DE19639670A1

DE19639670A1 - Transverse flux machine with a number of parallel-connected annular coils e.g. for single-phase energy converter

Info

Publication number: DE19639670A1
Application number: DE19639670A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lange; Michael Hoelle; Georg Schiroky
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: DE19639670C2

Abstract

The transverse flux machine has a number of external soft iron stator elements (1a) and a number of inner soft iron stator elements (1b). It has at least one coil which can run internally or externally or both internally and externally. At least one of the coils has a number of parallel connected coil wires. The parallel connected coil wires (100,120) can be connected to additional inductances. Alternatively, the parallel connected coil wires can be fed through a differential flux converter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a transverse flux machine according to the preamble of claim 1.

Transversalflußmaschinen (TFM), wie sie beispielsweise aus der DE 35 36 538, deren Offenbarungsgehalt in dieser Anmeldung voll umfänglich mit einbezogen wird, bekannt geworden sind, sind spezielle elektrische Wechselstrommaschinen, die in ihrer Grundform einphasige Energiewandler darstellen. Die Hauptkomponenten einer solchen Transversalflußmaschine sind der stillstehende Ständer und ein darin drehbar angeordneter Läufer. Die für einen gewünschen Betriebspunkt der Transversalflußmaschine notwendige elektrische Energie kann auf verschiedene Art und Weise, beispielsweise einen Wechselrichter, derart aufbereitet werden, daß eine Spannung variabler Amplitude, Frequenz- und Phasenlager an die Maschinenklemmen gelegt wird. Die Transversalflußmaschine erzeugt dann ein Drehmoment, das in erster Näherung sinusförmig zwischen einem Maximalwert um null periodisch mit dem elektrischen Drehwinkel schwingt.Transverse flux machines (TFM), such as those from the DE 35 36 538, the content of which is fully disclosed in this application special electrical are known AC machines, in their basic form single-phase energy converters represent. The main components of such a transverse flux machine are the stationary stand and a rotor rotatably arranged in it. The necessary for a desired operating point of the transverse flux machine Electrical energy can be in various ways, for example an inverter, be prepared so that a voltage is more variable Amplitude, frequency and phase bearings placed on the machine terminals becomes. The transverse flux machine then generates a torque that is in first approximation sinusoidal between a maximum value around zero periodically vibrates with the electrical angle of rotation.

Gemäß der DE 37 05 089, deren Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich einbezogen wird, können zwei Transversalgrundmaschinen, wie oben beschrieben, mechanisch miteinander gekoppelt und so zu einer zweiphasigen elektrischen Maschine kombiniert werden. Diese Maschinen werden so geregelt, daß im Zusammenwirken beider Maschinenteile ein von der Winkellage des Rotors unabhängiges mechanisches Drehmoment erzeugt wird. Ein derartiger, aus zwei gleichartigen Teilmaschinen (elektrischen Phasen) ausgebauter Motor bildet für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ein wirtschaftliches Optimum bezüglich Bauraum, Gewicht und Kosten. So ist beispielsweise die Verwendung einer zweiphasigen Transversalflußmaschine als elektrischer Einzelradantrieb für Citybusse der Zukunft vorgesehen (siehe hierzu auch "Elektrischer Einzelradantrieb für Citybusse der Zukunft" in "Der Nahverkehr" 6-1994, Alba-Fachverlag Düsseldorf. Der zur Energieversorgung einer der beiden Motorphasen notwendige Wechselrichter-Leistungsteil, wie er aus der DE 37 05 089 bekanntgeworden ist, ist derart aufgebaut, daß zwischen den Potentialschienen eines Konstant-Spannungs-Zwischenkreises zwei Wechselrichter-Halbbrücken angeordnet sind und die Motorwicklungen an Wechselspannungsanschlüssen der Halbbrücke angeschlossen sind.According to DE 37 05 089, the disclosure content of which is hereby fully encompassed two transverse basic machines can be included, as above described, mechanically coupled with each other and so to a two-phase electrical machine can be combined. These machines are regulated so that in the interaction of both machine parts one of the angular position of the rotor generates independent mechanical torque becomes. Such, from two similar sub-machines (electrical Phases) removed engine for a variety of applications economical optimum in terms of installation space, weight and costs. So is for example the use of a two-phase transverse flux machine intended as an electric single-wheel drive for city buses of the future (see see also "Electric single wheel drive for city buses of the future" in "The Nahverkehr "6-1994, Alba-Fachverlag Düsseldorf. The one for energy supply one of the two motor phases necessary inverter power section, like him has become known from DE 37 05 089 is constructed such that between the potential rails of a constant voltage intermediate circuit two inverter half bridges are arranged and the motor windings are connected to the AC connections of the half bridge.

Eine optimale Auslegung des Systems Transversalflußmotor (TFM)-Wechselrichterleistungsteil bzw. Frequenzumrichter (FU) resultiert im allgemeinen in relativ niedrigen Windungszahlen. Dies bedingt einen hohen Ankerstrom, der in der Regel innerhalb der Maschine über einen großen Kupferquerschnitt geführt wird. Bei Betrieb mit Wechselstrom tritt im Leitermaterial abhängig von Betriebsfrequenz, elektrischer Leitfähigkeit, Permeabilität und Geometrie eine Stromverdrängung auf. Dies aber wiederum bedeutet, daß über den Leiterquerschnitt betrachtet, die Stromdichteverteilung ortsabhängig ist, d. h. bestimmte Bereiche des Leiterquerschnittes werden gegenüber dem Gleichstrombetrieb entlastet, während andere Bereiche stärker belastet werden. Durch die quadratische Abhängigkeit von Stromdichte und Verlusten sowie aufgrund des positiven Widerstandskoeffizienten des Leitermaterials wird eine lokale Stromdichteerhöhung zu einer deutlichen Verlusterhöhung im Leitermaterial. Die nachteiligen Auswirkungen der Stromverdrängung können dadurch minimiert werden, daß der Wicklungsquerschnitt in parallel geschaltete Abschnitte unterteilt wird, und isolierte Teilleiter gegebenenfalls unter Verwendung von Kunststoffstäben, z. B. Roebelstäben, zur Anwendung gelangen.An optimal design of the transverse flux motor system (TFM) inverter power section or frequency converter (FU) results in generally in relatively low numbers of turns. This requires a high one Armature current, which is usually within the machine over a large Copper cross section is performed. When operating with alternating current occurs in Conductor material depending on operating frequency, electrical conductivity, Permeability and geometry a current displacement. But this again means that viewed across the conductor cross-section, the current density distribution is location dependent, d. H. certain areas of the conductor cross-section relieved from DC operation while other areas be burdened more. Due to the quadratic dependence on Current density and losses as well as due to the positive Resistance coefficient of the conductor material becomes a local one Current density increase to a significant increase in loss in the conductor material. This can cause the adverse effects of current displacement be minimized that the winding cross-section connected in parallel Sections are subdivided and insulated subconductors if necessary Use of plastic rods, e.g. B. Roebel bars for use reach.

Durch spezielle Ausführung und Geometrie des Leitermaterials gelingt es, die Auswirkungen der Stromverdrängung im Leiter selbst zu minimieren. Erwähnt seien hier schmale isolierte Flachkupferdrähte sowie isolierte Hochfrequenzlitzen. Aufgrund der unterschiedlichen Flußverkettungen sind jedoch die parallel geschalteten Wicklungsstränge mit unterschiedlich hohen Strömen belastet. Dies führt unerwünschter Weise zu Verlusten. Um diese Verluste zu minimieren, ist im Stand der Technik vorgeschlagen, Maßnahmen an der Wicklung selbst vorzunehmen, beispielsweise eine Verseilung oder eine Leiterführung nach Art des Roebelprinzips, was zu einer gleichmäßigen Streuflußverkettung über die gesamte Maschinenlänge führt. Aufgrund der bei Transversalflußmaschinen spezifischen ringförmigen Wicklung sind derartige Maßnahmen nur schwer realisierbar. Auch könnte man daran denken, eine gleichmäßige Stromaufteilung in den parallelen Wicklungszweigen dadurch zu erreichen, daß jeder Wicklungszweig von einem ihm alleine zugeordneten unabhängigen Teilwechselrichter gespeist wird. Es ist dann möglich, eine gleichmäßige Verteilung der Ströme in diesen Wicklungen zu erreichen, indem die Ventile eines Teilwechselrichters, der auf einen Wicklungszweig wirkt, unterschiedlich lange eingeschaltet bleibt. Allerdings würde dies bedeuten, daß jedem Wicklungsstrang ein eigener Teilwechselrichter zugeordnet werden muß. Damit sind für jeden Wicklungsstrang eigene Zuleitungen vonnöten sowie eigene Umrichter und Maschinenklemmen. Eine derartige Lösung ist aufgrund des großen apparativen Aufwandes nicht wünschenswert.Thanks to the special design and geometry of the conductor material, the To minimize the effects of current displacement in the conductor itself. Mentioned here are narrow insulated flat copper wires and insulated High frequency strands. Because of the different river chains however, the winding strands connected in parallel with different heights Streams charged. This undesirably leads to losses. Around To minimize losses, measures are proposed in the prior art to make the winding itself, for example stranding or a routing according to the Roebel principle, which leads to a uniform Litter flux linkage leads over the entire length of the machine. Because of the Transverse flux machines specific annular winding are such Measures are difficult to implement. You could also think of one uniform current distribution in the parallel winding branches achieve that each winding branch by one assigned to it alone independent partial inverter is fed. It is then possible to have one to achieve even distribution of the currents in these windings by the valves of a partial inverter that acts on a winding branch, stays on for different times. However, this would mean that a separate partial inverter is assigned to each winding phase got to. This means that separate leads are required for each winding phase as well as own converters and machine terminals. Such a solution is not desirable due to the large expenditure on equipment.

Als weiteres Problem ergibt sich, daß im Falle einer unterschiedlichen Belastung der einzelnen Wicklungsstränge, resultierend aus einer ungleichmäßigen Stromaufteilung, bei der Transversalflußmaschine Kühlungsprobleme auftreten. So führt die ungleichmäßige Stromverteilung in den einzelnen Wicklungssträngen zu einer nur mangelhaften Kühlung der Transversalflußmaschine, da Bereiche, die schlechter gekühlt sind, mit einem höheren Strom belastet werden als solche, die besser gekühlt sind.Another problem arises that in the case of a different Load on the individual winding strands, resulting from a uneven current distribution in the transverse flux machine Cooling problems occur. So the uneven current distribution leads to the individual winding strands for insufficient cooling of the Transversal flow machine, since areas that are poorly cooled with a higher electricity than those that are better cooled.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, bei einer Transversalflußmaschine mit einem Wicklungsanschluß und maschinenintern mehreren parallel geschalteten Wicklungssträngen eine ungleichmäßige Stromaufteilung zu vermeiden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei möglichst hoher Wicklungsausnutzung eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung und damit optimale Kühlung erreicht wird.The object of the invention is therefore with a transverse flux machine one winding connection and several inside the machine switched winding phases to an uneven current distribution avoid. Another aspect of the invention is that as high a winding utilization as possible Temperature distribution and thus optimal cooling is achieved.

Erfindungsgemäß wird das oben aufgezeigte Problem dadurch gelöst, daß mindestens eine der Ringwicklungen der Transversalflußmaschine eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wicklungssträngen umfaßt und die parallel geschalteten Stränge der mindestens einen Ringwicklung mit Zusatzinduktivitäten beschaltet sind.According to the invention, the problem outlined above is solved in that at least one of the ring windings of the transverse flux machine one Includes a plurality of winding strands connected in parallel and the parallel switched strands with at least one ring winding Additional inductors are connected.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Beschaltung mit Zusatzinduktivitäten derart erfolgt, daß in den parallel geschalteten Strängen eine gleichmäßige Stromaufteilung vorliegt. In einer einfachen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß als Zusatzinduktivität ein Magnetkern in den stärker belasteten Wicklungsstrang geschaltet wird. Dieser kann vorteilhaft als Ferritkern, als Schnitt- oder Ringbandkern mit Luftspalt ausgebildet werden. Für einen bestimmten Betriebspunkt kann auf diese Art und Weise abhängig von Geometrie, Spaltweite und Wicklungszahl eine optimale Stromaufteilung, d. h. eine gleichmäßige in vorliegendem Fall, in den parallel geschalteten Strängen eingestellt werden.In a particularly preferred embodiment it is provided that the Wiring with additional inductors takes place in such a way that in the parallel switched strands there is an even current distribution. In a simple embodiment can be provided that as an additional inductor a magnetic core is switched into the more heavily loaded winding phase. This can advantageously be used as a ferrite core, as a cutting or ring band core Air gap are formed. For a certain operating point, you can this way depends on geometry, gap width and number of turns optimal power distribution, d. H. a uniform in the present case, in the strings connected in parallel.

In einer weitergebildeten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß ein Differenzflußwandler eingesetzt ist. Dies erlaubt bei entsprechender Führung der Wicklungsstränge, daß eine vom Betriebspunkt unabhängige, gleichmäßige Stromverteilung erreicht wird. Hierzu werden die gegenüber dem Gleichstrombetrieb unter- bzw. überlasteten Wicklungsstränge in entgegengesetzter Richtung durch einen spaltlosen Magnetkern geführt. Solange keine Sättigung eintritt, erzwingt der resultierende Differenzfluß aufgrund der guten Kopplung in allen Strängen gleiche Flußverkettung. In a further developed embodiment it can be provided that a Differential flux converter is used. With appropriate guidance, this allows of the winding phases, that an independent of the operating point, uniform current distribution is achieved. For this, the opposite the undercurrent or underloaded winding phases in opposite direction through a gapless magnetic core. As long as there is no saturation, the resulting differential flow forces due to the good coupling in all strings the same flow chaining.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden 2 parallele Stränge einander entgegengesetzt mit gleicher Windungszahl 1 durch den Symmetrierkern des Differenzflußwandlers geführt, so daß in jedem Wicklungsstrang nach Betrag und Phase der gleiche Stromverlauf erzwungen wird.In a preferred embodiment, 2 parallel strands are mutually opposite with the same number of turns 1 through the symmetry core of the differential flux converter, so that in each winding strand after Amount and phase of the same current flow is enforced.

In einer weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beschaltung der einzelnen Stränge der Ringwicklungen der Transversalflußmaschine derart erfolgt, daß eine derartige Stromverteilung in den einzelnen Strängen vorliegt, daß eine über den Querschnitt der Stränge gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt.In a further developed embodiment of the invention it is provided that the wiring of the individual strands of the ring windings Transversalflussmaschine takes place such that such a current distribution in the individual strands that there is a cross-section of the strands even temperature distribution.

In Abhängigkeit von der konstruktiven Ausbildung der Transversalflußmaschine müssen die einzelnen Wicklungsstränge mit unterschiedlich hohen Strömen belastet werden, die mit Hilfe der Zusatzinduktivitäten eingestellt werden.Depending on the constructive training of the Transversal flow machine must have the individual winding strands different currents are loaded, which with the help of Additional inductors can be set.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Transversalflußmaschine Statorweicheisenelemente auf, die U-förmig in einer Aussparung, die einen Nutgrund aufweist, zur Aufnahme der einzelnen Stränge der Ringwicklung ausgebildet sind. Bei einer derartigen Transversalflußmaschine werden, um das Ziel einer über den Wicklungsquerschnitt gleichmäßigen Temperaturverteilung zu erreichen, die Wicklungsstränge, die am Nutgrund verlaufen und damit besser gekühlt sind überkompensiert, d. h. mit einer derartigen Zusatzinduktivität beschaltet, daß hierin eine höhere Verlustdichte auftritt, wohingegen die dem Luftspalt zugewandten Wicklungsstränge mit einer Zusatzinduktivität beschaltet sind, die eine geringere Verlustdichte als den dem Nutgrund zugewandten Wicklungssträngen zur Folge hat, so daß sich über den Querschnitt sämtlicher Wicklungsstränge eine annäherend gleiche Temperaturverteilung ergibt. In a particularly preferred embodiment, the Transverse flux machine stator soft iron elements that are U-shaped in one Recess, which has a groove base, for receiving the individual Strands of the ring winding are formed. With such a Transversal river machine will be the target one over the Winding cross-section to achieve uniform temperature distribution Winding strands that run at the bottom of the slot and are therefore better cooled overcompensated, d. H. wired with such an additional inductance that a higher loss density occurs here, whereas that of the air gap facing winding strands are connected with an additional inductance, which has a lower loss density than that facing the groove base Winding strands result, so that over the cross section All winding strands have approximately the same temperature distribution results.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und den beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment and the attached drawings are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Transversalflußmaschine in einem achssenkrechten Schnitt; Fig. 1 a transverse flux motor in an axially perpendicular section;

Fig. 2 ein Schnitt durch den Gegenstand von Fig. 1, gelegt in der Schnittebene A-A, wobei die Ringwicklungen nur einen einzigen Strang, wie im Stand der Technik (siehe hierzu bspw. DE 37 05 089 oder DE 35 36 538), aufweisen; Fig. 2 is a section through the article of Figure 1 taken in the section plane AA, where the ring windings only a single strand as in the prior art (see for example DE 37 05 089 or DE 35 36 538.) Have.

Fig. 3 einen Schnitt in der Schnittebene A-A, wobei die erste und die zweite Ringwicklung jeweils zwei Wicklungsstränge aufweisen, die nebeneinanderliegend angeordnet sind; Fig. 3, which are arranged side by side a section in the section plane AA, wherein said first and second annular winding each having two windings;

Fig. 4 Schnitt A-A durch eine Transversalflußmaschine gemäß Fig. 1, bei der die Ringwicklungen zwei übereinander angeordnete Wicklungsstränge umfaßt; Fig. 4 is a section AA through transverse flux machine according to Figure 1, in which the annular windings comprises two superimposed winding phases.

Fig. 5 den Verlauf zweier Wicklungsstränge der Transversalflußmaschine, wobei der eine mit einer Zusatzinduktivität versehen ist; Fig. 5 shows the course of two windings of the transverse flux machine, wherein the one is provided with an additional inductance;

Fig. 6 den Verlauf zweier Wicklungsstränge, die mit einem Differenzwandler als Zusatzinduktivität versehen sind. Fig. 6 shows the course of two winding phases, which are provided with a differential converter as an additional inductor.

Fig. 1 zeigt eine Transversalflußmaschine, wie sie beispielsweise aus der DE 35 36 538 oder der DE 37 05 089, deren Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich in dieser Anmeldung mit einbezogen wird, in einem achssenkrechten Schnitt. Fig. 1 shows a transverse flux machine, as it is for example from DE 35 36 538 or DE 37 05 089, the disclosure content of which is hereby fully included in this application, in an axial section.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Gegenstand von Fig. 1, in der Schnittebene A- A. Man erkennt aus diesen Figuren eine Vielzahl von äußeren Statorweicheisenelementen 1a sowie von inneren Statorweicheisenelementen 1b. Den äußeren sowie den inneren Statorelementen ist jeweils eine Ringwicklung 4 bzw. 5 zugeordnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, setzt sich die Ringwicklung 4 bzw. 5 aus einem einzigen Strang zusammen und liegt in einer Aussparung der hufeisenförmigen Statorweicheisenelemente 1a bzw. 1b. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2, die den Stand der Technik in Gestalt der oben erwähnten Druckschriften repräsentiert, füllt die Ringwicklung die Aussparung der hufeisenförmigen Statorweicheisenelemente 1a bzw. 1b vollständig aus. Zwischen den äußeren und den inneren Statorweicheisenelementen befindet sich der drehbar gelagerte, zylindrische Rotor. Dieser ist aus zwei Ringen aufgebaut, die ihrerseits zusammengesetzt sind aus einer Vielzahl von Magneten 3, sowie diesen benachbart Weicheisenelementen 2. Somit befindet sich jeweils ein Magnet 3 zwischen zwei einander benachbarten Weicheisenelementen 2. Die beiden genannten Ringe, die alternierend aus Magneten und Weicheisenelementen zusammengesetzt sind, sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in axialer Richtung nebeneinander angeordnet. Zwischen ihnen befindet sich ein durchgehender, d. h. sich über den gesamten Umfang erstreckender Kunststoffring 6. Fig. 2 is a section through the object of Fig. 1, in the section plane A-A. One can see from these figures a variety of outer stator soft iron elements 1 a and inner stator soft iron elements 1 b. A ring winding 4 or 5 is assigned to the outer and the inner stator elements. As seen from Fig. 2, the ring coil sets 4 and 5 of a single strand together and located in a recess of the horseshoe-shaped stator soft iron elements 1 a and 1 b. In the embodiment according to FIG. 2, which represents the state of the art in the form of the above-mentioned documents, the ring winding completely fills the recess of the horseshoe-shaped stator soft iron elements 1 a or 1 b. The rotatably mounted, cylindrical rotor is located between the outer and the inner stator soft iron elements. This is made up of two rings, which in turn are composed of a multiplicity of magnets 3 and soft iron elements 2 adjacent to them. Thus, a magnet 3 is located between two adjacent soft iron elements 2 . The two rings mentioned, which are composed alternately of magnets and soft iron elements, are, as shown in FIG. 2, arranged side by side in the axial direction. Between them is a continuous plastic ring 6 , that is to say extending over the entire circumference.

In Fig. 3 ist eine Transversalflußmaschine dargestellt, die, in achssenkrechtem Schnitt gesehen, der von Fig. 1 entspricht.In Fig. 3, a transverse flux machine is shown, which, seen in vertical section, corresponds to that of Fig. 1.

Entgegen den Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik umfaßt die Ringwicklung des äußeren Statorweicheisenelementes 1a zwei Wicklungsstränge 10, 12. Auch die Ringwicklung des inneren Statorweicheisenelementes 1b umfaßt in der dargestellten Ausführungsform zwei Stränge. Die Stränge, die den äußeren als auch den inneren Statorweicheisenelementen zugeordnet sind, liegen nebeneinander angeordnet in einer Aussparung 20 bzw. 22 der Weicheisenelemente. Diese weisen infolge dessen eine Hufeisenform auf.Contrary to the embodiments according to the prior art, the ring winding of the outer stator soft iron element 1 a comprises two winding strands 10 , 12 . The ring winding of the inner stator soft iron element 1 b in the illustrated embodiment comprises two strands. The strands, which are assigned to the outer as well as the inner stator soft iron elements, are arranged side by side in a recess 20 or 22 of the soft iron elements. As a result, these have a horseshoe shape.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Transversalflußmaschine mit mehr als einem Wicklungsstrang dargestellt. Sowohl die Wicklungsstränge des äußeren Statorweicheisenelementes 100, 120 sind übereinanderliegend angeordnet als auch die Wicklungsstränge der inneren Statorweicheisenelemente 140 bzw. 160.In FIG. 4, a further embodiment of a transverse flux machine with more than one phase winding is shown. Both the winding strands of the outer stator soft iron elements 100 , 120 are arranged one above the other and the winding strands of the inner stator soft iron elements 140 and 160 .

Hierbei ist der Wicklungsstrang 100, der der Ringwicklung des äußeren Statorweicheisenelementes 1a zugeordnet ist, am Nutgrund 21 der Aussparung 20 angeordnet, und der Wicklungsstrang 140 der Ringwicklung des inneren Statorweicheisenelementes 1b am Nutgrund 23 der Aussparung 22.Here, the winding strand 100 , which is assigned to the ring winding of the outer stator soft iron element 1 a, is arranged on the slot base 21 of the recess 20 , and the winding strand 140 of the ring winding of the inner stator soft iron element 1 b is located on the slot bottom 23 of the recess 22 .

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Beschaltung einzelner Wicklungsstränge mit Zusatzinduktivitäten gemäß der Erfindung. Die Beschaltung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 soll vorliegend für das Beispiel einer Transversalflußmaschine mit zwei übereinander verlaufenden Wicklungssträngen 10, 12 der Ringwicklung der äußeren Statorweicheisenelemente diskutiert werden, ohne daß dies als Beschränkung des allgemein erfinderischen Konzeptes aufgefaßt werden soll. Die übereinanderliegenden, parallel zueinander verlaufenden Wicklungsstränge 10,12 gemäß Fig. 5 werden von Strömen E1 und E2 in derselben Richtung durchflossen. Der höher mit einem Strom belastete Wicklungsstrang 10 wird von einem Ringmagneten 30 mit Luftspalt 31 umgeben, der für eine zusätzliche Induktivität in diesem stärker belasteten Wicklungsstrang sorgt. Durch die zusätzliche Induktivität wird erreicht, daß trotz der unterschiedlichen Flußverkettungen in den beiden Wicklungssträngen, die zu unterschiedlichen Belastungen im Wechselstromfall gegenüber dem Gleichstromfall in den beiden Wicklungssträngen führen, eine gleichmäßige Stromaufteilung innerhalb der Wicklungsstränge erzwungen wird. Anstelle des dargestellten Ringmagneten kann in einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die zusätzlich in einen Wicklungsstrang eingebrachten Induktivitäten als Ferritkerne, als Schnitt- oder Ringbandkerne mit Luftspalt ausgeführt sind. Aufgrund der hohen Frequenzen, mit der die Transversalflußmaschine betrieben wird, ist es möglich, diese zusätzlichen Induktivitäten in ihren Abmessungen relativ klein zu bemessen. Damit können diese leicht in die Transversalflußmaschine integriert werden. FIGS. 5 and 6 of the invention showing the wiring of individual phase windings with additional inductors invention. The circuitry according to the embodiment of FIG. 5 is to be herein discussed for the example of a transverse flux machine with two superimposed extending winding strands 10, 12 of the stator coil of the outer stator soft iron elements, without that this should be construed as a limitation of the general inventive concept. The overlying, mutually parallel windings 10,12 as shown in FIG. 5 are traversed by currents E1 and E2 in the same direction. The winding strand 10 , which is loaded with a higher current, is surrounded by a ring magnet 30 with an air gap 31 , which ensures additional inductance in this winding strand, which is subject to greater stress. The additional inductance ensures that despite the different flux linkages in the two winding phases, which lead to different loads in the AC case compared to the DC case in the two winding phases, a uniform current distribution is forced within the winding phases. Instead of the ring magnet shown, it can be provided in a further development of the invention that the inductances additionally introduced into a winding strand are designed as ferrite cores, as cutting or ring band cores with an air gap. Due to the high frequencies with which the transverse flux machine is operated, it is possible to dimension these additional inductors relatively small. This allows them to be easily integrated into the transverse flux machine.

In Fig. 6 ist wiederum für den Beispielfall zweier übereinander angeordneter Wicklungsstränge gemäß Fig. 3, ohne daß irgendeine Beschränkung zu sehen ist, die Beschaltung mit einem Differenzwandler (40) gezeigt, der eine gleichmäßige Belastung in den einzelnen Wicklungssträngen sicherstellt. Um eine vom Betriebspunkt unabhängige, gleichmäßige Stromverteilung zu erreichen, ist es nötig, daß die gegenüber dem Gleichstrombetrieb unter- bzw. überbelasteten Wicklungsstränge in entgegengesetzter Richtung durch den Differenzflußwandler, der als spaltloser Magnetkern ausgeführt ist, zu führen. Solange keine Sättigung eintritt, erzwingt der resultierende Differenzfluß aufgrund der guten Kopplung bei einer derartigen Beschaltung in beiden Strängen eine gleiche Flußverkettung. Hierbei können die Teilstränge auch mehrmals durch den Wandler geführt werden, d. h. n 1. Bei einer derartigen Ausführungsform ist darauf zu achten, daß die Teilstränge mit gleicher Windungszahl, d. h. n₁ = n₂ durch den Differenzflußwandler bzw. Symmetrierkern geführt werden.In Fig. 6, the connection with a differential converter ( 40 ) is again shown for the example of two winding strands arranged one above the other according to FIG. 3, without any limitation being seen, which ensures a uniform load in the individual winding strands. In order to achieve a uniform current distribution that is independent of the operating point, it is necessary for the winding strands which are under or overstressed in relation to direct current operation to be led in the opposite direction through the differential flux converter, which is designed as a gapless magnetic core. As long as there is no saturation, the resulting differential flow forces the same flow chaining in both lines due to the good coupling with such a connection. In this case, the partial strands can also be passed through the converter several times, ie n 1. In such an embodiment, care must be taken that the partial strands with the same number of turns, ie n 1 = n 2, are guided through the differential flux converter or balancing core.

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt des achssenkrechten Schnittes durch die Transversalflußmaschine gemäß Fig. 1 mit zwei übereinander angeordneten Wicklungssträngen, wie sie beispielsweise aus Fig. 5 bekanntgeworden sind. Der eine Wicklungsstrang 100 der Ringwicklung verläuft am Nutgrund 21 der äußeren Statorweicheisenelemente 1a. Der andere Wicklungsstrang 120 verläuft nahe dem Luftspalt der Maschine, wie auch aus Fig. 4 ersichtlich ist. FIG. 7 shows a detail of the section perpendicular to the axis through the transverse flux machine according to FIG. 1 with two winding strands arranged one above the other, as have become known for example from FIG. 5. One winding phase 100 of the ring winding runs on the slot base 21 of the outer stator soft iron elements 1 a. The other winding phase 120 runs close to the air gap of the machine, as can also be seen in FIG. 4.

Werden aufgrund spezieller Kühlkonstruktionen der Transversalflußmaschine die Wicklungsbereiche am Nutgrund 21 kühlungstechnisch bevorzugt, so ist bei gleich hoher Strombelastung, wie sie durch die Beschaltung mit einem Differenzflußwandler erzeugt werden kann, die Wärmeabfuhr am Wicklungsstrang 100 besser als am Wicklungsstrang 120, der in der Nähe des Luftspaltes der Transversalflußmaschine liegt. Dies führt dazu, daß über den Querschnitt der aus verschiedenen Strängen bestehenden Wicklung eine ungleichmäßige Temperaturverteilung herrscht. Dies ist, betrachtet man die Abhängigkeit beispielsweise des Leitungswiderstandes von der Temperatur, nachteilig. Strebt man eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der aus verschiedenen Strängen bestehenden Ringwicklung an, so ist es vorteilhaft, eine Überkompensation zu betreiben, so daß die näher an der Wärmesenke angeordneten Wicklungsbereiche stärker als die luftspaltseitigen belastet werden. Dies kann man dadurch erreichen, daß der Wicklungsstrang 100, der am Nutgrund liegt, mit einer Zusatzinduktivität beschaltet wird. Dadurch wird der Wicklungsstrang 100 höher belastet und aufgrund der besseren Kühlung ein Temperaturunterschied, der sich hieraus gegenüber dem Wicklungsstrang 120 ergeben könnte, ausgeglichen. In einer Abwandlung der Erfindung kann vorgesehen sein, anstelle der zusätzlichen Induktivität einen Differenzflußwandler zu verwenden. Dann müßte sich aber die Windungszahl der beiden Teilwicklungen unterscheiden. In dem Differenzflußwandler wird dann aufgrund der unterschiedlichen Windungszahl ein unsymmetrischer Differenzfluß die Folge sein. Um das Problem der Erfindung zu lösen, müßte die Windungszahl des näher am Nutgrund liegenden Wicklungsstrang niedriger sein als des luftspaltseitigen Wicklungsstrang, da gilt: n₁ x I₁ = n₂ x I₂. Hierbei bezeichnet I₁ den Strom durch den am Nutgrund liegenden Wicklungsstrang 100; n₁ die Windungszahl im Differenzflußwandler und I₂ den Strom durch den luftspaltseitigen Wicklungsstrang 120 sowie n₂ die Windungszahl dieses Wicklungsstranges 120 im Differenzflußwandler. Unterhalb des Luftspaltes sind, wie in der Ansicht von Fig. 1, die der Ansicht von Fig. 7 entspricht, die Magneten 3 und die benachbarten Weicheisenelemente 2 des drehbar gelagerten, zylindrischen Rotors dargestellt. Sowohl die Zusatzinduktivitäten wie auch der Differenzflußwandler ist in der Regel außerhalb der Maschine angeordnet, beispielsweise in der Maschinenzuleitung oder im Frequenzumrichter.If the winding areas on the slot base 21 are preferred in terms of cooling technology due to special cooling constructions of the transverse flux machine, the heat dissipation at the winding strand 100 is better than at the winding strand 120 , which is in the vicinity of the air gap, with the same high current load as can be generated by the connection with a differential flux converter the transverse flux machine lies. This leads to an uneven temperature distribution over the cross section of the winding consisting of different strands. This is disadvantageous when considering the dependence of the line resistance on temperature, for example. If one strives for a uniform temperature distribution in the ring winding consisting of different strands, it is advantageous to operate overcompensation, so that the winding regions arranged closer to the heat sink are loaded more than the air gap side. This can be achieved in that the winding phase 100 , which lies at the bottom of the slot, is connected to an additional inductor. As a result, the winding phase 100 is subjected to a higher load and, due to the better cooling, a temperature difference which could result from this compared to the winding phase 120 is compensated for. In a modification of the invention it can be provided to use a differential flux converter instead of the additional inductance. Then the number of turns of the two partial windings would have to differ. An asymmetrical differential flow will then result in the differential flux converter due to the different number of turns. In order to solve the problem of the invention, the number of turns of the winding strand closer to the base of the slot would have to be lower than that of the winding strand on the air gap side, since n₁ x I₁ = n₂ x I₂. Here I₁ denotes the current through the winding strand 100 lying at the bottom of the slot; n₁ the number of turns in the differential flux converter and I₂ the current through the air gap-side winding strand 120 and n₂ the number of turns of this winding strand 120 in the differential flux converter. Below the air gap, as in the view of FIG. 1, which corresponds to the view of FIG. 7, the magnets 3 and the adjacent soft iron elements 2 of the rotatably mounted, cylindrical rotor are shown. Both the additional inductors and the differential flux converter are usually arranged outside the machine, for example in the machine feed line or in the frequency converter.

In Fig. 8 ist die Symmetrierung einer Transversalflußmaschine (TFM) mit zwei Wicklungssträngen 100, 120 mit einem Differenzflußwandler 40, der außerhalb der Maschine angeordnet ist, dargestellt. Die beiden Stränge sind von Statorweicheisenelementen (1a), wovon einer in Fig. 8 beispielhaft für die Vielzahl von Statorweicheisenelemente der TFM dargestellt ist, umgeben. Gemäß dem Schnitt, der in Fig. 8A dargestellt ist, ist Wicklungsstrang 100 näher am Nutgrund angeordnet als Wicklungsstrang 120.In FIG. 8 is the balancing of a transverse flux machine (TFM) having two phase windings 100, 120 shown with a Differenzflußwandler 40 which is arranged outside the machine. The two strands are surrounded by stator soft iron elements ( 1 a), one of which is shown in FIG. 8 by way of example for the large number of stator soft iron elements of the TFM. According to the section shown in FIG. 8A, winding strand 100 is arranged closer to the slot base than winding strand 120 .

Die Symmetrierung der Wicklungsstränge 100, 120 erfolgt in einer Zuleitungsseite der zweiphasigen Maschine, vorliegend in der Zuleitung E. Zuleitung E1 weist im Differenzflußwandler einen Stromfluß auf, der dem Stromfluß in Leitung E2 entgegengerichtet ist. Hierdurch wird wie eingangs dargestellt die Symmetrierung in den Zuleitungen E1, E2 erreicht.The winding strands 100 , 120 are symmetrized in a supply side of the two-phase machine, in the present case in supply line E. Supply line E1 has a current flow in the differential flux converter which is opposite to the current flow in line E2. As a result, the symmetry in the feed lines E1, E2 is achieved as described at the beginning.

Selbstverständlich ist es möglich, die Ringwicklungen einer Transversalflußmaschine in mehr als zwei Wicklungsstränge aufzuteilen, und entsprechend zu beschalten, so daß in allen Wicklungssträngen eine gleichmäßige Stromverteilung vorliegt bzw. die gewünschte Stromverteilung, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erzielen.Of course, it is possible to use the ring windings To divide transverse flux machine into more than two winding strands, and to be wired accordingly, so that one in all winding phases uniform current distribution or the desired current distribution, to achieve an even temperature distribution.

Fig. 9 zeigt hierzu einen Schnitt durch ein Statorweicheisenelement einer TFM mit insgesamt vier nebeneinanderliegenden Wicklungsstränge, die in vorliegender Zeichnung mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet sind. Fig. 9 shows this, a section through a Statorweicheisenelement a TFM with a total of four adjacent windings, designated in the present drawing with 1, 2, 3 and 4.

Wieder werden die Anschlußleitungen der einzelnen Wicklungsstränge durch einen Differenzflußwandler 40 geführt, um den Stromfluß zu symmetrieren. Again, the connection lines of the individual winding strands are passed through a differential flux converter 40 in order to symmetrize the current flow.

Aufgrund der Tatsache, daß die Stromverdrängung in der Querachse spiegelgleich funktioniert, sind die Stränge 1 und 4 sowie 2 und 3 bereits symmetrisch.Due to the fact that the current displacement in the transverse axis works in mirror image, strands 1 and 4 and 2 and 3 are already symmetrical.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es erstmals möglich, eine Transversalflußmaschine, bei der die Ringwicklungen in verschiedene Wicklungsstränge aufgeteilt sind, die parallel geschaltet werden, anzugeben, bei denen diese Wicklungsstränge alle eine gleichartige Stromverteilung aufweisen bzw. ein über dem Querschnitt der Ringwicklung gleichmäßiges Temperaturprofil.With the present invention it is possible for the first time to Transversal flow machine in which the ring windings in different Winding strands that are connected in parallel, in which these winding strands all have a similar current distribution have or a uniform over the cross section of the ring winding Temperature profile.

Claims

1. transverse flux machine with

1.1 a variety of outer stator soft iron elements ( 1 a) and a variety of inner stator soft iron elements ( 1 b).
1.2 at least one winding ( 4 , 5 ), which can run inside or outside or both inside and outside, characterized in that
1.3 the at least one winding ( 4 , 5 ) comprises a plurality of winding strands ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) connected in parallel.

2. Transverse flux machine according to claim 1, characterized in that the parallel strands ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) are connected to additional inductors ( 30 ).

3. Transversal flux machine according to claim 2, characterized in that that the wiring with additional inductors is such that in the A parallel current distribution has the same current distribution.

4. Transverse flux machine according to claim 1, characterized in that the parallel strands are guided by a differential flux converter ( 40 ).

5. transverse flux machine according to claim 4, characterized in that the parallel strands through the Differential flux converters are performed that in the parallel Strands have the same current distribution.

6. A transverse flux machine according to claim 2 or 4, characterized characterized in that the wiring with additional inductors or Guided by the differential flux converter so that such Current distribution in the individual strands of a winding is that the winding strands, which due to their arrangement in the Transversal flux machine stronger than other winding strands same ring winding are cooled, a higher loss density exhibit than those that are weaker due to their arrangement are cooled so that a uniform temperature distribution in the individual strands of the ring winding is present.

7. Transverse flux machine according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the stator soft iron elements are U-shaped with a Recess, which has a groove base, for receiving the individual Strands of the ring winding are formed.

8. A transverse flux machine according to claim 7, characterized in that the winding strands ( 100 ) which run on the slot base are connected to additional inductors or are guided by a differential flux converter that these have a higher loss density than the winding strands ( 120 ) which are arranged on the air gap side are, so that there is approximately the same temperature distribution in all winding phases in the transverse flux machine.