DE102015202988A1 - Axialflussmaschine mit reduzierten axialen Kräften - Google Patents

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Christian Prag
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Abstract

Eine Axialflussmaschine (10) umfasst zwei Statoren (16), die eine Mehrzahl von Polen (34) für mehrere Phasen tragen, die durch Leiterschleifen (32) in Nuten (28) zwischen axialen Zähnen (26) der Statoren (16) gebildet sind, und einen scheibenförmigen Rotor (18), der zwischen den Statoren (16) drehbar gelagert ist und der eine umlaufende Kette von Permanentmagneten (22) trägt, wobei die Pole (34) durch Bestromung der Phasen einen magnetischen Fluss durch den scheibenförmigen Rotor (18) erzeugen und die axialen Zähne (26) des einen Stators (16) versetzt zu den axialen Zähnen (26) des anderen Stators (16) angeordnet sind. Für wenigstens einen Stator (16) weist je Phase wenigstens ein Pol (34) Leiterschleifen (32) auf, die in versetzt zueinander angeordneten Nutpaaren (36) verlaufen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Unter einer elektrischen Axialflussmaschine kann ein elektrischer Motor oder Generator mit einem bzw. mehrere Rotor und einem bzw. mehrere Stator verstanden werden, bei dem der Magnetfluss zwischen Rotor und Stator im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors erfolgt. In der Regel ist der Rotor, der beispielsweise Permanentmagnete trägt, drehbar zwischen zwei mit bestrombaren Wicklungen versehenen Statoren gelagert. Die Wicklungen können dabei in Nuten angeordnet sein, die zwischen axialen Zähnen gebildet sind.
  • Die WO2009/115247 A1 zeigt beispielsweise eine E-Maschine mit einem Scheibenläufer, bei der die Statoren bezüglich der Nutteilung winkelversetzt zueinander sind.
  • Der Versatz zwischen den Zähnen der beiden Statoren verursacht normalerweise eine Reduzierung des Rastmoments der Maschine bzw. der Wirbelströme in den Magneten. Für die Auslegung des Magnetkreises kann der Versatz vorteilhaft sein. Durch den Versatz können aber axiale Kräfte auf die Permanentmagnete entstehen. Diese Kräfte können problematisch sein (beispielsweise für die Lagerung), wenn sie zu einer resultierenden Kraft ungleich Null auf den Rotor führen.
  • Bei einer Einzelzahnwicklung mit Versatz kompensieren sich die axialen Kräfte von zwei benachbarten Magneten, so dass keine axiale Kraft auf den Rotor wirkt. Bei einer verteilten Wicklung (d.h. bei einer Wicklung mit Leiterschleifen, die mehrere Zähne umgreifen können) mit Versatz können axiale Kräfte auf die Magnete entstehen, die synchron sind und eine Gesamtkraft auf den Rotor kann entstehen. Auch kann eine Phasenverschiebung zwischen den induzierten Spannungen der beiden Statoren (30° elektrisch) entstehen. Das kann zu einer Steigerung der axialen Kraft auf die Magnete mit der Stromamplitude führen. Wegen der Phasenverschiebung würde eine Parallelschaltung der Statoren in diesem Fall zu Kreisströmen führen, die zusätzliche Verluste und eine Asymmetrie zwischen den Statoren mit sich bringen können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise robuste Axialflussmaschinen mit hoher Leistungsdichte, geringem Rastmoment und/oder geringen Wirbelströmen im Rotor bereitgestellt werden. Axiale Kräfte auf den Rotor der Axialflussmaschine werden mit Ausführungsformen der Erfindung reduziert.
  • Die Erfindung betrifft eine Axialflussmaschine, die beispielsweise in einem Fahrzeug als elektrischer Antrieb eingesetzt werden kann, beispielsweise zur Unterstützung eines Verbrennungsmotors in einem Hybridantrieb oder als Antrieb anderer Komponenten des Fahrzeugs, wie etwa eine Kühlwasser- oder Treibstoffpumpe.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Axialflussmaschine zwei Statoren, die eine Mehrzahl von Polen für mehrere Phasen tragen, die durch Leiterschleifen in Nuten zwischen axialen Zähnen der Statoren gebildet sind, und einen scheibenförmigen Rotor, der zwischen den Statoren drehbar gelagert ist und der eine umlaufende Kette von Permanentmagneten trägt. Die Pole können durch Bestromung der Phasen einen magnetischen Fluss durch den scheibenförmigen Rotor erzeugen. Die axialen Zähne des einen Stators sind dabei versetzt zu den axialen Zähnen des anderen Stators angeordnet. Beispielsweise können die Statoren Wicklungen für jeweils drei Phasen aufweisen. Die Wicklungen umfassen mehrere Leiterschleifen, die in Nuten zwischen axialen Zähnen angeordnet sind und die die Pole der Statoren bilden.
  • Eine Leiterschleife kann dabei zwei Einzelleiter aufweisen, die bei Bestromung gegenläufig von Strom durchflossen werden. Das Magnetfeld eines Pols verläuft dabei im Wesentlichen in axialer Richtung, d.h. im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors.
  • Für wenigstens einen Stator je Phase weist wenigstens ein Pol Leiterschleifen auf, die in versetzt zueinander angeordneten Nutpaaren verlaufen. Mit anderen Worten weist der Stator nicht nur Nuten auf, die mit Leiterschleifen eines Pols vollständig gefüllt sind, sondern in manchen Nuten befinden sich die Leiterschleifen mehrerer Pole. Dies kann zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Pole über den Umfang des Stators und/oder zu einer optimaleren Verteilung der Pole bezüglich der Magnete des Rotors führen, so dass eine axiale Gesamtkraft auf den Rotor reduziert wird.
  • Insgesamt können das Rastmoment und/oder die Drehmomentwelligkeit der Axialflussmaschine reduziert werden. Auch kann der Herstellungsprozess der Axialflussmaschine vereinfacht werden. Unter Umständen können die beiden Statoren der Axialflussmaschine parallelisiert werden, ohne dass zusätzliche Magnetverluste, axiale Kräfte, Kreisströme und/oder eine Drehmomentwelligkeit erzeugt werden. Auch kann die Drehmomentdichte durch eine Verbesserung der magnetischen Flussverkettung zwischen den Rotor und die Statoren erhöht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die versetzt zueinander angeordneten Nutpaare um eine Nut zueinander versetzt. Mit anderen Worten können sich die Leiterschleifen eines Pols in benachbarten Nutpaaren befinden, d.h. die Einzelleiter der Leiterschleifen können sich in benachbarten Nuten befinden. Auf diese Weise kann ein Pol sozusagen um lediglich einen Teil einer Nut in Umfangsrichtung verschoben werden, wodurch die auf einen Magneten des Rotors entstehende axiale Kraft mit den axialen Kräften anderer Pole zumindest teilweise ausgeglichen werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der Leiterschleifen des Pols gleichmäßig über die beiden Nutpaare verteilt. In den Nuten der beiden Nutpaare kann die gleiche Anzahl an Einzelleitern der jeweiligen Leiterschleifen angeordnet sein. In einer Nut kann auf diese Weise die gleiche Anzahl von Einzelleitern für beispielsweise zwei Pole angeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der Leiterschleifen des Pols ungleichmäßig über die beiden Nutpaare verteilt. In diesem Fall ist in den Nuten der beiden Nutpaare eine unterschiedliche Anzahl an Einzelleitern der jeweiligen Leiterschleifen angeordnet. Beispielsweise können in der einen Nut N Einzelleiter und in einer benachbarten Nut 3N Einzelleiter des Pols angeordnet sein (wobei N eine natürliche Zahl ist). Auf diese Weise kann in einer Nut eine unterschiedliche Anzahl von Einzelleitern für zwei Pole vorhanden sein, beispielsweise 3N Einzelleiter für einen ersten Pol und N Einzelleiter für einen zweiten Pol.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Statoren gleichartig gewickelt. Gleichartig gewickelt kann bedeuten, dass die Statoren symmetrische bzw. spiegelsymmetrische Wicklungen aufweisen. Gleichartig kann auch bedeuten, dass die Wicklungen in Umfangsrichtung gleichartig periodisch aufgebaut sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Phasen der Statoren jeweils parallel geschaltet, was aber unter Umständen zu Kreisströmen führen kann. Alternativ können die Phasen jeweils in Reihe geschaltet sein, was aber die Konstruktion der Maschine komplexer machen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die versetzten Leiterschleifen an einem Stator entgegengesetzt zu den versetzten Leiterschleifen an dem anderen Stator versetzt. Die beiden Statoren können dabei gleichartig gewickelt sein, allerdings nicht symmetrisch. Durch Versetzen der Leiterschleifen auf diese Weise kann die Grundwelle der induzierten Spannung der beiden Statoren (fast) in Phase gebracht werden, wodurch die beiden Statoren parallel geschaltet werden können.
  • Im Allgemeinen kann die Wicklung einer Axialflussmaschine wahlweise mit einer Einzelzahnwicklung oder auch mit einer verteilten Wicklung ausgeführt werden, d.h. mit einer Wicklung, bei der wenigstens eine Leiterschleife mehr als einen Zahn umgreift. Eine verteilte Wicklung kann den Vorteil aufweisen, dass die Oberwellen des magnetischen Felds im Luftspalt bzw. Magnetverluste reduziert werden. Eine Steigerung der Anzahl von Zähnen ermöglicht auch, den Abstand zwischen zwei benachbarten Zähnen zu verkleinern. Auf diese Weise kann die magnetische Flussverkettung zwischen dem Rotor und dem Stator verbessert werden. Die in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen Wicklungen sind verteilte Wicklungen.
  • Eine weitere wichtige Größe im Zusammenhang mit Wicklungen ist die Lochzahl q, die wie folgt bestimmt wird: q = Anzahl_von_Statorzähnen / Anzahl_von_Polen·Anzahl_von_Phasen
  • Zum Beispiel hat eine dreiphasige Maschine mit 60 Zähnen pro Stator und 10 Polpaaren eine Lochzahl q = 1. Bei q > 0,5 ist die Wicklung eine verteilte Wicklung.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist je Phase jeder Pol Leiterschleifen auf, die jeweils eine Anzahl von PN Zähnen umgreifen und die in N + 1 benachbarten Nutpaaren angeordnet sind. N ist dabei eine natürliche Zahl und P die Anzahl der Phasen. Dabei können N – 1 der benachbarten Nutpaare nur mit den Leiterschleifen des jeweiligen Pols gefüllt sein. Dies führt dann zu einer Lochzahl von q = N.
  • Beispielsweise kann bei drei Phasen der Stator Leiterschleifen aufweisen, die jeweils drei Zähne umgreifen. Die Einzelleiter der Leiterschleifen, die gleichläufig von Strom durchflossen werden, sind dabei in zwei benachbarten Nuten angeordnet, die beispielsweise jeweils nicht vollständig mit Einzelleitern der gleichen Phase gefüllt sind und somit Einzelleiter von unterschiedlichen Phasen enthalten.
  • Bei drei Phasen kann der Stator auch Leiterschleifen aufweisen, die jeweils sechs Zähne umgreifen. Die Einzelleiter der Leiterschleifen, die gleichläufig von Strom durchflossen werden, sind dabei in drei benachbarten Nuten angeordnet, von denen die beiden äußeren jeweils nicht vollständig mit Einzelleitern der gleichen Phase gefüllt sind und die somit Einzelleiter von unterschiedlichen Phasen enthalten. Die mittlere Nut kann vollständig mit dem Einzelleiter der gleichen Phase gefüllt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Wicklung des Stators eine Periodizität von 9 auf und je Phase sind vier Pole aus Leiterschleifen gebildet, die in der 1., 4., 6. und 8. Nut periodisch angeordnet sind. Dies führt zu einer Lochzahl von q = 0,75. In der 1. und 6. Nut können sich gleichläufig durchflossene Einzelleiter und in der 4. und 8. Nut in die Gegenrichtung gleichläufig durchflossene Einzelleiter befinden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Wicklung des Stators eine Periodizität von 15 auf und je Phase sind vier Pole aus Leiterschleifen gebildet, die in der 1., 4., 5., 8., 9. und 12. Nut periodisch angeordnet sind. Dies führt zu einer Lochzahl von q = 1,25. In der 1., 8. und 9. Nut können sich gleichläufig durchflossene Einzelleiter und in der 4., 5. und 12. Nut in die Gegenrichtung gleichläufig durchflossene Einzelleiter befinden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Wicklung des Stators eine Periodizität von 21 auf und je Phase sind vier Pole aus Leiterschleifen gebildet, die in der 1., 2., 7., 8., 12., 13., 17. und 18. Nut periodisch angeordnet sind. Dies führt zu einer Lochzahl von q = 1,75. In der 1., 2., 12. und 13. Nut können sich gleichläufig durchflossene Einzelleiter und in der 7., 8., 17. und 18. Nut in die Gegenrichtung gleichläufig durchflossene Einzelleiter befinden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Wicklung des Stators eine Periodizität von 9 auf und je Phase sind zwei Pole aus Leiterschleifen gebildet, die in der 1., 2., 5. und 6. Nut periodisch angeordnet sind. Dies führt zu einer Lochzahl von q = 1,5. In der 2. und 3. Nut können sich gleichläufig durchflossene Einzelleiter und in der 7. und 8. Nut in die Gegenrichtung gleichläufig durchflossene Einzelleiter befinden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
  • 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Axialflussmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 bis 8 zeigen eine schematische Ansicht der Wicklungen einer Axialflussmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine elektrische Maschine 10 in Ausführung als Scheibenläufer, die ein Gehäuse 12 aus mehreren Komponenten 14 umfasst, in der zwei ringförmige Statoren 16 und ein dazwischen gelagerter, scheibenförmiger Rotor 18 angeordnet ist. Der Rotor 18 umfasst eine Trägerscheibe 20, auf der eine Mehrzahl von Permanentmagneten 22 angeordnet ist. Die Trägerscheibe 20 des Rotors 18 kann aus einem magnetischen bzw. amagnetischen Material, so wie etwa Kunststoff, gefertigt sein. In den beiden Statoren befinden sich Wicklungen 24, die bei Bestromung ein magnetisches Feld mit Komponenten im Wesentlichen in axialer Richtung durch den Rotor 18 hindurch erzeugen und den Rotor in Drehung versetzen können.
  • Im Folgenden werden verschiedene mögliche Nutdurchflutungen für Lochzahlen zwischen q = 0,75 und q = 2 gezeigt, die mit einem Versatz zwischen den beiden Statoren 16 kompatibel sind.
  • Die 2 zeigt schematisch eine Anordnung zweier Statoren 16, zwischen denen ein Rotor 18 aufgenommen ist. Die 2 (als auch die folgenden Figuren) zeigen einen Abschnitt der Statoren 16 und des Rotors 18 in Umfangsrichtung. Von dem Rotor 18 sind lediglich die Permanentmagnete 22 gezeigt, die in Umfangsrichtung mit alternierender Polung angeordnet sind. Dabei ist die Polung der Permanentmagnete 22 in axialer Richtung ausgerichtet.
  • Jeder der Statoren 16 umfasst ein magnetisierbares Trägermaterial 24 (beispielsweise ein Blechpaket oder gepresst aus einem weichmagnetischen Material), das axiale Zähne 26 aufweist, zwischen denen Nuten 28 gebildet sind.
  • In den Nuten 28 befinden sich Einzelleiter 30, die entweder in eine Richtung (beispielsweise radial nach außen, „O“) oder in eine Gegenrichtung (beispielsweise radial nach innen, „X“) bestromt werden können. Wenigstens ein Einzelleiter 30 in eine Richtung und ein Einzelleiter 30 in Gegenrichtung bilden eine Leiterschleife 32. Bei der 2 und auch den folgenden Figuren umgreifen die Leiterschleifen 32 mehr als einen Zahn 26, die Wicklungen 24 sind daher verteilte Wicklungen.
  • Die Nuten 28 bzw. die Zähne 26 sind bei den beiden Statoren 16 gegeneinander versetzt, so dass eine Nut 28 des einen Stators 16 einem Zahn 26 des anderen Stators 16 gegenüberliegt.
  • Beide Statoren 16 tragen Wicklungen 24 für drei Phasen. Die Wicklungen 24 sind periodisch aufgebaut, nach sechs Nuten wiederholt sich der Wicklungsaufbau. Die Nummern der Nuten sind in der 2 und in den folgenden Figuren durch eingekreiste Zahlen bezeichnet.
  • Die 2 zeigt, dass die beiden Wicklungen 24 der Statoren 16 nicht gleichartig aufgebaut sind. Die eine (in der 2 untere) Wicklung 24 umfasst je Phase Leiterschleifen 32, die drei Zähne 26 umgreifen, wobei die Leiterschleifen 32 eines Pols 34 lediglich in einem Nutpaar 36 angeordnet sind. Die Pole 34 einer Phase werden dabei durch die Leiterschleifen 32 der Phase gebildet, die in den entsprechenden Nutpaaren 36 angeordnet sind.
  • Im Gegensatz dazu umfasst der andere (in der 2 obere) Stator 16 eine Wicklung 24, für die je Phase die Pole 34 Leiterschleifen 32 aufweisen, die in versetzt zueinander angeordneten Nutpaaren 36 verlaufen. Die Wicklung 24 weist beispielsweise eine erste Leiterschleife 32 in der 1. und 4. Nut und eine zweite Leiterschleife 32 in der 2. und 5. Nut auf, die zusammen einen Pol 34 einer Phase bilden. Analog weisen auch die in den folgenden Figuren gezeigten Statoren 16 bzw. Wicklungen 24 versetzt zueinander angeordnete Leiterschleifen 21 zur Bildung eines Pols 34 auf.
  • Bei der 2 ergibt sich eine Lochzahl von q = 1 = 6 (Periodizität 6, 3 Phasen, 2 Pole pro Phase).
  • Die Länge der Permanentmagnete 22 und den Abstand zwischen zwei benachbarten Magneten des Rotors 18 beträgt drei Nuten 28 bzw. drei Zähne 26.
  • Der Aufbau der 2 hat den Vorteil, dass die Phasenverschiebung zwischen den beiden Statoren 16 entfernt werden kann. Ein Unterschied in der Amplitude der induzierten Spannungen kann jedoch bestehen bleiben. Die axiale Gesamtkraft auf den Rotor 18 wird außerdem reduziert.
  • Bei der 3 und den folgenden Figuren sind die beiden Wicklungen 24 der Statoren 16 gleichartig aufgebaut.
  • 3 zeigt einen anderen möglichen Aufbau der Wicklung mit Lochzahl q = 1, der auch eine Periodizität von 6 aufweist. Die Einzelleiter 30 einer Phase befinden sich in der 1., 2., 4. und 5. Nut und bilden pro Periode zwei Pole. Ein Pol 34 umfasst dabei Leiterschleifen 32 in benachbarten Nutpaaren 36. Diese Leiterschleifen 32 sind bei den beiden Statoren 16 in Gegenrichtung zueinander versetzt.
  • Weiter sind die Leiterschleifen 32 eines Pols 34 ungleichmäßig auf die benachbarten Nuten 28 verteilt. In der gezeigten Ausführungsform befinden sich drei Leiterschleifen 32 im ersten Nutpaar 36 (1. und 4. Nut) und eine Leiterschleife 32 im zweiten Nutpaar 36 (2. und 5. Nut).
  • Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die Grundwelle der induzierten Spannungen der beiden Statoren durch eine Sehnung von + bzw. – ca. 15° elektrisch fast in Phase sind. Diese Nutdurchflutung ermöglicht eine Parallelisierung der beiden Statoren 16, da Kreisströme hier deutlich reduziert werden. Die Drehmomentwelligkeit ist auch reduziert, da die 5. und die 7. Oberwelle durch die Sehnung gedämpft werden (ca. um den Faktor 14).
  • Die axialen Kräfte, die auf einen Magneten 22 wirken, bleiben in Phase und addieren sich. Vorteilhaft ist, dass die Steigung der Kraft mit dem Strom deutlich verringert ist. Die gesamte axiale Kraft, die auf den Rotor 18 wirkt, ist nahezu unabhängig vom Arbeitspunkt.
  • 4 zeigt einen Aufbau analog zur 3 für die Lochzahl q = 2 mit einer Periodizität von 12. Die Einzelleiter 30 einer Phase befinden sich in der 1., 2., 3., 7., 8. und 9. Nut und bilden pro Periode zwei Pole 24 mit Leiterschleifen 32 in drei Nutpaaren 36, von denen lediglich das mittlere vollständig mit den Leiterschleifen 32 der Phase gefüllt ist.
  • Der in den 3 und 4 gezeigte Aufbau lässt sich auf Lochzahlen q = 3, 4, ... erweitern.
  • Im Folgenden werden Wicklungen 24 gezeigt, die Lochzahlen q besitzen, die kein Vielfaches von 0,5 ist. Für diese Lochzahlen beträgt die Periodizität der Wicklung zwei Polpaare. Die Lochzahlen q = 0,75, q = 1,25, q = 1,75 usw. sind also mit ungeraden Polpaarzahlen inkompatibel.
  • Diese Lochzahlen bieten aber den Vorteil, keine resultierende axiale Kraft auf den Rotor zu verursachen. Axiale Kräfte von zwei benachbarten Magneten 22 werden um eine Viertelperiode phasenverschoben. So beträgt die Summe der axialen Kräfte 0. Diese Lochzahlen ermöglichen auch die Parallelisierung bzw. Parallelschaltung der beiden Statoren 16, da die induzierten Spannungen der Statoren 16 identisch sind.
  • 5 zeigt eine Nutdurchflutung für eine Lochzahl von q = 0,75. Die Einzelleiter 30 einer Phase befinden sich in der 1., 4., 6. und 8. Nut, wobei die 6. und 8. Nut vollständig gefüllt und die 1. und 2. Nut nur teilweise (hier halb) gefüllt ist.
  • Eine Lochzahl von q = 0,75 vereinfacht den Aufbau des Stators 16. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Stator 16 aus weichmagnetischem Material hergestellt ist, weil die Anzahl der Zähne 26 verhältnismäßig gering ist. So können die Zähne 26 breiter bleiben und eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen.
  • Die 6 zeigt eine Nutdurchflutung für eine Lochzahl von q = 1,25. Die Periodizität beträgt 15. Die Einzelleiter 30 einer Phase befinden sich in der 1., 4. 5., 8., 9. und 12. Nut, wobei die 1., 5., 8. und 12. Nut vollständig gefüllt und die 4. und 9. Nut nur teilweise (hier halb) gefüllt ist.
  • Die 7 zeigt eine Nutdurchflutung für eine Lochzahl von q = 1,75. Die Periodizität beträgt 21. Die Einzelleiter 30 einer Phase befinden sich in der 1., 2. 7., 8., 12., 13., 17. und 18. Nut, wobei die 2., 7., 12., 13., 17. und 18. Nut vollständig gefüllt und die 1. und 8. Nut nur teilweise (hier halb) gefüllt ist.
  • Die 8 zeigt einen Aufbau einer Wicklung 24 mit Lochzahl q = 1,5. Die Periodizität beträgt 9, wobei pro Periode zwei Pole vorhanden sind. Diese Lochzahl ist mit jeder beliebige Polpaarzahl (gerade und ungerade) kompatibel. Die Einzelleiter 30 einer Phase befinden sich in der 1., 2., 5. und 6. Nut, wobei die 1. und 6. Nut vollständig gefüllt und die 2. und 5. Nut nur teilweise (hier halb) gefüllt ist.
  • Der Lochzahl q = 1,5 ermöglicht auch eine Parallelisierung der Statoren 16 und verursacht keine axiale Kraft auf den Rotor 18. Vorteilhaft ist, dass die Periode der Wicklung nur ein Polpaar beträgt. Der Aufbau der Wicklung 24 kann vereinfacht werden.
  • Bei allen Figuren wurden beispielhaft vier Windungen bzw. Einzelleiter 30 pro Nut skizziert. Es ist jedoch zu verstehen, dass die gezeigten Ausführungsformen unabhängig von der Anzahl der Einzelleiter pro Nut 28 sind.
  • Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2009/115247 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Axialflussmaschine (10), umfassend: zwei Statoren (16), die eine Mehrzahl von Polen (34) für mehrere Phasen tragen, die durch Leiterschleifen (32) in Nuten (28) zwischen axialen Zähnen (26) der Statoren (16) gebildet sind; und einen scheibenförmigen Rotor (18), der zwischen den Statoren (16) drehbar gelagert ist und der eine umlaufende Kette von Permanentmagneten (22) trägt; wobei die Pole (34) durch Bestromung der Phasen einen magnetischen Fluss durch den scheibenförmigen Rotor (18) erzeugen; wobei die axialen Zähne (26) des einen Stators (16) versetzt zu den axialen Zähnen (26) des anderen Stators (16) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen Stator (16) je Phase wenigstens ein Pol (34) Leiterschleifen (32) aufweist, die in versetzt zueinander angeordneten Nutpaaren (36) verlaufen.
  2. Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei die versetzt zueinander angeordneten Nutpaare (36) um eine Nut (28) zueinander versetzt sind.
  3. Axialflussmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Leiterschleifen (32) des Pols (34) gleichmäßig über die beiden Nutpaare (36) verteilt ist; oder wobei die Anzahl der Leiterschleifen (32) des Pols (34) ungleichmäßig über die beiden Nutpaare (36) verteilt ist.
  4. Axialflussmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die versetzten Leiterschleifen (32) an einem Stator (16) entgegengesetzt zu den versetzten Leiterschleifen (32) an dem anderen Stator (16) versetzt sind.
  5. Axialflussmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Statoren (16) gleichartig gewickelt sind; und/oder wobei Phasen der Statoren (16) jeweils parallel geschaltet sind.
  6. Axialflussmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei je Phase jeder Pol (34) Leiterschleifen (32) aufweist, die jeweils eine Anzahl von PN Zähnen (26) umgreifen und die in N + 1 benachbarten Nutpaaren (36) angeordnet sind, wobei N eine natürliche Zahl und P die Anzahl der Phasen ist.
  7. Axialflussmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wicklung des Stators (16) eine Periodizität von 9 aufweist und je Phase vier Pole (34) aus Leiterschleifen (32) gebildet sind, die in der 1., 4., und 8. Nut (28) periodisch angeordnet sind.
  8. Axialflussmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wicklung des Stators (16) eine Periodizität von 15 aufweist und je Phase vier Pole (34) aus Leiterschleifen (32) gebildet sind, die in der 1., 4., 5., 8., 9. und 12. Nut (28) periodisch angeordnet sind.
  9. Axialflussmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wicklung des Stators (16) eine Periodizität von 21 aufweist und je Phase vier Pole (34) aus Leiterschleifen (32) gebildet sind, die in der 1., 2., 7., 8., 12., 13., 17. und 18. Nut (28) periodisch angeordnet sind.
  10. Axialflussmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wicklung des Stators (16) eine Periodizität von 9 aufweist und je Phase zwei Pole (34) aus Leiterschleifen (32) gebildet sind, die in der 1., 2., und 6. Nut (28) periodisch angeordnet sind.
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WO2009115247A1 (de) 2008-03-15 2009-09-24 Rainer Marquardt Trägheitsarmer direktantrieb grosser leistungsdichte

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