfte minimiert werden. Dies erlaubt eine weitere Vereinfachung
des Lagers 6 mit einer entsprechenden Kostenreduzierung.
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3 zeigt
einen prinzipiellen Aufbau einer elektrischen Maschine in Scheibenanordnung
mit einem Axiallager. Auch hier umfasst die elektrische Maschine,
die als Scheibenmotor ausgestaltet ist, einen scheibenförmigen
Rotor 4, der zwischen einem Stator 1 und einem
weiteren Stator 10 angeordnet ist. Wie bereits unter 2 geschildert,
ist ein Lager 6 zwischen dem Stator 1 und dem
Rotor 4 vorgesehen, um die axialen Anziehungskräfte
möglichst nah an ihrem Entstehungsort aufzunehmen. Durch
diese axiale Führung des Rotors 4 kann der Luftspalt
zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 4 und damit
auch der Luftspalt zwischen dem Rotor 4 und dem weiteren Stator 10 gewährleistet
werden. Bewusst offen gelassen ist in dieser Darstellung, wie der
Stator 1 mit einem Gehäuse 16 der Maschine
gekoppelt ist. Bei einer starren Ankopplung des Stators 1 an
das Gehäuse 16 der Maschine würden die
auf das Lager 6 wirkenden Axialkräfte auch auf
das Maschinenbett übertragen. Es bestünde eine
direkte Kopplung zwischen dem Primärteil-Koordinatensystem 18 und
dem Maschinenkoordinatensystem 17. Die Belastung von Maschinenteilen
lässt sich jedoch weiter reduzieren, wenn die Kopplung
zwischen diesen beiden Koordinatensystemen 17, 18 aufgehoben
wird.
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Eine
Lösung hierfür zeigt 4, die eine zweite
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine mit einem Verbindungselement 15 zur Entkopplung
axialer Kräfte vom Maschinenbett darstellt. Der Aufbau
der elektrischen Maschine umfasst im Wesentlichen auch die Elemente, die
die erste Ausführungsform gemäß 2 aufweist.
Gleiche Elemente sind daher auch mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein
Unterschied stellt jedoch die Ankopplung des Stators 1 an
das Maschinengehäuse 16 dar. Bei der in 4 gezeigten
Ausführungsform geschieht diese Kopplung über
das Verbindungselement 15, welches Entkopplungsmittel 12 in
Form einer Verjüngung umfasst. Durch diese Verjüngung
werden die beispielsweise durch eine Taumelbewegung des Rotors 4 verursachten
und über die Lager 6 auf den Stator 1 übertragenen
axialen Kräfte nicht auf das Maschinengehäuse 16 und
damit auf das Maschi nenbett übertragen, sondern durch eine
aufgrund der Verjüngung ermöglichte axiale Bewegung
des Stators 1 kompensiert. Das Verbindungselement 15 schafft
also in Kraftrichtung der Anziehungskräfte zwischen Stator 1 und
Rotor 4 bzw. zwischen weiteren Stator 10 und Rotor 4 eine
Bewegungsfreiheit des aus Stator 1, Rotor 4 und
weiterem Stator 10 bestehenden Antriebssystems. Hingegen
ist das Verbindungselement 15 in Antriebsrichtung des Motors, also
in tangentialer Richtung, sehr steif ausgeführt. Damit
kann das Drehmoment der Maschine nahezu verzögerungsfrei übertragen
werden.
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Eine
Prinzipdarstellung des Verbindungselements 15 zeigt 5.
Das Entkopplungsmittel 12 kann als eine Art Gelenk angesehen
werden, welches den gewünschten Freiheitsgrad in Richtung
der Anziehungskräfte zwischen Primär- und Sekundärteil bewirkt.
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6 zeigt
eine weitere Darstellung des Verbindungselements 15 nach 4,
in dem die das Entkopplungsmittel 12 bewirkende Verjüngung
in perspektivischer Ansicht zu erkennen ist.
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7 zeigt
eine Frontansicht einer Statorscheibe mit einzelnen Segmenten 13 mit
Spulen zur Felderzeugung und radial verlaufenden Nuten 14 zwischen
den Segmenten 13. Die Spulen sind in der FIG nicht dargestellt.
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Die
einzelnen Segmente 13 sind durch die Nuten 14 axial
voneinander entkoppelt. Auf diese Art und Weise wird erreicht, dass
auf die verschiedenen Segmente 13 unterschiedlich wirkende
axiale Kräfte nicht zu einer Verspannung der Statorscheibe
führen. Die einzelnen Segmente 13 sind gegeneinander
axial bewegbar. Ferner umfasst die Statorscheibe die als Entkopplungsmittel 12 wirkende
Verjüngung, die die Übertragung axial wirkender
Kräfte auf das Maschinenbett verhindert. Trotz der beschriebenen
Entkopplungsmaßnahmen weist die dargestellte Statorscheibe
eine hohe Steifigkeit in tangentialer Richtung auf, so dass das
Drehmoment der Maschine verzögerungsfrei übertragen
werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/098867
A1 [0003, 0004]