DE19634949C1

DE19634949C1 - Transversal-flux electrical machine with several transverse magnetic circuits

Info

Publication number: DE19634949C1
Application number: DE19634949A
Authority: DE
Inventors: Herbert Prof Dr Ing Weh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2016-08-30

Abstract

The transversal flux machine has a rotor (R) attached to a rotor shaft (W) and a stator with a stator body (T) and 2 annular flux collectors (S'.S'') for each magnetic circuit, on either side of an annular winding (W',W''). The radial length of the air-gaps between the stator and each half of the 2-part rotor is more than 1 % of the mean rotor diameter, with the pole spacing and the permanent magnet thickness respectively provided by 10 and 5 times the length of the airgap. The rotor has a double cylindrical rotor body (R') with recesses for the pole elements (E',E'').

Description

Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine mit passivem Läufer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE 39 27 453 A1).The invention relates to a transverse flux machine with a passive rotor according to the preamble of claim 1 (DE 39 27 453 A1).

Eine solche Transversalflußmaschine ist aus der DE 39 27 453 A1 bekannt. Die dort gezeigte elektrische Maschine mit mehreren, im wesentlichen transversal verlaufenden Magnetkreisen gleichartiger Ausführung (Transversalflußmaschine) umfaßt einen Rotor mit einer Welle, einen Stator und einen Statorkörper, wobei der Stator für jeden Magnetkreis zwei ringförmige Sammleranordnungen aufweist, die sich aus im Abstand einer Polteilung zwischen Weicheisenlamellen eingebetteten, radial stehenden Permanentmagneten zusammensetzen. Zwischen den Sammleranordnungen des Stators ist jeweils eine ringförmigen Wicklung angeordnet. Der Rotor für jeden Magnetkreis ist in eine äußere und eine innere Rotorhälfte aufgeteilt, welche im Abstand der doppelten Polteilung jeweils axial verlaufende Polelemente aus Weicheisen trägt, wodurch ein zylindrischer Zwischenraum entsteht, in dem der Stator unter Bildung von zwei Luftspalten den Polelementen gegenübersteht.Such a transverse flux machine is known from DE 39 27 453 A1. The electrical machine shown there with several, essentially transversely running magnetic circuits of the same design (Transverse flux machine) comprises a rotor with a shaft, one Stator and a stator body, the stator for each magnetic circuit has two annular collector assemblies that are spaced apart a pole pitch embedded between soft iron blades, radial assemble standing permanent magnets. Between Collector arrangements of the stator is an annular winding arranged. The rotor for each magnetic circuit is in one outer and one inner half of the rotor divided, which is twice the distance Pole pitch each carries axially extending pole elements made of soft iron, which creates a cylindrical space in which the stator below Formation of two air gaps faces the pole elements.

Aus der DE 43 00 440 A1 ist ebenfalls eine Transversalflußmaschine bekannt. In Übereinstimmung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist der zu einem Magnetkreis gehörige Rotorteil in eine äußere und eine innere Rotorhälfte aufgeteilt, wobei die Weicheisenelemente des Rotors in zylindrische Vertiefungen des Rotorkörpers eingesetzt sind, die sich zum jeweiligen Luftspalt hin öffnen. Beiderseits der Statorwicklungen schließt sich in Axialrichtung jeweils ein weichmagnetischer Statorring an, wobei die Anordnung Statorring - Wicklung - Statorring offensichtlich in axialer Richtung mit dem Statorkörper verschraubt wird. Allerdings sind zur Erregung auf der Statorseite keine Permanentmagnete vorgesehen. Als allgemein gültige Optimierungsregel für alle Bauformen von Transversalflußmaschinen wird noch angegeben, daß die Luftspaltlänge im Bereich von 0,5 bis 2 mm und die Polteilung im Bereich von 5 bis 15 mm gewählt werden sollte.DE 43 00 440 A1 is also a transverse flux machine known. In accordance with the features of claim 1 the rotor part belonging to a magnetic circuit into an outer and an split inner rotor half, with the soft iron elements of the rotor are inserted in cylindrical recesses of the rotor body, which are open to the respective air gap. On both sides of the stator windings a soft magnetic stator ring closes in the axial direction the arrangement of the stator ring - winding - stator ring obviously screwed to the stator body in the axial direction becomes. However, there are none for excitation on the stator side Permanent magnets are provided. As a general optimization rule for all types of transverse flux machines is still specified that the Air gap length in the range of 0.5 to 2 mm and the pole pitch in the range should be chosen from 5 to 15 mm.

Der Erfindung liegt sie Aufgabe zugrunde, eine Transversalflußmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie zum Betrieb bei erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten und/oder zur Anwendung für robusten mechanischen Einsatz, z. B. mit Stoßbeanspruchung, geeignet ist.The invention has for its object a transverse flux machine of the type mentioned in such a way that they operate at increased peripheral speeds and / or for use for robust mechanical use, e.g. B. with impact, is suitable.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Durch die Ausführung der Transversalflußmaschine mit passivem Rotor, der in einer gegen Fliehkräfte der Rotorelemente gut abgestützten Konstruktion ausgeführt ist, einer Statoranordnung mit minimaler Schwingungsanregung, verbesserter Wärmeabfuhr und im Vergleich zu bekannten Anordnungen günstiger Herstellbarkeit wird die aus der DE 39 27 453 A1 bekannte Transversalflußmaschine wesentlich verbessert. Ansonsten weist die erfindungsgemäß ausgeführte Maschine die in früheren Schriften dargestellten positiven Merkmale auf. Sie wird mindestens zweisträngig, d. h. mit zwei ähnlichen Teilmaschinen, hergestellt, läßt sich aber auch vier- oder sechssträngig ausführen. Außerdem ist die Anordnung mit je zwei Sammlern (Magneteinheiten) je Maschinenstrang in der Art des geraden Sammlers, also mit radial stehenden Magneten, vorgesehen, verbunden mit der genannten Zielsetzung einer robusten Maschinenausführung. Sie ermöglicht die Anpassung der Luftspaltlänge an die mechanisch bedingten Anforderungen und kann bei entsprechenden Einsatzverhältnissen und Maschinengrößen zu Luftspaltlängen von mehr als 1‰ des mittleren Durchmessers des Rotors, also mehr als 2 mm führen. Um dies zu erreichen, werden gegenüber bisher beschriebenen Dimensionierungsregeln Veränderungen notwendig, so daß sich auch im Vergleich zu den aus der DE 44 30 139 A1 und der DE 44 43 999 C1 bekannten Transversalflußmaschinen neue Merkmale des Magnetkreises und des Maschinenaufbaus ergeben. Mit den in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen soll für den Stator eine sehr weitgehende Kompensation der die Schwingungen verursachenden Magnetkräfte erzielt werden. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr werden Maßnahmen angegeben, die im Vergleich zur vorstehend beschriebenen Technik auch die Ausführung von Wicklungen mit größerem Querschnitt oder die Verwendung höherer Stromdichten ermöglichen sollen.This object is achieved by the characterizing features in claim 1 solved. By designing the transverse flux machine with passive Rotor in one against Centrifugal forces of the rotor elements are well supported construction, one Stator arrangement with minimal vibration excitation, improved heat dissipation and in Compared to known arrangements of favorable manufacturability, the from DE 39 27 453 A1 known transverse flux machine significantly improved. Otherwise points the machine designed according to the invention the positive shown in earlier writings Characteristics on. It will be at least double-stranded, i.e. H. with two similar sub-machines, manufactured, but can also be carried out in four or six strands. Besides, that is Arrangement with two collectors (magnet units) per machine train in the manner of straight collector, that is provided with radially standing magnets, connected to the stated objective of a robust machine design. It enables adaptation the air gap length to the mechanical requirements and can with appropriate Operating conditions and machine sizes for air gap lengths of more than 1 ‰ average diameter of the rotor, i.e. more than 2 mm. To accomplish this Changes to the previously described dimensioning rules are necessary so that also in comparison to those known from DE 44 30 139 A1 and DE 44 43 999 C1 Transversal flux machines new features of the magnetic circuit and the machine structure surrender. With the features specified in the subclaims, a should be used for the stator achieved very extensive compensation of the magnetic forces causing the vibrations will. To improve the heat dissipation, measures are given that in Compared to the technique described above, the execution of windings with larger cross section or the use of higher current densities.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 6 erläutert.The invention is explained in the following description with reference to FIGS. 1 to 6.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1a Querschnitt einer Maschineneinheit (einsträngig mit normalerweise zwei symmetrischen Statorhälften und zwei Teilrotoren. Fig. 1a cross section of a machine unit (single-strand with normally two symmetrical stator halves and two part rotors.

Fig. 1b Seitenansicht zu 1a, linearisiert und ohne Gehäuse. Fig. 1b side view of 1a, linearized and without a housing.

Fig. 2a Querschnitt einer Maschineneinheit (einsträngig) mit zwei Sammlern unterschiedlicher (radialer) Länge und Ringkernelementen im Rotor. Fig. 2a cross section of a machine unit (single-strand) with two collectors of different (radial) length and toroidal elements in the rotor.

Fig. 2b Seitenansicht des Sammlers mit Durchführungen im Magnetbereich. Fig. 2b side view of the collector with bushings in the magnetic area.

Fig. 3 Querschnitt einer Maschineneinheit mit Spannelementen und unterteilter Wicklung. Fig. 3 cross section of a machine unit with clamping elements and subdivided winding.

Fig. 4 Querschnitt einer Maschine mit Innenanbindung des Stators und Läuferkörper mit Hohlwelle. Fig. 4 cross section of a machine with internal connection of the stator and rotor body with a hollow shaft.

Fig. 5 Schnittzeichnung einer viersträngig ausgeführten Maschine, schwingungsarme Ausführung. Fig. 5 sectional drawing of a four-strand machine, low-vibration design.

Fig. 6 Viersträngige Maschine mit Statorinnenanbindung und Außenrotor, schwingungsarme Ausführung. Fig. 6 Four-strand machine with internal stator connection and outer rotor, low-vibration design.

Transversalflußmaschinen mit erhöhten Umfangsgeschwindigkeiten oder zur Anwendung für robusten mechanischen Einsatz, z. B. mit Stoßbeanspruchung, zwingen zur Ausführung von größeren Luftspalten, wobei das Ziel einer möglichst hohen Kraftdichte nicht aus den Augen verloren werden darf. Die Anordnung des magnetischen Kreises muß demnach so gewählt werden, daß trotz der Berücksichtigung des größeren magnetischen Widerstandes im Luftspalt ein Rückgang der Kraftdichte vermieden wird. Durch Rechnung konnte gezeigt werden, daß eine zur Luftspaltvergrößerung proportionale Vergrößerung der Magnetdicke, der Polteilung, der (radialen) Sammlerlänge und der Wicklungsdurchflutung zu einer Beibehaltung der Kraft dichte im Spaltraum führt. So erscheint es nun sehr zweckmäßig, die radiale Sammlerhöhe größer als bislang, also größer als die 1,5fache Polteilung, und die Polteilung etwa gleich der 10fachen sowie die Magnetdicke gleich der 5fachen Luftspaltlänge zu wählen. Mit den ge nannten Änderungen der geometrischen Größen ermöglicht die vergrößerte Wicklungsdurch flutung den Schritt zu Maschinen mit größerem Spalt und robuster Ausführung. Der Einsatz der Transversalflußmaschine gelingt damit in mehreren Anwendungsbereichen mit besonders kritischen Anforderungen mechanischer Art. Es ergeben sich daraus allerdings einige zu sätzliche Forderungen mit Blick auf die Abfuhr der Verlustwärme, d. h. die Art der Kühlung und den Maschinenaufbau. Die Ausführbarkeit vergrößerter Durchflutungen mit normalerweise größeren Wicklungsquerschnitten erfordert bei Einhaltung von Temperaturgrenzen eine verbesserte Kühltechnik. Auch mit Blick auf den Wirkungsgrad ist die vergrößerte Durchflutung zunächst als nachteilig zu betrachten. Es muß allerdings berücksichtigt werden, daß in Verbindung mit der größeren Polteilung bei gegebener Drehzahl eine geringere Betriebsfrequenz resultiert, wodurch die frequenzabhängigen Eisenverluste verringert werden. Ein Rückgang des Wirkungsgrades muß daher im allgemeinen nicht befürchtet werden.Transversal flux machines with increased peripheral speeds or for use for robust mechanical use, e.g. B. with impact, force to execute larger air gaps, with the goal of achieving the highest possible density of force not out of sight may be lost. The arrangement of the magnetic circuit must therefore be chosen in this way be that despite taking into account the greater magnetic resistance in the air gap a decrease in force density is avoided. It could be shown by calculation that an increase in the magnetic thickness, the pole pitch, proportional to the increase in the air gap, the (radial) collector length and the winding flow to maintain the force density leads in the gap space. So it now seems very useful, the radial collector height larger than before, i.e. greater than 1.5 times the pole pitch, and the pole pitch approximately equal to that 10 times and the magnet thickness equal to 5 times the air gap length. With the ge changes in the geometric sizes allows the increased winding through flooding the step to machines with a larger gap and robust design. The stake the transverse flux machine is particularly successful in several areas of application critical requirements of a mechanical nature. However, some result from this additional demands with regard to the dissipation of the heat loss, d. H. the type of cooling and the machine structure. The feasibility of increased flooding with normally requires larger winding cross sections if Temperature limits an improved cooling technology. Also with a view to efficiency to consider the increased flooding as disadvantageous. However, it must be taken into account that in connection with the larger pole pitch at a given speed a lower operating frequency results, which results in frequency-dependent iron losses be reduced. A drop in efficiency therefore generally does not have to be be feared.

Baulich folgt aus der erwähnten notwendigen Verlängerung des Sammlers, daß je Wicklungs seite zweckmäßig nur ein Sammler angeordnet werden kann. Hierbei wird eine zylindrische Begrenzung der Sammlerflächen als bevorzugte Form mit Blick auf leichte Herstellung zu grunde gelegt. Da Magnetkreise mit zwei Sammlern sich als besonders effektiv erweisen, ent steht eine wie in Fig. 1a gezeigte Konfiguration. Hierbei ist in axialer Richtung links und rechts je eine Sammleranordnung S′ und S′′ der Wicklung W′, W′′ eines Stranges zugeordnet. Ihre gegenseitige mechanische Verbindung hat auch die Aufnahme des entwickelten Drehmoments zu berücksichtigen und erfolgt, wie angedeutet, über Spannelemente K in der Mitte der radial aufgeteilten Wicklung W′ und W′′. Dabei läßt sich die Wicklung W′, W′′ in vorgefertigten Teilen herstellen und mit dem Stator verbinden. Wie der Fig. 1a weiter zu entnehmen ist, stehen die aktiven Statorelemente des Magnetkreises über das Maschinenmittelteil als Statorkörper T in Verbindung mit weiteren Gehäuseteilen, z. B. G′, die sich über Lager L mit der Welle W verbinden lassen. Der aus zwei Teilen bestehende Rotor R ist seinerseits doppelzylindrisch geformt und trägt z. B. für die rechte Maschinenseite (Rotorkörper R′) im Abstand der doppelten Polteilung außen die Polelemente E′ und innen (gegenüber außen um eine Polteilung versetzt) die Polelemente E′′. In Fig. 1b ist die hierzu gehörige Seitenansicht linearisiert dargestellt. Darin erkennbar sind die senkrecht stehenden (radial angeordneten) Permanentmagnete Pm im Abstand der Polteilung. Der mit R′ bezeichnete Rotorkörper weist zur Aufnahme der Polelemente entsprechende Nuten auf. Die Aufnahme der radial auswärts gerichten Fliehkräfte durch die Topfform des Rotors R ermöglicht bei entsprechender Wahl der Wandstärke und des nichtmagnetischen Materials hohe Umfangsgeschwindigkeiten. Die Sicherung der innen liegenden Lamellen ist infolge kleinerer Fliehkräfte weniger kritisch, kann aber gegebenenfalls durch eine besondere Formgebung (mit Verbreiterung der Elemente im Bereich des Nutgrunds) ebenfalls (formschlüssig) bewirkt werden. Die Anwendung einer Bandage Bd wird in Fig. 2a erwähnt. Diese enthält außerdem das Merkmal der ungleichen Sammlerlängen. Dabei ist angestrebt, durch die Verkürzung des am Rotorkörper R′ liegenden Sammlers S′′ das durch die Radiusvergrößerung entstehende größere Drehmoment zu nutzen. Es ist weiter zu erkennen, daß die Isolation I′, I′′ der Wicklung gegenüber den Sammlern so ausgeführt ist, daß im Mittelbereich der Wicklung zwischen W′ und W′′ ein Kühlkanal K entsteht, der eine Strömung in Umfangsrichtung aufweist und über entsprechende Zuleitungen mit Kühlflüssigkeit beschickt werden kann. Eine Zuleitung a′′ führt z. B. durch eine entsprechende Öffnung im Sammler S′. Sie kann einfach so entstehen, daß dort ein kleiner Teil der Magnetmasse ausgespart wird. Die radiale Höhe darf dabei nicht größer sein als etwa die Magnetbreite. Die weitere Anbindung des Ölkanals kann über den in zwei Hälften ausgeführte Statorkörper T erfolgen.Structurally, it follows from the necessary extension of the collector mentioned that only one collector can be expediently arranged per winding side. Here, a cylindrical boundary of the collector surfaces is used as the preferred form with a view to easy manufacture. Since magnetic circuits with two collectors prove to be particularly effective, a configuration as shown in FIG. 1a arises. In this case, a collector arrangement S 'and S''of the winding W', W '' of a strand is assigned to the left and right in the axial direction. Their mutual mechanical connection must also take into account the absorption of the developed torque and, as indicated, takes place via clamping elements K in the middle of the radially divided winding W 'and W''. The winding W ', W''can be made in prefabricated parts and connected to the stator. As can be seen from FIG. 1a, the active stator elements of the magnetic circuit are connected via the machine middle part as a stator body T in connection with further housing parts, e.g. B. G ', which can be connected via bearing L to the shaft W. The two-part rotor R is in turn double-cylindrical in shape and carries z. B. for the right side of the machine (rotor body R ') at a distance of double pole pitch outside the pole elements E' and inside (offset from the outside by a pole pitch) the pole elements E ''. In Fig. 1b the associated side view is shown linearized. This shows the vertical (radially arranged) permanent magnets Pm at a distance from the pole pitch. The rotor body denoted by R 'has corresponding grooves for receiving the pole elements. The absorption of the centrifugal forces directed radially outwards by the pot shape of the rotor R enables high peripheral speeds with the appropriate choice of the wall thickness and the non-magnetic material. Securing the internal slats is less critical due to lower centrifugal forces, but can also be achieved (with a positive fit) if necessary through a special shape (with widening of the elements in the area of the groove base). The use of a bandage Bd is mentioned in Fig. 2a. This also contains the characteristic of unequal collector lengths. The aim is to use the larger torque resulting from the increase in radius by shortening the collector S 'lying on the rotor body R'. It can also be seen that the insulation I ', I''of the winding from the collectors is designed so that in the central region of the winding between W' and W '' a cooling channel K is formed, which has a flow in the circumferential direction and via corresponding Supply lines can be charged with coolant. A lead a '' leads z. B. through a corresponding opening in the collector S '. It can simply arise in such a way that a small part of the magnetic mass is left out there. The radial height must not be greater than the magnet width. The further connection of the oil channel can take place via the stator body T, which is constructed in two halves.

Fig. 2 weist außerdem darauf hin, daß die mechanische Verbindung der beiden Sammler und deren Kraftübertragung durch die ring- oder kastenförmig geformten Teile der Isolation I′, I′′ erfolgen kann. Fig. 2 also indicates that the mechanical connection of the two collectors and their power transmission through the ring-shaped or box-shaped parts of the insulation I ', I''can be done.

Weitere Aussparungen, wie z. B. a′ und a′′′, dienen der Zuführung der Wicklungsverbindun gen.Other recesses, such as B. a 'and a' '', are used to feed the winding connections gene.

Ein wichtiges Merkmal von Fig. 1 und 2 ist die symmetrische Krafteinwirkung auf die Stator elemente durch deren magnetisches Feld. Die an den Außen- und Innenflächen der zylindrisch ausgeführten Sammler wirkenden Normalkräfte sind für gleiche Luftspaltlängen außen und innen nur insofern geringfügig unterschiedlich, als sich durch die ungleichen Abmessungen von Sammlerelementen kleine Differenzkräfte ergeben. Es kann allerdings gezeigt werden, daß durch die Maßnahme einer gezielten Luftspaltunsymmetrie von etwa 10% ein vollständiger Ausgleich der äußeren und inneren Normalkräfte erreicht werden kann. Hierbei ist der Luftspalt im Außenbereich länger als der innenliegende Spalt zu wählen. Für eine möglichst weitgehende Kompensation der Tangentialkraftschwankungen, die entsprechende Drehmomentstörungen zur Folge haben, sorgt die Maßnahme, daß die im Statorkörper T befestigten aktiven Statorteile so betrieben werden, daß ihre Ströme um 90° el und die Magnetkreisteile entsprechend gegeneinander verschoben sind. Weitere Maßnahmen zur Drehmomentglättung und Schwingungsberuhigung können darin bestehen, daß zusätzlich über den mit der Wicklung verbundenen Frequenzumrichter die Stromform glättungsfreundlich beeinflußt wird. Diese Maßnahme ist als Stromform-Vorgabe zur Drehmomentglättung in ähnlicher Form auch bei dreiphasig ausgeführten Maschinen möglich und grundsätzlich bekannt. Sie läßt sich auf zweisträngige oder viersträngige Maschinen folgerichtig übertragen.An important feature of FIGS. 1 and 2 is the symmetrical force acting on the stator elements by their magnetic field. The normal forces acting on the outer and inner surfaces of the cylindrical collectors are only slightly different outside and inside for the same air gap lengths insofar as small differential forces result from the unequal dimensions of collector elements. It can, however, be shown that a complete balancing of the external and internal normal forces can be achieved by means of a targeted air gap asymmetry of approximately 10%. The air gap in the outer area should be selected longer than the inner gap. For the greatest possible compensation of the tangential force fluctuations, which result in corresponding torque disturbances, the measure ensures that the active stator parts fastened in the stator body T are operated in such a way that their currents are shifted by 90 ° el and the magnetic circuit parts are shifted accordingly. Further measures for smoothing the torque and calming the vibrations can consist in that the current form is influenced in a smoothing-friendly manner via the frequency converter connected to the winding. This measure is possible as a current form specification for torque smoothing in a similar form and is basically known in three-phase machines. It can be transferred to two-strand or four-strand machines.

Besonders wichtig für die zweckmäßige Ausführbarkeit von Maschinen mit großer Leistung ist eine effektive Wärmeabfuhr.Particularly important for the practical feasibility of machines with high performance is an effective heat dissipation.

Fig. 3 zeigt eine in vier Einheiten gegliederte Wicklung, deren Zwischenräume als Kühlkanäle für ein geeignetes Kühlmedium vorgesehen sind. Die Zuleitungen der Teilwicklungen W′ bis W′′′′ erfolgen über den mit dem Statorgehäuse verbundenen Sammler S′. Ebenso läßt sich das Kühlmittel durch kleine Kanäle des Sammlers S′ zu- und ableiten. Das in der Mitte vorgesehene GFK-Element Kr übernimmt die Aufgabe der Kraftübertragung zwischen dem Sammler S′′ und der übrigen Statoranordnung. Hierzu sind kubisch geformte Überstände Krz′ und Krz′′ am ringförmigen GFK-Element Kr vorgesehen, die in entsprechende Ausnehmungen der Permanentmagnete Pm eingreifen bzw. eingepaßt sind. Der Ring stützt sich somit zur Übertragung tangentialer und radialer Kraftkomponenten direkt auf die Sammlerstruktur (Weicheisenlamellen und Permanentmagnete) ab. Spannelemente Sb′ und Sb′′ vermitteln zusätzlich eine Vorspannung in axialer Richtung, so daß die Verbindung gegenüber Stößen unempfindlich gemacht wird. Es ist weiter vorgesehen, das GFK-Element Kr so zu gestalten, daß wechselweise an der unteren bzw. der oberen Nachbarschaft zur Wicklung Kühlkanäle, z. B. Ok′′, vorgesehen sind. Wie zu erkennen ist, sind die Spannelemente Sb′ und Sb′′ so mit dem GFK-Element Kr verbunden, daß gegenüber dem Kühlkanal Ok′′ keine Durchtritte zu den Sammlern entstehen. Fig. 3 shows a winding divided into four units, the spaces between which are provided as cooling channels for a suitable cooling medium. The leads of the partial windings W 'to W''''take place via the collector S' connected to the stator housing. Likewise, the coolant can be fed in and out through small channels of the collector S '. The GRP element Kr provided in the middle takes over the task of power transmission between the collector S '' and the rest of the stator arrangement. For this purpose, cubic projections Krz 'and Krz''are provided on the ring-shaped GRP element Kr, which engage or are fitted into corresponding recesses in the permanent magnets Pm. The ring is thus supported directly on the collector structure (soft iron lamellae and permanent magnets) for the transmission of tangential and radial force components. Clamping elements Sb 'and Sb''additionally impart a pretension in the axial direction, so that the connection is made insensitive to impacts. It is also intended to design the GRP element Kr so that cooling channels, e.g. B. Ok '', are provided. As can be seen, the tensioning elements Sb 'and Sb''are connected to the GRP element Kr in such a way that no passages to the collectors occur in relation to the cooling channel Ok''.

Für Maschinen mit sehr großen Abmessungen (axiale Ausdehnung der Sammler) kann zur weiteren Steigerung der Kühlwirkung eine Kühlung der Außenfläche des Sammlers S′′ zweckmäßig sein. Hierzu lassen sich in Erweiterung der Kühlanordnung von Fig. 3 auch Kühlleitungen Ok′, Ok′′′ vorsehen, die durch den Wicklungsbereich und den Sammler S′′ in axialer Richtung bis zur Sammleraußenfläche führen, wo im Bereich der Stirnfläche eine zusätzliche großflächige Wärmeabfuhr stattfindet.For machines with very large dimensions (axial expansion of the collector), cooling of the outer surface of the collector S '' may be expedient to further increase the cooling effect. For this purpose, the cooling arrangement can be in extension of Fig. 3 also cooling lines Ok 'Ok''', respectively, which pass through the winding region and the collector S '' in the axial direction up to the collectors outer surface, where in the area of the end face takes place, an additional large-area heat dissipation .

Die in Fig. 4 im Ausschnitt dargestellte zweisträngige Maschine stellt eine Sonderausführung insofern dar, als der Statorkörper gegenüber dem Rotor einseitig nach innen geführt ist, so daß über diesen Körper die Wicklungszuleitungen, evtl. das Kühlmedium geführt und auch die Abstützung des Drehmoments erfolgen muß. Die Lager L′ und L′′ stellen die Verbindung zwischen einer Hohlwelle Wh und dem Statorkörper A1 her. Wicklung und Sammleranordnung entsprechen weitgehend der Anordnung nach Fig. 1a, wobei allerdings, ähnlich wie in Fig. 2a, Ringkernelemente als Polelemente E′ und E′′ für den Rotor herangezogen werden. Der Rotorkörper Rr und Rl schließt den Motor nach außen ab. Er ist mit der Hohlwelle Wh ohne Schwierigkeiten zu verbinden und läßt damit eine einseitige Drehmomentübertragung - etwa für das Rad eines Fahrzeugs - zu. Hierbei kann davon ausgegangen werden, daß zwischen Rotor und Rad i.a. noch elastische Übertragungsglieder verwendet werden. Weiter sei darauf hingewiesen, daß durch die rotierende Außenhaut des Rotorkörpers Rr und Rl eine sehr gute Wärmeabgabe erreicht wird. Im Innern des Motors kann die Wärmeabfuhr durch einen internen Kühlkreislauf weiter verbessert werden. Wie die gezeichneten Pfeile von Fig. 4 andeuten, kommt der Umlauf durch entsprechende Rippen Lp am Rotorkörper zustande. Er wird in entsprechenden Kanälen von Rotor und Stator geführt und erfährt dabei eine Rückkühlung. Wie gezeichnet, kann diese verstärkt werden, wenn zusätzlich von Flüssigkeit durchströmte Kühlkanäle Ks′ und Ks′′ im Statormittelteil vorgesehen sind.The two-strand machine shown in detail in FIG. 4 represents a special version in that the stator body is guided inwards on one side relative to the rotor, so that the winding leads, possibly the cooling medium, and the torque must also be supported via this body. The bearings L 'and L''establish the connection between a hollow shaft Wh and the stator body A1. Winding and collector arrangement largely correspond to the arrangement according to Fig. 1a, but, similarly as in Fig. 2a, toroidal core elements as pole elements E 'and E''are used for the rotor. The rotor body Rr and Rl closes the motor to the outside. It can be connected to the hollow shaft Wh without difficulty and thus allows one-sided torque transmission - for example for the wheel of a vehicle. It can be assumed that elastic transmission elements are generally used between the rotor and the wheel. It should also be noted that the rotating outer skin of the rotor body Rr and Rl achieves very good heat dissipation. The heat dissipation inside the engine can be further improved by an internal cooling circuit. As indicated by the drawn arrows in FIG. 4, the circulation is brought about by corresponding ribs Lp on the rotor body. It is guided in the corresponding channels by the rotor and stator and is thereby cooled down. As drawn, this can be reinforced if additional cooling channels Ks' and Ks''through which liquid flows are provided in the middle part of the stator.

Wie weiter zu erkennen ist, sind linkes und rechtes Rotorteil Rl und Rr über eine Schraubver bindung Sa miteinander verbunden.As can be seen further, the left and right rotor parts Rl and Rr are screwed binding Sa linked together.

Die in Fig. 5 gezeichnete Maschine stellt die symmetrisch ausgeführte viersträngige Anordnung dar, die sich als Erweiterung der zweisträngigen Maschine nach Fig. 1a ergibt. Je zwei Teilstatore sind an ein scheibenförmiges Statorteil T1 und T2 geführt, wobei die zusammengehörigen (mechanisch verbundenen) Statoren S1′, S1′′ und S2′, S2′′ mit Strömen von 90° Phasenverschiebung betrieben werden. Weiter ist vorausgesetzt, daß zur Erzielung einer möglichst schwingungsarmen Ausführung linkes und rechtes Statorpaar mit Strömen betrieben werden, deren Phasenunterschied 45° el beträgt. Unter dieser Voraussetzung wird ein sehr hohes Maß an Gleichlauf und ein Mindestmaß an Schwingungsanregung für den Mittelbereich M der Maschine erzielt. Wie gezeigt werden kann, heben sich bei dieser symmetrischen Anordnung von mechanisch gleich ausgeführten Maschineneinheiten die Grundschwingung und die durch 4 teilbaren Schwankungsanteile (Harmonische der Momentenschwankungen) unter der Annahme auf, daß eine steife mechanische Verbindung (über das Gehäuse) vorliegt. Es ist demnach zweckmäßig, die Verbindung der Maschine mit dem Fundament über das in Fig. 5 zweiteilig dargestellte mittlere Gehäuseteil vorzunehmen.The machine shown in FIG. 5 represents the symmetrical four-strand arrangement which results from the extension of the two-strand machine according to FIG. 1a. Each two partial stators are guided to a disk-shaped stator part T1 and T2, the associated (mechanically connected) stators S1 ', S1''andS2', S2 '' being operated with currents of 90 ° phase shift. It is also assumed that the left and right stator pair are operated with currents whose phase difference is 45 ° el in order to achieve the lowest possible vibration. Under this condition, a very high level of synchronism and a minimum level of vibration excitation is achieved for the central area M of the machine. As can be shown, with this symmetrical arrangement of mechanically identical machine units, the fundamental vibration and the fluctuation components divisible by 4 (harmonics of the torque fluctuations) cancel each other out on the assumption that there is a rigid mechanical connection (via the housing). It is therefore expedient to make the connection of the machine to the foundation via the middle housing part shown in two parts in FIG. 5.

Wie weiter gezeigt werden kann, ist zur Verminderung der am Gehäuse wirksamen Schwin gungen der Einbau einer begrenzt elastischen Zwischenschicht zwischen den aktiven Stator elementen (dem angrenzenden Sammler, z. B. S′ in Fig. 1a) und dem Gehäuseteil (z. B. T in Fig. 1a) empfehlenswert.As can be shown further, to reduce the vibrations effective on the housing, the installation of a limited elastic intermediate layer between the active stator elements (the adjacent collector, e.g. S 'in Fig. 1a) and the housing part (e.g. T in Fig. 1a) recommended.

Die in Fig. 6 dargestellte alternative Maschinenanordnung, bei der grundsätzlich die gleichen Bauteile wie bei der Maschinenanordnung der Fig. 5 zum Einsatz kommen, besitzt die hinsichtlich der Schwingungsneigung reduzierend wirkende 4-Strang-Symmetrie. Der Stator wird zweimal einseitig über den Innenbereich, der auch die (als Gleitlager ausgeführten) Lager enthält, zum Mittelbereich M hin - ähnlich wie Fig. 5 - herausgeführt. Dort erfolgt die Verbindung mit dem Fundament. Für den Außenrotor charakteristisch kann hier - ähnlich wie in Fig. 4 beschrieben - die vorteilhafte Luftkühlung hervorgehoben werden. Günstig ist weiter die über den Stator-Innenkörper konsequent durchgeführte Komponentenüberlagerung der Schwingungsanteile beider zweisträngigen Teilmaschinen. The alternative machine arrangement shown in FIG. 6, in which basically the same components are used as in the machine arrangement of FIG. 5, has the 4-strand symmetry which reduces the tendency to oscillate. The stator is led out on one side twice over the inner region, which also contains the bearings (designed as plain bearings), towards the central region M - similar to FIG. 5. The connection to the foundation is made there. Characteristic of the outer rotor, the advantageous air cooling can be emphasized here, similar to that described in FIG. 4. A further advantage is the component superimposition of the vibration components of both double-strand sub-machines, which is carried out consistently via the stator inner body.

Die sinngemäße Übertragung der beschriebenen Merkmale auf Maschinen mit 6 oder mehr Strängen ist möglich.The analogous transfer of the described features to machines with 6 or more Strands is possible.

Claims

1. Electrical machine with a plurality of essentially transverse magnetic circuits of the same design (transverse flux machine), comprising a rotor (R) with a shaft (W), a stator and a stator body (T), the stator for each magnetic circuit consisting of two annular collector arrangements (S ', S''), which are composed of radially standing permanent magnets (Pm) embedded at a distance between the poles between soft iron lamellas, and an annular winding (W', W.) Arranged between the collector arrangements (S ', S'')''), And wherein the rotor (R) for each magnetic circuit is divided into an outer and an inner rotor half, which carries axially extending pole elements (E ', E'') made of soft iron at a distance of twice the pole pitch, whereby a cylindrical Space arises in which the stator faces the pole elements (E ′, E ′ ′) with the formation of two air gaps,
characterized in that

- the radial length of the air gap is more than 1 ‰ of the mean rotor diameter, but at least 1 mm,
the pole pitch is approximately ten times and the thickness of the permanent magnets (Pm) in the circumferential direction is proportional to five times the length of the air gap,
- The collector arrangement (S ', S'') in the radial direction have a height of more than one and a half times the pole pitch and with the winding (W', W '') and the stator body (T) mechanically via clamping elements (K), the act in the axial direction, are connected,
- The rotor (R) for each magnetic circuit consists of a double-cylindrical rotor body (R '), which has depressions towards the respective air gap into which the pole elements (E', E '') are inserted.

2. transverse flux machine according to claim 1, characterized in that in the winding area at least one made of non-conductive, non-magnetic material existing ring-shaped component is used, which is serrated laterally on the circumference and with corresponding depressions of the magnetic area of the two collector assignments (S ′, S ′ ′) corresponds.

3. transverse flux machine according to claim 1 or 2, characterized in that the radially outer air gap compared to the inner air gap by 10% is extended.

4. transverse flux machine according to claim 1 to 3, characterized in that the windings (W ', W' ') consists of two winding parts and the space between the winding parts channels for guiding a liquid coolant in the circumferential direction has, the feed and discharge lines from the stator body (T) via one of the two Collector arrangements (S ', S' ') takes place.

5. transverse flux machine according to claim 4, characterized in that the clamping elements (K) used to generate an axial pretension with the annular component are connected in the winding area that no direct Connection with a cooling channel is created.

6. transverse flux machine according to claim 1 to 5, characterized in that an internal cooling circuit for air to improve heat dissipation in high-speed machines is present, its movement by essentially radially standing ribs on the rotor inner surface arises and the recooling via the rotor outer surfaces and by additional Measures of heat dissipation in the stator are carried out.

7. transverse flux machine according to claim 1 to 6, characterized in that the stator body (T) with the feeds to the winding (W ', W' ') radially inwards and then is guided axially outwards on one side with a smaller diameter, so that the rotor is on one side represents the outer boundary of the machine.

8. transverse flux machine according to claim 1 to 7, characterized in that each with two machine trains that have currents electrically shifted by 90 ° their associated collector arrangements (S ', S' ') on one of one or two parts existing, ring-shaped stator part (T1, T2) are attached and a two-phase Form part machine.

9. transverse flux machine according to claim 8, characterized in that operated two two-phase sub-machines with a phase shift of 45 ° and mechanically staggered to form a four-strand machine unit.

10. transverse flux machine according to claim 9, characterized in that the stator parts (T1, T2) of the sub-machines are attached to a common stator central part with which the transverse flux machine is connected to a foundation.