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Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebstechnik in Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Bestandteile einer Transversalflussmaschine. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein neuartiges Rotorelement für eine permanenterregte Transversalflussmaschine, eine Magnetisierungsvorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rotorelementes, ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Rotorelement sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Rotorelement.
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Stand der Technik
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Als Transversalflussmaschinen ausgebildete Elektromotoren zeichnen sich durch eine hohe Drehmomentdichte und somit hohe Leistungsdichte bei vergleichsweise geringem Gewicht sowie einen hohen Wirkungsgrad aus.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Transversalflussmaschine ist die Anordnung von Rotor und Stator als Scheibenläufer. In einer solchen Ausführungsform lässt sich die verfügbare aktive Fläche gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen vergrößern, wodurch zum Beispiel ein solcher Scheibenläufer sehr geeignet ist für den Einsatz in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen.
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Ein Beispiel eines permanenterregten Transversalflussmotors mit eisenlosem Rotor beschreibt die Druckschrift
WO 2009/115247. -
Hierbei ist der Rotor vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise CFK, aufgebaut, in den in konstantem Abstand vom Mittelpunkt bzw. seiner Rotationsachse Permanentmagnete eingebettet sind. Dabei sind die Permanentmagnete in Umfangsrichtung magnetisiert bzw. mit ihren Polen zueinander orientiert und weisen abwechselnde bzw. alternierende Magnetisierungsrichtung auf, so dass benachbarte Pole zweier benachbarter Permanentmagnete jeweils gleichartig sind und sich folglich abstoßen.
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Die Feldlinien zwischen diesen gleichartigen Polen werden damit derart überlagert, so dass im Polzwischenraum ein sich in axialer und radialer Richtung erstreckendes Magnetfeld ergibt. Hierdurch bilden letztendlich die Zwischenräume zwischen den Magnetelementen virtuelle Pole des permanenterregten Rotors aus.
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Ein exemplarisches Beispiel eines derartigen Rotorelementes mit der Anordnung der Magnetelemente sowie der sich hierdurch ausbildenden virtuellen Pole wird in 1 dargestellt. Magnetelemente 8 können im Rotorelement 4 eingebettet sein. Zwischen den Magnetelementen 8 bilden sich die virtuellen Pole 10 aus.
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Um auf einen solchen Rotor ein Drehmoment einwirken zu lassen, wird er axial zwischen zwei ringförmigen Statorelementen angeordnet. Diese Statorelemente können beispielsweise eine konzentrisch um die Motorachse verlaufende Statorwicklung 14 aufweisen. Jeweils oberhalb und unterhalb dieser Statorwicklung 14 weist das Statorelement 6 abwechselnd Nuten 16 und Statorpole bzw. Statorzähne auf, welche somit in ihrer Anordnung um die Statorwicklung 14 alternieren.
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Zwei zueinander in Umfangsrichtung benachbarte Pole weisen denselben Winkelabstand zueinander auf wie zwei zueinander benachbarte Permanentmagnete im Rotorelement. Bei Bestromung der Statorwicklung mit einem Gleichstrom werden alle radial außerhalb der Statorwicklung liegenden Pole gleichartig magnetisiert sowie alle innerhalb der Statorwicklung liegenden Pole ebenfalls gleichartig, jedoch mit umgekehrter Polung zu den außenliegenden Polen magnetisiert. Da sich in Umfangsrichtung jeweils ein innenliegender Pol und ein außenliegender Pol bzw. Nut 16 des Stators abwechseln, kommt es über den Umfang hinweg betrachtet zu einer Aneinanderreihung von einander abwechselnden magnetischen Nord- und Südpolen. Die magnetischen Nordpole des Rotorelementes werden nun in Richtung der in Umfangsrichtung am nächsten gelegenen magnetischen Südpole des Stators gezogen, während die magnetischen Südpole des Rotorelementes in Richtung der in Umfangsrichtung am nächsten gelegenen magnetischen Nordpole des Statorelementes gezogen werden. Somit kann ein von der Rotorelementposition und vom Statorstrom sowohl im Betrag als auch im Vorzeichen abhängiges Drehmoment erzeugt werden.
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Eine exemplarische Ausgestaltung einer derartigen Anordnung ist in den 2a, b dargestellt. Die Darstellung in 2a ist hierbei nicht perspektivisch, somit nicht gebogen, sondern vielmehr zur Vereinfachung der Darstellung plan abgebildet.
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Links und rechts des Rotorelementes 4, welches ausschließlich durch seine Magnetelemente 8 dargestellt ist, sind Statorelemente 6 angeordnet. Die Statorelemente weisen alternierend Nuten 16 auf, die in ihrer geometrischen Dimensionierung im Wesentlichen der geometrischen Dimensionierung der Magnetelemente 8 entsprechen. Ein Winkelversatz 22 bezieht sich hierbei auf zwei benachbarte Nuten 16. Zwei benachbarte Magnetelemente 8 weisen dementsprechend einen Winkelversatz von Mitte zu Mitte des Magnetelements 8 auf, der die Hälfte des Winkelversatzes 22 beträgt. Die in Umfangsrichtung exemplarisch außenliegenden Nuten 16 sind in 2a durchgezogen dargestellt, während die bezüglich der Statorwicklung 14 innenliegenden Nuten 16 strichliert abgebildet sind.
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Der Schnitt A-A ist in 2b dargestellt. Rotorelement 4 weist Magnetelement 8 auf, welches im Wesentlichen zwischen den Nuten 16 bzw. den sich daraus aufgrund der Bestromung der Statorwicklung 14 ausbildenden Magnetpolen angeordnet ist.
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In definierter Rotorposition, wenn sich die Pole 10 des Rotorelementes 4 auf Position der Statorpole 16 befinden, kann jedoch kein Drehmoment erzeugt werden. Um dennoch ein Anlaufen des Motors sicherzustellen und die Drehmomentpulsationen in Grenzen zu halten, werden verschiedene Lösungen angeboten. Eine Möglichkeit ist ein auf derselben Achse angeordnetes zweites Motorelement, bestehend aus Statorelementen und Rotorelement, bei welchem jedoch die Pole von Stator- bzw. Rotorelement um einen halben Polabstand bzw. einen Viertel-Winkelversatz 22 gegenüber dem ersten Motorelement versetzt sind. Eine weitere Möglichkeit ist die Anordnung der beiden Motorelemente konzentrisch ineinander, indem ein zweites Paar von Statorelementen mit einer zweiten Statorwicklung konzentrisch zum ersten Motorelement angeordnet wird und sich die Permanentmagneten im Rotorelement entweder radial über beide Statoren hinweg erstrecken oder aber im Rotorelement zwei konzentrische Anordnungen von Permanentmagneten vorgesehen sind.
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In 2a ebenfalls ersichtlich ist, dass sich die Feldlinien im Luftspalt zwischen Rotorelement 4 und Statorelementen 6, die sich aus der Überlagerung des von den Magnetelementen 8 sowie von der Statorwicklung 14 erzeugten magnetischen Feldes ergeben und die für die Entstehung des Motormomentes verantwortlich sind, im Wesentlichen in axialer Richtung, also quer zur Magnetisierungsrichtung der Magnetelemente 8 verlaufen. Eine derartige Ausrichtung des Magnetfeldes entsteht jedoch erst durch die Überlagerung der Magnetfelder zweier benachbarter, gleichartiger Pole der Magnetelemente 8. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, üben die benachbarten Permanentmagnete in dieser Anordnung abstoßende Kräfte aufeinander aus; dies stellt beim Aufbau des Rotors und insbesondere bei der Montage der einzelnen Permanentmagneten eine Herausforderung dar.
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Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, ist, die Magnetisierung der Permanentmagnete erst im fertig montierten Zustand im Motorelement bzw. unter Verwendung des Motorelementes selbst zu magnetisieren. Eine derartige Magnetisierung ist in den 3a bis 4c dargestellt.
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3a stellt hierbei zunächst einen Ausschnitt eines Rotors in Draufsicht dar. Die Permanentmagnete 8 sind in 3a noch nicht magnetisiert. Das Rotorelement 4 wird hierbei derart positioniert, dass die Bereiche zwischen den Magnetelementen 8 jeweils mittig zu den Statorzähnen 16 ausgerichtet sind. In dieser Position kann die Statorwicklung 14 danach kurzzeitig mit sehr großer Stromstärke bestromt werden (vgl. 3b), so dass ein Magnetfeld entsteht, dessen Stärke geeignet ist, die Permanentmagnete 8 zu magnetisieren.
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Hierdurch werden die Permanentmagnete 8 zunächst derart magnetisiert, dass sie Pole im Bereich der ihnen benachbarten Statornuten 16 bzw. Statorzähne ausbilden. Wie in den 3a, b dargestellt und insbesondere der 3c zu entnehmen, weist ein Magnetelement 8 nach diesem erfolgten Magnetisierungsschritt an vier seiner acht Ecken Magnetpole 10 auf, nämlich zwei Süd- und zwei Nordpole jeweils dort, wo die Ecke der Magnetelemente 8 an einem Statorzahn angeordnet war. Die vier verbleibenden Ecken der Permanentmagnete 8 sind in Ermangelung eines gegenüberliegenden Statorzahns jedoch nicht magnetisiert. Um nun auch diese Ecken zu magnetisieren, wird das Rotorelement um den Abstand zwischen zwei Permanentmagneten 8, somit um die Hälfte des Winkelversatzes 22 weiter gedreht, so dass eine Anordnung gemäß der 4a–c erzielt wird. Hierbei kommen nun die noch nicht magnetisierten Ecken der Permanentmagnete 8 gegenüber von Statorzähnen zu liegen. Nach einer erneuten Bestromung der Statorwicklung 14, jedoch im Vergleich zum ersten Magnetisierungsteilvorgang in umgekehrter Richtung (vgl. 4b), werden die verbleibenden, zuvor nicht magnetisierten Ecken eines Magnetelementes 8 magnetisiert. 4c zeigt nun ein solches Magnetelement 8 nach dem zweitem Magnetisierungsteilschritt.
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Allerdings ist ein herkömmlicher Stator eines Motorelementes nur bedingt als Magnetisierungsrichtung für Permanentmagnete 8 geeignet. Dies resultiert insbesondere aus der nennenswerten Ausbildung von Streufeldern aufgrund der Sättigung der Statornuten, bei der für die Magnetisierung erforderlichen, extrem hohen Statordurchflutung. Im Weiteren wird auch das Resultat der ersten Magnetisierungsphase durch die zweite Magnetisierungsphase beeinträchtigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aspekte der vorliegenden Erfindung können somit darin gesehen werden, eine Magnetisierungsvorrichtung bereitzustellen, in der die Magnetelemente in einem fertig aufgebauten Rotorelement magnetisiert werden können, wobei der Magnetisierungsvorgang mit nur einer Bestromungsphase durchführbar sein soll. Hierbei soll auch die Komplexität des Rotorelementes bzw. dessen Aufbau vereinfacht werden.
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Demgemäß wird ein Rotor für eine Transversalflussmaschine, eine Magnetisierungsvorrichtung für ein Rotorelement für eine Transversalflussmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorelementes gemäß den unabhängigen Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dadurch realisiert, dass die einzelnen Magnetelemente zu einem Gesamtelement, beispielsweise einem durchgehenden, einstückigen Magnetelementring oder zu mehreren Magnetelementringsegmenten aus Permanentmagnetmaterial zusammengefasst werden.
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In diesem Magnetelementring können nachfolgend mit Hilfe einer geeigneten Magnetisierungsvorrichtung diskrete Magnetelementsektionen ausgebildet werden, die sich im Wesentlichen wie einzelne bzw. eine Mehrzahl von Magnetelementen verhalten. Diese Magnetelementsektionen bilden somit im Magnetelementring bzw. im Rotorelement Magnetpole in vergleichbarer Weise aus, wie dies beim Aufbau mit einzelnen Magnetelementen realisierbar wäre.
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Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung reduziert jedoch die Anzahl der Bauteile, aus denen ein erfindungsgemäßes Rotorelement zusammengefügt wird; der Montagevorgang vereinfacht sich somit erheblich. Bestenfalls wird der Magnetelementring einstückig bereits als Ringelement hergestellt. Zusammen mit der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung erfolgt die Magnetisierung der Magnetelementsektoren derart, dass die Magnetisierungsvorrichtung sehr gut für den späteren Betrieb mit einem Transversalflussstator geeignet ist. Erfindungsgemäß erfolgt die Magnetisierung nicht wie bei herkömmlich magnetisierten Magnetelementen vor der Montage in einem Rotor in azimutaler Richtung, vielmehr wird den einzelnen Magnetelementsektoren bereits ein aus den Polen einer erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung austretenden Magnetfeld axial auf das Rotorelement ausgerichtet und den Magnetelementsektoren entsprechend zugeführt. In anderen Worten wird das für die Magnetisierung der Magnetelementsektoren verwendete Magnetfeld im Wesentlichen dem später im Rotor einer Transversalflussmaschine auftretenden Magnetfeld angenähert.
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Besonders bevorzugt wird bei der Herstellung und damit vor der eigentlichen Magnetisierung des erfindungsgemäßen Rotorelementes bereits ein Magnetfeld angelegt, um die Permanentmagnetkristalle im Magnetelementring bzw. den Magnetelementringsegmenten gemäß der später vorgesehenen Magnetisierungsrichtung parallel auszurichten, da die Magnetisierbarkeit der Permanentmagnetkristalle üblicherweise eine starke Anisotropie aufweist. Dies kann insbesondere beim oder unmittelbar vor dem Sintern im Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Magnetelementringes erfolgen. In anderen Worten wird bereits beim Pressen des Magnetelementringes bzw. Magnetelementringsegmentes ein starkes Magnetfeld in der Richtung angelegt, in der die einzelnen Magnetelementsektionen später magnetisiert werden sollen. Hierdurch lassen sich Feldlinien im Magnetelement gekrümmt ausbilden, so dass diese bereits an den Seiten des Rotorelementes axial austreten.
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Im Herstellungsprozess des Magnetelementringes, beispielsweise durch Sintern, kann dies unter Einsatz von erhöhter Temperatur erfolgen. Der hierdurch hergestellte Magnetelementring kann dabei bevorzugt unter Einwirkung des entsprechenden, zur Ausrichtung der Permanentmagnetkristalle verwendeten Magnetfeldes abgekühlt werden.
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Die erfindungsgemäße Magnetisierungsvorrichtung ist hierbei nicht als Transversalflussanordnung, sondern vielmehr als Axialflussanordnung ausgebildet. Dies stellt zunächst eine erhebliche Abweichung zum späteren Betrieb des Rotorelementes im Motorelement dar. Die Statorelemente der Magnetisierungsvorrichtung sind axial rechts und links vom Rotorelement angeordnet und weisen einander gegenüberliegende Statornuten auf, die sich über die vollständige radiale Ausdehnung des Rotorelementes hinweg erstrecken.
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Besonders bevorzugt sind die Statornuten derart über die radiale Erstreckung des Rotorelementes hinaus ausgebildet, so dass sich in den radialen Endbereichen des Rotorelementes keine Verzerrung des Magnetfeldes ergibt und die Magnetelementsektionen über die vollständige radiale Ausdehnung des Rotorelementes hinweg gleichmäßig ausgebildet werden. Zwischen den Statornuten in radialer Richtung verläuft die Statorwicklung, die derart ausgebildet ist, dass zwei in benachbarten Nuten angeordnete Leitungsabschnitte in jeweils umgekehrter Richtung durchflutet werden. Die Statorwicklung schlängelt sich somit in Mäanderform durch die Statornuten. Die beiden Statorelemente jeweils zu beiden Seiten des Rotorelementes werden nun zueinander derart angeordnet, dass auch gegenüberliegende Statorwicklungsabschnitte jeweils in umgekehrter Richtung durchflutet werden.
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Hierdurch entsteht insgesamt ein Magnetfeld, welches die Magnetelementsegmente über ihr vollständiges Volumen hinweg in gewünschter Weise magnetisiert.
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Hierdurch lässt sich die Magnetisierung der Magnetelementsegmente zunächst zeitlich nach dem Aufbau des Rotorelementes vornehmen, wodurch die Montage des Rotorelementes bzw. dessen Herstellung vereinfacht wird. Die Magnetisierung kann darüber hinaus nur in einem Bestromungsschritt der Statorwicklung einer erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung erfolgen, ein sukzessives Magnetisieren in verschiedenen Rotorpositionen ist somit nicht erforderlich.
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Die Magnetisierung der Magnetelemente berücksichtigt hierbei die spätere Magnetisierungsrichtung für den Betrieb in einem Transversalflussstator. Die Magnetisierung erfolgt hierbei nicht in azimutaler Richtung, wie bei vor der Rotorelementmontage magnetisierten Magnetelementen, vielmehr ist das aus den Nuten der Statorelemente austretende Feld bereits axial ausgerichtet und wird von den Permanentmagnetsegmenten entsprechend geführt. Besonders bevorzugt ist hierbei eine vorherige Ausrichtung der Kristalle des Magnetmaterials, insbesondere bei erhöhter Temperatur, zum Beispiel in Verbindung mit einem Sintervorgang oder vor dem Binden in eine Kunststoffmatrix.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine exemplarische Ausgestaltung eines Rotorelementes einer Transversalflussmaschine mit Permanentmagneterregung;
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2a, b exemplarische Detaildarstellungen einer Transversalflussmaschine;
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3a–4c einen exemplarischen Magnetisierungsvorgang eines Rotorelementes im Motorelement;
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5a–d eine exemplarische Magnetisierung eines Rotorelementes in einer Magnetisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 eine qualitative Darstellung eines exemplarischen Stromverlaufs eines Magnetisierungsvorganges gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7a–e exemplarische Ausgestaltungen eines Rotorelementes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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8a, b exemplarische Ausgestaltung der Ausrichtung von Permanentmagnetkristallen im Rotorelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5a zeigt einen Ausschnitt aus dem grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung 30.
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5a zeigt somit eine Aufsicht auf einen Teil der Magnetisierungsvorrichtung 30 mit einem noch nicht magnetisierten, aber fertig montierten Rotorelement 4. Die Magnetisierungsvorrichtung 30 weist auf beiden Seiten des Rotorelementes 4 Statorelemente 6 auf. Auf diesen sind auf der dem Rotorelement zugewandten Seite Nuten bzw. Zähne 16 ausgebildet. Die Nuten 16 der einander gegenüberliegenden Statorelemente 6 sind hierbei jeweils direkt gegenüberliegend angeordnet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Statornuten 16 ist hierbei im Wesentlichen identisch mit dem Abstand zwischen zwei Magnetelementsegmenten 8 im Rotorelement 4 und entspricht einem halben Winkelversatz 22. Die radiale Ausdehnung der Statornuten 16 überdeckt zumindest die radiale Ausdehnung der Magnetelementsektoren 8.
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Zwischen den Statornuten 16 wird eine Statorwicklung 14 angeordnet. Die einzelnen Abschnitte dieser Statorwicklung 14 sind dabei derart verschaltet, dass die Stromrichtung in zwei benachbarten Abschnitten der Statorwicklung 14, also in zwei benachbarten Statornuten 16 desselben Statorelements 6, jeweils entgegengesetzt zueinander verläuft. Auch die Stromrichtungen in zwei einander gegenüberliegenden Statornuten 16 in zwei verschiedenen Statorelementen 6 sind einander entgegengesetzt. Dies lässt sich zum Beispiel dadurch realisieren, dass zwei prinzipiell identisch aufgebaute Statorelemente 6 zueinander um einen halben Winkelversatz verdreht angeordnet sind oder auch ohne Winkelversatz zwischen zwei einander gegenüberliegenden Statorelementen 6 durch die Verschaltung der Teil-Statorwicklungen in den beiden Statorelementen 16 miteinander.
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Wird nun die Statorwicklung 14 mit einer hohen Durchflutung, welche zur Magnetisierung der Magnetelementsegmente 8 geeignet ist, beaufschlagt, so entsteht das in 5b dargestellte Magnetisierungsmuster der Magnetelementsegmente 8. Den Verlauf der magnetischen Feldlinien 17 ist in 5a, b ebenfalls angedeutet.
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Eine Ansicht aus axialer Richtung zeigt 5c.
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Das im Wesentlichen kreisförmig aufgebaute Statorelement 6 mit seinen Nuten 16 ist dabei exemplarisch größer ausgebildet als das zu magnetisierende Rotorelement 4. Die Statorwicklung 14 schlängelt sich mäanderförmig um die Statornuten 16. Dadurch wechselt aus Sicht des Statorelements 16 die Stromrichtung von Statornut 16 zu Statornut 16 alternierend. Die radiale Erstreckung der Statornuten 16 ist in 5c als wesentlich größer der radialen Erstreckung des Rotorelementes 4 dargestellt, so dass keine Magnetfeldverzerrungen durch die sich um eine Statornut 16 legende Statorwicklung 14 ergeben und bei der Magnetisierung der Magnetelementsegmente 8 niederschlagen.
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5d zeigt eine resultierende Magnetisierung eines Magnetelementsegmentes 8, insbesondere die ausgebildeten Magnetpole 10. Im Vergleich zu 4c fällt insbesondere auf, dass die sich ausbildenden Magnetpole 10 durchgängig ausgebildet sind. Jedoch können die Statornuten 16 auch an geeigneter Stelle eine Vertiefung aufweisen, so dass auf Höhe dieser Vertiefung die Magnetelementsegmente 8 schwächer magnetisiert werden, wodurch sich beispielsweise auch ein Polbild vergleichbar der 4c ausbilden lässt. Diese Vertiefungen können beispielsweise auf Höhe einer späteren Statorwicklung im Motorelement angeordnet sein.
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Die Statorzähne 16 der Statorelemente 6 können modular einlegbar bzw. frei montierbar auf einem im Wesentlichen scheibenförmigen Statorelement sein, so dass die Statorelemente leicht für die Magnetisierung verschiedener Rotorelemente mit zum Beispiel verschiedenen Polpaarzahlen und geometrischen Ausdehnungen umgebaut werden können. Die Statorwicklung kann nach Montage der Statorzähne 16 geeignet geführt und montiert werden.
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Die Statorelemente können aus Massivwerkstoffen aufgebaut sein, aber auch aus geblechtem Material oder Pulververbundmaterial, zum Beispiel SMC-Material, bestehen.
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Der Luftspalt zwischen den Statorzähnen 16 und dem Rotorelement 4 kann kleiner ausgeführt sein als in der späteren Anwendung im Motor, wodurch sich eine verbesserte Magnetisierung des Rotorelementes ergibt. Dies wird insofern ermöglicht, da Verformungen des Rotorelementes durch Temperatur- und/oder Betriebskräfte, zum Beispiel Zentrifugalkräfte, aufgrund der Rotation des Rotorelementes, beim Magnetisierungsvorgang nicht relevant sind.
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Durch geeignete Umgestaltung der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung 30 können auch zwei auf einer gemeinsamen Achse montierte Rotorelemente bzw. zwei konzentrisch angeordnete Magnetelementringbahnen in einem Rotorelement oder aber auch die Zuordnung von bestimmten Winkelsegmenten eines Rotorelementes zu verschiedenen Phasen nach dem hierin beschriebenen erfinderischen Grundkonzept erfolgen, so dass der jeweilige Rotor komplett in einem Arbeitsschritt magnetisierbar ist.
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Weiter Bezug nehmend auf 6 wird eine qualitative Darstellung eines exemplarischen Stromverlaufs eines Magnetisierungsvorganges gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Grundsätzlich von Bedeutung ist hierbei die Bestromung mit einem kurzen Stromimpuls sehr hoher Amplitude. Prinzipielle Abweichungen vom in 6 dargestellten Verlauf sind tolerierbar, unter anderem sogar ein kurzzeitiges Auftreten kleiner negativer Stromwerte beim Wiedereinschwingen des Stroms auf null.
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Weiter Bezug nehmend auf 7a–e werden exemplarische Ausgestaltungen eines Rotorelementes gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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7a zeigt hierbei die Grundform des erfindungsgemäßen Rotorelementes 4 im magnetisierten Zustand. Die einzelnen Magnetelementsektoren 8 sind hierbei durch einen einzelnen Ring aus Permanentmagnetmaterial ersetzt, der derart magnetisiert wurde, so dass er die in 7a dargestellte Polanordnung aufweist und somit einzelne Magnetelementsegmente 8 ausbildet. Eine solche Magnetisierung lässt sich unter Verwendung der erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung erzielen.
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Das Rotorelement 4 kann zum Beispiel aus Festigkeitsgründen als eine Mehrzahl von einzelnen Rotorelementen ausgebildet sein, welche jeweils Segmenten eines Rotorelementringes entsprechen. Der gesamte Rotorelementring 4 wird somit aus einer Mehrzahl von entsprechenden Segmenten aufgebaut. Diese Segmente können einheitlich ausgeführt sein oder auch sich über unterschiedliche Umfangswinkelbereiche erstrecken. Exemplarisch weist 7b 30, 7c 15, 7d zwölf sowie 7e sechs einzelne Segmente auf. Diese Segmente können in einer Aufnahme aus faserverstärktem Kunststoff gehalten sein. Somit weist jedes Segment der 7b zwei Magnetelementsektionen 8, der 7c vier Magnetelementsektionen 8, 7d fünf Magnetelementsektionen 8 sowie 7e zehn Magnetelementsektionen 8 auf. Insgesamt ergibt sich somit jeweils ein Rotorelement für eine Transversalflussmaschine mit 60 Polen. Diese Anzahl ist hierbei rein exemplarisch aufzufassen und nicht einschränkend anzusehen.
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Weiter Bezug nehmend auf 8a, b wird eine exemplarische Ausgestaltung der Ausrichtung von Permanentmagnetkristallen im Rotorelement gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. 8b ist hierbei ein Ausschnitt einer Magnetelementsektion 8 aus einer Mehrzahl einstückig aneinander anreihenden Magnetelementsektionen 8. Die Ausrichtung der Permanentmagnetkristalle vor zum Beispiel einem Sintervorgang eines mehrere Magnetelementsektionen 8 umfassenden Rotorelementes 4 ist hierbei exemplarisch ellipsenförmig ausgebildet und tritt an der Oberfläche des Rotorelementes bereits axial orientiert aus, ist somit im Wesentlich senkrecht zur scheibenförmigen Erstreckung des Rotorelementes bzw. parallel zur Rotationsachse des Rotorelementes 4 ausgerichtet.
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Eine derartige Ausrichtung der Permanentmagnetkristalle kann auch von einer erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung durchgeführt werden. Besonders bevorzugt wird hierbei das Rotorelement 4 von einer erhöhten Temperatur unter Beaufschlagung mit einem geeigneten Magnetfeld abgekühlt, wodurch sich die Ausrichtung der Permanentmagnetkristalle im Rotorelement festigt. Nachfolgend kann mit einer erfindungsgemäßen Magnetisierungsvorrichtung die End-Magnetisierung der einzelnen Magnetelementsektionen 8 erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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