DE102012222194A1

DE102012222194A1 - Method for producing transverse flux machine, involves inserting primary sub-segments in conductor ring, and bonding mechanically primary sub-segments with one another to circular primary ring

Info

Publication number: DE102012222194A1
Application number: DE201210222194
Authority: DE
Inventors: Christian Nuissl; Marcel Laake; Thomas Brunner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-05

Abstract

The method involves providing a conductor ring (8) for each phase of the transverse flux. A circular portion is provided at an outer periphery of the primary sub-segments (3) arranged in flux guide (1) with two radial flux guiding support (5). The primary sub-segments are inserted in the conductor ring such that the flux guiding support is projected beyond the end faces. The inserted primary sub-segments are bonded mechanically with one another to a circular primary ring (6). An independent claim is included for a transverse flux machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine als Transversalflussmaschine ausgebildete dynamoelektrische Maschine sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Transversalflussmaschine kann sowohl als permanenterregte oder elektrisch erregte Maschine ausgebildet sein als auch als Reluktanzmaschine.The invention relates to a designed as a transverse flux machine dynamoelectric machine and a method for their preparation. The transverse flux machine can be designed both as a permanently excited or electrically excited machine and as a reluctance machine.

Die Transversalflussmaschine kann beispielsweise im Umfeld der Elektromobilität als Traktionsmaschine eingesetzt werden. Darüber hinaus ist aber auch eine Anwendung der Transversalflussmaschine bei stationären Anwendungen insbesondere im industriellen Umfeld denkbar.The transversal flux machine can be used, for example, in the field of electromobility as a traction machine. In addition, however, an application of the transverse flux machine in stationary applications in particular in the industrial environment is conceivable.

Eine Transversalflussmaschine zeichnet sich im Vergleich zu herkömmlichen Radialflussmaschinen insbesondere durch die Einfachheit ihrer Wicklung aus. Aufwändiger hingegen ist bei der Transversalflussmaschine die Herstellung der weichmagnetischen Körper für den Stator und den Rotor.A transverse flux machine distinguishes itself in comparison to conventional radial flux machines in particular by the simplicity of their winding. On the other hand, in the case of the transversal flux machine, it is more complicated to produce the soft-magnetic bodies for the stator and the rotor.

Aus der EP0799519B1 ist eine Transversalflussmaschine mit Leiterring bekannt, die von U-förmigen, weichmagnetischen Körpern von drei Seiten umschlossen ist, wobei ein magnetischer Kreis von weich- und/oder hartmagnetischen Teilen periodisch geschlossen wird, die durch zwei radial außerhalb der Leiterringe angeordnete Luftspalte vom jeweiligen U-förmigen, weichmagnetischen Körper getrennt sind. Ein hoher Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsdichte werden bei dieser Maschine mit geringem Herstellungsaufwand dadurch erreicht, dass die magnetisch aktiven Teile des Rotors oder Stators teilweise axial innerhalb der Enden der U-förmigen weichmagnetischen Körper angeordnet sind. Ferner zeigt die Schrift einen Radnabenantrieb mit einer dreiphasigen Transversalflussmaschine der zuvor beschriebenen Art, deren Drehmomentbildung durch Permanenterregung unterstützt wird. Ebenfalls ist dieser Schrift eine fünfphasige Transversalflussmaschine zu entnehmen, die als Reluktanzmotor ausgebildet ist.From the EP0799519B1 is a transversal flux machine with conductor ring is known, which is surrounded by U-shaped, soft magnetic bodies from three sides, wherein a magnetic circuit of soft and / or hard magnetic parts is periodically closed, which is arranged by two radially outside of the conductor rings air gaps from the respective U- shaped, soft magnetic body are separated. A high efficiency and a high power density are achieved in this machine with low manufacturing costs, characterized in that the magnetically active parts of the rotor or stator are arranged partially axially within the ends of the U-shaped soft magnetic body. Furthermore, the document shows a wheel hub drive with a three-phase transverse flux machine of the type described above, whose torque is supported by permanent excitation. Also, this document is a five-phase transverse flux machine refer to, which is designed as a reluctance motor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Transversalflussmaschinen zu erleichtern bzw. eine einfach zu fertigende Transversalflussmaschine bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Transversalflussmaschine mit den Verfahrensschritten gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ferner gelingt die Lösung der Aufgabe durch eine Transversalflussmaschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9.The invention has for its object to facilitate the production of transversal flux machines or to provide an easy to manufacture transversal flux machine. This object is achieved by a method for producing a transverse flux machine with the method steps according to claim 1. Furthermore, the object is achieved by a transverse flux machine with the features according to claim 9.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird zunächst ein Leiterring für jede Phase der Transversalflussmaschine bereitgestellt. Bei dem Leiterring handelt es sich demnach um eine vorgewickelte Phasenspule, die beispielsweise aus einem isolierten Kupferlackdraht gefertigt sein kann. Vorteilhaft kann aber auch eine Ausbildung des Leiterringes als Aluminiumspule sein, da durch die Verwendung von Aluminium als Leitermaterial etwa 50% bis 60% an Gewicht gegenüber Kupferspulen mit gleichem ohmschen Widerstand eingespart werden kann.According to the invention, a conductor ring is first provided for each phase of the transverse flux machine. The conductor ring is therefore a pre-wound phase coil, which can be made, for example, from an insulated enameled copper wire. However, an embodiment of the conductor ring as an aluminum coil can also be advantageous, since about 50% to 60% of the weight can be saved compared to copper coils with the same ohmic resistance by using aluminum as the conductor material.

Erfindungsgemäß werden weiter teilkreisförmige Primärteilsegmente mit an einem Außenumfang der Primärteilsegmente angeordneten, vorteilhafterweise U-förmigen, Flussleitstücken bereitgestellt, die zwei radialflussleitende Schenkeln aufweisen. Als Primärteil wird hier, wie im Elektromaschinenbau üblich, das Element der dynamoelektrischen Maschine bezeichnet, das die felderregenden Spulen trägt. Es kann sich bei dem Primärteil also sowohl um den Stator als auch um den Rotor handeln. Damit auf eine Kontaktierung mittels Schleifringe verzichtet werden kann, bietet sich vorteilhafterweise die Gestaltung des Primärteils als Stator an. Bei einer derartigen Ausführungsform wäre folglich das Sekundärteil als Rotor ausgebildet.According to the invention further part-circular primary part segments are arranged with arranged on an outer periphery of the primary sub-segments, advantageously U-shaped, flux guides provided, which have two radial flow-conducting legs. As a primary part is here, as usual in electrical engineering, the element of the dynamoelectric machine called, which carries the field-exciting coils. Thus, the primary part can be both the stator and the rotor. In order to dispense with a contact by means of slip rings, the design of the primary part advantageously offers itself as a stator. In such an embodiment, therefore, the secondary part would be designed as a rotor.

Die Primärteilsegmente sind kreisbogenförmig ausgebildet. Reiht man mehrere Primärteilsegmente aneinander, so bilden diese näherungsweise einen Vollkreis aus. Die Anzahl der Primärteilsegmente wird vorzugsweise nach fertigungsoptimierenden Gesichtspunkten gewählt. Beispielsweise kann ein Primärteilsegment einen Winkel von 115 Grad abdecken. Bei Aneinanderreihung von drei Primärteilsegmenten wird mithin ein nicht vollständig geschlossener Kreis gebildet. Die Aneinanderreihung der Primärteilsegmente ergäbe in diesem Bespiel 345 Grad. Die verbleibenden 15 Grad zur Auffüllung der Primärteilsegmente zu einem Vollkreis können vorteilhafterweise durch ein Verschlusselement gebildet werden, welches benötigt wird, um die beiden offenen Enden der drei aneinandergereihten Primärteilsegmente miteinander zu verbinden.The primary part segments are circular arc-shaped. If several primary subsegments are lined up, they approximately form a full circle. The number of primary subsegments is preferably selected according to production-optimizing aspects. For example, a primary segment can cover an angle of 115 degrees. When juxtaposing three primary subsegments a not completely closed circle is thus formed. The juxtaposition of the primary sub-segments would result in this example 345 degrees. The remaining 15 degrees to the filling of the primary part segments to a full circle can be advantageously formed by a closure element, which is needed to connect the two open ends of the three juxtaposed primary part segments together.

Bevor diese Primärteilsegmente jedoch miteinander verbunden werden, werden diese erfindungsgemäß zunächst in den Leiterring derart eingeschoben, dass die Schenkel jeweils an einer der beiden axialen Stirnseiten des Leiteringes anliegen, wobei die Schenkel in radialer Richtung nach außen über die Stirnseiten herausragen.However, before these primary part segments are connected to one another, according to the invention they are first inserted into the conductor ring in such a way that the legs abut one of the two axial end sides of the guide ring, the legs projecting outward in the radial direction over the end faces.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind hierbei die Flussleitstücke U-förmig mit einem axialflussleitenden Basiselement gestaltet, an das jeweils einer der Schenkel angrenzt. Die teilkreisförmigen Primärteilsegmente werden bei dieser Ausführungsform derart in den Leiterring eingeschoben, dass die Basiselemente radial innen an dem Leiterring anliegen.In an advantageous embodiment of the invention in this case the flux guides are U-shaped designed with a axialflussleitenden base element, adjacent to each one of the legs. The part-circular primary part segments are inserted in this embodiment in the conductor ring, that the base elements lie radially inward on the conductor ring.

Demnach befindet sich nach diesem Verfahrensschritt der Leiterring im Inneren des durch die Flussleitstücke gebildeten U. Die radialflussleitenden Schenkel dieses U ragen über den Gesamtquerschnitt des Leiterrings hinaus. Das über den Leiterring hinausragende Stück jedes Schenkels dient zur Umlenkung des durch die Schenkel in erster Linie radial fließenden Flusses in einer Axialrichtung. Der axiale Fluss schließt sich somit zwischen den beiden Schenkeln über eine Luftstrecke, die radial betrachtet außerhalb des Leiterringes liegt. Innerhalb dieses Luftspaltes wird das Drehmoment zum Antrieb der dynamoelektrischen Maschine gebildet. Accordingly, after this method step, the conductor ring is located inside the U. The radial flow-conducting legs of this U protrude beyond the overall cross section of the conductor ring inside the U formed by the flux. The protruding over the conductor ring piece of each leg is used to deflect the flow through the legs primarily radially flowing in an axial direction. The axial flow thus closes between the two legs over an air gap, which lies radially outside of the conductor ring. Within this air gap, the torque is formed to drive the dynamoelectric machine.

Nach dem Einschieben der teilkreisförmigen Primärteilsegmente wird im Anschluss erfindungsgemäß ein vollkreisförmiger Primärteilring dadurch gebildet, dass die eingeschobenen Primärteilsegmente untereinander mechanisch verbunden werden.After inserting the part-circular primary part segments in accordance with the invention a fully circular primary part ring is formed by the fact that the inserted primary part segments are mechanically connected to each other.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Flussleitstücke vor dem Einschieben der Primärteilsegmente auf einem teilkreisförmigen Trägerring der Primärteilsegmente form- und/oder kraftschlüssig befestigt. Beispielsweise haben die Basiselemente an ihrer dem Trägerring zugewandten Seite ein schwalbenschwanzförmiges Profil, das in entsprechende Nuten des Trägermaterials eingreift und somit eine kraftschlüssige Verbindung herstellt. Demnach beschreibt diese Ausführungsform eine Art Baukastensystem zur Herstellung des Primärteils, bei dem applikationsabhängig standardisierte Flussleitstücke auf den Trägerring in beliebiger Anzahl aufgebracht werden können.In an advantageous embodiment of the invention, the flux guides are attached form-fitting and / or non-positively before inserting the primary part segments on a part-circular support ring of the primary part segments. For example, the base elements have on their side facing the carrier ring a dovetail-shaped profile which engages in corresponding grooves of the carrier material and thus produces a frictional connection. Accordingly, this embodiment describes a kind of modular system for the production of the primary part, in which application-dependent standardized flux guide can be applied to the carrier ring in any number.

Einen guten magnetischen Leitwert bewirken in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung aus einem weichmagnetischen Material gefertigte Flussleitstücke. Zur Reduzierung von Wirbelstromverlusten ist es darüber hinaus vorteilhaft, gestapelte Elektrobleche für die Fertigung der Flussleitstücke zu verwenden. Komplexere Geometrien insbesondere für die Flussleitstücke sind hingegen in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung leichter durch Sintern herzustellen.A good magnetic conductance effect in an advantageous embodiment of the invention made of a soft magnetic material flux guides. To reduce eddy current losses, it is also advantageous to use stacked electrical steel sheets for the production of flux guides. In contrast, more complex geometries, in particular for the flux guides, are easier to produce by sintering in an advantageous development of the invention.

Zum Aufbau einer Transversalflussmaschine wird mindestens ein Leiterring pro Phase benötigt. Entsprechend werden auch mindestens m-Primärteilringe zur Ausbildung einer m-phasigen Transversalflussmaschine benötigt. Ferner ist diese Zahl mit der Polpaarzahl zu multiplizieren, sodass sich für eine m-phasige Maschine mit der Polpaarzahl p p·m notwendige Primärteilringe ergeben.To build a transverse flux machine, at least one conductor ring per phase is required. Accordingly, at least m primary sub-rings are required to form an m-phase transverse flux machine. Furthermore, this number is to be multiplied by the number of pole pairs so that necessary primary sub-rings result for an m-phase machine with the pole pair number p p.

Zur Ausbildung eines Primärteils einer derartigen Transversalflussmaschine müssen also mehrere Primärteilringe vorteilhafterweise axial aufeinandergestapelt werden. Es ergibt sich also auch hier eine Art Baukastensystem, bei dem unter Verwendung der zuvor beschriebenen Primärteilringe verschiedene Phasen- und Polpaarzahlen ermöglicht werden können. Ferner ist es auch möglich, höhere Leistungsanforderungen durch Aufeinanderstapeln mehrerer Primärteilringe derselben Phase und desselben Polpaares zu erfüllen.To form a primary part of such a transverse flux machine, therefore, a plurality of primary part rings advantageously have to be axially stacked on one another. Thus, a kind of modular system results in which different phase and pole pair numbers can be made possible by using the primary sub-rings described above. Furthermore, it is also possible to meet higher power requirements by stacking several primary sub-rings of the same phase and the same pole pair.

Die Bildung der Stapelstruktur für das Primärteil kann nun auf verschiedene Art und Weise erfolgen.The formation of the stack structure for the primary part can now be done in various ways.

In einer ersten Ausführungsform werden zunächst mehrere teilkreisförmige Primärteilsegmente axial zusammengefügt, bevor diese in eine entsprechende Anzahl von Leiterringen eingeschoben werden. Hierbei werden also zunächst die einzelnen Primärteilsegmente aufeinandergestapelt, wobei sich die Anzahl zweckmäßigerweise an der Phasen- und Polpaarzahl der Maschine sowie am Leistungsbedarf orientiert. Diese Stapel an Primärteilsegmenten werden im Anschluss in die Leiterringe eingeführt und schließlich in Umfangsrichtung mit anderen Stapeln von Primärteilsegmenten verbunden, sodass sich ein vollkreisförmiger Ring aus aufeinandergestapelten vollkreisförmigen Primärteilringen ergibt.In a first embodiment, first a plurality of part-circular primary part segments are assembled axially before they are inserted into a corresponding number of conductor rings. In this case, therefore, the individual primary subsegments are first stacked on one another, wherein the number is expediently oriented to the phase and pole pair number of the machine as well as the power requirement. These stacks of primary segment segments are then inserted into the conductor rings and finally circumferentially connected to other stacks of primary segment segments, resulting in a full circular ring of stacked full circle primary section rings.

Möglich ist auch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere vollkreisförmige Primärteilringe axial zu einem Primärteil entsprechend der Phasen- und Polpaarzahl der Transversalflussmaschine zusammengefügt werden. Hierbei werden also zunächst die vollkreisförmigen Primärteilsegmente einzeln hergestellt und im Anschluss daran aufeinandergestapelt. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der beiden zuletzt genannten Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei der zunächst beispielsweise der Phasenzahl entsprechend Primärteilsegmente aufeinandergestapelt werden und im Anschluss zu einem Vollkreis verbunden werden. Derartige Pakete können beispielsweise für jedes Polpaar zunächst auf diese Art und Weise erstellt und anschließend axial zusammengefügt werden.Also possible is an embodiment of the invention in which a plurality of fully circular primary part rings are joined together axially to form a primary part corresponding to the phase and pole pair number of the transverse flux machine. In this case, therefore, the fully circular primary segment segments are first produced individually and then stacked one after the other. Of course, a combination of the two last-mentioned embodiments of the invention is conceivable in which first, for example, the number of phases according to primary sub-segments are stacked and then connected to a full circle. Such packages can be created, for example, for each pair of poles first in this way and then assembled axially.

In weiterer vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung sind die folgenden weiteren Verfahrensschritte zur Ausbildung der Transversalflussmaschine vorgesehen:

– Bereitstellen eines Sekundärteilbandes für ein Sekundärteil der Transversalflussmaschine,
– Befestigen von Sekundärteilelementen auf einer Innenseite des Sekundärteilbandes,
– Biegung des Sekundärteilbandes zu einem den Primärteilring umschließenden Sekundärteilring derart, dass die Sekundärteilelemente radial außerhalb des Leiterringes liegend zwischen den beiden radialflussleitenden Schenkeln eintauchen, sodass diese jeweils über einen Luftspalt in axialer Richtung betrachtet von den Schenkeln beabstandet sind, und
– Verbinden der Enden des Sekundärteilbandes zu einem vollkreisförmigen Sekundärteilring.

In a further advantageous embodiment of the invention, the following further method steps for the formation of the transverse flux machine are provided:

Providing a secondary part band for a secondary part of the transverse flux machine,
Attaching secondary part elements on an inner side of the secondary part band,
Bending the secondary part band to a secondary part ring enclosing the primary part ring such that the secondary part elements dive radially outwardly of the conductor ring between the two radially flow-guiding legs, so that they are spaced apart from the legs by an air gap in the axial direction, and
- Connecting the ends of the secondary belt part to a fully circular secondary part ring.

Da der Primärteilring drehfest mit dem Leiterring in Verbindung steht, bildet das Sekundärteil vorteilhafterweise den Rotor der Maschine, da es keine mit Strom zu versorgenden Spulen trägt. Since the primary part ring is non-rotatably in communication with the conductor ring, the secondary part advantageously forms the rotor of the machine, since it carries no current-carrying coils.

Handelt es sich bei der Transversalflussmaschine beispielsweise um eine permanenterregte Maschine, wären die Sekundärteilelemente mit Permanentmagneten auszubilden. Es ist aber auch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transversalflussmaschine denkbar, bei der die Sekundärteilelemente lediglich als Weicheisenstücke ausgeführt sind. Bei einem solchen Maschinentyp handelt es sich um eine Transversalflussreluktanzmaschine, bei der das von der Maschine gebildete Drehmoment lediglich durch in Umfangsrichtung betrachtet wechselnde magnetische Leitwerte verursacht wird.For example, if the transversal flux machine is a permanent-magnet machine, the secondary part elements would have to be formed with permanent magnets. However, it is also an embodiment of the transverse flux machine according to the invention conceivable in which the secondary part elements are designed only as soft iron pieces. Such a type of machine is a transverse flux reluctance machine in which the torque generated by the machine is caused only by circumferentially changing magnetic conductances.

Die hier vorgeschlagene Fertigung des Sekundärteils orientiert sich stark an der bekannten Fertigung eines Nadellagerkäfigs, wie sie beispielsweise in DE19881885C1 beschrieben wird. Hierzu wird zunächst das Sekundärteilband beispielsweise von einem Endlosband auf entsprechende Länge abgeschnitten. Die einzelnen Sekundärteilelemente, die beispielsweise aus Elektroblechen, Ferriten oder mit Kunststoff ummantelten Seltenerdmagneten gefertigt sein können, werden anschließend auf das Sekundärteilband in hoher Anzahl und mit hoher Genauigkeit positioniert. Danach wird das Sekundärteil um das Primärteil herumgebogen. Denkbar ist, dass erst beim Biegevorgang eine ausreichende formschlüssige Verbindung zwischen den Sekundärteilelementen und dem Sekundärteilband geschaffen wird, ähnlich wie es bei der bereits genannten Nadellagerkäfigfertigung der Fall ist. Die Sekundärteilelemente sind im Anschluss an diesen Fertigungsschritt radial oberhalb des Leiterrings angeordnet. Beim Drehen des Rotors bewegen sich die Sekundärteilelemente in dem von den Schenkeln des U-förmigen Flussleitstückes gebildeten Zwischenraum.The proposed here production of the secondary part is based heavily on the known production of a needle roller cage, as for example in DE19881885C1 is described. For this purpose, the secondary band is first cut off, for example, from an endless belt to the appropriate length. The individual secondary part elements, which may be made, for example, of electric sheets, ferrites or plastic-sheathed rare earth magnets, are then positioned on the secondary part belt in high numbers and with high accuracy. Thereafter, the secondary part is bent around the primary part. It is conceivable that only during the bending process, a sufficient positive connection between the secondary part elements and the secondary section band is created, similar to the case of the already mentioned Nadelellagerkäfigfertigung the case. The secondary part elements are arranged radially above the conductor ring following this manufacturing step. Upon rotation of the rotor, the secondary part elements move in the gap formed by the legs of the U-shaped flux guide.

Bei der Fertigung der Transversalflussmaschine ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Primärteilringe mit den Sekundärteilringen zu Motorringen verbunden werden und diese anschließend entsprechend der Phasen- und Polpaarzahl der Transversalflussmaschine zusammengefügt werden. Hierbei wird also zunächst für jede Phase ein vollständiger Motorring gefertigt. Entsprechend einem Baukastenprinzip können nunmehr verschiedene Ausführungsformen einer Transversalflussmaschine durch Wahl einer beliebigen Anzahl von Motorringen ausgebildet werden.In the production of the transverse flux machine is provided in an advantageous embodiment of the invention that the primary part rings are connected to the secondary part rings to motor rings and these are then joined together according to the phase and Polpaarzahl the transverse flux machine. In this case, therefore, a complete motor ring is first produced for each phase. According to a modular principle now various embodiments of a transverse flux machine can be formed by selecting any number of motor rings.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben.In the following the invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the figures.

Es zeigen:Show it:

1 ein Flussleitstück in kraftschlüssiger Verbindung mit einem Trägerring, 1 a flux guide in frictional connection with a carrier ring,

2 einen vollkreisförmigen Primärteilring, 2 a fully circular primary section ring,

3 mehrere axial aufeinandergestapelte Primärteilringe, 3 several axially stacked primary sub-rings,

4 eine Schnittdarstellung einer Transversalflussmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 4 a sectional view of a transverse flux machine according to an embodiment of the invention,

5 eine schematische Darstellung eines Sekundärteilbandes, 5 a schematic representation of a secondary section band,

6 das Sekundärteilband nach 5 nach einer Bestückung mit Sekundärteilelementen, 6 the secondary section band after 5 after being equipped with secondary part elements,

7 einen Schnitt durch eine Tasche eines mit einem Sekundärteilelement bestückten Sekundärteilbandes und 7 a section through a pocket of equipped with a secondary part element secondary belt and

8 das in 7 gezeigte Band nach einem Biegevorgang. 8th this in 7 shown band after a bending process.

Anhand der 1 bis 3 soll zunächst beispielhaft die Herstellung eines Stators einer Transversalflussreluktanzmaschine erläutert werden.Based on 1 to 3 The production of a stator of a transversal flux reluctance machine will first be explained by way of example.

So zeigt 1 zunächst ein Flussleitstück 1 in kraftschlüssiger Verbindung mit einem Trägerring 2 eines Primärteilsegments 3. Der teilkreisförmige Trägerring 2 wird im Folgenden entlang seiner Mantelfläche mit weiteren äquidistant beabstandeten Flussleitstücken 1 bestückt.So shows 1 first a flux conductor 1 in frictional connection with a carrier ring 2 a primary segment 3 , The part-circular carrier ring 2 is hereinafter along its lateral surface with further equidistantly spaced Flussleitstücken 1 stocked.

Die Flussleitstücke 1 sind zur Minimierung von Wirbelstromverlusten aus gestapelten und gegeneinander isolierten Elektroblechen aufgebaut. Jedes Flussleitstück 1 umfasst ein Basiselement 4 und zwei daran angrenzende Schenkel 5. Basiselement 4 und Schenkel 5 bilden zusammen eine U-Form.The flux guides 1 are constructed to minimize eddy current losses from stacked and mutually insulated electrical sheets. Each flux conductor 1 comprises a base element 4 and two adjacent legs 5 , base element 4 and thighs 5 together form a U-shape.

2 zeigt einen vollkreisförmigen Primärteilring 6. Dieser umfasst mehrere umfänglich aneinandergrenzende Primärteilsegmente 3, die beispielhaft jedes für sich einen Winkel von 115 Grad aufspannen. Bei drei derartigen Primärteilsegmenten ergibt sich insgesamt ein Winkel von 345 Grad, nachdem diese miteinander verbunden wurden. Zur Schließung eines solchen Rings wird ferner ein Verschlussteil 7 verwendet, welches die verbleibenden 15 Grad aufspannt, sodass sich ein 360 Grad-Vollkreis ergibt. 2 shows a fully circular primary section ring 6 , This comprises a plurality of circumferentially adjacent primary subsegments 3 , each of which, by itself, span an angle of 115 degrees. With three such primary subsegments, the overall result is an angle of 345 degrees after being connected together. To close such a ring is also a closure part 7 used, which spans the remaining 15 degrees, so that there is a 360 degree full circle.

Zwischen den Schenkeln 5 eines jeden Flussleitstücks 1 befindet sich ein Leiterring 8. Der Leiterring 8 liegt mit seiner radial nach innen gerichteten Seite auf dem Basiselement 4 des Flussleitstücks 1 an. Stirnseitig grenzt der Leiterring 8 jeweils an einen der Schenkel 5 jedes Flussleitstücks 1.Between the thighs 5 each flux guide 1 there is a conductor ring 8th , The conductor ring 8th lies with its radially inwardly directed side on the base element 4 of the flux conductor 1 at. The front ring is bordered by the conductor ring 8th each to one of the legs 5 each flux conductor 1 ,

Der Leiterring 8 ist zunächst separat gefertigt worden, indem eine entsprechende ringförmige Spule beispielsweise aus Aluminium gewickelt wurde. In diesen Leiterring 8 werden im Anschluss die Primärteilsegmente 3 nacheinander von innen eingeschoben, sodass sich die dargestellte Anordnung ergibt. Nachdem alle drei Primärteilsegmente 3 in den Leiterring 8 eingeschoben sind, wird das Verschlussteil 7 eingefügt und damit der Kreis geschlossen.The conductor ring 8th has initially been made separately by a corresponding annular coil, for example made of aluminum was wound. In this ladder ring 8th are then the primary subsegments 3 inserted successively from the inside, so that the arrangement shown results. After all three primary subsegments 3 in the conductor ring 8th are inserted, the closure part 7 inserted and closed the circle.

Wie zu erkennen ist, ist die Länge der Schenkel 5 derart gewählt, dass diese den Leiterring 8 radial überragen. Wird der Leiterring 8 bestromt, wird ein magnetischer Fluss innerhalb des Basiselements 4 jedes Flussleitstückes 1 zunächst in axialer Richtung geführt und anschließend in die radiale Richtung durch die hochpermeablen Schenkel 5 geführt. Der magnetische Fluss schließt sich zwischen den Schenkeln 5 jedes Flussleitstückes 1 in dem über den Leiterring 8 hinausragenden Bereich.As can be seen, the length of the legs 5 chosen such that this is the conductor ring 8th protrude radially. Will the conductor ring 8th energized, a magnetic flux within the base element 4 each flux conductor 1 initially guided in the axial direction and then in the radial direction through the highly permeable legs 5 guided. The magnetic flux closes between the thighs 5 each flux conductor 1 in the above the conductor ring 8th projecting area.

Der in 2 gezeigte vollkreisförmige Primärteilring 6 kann nur eine Phase der Transversalflussmaschine bedienen. Zur Ausbildung eines vollständigen Primärteils ist mindestens ein Primärteilring 6 pro Phase notwendig.The in 2 shown fully circular primary section ring 6 can operate only one phase of the transversal flux machine. To form a complete primary part is at least one primary part ring 6 necessary per phase.

Zur Ausbildung eines kompletten Primärteils werden daher mehrere Primärteilringe 6 axial aufeinandergestapelt, wie es der Darstellung gemäß 3 zu entnehmen ist. In der Figur sind sechs Primärteilringe 6 axial aufeinandergestapelt. Die Primärteilringe 6 sind durch ein Abstandsband 9 voneinander getrennt. Das Abstandsband 9 definiert die Winkellage der einzelnen Primärteilringe zueinander.To form a complete primary part therefore several primary sub-rings 6 stacked axially, as shown in the illustration 3 can be seen. In the figure are six primary sub-rings 6 stacked axially. The primary part rings 6 are by a spacer band 9 separated from each other. The spacer band 9 defines the angular position of the individual primary part rings to each other.

Zur Herstellung des Abstandsbandes 9 wurde zunächst ein Endlosband auf Umfangslänge des Primärteils geschnitten. Im Abstand der an das Abstandsband 9 angrenzenden Flussleitstücke 1 werden anschließend Taschen zur Aufnahme der Schenkel 5 der Flussleitstücke 1 eingestanzt. Danach wird das Abstandsband 9 zu einem geschlossenen Ring gebogen. Durch die Lage der eingestanzten Taschen wird die winkelgenaue Positionierung der Primärteilringe 6 untereinander gewährleistet.For the production of the spacer tape 9 First, an endless belt was cut to circumferential length of the primary part. At the distance to the distance band 9 adjacent Flussleitstücke 1 then pockets for receiving the thighs 5 the flux guides 1 stamped. After that, the distance band 9 bent into a closed ring. Due to the position of the stamped pockets, the angular positioning of the primary part rings 6 guaranteed among each other.

Hierbei können die einzelnen Primärteilringe 6 bezogen auf die Winkelposition z. B. um 60 Grad verdreht aufgebaut werden. Dies birgt den Vorteil, dass beispielsweise bei einer Anwendung als Radnabenantrieb insbesondere eines elektrifizierten Zweirades der Kabelgang über Speichen nach innen gelegt werden kann.Here, the individual primary sub-rings 6 based on the angular position z. B. be built twisted by 60 degrees. This has the advantage that, for example, when used as a wheel hub drive, in particular an electrified two-wheeler cable passage can be placed over spokes to the inside.

4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Transversalflussmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist ein Sekundärteil 10, das als Rotor der Transversalflussmaschine dient, um den in 3 dargestellten Stator herumgebaut worden. Der Sekundärteil 10 kann ebenfalls segmentiert ausgeführt werden, sodass sich die einzelnen teilkreisförmigen Sekundärteilelemente einzeln um den Stator herumlegen lassen, bevor diese an ihren Stoßkanten miteinander verbunden werden. 4 shows a sectional view of a transverse flux machine according to an embodiment of the invention. Here is a secondary part 10 , which serves as a rotor of the transversal flux machine, to the in 3 Stator shown been built around. The secondary part 10 can also be performed segmented so that the individual part-circular secondary part elements can be individually put around the stator before they are connected together at their abutting edges.

Das dargestellte Sekundärteil 10 ist aus einem Sekundärteilband 11 aufgebaut, auf dem einzelne Sekundärteilelemente 12 aufgebracht sind. Diese Sekundärteilelemente 12 dienen als Rotorzähne, die über einen axial ausgerichteten Luftspalt jeweils zu einem der Schenkel 5 der Flussleitstücke 1 beabstandet sind.The illustrated abutment 10 is from a secondary band 11 built on the individual secondary part elements 12 are applied. These secondary part elements 12 serve as rotor teeth, which via an axially aligned air gap in each case to one of the legs 5 the flux guides 1 are spaced.

Die Fertigung des Sekundärteils 10 kann in Analogie zur Fertigung der Primärteilsegmente 3 erfolgen. Das heißt, die einzelnen Sekundärteilelemente 12 werden form- und/oder kraftschlüssig mit dem Sekundärteilband 11 zur Herstellung des Sekundärteils 10 verbunden.The production of the secondary part 10 can be analogous to the production of the primary part segments 3 respectively. That is, the individual secondary part elements 12 become positive and / or non-positive with the secondary section band 11 for the production of the secondary part 10 connected.

5 zeigt schematisch ein Sekundärteilband 11, mit dem ein Rotorring für drei Phasen einer Transversalflussmaschine aufgebaut wird. Das Sekundärteilband 11 wurde von einem Endlosband auf die Umfangslänge der Transversalflussmaschine geschnitten. Anschließend wurden rechteckige Ausnehmungen, im Folgenden als Taschen 13 bezeichnet, in das Sekundärteilband 11 gestanzt. Für jede der Phasen ist eine Reihe von Taschen 13 vorgesehen. In diese Taschen 13 werden nun zunächst Sekundärteilelemente 12 positioniert. Dieser Fertigungsschritt funktioniert in Analogie der Bestückung eines Nadellagerkäfigs mit den entsprechenden Wälzkörpern. 5 schematically shows a secondary section band 11 , with which a rotor ring for three phases of a transversal flux machine is built up. The secondary section band 11 was cut from an endless belt to the circumferential length of the transverse flux machine. Subsequently, rectangular recesses were hereafter called pockets 13 referred to, in the secondary section band 11 punched. For each of the phases is a series of pockets 13 intended. In these bags 13 will now be secondary part elements 12 positioned. This manufacturing step works analogously to the placement of a needle roller cage with the corresponding rolling elements.

Selbstverständlich kann das in 5 gezeigte Sekundärteilband 11 auch einreihig ausgebildet werden, so dass es nur eine Reihe von Taschen 13 zur Aufnahme der Sekundärteilelemente 12 genau einer Phase enthält.Of course, that can be done in 5 shown secondary section band 11 also be formed single-breasted, so it only has a number of pockets 13 for receiving the secondary part elements 12 contains exactly one phase.

In 6 ist das Sekundärteilband 11 nach 5 nach einer Bestückung mit den Sekundärteilelementen 12 zu erkennen. Erst nach der Bestückung wird das Sekundärteilband 11 zu einer Ringform um das Primärteil herumgebogen. Bei diesem Biegevorgang tauchen die Sekundärteilelemente 12, die die Rotorzähne der Transversalflussmaschine darstellen, in den von den Schenkeln der U-förmigen Flussleitstücke definierten und in Umfangsrichtung verlaufenden Zwischenraum ein, sodass sie bei einer Bestromung des Leiterringes mit den Schenkeln 5 der Flussleitstücke 1 in elektromagnetische Wechselwirkung treten können.In 6 is the secondary section band 11 to 5 after being fitted with the secondary part elements 12 to recognize. Only after the assembly is the secondary section belt 11 bent into a ring shape around the primary part. During this bending process, the secondary part elements dip 12 , which represent the rotor teeth of the transverse flux machine, in the defined by the legs of the U-shaped flux guides and extending in the circumferential direction a space, so that they energize the conductor ring with the legs 5 the flux guides 1 in electromagnetic interaction can occur.

7 zeigt einen Schnitt durch eine Tasche 13 eines mit einem Sekundärteilelement 12 bestückten Sekundärteilbandes 11. Die Taschen 13 weisen Stege 14 zur Aufnahme des Sekundärteilelements 12 auf, in die Nasen 15 eingeprägt sind. Ferner verlaufen die Stege 14 bei dem zunächst noch flachen Sekundärteilband nicht ganz parallel zueinander sondern spannen eine leichte Trapezform auf. Es entsteht auf einer Seite des Sekundärteilbandes 11 eine größere Öffnung als auf der anderen Seite. An der Seite mit der größeren Öffnung wird das Sekundärteilelement 12 eingefügt, welches an zwei Seiten jeweils eine zu den Nasen 15 korrespondierende Nut 16 aufweist. Durch diese Nut 16 wird der von dem Sekundärteilelement 12 gebildete Rotorzahn 6 zunächst schon einmal formschlüssig innerhalb des Sekundärteilbandes 11 gehaltert. 7 shows a section through a bag 13 one with a secondary part element 12 fitted secondary section belt 11 , The bags 13 have webs 14 for receiving the secondary part element 12 on, in the noses 15 are impressed. Furthermore, the webs run 14 in the initially flat secondary band, not quite parallel to each other, but tension a slight trapezoidal shape. It is created on one side of the secondary section belt 11 a larger opening than on the other side. On the side with the larger opening becomes the secondary part element 12 inserted, which on two sides in each case one to the noses 15 corresponding groove 16 having. Through this groove 16 becomes that of the secondary part element 12 formed rotor tooth 6 first of all already form-fitting within the secondary section belt 11 supported.

8 zeigt das in 7 gezeigte Sekundärteilband 11 nach einem Biegevorgang. Durch den Biegevorgang schmiegen sich nun die Stege 14 des Sekundärteilbandes 11 komplett an die beiden Seiten des Rotorzahns an. Die Nasen 15 greifen vollständig in die Nuten 16 ein. Es entsteht eine spielfreie form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Sekundärteilband 11 und dem Sekundärteilelement 12. 8th shows that in 7 shown secondary section band 11 after a bending process. By the bending process now nestle the webs 14 of the secondary section belt 11 completely on the two sides of the rotor tooth. The noses 15 fully engage in the grooves 16 one. The result is a play-free positive and non-positive connection between the secondary section band 11 and the secondary part element 12 ,

Durch die in den 5 bis 8 beschriebene Fertigungsmethode kann der Rotor einer Transversalflussmaschine mit geringstem Fertigungsaufwand in Analogie zu einer Nadellagerkäftigfertigung hergestellt werden.By in the 5 to 8th described manufacturing method, the rotor of a transverse flux machine with the least manufacturing effort in analogy to a Nadellagerkäftigfertigung be prepared.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Flussleitstückflux conductor
22: teilkreisförmiger Trägerringpart-circular carrier ring
33: PrimärteilsegmentPrimary part segment
44: Basiselementbase element
55: Schenkelleg
66: PrimärteilringPrimary partial ring
77: Verschlussteilclosing part
88th: LeiterringHead ring
99: Abstandsbandstrip gap
1010: Sekundärteilsecondary part
1111: SekundärteilbandSecondary subband
1212: SekundärteilelementAbutment element
1313: TaschenBags
1414: Stegweb
1515: Nasenose
1616: Nutgroove

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0799519 B1 [0004]
DE 19881885 C1 [0024]

Claims

Method for producing a transverse flux machine with the following method steps: - providing at least one conductor ring ( 8th ) for each phase of the transversal flux machine, - providing partial circular primary sub-segments ( 3 ) with at an outer periphery of the primary part segments ( 3 ) arranged flux guides ( 1 ), each having two radial flow-conducting legs ( 5 ), - inserting the partially circular primary segment segments ( 3 ) from the inside of the ladder ring ( 8th ) in the conductor ring ( 8th ) such that the legs ( 5 ) in each case on one of the two axial end sides of the guide ring ( 8th ), wherein the legs ( 5 ) protrude outward in the radial direction over the end faces, and - mechanical connection of the inserted primary part segments ( 3 ) with each other to a fully circular primary part ring ( 6 ).

Method according to claim 1, wherein the flux conducting pieces ( 1 ) U-shaped with an axial flow-conducting base element ( 4 ), to each one of the legs ( 5 ) and the part-circular primary sub-segments ( 3 ) in the conductor ring ( 8th ), that the basic elements ( 4 ) radially inward on the conductor ring ( 8th ) issue.

Method according to claim 1 or 2, wherein the flux conducting pieces ( 1 ) before the insertion of the primary sub-segments ( 3 ) on a part-circular support ring ( 2 ) of the primary sub-segments ( 3 ) are fastened in particular positive and / or non-positive.

Method according to one of the preceding claims, wherein the flux guide pieces ( 1 ) are made of a soft magnetic material, in particular of stacked electric sheets or a sintered material.

Method according to one of the preceding claims, wherein a plurality of part-circular primary sub-segments ( 3 ) are joined together axially before they are placed in a corresponding number of conductor rings ( 8th ) are inserted.

Method according to one of the preceding claims, wherein a plurality of all-circular primary part rings ( 6 ) are joined together axially to a primary part according to the phase and pole pair number of the transverse flux machine.

Method according to one of the preceding claims with the following further method steps: - providing a secondary section strip ( 11 ) for a secondary part ( 10 ) of the transversal flux machine, - fixing of secondary part elements ( 12 ) on an inner side of the secondary part belt ( 11 ), - bending of the secondary band ( 11 ) to a primary part ring ( 6 ) enclosing secondary part ring such that the secondary part elements ( 12 ) radially outside of the conductor ring ( 8th ) lying in the of the radial flow-conducting legs ( 5 ) immerse the air gap defined in the circumferential direction, and - connecting the ends of the secondary part belt ( 11 ) to a fully circular secondary part ring.

Method according to claim 7, wherein the primary part rings ( 6 ) are connected to the secondary part rings to motor rings and these are then joined together according to the phase and Polpaarzahl the transverse flux machine.

Transverse flux machine with - with a fully circular primary part ring, which consists of several peripherally interconnected, part-circular primary sub-segments ( 3 ), - a conductor ring ( 8th ) and - on an outer periphery of the primary part segments ( 6 ) arranged flux guides ( 1 ) each having two radial flow-conducting legs ( 5 ), each of which on one of the two axial end faces of the guide ring ( 8th ) abuts and protrudes in the radial direction outwards beyond the end faces.

Transverse flux machine according to claim 9, wherein the flux conducting pieces ( 1 ) U-shaped with an axial flow-conducting base element ( 4 ), to each one of the legs ( 5 ), wherein the base element ( 4 ) radially inward on the conductor ring ( 8th ) is present.

Transversal flux machine according to Claim 9 or 10, having a secondary part ring which forms the primary part ring ( 6 ) enclosing secondary part band ( 11 ), wherein on the inside of the secondary part belt ( 11 ) Secondary part elements ( 12 ) are arranged radially outside the conductor ring ( 8th ) and in which of the radial flow-conducting legs ( 5 ) are arranged in the circumferential direction defined air gap.

Transverse flux machine according to claim 11, having a number of axially stacked motor rings corresponding to the number of phase and pole pairs of the transverse flux machine, each having a primary part ring ( 6 ) and an associated primary sub-ring ( 6 ) have enclosing secondary part ring.