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GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft eine Magnetgetriebevorrichtung, einen Polstückläufer und ein Polstück für eine solche Vorrichtung.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Während die überwiegende Mehrheit von Getriebelösungen mechanische Getriebeanordnungen verwendet haben, gibt es ein zunehmendes Interesse und einen Bedarf an kleineren, leichteren, effizienteren und weniger teuren Getriebelösungen, welche die hohe Drehmomentübertragung vorhandener mechanischer Anordnungen bieten. Magnetische Getriebeanordnungen sind ein Beispiel einer solchen Lösung.
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Ein Magnetgetriebe verwendet Magnetfelder, um Drehmoment ohne mechanische Berührung zu übertragen. In einer Form hat ein Magnetgetriebe drei Hauptbestandteile, die sich alle drei im Verhältnis zueinander drehen können. Bei einer vorhandenen Anordnung erzeugt ein in Radialrichtung innerer der drei Bestandteile ein erstes Magnetfeld mit einer ersten Anzahl von Polpaaren. Ein in Radialrichtung äußerer der drei Bestandteile erzeugt ein zweites Magnetfeld mit einer zweiten Anzahl von Polpaaren. Ein in Radialrichtung dazwischenliegender der drei Bestandteile erzeugt kein eigenes Magnetfeld. Stattdessen hat er eine Anzahl von ferromagnetischen Polstücken, die durch eine nichtmagnetische und nichtleitfähige Struktur getragen werden. Dieser dritte Bestandteil wirkt als ein passiver Teil eines Magnetkreises zwischen dem ersten und dem zweiten Bestandteil. Die Rolle der Polstücke ist es, das erste und das zweite Magnetfeld derart zu modulieren, dass sie auf eine verzahnte Weise in Wechselwirkung treten. Demzufolge kann ein Drehmoment zwischen beliebigen zwei der drei Bestandteile auf eine verzahnte Weise oder zwischen allen drei derselben auf eine Weise, ähnlich einer mechanischen Umlaufgetriebeanordnung, übertragen werden.
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Andere Formen von Magnetgetriebevorrichtungen umfassen ein passives Getriebe mit zwei Dauermagnetgruppierungen und einem Modulationsring, einen Motorgenerator mit einem Ständer, der um ein Magnetgetriebe gewickelt ist, einen Motorgenerator mit einem integrierten Getriebe mit einem sich drehenden Dauermagnetläufer, einem sich drehenden Modulationsläufer und einer statischen Gruppierung von Magneten und Wicklungen, ein stufenloses Magnetgetriebe mit drei Läufern, zwei mit Dauermagnetgruppierungen und einem Modulationsläufer und einer Ständerwicklung, um die Drehung eines der Läufer zu steuern, und/oder ein stufenloses Magnetgetriebe mit einem Dauermagnetläufer, einem Modulationsläufer und einer Ständerwicklung, die sich mit dem modulierten Feld koppeln und die Drehgeschwindigkeit und daher das Übersetzungsverhältnis steuern kann.
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Ein Beispiel eines Magnetgetriebes wird in 1 gezeigt. In diesem Fall ist der äußere Bestandteil zusätzlich mit einem Satz von Wicklungen versehen, um - faktisch - ein Motorgenerator zu werden. Diese Anordnung kombiniert die Funktionalität eines Magnetgetriebes und einer typischen elektrischen Maschine durch Ermöglichen einer verzahnten Drehmomentübertragung in Kombination mit einem Betrieb entweder im Motor- oder im Generatormodus. In diesem Fall werden das erste und das zweite Magnetfeld durch Dauermagneten an dem inneren und dem äußeren Bestandteil erzeugt. Wenn die Wicklungen des äußeren Bestandteils mit einem dreiphasigen, um 120 Grad versetzten Strom versorgt werden, wird ein sich drehendes Magnetfeld in der Maschine aufgebaut. Dieses sich drehende Magnetfeld hat die gleiche Anzahl von Polpaaren wie das erste Magnetfeld, das durch den inneren Bestandteil erzeugt wird. Das sich drehende Magnetfeld und das erste Magnetfeld koppeln sich unmittelbar derart, dass die Oberschwingung des ersten Magnetfeldes zur elektromagnetischen Energieumwandlung verwendet werden kann.
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Der Magnetfluss, der mit den Teilen der Magnetfelder in der Maschine verknüpft ist, die in Wechselwirkung treten und zu der Drehmomentübertragung beitragen, wird als der „Nutz“-Magnetfluss bezeichnet. Jedoch ist nicht alles von dem Fluss nutzbar. Etwas von dem Magnetfluss trägt nicht zu der Drehmomentübertragung bei und breitet sich stattdessen in einer Richtung, senkrecht zu derjenigen des nutzbaren Magnetflusses, aus. Dies wird als der „Streu“-Magnetfluss bezeichnet.
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Um den in Radialrichtung dazwischenliegenden Bestandteil aufzunehmen, muss das Magnetgetriebe einen Luftspalt zwischen den zwei anderen Bestandteilen der Maschine haben. Weil dieser Luftspalt den dazwischenliegenden Bestandteil aufnehmen muss, ist er viel größer als der Luftspalt zwischen den zwei Bestandteilen einer herkömmlichen elektrischen Maschine. Diese Anordnung kann zu hohen Niveaus von Streumagnetfluss in dem Luftspalt führen. Dies schafft zwei Schlüsselprobleme: erstens wird ein Teil des Magnetfeldes, das in der Maschine aufgebaut wird, verschwendet, da es nicht dazu verwendet wird, Drehmoment zu übertragen, und zweitens induziert das Streumagnetfeld Wirbelströme in den Polstücken, zusätzlich zu denen, die durch den Nutzmagnetfluss induziert werden. Diese beiden Probleme sind Quellen von Ineffizienz in der Maschine. Während alle elektrischen Maschinen unter diesen Problemen leiden können, sind diejenigen, die auf Magnetgetriebetechnologie beruhen, besonders anfällig, da die Probleme durch die Größe des Luftspalts und die hohe Frequenz der eingesetzten Magnetfelder gesteigert werden.
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Wirbelströme sind aus einer Anzahl von Gründen unerwünscht. Erstens induzieren Wirbelströme ein ,sekundäres` Magnetfeld, das dem ,primären" Magnetfeld entgegenwirkt, das es erzeugte. Das sich ergebende Feld (das heißt, die Summe des primären und des sekundären Magnetfeldes) ist schwächer als das primäre Magnetfeld. In dem Fall, in dem das primäre Magnetfeld das Nutzmagnetfeld ist, verringert dies den Wirkungsgrad der Maschine. Zweitens haben die Wirbelströme auf Grund von Widerstandsverlusten eine Erwärmungswirkung in den Polstücken. Unerwünschterweise ist dies eine Form von Energieverlust in der Maschine. Die zusätzliche Erwärmung kann ebenfalls die mechanischen Eigenschaften der Polstück-Tragstruktur und anderer Materialien in der Maschine schädigen und kann unerwünschterweise bewirken, dass die Temperatur in anderen Teilen der Maschine zunimmt. Die Gesamtabnahme beim Wirkungsgrad der Maschine, die durch Wirbelströme verursacht wird, zeigt sich entweder als eine Abnahme beim Drehmoment an der Abtriebswelle oder eine Zunahme beim Leerlaufdrehmoment an der Antriebswelle.
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Diesen Problemen kann zum Teil begegnet werden durch Fertigen der Polstücke aus Stapeln dünner magnetisch leitfähiger Bahnen oder Schichten, die elektrisch voneinander isoliert sind. Ein Beispiel eines solchen geschichteten Polstücks wird in 2 gezeigt. Die Schichten wirken so, dass sie den Fluss von Wirbelströmen, die durch den Nutzmagnetfluss induziert werden, einschränken. Die Schichten sind derart ausgerichtet, dass die Schichten parallel zu den Linien des Nutzmagnetflusses liegen. Diese Ausrichtung wird gewählt, da die Wirbelströme, die durch den Nutmagnetfluss induziert werden, eine größere Quelle von Verlust in der Maschine sind als die Wirbelströme, die durch den Streumagnetfluss induziert werden. Das Schichten der Polstücke auf diese Weise schränkt jedoch nicht den Fluss von Wirbelströmen, die durch den Streumagnetfluss induziert werden, ein. Die Wirbelströme, die durch den Streumagnetfluss induziert werden, laufen weiter innerhalb der Ebenen der einzelnen Schichten um, wie in 3 gezeigt. Im Ergebnis bleibt der Fluss von Wirbelströmen, die durch den Streumagnetfluss induziert werden, eine Quelle von Verlust in der Maschine.
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Alternative Lösungen, um den Fluss von Wirbelströmen wenigstens einzuschränken, schließen das Fertigen der Polstücke aus gesinterten oder zusammengesetzten weichmagnetischen Materialien ein. Jedoch kann dies problematisch sein, da dies die mechanische Festigkeit der Polstücke bedeutend verringern kann.
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Aus dem Dokument
US 2011 / 0 012 458 A1 ist ein magnetisches Antriebssystem bekannt, das drei Elemente umfasst, von denen ein erstes und ein zweites ein Eingangselement und ein Ausgangselement bilden, die jeweils so angeordnet sind, dass sie sich relativ zu dem dritten Element drehen, wobei zwei der Elemente jeweilige Sätze von Permanentmagneten aufweisen, wobei die beiden Sätze eine unterschiedliche Anzahl von Magnetpolen haben, und das andere der Elemente einen zylindrischen Körper mit einer Vielzahl von darin eingebetteten Polstücken umfasst, wobei die Polstücke so angeordnet sind, dass sie das zwischen den Magneten wirkende Magnetfeld modulieren, und wobei eines der Polstücke eine variierende radiale Dicke aufweist.
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Aus dem Dokument
DE 10 2014 113 315 A1 ist eine drehende elektrische Maschine bekannt, aufweisend: einen Leistungsübertragungsmechanismus, der mit einem ersten Rotor, einem zweiten Rotor und einem dritten Rotor ausgestattet ist und der zum Übertragen von Leistung unter Verwendung von magnetischer Kraft dient, wobei der erste Rotor n weichmagnetische Elemente enthält, wobei n eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei der zweite Rotor k weichmagnetische Elemente enthält, wobei k eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei der dritte Rotor Magnete enthält, deren Anzahl an Polpaaren m ist, wobei m eine ganze Zahl größer oder gleich eins ist; und einen Anker, der derart angeordnet ist, dass er dem dritten Rotor zugewandt ist, wobei der erste Rotor, der zweite Rotor und der dritte Rotor so arrangiert sind, dass sie eine magnetische Kopplung dazwischen bilden, und wobei die weichmagnetische Elemente der ersten und zweiten Rotoren und die Magnete des dritten Rotors die Beziehung2m - |k ± n| erfüllen.
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Aus dem Dokument
US 2011 / 0 133 594 A1 ist ein magnetisches Polstück bekannt, das ein magnetisches Teil und ein Halteteil umfasst, wobei das Halteteil das magnetische Teil trägt, um ein magnetisches Polstück bereitzustellen, das eine gute Unempfindlichkeit gegenüber Wirbelströmen aufweist und gleichzeitig ein hohes Nenndrehmoment bietet, ist.
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Aus dem Dokument
US 2011 / 0 121 672 A1 ist ein Polstückträger mit einem Rahmen bekannt, der eine beabstandete Anordnung von nichtmagnetischen Trägerstrukturen aufweist, wobei zwischen mindestens einem Paar benachbarter nichtmagnetischer Trägerstrukturen ein magnetisches Polstück angeordnet ist, das entlang mindestens eines Teils seines Körpers von den benachbarten nichtmagnetischen Trägerstrukturen getragen wird.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe wenigstens einiger Ausführungsformen dieser Erfindung, diesen Problemen zu begegnen.
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KURZDARSTELLUNG
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Nach einem Aspekt wird eine Magnetgetriebevorrichtung bereitgestellt, die einen Polstückbestandteil umfasst, wobei der Polstückbestandteil Folgendes umfasst: mehrere Polstücke, die an einem Träger angebracht sind, wobei wenigstens eines der Polstücke wenigstens zwei in Axialrichtung beabstandete Abschnitte umfasst, die durch einen Abschnitt mit einem höheren magnetischen Widerstand als derjenige jedes der zwei in Axialrichtung beabstandeten Abschnitte voneinander beabstandet sind.
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Der Abschnitt mit höherem magnetischem Widerstand kann ein Abschnitt sein, der ein Material mit höherem magnetischem Widerstand umfasst.
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Einer oder mehrere der in Axialrichtung beabstandeten Abschnitte können mehrere in Axialrichtung gestapelte Schichten aus ferromagnetischem Material umfassen. Die Schichten können im Wesentlichen elektrisch voneinander isoliert sein. Dies kann durch eine Lage eines Isolators auf Verbindungsflächen benachbarter Schichten erfolgen. Die wenigstens zwei in Axialrichtung beabstandeten Abschnitte können um mehr als die Dicke der elektrisch isolierenden Lage zwischen benachbarten Schichten beabstandet sein.
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Der Abschnitt mit höherem magnetischem Widerstand kann keine Schichten umfassen.
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Einer oder mehrere der in Axialrichtung beabstandeten Abschnitte können aus weichmagnetischem Verbundmaterial geformt sein.
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Der Abschnitt mit höherem magnetischem Widerstand kann kein weichmagnetisches Verbundmaterial umfassen.
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Einer der in Axialrichtung beabstandeten Abschnitte kann den Stapel von Schichten umfassen. Der andere der wenigstens zwei in Axialrichtung gestapelten Abschnitte kann aus weichmagnetischem Verbundmaterial geformt sein.
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Es kann mehr als zwei in Axialrichtung beabstandete Abschnitte geben, die durch Abschnitte mit höherem magnetischem Widerstand getrennt sind. Jeder der in Axialrichtung beabstandeten Abschnitte kann einen Stapel von Schichten umfassen, jeder der Abschnitte kann aus weichmagnetischem Verbundmaterial geformt sein. Die Abschnitte mit höherem magnetischem Widerstand können keine Schichten und kein weichmagnetisches Verbundmaterial umfassen.
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Der oder jeder Abschnitt mit höherem magnetischem Widerstand kann angrenzend an axiale Positionen in dem Polstück angeordnet sein, die ansonsten den höchsten axialen Magnetfluss erfahren würden.
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Der oder jeder Abschnitt mit höherem magnetischem Widerstand ist näher zu einem axialen Ende des Polstücks als zu einem axialen Mittelpunkt des Polstücks angeordnet.
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Bei einer Ausführungsform kann es fünf in Axialrichtung beabstandete Abschnitte geben, einen in Axialrichtung mittleren Abschnitt mit größer axialer Länge, zwei in Axialrichtung dazwischenliegende Abschnitte an jedem axialen Ende desselben mit geringerer Länge und zwei in Axialrichtung äußere Abschnitte jeweils an einem jeweiligen äußeren axialen Ende der dazwischenliegenden Abschnitte, wobei die in Axialrichtung äußeren Abschnitte die geringste Länge haben.
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Die axiale Länge des oder jedes Abschnitts mit höherem magnetischem Widerstand kann kürzer sin als diejenige eines beliebigen der in Axialrichtung beabstandeten Abschnitte. axiale Länge jedes Abschnitts mit höherem magnetischem Widerstand kann die gleiche sein.
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Der oder jeder Abschnitt mit höherem magnetischem Widerstand kann ein Luftspalt sein. Er kann ein Abschnitt sein, der im Wesentlichen durch ein massives Material mit höherem magnetischem Widerstand, zum Beispiel ein im Wesentlichen nichtmagnetisches, nichtleitfähiges Material, zum Beispiel einen Glasverbundwerkstoff, gefüllt ist.
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Das oder jedes Polstück kann wesentlich kürzer sein als die axiale Länge der magnetfelderzeugenden Bestandteile des Magnetgetriebes. Eine Wirkung dessen ist, die Dichte des Streumagnetflusses über die Länge des Polstücks zu verringern.
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Der Umfang wenigstens einer der in Axialrichtung gestapelten Schichten in der Ebene der Schicht umfasst wenigstens einen konkaven Abschnitt.
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Eine oder mehrere der Schichten in dem Stapel von Schichten können wenigstens einen Schlitz darin haben.
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Die Länge des oder jedes Schlitzes kann wesentlich geringer sein als die radiale Höhe der Schicht, in der sich der Schlitz erstreckt.
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Die Breite des oder jedes Schlitzes kann geringer sein als die axiale Dicke der Schicht.
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Es kann wenigstens zwei Schlitze geben; die Längen von beliebigen zwei der Schlitze können unterschiedlich sein.
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Die Breiten von beliebigen zwei der Schlitze können unterschiedlich sein.
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Ein oder mehrere Schlitze können sich von einer radialen Außenkante der Schicht aus erstrecken.
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Ein oder mehrere Schlitze können sich von einer sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckenden Kante der Schicht aus erstrecken.
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Beliebige zwei von dem einen oder den mehreren Schlitzen können sich von unterschiedlichen Kanten der Schicht aus erstrecken.
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Nach einem anderen Aspekt wird eine Magnetgetriebevorrichtung bereitgestellt, die einen Polstückbestandteil umfasst, wobei der Polstückbestandteil Folgendes umfasst: mehrere Polstücke, die an einem Träger angebracht sind, wobei wenigstens eines der Polstücke mehrere in Axialrichtung gestapelte Schichten umfasst, wobei der Umfang wenigstens einer der in Axialrichtung gestapelten Schichten in der Ebene der Schicht wenigstens einen konkaven Abschnitt umfasst.
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Das Polstück kann aus den mehreren in Axialrichtung gestapelten Schichten geformt sein.
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Das Polstück kann im Wesentlichen gänzlich aus den mehreren in Axialrichtung gestapelten Schichten geformt sein.
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Ein Teil des Polstücks kann aus den mehreren in Axialrichtung gestapelten Schichten geformt sein.
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Ein Teil des Polstücks kann aus weichmagnetischem Verbundmaterial geformt sein.
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Alle Polstücke können wie das wenigstens eine Polstück geformt sein.
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Der konkave Abschnitt kann dafür angeordnet sein, ohmsche Verluste in der Schicht zu verringern.
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Die Länge, um die der konkave Abschnitt von dem Umfang des Querschnitts vorspringt, kann größer sein als die Breite des konkaven Abschnitts. Die Breite kann die Breite des konkaven Abschnitts sein. Die Breite kann die Breite des konkaven Abschnitts an seinem breitesten Punkt sein.
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Die Form der wenigstens einen Schicht kann ein konkaves Vieleck sein.
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Die Länge des oder jedes konkaven Abschnitts in einer radialen Richtung kann wesentlich geringer sein als die Abmessung der jeweiligen Schicht in der radialen Richtung.
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Die Länge des oder jedes konkaven Abschnitts kann geringer sein als ein Drittel der Abmessung der jeweiligen Schicht in einer radialen Richtung.
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Die Breite des oder jedes konkaven Abschnitts kann geringer sein als die axiale Dicke der Schicht.
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Es kann wenigstens zwei konkave Abschnitte in der wenigstens einen Schicht geben; die Längen von beliebigen zwei der konkaven Abschnitte können unterschiedlich sein.
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Die Breiten von beliebigen zwei der konkaven Abschnitte können unterschiedlich sein.
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Ein oder mehrere konkave Abschnitte können sich von einer sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden Kante der Schicht aus erstrecken.
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Ein oder mehrere konkave Abschnitte können sich in einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu einer sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden Kante der Schicht, erstrecken.
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Ein oder mehrere konkave Abschnitte können sich von einer sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckenden Kante der Schicht aus erstrecken.
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Ein oder mehrere konkave Abschnitte können sich in einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu einer sich in Radialrichtung erstreckenden Kante der Schicht, erstrecken.
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Beliebige zwei von dem einen oder den mehreren konkaven Abschnitt(en) können sich von unterschiedlichen Kanten der Schicht aus erstrecken.
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Beliebige zwei von dem einen oder den mehreren konkaven Abschnitt(en) können sich in unterschiedlichen Richtungen in der Ebene der Schicht erstrecken.
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Der oder jeder konkave Abschnitt kann im Wesentlichen ein Rechteck sein.
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Der oder jeder konkave Abschnitt kann ein Schlitz sein.
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Die wenigstens eine der Schichten in dem Stapel kann einen ersten konkaven Abschnitt, der sich von dem Mittelpunkt der in Radialrichtung inneren Kante der Schicht aus erstreckt, und einen zweiten konkaven Abschnitt, der sich von dem Mittelpunkt der äußeren Kante der Schicht aus erstreckt, haben.
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Die wenigstens eine der Schichten in dem Stapel kann drei konkave Abschnitte, die sich von den in Radialrichtung inneren Kanten der Schicht aus erstrecken, und drei konkave Abschnitt, die sich von den in Radialrichtung äußeren Kanten der Schicht aus erstrecken, haben. Die konkaven Abschnitte können in gleichem Abstand entlang sowohl der in Radialrichtung inneren als auch äußeren Kanten der Schicht angeordnet sein.
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Nach einem anderen Aspekt wird eine Magnetgetriebevorrichtung bereitgestellt, die einen Polstückbestandteil umfasst, wobei der Polstückbestandteil Folgendes umfasst: mehrere Polstücke, die an einem Träger angebracht sind, wobei wenigstens eines der Polstücke mehrere in Axialrichtung gestapelte Schichten umfasst, wobei wenigstens eine der Schichten in dem Stapel wenigstens eine Öffnung durch dieselbe hat.
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Das Polstück kann aus den mehreren in Axialrichtung gestapelten Schichten geformt sein.
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Ein Teil des Polstücks kann aus den mehreren in Axialrichtung gestapelten Schichten geformt sein.
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Ein Teil des Polstücks kann aus weichmagnetischem Verbundmaterial geformt sein.
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Alle Polstücke können wie das wenigstens eine Polstück geformt sein.
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Die Öffnung kann dafür angeordnet sein, ohmsche Verluste in der Schicht zu verringern.
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Die oder jede Öffnung kann dem Umfang der wenigstens einen Schicht näher sein als der Mitte der wenigstens einen Schicht.
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Die Länge und die Breite der oder jeder Öffnung können wesentlich geringer sein als die Abmessung der Schicht in einer radialen Richtung.
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Die Länge und die Breite der oder jeder Öffnung können geringer sein als ein Drittel der Abmessung der Schicht in einer radialen Richtung.
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Die Länge und die Breite der oder jeder Öffnung können geringer sein als die axiale Dicke der Schicht.
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Die oder jede Öffnung kann einer in Radialrichtung äußeren Kante der wenigstens einen Schicht näher sein als der Mitte der Schicht.
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Die oder jede Öffnung kann sich in einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu einer in Radialrichtung äußeren Kante der Schicht, erstrecken.
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Die oder jede Öffnung kann einer sich in Radialrichtung erstreckenden Kante der wenigstens einen Schicht näher sein als der Mitte der Schicht.
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Die oder jede Öffnung kann sich in einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu einer sich in Radialrichtung erstreckenden Kante der Schicht, erstrecken.
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Es kann wenigstens zwei Öffnungen geben; die Abmessungen von beliebigen zwei der Öffnungen können unterschiedlich sein.
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Beliebige zwei von der einen oder den mehreren Öffnungen können sich von unterschiedlichen Kanten der Schicht aus erstrecken.
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Beliebige zwei von der einen oder den mehreren Öffnungen können sich in unterschiedlichen Richtungen in der Ebene der Schicht erstrecken.
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Die oder jede Öffnung kann ein beliebiges von einem Schlitz, einem Spalt oder einem Rechteck sein.
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Nach einem anderen Aspekt werden ein oder mehrere Polstücke, wie oben definiert, bereitgestellt.
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Das oder jedes Polstück kann aus ferromagnetischem Material geformt sein.
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Das oder jedes Polstück kann aus nichtmagnetisiertem Material geformt sein.
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Das oder jedes Polstück kann nicht in unmittelbarer Berührung mit einer Wicklung stehen. Das oder jedes Polstück kann keinen jeweiligen Satz von Spulen, die um dasselbe gewickelt sind, haben.
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Das oder jedes Polstück kann nicht unabhängig sein eigenes Magnetfeld aufbauen.
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Das oder jedes Polstück kann nicht eine Zylinderspule oder wenigstens Teil einer Zylinderspule sein.
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Das oder jedes Polstück kann nicht ein Dauermagnet sein.
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Wahlweise Merkmale eines beliebigen Aspekts können ebenfalls, das ist vorgesehen, wahlweise Merkmale eines beliebigen anderen Aspekts sein, sofern es nicht eine deutliche technische Unvereinbarkeit gibt, die dies verhindert.
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Die Magnetgetriebevorrichtung eines beliebigen Aspekts kann wenigstens zwei zusätzliche Bestandteile zusätzlich zu dem Polstückbestandteil umfassen.
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Einer der zusätzlichen Bestandteile kann ein in Radialrichtung innerer Bestandteil sein, der in Radialrichtung nach innen von dem Polstückbestandteil angeordnet ist. Der in Radialrichtung innere Bestandteil kann mehrere Dauermagneten umfassen; er kann Elektromagneten umfassen. Der in Radialrichtung innere Bestandteil kann für eine Drehung im Verhältnis zu dem Polstückbestandteil angeordnet sein.
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Einer der zusätzlichen Bestandteile kann ein in Radialrichtung äußerer Bestandteil sein, der in Radialrichtung nach außen von dem Polstückbestandteil angeordnet ist. Der in Radialrichtung äußere Bestandteil kann Dauermagneten umfassen; er kann Elektromagneten umfassen; er kann Dauermagneten und Elektromagneten umfassen.
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Der in Radialrichtung innere Bestandteil kann ein erstes Magnetfeld aufbauen. Der in Radialrichtung äußere Bestandteil kann ein zweites Magnetfeld aufbauen.
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Der Polstückbestandteil kann dafür angeordnet sein, zu bewirken, dass die zwei Felder in Wechselwirkung treten, dadurch, dass er n Polstücke umfasst, wobei n die Summe der Polpaare des inneren Bestandteils und des äußeren Bestandteils ist.
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Nach einem anderen Aspekt wird eine Magnetgetriebevorrichtung bereitgestellt, die einen Polstückbestandteil umfasst, wobei der Polstückbestandteil Folgendes umfasst: mehrere Polstücke, die an einem Träger angebracht sind, wobei wenigstens eines der Polstücke mehrere in Axialrichtung gestapelte Schichten umfasst, wobei die Schichten im Wesentlichen elektrisch voneinander isoliert sind dadurch, dass die Schichten in jedem Paar von nebeneinanderliegenden Schichten durch eine jeweilige Lage eines isolierenden Materials voneinander isoliert sind, wobei wenigstens eine der Lagen eine Dicke von wenigstens 10 Mikrometer hat.
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Jede der Lagen kann eine Dicke von wenigstens 10 Mikrometer haben.
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Die oder jede Lage kann eine Dicke von wenigstens 15 Mikrometer haben.
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Herkömmliche Schichten werden durch eine Isolationslage von 2 bis 5 Mikrometer Dicke getrennt. Das Steigern der Isolation um das Zwei-, Drei- oder Mehrfache auf diese Weise wendet die hierin beschriebenen Prinzipien auf eine solche Anordnung an.
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Die Magnetgetriebevorrichtung eines beliebigen Aspekts kann Folgendes umfassen: ein passives Magnetgetriebe, wahlweise mit zwei Dauermagnetgruppierungen und einem Modulationsring einen Motorgenerator, wahlweise mit einem Ständer, der um ein Magnetgetriebe gewickelt ist, einen Motorgenerator, wahlweise mit einem integrierten Getriebe mit einem sich drehenden Dauermagnetläufer, einem sich drehenden Modulationsläufer und einer statischen Gruppierung von Magneten und Wicklungen, wahlweise mit drei Läufern, zwei mit Dauermagnetgruppierungen und einem Modulationsläufer und einer Ständerwicklung, um die Drehung eines der Läufer zu steuern, und/oder ein stufenloses Magnetgetriebe, wahlweise mit einem Dauermagnetläufer, einem Modulationsläufer und einer Ständerwicklung, die sich mit dem modulierten Feld koppeln und die Drehgeschwindigkeit und daher das Übersetzungsverhältnis steuern kann.
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Figurenliste
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Spezifische Ausführungsformen, in denen die Erfindung umgesetzt ist, werden unten beschrieben, nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- 1 eine axiale Ansicht von Bestandteilen einer Radialfeld-Magnetgetriebemaschine des Standes der Technik ist,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines geschichteten Polstücks des Standes der Technik der Maschine von 1 ist,
- 3 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Schicht aus dem geschichteten Polstück von 2 ist,
- 4 eine axiale Ansicht von Bestandteilen einer Radialfeld-Magnetgetriebemaschine ist, die eine erste Ausführungsform ist,
- 5a eine perspektivische Ansicht eines Polstücks der Maschine von 4 ist,
- 5b eine Seitenansicht des Polstücks von 5a ist,
- 6 eine graphische Darstellung ist, welche die typische Verteilung des axialen Flusses entlang der Länge eines Polstücks in der Maschine des Standes der Technik von 1 illustriert,
- 7 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Polstücks ist, das für dasjenige in der Maschine von 4 ersetzt werden kann, um eine zweite Ausführungsform zu ergeben,
- 8a eine axiale Ansicht einer einzelnen Schichtbahn ist, die verwendet werden kann, um Polstücke in der ersten oder zweiten Ausführungsform zu bilden,
- 8b eine axiale Ansicht einer anderen einzelnen Schichtbahn ist, die verwendet werden kann, um Polstücke in der ersten oder zweiten Ausführungsform zu bilden,
- 8c eine axiale Ansicht einer einzelnen Bahn in einem geschichteten Polstück des Standes der Technik ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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4 zeigt eine Radialfeld-Magnetgetriebemaschine 400 einer ersten Ausführungsform. Die Maschine 400 kann entweder in Motor- oder in Generatormodi verwendet werden und kann in einer Anzahl unterschiedlicher Antriebsstranganordnungen (nicht gezeigt), zum Beispiel in einem Hybridelektrofahrzeug, verwendet werden.
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Die Maschine 400 hat einen äußeren Ständer 410, einen Polstückläufer 420 und einen inneren Läufer 430. Der Ständer 410, der innere Läufer 430 und der Polstückläufer 420 sind von ringförmiger Gestalt und sind derart koaxial montiert, dass der Ständer 410 einen Ring um den Polstückläufer 420 bildet und der Polstückläufer 420 einen Ring um den inneren Läufer 430 bildet. Jeder davon wird nun nacheinander beschrieben werden.
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Der Ständer 410 ist ähnlich einem Ständer einer herkömmlichen elektrischen Maschine. Der Ständer ist aus Schichten von weichmagnetischem Stahl geformt, wobei die Schichten in einer Ebene, senkrecht zu der Achse der Maschine 400, liegen. Der Ständer 410 ist so geformt, dass er einen in Radialrichtung äußeren ringförmigen Körper 412 hat, von dem in Radialrichtung nach innen neun Zähne 414 vorspringen. Die Zähne 414 sind gleichmäßig um den Körper 412 beabstandet, mit Raum zwischen benachbarten Zähnen 414 zum Aufnehmen einer Windung 440 einer Wicklung. Eine jeweilige Windung 440 wird um jeden Kern 414 bereitgestellt. Jeder Kern 414 schließt einen Polschuh 416 an seinem n Radialrichtung innersten Ende ein. Jeder Polschuh 416 ist so geformt, dass er in Umfangsrichtung zu jedem der zwei benachbarten Polschuhe 416 hin vorspringt, und so, dass er einen Spalt dazwischen lässt. Für diese Ausführungsform sind die Wicklungen dreiphasige um 120 Grad elektrisch verschobene Wicklungen, obwohl andere Wicklungskonfigurationen möglich sind. Der Ständer 410 trägt ebenfalls einen ersten Satz von Dauermagneten 450, die um die in Radialrichtung innerste Fläche der Polschuhe 416 angeordnet sind. Die Dauermagneten sind derart um den in Radialrichtung inneren Umfang des Ständers 410 angeordnet, dass ein radiales Magnetfeld mit 18 Polpaaren in einem Luftspalt zwischen dem Polstückläufer 420 und dem Ständer 410 erzeugt wird.
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Der Polstückläufer 420 wird von einer nichtmagnetischen und nichtleitfähigen ringförmigen Haltestruktur 421 gebildet. Die Haltestruktur 421 ist so geformt, dass sie eine Anzahl von Schlitzen hat, die sich durch den Körper der Haltestruktur 421 in einer Richtung, parallel zu der Achse der Maschine 400, erstrecken. Die Schlitze sind gleichmäßig um den Umfang der Haltestruktur 421 beabstandet. Jeder Schlitz ist dafür angeordnet, ein Polstück 422 aus ferromagnetischem Material, wie beispielsweise weichmagnetischem Stahl, festzuhalten. Bei dieser Ausführungsform hat die Haltestruktur 421 21 Schlitze, die gleichmäßig um den Umfang der Haltestruktur 421 beabstandet sind. Dementsprechend hält die Haltestruktur 421 21 Polstücke fest.
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Der innere Läufer 430 hat sechs Dauermagneten, die um die in Radialrichtung äußerste Fläche angeordnet sind. Die Dauermagneten sind derart angeordnet, dass sich die Polarität benachbarter Magneten um den Umfang des inneren Läufers 430 abwechselt. Die Dauermagneten bauen ein radiales Magnetfeld mit 3 Polpaaren in dem Luftspalt zwischen dem inneren Läufer 430 und dem Polstückläufer 420 auf.
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5a zeigt ein einzelnes, 500, der in 4 gezeigten Polstücke. Das Polstück 500 dient zur Verwendung in dem Polstückläufer 420 der Maschine 400 von 4. Wie bei einem vorhandenen Polstück dieser Art ist das Polstück 500 dafür angeordnet, einen Weg für radialen Fluss in der Maschine 400 bereitzustellen. Jedoch unterscheidet sich das vorliegende Polstück 500 von vorhandenen Polstücken darin, dass es zusätzlich die magnetische Permeabilität des Polstücks 500 für den axialen Fluss in der Maschine 400 verringert, zum Beispiel durch das Einführen nichtmagnetischer Räume. Im Gegensatz zu dem radialen Fluss trägt der axiale Fluss nicht zur Drehmomentübertragung in der Maschine 400 bei. Demzufolge ist der axiale Fluss Teil eines ,Streu'-Magnetflusses in der Maschine 400.
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Das Polstück 500 besteht aus einer mittleren Sektion 510, zwei Zwischensektionen 530, 540 und zwei äußeren Sektionen 520, 550. Die Sektionen 510, 530, 540, 520, 550 des Polstücks 500 sind aus Schichten von weichmagnetischem Stahl hergestellt, wobei sich die Schichten in einer Ebene, senkrecht zu der Achse der Maschine 400, befinden. Die Zwischensektionen 530, 540 befinden sich an beiden Enden der mittleren Sektion 510. Die äußeren Sektionen 520, 550 befinden sich an beiden Enden der Zwischensektionen 530, 540. Alle Sektionen sind durch Luftspalte 560 getrennt. 5 zeigt eine Linie 570, die sich von beiden Enden der äußeren Sektionen 520, 550 in der axialen Richtung erstreckt und die Richtung des axialen Flusses in dem Polstück 500 darstellt.
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Die Größe und die Form des Polstücks 500 und der Sektionen 510, 530, 540, 520, 550 werden nun beschrieben werden. Alle Bezugnahmen auf die Länge werden unter Bezugnahmen auf Bestandteile gemacht, die eine Länge in der axialen Richtung der Maschine 400 haben. Bei dieser Ausführungsform hat das Polstück 500 ungefähr die gleiche Länge wie die elektrische Maschine 400. Die mittlere Sektion 510 hat ungefähr zwei Drittel der Länge des gesamten Polstücks 500. Die kombinierte Länge der Zwischensektionen 530, 540, der äußeren Sektionen 520, 550 und der Luftspalte 560 beträgt etwa ein Drittel der Länge des gesamten Polstücks 500. Die äußeren Sektionen 520, 550 sind ungefähr halb so lang wie die Zwischensektionen 530, 540. Die Luftspalte haben ungefähr ein Viertel der Länge der äußeren Sektionen 530, 540. Die Länge der luftspalte 560 ist klein, verglichen mit der Länge des gesamten Polstücks 500. Alle Sektionen 520, 530, 540, 550, 560 haben im Allgemeinen den gleichen und konstanten Querschnitt entlang ihrer axialen Länge. Die Form des Querschnitts ist ähnlich derjenigen eines Ausschnitts durch einen Kreisring, wobei aber die sich in Radialrichtung erstreckenden Kanten dieses Sektors konkav sind.
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5b ist eine Seitenansicht des Polstücks 500 von 5a. Die Anordnung des Polstücks 500 ist derart, dass das Polstück 500 im Wesentlichen symmetrisch um seinen Mittelpunkt in einer axialen Richtung ist. Der Vollständigkeit halber ist zu bemerken, dass 5a und 5b einige zusätzliche Rillen für einen anderen Zweck einschließen. Diese befinden sich auf der unteren Fläche in 5a und 5b, befinden sich aber tatsächlich auf der Außenfläche in der Maschine. Sie dienen als ein Halteband um den gesamten Polstückläufer, ganz wie ein Reifen an einem Fass.
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Bei alternativen Ausführungsformen kann sich die Gesamtlänge des Polstücks 500 von der Länge der Maschine 400 unterscheiden. Bei anderen alternativen Ausführungsformen können sich die Anzahl und die jeweiligen Längen der Sektionen in dem Polstück von der in 5a und 5b gezeigten Anordnung unterscheiden. Bei anderen alternativen Ausführungsformen kann sich die Anzahl von Luftspalten (und daher Sektionen des Polstücks) von der in 5a und 5b gezeigten Anordnung unterscheiden.
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6 zeigt die typische Verteilung des axialen Flusses entlang der Länge eines Polstücks in der Maschine des Standes der Technik von 1. Die Dichte des axialen Magnetflusses nimmt von der axialen Mitte der Maschine aus linear zu, wobei sie eine Spitze nahe den axialen Enden des Polstückläufers erreicht. Da die Dichte des axialen Magnetflusses nicht dazu neigt, gleichförmig entlang der Länge des Polstücks verteilt zu sein, ist durch die Erfinder des Vorliegenden erkannt worden, dass es nützlich ist, das axiale Magnetfeld an Positionen, die eine hohe Dichte des axialen Magnetflusses erfahren, örtlich zu behindern. Das heißt, es ist durch die Erfinder des Vorliegenden erkannt worden, dass es nützlich ist, das axiale Magnetfeld nahe den axialen Enden des Polstücks zu unterdrücken.
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Dementsprechend sind die in 5a und 5b gezeigten Luftspalte 560 nahe den axialen Enden des Polstücks 500 angeordnet. Da die magnetische Permeabilität von Luft sehr niedrig ist, unterdrücken die Luftspalte 560 den axialen Magnetfluss in dem Polstück 500 durch Verringern der magnetischen Permeabilität des Polstücks 500 an den Punkten in dem Polstück 500, wo sich die Luftspalte 560 befinden.
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Die Luftspalte 560 sind ein Beispiel einer konzentrierten Flussbarriere. Eine konzentrierte Flussbarriere ist ein Bereich sehr hohem magnetischem Widerstand, der häufig zwischen zwei Bereichen mit niedrigerem magnetischem Widerstand eingefügt ist zum Zweck, der Ausbreitung Magnetflusses zwischen den zwei Bereichen mit niedrigerem magnetischem Widerstand entgegenzuwirken. Im Zusammenhalb dieser Offenbarung ist eine konzentrierte Flussbarriere ein Abstandsstück, das wenigstens einen Abschnitt des Polstücks ersetzt. Eine konzentrierte Flussbarriere kann aus einem beliebigen nichtmagnetischen Material, zum Beispiel einem Glasfaser-Verbundwerkstoff, hergestellt sein. Die Anzahl und Dicke von konzentrierten Flussbarrieren hängt von dem Verhältnis der axialen Länge der Maschine zu dem Polstückläufer-Durchmesser ab. Dementsprechend können Polstücke unterschiedlicher axialer Länge und radialer Höhe eine unterschiedliche Anzahl und Anordnung von konzentrierten Flussbarrieren verwenden.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 5a und 5b wirken, wenn die Maschine 400 in Betrieb ist, die Luftspalte 560 der Ausbreitung eines axialen Flusses in dem Polstück 500 entgegen. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass sich etwas axialer Fluss noch durch das Polstück 500 ausbreiten wird. Der axiale Fluss, der sich durch das Polstück 500 ausbreitet, wird Wirbelströme in den Ebenen der Schichten des Polstücks 500 induzieren, die zu einer Erwärmungswirkung in dem Polstück 500 führen werden. Es kann daher notwendig sein, das Polstück 500 aktiv zu kühlen, um ein Überhitzen der Maschine 400 zu vermeiden, Eine solche Kühlung kann durch das Erzwingen eines Luftstroms in den Luftspalten 560 erreicht werden. Diese Herangehensweise ist besonders wirksam da sich die Luftspalte 560 an den Positionen des Polstücks 500 befinden, welche die höchste Dichte des axialen Magnetflusses erfahren und wo es den höchsten Energieverlust auf Grund der Erwärmung des Polstücks durch die induzierten Wirbelströme gibt. Solche aktive Kühlung ist als ein wahlweises Merkmal von in dieser Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen.
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Bei einigen Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die in 6 gezeigte Beziehung ist vorgesehen, dass die Polstücke in der axialen Richtung kürzer sein können als andere Bestandteile in dem Magnetkreis, so dass die Dichte des Streumagnetflusses über die Länge des Polstücks verringert wird. Diese Herangehensweise kann in Kombination mit oder unabhängig von der Verwendung konzentrierter Flussbarrieren verwendet werden.
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Bei einer zweiten Ausführungsform, von der ein repräsentatives Polstück 700 teilweise in 7 gezeigt wird, ist vorgesehen, das ein beliebiges ferromagnetisches Material verwendet werden kann, um das gesamte Polstück oder einen Teil desselben herzustellen. Das Polstück 700 dient zur Verwendung in der Maschine 400 on 4 als Ersatz für das oben unter Bezugnahme auf 5a und 5b beschriebene Polstück 500. Das Polstück 700 ist im Allgemeinen in der axialen Richtung länger als in der radialen Richtung. Das Polstück 700 hat eine mittlere Sektion 710, die aus geschichtetem Stahl hergestellt ist, zwei Endsektionen 720, die aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff, wie beispielsweise Eisenpulver, hergestellt sind, und Luftstromspalte 730, die zwischen denselben eingefügt sind. Die Endsektionen 720 befinden sich an beiden Enden der mittleren Sektion 710. Bei dieser Ausführungsform hat das Polstück 700 ungefähr die gleiche Länge wie die elektrische Maschine 400. Die mittlere Sektion 710 ist in der axialen Richtung bedeutend länger als die Endsektionen 720. Die Luftspalte sind in der axialen Richtung bedeutend kürzer als die Endsektionen 720. Die Sektionen 710 und 720 haben im Allgemeinen die gleichen und konstanten Querschnitte entlang ihrer axialen Länge. Die Sektionen 710, 720 haben im Allgemeinen den gleichen und konstanten Querschnitt entlang ihrer axialen Länge. Die Form des Querschnitts ist ähnlich derjenigen eines Ausschnitts durch einen Kreisring, wobei aber die sich in Radialrichtung erstreckenden Kanten halbreisförmige Bögen haben, die den halben Weg die sich in Radialrichtung erstreckenden Kanten hinauf nach innen vorspringen, wobei der Durchmesser des Halbkreises ungefähr die Hälfte der radialen Höhe des Querschnitts beträgt. Die Form des Querschnitts ist derart, dass das Polstück 700 entlang seiner axialen Länge durch Einsetzen axialer Stäbe in die Hohlräume, die durch die nach innen vorspringenden halbkreisförmigen Bogenabschnitte auf beiden Seiten des Querschnitts erzeugt werden, gestützt werden kann.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 7 macht die Verwendung eines weichmagnetischen Verbundwerkstoffs die Endsektionen 720 isotrop. In einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff ist jedes Körnchen des magnetischen Materials in dem Verbundwerkstoff elektrisch von jedem anderen Körnchen in dem Verbundwerkstoff isoliert. Dies bedeutet, dass im Betrieb die Endsektionen 720 den Fluss von Wirbelströmen in allen Ebenen der Endsektionen 720 einschränken. Nützlicherweise verringert dies den Energieverlust in der Maschine 400, der durch Erhitzen des Polstücks 700 durch Wirbelströme verursacht wird. Unter erneuter Bezugnahme auf die in 6 gezeigte Beziehung ist es ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform, dass sich die Endsektionen nahe den axialen Ende des Polstücks 700 befinden, wo die Dichte des Magnetfeldes am höchsten ist und wo die induzierten Wirbelströme am höchsten sein könnten, sofern sie nicht anders beschränkt werden. Darüber hinaus ist es noch ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform, dass weichmagnetischer Verbundwerkstoff nur verwendet worden ist, um die Endsektionen 720 des Polstücks herzustellen. Vorteilhafterweise bedeutet dies, dass weichmagnetischer Verbundwerkstoff nur verwendet wird, wo er die größte Wirkung auf den Energieverlust in der Maschine 400 hat und ohne die mechanische Festigkeit des Polstücks 700 in dem gleichen Ausmaß zu verringern, wie wenn das gesamte Polstück 700 vollständig aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff hergestellt wäre (wie zuvor unter Bezugnahme auf ein Polstück des Standes der Technik erwähnt). Es ist noch ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform, dass diese Ausführungsform mit Hilfe der Luftspalte 730 alle Vorteile hat, die mit konzentrierten Flussbarrieren verknüpft sind.
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8a und 8b zeigen axiale Ansichten zweier unterschiedlicher einzelner Polstückschichten 800, 820, von denen eine Anzahl jeder Schicht verwendet werden könnte, um ein Polstück zur Verwendung in der Maschine 400 als Ersatz für das oben unter Bezugnahme auf 5a und 5b beschriebene Polstück 500 herzustellen. Alternativ könnte eine Anzahl der in 8a und 8b gezeigten Schichten 800, 820 in Verbindung mit den Merkmalen der oben unter Bezugnahme auf 5a, 5b und 7 beschriebenen Polstücke 500, 700 verwendet werden, um ein Polstück zur Verwendung in der Maschine 400 als Ersatz für das oben unter Bezugnahme auf 5a und 5b beschriebene Polstück 500 herzustellen. Die Form des Querschnitts ist ähnlich derjenigen eines Ausschnitts durch einen Kreisring, wobei aber die sich in Radialrichtung erstreckenden Kanten dieses Sektors konkav sind.
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8a zeigt eine Schicht 800 aus ferromagnetischem Material, wie beispielsweise weichmagnetischem Stahl, mit drei Schlitzen 801, 802, 803, die in die in Radialrichtung äußere Seite der Schicht 800 geschnitten sind, und drei Schlitzen 811, 812, 813, die in die in Radialrichtung innere Seite der Schicht geschnitten sind. Die Schlitze 801, 802, 803, 811, 812, 813 erstrecken sich in der Ebene der Schicht 800 und in einer Richtung, im Allgemeinen parallel zu den in Radialrichtung inneren und äußeren Kanten der Schicht 800, in die Schicht 800. Die Schlitze 801, 802, 803, 811, 812, 813 sind derart annähernd gleichmäßig entlang jeder der in Radialrichtung inneren und äußeren Kanten der Schicht 800 beabstandet, dass es erste 801, 811, zweite 802, 812 und dritte 803, 813 Schlitze entlang jeder der in Radialrichtung inneren und äußeren Kanten der Schicht 800 gibt. Die ersten 801, 811 und die dritten 803, 813 Schlitze sind auf beiden Seiten der zweiten Schlitze 802, 812 angeordnet. Die radiale Tiefe der zweiten Schlitze 802, 812 beträgt ungefähr ein Drittel der Höhe der Schicht 800 in der radialen Richtung. Die radiale Tiefe der ersten 801, 811 und der dritten 803, 813 Schlitze beträgt ungefähr ein Viertel der Höhe der Schicht 800 in der radialen Richtung. Linie 805 in 8a zeigt den Weg eines Wirbelstroms, der in der Ebene der Schicht 800 durch axialen Fluss in der Schicht 800 induziert wird. Der Weg 805 des Wirbelstroms folgt annähernd der Form der Schicht 800, einschließlich folgend der Form der Schlitze 801, 802, 803, 811, 812, 813 in der Schicht 800.
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8b zeigt eine Schicht 820 mit einem Schlitz 821, der in die in Radialrichtung äußere Seite der Schicht 820 geschnitten ist, und einem Schlitz 831, der in die in Radialrichtung innere Seite der Schicht 820 geschnitten ist. Die Schlitze 821, 831 sind etwa auf halbem Weg entlang der in Radialrichtung inneren und äußeren Seiten der Schicht 820 angeordnet. Die Schlitze 821, 831 erstrecken sich in der Ebene der Schicht 800 und in einer Richtung, im Allgemeinen senkrecht zu den in Radialrichtung inneren und äußeren Kanten der Schicht 800, in die Schicht 800. Die radiale Tiefe der Schlitze 821, 831 beträgt ungefähr ein Drittel der Höhe der Schicht 820 in der radialen Richtung. Linie 825 in 8b zeigt den Weg eines Wirbelstroms, der in der Ebene der Schicht 820 durch axialen Fluss in der Schicht 820 induziert wird. Der Weg 825 des Wirbelstroms folgt annähernd der Form der Schicht 820, einschließlich folgend der Form der Schlitze 821, 831 in der Schicht.
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Zum Vergleich zeigt 8c eine einzelne Schicht 840 aus dem Polstück der in 1 gezeigten Maschine des Standes der Technik. Die Schicht 840 hat die gleiche Größe wie die unter Bezugnahme auf 8a und 8b beschriebenen Schichten 800, 820. Die Schicht 840 hat keine Schlitze. Linie 845 in 8c zeigt den Weg eines Wirbelstroms, der in der Ebene der Schicht 840 durch axialen Fluss in der Schicht 840 induziert wird. Ohne Schlitze ist der Weg des Wirbelstroms annähernd kreisförmig.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 8a, 8b und 8c sind die umlaufenden Wirbelstromwege 805, 825 in 8a und 8b länger als der umlaufende Wirbelstromweg 845 von 8c, da die Wirbelstromwege 805, 825 in den Schichten 800, 820 von 8a und 8b durch die Schlitze 801, 802, 803, 811, 812, 813 in den Schichten 800, 820 unterbrochen werden. Ein Steigern der Wirbelstrom-Weglänge steigert den Widerstand gegen den Wirbelstrom, was zu einer entsprechenden Abnahme bei dem Wirbelstrom führt. Der Energieverlust auf Grund von Widerstandsheizung ist proportional zu Strom im Quadrat mal Widerstand; also ist es das Nettoergebnis eines Steigerns der Wirbelstrom-Weglänge, den Energieverlust in der Schicht auf Grund von Widerstandsheizung zu verringern.
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Bei alternativen Ausführungsformen können die Schlitze, wie unter Bezugnahme auf 8a und 8b beschrieben, in einer beliebigen Richtung in der Ebene der Schicht geschnitten sein und sich von einem beliebigen Punkt in der Schicht aus erstrecken. Es wird zu erkennen sein, dass Schlitze nicht in Berührung mit den Kanten einer Schicht stehen müssen.
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Bei alternativen Ausführungsformen können die Schlitze dünner sein als die Schichtdicke, um so die elektromagnetische Leistung des gesamten Polstücks nicht zu beeinträchtigen.
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Bei alternativen Ausführungsformen kann die radiale Tiefe der Schlitze bis zu einem Drittel der Polstückhöhe in der radialen Richtung betragen.
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Bei alternativen Ausführungsformen können in dieser Offenbarung beschriebene Ausführungsformen in einer Axialfeld-Maschine mit (einer) zweckdienlichen Modifikation(en), wie sie dem Leser vom Fach einfallen würden, verwendet werden. Zum Beispiel würden Bezugnahmen auf „axial“ weiter oben zu „radial“ modifiziert werden und umgekehrt.
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Bei alternativen Ausführungsformen können in dieser Offenbarung beschriebene Ausführungsformen in einer Linearfeld-Maschine mit (einer) zweckdienlichen Modifikation(en), wie sie dem Leser vom Fach einfallen würden, verwendet werden.
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Wo es ohne offensichtliche technische Unvereinbarkeit möglich ist, können Merkmale unterschiedlicher hierin offenbarter Ausführungsformen in weiteren Ausführungsformen kombiniert werden, wobei einige Merkmale wahlweise weggelassen werden.
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Bei alternativen Ausführungsformen können in dieser Offenbarung beschriebene Ausführungsformen in anderen Arten von elektrischen Maschinen mit (einer) zweckdienlichen Modifikation(en), wie sie dem Leser vom Fach einfallen würden, verwendet werden. Zum Beispiel können Polstücke, wie hierin beschrieben, in einem reinen Magnetgetriebe, wie in
GB 2 472 752 B beschrieben, oder einem stufenlosen Magnetgetriebe, wie in
GB 2 457 682 B beschrieben, eingebaut sein.
