DE4125779C1 - Transverse flux reluctance electric machine - has passive rotor with field excitation from stator windings in form of circular coils coaxial with machine axis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus dem Aufsatz von L. Unnewehr und W. Koch: "An axial air-gap reluctance motor for variable speed applications" im JEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-93, no. 1, Jan./Feb. 1974, Seiten 367 bis 376, insbesondere Fig. 7 auf S. 371 bekannt ist. Eine solche Maschine stellt aufgrund der Anordnung ihres magnetischen Kreises eine Transversalflußmaschine (TFE) dar.

Aufgabenstellung

Transversalflußmaschinen mit passivem Rotor und Felderre­ gung durch die Statorwicklung ermöglichen eine einfach her­ stellbare Bauform. Anordnungen von einfach- und doppelt ge­ zahntem Rotor sind grundsätzlich bekannt. Elektrisch er­ regte Maschinen mit der Erregerwicklung im Stator und einem passivem Rotor gehören zur Gruppe der Reluktanzmaschinen. Hervorgehoben wird meist das Entwicklungsziel, daß im Ver­ gleich zu anderen bekannten Maschinenbauformen sich her­ stellungstechnisch einfache Konzepte verwirklichen lassen. Als wichtiger Nachteil der bisher bekannten Reluktanzvari­ anten, z. B. nach DE-OS 16 13 758, DE 38 21 660 C1 oder DE 39 27 454 A1, ist ihre vergleichsweise geringe Kraftdichte (z. B. berechnet als Umfangskraft, bezogen auf die Bohrungsoberfläche) zu erwähnen. Die Einsatzmöglichkeiten sind deshalb überall dort beschränkt, wo hohe Kompaktheitsgrade (kleine Massen, kleine Abmessungen) gefordert werden.

Es werden deshalb verbesserte Bauformen gesucht, die bei Wahrung einfacher herstellungstechnischer Voraussetzungen eine Steigerung der Kraftdichte gegenüber bereits bekannten Lösungen ermöglichen. Die Aufgabe besteht somit darin, einfach herstellbare Stator- und Rotor- Bauelementformen anzugeben, die über den beschriebenen Stand der Technik hinausgehend eine erhöhte Kraftdichte bzw. hohen Kompaktheitsgrad ohne hohen Wicklungsaufwand bei günstigen Betriebsbedingungen ermöglichen.

Der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegende Stand der Technik nach JEEE 1974 am angegebenen Ort stellt für diese Aufgabe bereits eine zweckmäßige Lösung dar, bei welcher für den von einer ringförmigen Spule hervorgerufenen Fluß vier Arbeitsluftspalte in Reihe geschaltet sind. Einen anderen Lösungsweg geht die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1, 2 oder 3 angegeben ist: Die achsparallelen Nuten in den Weicheisenelementen ermöglichen einen besonders einfachen Zusammenbau der vorgefertigten Stator- und Rotorteile durch axiales Zusammenfügen. Hierdurch ergibt sich zugleich eine sehr einfache, konzentrierte Bauweise.

Die nachfolgende Beschreibung, mit der Erläuterung durch 5 Figuren zeigt Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lösungswegs für die gestellte Aufgabe.

Die Darstellungen der Fig. 1 bis 5 zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Den Kennlinienverlauf der Kraftdichte als Funktion der Polteilung für eine TFE-Magnetkreisanordnung mit den angegebenen Daten.

Fig. 2a Darstellung einer viersträngigen TFE-Maschine mit zwei Teilrotoren.

Fig. 2b Seitenansicht mit ausschnittsweiser Darstellung von Polelementen und Ringwicklung.

Fig. 2c Darstellung der doppelt gezahnten, ringförmigen Rotoren mit dem Radius angepaßter Teilung.

Fig. 3 eine Maschine mit vier Wicklungssträngen und einem doppelseitigem Mittelrotor; Alternativentwurf zu Fig. 2a.

Fig. 4 Beispiel für Kraftdichtekennlinien bei Anwendung von Blenden aus Permanentmagnet-Material.

Fig. 5 Querschnitt einer Linearmotoranordnung. Ausführung des aktiven Teils mit unsymmetrischen Zahnflanken zur Tragkrafterzeugung.

Beschreibung

Besonders bekannt sind aus der Fachliteratur Beschreibungen von Reluktanzmaschinen, bei denen die durch das magnetische Feld übertragenen Kräfte einem einseitig gezahnten Rotor (mit z. B. 6 Zähnen gegenüber 8 Statorzähnen) übertragen wird. Eine solche Anordnung wird durch 4 Spulenpaare, die den 8 Statorzähnen zugeordnet sind, mit Gleichstrom-Pulsen (Gleichstrom mit überlagerter Wechselstromkomponente) er­ regt, die stellungsabhängig mit Hilfe eines Wechselrichters aufgeschaltet werden. Das magnetische Feld wird quer zur Achsrichtung in einem geblechten, weichmagnetischen Kreis geführt; der Luftspalt ist verhältnismäßig klein. Zur Er­ zeugung von größeren tangentialen Kräften wird eine hohe Luftspaltinduktion gefordert, die ihrerseits durch aus­ reichend große elektrische Durchflutungen (je Nut zwischen den Statorzähnen) erzeugt werden muß. Dies erfordert einen Mindestabstand zwischen den Statorzähnen (und somit auch eine Mindestpolteilung), der z. B. zwischen 4 und 5 cm liegt.

Da die Kraftwirkung jeweils an den Zahnkanten entsteht, ist durch den Mindestabstand der Kanten auch ein oberer Grenz­ wert für die Kraftwirkung je cm Umfang (Kraftdichte) gege­ ben. Maschinen dieser Bauform lassen sich nicht im Optimum der Kraftdichte betreiben. Fig. 1 zeigt einen durch Simula­ tionsrechnungen ermittelten Kraftdichteverlauf in Abhängig­ keit von der Polteilung für ein festgelegtes Verhältnis von Zahn- zu Nutbreite und für gegebenen Luftspalt. Es zeigt sich, daß das Optimum der Kraftdichte bei sehr viel kleine­ ren Polteilungen liegt. Somit sind Bauformen erwünscht, die bei ausreichend großer elektrischer Durchflutung und ein­ fachen Herstellungsbedingungen kleine Polteilungen zulas­ sen. Insoweit sind Bauformvorschläge wie z. B. nach DE 38 21 60 C1 den Konzepten entsprechend DE-OS 16 13 758 überlegen.

Ein Schlüssel zu der erregerwicklungsbedingten Vorausset­ zung für kleine Polteilungen liegt bei der Anwendung trans­ versaler magnetischer Kreise (TF-Konzekt). Bei diesen Ma­ gnetkreisen wird die elektrische Erregung durch in Umfangs­ richtung verlaufende Wicklungsteile mit geringen Verlusten und kleiner Kupfermasse aufgebracht. Die Blechebene der Ma­ gnetkreise wird zweckmäßig quer zur Bewegungsrichtung ange­ ordnet. Die Herstellung der Bleche kann in konventioneller Form erfolgen, so, daß z. B. notwendige Nuten ausgestanzt werden. Eine Herstellung durch Eisenpulver-Preßtechnik er­ scheint bei höheren Frequenzen ebenfalls sehr geeignet. Die grundsätzliche Anwendung des TF-Konzepts für elektrisch er­ regte Maschinenvarianten wurde auch in DE 39 27 454 A1 be­ schrieben. Die quer zur Bewegungsrichtung angeordneten Weicheisenpfade sind dabei sowohl im Rotor als auch im Sta­ tor in ähnlicher Weise ausgebildet.

Eine Steigerung der erzielbaren Kraftdichte kann dadurch erreicht werden, daß die Zahl der kraftbildenden Zahnkanten erhöht wird. Dabei ist zweckmäßig die Zahl der hierfür not­ wendigen Wicklungen und mit ihr die Komplexität der Stator­ anordnung (Geometrie des Weicheisenkörpers und der Wick­ lungsanordnung) nicht zu vergrößern.

Der doppelt gezahnte Rotor ist ein bekanntes Beispiel für den Versuch die Kraftdichte anzuheben. Bei der in diesem Zusammenhang als bekannt anzuführenden Lösung (DE 38 21 660 C1) wird der Rotor glockenförmig mit einer in der Teilung übereinstimmenden Doppelzahnung (außen und innen) hergestellt. Die Blechebene liegt quer zur Motorachse. Bei geringer radialer Ringhöhe und nicht zu kleinen Durchmessern ist eine Ausführung des Stators in der Form möglich, daß innen und außen ausgeprägte Pole mit entsprechender Erregerwicklung und einer der Läuferzahnung entsprechenden gezahnten Poloberfläche angeordnet werden. Maschinen dieser Art werden bevorzugt mit dreisträngigen Erregerwicklungen betrieben. Die Teilung der gezahnten Oberflächen von Stator und Rotor ist deutlich kleiner als der Polbogen der Statorpole und kann nun den optimalen geometrischen Forderungen entsprechen. Nachteilig ist allerdings die aufwendige Herstellung des Doppelstators, die sehr teuere Schnittwerkzeuge erfordert. Es ist weiter nachteilig, daß in den Pollücken die kraftbildende Wirkung entfällt und nur ein Teil des Umfangs (etwa 2/3) sich an der Kraftbildung beteiligt. Weiter ist auch als ungünstig anzusehen, daß die Bauform des Doppelstators für Maschinen mittlerer und kleinerer Durchmesser aus geometrischen Gründen kaum ausführbar ist. Mit Blick auf den zeitlichen Verlauf des Drehmoments erscheint weiter auch eine (mindestens um 1) vergrößerte Strangzahl der Wicklung erwünscht. Dies beruht wesentlich darauf, daß die Drehmomentwelligkeit bei Reluktanzmaschinen größer ist als die normaler Synchronmaschinen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Kraftbildung auf Zugkräfte beschränkt ist und damit eine Lücke aufweist. Beim Auswandern des Rotor­ zahns aus dem Statorzahnbereich wird durch Entregung (stromlose Phase) die Kraftwirkung auf null gesetzt.

Durch die Anwendung des transversalen Magnetkreises im Sta­ tor in Kombination mit einem doppelt gezahnten Rotor lassen sich bestehende Nachteile der bisher bekannten Lösungen vermeiden und außerordentlich positive Merkmale für Betrieb und Herstellung der erfindungsgemäßen Bauform erzielen.

• - Die erfindungsgemäße Anordnung entspricht dabei den gewünschten geometrischen Bedingungen der optimalen Auslegung zur Erzielung einer hohen Kraftdichte je Spalt.
• - Sie ergibt weiter durch die Anwendung des Doppelrotors die Möglichkeit, durch Verdoppelung der Zahnzahlen die Kraftwirkung ebenfalls zu verdoppeln.
• - Jedem doppelt gezahnten Rotorring wird dabei (in der Normalausführung bei kleineren und mittleren Maschinen­ größen) nur eine Ringwicklung mit minimalen Verlusten zu­ geordnet.
• - Je Motoreinheit werden vier Stränge eingesetzt, die einem Blechschnitt einfacher Geometrie (für den magnetischen Kreis der Statoranordnung) zugeordnet werden.
• - Sämtliche Magnetkreis-Einheiten des Stators werden dabei durch gleichartige Blechelemente hergestellt.

Der Querschnitt einer erfindungsgemäßen viersträngigen Maschine ist in Fig. 2a dargestellt. Den vier Wicklungen a, b, c und d zugeordnet sind vier Teilrotoren ar, br, cr und dr mit Innen- und Außenzahnung. Sie sind entsprechend der Betriebsweise in Umfangsrichtung gegenüber der Statorpaket- Teilung versetzt. Die Ströme werden der Rotorstellung entsprechend so ausgesteuert, daß im wesentlichen nur anziehend wirkende Kräfte erzeugt werden. Die Rotorblechelemente sind durch nichtmagnetische Zwischenringe, z. B. aus Fasermaterial oder Aluminium mit den Rotorscheiben verbunden, sofern diese aus ferromagnetischem Material bestehen. Den beiden Rotorscheiben R1 und R2 werden dadurch verhältnismäßig geringe Drehmomentschwankungen übertragen, daß die beiden kraftbildenden Teilrotoren je Seite um 180° versetzte Zyklen aufweisen. Dies bedeutet, daß in der Kraftpause des einen Stranges die Kraftbildung des zweiten Stranges stattfindet. Durch die Drehmomentaddition beider Rotorscheiben R1 und R2 entsteht ein sehr schwankungsarmes Drehmoment. In der absoluten Größe erzeugt die beschriebene Anordnung das Drehmoment von insgesamt acht Spaltbereichen mit jeweils optimaler Zahnteilung.

Für den Betrieb der Maschine entsteht durch die am Umfang gleichartige Verteilung der Kraftbildung eine zeitlich zwar schwankende, aber örtlich homogene Beanspruchung. Hierdurch werden Verformungen der Maschinenstruktur auf die am wenig­ sten deformationsträchtige Nullverformung, also eine ra­ diale, symmetrische Formänderung beschränkt. Ungünstige Biegeverformungen elliptischer oder höherer Art - wie sie bei bekannten Bauformen der Reluktanzvarianten vorkommen - lassen sich so vermeiden. Die Anordnung des Magnetkreises und die Wirkung der auf den Nutbereich des Stators sich auswirkenden Normalkraftanregung hebt sich innerhalb des Statorblechschnitts aufgrund der symmetrischen Kraftwirkung ohne nennenswerte Verformung auf. Auch für den Rotorring ergeben sich durch die gleichförmige Wirkung der Kraft am Umfang minimale Schwingungsanregungen und ein Kleinstmaß an Verformungen. Es werden somit nur kleine Schwingungsampli­ tuden erreicht, wodurch Körperschall- und Luftschallanre­ gungen reduziert werden.

Fig. 2b stellt einen Ausschnitt einer Seitenansicht dar, wobei Wa, Wb die Stränge der Ringwicklung und PE die radial angeordneten Polelemente zeigen. Wie angedeutet ist, lassen sich bei Polelementen mit radialer Blechebene oder Pulver- Preßtechnik auch unterschiedliche Dicken bzw. ein in der Dicke abgesetztes Blechpaket leicht realisieren.

Die Ausführung der Rotor-Blechelemente mit Doppelzahnung zeigt Fig. 2c in segmentförmigem Ausschnitt. Die jeweilige Nutbreite der Teilrotoren ar und br wurde der sich radial verändernden Teilung angepaßt. Bei Maschinen größeren Durchmessers erscheint diese Anpassung weniger dringlich. Es läßt sich dann durch Wahl einer mittleren Nutbreite ein guter Kompromiß für eine Anordnung, die nur mit einem Schnitt hergestellt wird, finden.

Fig. 3 stellt einen Maschinenquerschnitt dar, für den die oben beschriebenen Merkmale in allen wesentlichen Punkten ebenfalls zutreffen, bei dem aber die beiden Rotorscheiben R1 und R2 zu einer Rotorscheibe R zusammengefaßt und der Stator auf zwei Hälften gleichen Querschnitts aufgeteilt ist. Diese zu Fig. 2 duale Anordnung läßt sich in zwei Gehäuseschalen integrieren. Gegenüber Fig. 2 ist der Statorblechschnitt halbiert. Hinsichtlich Drehmomentwelligkeit und Deformationsunempfindlichkeit der Struktur gilt Ähnliches wie bei Fig. 2.

Da Fig. 3 offenbar eine zu Fig. 2 gleichwertige Bauform darstellt, liegt die Folgerung nahe, daß auch Kombinationen beider Anordnungen den beschriebenen Hauptmerkmalen ent­ sprechen. So ist z. B. ersichtlich, daß eine Maschinenanord­ nung mit dem Statorkonzept nach Fig. 2a und zwei Doppel­ rotoren nach Fig. 3 sowie den zu diesen Rotoren passenden (ebenfalls Fig. 3 entsprechenden) Statoreinheiten zu einer kombinierten Anordnung mit insgesamt 8 Wicklungssträngen und einem verdoppelten Drehmoment führt. Die Maschine be­ hält dabei den gleichen Durchmesser wie die Ausgangsanord­ nungen. Dabei läßt sich der der Fig. 3 entsprechende Blech­ schnitt, wie bereits erwähnt, aus dem zu Fig. 2a gehörenden Schnitt durch einen zusätzlichen Trennungsvorgang herstel­ len.

Weiter ist bemerkenswert, daß Maschinen mit größerem Durch­ messer unter Beibehaltung von Polteilung und Wicklungs­ durchflutung zu einem quadratisch vergrößerten Drehmoment führen und dabei ebenfalls mit ein und demselben Blech­ schnitt bzw. gleicher Preßform für die Statorelemente her­ stellbar sind. Da sich auch das Schnittwerkzeug zur Her­ stellung der Rotorzahnung nicht ändert, ergeben sich ein­ fache Herstellungsbedingungen für Maschinen einer Bau­ größenfamilie mit unterschiedlichem Durchmesser. Es sind hierbei lediglich die ringförmigen Spulen, die Gehäuse­ teile, der Rotor sowie die Hilfsvorrichtungen dem Durchmes­ ser anzupassen.

Die Kühlung der Maschine wird entweder durch forcierte Luftkühlung oder durch indirekte Wasserkühlung vorgenommen. Die Wicklung läßt sich für Motorbetrieb, wie erwähnt, durch gepulsten Gleichstrom mittels geeigneter Stellglieder betreiben. Bei 4- bzw. 8-strängigen Spulenanordnungen der Wicklung lassen sich die Stellglieder in einer H-Schaltung mit je zwei Zu- und zwei Ableitungen und entsprechender Ventilbestückung ausführen.

Aus der DE 39 27 454 A1 ist weiter bekannt, daß eine Aufteilung der Wicklung in gleichstrom- und wechselstromführenden Anteil zweckmäßig sein kann. Die Stellglieder sind dann in der Form von 4- Quadrantstellern für reduzierte Leistung auszulegen.

Der Gleichstromkreis kann ebenfalls über einen Spannungssteller betrieben werden. Er läßt sich dabei zur Drehmomentsteuerung mit heranziehen. Die Anwendung einer Gleichstromwicklung ist sowohl für Motor- als auch für Generatorbetrieb der Maschine zweckmäßig. Die Maschinen sind für Generatorbetrieb einsetzbar und ermöglichen auch die Energierückspeisung ins Netz, sofern beim Netzgleichrichter der Rückspeiseforderung entsprochen wird.

Die Ausführung der elektrischerregten Transversalfluß­ maschinen kann weiter durch einfache Mittel im Sinne einer Kraftdichtesteigerung verbessert werden.

Es wurde bereits in DE 39 27 454 A1 auf die Möglichkeit verwiesen, durch Permanentmagnete kleiner Abmessungen eine "Feldkonditionie­ rung" vorzunehmen. Hierbei wird in jenen Bereichen, die nicht zur Kraftbildung beitragen oder negative Kraftanteile erzeugen, das magnetische Feld unterdrückt (Blendenwirkung der Magnete). Die Magnete werden nahe den Kanten von Rotor- und Statorzähnen (oder einseitig) angebracht.

Ihre Dicke ergibt sich entsprechend der durch die Statorwicklung dar­ gestellten Magnetisierungswirkung. Bei Anwendung von Hoch­ energie-Permanentmagneten ist die Dicke der Blenden im Be­ reich weniger mm. Die Gesamtmasse des PM-Materials ist für diese Anwendung wesentlich kleiner als für Synchronmaschi­ nen mit normaler Permanentmagnetbestückung zur Felderre­ gung. Dennoch ermöglicht die Anwendung der PM-Blenden eine deutliche Steigerung der Kraftwirkungsintensität. Sie be­ trägt bei zweiseitiger Anordnung etwa 80-100% der Kraft­ wirkung, die bei ausschließlicher Erregung durch Spulen­ ströme erzielt wird. Vorteilhaft ist dabei auch, daß durch die Unterdrückung ineffizienter Feldanteile eine Entlastung des Magnetkreises bewirkt wird. Sie führt zu einer geringe­ ren Sättigungstendenz für die Kraft-Stromkennlinie und kann dazu genutzt werden, daß die Maschinen zusätzlich mit höhe­ ren Strömen und damit wiederum höheren Kraftdichten betrie­ ben werden. Fig. 4 zeigt Kraft-Stromkennlinien für die Aus­ führungen mit einseitig und doppelseitig angeordneten Blen­ den im Vergleich zu einer Ausführung ohne Blenden.

Durch die Maßnahmen zur Intensivierung des Kraftbildungs­ vorgangs und der günstigen geometrischen Anordnungen von Rotor- und Statorelementen wird es möglich, die Maschinen auch mit vergrößertem Luftspalt auszuführen. Der dabei er­ zielbare Kraftdichtewert liegt dennoch erheblich über den bisher erzielten Daten. Maschinen der beschriebenen Anord­ nung lassen sich somit auch für größere Durchmesser ausfüh­ ren. Das Einsatzgebiet der elektrisch erregten Transversal­ flußmaschinen wird aufgrund günstiger Betriebseigenschaften und unkomplizierter Herstellungsbedingungen wesentlich grö­ ßer sein als das bisher bekannter Bauformen. Als Beispiele lassen sich sowohl hochtourige Antriebseinheiten als auch niedertourige Generatoren (etwa für Windkraftanlagen) be­ nennen. Die Anpassungsfähigkeit des Konstruktionsprinzips an die gestellten Bedingungen ist ersichtlich sehr groß.

Besonders hingewiesen sei auch auf die Anwendungsmöglich­ keit als Linearantrieb. Auch hierbei ist ein fahrbahnbe­ dingter Mindestluftspalt einzuhalten, der normalerweise grö­ ßer ist als jener bei rotierenden Maschinen mittlerer Größe. Für die Querschnittsanordnung eines Linearmotors kann z. B. von den Ausführungsformen nach Fig. 2a oder 3 ausgegangen werden. Gegebenenfalls sind hierbei Rückführun­ gen der Spulenverbindungen zu beachten, die zusätzlich zu den gezeichneten Spulenquerschnitten in Fig. 2a und 3 auf­ treten. In Längsrichtung kann der Motor in mehrere Einhei­ ten unterteilt werden, die gegenüber der gleichmäßig ge­ zahnten Schiene in ihrer Zuordnung zu den Zahnkanten (der Schiene) verstimmt sind und mit entsprechend phasenverscho­ benen Strompulsen betrieben werden. Die Zahl der selbstän­ digen Stränge erhöht sich hierdurch.

In Fig. 5 ist eine Querschnittsmodifikation beschrieben, mit der sich die Möglichkeit verbindet, Normalkräfte z. B. zum Tragen des aktiven Motorteils zu erzeugen. Im Vergleich zu einem symmetrischen Querschnitt etwa nach Fig. 2a wird bei Fig. 5 eine Feldverdichtung durch Querschnittseinengung jeweils unterhalb des Rotorelements bei ZU erreicht. Somit entsteht gegenüber der aktiven Einheit eine vergrößerte An­ ziehungskraft F_zu, die nach oben wirkt. Die auf der Element­ oberseite nach unten ziehende Normalkraft F_zo ist demgegen­ über kleiner. Es entsteht eine nach oben gerichtete resul­ tierende Tragkraftkomponente. Diese ist (ähnlich wie die Tangentialkraft für die Vortriebsbildung) abhängig vom Wicklungsstrom in Wa. Sie kann auch durch Ströme in der Form des konstant wirkenden Gleichstroms und damit durch den Strom einer gleichstromführenden Wicklung beeinflußt werden.

Ein mit mehreren Wicklungsphasen betriebener Linearmotor der beschriebenen Art kann so gesteuert werden, daß die Vortriebskraftbildung einen konstanten Wert besitzt und durch Aussteuerung des Stromes in Zeitabschnitten, die im Mittel keinen Beitrag zur Tangentialkraft bilden, eine Tragkraftkomponente entwickeln. Mit Hilfe einer Regelung, die auf der Messung des Luftspalts (der konstant zu halten ist) beruht, kann die an sich instabil wirkende Tragkraft elektronisch stabilisiert werden. Sie läßt sich damit z. B. zur Kompensation des Motorgewichts und der Ausregelung des Spaltes bei Störungen (durch die Schienenanordnung) einset­ zen. Durch die verhältnismäßig große Zahl der gegenüber seitlichen Auslenkungen stabilisierend wirkenden Kanten von Rotor und Stator ist davon auszugehen, daß gegenüber seit­ lichen Auslenkungen stabil wirkende Rückstellkräfte aus­ reichender Größe vorhanden sind. Die in Fig. 5 gezeichnete Querschnittsanordnung entspricht bei Anwendung einer Rege­ lung in vertikaler Richtung einem selbstgeführten Linear­ motor in mehrphasiger Ausführung. Durch die Spaltregelung und eine dynamisch aktive Folgeregelung werden geringe Ab­ weichungen des Spalts gegenüber der Sollage erzielt. Eine aus dynamischen Gründen nennenswerte Vergrößerung der Stel­ leistung erscheint dabei nicht gegeben. Für den spalt­ geregelten Linearmotor lassen sich wiederum verhältnismäßig kleine Luftspalte realisieren, so daß die Wicklungsausle­ gung insbesondere bei Verwendung von Blenden zur Kraftstei­ gerung sehr günstig ausfällt. Aus dem für seine verhält­ nismäßig schwachen Kraftwirkungen bekannten Reluktanzmotor wird in der Ausführung als elektrisch erregter Transversal­ flußmotor eine massearme Vortriebsvariante. Der selbstge­ führte Motor wird durch eine flexible Aufhängung am Fahr­ zeug, die der Übertragung der Längskräfte dient, zu einem sehr vorteilhaft integrierbaren Element.

Auch zur Anwendung in rotierenden Maschinen mit magnetisch selbsttragendem Rotor eignet sich die beschriebene Quer­ schnittsgebung.

Claims (7)

1. Elektrische Maschine

• - mit mehreren Wicklungssträngen (a, b; c, d) im Stator in Form von koaxial zur Maschinenachse angeordneten, ringförmigen Spulen, die im Motorbetrieb über elektronische Stellelemente gespeist werden,
• - mit zumindest einer in Umfangsrichtung angeordneten Folge von Weicheisenelementen im Stator, die
• - untereinander gleichen Abstand aufweisen,
• - sich quer zu den Wicklungssträngen erstrecken
• - und nutähnliche Ausnehmungen aufweisen, durch die die Wicklungsstränge verlaufen,
• - sowie mit einem wicklungslosen Rotor mit mehreren, den einzelnen Wicklungssträngen zugeordneten Teilrotoren (a, b, c, d), welche gezahnte Bereiche aufweisen,
• - die in die nutähnlichen Ausnehmungen der Weicheisen­ elemente hineinragen,
• - und deren Zahnteilung gleich der Teilung der Folge der Weicheisenelemente ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß vier Wicklungsstränge vorgesehen sind,
• - daß jedes Weicheisenelement von allen vier Wicklungs­ strängen durchsetzt ist,
• - daß die nutähnlichen Ausnehmungen in den Weicheisen­ elementen achsparallel verlaufen, derart, daß je zwei Ausnehmungen (bei a, b; c, d) auf entgegengesetzten Seiten der Weicheisenelemente, bzw. je zwei Ausnehmungen mit unterschiedlichem Abstand von der Maschinenachse (bei a, c; b, d) vorhanden sind,
• - und daß die Weicheisenelemente axial zwischen zwei Rotorscheiben (R1, R2) angeordnet sind, welche je zwei innen und außen gezahnte Teilrotoren (ar, br; cr, dr) tragen (Fig. 2).

2. Elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß vier Wicklungsstränge vorgesehen sind,
• - daß zwei Folgen von Weicheisenelementen vorgesehen sind, die jeweils von zwei Wicklungssträngen durchsetzt sind,
• - daß die nutähnlichen Ausnehmungen in den Weicheisen­ elementen achsparallel verlaufen, derart, daß die Ausneh­ mungen der beiden Folgen von Weicheisenelementen aufeinander zu gerichtet sind,
• - und daß eine Rotorscheibe (R) axial zwischen den beiden Folgen von Weicheisenelementen angeordnet ist, welche auf jeder Seite zwei innen und außen gezahnte Teilrotoren trägt (Fig. 3).

3. Elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß acht Wicklungsstränge vorgesehen sind,
• - daß eine erste Folge von Weicheisenelementen von vier Wicklungssträngen und zwei weitere Folgen von Weich­ eisenelemten von je zwei Wicklungssträngen durchsetzt sind,
• - daß die Weicheisenelemente der ersten Folge gemäß An­ spruch 1 und die Weicheisenelemente der weiteren Folgen gemäß Anspruch 2 ausgebildet sind,
• - und daß die Weicheisenelemente der ersten Folge axial zwischen zwei Rotoren gemäß Anspruch 2 und diese wiederum axial zwischen den weiteren Folgen der Weicheisenelemente angeordnet sind.

4. Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 4 bzw. 8 Wicklungssträge in H-Schaltung verbunden und mit zwei zum Querzweig hin- und zwei davon weggerichteten Halbleiterventilen bestückt sind.

5. Elektrische Maschine nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Weicheisenelemente des Stators im Bereich der inneren Wicklung einen kleineren Wert hat, als im Bereich der äußeren Wicklung (Fig. 2b, Polelement PE).

6. Elektrische Maschinen nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch unsymmetrisch lang ausgeführte Nutflanken des Statorschnitts eine einseitig wirkende magnetische Normalkraft erzeugt wird (Fig. 5)