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Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine, umfassend eine zu einer Rotationsachse symmetrisch ausgebildete Magneteinheit und eine zu der Rotationsachse symmetrisch ausgebildete und mit der Magneteinheit in elektromagnetischer Wechselwirkung stehende Leitereinheit, wobei die Magneteinheit und die Leitereinheit zu der Rotationsachse koaxial angeordnet und relativ zueinander um die Rotationsachse drehbar ausgebildet sind, wobei die Magneteinheit zwei oder mehr Magnete umfasst, wobei jeder der Magnete einen Nordpol und einen Südpol aufweist, und wobei die Leitereinheit mindestens einen Leiter umfasst, der alternierend induktionsaktive Segmente und induktionspassive Segmente aufweist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Kapillarleiters oder Litzenleiters und ein Verfahren zum Nachrüsten einer dynamoelektrischen Maschine, umfassend eine einen Leiter aufweisende Leitereinheit.
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Gattungsgemäße dynamoelektrische Maschinen sind im Stand der Technik bekannt. Diese weisen in der Regel einen spulenförmigen Leiter auf, der nach einem gewissen Wicklungsmuster mit vielen Windungen auf einen Eisenkern gewickelt ist. Bei dem Leiter handelt es sich zumeist um einen Kupferleiter, der mittels Polyurethan elektrisch, aber auch thermisch isoliert ist. Der Eisenkern besteht regelmäßig aus einem Blechpaket, um die Entstehung von Wirbelströmen zu reduzieren. An den dynamoelektrischen Maschinen gemäß dem Stand der Technik ist nachteilig, dass sie auf Grund des Eisenkerns ein hohes Eigengewicht aufweisen, in der Anlaufphase träge sind, wegen gravierender Hysterese einen geringen Wirkungsgrad aufweisen, auf Grund unzureichender Wärmeabführung zur Überhitzung neigen und somit für hohe Drehzahlen und/oder Ströme ungeeignet sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine dynamoelektrische Maschine, eine Verwendung eines Kapillarleiters und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, die einen gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Wirkungsgrad bereitstellen.
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Zur Lösung der Vorrichtungsaufgabe schlägt die Erfindung eine dynamoelektrische Maschine der eingangs genannten Art vor, wobei bei mindestens einer Orientierung der Leitereinheit relativ zu der Magneteinheit die induktionsaktiven Segmente ausschließlich gegenüber zwischen Nordpolen und Südpolen existierenden neutralen Zonen angeordnet sind. Mit großem Vorteil ermöglicht diese Anordnung von Leiter zu Magnet einen besonders effektiven zeitlichen Verlauf der Induktion, der wesentlich zu einem hohen Wirkungsgrad der dynamoelektrischen Maschine beiträgt. Magnete im Sinne der Erfindung können sowohl Permanentmagnete als auch Elektromagnete sein. Letztere weisen in der Regel eine Spule auf, mit deren Hilfe ein Eisenkern magnetisiert oder auch erregt wird. Elektromagnete aufweisende Anordnungen werden deshalb auch als eisenerregte Anordnungen bezeichnet. Neutrale Zonen können sich zwischen dem Nordpol und dem Südpol eines einzigen Magneten oder zwischen Polen von zwei oder mehr aneinander angrenzenden oder zueinander beabstandeten Magneten ausbilden. Generell bedingt die Anordnung der Pole eine geometrische Ausdehnung der neutralen Zone, die scharf umrissen oder diffus und klein oder groß, beispielsweise mehrere bis dutzende Zentimeter, sein kann.
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Es erweist sich erfindungsgemäß als sehr vorteilhaft, dass die Magneteinheit als ein äußerer Hohlzylinder und ein in dem äußeren Hohlzylinder angeordneter innerer Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei zwischen dem äußeren Hohlzylinder und dem inneren Hohlzylinder ein Spalt zum Aufnehmen der Leitereinheit angeordnet ist und wobei die neutralen Zonen zu der Rotationsachse parallel angeordnet sind. Eine solche Magneteinheit stellt in dem Spalt ein Magnetfeld bereit, das bestens geeignet ist, um eine in dem Spalt angeordnete Leitereinheit effektiv zu durchfluten und somit eine hohe Induktion zu gewährleisten. Der äußere Hohlzylinder und der innere Hohlzylinder sind zu der Rotationsachse drehstarr miteinander verbunden. Beispielsweise umfasst der äußere Hohlzylinder zwölf Magnete, die entlang einer Umfangsrichtung des äußeren Hohlzylinders hinsichtlich der Polung gleichorientiert und gleichmäßig verteilt angeordnet sind, sodass sich eine Polsequenz von Nord-Süd-Nord-Süd und so weiter ergibt. Somit werden neutrale Zonen sowohl beim Übergang vom Nordpol zum Südpol eines Magneten als auch zwischen zwei benachbarten Magneten bereitgestellt. Auf den äußeren Hohlzylinder abgestimmt umfasst der innere Hohlzylinder ebenfalls zwölf Magnete, die entlang einer zu der Umfangsrichtung des äußeren Hohlzylinders inversen Umfangsrichtung des inneren Hohlzylinders hinsichtlich der Polung gleichorientiert und gleichmäßig verteilt angeordnet sind, sodass sich eine Polsequenz von Nord-Süd-Nord-Süd und so weiter ergibt. Die Orientierung des äußeren Hohlzylinders relativ zu dem inneren Hohlzylinder ist so gewählt, dass jeder Nordpol des äußeren Hohlzylinders diesseits des Spalts einem Südpol des inneren Hohlzylinders jenseits des Spalts gegenüberliegt. Somit werden neutrale Zonen beim Übergang vom Nordpol zum Südpol eines Magneten, zwischen zwei benachbarten Magneten innerhalb eines Hohlzylinders und zwischen zwei durch den Spalt getrennten Polen bereitgestellt. Die Anzahl an Magneten pro Hohlzylinder kann auch zwei, vier, sechs, acht, zehn, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 80, 120, 160, 200 oder 500 betragen. Eine große Anzahl an Magneten führt bei hohen Drehzahlen und durchschnittlicher Stromstärke zu sehr hohen Drehmomenten der erfindungsgemäßen dynamoelektrischen Maschine.
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Alternativ dazu ist erfindungsgemäß mit großem Vorteil vorgesehen, dass die Magneteinheit als eine erste Scheibe und eine neben der ersten Scheibe angeordnete zweite Scheibe ausgebildet ist, wobei zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe ein Spalt zum Aufnehmen der Leitereinheit angeordnet ist und wobei die neutralen Zonen zu der Rotationsachse radial angeordnet sind. Eine solche Magneteinheit stellt in dem Spalt ein Magnetfeld bereit, das bestens geeignet ist, um eine in dem Spalt angeordnete Leitereinheit effektiv zu durchfluten und somit eine hohe Induktion zu gewährleisten. Die erste Scheibe und die zweite Scheibe sind zu der Rotationsachse drehstarr miteinander verbunden. Beispielsweise umfasst die erste Scheibe zwölf Magnete, die entlang einer Umfangsrichtung der ersten Scheibe hinsichtlich der Polung gleichorientiert und gleichmäßig verteilt angeordnet sind, sodass sich eine Polsequenz von Nord-Süd-Nord-Süd und so weiter ergibt. Somit werden neutrale Zonen sowohl beim Übergang vom Nordpol zum Südpol eines Magneten als auch zwischen zwei benachbarten Magneten bereitgestellt. Auf die erste Scheibe abgestimmt umfasst die zweite Scheibe ebenfalls zwölf Magnete, die entlang einer zu der Umfangsrichtung der ersten Scheibe inversen Umfangsrichtung der zweite Scheibe hinsichtlich der Polung gleichorientiert und gleichmäßig verteilt angeordnet sind, sodass sich eine Polsequenz von Nord-Süd-Nord-Süd und so weiter ergibt. Die Orientierung der ersten Scheibe relativ zu der zweiten Scheibe ist so gewählt, dass jeder Nordpol der ersten Scheibe diesseits des Spalts einem Südpol der zweiten Scheibe jenseits des Spalts gegenüberliegt. Somit werden neutrale Zonen beim Übergang vom Nordpol zum Südpol eines Magneten, zwischen zwei benachbarten Magneten innerhalb einer Scheibe und zwischen zwei durch den Spalt getrennten Polen bereitgestellt. Die Anzahl an Magneten pro Scheibe kann auch zwei, vier, sechs, acht, zehn, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 80, 120, 160, 200 oder 500 betragen. Eine große Anzahl an Magneten führt bei hohen Drehzahlen und durchschnittlicher Stromstärke zu sehr hohen Drehmomenten der erfindungsgemäßen dynamoelektrischen Maschine.
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Die dynamoelektrische Maschine weist bevorzugt ein Verbindungselement zum Verbinden von Hohlzylindern beziehungsweise Scheiben von Magneteinheiten auf. Das Verbindungselement wirkt als ein dreidimensionales Joch zum Verstärken von Magnetfeldern in Bereichen, die zum Aufnehmen von Leitereinheiten ausgebildet sind.
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Für die Magneteinheit in Form von Hohlzylindern erweist es sich erfindungsgemäß als sehr vorteilhaft, dass die Leitereinheit als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei die induktionsaktiven Segmente zu der Rotationsachse parallel angeordnet sind. Vorzugsweise weist der Hohlzylinder einen Durchmesser auf, der identisch zu einem Durchmesser des zylinderförmigen Spalts ist. Ebenfalls bevorzugt weist der Hohlzylinder eine Wandstärke auf, die geringfügig kleiner als eine Breite des zylinderförmigen Spalts ist. Somit passt die Leitereinheit bis auf zwei schmale Luftspalte zwischen der Leitereinheit und der Magneteinheit exakt in die Magneteinheit. Eine derartige Kombination von Magneteinheit und Leitereinheit ist bestens geeignet, um die in dem Spalt angeordnete Leitereinheit effektiv zu durchfluten und somit eine hohe Induktion zu gewährleisten. Der Leiter ist schlaufenartig angeordnet und mit einem Träger verbunden, insbesondere in eine Nut des Trägers eingelassen und mit Epoxidharz vergossen. Die Leiterschlaufen sind dabei so geformt, dass die induktionsaktiven Segmente länger sind als die induktionspassiven Segmente. Der Leiter kann in mehreren Windungen angeordnet sein, beispielsweise in zwei bis 100, insbesondere in 24 mit vier Windungen pro Lage und sechs Lagen.
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Für die Magneteinheit in Form von Scheiben ist erfindungsgemäß mit großem Vorteil vorgesehen, dass die Leitereinheit als eine Scheibe ausgebildet ist, wobei die induktionsaktiven Segmente zu der Rotationsachse radial angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Scheibe eine Dicke auf, die geringfügig kleiner als eine Breite des Spalts ist. Somit passt die Leitereinheit bis auf zwei schmale Luftspalte zwischen der Leitereinheit und der Magneteinheit exakt in die Magneteinheit. Eine derartige Kombination von Magneteinheit und Leitereinheit ist bestens geeignet, um die in dem Spalt angeordnete Leitereinheit effektiv zu durchfluten und somit eine hohe Induktion zu gewährleisten. Der Leiter ist schlaufenartig angeordnet und mit einem Träger verbunden, insbesondere in eine Nut des Trägers eingelassen und mit Epoxidharz vergossen. Die Leiterschlaufen sind dabei so geformt, dass die induktionsaktiven Segmente länger sind als die induktionspassiven Segmente. Der Leiter kann in mehreren Windungen angeordnet sein, beispielsweise in zwei bis 100, insbesondere in 24 mit vier Windungen pro Lage und sechs Lagen.
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Es erweist sich erfindungsgemäß als sehr vorteilhaft, dass der Leiter als Litzenleiter ausgebildet ist. Im Vergleich zu einem gleich dimensionierten Vollleiter weist der Litzenleiter eine wesentlich größere Oberfläche auf, die bei hohen Frequenzen, beispielsweise größer 10 kHz, insbesondere größer 30 kHz, auf Grund des Skin-Effekts eine Leitung von großen Strömen, beispielsweise 16 A/mm2 Leiterquerschnittsfläche, ermöglicht. Hierzu weist der Litzenleiter zwei bis 400 oder mehr, insbesondere 32, Einzeldrähte auf, die insbesondere gegeneinander elektrisch isoliert sind. Gegeneinander elektrisch isolierte Einzeldrähte teilen die große Querschnittsfläche des Leiters in mehrere, bevorzugt viele, kleine Querschnittsflächen der Einzeldrähte auf, was ein Entstehen von wirkungsgradherabsetzenden Wirbelströmen hemmt. Der Litzenleiter kann Kupfer enthalten. Der Litzenleiter kann Silber enthalten.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß mit großem Vorteil vorgesehen, dass der Leiter als Hohlleiter, insbesondere Kapillarleiter, ausgebildet ist. Im Vergleich zu einem gleich dimensionierten Vollleiter erfordert ein solcher Hohlleiter weniger Material, um den Leiter zu bilden, sodass der Leiter zu einem reduzierten Gesamtgewicht der erfindungsgemäße dynamoelektrischen Maschine beiträgt. Der Hohlleiter kann Kupfer enthalten. Der Hohlleiter kann Silber enthalten. Besonders bevorzugt ist der Hohlleiter als Kapillarleiter ausgebildet. Ein Kapillarleiter im Sinne der Erfindung ist ein Hohlleiter, bei dem Effekte auf Grund von Kapillarkräften in seinem hohlen Inneren nicht vernachlässigbar sind. Ein Kapillarleiter weist beispielsweise einen Innendurchmesser von kleiner 0,2 mm auf. Da sich bei hohen Frequenzen, beispielsweise größer 10 kHz, insbesondere größer 30 kHz, der Skin-Effekt deutlich bemerkbar macht, ist ein leitendes Inneres eines Leiters nicht mehr zwingend erforderlich, um große Stromstärken zu leiten, insbesondere wenn der Leiter als Kapillarleiter ausgebildet ist. Allerdings führt das Leiten von großen Strömen zu einer starken Erhitzung des Leiters.
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Deshalb erweist es sich erfindungsgemäß als äußerst vorteilhaft, dass der Hohlleiter als Fluidleitung zum Kühlen der dynamoelektrischen Maschine ausgebildet ist. Die Verwendung des als Hohlleiter ausgebildeten Leiters als Element einer Kühlungsvorrichtung für die dynamoelektrische Maschine ermöglicht eine sehr effiziente Abführung von leistungslimitierender thermischer Energie, da die thermische Energie dort abgeführt wird, wo sie entsteht, nämlich im Leiter. Auf Grund der dem Stand der Technik überlegenen Wärmeabführung verfügt die erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine über einen deutlich erhöhten Wirkungsgrad. Der Hohlleiter weist beispielsweise einen Außendurchmesser von kleiner 1 mm, insbesondere gleich 0,3 mm, und einen Innendurchmesser von kleiner 0,5 mm, insbesondere gleich 0,1 mm, auf. Als Kühlfluide kommen Gase und Flüssigkeiten mit hoher Wärmekapazität und hohem Wärmeleitkoeffizient in Frage.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Leiter als litzenartiger Hohlleiter oder litzenartiger Kapillarleiter ausgebildet. Ein solcher Leiter ist ein Litzenleiter, wobei mindestens ein Einzeldraht, bevorzugt alle Einzeldrähte, des Leiters als Hohlleiter beziehungsweise Kapillarleiter ausgebildet sind. Daher kann der litzenartige Hohlleiter oder litzenartiger Kapillarleiter auch als hohlleiterartiger Litzenleiter beziehungsweise kapillarer Litzenleiter bezeichnet werden. Die vollen oder hohlen Einzeldrähte des Leiters sind bevorzugt gegeneinander elektrisch isoliert. Bei hohen Frequenzen, beispielsweise größer 10 kHz, insbesondere größer 30 kHz, ermöglicht ein gekühlter litzenartiger Kapillarleiter gemäß der vorliegenden Erfindung, Ströme von etwa 40 A/mm2 Leiterquerschnittsfläche zu leiten.
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Es ist erfindungsgemäß mit großem Vorteil vorgesehen, dass ein Längenverhältnis der induktionsaktiven Segmente zu den induktionspassiven Segmenten größer oder gleich 3:1 ist, insbesondere gleich 4:1, 5:1, 6:1, 8:1, 10:1, 15:1, 20:1 oder 30:1, da nur die induktionsaktiven Segmente dem Transfer von mechanischer Energie in elektrische Energie oder vice versa dienen und damit dem Wirkungsgrad der dynamoelektrischen Maschine zuträglich sind. Die induktionspassiven Segmente hingegen reduzieren den Wirkungsgrad, da sie elektrische Widerstände darstellen, die die Stromleitung hemmen und zu Energieverlusten in Form von Abwärme führen. Im Allgemeinen führt bereits ein Längenverhältnis der induktionsaktiven Segmente zu den induktionspassiven Segmenten von größer 1:1 zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades einer beliebig ausgestalteten und nicht zwingend erfindungsgemäßen dynamoelektrischen Maschine im Vergleich zu derselben dynamoelektrischen Maschine mit gleichlangen induktionsaktiven und induktionspassiven Segmenten.
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Es erweist sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass die dynamoelektrische Maschine eisenkernfrei ausgebildet ist. Ein Eisenkern für die Leitereinheit ist auf Grund der Anordnung der Leitereinheit in der Magneteinheit nicht erforderlich, um eine ausreichende magnetische Durchflutung der Leitereinheit zu gewährleisten. Durch das Nichtvorhandensein eines Eisenkerns oder Blechpakets weist die dynamoelektrische Maschine ein geringes Gesamtgewicht auf, ist wenig träge und leidet nicht unter Hysterese. Folglich ist die dynamoelektrische Maschine für Luft- und Raumfahrtzwecke und für starke Beschleunigungen und Verzögerungen bestens geeignet und verfügt über einen hohen Wirkungsgrad.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die dynamoelektrische Maschine mindestens zwei Anschlussstücke zum Kontaktieren des Leiters aufweist, wobei jedes der Anschlussstücke eine Vielzahl an Durchgangslöchern zum Aufnehmen von Einzeldrähten eines Litzenleiters und einen Kontaktbereich zum elektrischen Verbinden aufweist. Weiterhin kann das Anschlussstück ausgebildet sein, um ein Kühlfluid in einen litzenartigen Kapillarleiter einzuleiten und/oder aus einem litzenartigen Kapillarleiter auszuleiten. Im Fall eines litzenförmigen Kapillarleiters mit gegeneinander elektrisch isolierten Einzeldrähten dient das Anschlussstück zum Einleiten beziehungsweise Ausleiten eines Kühlfluides, zum elektrischen Verbinden der gegeneinander elektrisch isolierten Einzeldrähte und zum Abgreifen einer Spannung von dem Leiter beziehungsweise Anlegen einer Spannung an den Leiter.
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Die erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine ist derart ausgebildet, dass die Magneteinheit ein Rotor, insbesondere ein Doppelrotor, und die Leitereinheit ein Stator der dynamoelektrischen Maschine ist. Alternativ dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Magneteinheit ein Stator, insbesondere ein Doppelstator, und die Leitereinheit ein Rotor der dynamoelektrischen Maschine ist. Einerseits kann die erste Alternative vorteilhaft sein, da ein Abgreifen einer Spannung von dem Leiter beziehungsweise ein Anlegen einer Spannung an den Leiter apparativ einfacher umzusetzen ist. Andererseits kann die zweite Alternative vorteilhaft sein, da die Leitereinheit auf Grund ihres geringen Eigengewichts im Vergleich zu der Magneteinheit weniger träge ist, sodass der Rotor bei einem Beschleunigen weniger Energie aufnimmt.
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Es erweist sich erfindungsgemäß als vorteilhaft, dass die dynamoelektrische Maschine als zweiphasige dynamoelektrische Maschine ausgebildet ist. Hierzu umfasst die dynamoelektrische Maschine eine erste Anordnung einer Magneteinheit und Leitereinheit und eine zweite Anordnung einer Magneteinheit und Leitereinheit, wobei eine Phasenverschiebung zwischen der ersten Anordnung und der zweiten Anordnung 180° beträgt.
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Die erfindungsgemäße dynamoelektrische Maschine ist als Motor, Generator, Motor-Generator-Kombination oder Schwungmassenspeicher und damit in zwei- oder mehrrädrigen Fahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb oder einer Rekuperationsbremsanlage, Dampfturbinen, Gasturbinen, Windkraftanlagen, Werkzeugmaschinen, Pumpen, Modellflugzeugen, Drohnen und anderen elektrischen Vorrichtungen einsetzbar. Insbesondere ist die dynamoelektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung für Anwendung mit hohen Drehzahlen, zum Beispiel von 10 kHz bis 100 kHz oder mehr, bestens geeignet. Die obere Frequenzgrenze ist apparativ durch die zur Verfügung stehenden elektrischen oder elektronischen Schaltelemente bedingt. Je nach Anwendung kann auf wirkungsgradreduzierende Getriebe verzichtet werden.
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Zur Lösung der Verwendungsaufgabe schlägt die Erfindung eine Verwendung eines Kapillarleiters oder Litzenleiters als Leiter einer Leitereinheit einer dynamoelektrischen Maschine vor. Die oben dargelegten Vorteile eines Kapillarleiters beziehungsweise eines Litzenleiters treten nicht nur bei einer dynamoelektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein, sondern in etwas vermindertem Ausmaß auch bei einer ansonsten beliebig ausgestalteten dynamoelektrischen Maschine. In anderen Worten, die erfindungsgemäße Verwendung eines Kapillarleiters oder Litzenleiters führt generell zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades einer dynamoelektrischen Maschine.
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Zur Lösung der Verfahrensaufgabe schlägt die Erfindung eine Verfahren der eingangs genannten Art vor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausbauen des Leiters aus der dynamoelektrischen Maschine und Einbauen eines Kapillarleiters oder Litzenleiters in die dynamoelektrische Maschine. Somit lassen sich bereits hergestellte dynamoelektrische Maschinen nachträglich auf die Kapillarleitertechnologie beziehungsweise Litzenleitertechnologie umstellen, um nach einer erfolgten erfindungsgemäßen Umrüstung einen gegenüber vor der Umrüstung erhöhten Wirkungsgrad bereitzustellen.
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Die Erfindung wird in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen sind.
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Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische perspektivische Schnittansicht einer dynamoelektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine schematische Schnittansicht der dynamoelektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Magneteinheit der dynamoelektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 eine schematische perspektivische Ansicht einer Leitereinheit der dynamoelektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform;
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5 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer Magneteinheit einer dynamoelektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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6 eine schematische perspektivische Ansicht einer Leitereinheit der dynamoelektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Schnittansicht einer dynamoelektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform. Die erste Ausführungsform ist eine zu einer Rotationsachse 1 longitudinale Anordnung. Die dynamoelektrische Maschine umfasst eine zu der Rotationsachse 1 symmetrisch ausgebildete Magneteinheit 2 und eine zu der Rotationsachse 1 symmetrisch ausgebildete und mit der Magneteinheit 2 in elektromagnetischer Wechselwirkung stehende Leitereinheit 3. Die Magneteinheit 2 und die Leitereinheit 3 sind zu der Rotationsachse 1 koaxial angeordnet und relativ zueinander um die Rotationsachse 1 drehbar ausgebildet. Die Magneteinheit 2 umfasst 32 stabförmige Magnete 4, wobei jeder der Magnete 4 einen Nordpol N und einen Südpol S aufweist. Die Leitereinheit 3 umfasst einen Leiter 5, der alternierend induktionsaktive Segmente 6 und induktionspassive Segmente 7 aufweist. Bei jeder Orientierung der Leitereinheit 3 relativ zu der Magneteinheit 2 sind die induktionsaktiven Segmente 6 ausschließlich gegenüber zwischen Nordpolen N und Südpolen S existierenden neutralen Zonen 8 angeordnet. Die Magneteinheit 2 ist als ein äußerer Hohlzylinder 9 und ein in dem äußeren Hohlzylinder 9 angeordneter innerer Hohlzylinder 10 ausgebildet. Der äußere Hohlzylinder 9 und der innere Hohlzylinder 10 sind mittels eines Verbindungselementes zu einem dreidimensionalen Joch verbunden. Zwischen dem äußeren Hohlzylinder 9 und dem inneren Hohlzylinder 10 ist ein Spalt zum Aufnehmen der Leitereinheit 3 angeordnet. Die neutralen Zonen 8 sind bei der ersten Ausführungsform zu der Rotationsachse 1 parallel angeordnet.
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Die Leitereinheit 3 ist als ein Hohlzylinder 13 ausgebildet und in dem Spalt der Magneteinheit 2 angeordnet. Die induktionsaktiven Segmente 6 sind zu der Rotationsachse 1 parallel angeordnet. Der Leiter 5 ist als litzenartiger Hohlleiter ausgebildet, könnte aber auch als reiner Hohlleiter oder reiner Litzenleiter ausgebildet sein. Der Hohlleiter ist als Fluidleitung zum Kühlen der dynamoelektrischen Maschine ausgebildet und wird als solche verwendet, um die Wärme direkt dort abzuführen, wo sie entsteht, nämlich in dem Leiter 5. Ein Längenverhältnis der induktionsaktiven Segmente 6 zu den induktionspassiven Segmenten 7 ist 5:1. Die dynamoelektrische Maschine ist eisenkernfrei ausgebildet. Weiterhin weist die dynamoelektrische Maschine spezielle Anschlussstücke zum Kontaktieren des Leiters auf. Die Anschlussstücke umfassen eine Vielzahl an Durchgangslöchern zum Aufnehmen der kapillaren Einzeldrähte des litzenartigen Hohlleiters und einen Kontaktbereich zum elektrischen Verbinden auf.
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Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht der dynamoelektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform. Die in den 1 und 2 dargestellte dynamoelektrische Maschine ist eine zweiphasige dynamoelektrische Maschine mit 180° Phasenverschiebung zwischen den zwei Phasen. Hierzu weist sie eine erste Anordnung (16) von Magneteinheit 2 und Leitereinheit 3 und eine zweite Anordnung 17 von Magneteinheit 2 und Leitereinheit 3 auf. Bei jeder der zwei Anordnungen 16, 17 ist die Magneteinheit 2 als ein äußerer Hohlzylinder 9 und ein in dem äußeren Hohlzylinder 9 angeordneter innerer Hohlzylinder 10 ausgebildet. Zwischen dem äußeren Hohlzylinder 9 und dem inneren Hohlzylinder 10 ist ein Spalt zum Aufnehmen der Leitereinheit 3 angeordnet. Die Leitereinheit 3 ist als ein Hohlzylinder 13 ausgebildet, der in Einbaulage in dem Spalt angeordnet ist. Der äußere Hohlzylinder 9 und der innere Hohlzylinder 10 sind mittels eines Verbindungselementes 15 miteinander verbunden, wobei das Verbindungselement 15 als ein dreidimensionales Joch zum Verstärken von Magnetfeldern in dem Spalt wirkt.
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Die 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Magneteinheit 2 der dynamoelektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform. Die Magneteinheit 2 ist als ein äußerer Hohlzylinder 9 und ein in dem äußeren Hohlzylinder 9 angeordneter innerer Hohlzylinder 10 ausgebildet. Zwischen dem äußeren Hohlzylinder 9 und dem inneren Hohlzylinder 10 ist ein Spalt zum Aufnehmen der Leitereinheit 3 angeordnet. Die neutralen Zonen 8 sind zu der Rotationsachse 1 parallel angeordnet. Die Magneteinheit 2 gemäß 3 ist als Doppelrotor ausgebildet und weist zwölf Magnete 4 pro Hohlzylinder 9, 10 auf.
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Die 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Leitereinheit 3 der dynamoelektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform. Die Leitereinheit 3 ist als ein Hohlzylinder 13 ausgebildet. Der Hohlzylinder 13 dient als Träger für den Leiter 5. Die induktionsaktiven Segmente 6 sind zu der Rotationsachse 1 parallel angeordnet, die induktionspassiven Segmente 7 tangential. Das Längenverhältnis der induktionsaktiven Segmente 6 zu den induktionspassiven Segmenten 7 ist 8:1.
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Die 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer Magneteinheit 2 einer dynamoelektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist eine zu der Rotationsachse 1 transversale Anordnung. Die Magneteinheit 2 ist als eine erste Scheibe 11 und eine neben der ersten Scheibe 11 angeordnete zweite Scheibe 12 ausgebildet, wobei die Anordnung der zweiten Scheibe 12 in 5 nicht dargestellt ist. Die Scheiben 11, 12 sind identisch aufgebaut, aber mit zueinander entgegengesetzten Oberseiten auf der Rotationsachse 1 angeordnet, sodass sich gegenüber einem Nordpol N der ersten Scheibe 11 ein Südpol S der zweiten Scheibe 12 befindet und vice versa. Zwischen der ersten Scheibe 11 und der zweiten Scheibe 12 ist ein Spalt zum Aufnehmen der Leitereinheit 3 angeordnet. Die neutralen Zonen 8 sind zu der Rotationsachse 1 radial angeordnet. Die Magneteinheit 2 gemäß 5 ist als Doppelrotor ausgebildet und weist zwölf Magnete 4 pro Scheibe 11, 12 auf.
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Die 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Leitereinheit 3 der dynamoelektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Leitereinheit 3 als eine Scheibe 14 ausgebildet. Die Scheibe 14 dient als Träger für den Leiter 5. Die induktionsaktiven Segmente 6 sind zu der Rotationsachse 1 radial angeordnet, die induktionspassiven Segmente 7 tangential. Das Längenverhältnis der induktionsaktiven Segmente 6 zu den induktionspassiven Segmenten 7 ist 3:1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotationsachse
- 2
- Magneteinheit
- 3
- Leitereinheit
- 4
- Magnet
- 5
- Leiter
- 6
- Induktionsaktives Segment
- 7
- Induktionspassives Segment
- 8
- Neutrale Zone
- 9
- Äußerer Hohlzylinder
- 10
- Innerer Hohlzylinder
- 11
- Erste Scheibe
- 12
- Zweite Scheibe
- 13
- Hohlzylinder
- 14
- Scheibe
- 15
- Verbindungselement
- 16
- Erste Anordnung
- 17
- Zweite Anordnung
- N
- Nordpol
- S
- Südpol
