DE4430139C2

DE4430139C2 - Transverse flux machine with passive rotor

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Publication number: DE4430139C2
Application number: DE19944430139
Authority: DE
Inventors: Herbert Prof Dr Ing Dr Weh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: DE4430139A1

Description

Gegenüber allen anderen Arten elektrischer Maschinen bestehen bei der Transversalflußma schine Vorteile darin, daß sie Entwürfe mit einer mehrfach größeren Kraftdichte und gleich zeitig nennenswert kleineren Verlusten ermöglicht. Die transversale Anordnung der Magnet kreise erfolgt in Kombination mit einer in Umfangsrichtung verlaufender Wicklung (Ringwicklung). Das Maximum der Kraftdichte wird für kleine Polteilungen etwa im Bereich zwischen 0,5 und 2,0 cm verwirklicht, wobei die größeren Polteilungen größeren Werten der Luftspaltlänge entsprechen. Die aus gleichartigen Anordnungen von Magnetkreisen aufgebau ten Teilmaschinen sind als Wechselstrommaschinen mit pulsierendem Kraftverlauf zu verste hen. Durch das Zusammenwirken gleichartiger aber geometrisch versetzter Teilmaschinen, deren Ströme zeitlich verschoben zugeführt werden (symmetrische Drehstromsysteme), ent stehen am gemeinsamen Rotor Drehmomente geringer Schwankung. Die Maschinenerregung wird zweckmäßig mit Hilfe von Permanentmagneten in Sammeleranordnung erzeugt; die An ordnung besteht somit aus weichmagnetischem Material, das wechselweise mit Permanent magneten geschichtet wird. Wie die Patentliteratur der Transversalflußmaschine zeigt, gilt für fast alle bisher beschriebenen Bauformen, daß die Erregeranordnung im Läufer untergebracht ist. Diese bestimmt damit die Läuferkonstruktion, die in Anbetracht der verwendeten unter schiedlichen Materialarten sowie der auftretenden Beanspruchung durch die Fliehkräfte einer besonders sorgfältigen Herstellung bedarf. Die hierzu erfindungsgemäß verfolgte Zielsetzung besteht darin, daß ein wesentlicher Beitrag zur Vereinfachung der Maschinenkonstruktion geleistet wird, ohne die vorteilhaften Merkmale außer Acht zu lassen. Da die Rotorelemente nicht nur der Wirkung der magnetischen Kräfte, sondern auch dem Angriff der Fliehkräfte und evtl. äußerer mechanischer Anregung ausgesetzt sind, unterliegt der Rotoraufbau einer größeren Zahl einschränkender Bedingungen. Neben der im Hinblick auf mechanische Kraftwirkungen robusten Anordnung werden weiter kleine Verluste, geringe Masse, günstige Bearbeitbarkeit, möglichst zylindrische Eingriffsflächen gegenüber dem Stator, weitgehender Verzicht auf Klebevorgänge zur Verbindung von Teilelementen und kleiner Umfang an nichtmagnetischem Material gefordert.Compared to all other types of electrical machines, there are transverse flux measurements seem advantages in that they have designs with a multiple greater force density and the same allows for significant losses at an early stage. The transverse arrangement of the magnet circles is made in combination with a circumferential winding (Ring winding). The maximum force density for small pole pitches is approximately in the range realized between 0.5 and 2.0 cm, the larger pole pitches larger values of Correspond to the air gap length. The built up from similar arrangements of magnetic circuits Part machines are to be understood as AC machines with a pulsating force curve hen. Through the interaction of similar but geometrically offset sub-machines, whose currents are shifted in time (symmetrical three-phase systems), ent there are torques with little fluctuation on the common rotor. The machine excitation is expediently generated with the help of permanent magnets in a collector arrangement; the An Order consists of soft magnetic material that alternates with permanent magnet is layered. As the patent literature of the transverse flux machine shows, applies to almost all designs described so far that the exciter arrangement housed in the rotor is. This determines the rotor construction, which, considering the used under different types of material and the stress caused by the centrifugal forces of one requires particularly careful production. The objective pursued according to the invention for this purpose is that it makes a significant contribution to simplifying the machine design is achieved without neglecting the advantageous features. Because the rotor elements not only the effect of the magnetic forces, but also the attack of the centrifugal forces and possibly exposed to external mechanical excitation, the rotor structure is subject to a larger number of restrictive conditions. In addition to the mechanical Force effects robust arrangement will continue small losses, low mass, cheap Machinability, if possible cylindrical engagement surfaces compared to the stator, more extensive Dispensing with adhesive processes for connecting sub-elements and small dimensions required non-magnetic material.

Ein Lösungsvorschlag für einen passiven Rotor ist in DE 39 15 623 C1 enthalten. Es ist dort als Zielsetzung allerdings eine schwingungsarme Statorausführung verfolgt worden. Die Frage eines ausreichend einfachen Aufbaues, günstige Herstellbarkeit der Läuferteilelemente, gerin ge Masse und Verluste standen dabei nicht im Vordergrund.A proposed solution for a passive rotor is contained in DE 39 15 623 C1. It is there as The objective, however, was to pursue a low-vibration stator design. The question a sufficiently simple structure, inexpensive manufacturability of the rotor sub-elements, small The focus was not on mass and losses.

Es ergibt sich somit die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe, eine Transversalflußmaschine mit passivem Rotor in der Form zu konzipieren, daß die magnetflußführende Materialmenge des Rotors gering, die gesamte Maschine kompakt und die Größe der Verluste niedrig ist, daß weiterhin zur Herstellungserleichterung zylindrische Eingriffsflächen gegenüber dem Stator vorliegen und ebene Stanzteile für das magnetflußführende Material in Stator und Rotor an gewendet werden können und dabei die Erregung in Sammleranordnung mit radialen Magne ten erfolgt.The object of the invention, a transverse flux machine, thus results to design with a passive rotor in the form that the amount of magnetic flux of the rotor is small, the entire machine is compact and the size of the losses is low furthermore cylindrical engagement surfaces with respect to the stator to facilitate manufacture are available and flat stamped parts for the magnetic flux-carrying material in the stator and rotor can be turned and the excitation in a collector arrangement with radial magnet ten.

Die nachfolgende Beschreibung mit den durch die Fig. 1 bis 7b gegebenen zusätzlichen Erläuterungen sowie die Formulierung der Schutzansprüche stellen die erfindungsgemäße Lösung für die gestellte Aufgabe ausführlich dar.The following description with the additional explanations given by FIGS. 1 to 7b and the formulation of the claims for protection represent the solution according to the invention for the stated task in detail.

Image description

Fig. 1 Perspektivische Darstellung einer Maschinenseite mit Stator- und Läuferteilen, li nearisiert gezeichnet, Läufer passiv. Fig. 1 is a perspective view of a machine side with stator and rotor parts, drawn linearized li, rotor passive.

Fig. 2 Schnittzeichnung einer rotierenden Maschine mit 2 Wicklungssträngen. Fig. 2 sectional drawing of a rotating machine with 2 winding strands.

Fig. 3 Zeichnung einer rotierenden Maschine mit 2 Erregerteilen je Läuferseite und Sta torkreis. Fig. 3 drawing of a rotating machine with 2 exciter parts per rotor side and Sta torkreis.

Fig. 4 Zeichnung einer rotierenden Maschine mit 2 Erregerteilen und 2 Wicklungssträn gen je Statorkreis. Fig. 4 drawing of a rotating machine with 2 excitation parts and 2 winding strands gene per stator circuit.

Fig. 5 Formgebung der Rotorelemente aus Weicheisenmaterial und nichtmagnetischem Werkstoff; Außenrotor entsprechend Fig. 2. Fig. 5 shaping the rotor elements of a soft iron material and non-magnetic material; Outer rotor according to FIG. 2.

Fig. 6 Formgebung der Rotorelemente für den Mittelrotor nach Fig. 3. Fig. 6 shaping the rotor elements for the rotor means of FIG. 3.

Fig. 7a Schnittzeichnung für Maschine mit gemeinsamem Magnetkreis für 2-strängige Wicklung. Fig. 7a sectional drawing for machine with a common magnetic circuit for 2-strand winding.

Fig. 7b Seitenansicht zu Fig. 7a; Magnetkreisunterteilung in Umfangsrichtung, Über deckung durch Rotorelemente. Fig. 7b side view of Fig. 7a; Magnetic circuit subdivision in the circumferential direction, covered by rotor elements.

description

Die Unterteilung des magnetischen Kreises einer Transversalflußmaschine in Läufer- und Statorkreis kann in unterschiedlicher Weise vollzogen werden. Da die Kraftbildung als Folge einer Überlagerung zwischen einer durch das Erregersystem M zu erzeugenden Feldkompo nente und einer durch die Ankerwicklung Wi an einem beweglichen Teil des Magnetkreises hervorgerufenen Feldkomponente entsteht, sind unterschiedliche Schnittflächen zwischen feststehenden und beweglichen Magnetkreisteilen möglich. Auch die Lage der Permanentma gnete ist nicht von vornherein stator- oder läuferseitig festgelegt. Anders als für konventio nelle Synchronmaschinen in Longitudinalfluß-Ausführung birgt die Verlegung der Perma nentmagnet-Anordnung in den Stator keine grundsätzlichen Nachteile für den Kraftbildungs vorgang. Daß bislang alle ausgeführten Transversalflußmaschinen mit läuferseitiger Magne tanordnung ausgestattet wurden, ist durch die engere Verwandschaft dieser Bauformvariante mit der konventionellen (permanenterregten) Synchronmaschine zu erklären. Die gewünsch ten Anpassungen an Einsatzfälle mit erhöhten Läuferumfangsgeschwindigkeiten und der Bau von Maschinen mit größerem Durchmesser zwingen jedoch zu weiteren Entwicklungsschrit ten und insbesondere zur Vereinfachung des Rotoraufbaus.The division of the magnetic circuit of a transverse flux machine into rotor and The stator circuit can be implemented in different ways. Because the force buildup as a result an overlay between a field compo to be generated by the excitation system M. nente and one through the armature winding Wi on a moving part of the magnetic circuit created field component, there are different intersections between fixed and movable magnetic circuit parts possible. Also the location of the permanentma gnete is not defined from the outset on the stator or rotor side. Unlike for konventio nelle synchronous machines in the longitudinal flow version hide the relocation of the perma Magnetic arrangement in the stator no fundamental disadvantages for the force generation process. That so far all executed transverse flux machines with magnet on the rotor side t arrangement, is due to the closer relationship of this design variant to explain with the conventional (permanently excited) synchronous machine. The desired adaptations to applications with increased rotor peripheral speeds and construction of machines with a larger diameter, however, force further development steps ten and in particular to simplify the rotor structure.

Hierbei wird mit Fig. 1 gegenüber den bislang vorgeschlagenen Lösungen eine Magnet kreis-Modifikation verbunden. In der Fig. 1 ist eine Teilmaschine in linearisierter Darstellung mit mehreren Einzelelementen des Stators mit der Erregeranordnung M und dem Rotor R ge zeichnet. Der Abstand der Permanentmagnete PM entspricht der Polteilung. Die Magnete sind in wechselnder Polarität angeordnet und vermitteln den von ihnen erzeugten Fluß über die Weicheisenelemente We den angrenzenden Zähnen zweier Teilrotoren Ra und Ri, die im Abstand der doppelten Polteilung stehen und um eine Teilung versetzt sind. In der gezeichneten Stel lung erfährt der Erregerfluß, der sich über das ruhende Magnetkreiselement des Stators C schließt, einen Maximalwert. Nach Bewegung der an der Scheibe R befestigten Teilrotoren Ra und Ri um eine Polteilung erreicht der Magnetfluß den Extremwert der entgegengesetzten Polarität. Wird die Wicklung, die aus den Teilen Wi1 und Wi1' besteht, im Takt der Rotorbewegung mit Wechselstrom gespeist, so entsteht eine zusätzliche Feldkomponente, die (im ungesättig ten Bereich) eine dem Strom proportionale Kraft in Bewegungsrichtung zur Folge hat. Die Kraft erreicht ihren Größtwert, wenn das Strommaximum mit der Magnetstellung unter der Zahnmitte zusammenfällt. Zur Erzielung einer möglichst großen Kraftausbeute sind die erfor derlichen vertikalen (radialen) Abmessungen der Rotorzähne mindestens so groß wie die Ma gnethöhe zu wählen. Die Kraftwirkung selbst tritt hauptsächlich im Bereich der Zahnkante gegenüber der Magnetanordnung auf. Zur Erzielung günstiger Kraftdichten sind Polteilungen anzustreben, die etwa beim zehnfachen Wert der Luftspaltlänge liegen. An den Zahnenden, die dem Stator-Magnetkreisteil C zugewendet sind, treten keine nutzbaren Kraftwirkungen auf. Um den Einfluß dieser Luftspalte auf den Magnetkreis klein zu halten, ist deren Länge auf den mechanisch zulässigen Kleinstwert reduziert und außerdem die in Fig. 1 gezeichnete Zahnverbreiterung (bzw. Verbindung in Umfangsrichtung) vorgenommen. Entsprechend der dadurch erzielten Flußdichte-Ausdünnung entsteht eine Verringerung des magnetischen Luftwiderstandes. Zu einer zusätzlichen Wirksamkeitssteigerung trägt bei, daß der Quer schnitt des Magnetkreisteils C in Bewegungsrichtung zur Flußführung mit verstärkter Raum nutzung herangezogen wird. Die Teilung der radial stehenden Magnetkreiseinheiten (Pakete) entspricht nun der Polteilung. Es entsteht hierdurch ein Minimum an erforderlichem Magnet kreis-Material und gegenüber einem Magnetkreis mit Polelementen im Abstand 2-facher Pol teilung eine geringere Länge des magnetischen Kreises. Minimale Abmessungen quer zur Bewegungsrichtung tragen zur Verringerung der Magnetkreismasse bei. In Fig. 7b sind die im Abstand der Polteilung radial stehenden Polelemente von C gezeichnet.Here, a magnetic circuit modification is connected with Fig. 1 compared to the previously proposed solutions. In Fig. 1, a sub-machine is drawn in a linearized representation with several individual elements of the stator with the excitation arrangement M and the rotor R ge. The distance between the permanent magnets PM corresponds to the pole pitch. The magnets are arranged in alternating polarity and convey the flux they generate via the soft iron elements We to the adjacent teeth of two partial rotors Ra and Ri, which are at a distance of twice the pole pitch and are offset by one pitch. In the position shown, the excitation flux, which closes via the static magnetic element of the stator C, experiences a maximum value. After the partial rotors Ra and Ri attached to the disk R have been moved by one pole pitch, the magnetic flux reaches the extreme value of the opposite polarity. If the winding, which consists of the parts Wi1 and Wi1 ', is fed with alternating current in time with the rotor movement, an additional field component is created which (in the unsaturated region) results in a force proportional to the current in the direction of movement. The force reaches its maximum value when the current maximum coincides with the magnet position below the center of the tooth. To achieve the greatest possible power yield, the necessary vertical (radial) dimensions of the rotor teeth must be selected at least as large as the magnet height. The force effect itself mainly occurs in the area of the tooth edge in relation to the magnet arrangement. In order to achieve favorable force densities, pole pitches should be aimed for, which are approximately ten times the length of the air gap. No usable force effects occur at the tooth ends facing the stator magnetic circuit part C. In order to keep the influence of these air gaps on the magnetic circuit small, their length is reduced to the mechanically permissible minimum value and, in addition, the tooth widening (or connection in the circumferential direction) shown in FIG. 1 is carried out. The magnetic air resistance is reduced in accordance with the flux density thinning achieved thereby. An additional increase in effectiveness contributes to the fact that the cross section of the magnetic circuit part C is used in the direction of movement to guide the flow with increased space. The division of the radial magnetic circuit units (packages) now corresponds to the pole division. This results in a minimum of required magnetic circuit material and a shorter length of the magnetic circuit compared to a magnetic circuit with pole elements at a distance of 2 times the pole pitch. Minimum dimensions transverse to the direction of movement help to reduce the magnetic circuit mass. In Fig. 7b the radially spaced pole elements are drawn by C.

Die Erregeranordnung M ist mit dem Magnetkreis C über ein Befestigungselement T aus nichtma gnetischem Material verbunden. Im Gegensatz zur Anordnung der Erregeranordnung M im Rotor ist der me chanische Verbund der Elemente PM, We und T nur der Beanspruchung durch magnetisch erzeugte Kräfte ausgesetzt und damit geringer belastet.The excitation arrangement M is made with the magnetic circuit C via a fastening element T. genetic material. In contrast to the arrangement of the excitation arrangement M in the rotor, the me mechanical connection of the elements PM, We and T only due to magnetic stress generated forces exposed and thus less stressed.

Fig. 2 zeigt eine der rotierenden Maschine entsprechende Schnittzeichnung, wobei die Teilro toren mit der auf der Welle W befestigten Rotorscheibe R verbunden sind. Letztere ist für eine doppelseitige Motoranordnung symmetrisch ausgeführt. Das Magnetkreisteil C ist im Gehäu seteil G1 befestigt und über das Mittelteil G2 mit dem rechtsseitigen Motorgehäuse verbun den. Die radial wirkende Fliehkraftberanspruchung auf das Weicheisen der Rotorteile Ra und Ri wird im Mittelbereich von der Rotorscheibe R, im äußeren Bereich jeweils von nichtma gnetischen Stützringen F und F' aufgenommen. In Anbetracht der geringen notwendigen Weicheisenmasse der Rotorstruktur ist auch nur eine sehr begrenzte Stützringmasse zur Auf nahme der Fliehkraftbeanspruchung erforderlich. Es entstehen somit sehr kleine Rotor- Schwungmassen, was für den Betrieb der Motoren bei hohen dynamischen Anforderungen günstig ist. Der Rotor verursacht in dieser Bauform mit nur zwei unterschiedlichen Materialar ten geringe Herstellprobleme. Fig. 2 shows a sectional drawing corresponding to the rotating machine, the partial rotors being connected to the rotor disk R fastened on the shaft W. The latter is designed symmetrically for a double-sided motor arrangement. The magnetic circuit part C is fixed in the housing set G1 and connected to the right-hand motor housing via the central part G2. The radial centrifugal force on the soft iron of the rotor parts Ra and Ri is absorbed in the central area by the rotor disk R, in the outer area by non-magnetic support rings F and F '. In view of the low required soft iron mass of the rotor structure, only a very limited support ring mass is required to absorb the centrifugal force. This results in very small rotor flywheels, which is favorable for the operation of the motors with high dynamic requirements. The rotor in this design with only two different types of materials causes minor manufacturing problems.

In Fig. 5 und Fig. 6 wird gezeigt, daß die Weicheisenteile zur Flußführung im Rotor aus ein zelnen Elementen (mit der Teilung des zweifachen Polabstandes) und aus ebenen Blechen hergestellt werden können. Die Elemente werden senkrecht zur Bildebene aufeinanderge schichtet, mit Lack verklebt und gepreßt. Sie sind in Umfangsrichtung mit nichtmagnetischen Teilen in Verbindung und bilden so einen festen Verbund, der in axialer Richtung über die äußeren Stützringe eine Vorspannung erfährt. Auf eine Klebung zur Aufnahme mechanischer Beanspruchungen kann verzichtet werden.In Fig. 5 and Fig. 6 it is shown that the soft iron parts for flux guidance in the rotor from a single elements (with the division of twice the pole spacing) and from flat sheets can be made. The elements are layered on top of each other perpendicular to the image plane, glued with varnish and pressed. They are connected to non-magnetic parts in the circumferential direction and thus form a firm bond which is preloaded in the axial direction via the outer support rings. An adhesive for absorbing mechanical stresses can be dispensed with.

Die Herstellung des magnetischen Kreisteils C (z. B. Fig. 2) für rotierende Anordnungen kann auch durch kombinierte Anwendung von gestanzten Blechteilen, die zu dünnen Paketen ge schichtet und in gleichmäßigem Abstand der Polteilung radial angeordnet sind, und dazwi schen positionierten keilförmigen Füllstücken erfolgen. Es erscheint besonders zweckmäßig, die keilförmigen Füllstücke als Eisenpulver-Preßteile zu fertigen. Diese weisen in allen drei Hauptrichtungen gleichgute magnetische Eigenschaften bei verhältnismäßig kleinen Eisenver lusten auf. Durch ihre mechanische Festigkeit ermöglichen sie einen ausreichend steifen me chanischen Verbund mit den Blechpaketen sowie dem umgebenden Gehäuseteil G. Die Wär meleitfähigkeit des Magnetkreisteils C ermöglicht eine hohe spezifische Verlustbelastung. Es reicht im allgemeinen aus, eine indirekte Kühlung, wie in Fig. 2 gezeichnet, durch Kühlkanäle mit Flüssigkeitsumlauf im Gehäuse (Kühlkanäle K und K') vorzusehen. Auch das Befesti gungsteil T kann zur Aufnahme eines Kühlkanals zwischen Wicklung und Magnetisierungs teil M herangezogen werden. Für die Wärmeabfuhr der nur verhältnismäßig gering belasteten Eisenteile des Rotors ist normalerweise die konvektive Wärmeabgabe an die umgebende Luft und die Ableitung der Wärme zur Welle als ausreichend anzusehen. Durch die Eigenschaft des rein passiven Rotors ist seine Temperaturempfindlichkeit weitgehend unproblematisch.The production of the magnetic circular part C (z. B. Fig. 2) for rotating assemblies can also be done by combined use of stamped sheet metal parts that are layered into thin packages ge and are arranged radially at a uniform distance from the pole pitch, and positioned between wedge-shaped fillers . It appears particularly expedient to manufacture the wedge-shaped filling pieces as iron powder pressed parts. These have equally good magnetic properties with relatively small iron losses in all three main directions. Due to their mechanical strength, they enable a sufficiently rigid mechanical bond with the laminated cores and the surrounding housing part G. The thermal conductivity of the magnetic circuit part C enables a high specific loss load. It is generally sufficient to provide indirect cooling, as drawn in FIG. 2, by cooling channels with a liquid circulation in the housing (cooling channels K and K '). The fastening part T can also be used to accommodate a cooling channel between the winding and the magnetization part M. For the heat dissipation of the iron parts of the rotor, which are only loaded comparatively little, the convective heat emission to the surrounding air and the dissipation of the heat to the shaft are normally to be regarded as sufficient. Due to the property of the purely passive rotor, its temperature sensitivity is largely unproblematic.

Die Fig. 3 weist auf eine Bauform für dreiteilige Rotoren mit den Teilrotoren Ri, Ra und Rm hin. Die Aufteilung der Wicklung ist hier in drei Einheiten Wi1, Wi1' und Wi1'' vorgenom men, die sich aus der Anordnung von zwei gleichartigen Erregersystemen M1 und M2 ergibt. Hierbei ist vorausgesetzt, daß alle drei Teilwicklungen mit phasengleichen Wechselströmen gespeist werden. Linke und rechte Maschinenseite bilden ein zweisträngiges Drehstromsy stem. Der mittlere Teilrotor Rm wird wie in Fig. 6 gezeichnet aus einzelnen Weicheisenele menten RE geschichtet und in der Einzelpaketform hergestellt. Die Zahnlamellen stehen im Abstand der doppelten Polteilung. Ihre Ausdehnung in Umfangsrichtung beträgt etwa 0,8-fache Polteilung. Durch nichtmagnetische Balken B, die in axialer Richtung im Mittelbereich der Elemente RE verlaufen, kann eine Sicherung gegen die Wirkung radial gerichteter Flieh kräfte vorgenommen werden. Es erfolgt zusätzlich eine axiale Pressung der Elemente RE. Die nichtmagnetischen Verbindungselemente V dienen der Herstellung eines kraftschlüssigen Rotorverbunds.The Fig. 3 indicates a version for three-piece rotors with the rotors part Ri, Ra and Rm. The winding is divided into three units Wi1, Wi1 'and Wi1'', which results from the arrangement of two identical excitation systems M1 and M2. The prerequisite here is that all three partial windings are fed with in-phase alternating currents. The left and right side of the machine form a two-phase three-phase system. The middle part rotor Rm is drawn as shown in Fig. 6 from individual soft iron elements RE layered and manufactured in the single package form. The tooth lamellae are spaced twice the pole pitch. Their extent in the circumferential direction is approximately 0.8 times the pole pitch. By non-magnetic bars B, which run in the axial direction in the central region of the elements RE, protection against the action of radially directed centrifugal forces can be made. There is also an axial pressing of the elements RE. The non-magnetic connecting elements V are used to produce a non-positive rotor assembly.

Ein grundsätzlich ähnlicher Aufbau aus einzelnen Elementen ist nach Fig. 5 für die beiden Rotoranordnungen Ra und Ri entsprechend Fig. 2 bzw. Fig. 3 vorgesehen. Die zur Quer schnittsverbreiterung herangezogene Elementform erlaubt die Unterbringung eines ausrei chend großen Querschnitts z. B. für einen kreisförmigen Stützbalken B. Die Zwischenelemente V sind hier T-förmig ausgeführt. Fig. 5 entspricht dem Läufer Ra nach den Fig. 2 und 3. Der Läufer Ri weist Eisenelemente RE gleicher Art wie in Fig. 5 auf, allerdings ist die Verbreite rung der Elemente nach unten (radial nach innen) gerichtet. Es liegt nahe, bei der Herstellung der Teilrotoren die aus einzelnen Lamellen hergestellten Pakete mit der im Elektromaschinen bau üblichen Technik aufzubereiten und sie anschließend mit den nichtmagnetischen Bautei len und der Läuferscheibe zu integrieren.A basically similar construction from individual elements according to Fig. 5 for the two rotor assemblies Ri and Ra corresponding to FIG. 2 and FIG. 3 are provided. The element shape used for cross-sectional broadening allows the accommodation of a sufficiently large cross-section z. B. for a circular support beam B. The intermediate elements V are T-shaped here. Fig. 5 corresponds to the rotor Ra of FIGS. 2 and 3. The rotor R comprises iron elements RE same kind as in Fig. 5 on, however, the Spread is tion of the elements directed downwards (radially inwards) to. In the manufacture of the partial rotors, it makes sense to prepare the packages made from individual lamellae using the technology customary in electrical machine construction and then to integrate them with the non-magnetic components and the rotor disk.

Fig. 4 zeigt eine Maschinenseite im Schnitt, bei der die Unterteilung gegenüber der Fig. 3 um einen weiteren Schritt fortgesetzt wurde. Durch die E-förmige Gestaltung des Magnetkreis- Außenteils CE entsteht eine für die Erregerzentren M1 und M2 symmetrische Anordnung mit je zwei Teilrotoren analog zu Fig. 1 bzw. Fig. 2. Es entspricht nun das Rotorpaar R1, R1' den beiden Teilrotoren Ra und Ri von Fig. 1. Die Wicklungen Wi1 und Wi2 lassen sich nun pha senversetzt betreiben. Hierzu sind die Teilrotoren 2 gegenüber 1 um einen entsprechenden Betrag geometrisch zu versetzen. Bei 90° Phasenverschiebung der Ströme beträgt der geome trische Versatz eine halbe Polteilung. Für Maschinen größerer Leistung lassen sich bei einer viersträngigen Motoranordnung entsprechend Fig. 4 damit sehr gleichmäßige Momentenver läufe erzielen. FIG. 4 shows a machine side in section, in which the subdivision compared to FIG. 3 has been continued by a further step. The E-shaped design of the magnetic circuit outer part CE creates a symmetrical arrangement for the excitation centers M1 and M2, each with two partial rotors analogous to FIG. 1 and FIG. 2. The pair of rotors R1, R1 'now corresponds to the two partial rotors Ra and Ri of Fig. 1. The windings Wi1 and Wi2 can now be operated out of phase. For this purpose, the partial rotors 2 are geometrically offset by 1 by a corresponding amount. With a 90 ° phase shift of the currents, the geometric offset is half a pole pitch. For machines with higher performance can be achieved with a four-strand engine arrangement according to FIG. 4 very even moments.

Wie Fig. 7a darstellt, empfiehlt sich eine Doppel-C-Anrodnung (CD) der Statorelemente als besonders massearm. Das Mittelstück von CD wird zeitversetzt von den Flußkomponenten beider Wicklungsstränge Wi1 und Wi2 genutzt und ist geringfügig stärker ausgeführt. Fig. 7b zeigt eine mögliche (die optimale) Zuordnung von M1 zu den Statorpolelementen CD. Um für M2 gleichgünstige Überdeckungsbedingungen zu erreichen, sind M1 und M2 gegenüber der Optimalposition geringfügig verschoben. Fig. 7b ist ohne keilförmige Zwischenraumfüller gezeichnet.As shown in FIG. 7a, a double-C arrangement (CD) of the stator elements is recommended as being particularly low in mass. The center piece of CD is used with a time delay by the flux components of both winding strands Wi1 and Wi2 and is slightly stronger. Fig. 7b shows a possible (optimal) Assignment of M1 to the Statorpolelementen CD. In order to achieve covering conditions that are equally favorable for M2, M1 and M2 are slightly shifted compared to the optimal position. FIG. 7b is drawn without wedge-shaped gap filler.

Die den Fig. 3 und 4 entsprechenden Erweiterungen des Erfindungsgedankens lassen sich sinngemäß auf die Anordnung mit gemeinsamem Magnetkreis CD übertragen.The Figs. 3 and 4 corresponding extensions of the inventive concept can be applied analogously to the arrangement with a common magnetic circuit CD transmitted.

Claims

1. Rotating electrical machine with transverse flow guidance (transverse flux machine) with a stator (C; CE) and a rotor (R) with a shaft (W), whereby

- The magnetic circuit of the stator (C; CE) is made of an outer circle made of soft magnetic material with a C- or E-shaped cross-section and at least one magnetization unit with a radial, alternating circumferential direction magnetized permanent magnet (PM) and between the permanent magnet (PM) is arranged soft iron elements (We), which is / are arranged in the / the free leg (s) of the outer Krei ses by means of a non-magnetic fastening element (T);
- The stator (C; CE) has at least one coaxial to the shaft (W) running coil (Wi) as a winding, which is operated with alternating current, a number of periods matched to the speed, and between the free leg (s) of the outer Circle and the magnetizing unit (s) is / are arranged in the vicinity of the respective fastening element (T);
- The rotor (R) is composed of rotor units (Ri, Ra, R1, R1 ', R2, R2'), the number of which corresponds to the number of the recesses located between the free legs and the magnetizing units and which together on the shaft ( W) we know;
- The magnetic circuit of each rotor unit (Ri, Ra, R1, R1 ', R2, R2') consists of soft iron parts, which are arranged in the recesses formed between the free legs and the magnetization unit (s) at a distance of twice the pole pitch and to the respective magnetization unit, the same circumferential length as their soft iron elements (We) and a radial height of at least the same width as their permanent magnet (PM);
- The soft iron parts of two interacting with a magnetizing Läu fereinheit (Ri, Ra, R1, R1 ', R2, R2') are offset from each other by a pole pitch.

2. transverse flux machine according to claim 1, the soft iron parts of the rotor units (Ri, Ra, R1, R1 ', R2, R2') made of soft iron Stamped parts (RE, Ra1, Ri1) exist that ge in the transverse plane of the transverse flux machine are layered and wedge-shaped widenings up to the double pole pitch on the Have side facing away from the magnetization unit.

3. transverse flux machine according to claim 1 or 2, whereby the soft iron elements of the rotor units (Ri, Ra, R1, R1 ', R2, R2') by not magnetic components (B, V) are joined together to form a firm bond under pre-tension will.

4. transverse flux machine according to one of the preceding claims, wherein the outer circle of the stator (C, CE) consists of radially standing laminations, de Ren width is dimensioned so that they fill the space in the circumferential direction as fully as possible.

5. transverse flux machine according to one of the preceding claims, where with multi-strand version of the stator (CE) and magnetic circuit with E-shaped cross section the middle part of the outer circle together for different Strand parts is usable.