DE102013109729A1

DE102013109729A1 - Transversalfluss-Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013109729A1
Application number: DE102013109729.4A
Authority: DE
Inventors: Yue Li; Jinyun GAN; Chuiyou ZHOU; Yanfei LIAO; Xiaomei YUAN
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-03-06
Also published as: US20140062242A1; CN103683768B; US9577502B2; CN103683768A

Abstract

Ein Transversalflussmotor (10) umfasst ein Gehäuse (20), einen Stator (50) und einen Rotor (30) der außerhalb des Stators liegt und an dem Gehäuse installiert ist. Der Stator umfasst eine Stator-Baugruppe mit mindestens einem Paar von Statorkernelementen (52), deren jedes mehrere Statorpolzähne (56) hat, die in Umfangsrichtung zu den Polzähnen des anderen Statorkernelements des Paares versetzt sind. Der Rotor hat einen Rotorkörper (32), der ein Element aus einem Stück oder mehrere Rotorkörperlamellen (36) umfasst. Der Rotorkörper hat mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale (40), von denen zumindest einige ihre jeweiligen ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmale (48) für die Positionierung von ersten Magneten (34) umfassen. Zwei benachbarte Magnetfluss-Retentionsmerkmale definieren ein zweites Magnet-Rückhaltungsmerkmal (47) für die Positionierung eines zweiten Magnets (45), der zusammen mit den beiden ersten benachbarten Magneten, die die gleiche Polarität haben und einander zugewandt sind, im Wesentlichen eine U-Form bildet.

Description

HINTERGRUND
Ein typischer Transversalflussmotor (TFM-Motor) ist eine Art eines bürstenlosen Elektromotors und kann im Vergleich zu einem Radialflussmotor bei niedrigeren Drehzahlen ein höheres Drehmoment und eine höhere Leistung erzielen. Ein Transversalflussmotor umfasst normalerweise einen Stator und einen Rotor, der den Stator im Wesentlichen umschließt. Der Stator kann eine oder mehrere Feldwicklungen aufweisen, die in Verbindung stehen, um für den Antrieb des Rotors Drehmagnetflüsse zu erzeugen. Das Magnetfeld in einem Transversalflussmotor ist dreidimensional beschaffen und erfordert daher komplexe numerische Simulationsverfahren (z. B. eine Finite-Elemente-Analyse), um die Magnetfeldverteilung vorherzusagen oder zu schätzen.
Ein üblicher Transversalflussmotor hat ein Gehäuse, das mehrere Magnetflusskonzentratoren enthält, die sich radial in Richtung auf die Mitte des Gehäuses erstrecken. Entsprechend jedem Magnetflusskonzentrator sind zwei Rotor-Permanentmagnete entlang der Umfangsrichtung an der Innenwand des Gehäuses befestigt. Die Magnetflusskonzentratoren haben normalerweise die Form einer Stange oder eines Stabs und sind zum Beispiel durch die Verwendung eines Klebstoffs oder mechanischer Befestigungsverfahren oder ähnlicher Fertigungsprozesse für die Verbindung von zwei Elementen an der Innenwand des Gehäuses befestigt. Auch die Rotor-Permanentmagnete sind normalerweise durch die Anwendung ähnlicher Fertigungsprozesse an der Innenwand des Gehäuses befestigt. Durch die höheren Toleranzen, die durch solche Fertigungsprozesse bedingt sind, zeigt die Positionierung der Magnetflusskonzentratoren oder der Rotor-Permanentmagnete bei Transversalflussmotoren normalerweise größere Variationen oder höhere Toleranzen. Deshalb ist die Leistung der üblichen TFMs typischerweise niedriger als gewünscht und steht daher im Widerspruch zu dem Zweck des Einsatzes von Transversalflussmotoren, nämlich das Erzielen eines höheren Leistungsgrads.
Aus diesem Grund wird ein Transversalflussmotor benötigt, der mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale in dem Rotor und mehrere Magnete sowohl in dem Rotor als auch in dem Stator aufweist und dabei für die gewünschte oder benötigte präzise Positionierung des Rotors, des Stators oder verschiedener Magnete in dem Stator oder in dem Rotor sorgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Ausführungsformen sind auf einen Transversalflussmotor gerichtet, der einen Stator und einen Außenrotor an dem Stator aufweist. Der Stator umfasst eine oder mehrere Baugruppen, deren jede ein oder mehrere Paare von Statorkernelementen umfasst. Ein Statorkernelement hat einen Statorkernkörper und Statorpolzähne, die an dem Statorkernelementkörper angeformt oder separat an diesem befestigt sind. Die Statorpolzähne jedes Paares von Statorkernelementen sind derart hergestellt oder montiert, dass sie in entgegengesetzte Richtungen zeigen und sich entlang des Spalts zwischen den Statorkernelementen in dem Paar verjüngen, um die Gleichmäßigkeit der Magnetfeldverteilung oder Kopplung zu verbessern. Die Statorpolzähne an dem Statorkernelement können zu den Statorpolzähnen eines unmittelbar benachbarten Statorkernelements in einer Umfangsrichtung um einen oder mehrere elektrische Winkel versetzt sein, um eine daraus entstehende Drehmomentwelligkeit, ein daraus entstehendes Rastmoment, eine daraus entstehende Vibration oder daraus entstehende elektromagnetische Störungen zu vermindern. Ein Rastmoment bei bürstenlosen Gleichstrommotoren hat seine Ursache in den Variationen der Magnetfelddichte rund um die Permanentmagnete eines Rotors, wenn diese die ungleichförmige Geometrie der Schlitzöffnung in dem Stator passieren.
Ein Statorkernelement kann ein oder mehrere Materialien umfassen, das oder die die gewünschte magnetische Suszeptibilität oder magnetische Permeabilität aufweisen. Einige Ausführungsformen können ein oder mehrere diamagnetische Materialien für die Statorkernelemente umfassen. Eine Stator-Baugruppe kann auch Feldspulen oder Feldwicklungen zwischen einem Paar von Statorkernelementen aufweisen, um elektrischen Strom in der Umfangsrichtung der Stator-Baugruppe zu führen. In einigen Ausführungsformen kann ein Stator auch eine Welle aufweisen, die im Wesentlichen auf die zentrale Achse der einen oder mehreren Statorkern-Baugruppen ausgerichtet ist, wobei die Welle an einem Rahmen oder an einem sich nicht bewegenden Teil eines Fahrzeugs montiert sein kann. Der Transversalflussmotor kann ferner eine oder mehrere Komponenten aufweisen, deren jede einer Lagerfläche zum Ankoppeln der Welle an das Gehäuse des Transversalflussmotors hat.
Eine Statorkern-Baugruppe kann zur Verbindung mit einer Welle des Stators oder zur Schaffung eines geeigneten Abstands zwischen den Statorkernelementen in der Stator-Baugruppe eine Buchse aufweisen. Die Feldspulen oder die Feldwicklungen können um die Buchse herumgeführt sein, um den Herstellungsprozess für die Wicklung der Feldspulen oder für die Feldwicklungen zu vereinfachen. In einigen Ausführungsformen, in denen der Stator mehrere Stator-Baugruppen umfasst, kann der Stator ferner ein Distanzelement zwischen zwei unmittelbar benachbarten Stator-Baugruppen aufweisen. Das Distanzelement kann eine Komponente aus einem Stück oder mehrere Komponenten umfassen. Ein Distanzelement kann in einigen Ausführungsformen eines oder mehrere Leichtmaterialien wie Kunststoffe oder Polymere umfassen. Ein Distanzelement kann in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Materialien mit einer geringen magnetischen Permeabilität oder einer niedrigen magnetischen Permeabilitätskonstante umfassen, um elektromagnetische Störungen zwischen zwei unmittelbar benachbarten Stator-Baugruppen zu vermindern.
Der Rotor hat einen Rotorkörper, der als einteilige Komponente hergestellt sein kann oder mehrere Lamellen aufweisen kann, die zusammen den Rotorkörper bilden. Der Rotor kann auch ein Gehäuse aufweisen, das eine oder mehrere Positionierungsmerkmale hat, damit der Rotorkörper mit der notwendigen oder gewünschten Präzision in dem Gehäuse positioniert werden kann. Der Rotorkörper kann ferner mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale aufweisen, die entlang eines Umfangs des Rotorkörpers im Wesentlichen gleich verteilt sind und dabei den Raum zwischen zwei benachbarten Magnetfluss-Retentionsmerkmalen als erstes Magnet-Rückhaltungsmerkmal, das für die Installation eines ersten Magnets an dem Rotorkörper genutzt werden kann, freilassen oder definieren. In diesen Ausführungsformen sind diese mehreren Magnetfluss-Retentionsmerkmale ein integraler Teil eines Rotorkörpers und sind nicht separat an dem Gehäuse des Transversalflussmotors installiert.
In einem Magnetfluss-Retentionsmerkmal kann ein zweites Magnet-Rückhaltungsmerkmal enthalten sein, das genutzt wird, um einen zweiten Magnet an dem Rotorkörper zu installieren. Jedes Magnetfluss-Retentionsmerkmal, das erste Magnet-Rückhaltungsmerkmal und das zweite Magnet-Rückhaltungsmerkmal können mit den gewünschten oder notwendigen Toleranzen hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen liegt das magnetische Moment des ersten Magnets im Wesentlichen in der Umfangsrichtung der Rotorkörpers oder in einer zu einem Umfang des Rotorkörpers im Wesentlichen tangentialen Richtung. In einigen Ausführungsformen sind in einem Rotorkörper zwei benachbarte erste Magnete mit gleicher Polarität (d. h. Nordpol oder Südpol) näher zueinander oder einander im Wesentlichen gegenüberliegend installiert. In diesen Ausführungsformen liegt zumindest ein Teil des zweiten Magnet-Rückhaltungsmerkmals zwischen zwei benachbarten ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmalen, um einen zweiten Magnet aufzunehmen.
Das magnetische Moment eines zweiten Magnets liegt im Wesentlichen in der radialen Richtung des Rotorkörpers, an dem der zweite Magnet installiert ist, wobei der zweite Magnet mit der gleichen Polarität wie die der Enden der beiden unmittelbar benachbarten ersten Magnete, die näher zueinander liegen oder einander gegenüberliegen, installiert ist. Der zweite Magnet und seine beiden unmittelbar benachbarten ersten Magnete bilden im Wesentlichen eine U-Form, wenngleich die drei Magnete physisch nicht miteinander verbunden sind, und die beiden ersten Magnete können, jedoch müssen nicht notwendigerweise parallel zueinander angeordnet sein. Ein Rotorkörper kann auch ein oder mehrere vorspringende oder geprägte Merkmale für die Positionierung des Rotorkörpers mit der notwendigen Präzision an dem einen oder den mehreren entsprechenden Merkmalen in dem Gehäuse des Transversalflussmotors aufweisen. Das Gehäuse kann ferner ein oder mehrere Schemas aufweisen, die für die Anbringung des Gehäuses zum Beispiel an einem oder mehreren Antriebsrädern oder an einem Getriebemechanismus eines Fahrzeugs verwendet werden, so dass der Rotor seine Ausgangsleistung auf eines oder mehrere Räder oder auf den Getriebemechanismus überträgt und daher der Motor des Fahrzeugs durch die Drehung oder den Spin des Transversalflussmotors angetrieben wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Rotorkörper mehrere Rotorkörperlamellen, die zusammen den Rotorkörper bilden. Jede Rotorkörperlamelle der Rotorkörperlamellen weist korrespondierende Merkmale auf, so dass diese mehreren Rotorkörperlamellen, wenn sie zur Bildung der Rotorkörpers aufeinandergeschichtet sind, zusammen die Merkmale wie die Magnetfluss-Retentionsmerkmale, die ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmale, die zweiten Magnet-Rückhaltungsmerkmale und das eine oder die mehreren vorspringenden oder geprägten Merkmale an dem Rotorkörper definieren. Es sollte beachtet werden, dass zwar verschiedene der hier beschriebenen Ausführungsformen auf einen Elektromotor oder einen Transversalflussmotor gerichtet sind, dass aber verschiedene Merkmale ebenso in anderen Rotationsvorrichtungen zur Energieumwandlung enthalten sein können, zum Beispiel in einem Stromgenerator. Aus diesem Grund ist die Angabe eines Transversalflussmotors nicht als Einschränkung des Schutzumfangs des Ansprüche oder des Schutzumfangs anderer Implementierungen alleine auf einen Transversalflussmotor, der andere Arten von Elektromotoren auszuschließt, gedacht. Darüber hinaus ist die Angabe eines Motors oder eines Transversalflussmotors nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche oder des Schutzumfangs anderer Implementierungen nur auf einen Motor gedacht, der andere Arten von Rotationsvorrichtungen zur Energieumwandlung ausschließt, sofern dieser Ausschluss nicht ausdrücklich erwähnt ist oder beansprucht wird.
Einige erste Ausführungsformen sind auf eine Rotationsvorrichtung gerichtet, die ein Gehäuse für die Rotationsvorrichtung, einen Stator mit einer ersten Stator-Baugruppe, die ein erstes Statorkernelement mit einer ersten Vielzahl von Statorpolzähnen und ein dem ersten Statorkernelement in einer axialen Richtung benachbartes zweites Statorkernelement mit einer zweiten Vielzahl von zur ersten Vielzahl von Statorpolzähnen in Umfangsrichtung versetzten Statorpolzähnen umfasst, und einen Rotor, der den Stator umschließt und einen an einer Innenwand des Gehäuses befestigten Rotorkörper umfasst, der eine Vielzahl von entlang der axialen Richtung geschichteten Rotorkörperlamellen und eine Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen, die sich radial in Richtung auf den Stator erstrecken, und eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, die zwischen benachbarten Paaren der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen des Rotorkörpers angeordnet sind.
In diesen ersten Ausführungsformen umfasst das Gehäuse ferner ein erstes Positionierungsmerkmal an der Innenwand, und der Rotorkörper umfasst ein zu dem ersten Positionierungsmerkmal passendes zweites Positionierungsmerkmal. In einigen der ersten Ausführungsformen umfasst das erste Statorkernelement ferner eine Vielzahl von Vorsprüngen, und die Vielzahl von ersten Statorpolzähnen des ersten Statorkernelements ist an der Vielzahl von Vorsprüngen angeordnet. Zusätzlich oder wahlweise umfasst das Gehäuse in einigen Ausführungsformen ferner ein erstes Befestigungsschema für die Anbringung des Gehäuses an einem beweglichen Teil einer externen Vorrichtung, und der Stator umfasst ferner eine Welle für die Anbringung des Stators an einem unbeweglichen Teil der externen Vorrichtung. In einigen der ersten Ausführungsformen umfasst die erste Stator-Baugruppe eine erste Feldwicklung, die zwischen dem ersten Statorkernelement und dem zweiten Statorkernelement angeordnet ist.
Der Stator kann in einigen der ersten Ausführungsformen ferner eine zweite Stator-Baugruppe umfassen, die der ersten Stator-Baugruppe in der axialen Richtung benachbart ist und die ein drittes Statorkernelement mit einer dritten Vielzahl von Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung zur zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, und ein viertes Statorkernelement mit einer vierten Vielzahl von Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung zur dritten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, aufweist. In einigen der unmittelbar vorgehenden Ausführungsformen umfasst der Stator ferner ein Distanzelement, das zwischen der ersten Stator-Baugruppe und der zweiten Stator-Baugruppe angeordnet ist. In einigen der ersten Ausführungsformen hat der Rotorkörper ferner eine Vielzahl von Öffnungen, die an die Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen angrenzt, und der Rotor umfasst ferner eine Vielzahl von zweiten Magneten, die in der Vielzahl von Öffnungen in dem Rotorkörper angeordnet ist.
In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen hat die Vielzahl von ersten Magneten eine erste Orientierung von magnetischen Momenten im Wesentlichen tangential zu den Umfangsrichtungen des Rotorkörpers, und die Vielzahl von zweiten Magneten hat eine zweite Orientierung von magnetischen Momenten, die im Wesentlichen in radialen Richtungen des Rotorkörpers ausgerichtet ist. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen hat ein Paar der Vielzahl von ersten Magneten, das einander benachbart ist, gleichnamige Magnetpole, die sich gegenüberliegen, und einer der Vielzahl von zweiten Magneten, der dem Paar der Vielzahl von ersten Magneten benachbart ist, hat einen Magnetpol, der identisch ist mit den sich gegenüberliegenden gleichnamigen Magnetpolen des Paares der ersten Magnete.
Einige zweite Ausführungsformen sind auf einen Transversalflussmotor gerichtet, umfassend ein Gehäuse, einen Stator und einen den Stator umschließenden Rotor. In diesen Ausführungsformen umfasst der Stator eine Welle und eine erste Stator-Baugruppe, die an der Welle befestigt ist und eine erste Vielzahl von in einem ersten Kreis angeordneten Statorpolzähnen und eine zweite Vielzahl von in einem zweiten Kreis angeordneten und in Umfangsrichtung zu der ersten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzten Statorpolzähnen aufweist. Außerdem hat der den Stator umschließende Rotor einen Rotorkörper, der an einer Innenwand des Gehäuses befestigt ist und eine Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen aufweist, die sich radial in Richtung auf den Stator erstrecken, und eine Vielzahl von Öffnungen an der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen angrenzend an das Gehäuse, eine Vielzahl von ersten Permanentmagneten, die zwischen den benachbarten Paaren der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen des Rotorkörpers angeordnet ist, und eine Vielzahl von zweiten Permanentmagneten, die in der Vielzahl von Öffnungen angeordnet ist.
In einigen der zweiten Ausführungsformen umfasst die erste Stator-Baugruppe ferner eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen und eine Vielzahl von zweiten Vorsprüngen, und die Vielzahl von ersten Statorpolzähnen und die Vielzahl von zweiten Statorpolzähnen sind jeweils an der Vielzahl von ersten Vorsprüngen und an der Vielzahl von zweiten Vorsprüngen angeordnet. In einigen der zweiten Ausführungsformen umfasst die erste Stator-Baugruppe ferner eine erste Feldwicklung, die zwischen dem ersten Kreis der Vielzahl der ersten Statorpolzähne und dem zweiten Kreis der Vielzahl der zweiten Statorpolzähne angeordnet ist. Zusätzlich oder wahlweise kann der Stator ferner eine der ersten Stator-Baugruppe in einer axialen Richtung benachbarte zweite Stator-Baugruppe umfassen, die eine dritte Vielzahl von Statorpolzähnen, die in einem zu dem zweiten Kreis parallelen dritten Kreis angeordnet und in Umfangsrichtung zu der zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt ist, und eine vierte Vielzahl von Statorpolzähnen, die in einem zu dem dritten Kreis parallelen vierten Kreis angeordnet und in Umfangsrichtung zu der dritten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt ist, aufweist.
In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen umfasst der Stator ferner einen Distanzhalter, der zwischen der ersten Stator-Baugruppe und der zweiten Stator-Baugruppe angeordnet ist. Zusätzlich oder wahlweise ist in einigen Ausführungsformen die zweite Vielzahl von zweiten Statorpolzähnen zur ersten Vielzahl von Statorpolzähnen an der ersten Stator-Baugruppe in einer vorgegebenen Umfangsrichtung um einen vorgegebenen Winkel versetzt, und die vierte Vielzahl von Statorpolzähnen ist zur dritten Vielzahl von Statorpolzähnen an der zweiten Stator-Baugruppe in der vorgegebenen Umfangsrichtung um den vorgegebenen Winkel versetzt. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen ist die dritte Vielzahl von Statorpolzähnen an der zweiten Stator-Baugruppe zur zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen an der ersten Stator-Baugruppe in einer vorgegebenen Umfangsrichtung um den vorgegebenen Winkel versetzt.
In einigen der zweiten Ausführungsformen umfasst der Rotorkörper eine Vielzahl von Rotorkörperlamellen, die entlang einer axialen Richtung aneinandergeschichtet sind. In einigen der zweiten Ausführungsformen hat die Vielzahl von ersten Magneten eine erste Orientierung von magnetischen Momenten im Wesentlichen tangential zu Umfangsrichtungen des Rotorkörpers, und die Vielzahl von zweiten Magneten hat eine zweite Orientierung von magnetischen Momenten, die im Wesentlichen in radialen Richtungen des Rotorkörpers ausgerichtet ist. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen hat ein zueinander benachbartes Paar der Vielzahl von ersten Magneten gleichnamige Magnetpole, die sich gegenüberliegen, und einer der Vielzahl von zweiten Magneten, der dem Paar der Vielzahl der ersten Magneten benachbart ist, hat einen Magnetpol, der identisch ist mit den sich gegenüberliegenden gleichnamigen Magnetpolen des Paares der ersten Magnete.
Einige alternative erste Ausführungsformen sind auf ein Verfahren für den Antrieb eines Fahrzeugs mit einem Transversalflussmotor gerichtet, wobei das Verfahren einen Schritt des Identifizierens eines Transversalflussmotors mit einem Gehäuse, einer Welle, einem Stator und einem Außenrotor an dem Stator, einen Schritt des Identifizierens eines ersten Befestigungsmerkmals an dem Gehäuse, einen Schritt der Anbringung des Gehäuses des Transversalflussmotors an einem Antriebsteil des Fahrzeugs unter Verwendung eines an dem Gehäuse vorgesehenen ersten Befestigungsschemas und einen Schritt des Anbringens der Welle des Transversalflussmotors an einem unbeweglichen Teil des Fahrzeugs umfasst. In diesen Ausführungsformen hat der Rotor einen Rotorkörper und ist an dem Gehäuse angebracht, um mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale an dem Rotorkörper von dem Gehäuse zu trennen. In einigen dieser alternativen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner einen Schritt des Bestimmens eines elektrischen Winkels für den Stator und einen Schritt des Verminderns einer durch Drehmomentschwankungen verursachten Wirkung durch ein Versetzen erster mehrerer Statorpolzähne an dem ersten Statorkernelement zu zweiten mehreren Statorpolzähnen an einem zweiten Statorkernelement in Umfangsrichtung unter dem ersten elektrischen Winkel umfassen.
Zusätzlich oder wahlweise kann das Verfahren in einigen dieser alternativen ersten Ausführungsformen ferner einen Schritt des Bestimmens eines zweiten elektrischen Winkels für den Stator und einen Schritt des Verminderns einer durch Drehmomentschwankungen verursachten Wirkung durch ein Versetzen erster mehrerer Statorpolzähne an einer ersten Stator-Baugruppe zu zweiten mehreren Statorpolzähnen an einer zweiten Stator-Baugruppe des Stators um den zweiten elektrischen Winkel umfassen. In einigen dieser alternativen ersten Ausführungsformen kann das Verfahren ferner einen Schritt des Identifizierens eines oder mehrerer erster Positionierungsmerkmale an dem Gehäuse des Transversalflussmotors, einen Schritt des Identifizierens eines oder mehrerer zweiter Positionierungsmerkmale an dem Rotor und einen Schritt des Verbesserns einer Leistungscharakteristik des Transversalflussmotors durch ein Übereinstimmen der ersten Positionierungsmerkmale an dem Gehäuse mit einem oder mehreren zweiten Positionierungsmerkmalen an dem Rotor für die Positionierung der mehreren Magnetfluss-Retentionsmerkmale an dem Rotorkörper umfassen. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen umfasst die Leistungscharakteristik des Transversalflussmotors einen Leistungsgrad des Transversalflussmotors, und die durch Drehmomentschwankungen verursachte Wirkung umfasst eine Vibration oder eine elektromagnetische Störung oder ein Rastmoment oder eine Drehmomentwelligkeit oder mehrere dieser Erscheinungen.
Eine detaillierte Erläuterung der verbesserten Rotationsvorrichtung erfolgt unter dem Abschnitt ”Detailbeschreibung”, wobei auf die 1 bis 7 Bezug genommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen sind Konstruktion und Zweckmäßigkeit von Ausführungsformen dargestellt, wobei ähnliche Elemente mit den gleichen allgemeinen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, die lediglich Ausführungsbeispiele darstellen und somit nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche zu betrachten sind.
1 ist eine perspektivische Außenansicht einer beispielhaften Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung in einigen Ausführungsformen;
2A–E sind jeweils perspektivische Darstellungen weiterer Details der beispielhaften Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung in einigen Ausführungsformen;
3A–B zeigen jeweils weitere Details rund um den Rotor 30 der in den 1 und 2A–E dargestellten exemplarischen Rotationsvorrichtung 10 in weiteren Ausführungsformen;
4 ist eine perspektivische Darstellung eines montierten beispielhaften Stators 50 in einigen Ausführungsformen;
5 zeigt einen beispielhaften Stator 50 in einigen Ausführungsformen;
6 ist eine perspektivische Darstellung eines Kreissektors eines beispielhaften Rotors und eines Stators in einem beispielhaften Transversalflussmotor in einigen Ausführungsformen;
7 ist eine perspektivische Darstellung eines Kreissektors eines beispielhaften Rotors und eines Stators in einem beispielhaften Transversalflussmotor in einigen Ausführungsformen.
DETAILBESCHREIBUNG
Nachstehend werden verschiedene Merkmale unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und dass konstruktions- oder funktionsgleiche Elemente in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Ebenfalls sollte beachtet werden, dass die Figuren lediglich dem Zweck der Erläuterung und der besseren Beschreibung von Merkmalen dienen, sofern in der Beschreibung nicht ausdrücklich anders erwähnt und sofern in einem oder mehreren Ansprüchen nicht ausdrücklich anders beansprucht. Die Zeichnungsfiguren und die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen sind keine erschöpfende Darstellung oder Beschreibung von verschiedenen weiteren Ausführungsformen und stellen keine Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche oder des Umfangs einiger anderer Ausführungsformen dar, die sich dem Fachmann angesichts der in vorliegender Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen erschließen. Im Übrigen muss eine dargestellte Ausführungsform nicht sämtliche der dargestellten Aspekte und Vorteile aufweisen.
Einige erste Ausführungsformen sind auf eine Rotationsvorrichtung gerichtet, umfassend ein Gehäuse für die Rotationsvorrichtung, einen Stator mit einer ersten Stator-Baugruppe, die ein erstes Statorkernelement mit einer ersten Vielzahl von Statorpolzähnen und ein dem ersten Statorkernelement in einer axialen Richtung benachbartes zweites Statorkernelement mit einer zweiten Vielzahl Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung zur ersten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, aufweist, und einen den Stator umschließenden Rotor mit einem an einer Innenwand des Gehäuses befestigten Rotorkörper, der eine Vielzahl von Rotorlamellen, die entlang einer axialen Richtung aneinandergeschichtet sind, und eine Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen, die sich radial in Richtung auf den Stator erstrecken, und eine Vielzahl von ersten Permanentmagneten, die zwischen benachbarten Paaren der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmale des Rotorkörpers angeordnet sind, aufweist.
In diesen ersten Ausführungsformen umfasst das Gehäuse ferner ein erstes Positionierungsmerkmal an der Innenwand, und der Rotorkörper umfasst ein zu dem ersten Positionierungsmerkmal passendes zweites Positionierungsmerkmal. In einigen der ersten Ausführungsformen umfasst das Statorkernelement ferner eine Vielzahl von Vorsprüngen, und die Vielzahl der ersten Statorpolzähne des ersten Statorkernelements ist an der Vielzahl von Vorsprüngen angeordnet. Zusätzlich oder wahlweise umfasst das Gehäuse in einigen der ersten Ausführungsformen ferner ein erstes Befestigungsschema zur Anbringung des Gehäuses an einem beweglichen Teil einer externen Vorrichtung, und der Stator umfasst ferner eine Welle zur Anbringung des Stators an einem unbeweglichen Teil der externen Vorrichtung. In einigen der ersten Ausführungsformen umfasst die erste Stator-Baugruppe ferner eine erste Feldwicklung, die zwischen dem ersten Statorkernelement und dem zweiten Statorkernelement angeordnet ist.
Der Stator kann in einigen der ersten Ausführungsformen ferner eine zweite Stator-Baugruppe umfassen, die der ersten Stator-Baugruppe in der axialen Richtung benachbart ist und die ein drittes Statorkernelement mit einer dritten Vielzahl von Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung zur zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, und ein viertes Statorkernelement mit einer vierten Vielzahl von Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung zur dritten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, aufweist. In einigen der unmittelbar vorgehenden Ausführungsformen umfasst der Stator ferner ein Distanzelement, das zwischen der ersten Stator-Baugruppe und der zweiten Stator-Baugruppe angeordnet ist. In einigen der ersten Ausführungsformen hat der Rotorkörper ferner eine Vielzahl von Öffnungen, die an die Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen angrenzt, und der Rotor umfasst ferner eine Vielzahl von zweiten Magneten, die in der Vielzahl von Öffnungen in dem Rotorkörper angeordnet ist.
In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen hat die Vielzahl von ersten Magneten eine erste Orientierung von magnetischen Momenten im Wesentlichen tangential zu Umfangsrichtungen des Rotorkörpers, und die Vielzahl von zweiten Magneten hat eine zweite Orientierung von magnetischen Momenten, die im Wesentlichen in radialen Richtungen des Rotorkörpers ausgerichtet ist. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen hat ein Paar der Vielzahl von ersten Magneten, das einander benachbart ist, gleichnamige Magnetpole, die sich gegenüberliegen, und einer der Vielzahl von zweiten Magneten, der dem Paar der Vielzahl von ersten Magneten benachbart ist, hat einen Magnetpol, der identisch ist mit den sich gegenüberliegenden gleichnamigen Magnetpolen des Paares der ersten Magnete.
Einige zweite Ausführungsformen sind auf einen Transversalflussmotor gerichtet, umfassend ein Gehäuse, einen Stator und einen den Stator umschließenden Rotor. In diesen Ausführungsformen umfasst der Stator eine Welle und eine erste Stator-Baugruppe, die an der Welle befestigt ist und eine erste Vielzahl von in einem ersten Kreis angeordneten Statorpolzähnen und eine zweite Vielzahl von in einem zweiten Kreis angeordneten und in Umfangsrichtung zu der ersten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzten Statorpolzähnen aufweist. Außerdem hat der den Stator umschließende Rotor einen Rotorkörper, der an einer Innenwand des Gehäuses befestigt ist und eine Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen aufweist, die sich radial in Richtung auf den Stator erstrecken, und eine Vielzahl von Öffnungen an der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen angrenzend an das Gehäuse, eine Vielzahl von ersten Permanentmagneten, die zwischen den benachbarten Paaren der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen des Rotorkörpers angeordnet sind, und eine Vielzahl von zweiten Permanentmagneten, die in der Vielzahl von Öffnungen angeordnet sind.
In einigen der zweiten Ausführungsformen umfasst die erste Stator-Baugruppe ferner eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen und eine Vielzahl von zweiten Vorsprüngen, und die Vielzahl von ersten Statorpolzähnen und die Vielzahl von zweiten Statorpolzähnen sind jeweils an der Vielzahl von ersten Vorsprüngen und an der Vielzahl von zweiten Vorsprüngen angeordnet. In einigen der zweiten Ausführungsformen umfasst die erste Stator-Baugruppe ferner eine erste Feldwicklung, die zwischen dem ersten Kreis der Vielzahl der ersten Statorpolzähne und dem zweiten Kreis der Vielzahl der zweiten Statorpolzähne angeordnet ist. Zusätzlich oder wahlweise kann der Stator ferner eine der ersten Stator-Baugruppe in einer axialen Richtung benachbarte zweite Stator-Baugruppe umfassen, die eine dritte Vielzahl von Statorpolzähnen, die in einem zu dem zweiten Kreis parallelen dritten Kreis angeordnet und in Umfangsrichtung zu der zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, und eine vierte Vielzahl von Statorpolzähnen, die in einem zu dem dritten Kreis parallelen vierten Kreis angeordnet und in Umfangsrichtung zu der dritten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, aufweist.
In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen umfasst der Stator ferner einen Distanzhalter, der zwischen der ersten Stator-Baugruppe und der zweiten Stator-Baugruppe angeordnet ist. Zusätzlich oder wahlweise ist in einigen Ausführungsformen die zweite Vielzahl von zweiten Statorpolzähnen zur ersten Vielzahl von Statorpolzähnen an der ersten Stator-Baugruppe in einer vorgegebenen Umfangsrichtung um einen vorgegebenen Winkel versetzt, und die vierte Vielzahl von Statorpolzähnen ist zur dritten Vielzahl von Statorpolzähnen an der zweiten Stator-Baugruppe in der vorgegebenen Umfangsrichtung um den vorgegebenen Winkel versetzt. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen ist die dritte Vielzahl von Statorpolzähnen an der zweiten Stator-Baugruppe zur zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen an der ersten Stator-Baugruppe in einer vorgegebenen Umfangsrichtung um den vorgegebenen Winkel versetzt.
In einigen der zweiten Ausführungsformen umfasst der Rotorkörper eine Vielzahl von Rotorkörperlamellen, die entlang einer axialen Richtung aneinandergeschichtet sind. In einigen der zweiten Ausführungsformen hat die Vielzahl von ersten Magneten eine erste Orientierung von magnetischen Momenten im Wesentlichen tangential zu Umfangsrichtungen des Rotorkörpers, und die Vielzahl von zweiten Magneten hat eine zweite Orientierung von magnetischen Momenten, die im Wesentlichen in radialen Richtungen des Rotorkörpers ausgerichtet ist. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen hat ein zueinander benachbartes Paar der Vielzahl von ersten Magneten gleichnamige Magnetpole, die sich gegenüberliegen, und einer der Vielzahl von zweiten Magneten, der dem Paar der Vielzahl der ersten Magneten benachbart ist, hat einen Magnetpol, der identisch ist mit den sich gegenüberliegenden gleichnamigen Magnetpolen des Paares der ersten Magnete.
Einige alternative erste Ausführungsformen sind auf ein Verfahren für den Antrieb eines Fahrzeugs mit einem Transversalflussmotor gerichtet, wobei das Verfahren einen Schritt des Identifizierens eines Transversalflussmotors mit einem Gehäuse, einer Welle, einem Stator und einem Außenrotor an dem Stator, einen Schritt des Identifizierens eines ersten Befestigungsmerkmals an dem Gehäuse, einen Schritt der Anbringung des Gehäuses des Transversalflussmotors an einem Antriebsteil des Fahrzeugs unter Verwendung eines an dem Gehäuse vorgesehenen ersten Befestigungsschemas und einen Schritt des Anbringens der Welle des Transversalflussmotors an einem unbeweglichen Teil des Fahrzeugs umfasst. In diesen Ausführungsformen hat der Rotor einen Rotorkörper und ist an dem Gehäuse angebracht, um mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale an dem Rotorkörper von dem Gehäuse zu trennen. In einigen dieser alternativen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner einen Schritt des Bestimmens eines elektrischen Winkels für den Stator und einen Schritt des Verminderns einer durch Drehmomentschwankungen verursachten Wirkung durch ein Versetzen erster mehrerer Statorpolzähne an dem ersten Statorkernelement zu zweiten mehreren Statorpolzähnen an einem zweiten Statorkernelement in Umfangsrichtung um den ersten elektrischen Winkel umfassen.
Zusätzlich oder wahlweise kann das Verfahren in einigen dieser alternativen ersten Ausführungsformen ferner einen Schritt des Bestimmens eines zweiten elektrischen Winkels für den Stator und einen Schritt des Verminderns einer durch Drehmomentschwankungen verursachten Wirkung durch ein Versetzen erster mehrerer Statorpolzähne an einer ersten Stator-Baugruppe zu zweiten mehreren Statorpolzähnen an einer zweiten Stator-Baugruppe des Stators um den zweiten elektrischen Winkel umfassen. In einigen dieser alternativen ersten Ausführungsformen kann das Verfahren ferner einen Schritt des Identifizierens eines oder mehrerer erster Positionierungsmerkmale an dem Gehäuse des Transversalflussmotors, einen Schritt des Identifizierens eines oder mehrerer zweiter Positionierungsmerkmale an dem Rotor und einen Schritt des Verbesserns einer Leistungscharakteristik des Transversalflussmotors durch ein Übereinstimmen der ersten Positionierungsmerkmale an dem Gehäuse mit einem oder mehreren zweiten Positionierungsmerkmalen an dem Rotor für die Positionierung der mehreren Magnetfluss-Retentionsmerkmale an dem Rotorkörper umfassen. In einigen der unmittelbar vorhergehenden Ausführungsformen umfasst die Leistungscharakteristik des Transversalflussmotors einen Leistungsgrad des Transversalflussmotors, und die durch Drehmomentschwankungen verursachte Wirkung umfasst eine Vibration oder eine elektromagnetische Störung oder ein Rastmoment oder eine Drehmomentwelligkeit oder mehrere dieser Erscheinungen. {Nur für den anzunehmenden Fall soll diese Angabe in der Beschreibung verbleiben.}
1 ist eine perspektivische Außenansicht einer beispielhaften Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung in einigen Ausführungsformen. Die 2A–E sind perspektivische Darstellungen weiterer Details der beispielhaften Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung in einigen Ausführungsformen. In diesen Ausführungsformen umfasst die beispielhafte Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung 10 eine Welle 54, ein Gehäuse 20, einen an der Innenseite des im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses 20 angeordneten Rotor 30 und einen Stator 50, von dem zumindest ein Teil in dem Rotor 30 eingeschlossen ist. In einigen dieser Ausführungsformen kann der Rotor 30 an der Innenwand des Gehäuses 20 befestigt sein.
Es sollte beachtet werden, dass das Gehäuse 20 in 1 eine im Wesentlichen zylindrische Form hat. Gleichwohl kann das Gehäuse 20 der beispielhaften Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung 10 entsprechend den konstruktiven oder anwendungsbezogenen Anforderungen auch andere Formen aufweisen. In einigen dieser Ausführungsformen, die in den 1 und 2A–E dargestellt sind, kann das Gehäuse 20 ferner eine erste Abdeckung 24 und eine zweite Abdeckung 26 aufweisen. In einigen der Ausführungsformen, die in 2A dargestellt sind, kann die erste Abdeckung 24 einen lösbaren oder nichtlösbaren Vorsprung 2501 aufweisen, der eine Öffnung 21 hat, die für die Befestigung der beispielhaften Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung 10 an anderen Anwendungen verwendet werden kann. Zumindest eine der ersten Abdeckung 24 und zweiten Abdeckung 26 kann ein oder mehrere Positionierungsmerkmale aufweisen, um diese zumindest eine Abdeckung gegenüber dem Gehäuse 20 oder den Rotor 30 gegenüber dem Gehäuse 20 mit der gewünschten oder notwendigen Präzision oder den gewünschten oder notwendigen Toleranzen zu positionieren.
Wie in 2A dargestellt ist, kann der lösbare oder nichtlösbare Vorsprung 2501 ein rundringförmiges Bauelement sein, das in einigen Ausführungsformen (z. B. durch Befestigungselemente oder eingebaute Befestigungsmerkmale etc.) lösbar an der ersten Abdeckung 24 oder in einigen anderen Ausführungsformen (z. B. mittels Kleben, maschineller Bearbeitung, Schweißen, Löten oder anderer Fertigungsprozesse für das Zusammenfügen von zwei Materialteilen) unlösbar an der ersten Abdeckung 25 befestigt sein kann. Der Vorsprung 2501 kann in einigen Ausführungsformen auch ein Keilverbindungsmerkmal 2502 aufweisen, um eine richtige Orientierung zwischen dem Vorsprung 2501 und damit der beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 sicherzustellen, sowie eine Verbindungsvorrichtung umfassen. Das Keilverbindungsmerkmal 2502 kann in einigen Ausführungsformen einen Ausschnitt in dem Vorsprung 2501 oder einen weiteren Vorsprung aus dem Vorsprung 2501 umfassen.
Die Welle 54 der beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 kann in einigen Ausführungsformen durch die Verwendung eines Lagers 90 mit dem Vorsprung 2501 verbunden sein. In einigen anderen Ausführungsformen können für die Verbindung der Welle 54 mit dem Vorsprung 2501 eine Hülse, eine Buchse oder andere Vorrichtungen oder Elemente verwendet werden, die eine Lagerfläche bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Abdeckung 24 ferner eine oder mehrere Öffnungen aufweisen (z. B. gleiche oder unterschiedliche Gewindebohrungen oder Durchgangsbohrungen, Bohrungen mit Gewindeeinsätzen, Ansenkungen oder Einsenkungen etc.), wovon einige nicht nur für die Festlegung der Abdeckung 24 an dem Gehäuse 20, sondern auch für die Festlegung der Permanentmagnet-Rotationsvorrichtung 10 an anderen Anwendungen oder umgekehrt verwendet werden können. In einigen dieser Ausführungsformen, die in 2A dargestellt sind, umfasst der Stator 50 eine Welle und zwei Stator-Baugruppen.
Jede Stator-Baugruppe hat in einigen Ausführungsformen zwei Statorkernelemente (52), eine Buchse, ein Lager oder eine Hülse etc., 55 (siehe 4; und im Folgenden kollektiv als ”Buchse” bezeichnet). In einigen dieser Ausführungsformen ist die Buchse 55 durch geeignete Mittel fest an der Welle 54 montiert, um ein Statorkernelement 52 an der Welle 54 anzubringen. Ein Statorkernelement (52) kann in einigen Ausführungsformen ferner mehrere Statorpolzähne 56 (siehe 2) aufweisen. In einigen dieser Ausführungsformen kann die Anzahl der Statorpolzähne 56 zumindest teilweise zum Beispiel auf der Basis der Drehmomentanforderungen des Transversalflussmotors (TFM), der Periodizität pro Umdrehung der Drehmomentanforderungen, der Betriebsdrehzahlen des Transversalflussmotors etc. bestimmt werden, ohne hierauf beschränkt zu sein.
In einigen dieser Ausführungsformen, die in den 2A–E dargestellt sind, kann jede Stator-Baugruppe eine Feldwicklung 58 aufweisen, die an der Buchse 55 ausgeführt sein kann und die dadurch zwischen zwei benachbarte Statorkernelemente 52 der Stator-Baugruppe geschaltet ist. In einigen Ausführungsformen, in denen der Stator mehrere Stator-Baugruppen aufweist, können sich die Stator-Baugruppen eine gemeinsame Buchse 55 teilen. In einigen anderen Ausführungsformen kann jede der mehreren Stator-Baugruppen ihre eigene Buchse 55 für die Verbindung mit der Welle 54 aufweisen. 2B zeigt einen Querschnitt eines Teils des beispielhaften Stators 50 zur Darstellung der relativen Positionen verschiedener in dieser Figur gezeigter Komponenten. In einigen dieser Ausführungsformen, die in den 2A–E gezeigt sind, umfasst das Statorkernelement 52 ein zahnradähnliches Bauelement, das einen Statorkernkörper 64 (siehe 4) mit mehreren Vorsprüngen 66 hat, die entlang des Umfangs des Statorkernelementkörpers 64 gleichmäßig verteilt sind, wobei sich jeder Vorsprung 66 entlang einer radialen Richtung nach außen erstreckt.
In einigen Ausführungsformen kann ein Statorkernelementkörper 64 eine im Wesentlichen kreisförmige Platte mit mehreren Vorsprüngen 66 für die Aufnahme eines entsprechenden Statorpolzahns 66 umfassen. Es sollte beachtet werden, dass in einigen anderen Ausführungsformen andere geometrische Formen wie beispielsweise verschiedene polygonale Formen für den Statorkernelementkörper 64 ebenfalls denkbar sind und dass der Statorkernelementkörper 64, der die in den 2A–E dargestellte kreisförmige Platte aufweist, nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche oder des Schutzumfangs anderer Ausführungsformen zu interpretieren ist, sofern das nicht ausdrücklich anders angegeben oder beansprucht ist. Jeder der mehreren Statorpolzähne 56 kann in einigen Ausführungsformen an einem entsprechenden Vorsprung 66 (z. B. durch maschinelle Bearbeitung) angeformt sein oder lösbar an dem entsprechenden Vorsprung 66 befestigt sein (z. B. durch die Verwendung eines Befestigungselements oder von Befestigungselementen oder durch ein Schweiß-, Lot- oder Klebeverfahren oder andere Vorgehensweisen für das Verbinden von Materialien). 2D ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Vorsprungs 66 und eines Statorpolzahns 56 in einigen Ausführungsformen.
2D zeigt ferner die räumlichen Verhältnisse zwischen verschiedenen Komponenten in dem Stator 50 in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 2D zwei Stator-Baugruppen, die ein Distanzelement 60 zwischen sich aufnehmen, und jede Stator-Baugruppe hat mehrere Statorpolzähne 56 und zwei Statorkernelemente 52 (siehe z. B. die 2B und 4 bis 6), die in diesen Ausführungsformen die entsprechende Wicklung 58 zwischen sich aufnehmen. In einigen dieser Ausführungsformen kann das Distanzelement 60 eine im Wesentlichen kreisförmige Platte mit einer Öffnung für die Aufnahme der Welle 54 umfassen. In einigen anderen Ausführungsformen kann das Distanzelement 60 mehrere Teile umfassen, zum Beispiel zwei halbkreisförmige Platten oder mehrere Segmente einer kreisförmigen Platte.
Ein Segment ist ein Teil einer vollständigen kreisförmigen Platte und umfasst einen Teil des Umfangs der kreisförmigen Platte, der kleiner als ein Halbkreis ist, und eine Sehne, deren Länge kürzer als der Durchmesser der entsprechenden kreisförmigen Platte ist. Dadurch ist ein Segment kleiner als die halbkreisförmige Platte. Das Distanzelement 60 kann in einigen Ausführungsformen ein Material mit einer geringen magnetischen Permeabilität oder mit einer niedrigen magnetischen Permeabilitätskonstante umfassen, um elektromagnetische Störungen zwischen den beiden Stator-Baugruppen zu vermindern. Zum Beispiel kann das Distanzelement 60 einige Kunststoff- oder Keramikmaterialien mit niedriger magnetischer Permeabilität umfassen, um Störungen zu vermindern, die durch das jeweilige Magnetfeld verursacht werden, das durch jede Stator-Baugruppe und den Rotor 30 einer beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen kann das Distanzelement 60 Leichtmaterialien umfassen, zum Beispiel Kunststoffmaterialien, um das Gesamtgewicht der beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 zu verringern.
In einigen Ausführungsformen kann das Distanzelement 60 in Verbindung mit einer Rotorkörperlamelle 36 (siehe 3A–B) wirken, um Störungen zu verringern, die durch die jeweiligen Magnetfelder verursacht werden, die durch die Stator-Baugruppen und den Rotor 30 einer beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Statorkernelemente 52, die Buchse 55, die Statorpolzähne 56 oder verschiedene andere Teile des Stators 50 ihre jeweiligen Materialen umfassen, die eine hohe magnetische Suszeptibilität oder eine hohe magnetische Permeabilität aufweisen, um die Magnetfeldverteilung in der beispielhaften Rotationsvorrichtung zu verbessern. 2E zeigt weitere Details bezüglich einer Rotoranordnung 30 und des Gehäuses 20 (siehe z. B. 1) der beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 2E einen Rotor 30 und ein entsprechendes Gehäuse 20 einer beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 in einigen Ausführungsformen.
In einigen dieser Ausführungsformen kann der Rotor 30 mehrere erste Magnete 34, mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale oder Magnetflusskonzentratoren 46 (im Folgenden kollektiv als ”Magnetfluss-Retentionsmerkmal” bezeichnet), einen ersten Rotorkörper 32 mit einer Außenwand 44 und einen zwischen dem ersten Rotorkörper 32 und einem zweiten Rotorkörper liegenden Distanzring 37 umfassen. Weitere Details betreffend den ersten Rotorkörper 32 sind in den 3A–B dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass 2E zwei Rotorkörper und somit zwei Rotor-Baugruppen zeigt. Gleichwohl ist die Darstellung von zwei Rotor-Baugruppen nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung zu interpretieren. Verschiedenen Ausführungsformen entsprechend kann der Rotor 30 nur eine Rotor-Baugruppe oder mehr als zwei Rotor-Baugruppen umfassen.
In diesen Ausführungsformen, die in 2E dargestellt sind, kann das Gehäuse 20 einen im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäusekörper 22 mit einer Seitenwand 28 und einer zweiten Abdeckung 26 aufweisen. In einigen dieser Ausführungsformen kann die zweite Abdeckung 26 eine erste Öffnung 27 aufweisen, die für die Verbindung mit oder die Aufnahme der Welle 54 genutzt werden kann. Darüber hinaus kann die Seitenwand 28 in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Nuten 23 aufweisen, die mit dem einen oder den mehreren vorspringenden oder geprägten Merkmalen 42 an der Rotorkörperlamelle 36 (siehe die 3A–B) korrespondieren. Die eine oder die mehreren Nuten 23 und das eine oder die mehreren vorspringenden oder geprägten Merkmale 42 an der Rotorkörperlamelle 36 können verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Rotorkörper oder die Körper in der korrekten Orientierung lösbar an dem Gehäuse 20 installiert werden können, ohne den Rotorkörper oder die Körper an dem Gehäuse 20 derart festzulegen, dass der Rotor 30 ohne notwendige Spezialwerkzeuge oder spezielle Verfahren manuell abmontiert werden kann.
Das Gehäuse 20 kann in einigen Ausführungsformen auch einen Flansch 25 an einem oder an beiden Enden der Seitenwand 28 des im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäusekörpers 22 aufweisen. Ein Flansch 25 kann in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Schemas von Öffnungen 29 aufweisen, die verwendet werden können, um die erste Abdeckung 24 oder die zweite Abdeckung 26 an dem Gehäusekörper 22 festzulegen. In einigen anderen Ausführungsformen kann zumindest ein Schema des einen oder der mehreren Schemas von Öffnungen 29 für die Anbringung des Gehäuses 20 und somit der gesamten Rotationsvorrichtung 10 an einem anderen Gerät oder an einer anderen Vorrichtung verwendet werden. Die beispielhafte Rotationsvorrichtung 10 kann in einigen Ausführungsformen zum Beispiel an einem Fahrzeug (z. B. ein Elektrofahrrad, ein Elektromobil, ein Elektroboot, ein Hybridfahrzeug etc.) befestigt werden, indem mindestens ein Schema des einen oder der mehreren Schemas von Öffnungen 29 verwendet wird, um eine elektrische Antriebskraft bereitzustellen für den Direktantrieb eines oder mehrerer Räder des Fahrzeugs oder für den indirekten Antrieb des Fahrzeugs oder des Bootes über ein Getriebe.
Zum Beispiel kann die Welle 54 an dem Rahmen eines Fahrzeugs befestigt sein, während das Gehäuse 20 und damit der Motor 10 an dem Antriebsrad oder an einem die Räder antreibenden Getriebemechanismus befestigt sein können, indem zumindest ein Schema des einen oder der mehreren Schemas 29 verwendet wird, so dass der Elektromotor 10 das Fahrzeug antreiben kann, wenn sich der Rotor 30 dreht oder schnell dreht. Es sollte beachtet werden, dass die Rotationsvorrichtung 10 auch in anderer Weise an anderen Anwendungen befestigt sein kann und dass das eine oder die mehreren Schemas 29 aus diesem Grund keine Einschränkung des Umfangs solcher anderer Befestigungsweisen der Rotationsvorrichtung 10 an anderen Anwendungen darstellen. Die Ständerpolzähne 56 sind an entsprechenden Vorsprüngen 66 des Ständerkernelements 52 derart befestigt oder gebildet, dass die Ständerpolzähne 56 (trotz des Winkelversatzes) in den beiden Statorkernelementen 52 einer Stator-Baugruppe in Richtung zueinander zeigen und somit die Spalten zwischen den beiden Statorkernelementen 52 in der Stator-Baugruppe weiter verringern.
In einigen der in 2D dargestellten Ausführungsformen können die beiden Statorkernelemente 52 in einer Stator-Baugruppe um einem Winkel versetzt oder in Umfangsrichtung um die zentrale Achse der Welle 54 zueinander verschoben sein, so dass zwei einander am nächsten liegende Statorpolzähne 56 an zwei separaten Statorkernelementen 52 einer Stator-Baugruppe um einen bestimmten mechanischen Winkel, der einem vorgegebenen elektrischen Winkel entspricht (z. B. ein elektrischer Winkel von 90 Grad), zwischen zwei unmittelbar benachbarten Statorpolzähnen 56 versetzt sind, um Drehmomentwelligkeiten oder Rastmomente zu verringern. In einigen Ausführungsformen kann ein erstes Statorkernelement 52 in einer ersten Stator-Baugruppe in Umfangsrichtung auch um den gleichen elektrischen Winkel in der gleichen Winkelrichtung zu dem unmittelbar benachbarten Statorkernelement 52 in einer unmittelbar benachbarten Stator-Baugruppe versetzt sein.
In einigen Ausführungsformen können zwei unmittelbar benachbarte Statorkernelemente 52 in derselben Stator-Baugruppe oder in zwei verschiedenen Stator-Baugruppen in Umfangsrichtung oder winkelig um den gleichen elektrischen Winkel oder in verschiedenen Ausführungsformen um unterschiedliche Winkel versetzt sein. Der einem elektrischen Winkel entsprechende mechanische Winkel kann auf der Basis der Anzahl von Polen in einer Stator-Baugruppe bestimmt werden. In einigen der Ausführungsformen, die in 2D dargestellt sind, können zwei Statorpolzähne 56 an zwei Statorkernelementen 52 in Umfangsrichtung um 90 elektrische Grad versetzt sein, so dass die Achslinie eines Statorkernzahns 56 in einem ersten Statorkernelement 52 im Wesentlichen entlang der Mittellinie liegen kann, die den Abstand zwischen zwei benachbarten Statorpolzähnen 56 in einem zweiten Statorkernelement 52 derselben Stator-Baugruppe teilt. Zum Beispiel kann in den Ausführungsformen, die in den 2A und 4 dargestellt sind, in denen eine Stator-Baugruppe achtzehn Paare von Ständerpolzähnen 56 aufweist, die erste Vielzahl von Ständerpolzähnen in Umfangsrichtung zur zweiten Vielzahl von Ständerpolzähnen um einen mechanischen Winkel von 5 Grad versetzt sein, wenn die erste Vielzahl von Statorpolzähnen um einen elektrischen Winkel von 90 Grad versetzt ist. In einigen anderen Ausführungsformen kann eine Stator-Baugruppe mehr oder weniger als achtzehn Paare von Statorpolzähnen aufweisen, wie in den 2A und 4 dargestellt, so dass der Versatz bezüglich der mechanischen Winkel entsprechend variieren kann. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl von Paaren von Ständerpolzähnen und somit die Anzahl von Polen in der Stator-Baugruppe in einigen Ausführungsformen mit jener der entsprechenden Pole des Rotors übereinstimmen kann. In einigen Ausführungsformen können die beiden Gruppen von Statorpolzähnen von zwei unmittelbar benachbarten Stator-Baugruppen ebenfalls um einen elektrischen Winkel von 90 Grad versetzt sein. In diesen Ausführungsformen können die beiden Gruppen von Statorpolzähnen von zwei unmittelbar benachbarten Stator-Baugruppen ebenfalls um den gleichen mechanischen Winkel versetzt sein wie die erste und die zweite Vielzahl von Statorpolzähnen in derselben Stator-Baugruppe.
Die 3A–B zeigen mehrere Details bezüglich des Rotors 30 der in den 1 und 2A–E dargestellten Rotationsvorrichtung 10 in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigen die 3A–B weitere Details bezüglich der räumlichen Verhältnisse zwischen dem Rotorkörper 32 und einigen weiteren Komponenten einer Rotor-Baugruppe in diesen Ausführungsformen. Es sollte beachtet werden, dass ein Rotorkörper 32 ein Element aus einem Stück umfassen kann, das in einigen Ausführungsformen zum Beispiel durch ein oder mehrere maschinelle Verfahren aus einem Rohmaterialstück, durch ein Gussverfahren unter Verwendung einer Gussform oder durch ein Sinterverfahren oder ein pulvermetallurgisches Verfahren hergestellt sein kann, ohne hierauf beschränkt zu sein, oder das in einigen anderen Ausführungsformen mehrere Lamellen 36 umfassen kann, die zur Bildung eines unitären Rotorkörpers 32 aufeinandergeschichtet sind.
Einer der Vorteile der Anwendung des Sinterverfahrens oder des pulvermetallurgischen Verfahrens bei der Herstellung verschiedener hierin beschriebener Komponenten ist, dass das Rohmaterial vor dem Sinterverfahren oder dem pulvermetallurgischen Verfahren gleichmäßig vermengt werden kann, weshalb die Materialeigenschaften (z. B. die magnetische Permeabilität, die magnetische Suszeptibilität etc.) der hergestellten Komponenten einheitlich sein kann. In Ausführungsformen, in denen der Rotorkörper ein Element aus einem Stück umfasst, das beispielsweise durch ein oder mehrere maschinelle Verfahren aus einem Rohmaterialstück, durch ein Gussverfahren unter Verwendung einer Gussform oder durch ein Sinterverfahren oder ein pulvermetallurgisches Verfahren hergestellt sein kann, ohne hierauf beschränkt zu sein, ist der Rotorkörper 32 identisch mit dem der Rotorkörperlamelle 36.
In denjenigen Ausführungsformen, in denen der Rotorkörper 32 mehrere Rotorkörperlamellen 36 umfasst, die zur Bildung eines unitären Rotorkörpers 32 aufeinandergeschichtet sind, bildet eine Rotorkörperlamelle 36 eine Schicht oder einen kleineren Teil des Rotorkörpers 32 und wirkt mit den restlichen Rotorkörperlamellen 36 zusammen, um gemeinsam verschiedene Merkmale zu definieren, die in den 3A–B dargestellt sind. Die 3A–B zeigen ein Segment einer Rotorkörperlamelle 36, die mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale 40, ein oder mehrere vorspringende oder geprägte Merkmale 42 (wovon in den 3A–B nur ein vorspringendes oder geprägtes Merkmal dargestellt ist) und eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 44 umfasst.
In einigen Ausführungsformen, in denen der Rotorkörper 52 mehrere Rotorkörperlamellen 36 aufweist, hat jede Rotorkörperlamelle 36 identisch gestaltete Merkmale 48, 47, 40 und 38. Diese mehreren Rotorkörperlamellen 36 sind aufeinander ausgerichtet und zusammengesetzt, um einen unitären Rotorkörper 32 derart zu bilden, dass mehrere identische Merkmale der mehreren Rotorkörperlamellen 36 zusammen ein Einzelmerkmal an dem unitären Rotorkörper 32 bilden. Es kann zum Beispiel ein Rotorkörper 32 mehrere Rotorkörperlamellen 36 umfassen, deren jede einen im Wesentlichen zylinderförmigen Seitenwandbereich 38 aufweist. Diese mehreren Rotorkörperlamellen 36 können aufeinander ausgerichtet und aufeinandergeschichtet sein, so dass jeder der im Wesentlichen zylindrischen Wandbereiche 38 an jeder Rotorkörperlamelle 36 auf die anderen korrespondierenden, im Wesentlichen zylindrischen Wandbereiche 38 der verbleibenden Rotorkörperlamellen 26 in dem Stapel ausgerichtet ist, um zusammen einen im Wesentlichen zylindrischen Seitenwandbereich 44 für den unitären Rotorkörper 32 zu bilden.
Als weiteres Beispiel, in dem ein Rotorkörper 32 mehrere Rotorkörperlamellen 36 umfassen kann, deren jede ein oder mehrere vorspringende oder geprägte Merkmale 41 aufweist, können die mehreren Rotorkörperlamellen 36 in einigen Ausführungsformen in einer Weise aufeinander ausgerichtet und aufeinandergeschichtet sein, dass jedes vorspringende oder geprägte Merkmal 41 an einer Rotorkörperlamelle 36 auf die verbleibenden korrespondieren vorspringenden oder geprägten Merkmale 41 der restlichen Rotorkörperlamellen 36 ausgerichtet ist, um zusammen ein vorspringendes oder geprägtes Merkmal 42 für den unitären Rotorkörper 32 zu bilden.
Als weiteres Beispiel, in dem ein Rotorkörper 32 mehrere Rotorkörperlamellen 36 umfassen kann, deren jede mehrere erste Magnet-Rückhaltungsmerkmale 49 aufweist, können die mehreren Rotorkörperlamellen 36 in einer Weise aufeinander ausgerichtet und aufeinandergeschichtet sein, dass jedes erste Magnet-Rückhaltungsmerkmal 49 an einer Rotorkörperlamelle 36 auf die verbleibenden korrespondierenden ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmalen 49 der restlichen Rotorkörperlamellen 36 derart ausgerichtet sein kann, dass diese ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmale 49 der mehreren Rotorkörperlamellen 36 zusammen für den Rotorkörper 36 ein unitäres zweites Magnet-Rückhaltungsmerkmal 47 für die Aufnahme eines zweiten Magnets 45 bilden. Ein Magnetfluss-Retentionsmerkmal 40 und ein darin aufgenommener zweiter Magnet 45 bilden einen Pol für den Elektromotor.
Als weiteres Beispiel, in dem ein Rotorkörper 32 mehrere Rotorkörperlamellen 36 umfassen kann, deren jede Magnetfluss-Retentionsmerkmale 46 aufweist, können die mehreren Rotorkörperlamellen 36 in einer Weise aufeinander ausgerichtet und aufeinandergeschichtet sein, dass jedes Magnetfluss-Retentionsmerkmal 46 auf die verbleibenden korrespondierenden Magnetfluss-Retentionsmerkmalen 46 der restlichen Rotorkörperlamellen 36 in dem Stapel derart ausgerichtet sein kann, dass diese Magnetfluss-Retentionsmerkmale 46 zusammen für den Rotorkörper 32 ein unitäres Magnetfluss-Retentionsmerkmal 40 bilden. In einigen Ausführungsformen, in denen ein Rotorkörper 32 ein Element aus einem Stück bildet, ist der Rotorkörper 32 die Rotorkörperlamelle 36. In diesen Ausführungsformen bildet der im Wesentlichen zylinderförmige Seitenwandbereich 38 der einzelnen Rotorkörperlamelle 36 den im Wesentlichen zylinderförmigen Seitenwandbereich 44 für den Rotorkörper 32. Dies gilt gleichermaßen für die Merkmale 47 und 49, 46 und 40 und 41 und 42 in diesen Ausführungsformen.
Das vorspringende oder geprägte Merkmal 42 erscheint mit einem halbkreisförmigen Profil in den 3A–B. Dennoch sollte beachtet werden, dass das Profil des einen oder der mehreren vorspringenden oder geprägten Merkmale 42 dadurch nicht eingeschränkt ist, sondern in anderen Ausführungsformen andere Profile umfassen kann. Eine Rotorringlamelle 36 kann in einigen Ausführungsformen ferner ein zweites Magnet-Rückhaltungsmerkmal 47, das an dem entsprechenden Magnetfluss-Retentionsmerkmal 40 vorgesehen ist, und ein erstes Magnet-Rückhaltungsmerkmal 48 zwischen zwei benachbarten Magnetfluss-Retentionsmerkmalen 40 umfassen. In den dargestellten Ausführungsformen umfasst das zweite Magnet-Rückhaltungsmerkmal 47 einen vierseitigen Ausschnitt für die Aufnahme eines zweiten Magnets 45, bei dem die Richtung seines magnetischen Moments im Wesentlichen entlang der radialen Richtung des Rotorkörpers 32 liegt.
In dem in 3A dargestellten Beispiel liegt der Nordpol des zweiten Magnets 45 nahe an der Mitte des Rotorkörpers 32, und der Südpol liegt entfernt von der Mitte des Rotorkörpers 32. Außerdem hat das erste Magnet-Rückhaltungsmerkmal 48 einen offenen Schlitz für die Aufnahme eines ersten Magnets 34, bei dem die Richtung seines magnetischen Moments im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung des Rotorkörpers 32 liegt. In diesen dargestellten Ausführungsformen zeigen zwei benachbarte erste Magnete 34 entgegengesetzte Richtungen des magnetischen Moments. Zum Beispiel hat ein erster Magnet 34 einen Südpol auf seiner rechten Seite, wohingegen der benachbarte erste Magnet 34-1 einen Südpol auf seiner linken Seite hat. In einigen dieser Ausführungsformen sind zwei benachbarte erste Magnete 34 in ihren jeweiligen ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmalen 48 derart platziert, dass gleichnamige Pole dieser beiden benachbarten ersten Magnete 34 näher zueinander liegen.
Zum Beispiel sind die Nordpole der beiden benachbarten ersten Magnete 34 in den in 3A dargestellten Ausführungsformen näher zueinander platziert. In diesen Ausführungsformen kann das Magnetfluss-Retentionsmerkmal 46 zwischen diesen beiden ersten Magneten 34 genutzt werden, um die durch diese beiden ersten Magnete 34 erzeugten Magnetflüsse besser konzentrieren oder eingrenzen zu können. Außerdem ist der Pol eines zweiten Magnets 45 in der Nähe der Mitte des Rotorkörpers 52 der gleiche wie die einander gegenüberliegenden Pole der beiden benachbarten ersten Magnete. In einigen der in 3A dargestellten Ausführungsformen liegt die Richtung des magnetischen Moments des zweiten Magnets 45 zwischen den ersten Magneten 34 und 34-1 entlang der radialen Richtung des Rotorkörpers und ein Nordpol auf seiner der Mitte des Rotorkörpers 52 nahen Seite, um dadurch die Magnetflussdichten in dem Magnetfluss-Retentionsmerkmal 40 zwischen den beiden benachbarten ersten Magneten 34 und 34-1 weiter zu verbessern. In diesen Ausführungsformen umfassen die Magnetfluss-Retentionsmerkmale 40 ein Material mit hoher magnetischer Permeabilität und hoher magnetischer Suszeptibilität.
In einigen dieser Ausführungsformen kann das Magnetfluss-Retentionsmerkmal 40 ein diamagnetisches Material umfassen. Jeder der ersten Magnete 34 oder 34-1 wird in seinem entsprechenden ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmal 48 gehalten, wobei der Übersichtlichkeit halber in den 3A–B ein erster Magnet entfernt wurde. Es sollte beachtet werden, dass das Profil des ersten oder des zweiten Magnet-Rückhaltungsmerkmals in einigen Ausführungsformen zumindest teilweise auf der Basis der geometrischen Charakteristiken des entsprechenden Magnets oder auf der Basis der Einfachheit der Herstellung oder auf der Basis der Herstellungskosten bestimmt werden kann. In einigen Ausführungsformen kann der Rotorkörper 32 einer Rotor-Baugruppe ein Bauteil aus einem Stück umfassen, das mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale 40, ein oder mehrere vorspringende oder geprägte Merkmale 42 und eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 44 aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann sich ein vorspringendes oder geprägtes Merkmal 42, das mit der korrespondierenden Nut 23 übereinstimmt, im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Rotorkörpers 32 erstrecken. In einigen anderen Ausführungsformen dieser dargestellten Ausführungsformen kann sich ein vorspringendes oder geprägtes Merkmal 42 nur über einen kleineren Bereich der Höhe des Rotorkörpers 32 erstrecken, solange das vorspringende oder geprägte Merkmal 42 die Funktion für die Positionierung des Rotorkörpers 32 hinsichtlich des Gehäusekörpers erfüllt. In einigen anderen Ausführungsformen, die in den 3A–B dargestellt sind, kann ein Rotorkörper 32 mehrere identische oder im Wesentlichen identische Lamellen, wie in der nachstehend beschriebenen 6 dargestellt, umfassen. In diesen Ausführungsformen weist jede Lamelle identisch gestaltete Merkmale, die hier beschrieben sind (z. B. die Bezugsziffern 40, 44, 47, 48 etc.), auf, so dass diese Lamellen, wenn sie aufeinandergeschichtet sind, einen Rotorkörper 32 mit spezifischen unitären Merkmalen bilden, deren jedes mehrere Untermerkmale der aufeinandergeschichteten Lamellen enthält.
Zum Beispiel kann jede Lamelle ein im Entwurf identisches (in der hergestellten Form jedoch nicht notwendigerweise identisches) zweites Magnet-Rückhaltungsmerkmal 47 derart aufweisen, dass die mehreren Lamellen, wenn sie aufeinandergeschichtet sind, ein unitäres zweites Magnet-Rückhaltungsmerkmal 47 für die Aufnahme eines ersten Magnets, dessen Länge die Dicke einer einzelnen Lamelle überschreitet, aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass sämtliche Lamellen, die zusammen einen Rotorkörper 32 bilden, in einigen Ausführungsformen die gleiche Nenndicke und in einigen anderen Ausführungsformen zwei oder mehr verschiedene Nenndicken aufweisen können.
Ebenfalls sollte beachtet werden, dass diese mehreren Lamellen im Wesentlichen insofern identisch sein können, jedoch nicht vollkommen identisch sein müssen, als einige dieser mehreren Lamellen abgesehen von Herstellungstoleranzen, Lockerungen oder Abweichungen, die durch Handhabung oder Betriebsbedingungen entstehen, ein oder mehrere Positionierungs- oder Arretierungsmerkmale für das Aufeinanderschichten dieser Lamellen aufweisen, die andere Lamellen (z. B. Lamellen an beiden Enden) in dem Stapel nicht besitzen, obwohl alle diese Lamellen die gleichen vorstehend beschriebenen Funktionsmerkmale besitzen. Der Fachmann wird daher erkennen, dass diese mehreren Lamellen trotz dieser unterschiedlichen Merkmale, die bei einigen, jedoch nicht bei allen dieser Lamellen vorhanden sind, im Wesentlichen identisch sind, da diese unterschiedlichen Merkmale nicht die Funktion dieser Lamellen beeinflussen.
3B ist eine perspektivische Darstellung einer Rotorringlamelle 36, die in den dargestellten Ausführungsformen ein oder mehrere vorspringende oder geprägte Merkmale 42, mehrere Magnetfluss-Retentionsmerkmale 40, mehrere Seitenwandbereiche 44, die durch ein oder mehrere vorspringende oder geprägte Merkmale 42 getrennt sind, mehrere zweite Magnete 45 in ihren jeweiligen zweiten Magnet-Rückhaltungsmerkmalen 47 und mehrere erste Magnete 34 in ihren jeweiligen ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmalen 48 umfasst. In einigen dieser Ausführungsformen bilden zwei benachbarte erste Magnete (z. B. 34 und 34-1) und der zweite Magnet (z. B. 45) im Wesentlichen eine U-Form mit den hierin beschriebenen Polaritäten, wenngleich die drei Magnete physisch nicht miteinander verbunden sind, und die beiden ersten Magnete können parallel zueinander liegen, müssen dies jedoch nicht. In einigen Ausführungsformen können zumindest einige der ersten Magnete 34 und der zweiten Magnete 45 Permanentmagnete umfassen, die aus Materialien wie Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) oder Samarium-Kobalt (SmCo₅) hergestellt sein können.
4 ist eine perspektivische Darstellung beispielhaften montieren Stators 50 in einigen Ausführungsformen. In diesen Ausführungsform umfasst der Stator 50 zwei Rotor-Baugruppen. Jede Stator-Baugruppe hat zwei identische Statorkernelemente 52, die eine Feldwicklung 58 zwischen sich aufnehmen. Jedes Statorkernelement 52 hat einen Statorkernelementkörper 64 und mehrere Vorsprünge 66, an denen die entsprechenden Statorpolzähne 56 installiert werden können. Der Stator 50 kann in einigen Ausführungsformen ferner eine oder mehrere Buchsen 55 für die Aufnahme der Welle 54 aufweisen. Eine Seitenansicht eines Teils des Stators 50 ist in 2D gezeigt, die außerdem erkennen lässt, dass der Stator 50 in einigen Ausführungsformen ferner ein oder mehrere Distanzelemente 60 zwischen zwei benachbarten Stator-Baugruppen aufweisen kann. Jeder der Vorsprünge 66 kann einen entsprechenden Statorpolzahn 56 aufnehmen, der in einigen Ausführungsformen (z. B. durch maschinelle Bearbeitung) an dem entsprechenden Vorsprung 66 angeformt sein kann oder (zum Beispiel durch die Verwendung eines Befestigungselements oder von Befestigungselementen, durch Schweißen, Löten, Kleben oder durch ein anderes Verfahren zur Verbindung von Materialien) lösbar an dem entsprechenden Vorsprung 66 befestigt sein kann, wie vorstehend beschrieben.
5 zeigt einen beispielhaften Stator 50 in einigen Ausführungsformen. Insbesondere zeigt 5 lediglich eine Stator-Baugruppe. Eine weitere Stator-Baugruppe wurde weggelassen, um die beiden Distanzelemente 60 zwischen zwei benachbarten Stator-Baugruppen deutlich zu zeigen. 5 zeigt ferner, dass in einigen Ausführungsformen die Distanzelemente 60 zwei Segmente einer kreisförmigen Platte umfassen, die zwischen der Stator-Baugruppe unterhalb des Distanzelements 60 und einer weiteren (der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten) Stator-Baugruppe oberhalb des Distanzelements 60 aufgenommen sind. Jedes Distanzelement 60 hat ein Merkmal (z. B. eine Öffnung) für die Aufnahme der Welle 54.
In den dargestellten Ausführungsformen kann das Distanzelement 60 in einigen Ausführungsformen ein Material mit einer geringen magnetischen Permeabilität oder einer niedrigen magnetischen Permeabilitätskonstante umfassen, um elektromagnetische Störungen zwischen zwei Stator-Baugruppen zu vermindern. Zum Beispiel kann das Distanzelement 60 Kunststoff- oder Keramikmaterialien mit einer geringen magnetischen Permeabilität umfassen, um die Störungen zu vermindern, die durch die jeweiligen Magnetfelder verursacht werden, die durch jede Stator-Baugruppe und den Rotor 30 einer beispielhaften Rotationsvorrichtung 10 erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Distanzelement 60 Leichtmaterialien wie Kunststoffmaterialien umfassen, um das Gesamtgewicht der beispielhaften Rotationsvorrichtung zu verringern. 5 zeigt ferner, dass jede Stator-Baugruppe zwei Statorkernelemente 52 umfasst, die eine Wicklung 58 zwischen sich aufnehmen und die zum Beispiel durch die Verwendung einer Buchse (z. B. Bezugsziffer 55 in 4) an der Welle 54 befestigt sind. Jedes Statorkernelement 52 umfasst in einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen kreisförmige Platte und mehrere Vorsprünge 66, die entlang der Umfangsrichtung der kreisförmigen Platte des Statorkernelements 52 im Wesentlichen gleich verteilt sind. Ebenso ist es vorstellbar, dass die Statorkernelemente 52 in anderen Ausführungsformen andere geometrische Formen als die einer kreisförmigen Platte aufweisen. Jeder Vorsprung 66 kann sich entlang einer radialen Richtung von der Mitte des Statorkernelements 52 nach außen erstrecken und kann konfiguriert sein für die Aufnahme seines entsprechenden Statorpolzahns 56, wie das vorstehend im Zusammenhang mit den 2A–E beschrieben wurde.
6 ist eine perspektivische Darstellung eines Kreissektors eines beispielhaften Rotors und Stators in einem beispielhaften Transversalflussmotor in einigen Ausführungsformen. Ein Kreissektor oder ein Sektor ist ein Teil einer durch zwei Radien und einen Kreisbogen eingeschlossenen Kreisform. Insbesondere zeigt 6 einen Sektor eines beispielhaften Rotors, der einen unitären Rotorkörper 32 mit mehreren Rotorkörperlamellen 36, mehrere zweite Magnete 45 in ihren jeweiligen ersten Magnet-Rückhaltungsmerkmalen, mehrere erste Magnete 34 in ihren jeweiligen zweiten Magnet-Rückhaltungsmerkmalen und einen Seitenwandbereich 44, der zusammen mit den mehreren Rotorkörperlamellen 36 durch die mehreren Seitenwandbereiche 38 gebildet wird, umfasst. Die Magnetfluss-Retentionsmerkmale 46 der mehreren Rotorkörperlamellen 36 bilden in diesen Ausführungsformen gemeinsam ein entsprechendes Magnetfluss-Retentionsmerkmal 40 des unitären Rotorkörpers 32.
Die Sektordarstellung des Stators zeigt eine Sektoransicht von zwei Statorkernelementen 52, deren jedes ferner einen Statorkernelementkörper 64 und einen Vorsprung 66 für die Aufnahme seines entsprechenden Statorpolzahns 56 umfasst. Die beiden Statorkernelemente 52 sind ferner mit einer Buchse 55 verbunden, die an einer Welle (in 6 nicht gezeigt) anzubringen ist. Die beiden Sektoren der Statorkernelemente 52 nehmen zwischen sich eine Feldwicklung 58 auf, die in einigen Ausführungsformen an der Buchse 55 ausgeführt sein kann. 6 zeigt ferner einige imaginäre Pfeile, die gemeinsam die Magnetfeldlinien zwischen dem Stator und dem Rotor in diesen Ausführungsformen schematisch darstellen.
Wie in 6 zu erkennen ist, können von der Buchse 55, den Statorkernelementen 52, den Statorpolzähnen 56 und den Rotorkörperlamellen 36 zumindest einige ein oder mehrere Materialien mit einer vorgegebenen magnetischen Suszeptibilität oder magnetischen Permeabilität umfassen, die jeweils zumindest teilweise auf der Basis der Betriebsanforderungen (z. B. Drehzahl(en) oder Drehmoment(e) des Transversalflussmotors oder elektrischer Strom (elektrische Ströme) oder Spannung(en) für den Transversalflussmotor etc.) bestimmt werden können. Während des Betriebs des Motors bewegt sich der Magnetfluss in einem oder um ein erstes Magnetfluss-Retentionsmerkmal 46 durch den ersten Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator, in einen entsprechenden ersten Statorpolzahn 56, dann durch den ersten magnetisch permeablen Statorkernelementkörper 64, die Buchse 55 und einen benachbarten zweiten magnetisch permeablen Statorkernelementkörper 64 derselben Stator-Baugruppe, durch den zweiten in Umfangsrichtung versetzten Statorpolzahn 56 und einen zweiten Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor und schließlich in ein benachbartes zweites Magnetfluss-Retentionsmerkmal 46.
Der Magnetfluss bewegt sich in diesem Beispiel aufgrund der entgegengesetzten Polaritäten des ersten und des zweiten Magnetfluss-Retentionsmerkmals 46 weiter durch einen ersten Magnet 34 zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetfluss-Retentionsmerkmal 46 und zurück zu dem ersten Magnetfluss-Retentionsmerkmal 46, um den Kreislauf 602 zu vollenden. In diesem Beispiel dreht sich der Motor 30 durch die Anziehungskraft von dem Stator 50. Wenn darüber hinaus ein erstes Magnet-Rückhaltungsmerkmal 46 im Wesentlichen auf die axiale Richtung der Welle 54 mit einem entsprechenden Statorpolzahn 56 ausgerichtet ist, ändert der elektrische Strom in den Feldwicklungen oder in der Feldspule 58 in diesem Beispiel die Richtung, um das erste Magnet-Rückhaltungsmerkmal 46 abzustoßen und weiter das unmittelbar benachbarte zweite Magnet-Rückhaltungsmerkmal 46 in der Dreh- oder Spinrichtung anzuziehen, so dass die Drehung oder der Spin des Elektromotors beibehalten wird.
Bei den vorliegend beschriebenen beispielhaften Anordnungen ist der elektromagnetische Kraftvektor nicht parallel zu den Magnetflusslinien, sondern vielmehr senkrecht zu den Magnetflusslinien. Außerdem führen die Statorwicklungen (z. B. die Feldspule oder die Feldwicklungen 58) elektrischen Strom in der Umfangsrichtung und erzeugen eine homopolare magnetomotorische Kraft, die mit der heteropolaren magnetomotorischen Kraft zusammenwirkt, die durch die Erregung des Rotors durch die Rotormagnete erzeugt wird und durch die Statorpole (z. B. Magnetfluss-Retentionsmerkmale 46 mit ihren entsprechenden zweiten Magneten 45) reguliert werden kann. In einigen Ausführungsformen ist einer der Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen, dass eine Änderung (z. B. eine Erhöhung oder Verringerung) der Anzahl von Polen nicht die magnetomotorische Kraft je Pol ändert.
Ein weiterer Vorteil verschiedener Ausführungsformen ist, dass die Magnetflussverteilung oder die Feldspulen oder Feldwicklungen variiert werden können, ohne dass dies zu Lasten der Dimensionen beider geht, wodurch die Gestaltungsfreiheit bei der Entwicklung von spezifischen Elektromotorkonfigurationen vergrößert wird. In einigen Ausführungsformen, in denen ein Rotor mehrere Lamellen 36 umfasst, können zumindest einige dieser mehreren Lamellen 36 weichmagnetische Materialien, weichmagnetische Verbundmaterialien oder Kombinationen derselben umfassen. In einigen anderen Ausführungsformen, in denen ein Rotor mehrere Lamellen 36 umfasst, können zumindest einige dieser mehreren Lamellen 36 hartmagnetische Materialien, hartmagnetische Verbundmaterialien oder Kombinationen derselben umfassen. In einigen anderen Ausführungsformen, in denen ein Rotor mehrere Lamellen 36 umfasst, können zumindest einige dieser mehreren Lamellen 36 sowohl weichmagnetische als auch hartmagnetische Materialien, sowohl weichmagnetische als auch hartmagnetische Verbundmaterialien oder Kombinationen derselben umfassen.
7 ist eine perspektivische Darstellung eines Kreissektors eines beispielhaften Rotors und Stators in einem beispielhaften Transversalflussmotor in einigen Ausführungsformen. Der beispielhafte Rotor und Stator, die in 7 dargestellt sind, sind ähnlich wie jene in 6, mit der Ausnahme, dass die Statorkernelementkörper 64 in 7 ohne intervenierende Elemente direkt an der Welle 54 befestigt sein können und dass die beiden Statorkernelementkörper 64 durch eine Buchse 57 getrennt sein können, die ebenfalls an der Welle 54 befestigt ist.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von speziellen Ausführungsformen beschrieben. Jedoch sind verschiedene Modifikationen und Änderungen möglich, ohne von dem weiter gefassten Erfindungsgedanken abzuweichen oder den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen. Die vorstehenden Prozessabläufe sind mit Bezug auf eine bestimmte Reihenfolge beschrieben, doch kann die Reihenfolge vieler dieser Prozessabläufe geändert werden, ohne den Schutzumfang oder die Wirkungsweise der Erfindung zu beeinträchtigen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind daher rein illustrativ und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar.

Claims

Rotationsvorrichtung, umfassend: ein Gehäuse; einen Stator mit einer ersten Stator-Baugruppe, enthaltend: ein erstes Statorkernelement mit einer ersten Vielzahl von Statorpolzähnen; und ein zweites Statorkernelement, das dem ersten Statorkernelement in einer axialen Richtung benachbart ist und eine zweite Vielzahl von Statorpolzähnen aufweist, die in Umfangsrichtung zur ersten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind; und einen Rotor, der den Stator umschließt und der umfasst: einen an einer Innenwand des Gehäuses befestigten Rotorkörper mit einer Vielzahl von Rotorkörperlamellen, die entlang einer axialen Richtung aneinandergeschichtet sind, und mit einer Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen, die sich radial in Richtung auf den Stator erstrecken; und eine Vielzahl von ersten Permanentmagneten, die zwischen benachbarten Paaren der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen des Rotorkörpers angeordnet sind.
Rotationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Gehäuse ferner an der Innenwand ein erstes Positionierungsmerkmal aufweist und der Rotorkörper ferner ein zu dem ersten Positionierungsmerkmal passendes zweites Positionierungsmerkmal aufweist; das erste Statorkernelement ferner eine Vielzahl von Vorsprüngen umfasst; die Vielzahl von ersten Statorpolzähnen des ersten Statorkernelements an der Vielzahl von Vorsprüngen angeordnet ist; das Gehäuse ferner ein erstes Befestigungsschema für die Anbringung des Gehäuses an einem beweglichen Teil einer externen Vorrichtung aufweist; und der Statur ferner eine Welle für die Anbringung des Stators an einem unbeweglichen Teil der externen Vorrichtung umfasst.
Rotationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die erste Stator-Baugruppe ferner eine erste Feldwicklung umfasst, die zwischen dem ersten Statorkernelement und dem zweiten Statorkernelement angeordnet ist; und der Statur ferner eine zweite Stator-Baugruppe umfasst, die der ersten Stator-Baugruppe in einer axialen Richtung benachbart ist und die umfasst: ein drittes Statorkernelement mit einer dritten Vielzahl von Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung zur zweiten Vielzahl von Polzähnen versetzt sind; und ein viertes Statorkernelement mit einer vierten Vielzahl von Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung zur dritten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, wobei der Statur ferner ein Distanzelement umfasst, das zwischen der ersten Stator-Baugruppe und der zweiten Stator-Baugruppe angeordnet ist.
Rotationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Rotorkörper ferner eine Vielzahl von Öffnungen hat, die der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen benachbart ist; der Rotor ferner eine Vielzahl von zweiten Magneten umfasst, die in der Vielzahl von Öffnungen in dem Rotorkörper angeordnet sind; die Vielzahl von ersten Magneten eine erste Orientierung magnetischer Momente im Wesentlichen tangential zu den Umfangsrichtungen des Rotorkörpers aufweist; und die Vielzahl von zweiten Magneten eine im Wesentlichen in radialen Richtungen des Rotorkörpers ausgerichtete zweite Orientierung magnetischer Momente aufweist.
Rotationsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: ein Paar der Vielzahl von ersten zueinander benachbarten Magneten gleichnamige Pole hat, die sich gegenüberliegen; und einer der Vielzahl von zweiten Magneten, der dem Paar der Vielzahl von ersten Magneten benachbart ist, einen Magnetpol hat, der dem Paar von ersten Magneten gegenüberliegt und identisch ist mit den sich gegenüberliegenden gleichnamigen Magnetpolen des Paares der ersten Magnete.
Transversalflussmotor, umfassend: ein Gehäuse; einen Stator, umfassend: eine Welle; und eine erste Stator-Baugruppe, die an der Welle befestigt ist und eine erste Vielzahl von Statorpolzähnen, die in einem ersten Kreis angeordnet sind, und eine zweite Vielzahl von Statorpolzähnen, die in einem zweiten Kreis angeordnet und in Umfangsrichtung zu der ersten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind, umfasst; und einen den Stator umschließenden Rotor, umfassend: einen Rotorkörper, der an einer Innenwand des Gehäuses befestigt ist und eine Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen, die sich radial in Richtung auf den Stator erstrecken, und eine Vielzahl von Öffnungen an der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen angrenzend an das Gehäuse umfasst; eine Vielzahl von ersten Permanentmagenten, die zwischen benachbarten Paaren der Vielzahl von Magnetfluss-Retentionsmerkmalen des Rotorkörpers angeordnet sind; und eine Vielzahl von zweiten Permanentmagneten, die in der Vielzahl von Öffnungen in dem Rotorkörper angeordnet sind.
Transversalflussmotor nach Anspruch 6, wobei: die erste Stator-Baugruppe ferner eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen und eine Vielzahl von zweiten Vorsprüngen aufweist; die Vielzahl von ersten Statorpolzähnen und die Vielzahl von zweiten Statorpolzähnen jeweils an der Vielzahl von ersten Vorsprüngen und der Vielzahl von zweiten Vorsprüngen angeordnet sind; und und die erste Stator-Baugruppe ferner eine zwischen dem ersten Kreis der Vielzahl von ersten Statorpolzähnen und dem zweiten Kreis der Vielzahl von zweiten Statorpolzähnen angeordnete erste Feldwicklung umfasst.
Transversalflussmotor nach Anspruch 6, wobei: der Statur ferner eine zweite Stator-Baugruppe umfasst, die der ersten Stator-Baugruppe in einer axialen Richtung benachbart ist und die enthält: eine dritte Vielzahl von Statorpolzähnen, die in einem dritten Kreis parallel zu dem zweiten Kreis und in Umfangsrichtung zu der zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt angeordnet sind; und eine vierte Vielzahl von Statorpolzähnen, die in Umfangsrichtung in einem dem dritten Kreis benachbarten vierten Kreis angeordnet und in Umfangsrichtung zu der dritten Vielzahl von Statorpolzähnen versetzt sind; und wobei der Statur ferner einen Distanzhalter umfasst, der zwischen der ersten Stator-Baugruppe und der zweiten Stator-Baugruppe angeordnet ist.
Transversalflussmotor nach Anspruch 8, wobei: die zweite Vielzahl von Statorpolzähnen in einer vorgegebenen Umfangsrichtung um einen vorgegebenen Winkel zur ersten Vielzahl von Statorpolzähnen an der ersten Stator-Baugruppe versetzt ist; die vierte Vielzahl von Statorpolzähnen in der vorgegebenen Umfangsrichtung um den vorgegebenen Winkel zur dritten Vielzahl von Statorpolzähnen an der zweiten Stator-Baugruppe versetzt ist; die dritte Vielzahl von Statorpolzähnen an der zweiten Stator-Baugruppe in der vorgegebenen Umfangsrichtung um den vorgegebenen Winkel zur zweiten Vielzahl von Statorpolzähnen an der ersten Stator-Baugruppe versetzt ist; und der Rotorkörper eine Vielzahl von Rotorkörperlamellen aufweist, die entlang einer axialen Richtung des Rotors aneinandergeschichtet sind.
Transversalflussmotor nach Anspruch 6, wobei: die Vielzahl von ersten Magneten eine erste Orientierung von magnetischen Momenten im Wesentlichen tangential zu Umfangsrichtungen des Rotorkörpers aufweist; die Vielzahl von zweiten Magneten eine im Wesentlichen in radialen Richtungen des Rotorkörpers ausgerichtete zweite Orientierung magnetischer Momente aufweist; ein zueinander benachbartes Paar der Vielzahl von ersten Magneten gleichnamige Magnetpole hat, die sich gegenüberliegen; und einer der Vielzahl von zweiten Magneten, der dem Paar der Vielzahl von ersten Magneten benachbart ist, einen Magnetpol hat, der dem Paar von ersten Magneten gegenüberliegt und identisch ist mit den sich gegenüberliegenden gleichnamigen Magnetpolen des Paares der ersten Magnete.