DE69214812T2

DE69214812T2 - Elektrische maschinen

Info

Publication number: DE69214812T2
Application number: DE69214812T
Authority: DE
Inventors: John Everton; John West
Original assignee: Unique Mobility Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions US Co
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: GB2271673A; CA2109821A1; JPH06507780A; AU671799B2; US5670838A; GB9112059D0; EP0587812A1; WO1992022121A1; ATE144658T1; EP0587812B1; GB9324070D0; KR940701599A; DE69214812D1; AU1870792A

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung von oder in Beziehung zu elektrischen Maschinen, insbesondere, aber nicht ausschließlich, bürstenlosen D.C. Motoren.
In der Vergangenheit gab es bereits zahlreiche Vorschläge zur Verbesserung der Arbeitsweise von Umwandlern für die elektrische/mechanische Kraftumwandlung (Motoren oder Generatoren). Es gibt jedoch immer noch Bereiche, in denen der Gebrauch von elektrischen Motoren unmöglich oder unpraktikabel ist, beispielsweise zum Gebrauch als Hauptantriebsmotor für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Auto. Bekannte Elektromotoren sind immer noch zu groß, schwer und produzieren zu wenig Energie (insbesondere bei höherer Geschwindigkeit) für eine gewerbliche Anwendung in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Auto.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine neue elektrische Maschine vorzuschlagen.
Ein Problem bei elektrischen Maschinen, wie bei Elektromotoren, besteht darin, daß es notwendig sein kann, sie zu kühlen, da sie Hitze erzeugen, die ihre Wirksamkeit herabsetzten. Zur Zeit werden solche Maschinen dadurch gekühlt, daß Luft durch sie hindurch oder auf sie geblasen wird. Für Schwerlastanwendungen ist es bekannt, Öl auf den Rotor und den Stator und die dazwischen befindliche Öffnung mittels einer Hochdruckpumpe zu sprühen.
Gleichzeitig kann eine Aufsaugpumpe zum Sammeln des versprühten Öls zum Zwecke des Recyclings vorgesehen sein. US-A-4,323,803 beschreibt eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, gefüllt mit einer Kühlflüssigkeit, die von dem Rotor durch eine verschlossene Hülle abgeschlossen ist. An den Endwindungen der Statorwicklungen befinden sich Kammern und eine äußere Röhre verbindet die Kammern an den Endwindungen mit einem Kühler. Der Stator weist Kühlkanäle auf, die sich in axialer Richtung der Windungen über die Windungen hinaus erstrecken. Die Kühlflüssigkeit zirkuliert von einer Kammer der Endwindungen über den mittleren Bereich der Wicklung zu der anderen Kammer der Endwindungen im Wege der natürlichen Konvektion.
DE-C-896 086 beschreibt eine andere elektrische Maschine, die in vielerlei Weise der US-A-4,373,803 ähnelt, die Endwindungen der Wicklungen in einem zirkulierenden Medium aufweist und außerdem axiale Durchlässe für das Medium, die sich durch den Körper der Wicklung erstrecken, aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen ein elektromechnischer Energieumwandler mit einem Rotor und einem Stator, der eine elektrische Wicklung aufweist, und mit Isoliermitteln, die wenigstens einen Teil eines der Elemente vom anderen Element isolieren, und mit einem Kühlfluid in direkten Kontakt mit dem Teil und isoliert gegenüber dem anderen Element; dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid in direktem kühlenden Kontakt mit dem Teil steht, wobei dieses Teil eine Endwindung der Wicklung darstellt, daß es aber nicht in direktem kühlenden Kontakt mit dem Bereich der Wicklung, die sich zwischen den Endwindungen befindet, steht.
Ein direkter Kontakt zwischen dem Kühlfluid und einer Endwindung der Wicklung kühlt die Endwindung wirksam.
Vorzugsweise weist der Rotor magnetische Mittel, oder wenigstens magnetisierbare Zonen auf (die Erfindung ist nicht beschränkt auf permanent-magnetische Maschinen).
Vorzugsweise ist die Kühlflüssigkeit von dem Rotor isoliert. Dies schließt jeden Reibungswiderstand an dem Rotor in Verbindung mit Kühlflüssigkeiten aus, so wie dies von Sprühkühlung oder anderen Formen von Flüssigkühlungen bekannt ist.
Das eine Element kann eine oder mehrere Wicklungen umfassen, die einen Zentralbereich und einen Endbereich oder -bereiche aufweisen, die in einer thermisch im wesentlichen nicht isolierten Weise ausgeführt sind, wobei ein Teil den Endbereich oder die Endbereiche umfaßt und sich in direktem Kontakt mit der Kühlflüssigkeit befindet. Der Zentralbereich kann beschichtet sein, beispielsweise mit Harz. Der Zentralbereich kann in einer elektrisch und/oder thermisch isolierten Weise ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist das Kühlfluid eine Flüssigkeit, und kann aus Öl bestehen, oder aus einer Flüssigkeit mit einer höheren spezifischen Wärme.
Das Fluid kann durch einen Kühlkreislauf umgewälzt werden, um bestimmte Teile zu kühlen. In dem Kühlkreislauf können Wärmetauscher vorgesehen sein.
Es kann eine Vielzahl von Wicklungen vorgesehen sein, mit Zwischenlagen von einer Vielzahl von Magnetfeldkonzentrationsmitteln (im nachfolgenden als Zähne bezeichnet). Die Endwindungen, oder Endbereiche, der Wicklungen erstrecken sich vorzugsweise hinter den Bereich der Zähne. Der Umwandler kann eine Zentralachse und ein Paar von axial verteilten Endkammern aufweisen, in die Endwindungen der Wicklungen ragen. Durchgänge können eine Endkammer mit der anderen verbinden, um den Durchfluß von Kühlfluid zwischen ihnen zu erlauben. Die Durchgänge können in einem äußeren Gehäuse des Umwandlers oder in einem Rücken- oder Rückwärtspfadelement, das benachbart zu den Wicklungen liegt, gebildet sein.
Die Durchgänge können der verlängerten Länge der Wicklung folgen, oder wenigstens einem Teilbereich der Wicklung. Die Durchgänge können Teil ihres Kreuzungsbereichs sein, begrenzt durch die Wicklung. Die Durchflußmittel können um den Stator gewickelt sein. Diese Möglichkeiten sind dann als besonders wünschenswert zu betrachten, wenn die Wicklungen einen Super-Leiterdraht oder -streifen aufweisen. Die Durchgänge können den Wicklungsdraht oder -streifen umgeben, insbesondere konzentrisch oder koaxial.
Das eine Teil kann von dem anderen durch eine Trennwand, beispielsweise einen Ring, isoliert werden. In der Trennwand können Dichtungselemente vorgesehen sein, die Trennwand kann sich von den rückwärtigen Teilen bis zum dem äußeren Gehäuse erstrecken. Die Trennwand erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Rotors oder Stators oder wenigstens der Wicklungen.
Der andere Teil ist vorzugsweise in einer abgedichteten Kammer eingeschlossen, wobei die Kammer wenigstens teilweise vakuumiert ist. Wenn es sich bei dem anderen Teil um einen Rotor handelt, vermindert dies den Reibungswiderstand bei der Bewegung. Vorzugsweise bildet die Unterdruckkammer eine hermetisch abgedichtete Einheit, und kann im wesentlichen gänzlich vakuumiert sein. Alternativ oder ergänzend kann die Kammer mit einem inerten Gas gefüllt sein, beispielsweise Stickstoff, um eine Korrosion der Magneten zu verhindern.
Der Umwandler ist vorzugsweise ein bürstenloser D.C. Motor, aber die Erfindung ist auch auf andere Maschinen, wie beispielsweise auf permanente Synchronmagneten, synchrone Magnetwiderstandsund asynchrone Induktionsmaschinen anwendbar, (um nur drei namentlich zu nennen).
Ein anderes Problem, das sich bei elektromechanischen Umwandlern, wie bei Motoren und Generatoren, stellt, ist das des Verlustes, beispielsweise aufgrund durch Wirbel- oder Streuströme.
Der Umwandler kann einen Anker aufweisen, der eine Mehrzahl von rechtwinklig beabstandeten Zähnen umfaßt, die Ankerschlitze für Ankerwindungen bestimmen, und ein Rücken- oder Rückwärtspfadelement, das angepaßt ist, um einen Rückwärtspfad für einen Magnetfluß zwischen Gruppen von Zähnen zu bilden, die geeignete magnetische Pole herstellen; die Zähne und Rückenelemente umfassen verschiedene Elemente, die gegeneinander gesichert sind.
In dem Magnetpfad zwischen den Zähnen und den Rückenelementen kann ein Schlitz sein. Dies kann erreicht werden durch das Einbringen einer nicht magnetischen Schicht oder eines nicht magnetischen Films zwischen dem Zahn und dem Rückenelement, wobei die Schicht als magnetischer Widerstand wirkt. Dies erhöht den magnetischen Widerstandsweg von einem Zahn zu dem Rückenelement, wodurch die Seibstinduktion der Wicklungen vermindert wird.
Die Zähne weisen vorzugsweise anisotropische magnetische Eigenschaften auf und haben eine niedrige Verlustrichtung, in der sich ein geringer Verlust von magnetischer Kraft (mmF) in den Zähnen findet. Die Zähne sind vorzugsweise aus laminierten Material gebildet.
Der Bereich der Rückenglieder, benachbart zu einem Zahn ist vorzugsweise aus isotropischem Material, insbesondere in dem radialen Bereich, wo der Fluß sich aus der radialen Erstreckung zu der Umfangserstreckung ändert. Der Bereich des Rückenelementes benachbart zu einem Zahn kann keine niedrige Verlustrichtung aufweisen, oder er kann eine niedrige Verlustrichtung aufweisen, die sich in Richtung einer verschiedenen (vorzugsweise perpendikulare) Richtung zu der Richtung des Zahnes erstreckt. Diese zweite Möglichkeit akzeptiert die Nachteile des orientierten Materials, wonach der Fluß die Richtung ändert, im Austausch für die Vorteile, orientiertes Material zu haben, wo der Fluß sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt. Alternativ kann der Bereich des Rückengliedes benachbart zu den Zähnen, eine radiale Niedrigverlustrichtung aufweisen, obwohl dies nicht die bevorzugte Anordnung darstellt.
Die Rückenglieder können amorphes magnetisches Material, beispielsweise amorphen Stahl, mit isotropischen, magnetischen Eigenschaften umfassen. Alternativ kann das Rückenelement eine Mehrzahl von Materialbereichen aufweisen, wobei jedes eine niedrige Verlustrichtung aufweist, wobei benachbarte Bereiche ihre Niedrigverlustbereiche in verschiedene Richtungen erstrecken. Das Rückenelement kann Schichten von anisotropem magnetischen Material aufweisen, so beispielsweise unidirektionalem Stahl, wobei benachbarte Bereiche eine Schicht niedriger Verlustrichtungen aufweisen, die in verschiedene Richtungen sich erstrekken. Die Schichten können aus einem fortlaufenden Materialstreifen gebildet sein, der in Helixform gewunden ist.
Das Rückenelement umfaßt einen ersten radial sich erstreckenden Bereich von im wesentlichen isotropischem Material und einen zweiten radial sich erstreckenden Bereich von anisotropischem Material. Solch ein Rückenelement kann ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen.
Vorzugsweise ist der erste Bereich der nächstliegende zu dem fließenden magnetischem Feld oder befindet sich in dessen Bereich (näher den Magneten). Der erste Bereich kann sich radial innerhalb des zweiten Bereichs erstrecken.
Ein Zahn umfaßt vorzugsweise Lamelierungen, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wenigstens in einem zentralen Bereich des Zahns. Die Lamelierungen in dem zentralen Bereich erstrecken sich vorzugsweise im wesentlichen in radialen Ebenen. Die Lamelierungen können umfangmäßig an den radialen inneren und/oder äußeren Enden des Zahnes auseinandergehen.
Die Zähne können selbstzentrierende Strukturen aufweisen, die wenigstens an einer oder an beiden Umfangsseiten vorgesehen sind. Die selbstzentrierenden Strukturen können aus einer Fortsetzung der Lamelierung des Zahnes gebildet sein, vorzugsweise aus der äußeren Lamelierung eines Zahnes.
Es wird vorgeschlagen, einen lamelierten Zahn zu einem Anker zu bilden, durch Falzen eines fortlaufenden Streifens eines Matenalblattes, das auf sich selbst zurückgefalzt wird, um zwei aneinanderliegende Lamelierungen zu bilden, die durch einen Abknickungs- oder Eckbereich verbunden werden, und dann das Material des Eckbereichs zu entfernen.
Dieses erleichtert die Automatisierung der Zahnherstellung.
Der Eckbereich kann vorzugsweise&sub1; nachdem die Lamelierungen miteinander fixiert worden sind, grundiert werden, beispielsweise durch Verleimen.
Vorzugsweise ist ein röhrenförmiges Rücken- oder Rückwärtspfadelement eines Ankers vorgesehen, in dem ein fortlaufender Streifen eines magnetischen Materials mit einer niedrigen Verlustrichtung genommen und dieser Streifen ringförmig oder helixförmig herumgebogen wird, so daß eine lamelierte Röhre gebildet wird.
Der Streifen wird vor dem Biegen vorzugsweise geschlitzt oder gekerbt. Vorzugsweise weisen zwei benachbart liegende Schichten des Streifens in der lamelierten Röhre keine sich überlagernden Schlitze oder Kerben auf.
Ein weiterer Vorteil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wurde ausgelöst durch den Wunsch zur Reduzierung der Verluste eines elektromechanischen Umwandlers.
In einem Ausführungsbeispiel ist auch vorgesehen, daß der Rotor eine Mehrzahl von winkelförmige beabstandeten Magneten aufweist und interpolare Elemente, die zwischen benachbarten Magneten positioniert sind, wobei die interpolaren Elemente anisotrope magnetische Eigenschaften aufweisen, derart, daß sie eine niedrige magnetische Widerstandsrichtung aufweisen, die sich in eine im wesentlichen radiale Richtung ausbreitet, und einen relativ hohen magnetischen Widerstand in einer Umfangsrichtung. Hierdurch befindet sich nicht nur Luft zwischen zwei benachbarten Magneten. Dies ermöglicht es, Nähr-/Streuströme in den interpolaren Bereichen des Elementes zu vermindern, eine größere Steuerung des Flusses zwischen zwei Magnetpolen zu erreichen, und erlaubt es ebenso, den Kreuzschlitzfluß an den Spitzen der Ankerzähne zu steuern, oder zu begrenzen. Vorzugsweise erstrekken sich die interpolaren Elemente von einem Magneten halbwegs bis zu den benachbarten Magneten, um Magneten mit einem Absatz oder einer Vertiefung bereitzustellen.
Die interpolaren Elemente können lamelierte Körper umfassen, vorzugsweise aus unidirektionalem Stahl. Die Lamelierungen bestehen vorzugsweise aus im wesentlichen radialen Flächen.
Die Lamelierungen der interpolaren Elemente können an ihren radialen äußeren Bereichen umfangmäßig auseinander gehen. Sie können einen einheitlich auseinander laufenden Fächer bilden.
Zwischen einem interpolaren Element und einem benachbarten Magneten können umlaufende Luftspalte vorgesehen sein.
Die Magnete sind vorzugsweise Permanentmagnete und der Umwandler ist vorzugsweise eine bürstenlose P.M. D.C. Maschine.
Bürstenlose D.C. Motoren in übereinstimmung mit der Erfindung werden nun beispielsweise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines bürstenlosen D.C. Motors in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 2a einen Querschnitt gemäß Linie 2-2 in Figur 1;
Fig. 2b eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 2a, aber von einem veränderten Motor;
Fig. 2c und 2d Einzelheiten einer veränderten Statorscheibenanordnungen;
Fig. 3 Ansichten eines Details der Statoranordnung des Motors gemäß Fig. 1;
Fig. 4 Ansichten eines Details des Rotors des Motors gemäß Fig. 1;
Fig. 5 einen anderen Rotor;
Fig. 6a bis 6d schematische Schnitte durch vier alternative Zahnformen für den Statoranker des Motors gemäß Fig. 1,
Fig. 7 schematisch einen Bereich eines unidirektionalen Stahlstreifens zur Bildung des Rückflußelementes der Statoranordnung in Fig. 3;
Fig. 8a bis 8e fünf alternative interpolare Bereiche für den Rotor gemäß Fig. 4;
Fig. 9 schematisch eine zusammengefügte Rückenplatte und Zähne;
Fig. 10 schematisch einen Querschnitt durch eine Umwandlerrotoranordnung;
Fig. 11 schematisch einen Linearumwandler zur Darstellung der Arbeitsweise des Motors gemäß Fig. 1;
Fig. 12 a bis 12 c schematisch die magnetomotorische/magnetometrische Kraft/Umlaufspannungs-Wellenformen der Umwandlerelemente nach Fig. 11.
Fig. 13 schematisch, wie die Flußdichte über den Luftspalt des Umwandlers gemäß Fig. 11 sich verändert und
Fig. 14 noch einen anderen Umwandler.
Figuren 1 bis 4 zeigen einen bürstenlosen D.C. Motor 1 von etwa 60 PS mit einem äußeren Gehäuse oder Käfig 2, einer Statoranordnung 3, und einer Rotoranordnung 4. Eine Pumpe 5 und ein Wärmetauscher 6 sind, wie später beschrieben, vorgesehen. Eine elektronische Steuerung 7 steuert die Elektrizitätsversorgung des Motors.
Die Statoranordnung 3 umfaßt einen Anker mit Wicklungen 8 eines Kupferdrahtes, eine Reihe von winkelförmig beabstandeten und sich axial erstreckenden Zähnen 9, die zwischen benachbarten Wicklungen 8 angeordnet sind, ein Rücken- oder Rückwärtspfadelement 10, das einen Hohlzylinder um die Wicklungen und Zähne herum bildet und ein Paar von axial beabstandeten Dichtringen 11 und 12. Die Zähne 9 weisen im radialen Querschnitt einen sich nach außen erweiternden oder auseinandergehenden Kopfbereich 13 auf, der benachbart zu dem Rückenelement 10 liegt und einen ähnlichen, auseinanderlaufenden Fußbereich 14, der benachbart zu der Rotoranordnung 4 liegt (siehe Fig. 2). Die Kopfbereiche 13 der Zähne sind sehr gering zu dem Rückenelement 10 beabstandet, um einen magnetischen Rückenspalt 15 zwischen ihnen zu bilden. Dieser Rückenspalt 15 vergrößert den Widerstandspfad für den magnetischen Fluß, der von den Zähnen zu dem Rückenelement fließt, was bewirkt, daß die Selbstinduktion der Ankerwicklungen 3 herabgesetzt wird. Der Rückenspalt ist mit Harz gefüllt, um die Zähne 9 mit dem Rückenelement 10 zu verbinden, dabei wirkt das Harz als ein magnetischer Widerstand. Die Wicklungen 8 wei sen mittlere Bereiche 16 auf, die in Harz eingebettet sind, und Endbereiche 18, die sich aus dem Harz 17 heraus erstrecken. Die Endbereiche 18 umfassen die Endwindungen der Wicklungen, wobei die Endwindungen nicht durch thermisch isolierendes Harz 17 geschützt sind. Das Harz 17 bettet ebenso die Zähne 9 ein und bindet die Zähne und Wicklungen in eine einheitliche Statorstruktur 19 ein. Die Dichtungsringe 11 und 12 können unabhängige Elemente darstellen oder können zu einer einheitlichen Struktur kombiniert sein (beispielsweise knnen sie die Endbereiche eines fortlaufenden Zylinders sein, der aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist) und bestehen aus nicht magnetischem, nicht leitfähigem Material und sind an einem ihrer zylindrischen Enden mit der einheitlichen Statorstruktur 19 verbunden. Das andere Ende der Dichtringe 11 und 12 ist für einen dichtenden Eingriff mit dem Gehäuse 2 ausgebildet, wie später beschrieben. Die Dichtringe, oder Ringe 11 und 12 können aus Kunststoffmaterial, oder nicht magnetischem Edelstahl gebildet sein.
Jeder Zahn 9 ist aus Lamelierungen 20 eines unidirektionalen Stahls gebildet (Stahl der eine einzige niedrige Verlustrichtung aufweist). Die Lamelierungen 20 sind am besten in den Figuren 3 und 6 zu erkennen und erstrecken sich axial und radial und liegen in einer im wesentlichen radialen Ebene des Ankers. Die Niedrigverlustrichtung jeder Lamelierung wird dargestellt durch den Pfeil 21 in Figur 6a und erstreckt sich in radialer Richtung.
Das Rückenelement 10 ist aus einem kontinuierlichen Streifen 22 eines unidirektionalen Stahls (dargestellt in Figur 7) in Helix- Form gewunden, so daß benachbarte Windungen der Helix-Form benachbarte Lamelierungsschichten bilden. Der Streifen 22 ist aus einem Streifen eines unidirektionalen Stahls ausgestanzt und weist keilförmige, in Löchern 24 zentrierte Schlitze 23 und bogenförmige innere und äußere Ecken 25 und 26 auf, um zu ermöglichen, daß er so gewunden wird, hieraus das Rückenglied 10 zu bilden. Die Niedrigverlustrichtung des Streifens 22 wird durch die Pfeile 27 dargestellt.
Wenn der Streifen 22 zur Bildung des Rückengliedes 10 gewunden wird, umschließt er viele Bereiche, von denen jeder eine Niedrigverlustrichtung aufweist, die im wesentlichen tangential auf den Teilkreis des Rückengliedes 10 zielt, wobei benachbarte Bereiche Niedrigverlustrichtungen aufweisen, die in etwas andere Richtungen zielen. Dies gibt dem Gesamtrückenglied 10 eine im wesentlichen kreisumfangmäßige Niedrigverlustrichtung. Die Löcher 24 und Schlitze 23 jeder der jeweils benachbart liegenden Schichten des gewundenen Streifens 22 liegen nicht übereinander. In weniger bevorzugten Ausführungsbeispielen kann ein Übereinanderliegen zulässig sein.
Die Rotoranordnung 4 umfaßt eine Hauptachse 30, drehbar gelagert durch Lagermittel 31 und 32 in den Endwandungen 33 und 34 des Gehäuses 2, und einen Rotorkörper 35. Der Rotorkörper 35 umschließt 12 Permanentmagneten 36 (beispielsweise Neodymeom- Eisen-Boron-Magneten), die gleichwinklig beabstandet und in einen soliden oder lamelierten Tragkörper 37 eingesetzt sind. Figur 4 zeigt der Einfachheit halber nur 4 Magneten 36. Zwischen den Magneten 36 erstrecken sich interpolare Bereiche oder Interpole 38. Die Interpole 38 umfassen axial sich erstreckende radiale Lamelierungen 39 (5. Figur 4) und bewirken eine Reduzierung der Poloberflächenverluste in dem Motor. Der Tragkörper 37 ist mit der Hauptachse durch Endplatten 40 des Rotorkörpers 35 verbunden.
Die Interpole 38 weisen einen relativ hohen magnetischen kreisumfangmäßigen Widerstand auf. Dies wird durch eine im wesentlichen radiale Anordnung der Niedrigwiderstandsrichtung der Lamelierung 39 erreicht.
Das Gehäuse 2 umfaßt zwei Endplatten 33 und 34, die an einer axial sich erstreckenden zylindrischen Wandung 41 angeordnet sind. Axial sich erstreckende Verbindungskanäle 42 sind in der inneren Oberfliche der Wandung 41 gebildet und erstrecken sich über ihre gesamte axiale Länge. Die Endwände 33 und 34 weisen ringförmige Räume 43 und 44, die in ihrer inneren Oberfläche gebildet sind, und eine benachbarte ringförmige Dichtungsoberfläche 45 auf. Die Oberfläche 45 bildet gleichzeitig eine Kerbe für eine ringförmige Dichtung 46.
Die Dichtungsringe 12 der einheitlichen Statorstruktur 19 drükken gegen die Dichtungsoberf lächen 45 der Endwandungen 33 und 34, und pressen die Ringdichtungen 46 so, daß eine Dichtung gebildet wird, die axial beabstandete ringförmige Endwindungskammern 47 von einer inneren, zentralen Kammer 48 isoliert.
Die Endwindungskammern 47 werden einerseits bestimmt durch die Kammerabstände 43 und 44, andererseits durch die Dichtringe 11 und 12, darüber hinaus durch Endwindungsbereiche 18 der Wicklungen und durch das Rückenelement 10. Die zwei Endwindungskammern 47 sind miteinander über die Kanäle 42 verbunden (bei einem anderen Aufbau stellen die zwei Dichtungsringe 11 und 12 entgegengesetzte Enden eines fortlaufenden Plastikisolierzylinderelementes dar, das eine Dichtung mit jeder Endplatte 33 bildet und die Kühlflüssigkeit von dem Rotor femhält). Der Zylinder ist zwischen den Windungen 8 und der Kammer 48 angeordnet.
Die Endwindungskammer 47 beinhalten Kühlflüssigkeit, die in direktem Kontakt mit den Endwindungen der Wicklungen stehen (die nicht in das Harz eingebettet sind). Die Pumpe 5 läßt die Kühlflüssigkeit, die beispielsweise Öl sein kann, durch den Wärmetauscher 6 zirkulieren, um Hitze abzuführen, die bei dem Betrieb des Motors erzeugt wird.
Obgleich lediglich die Endwindungen der Wicklung direkt gekühlt werden, hat sich herausgestellt, daß dies ausreichend ist und es erlaubt, einen einheitlichen Stator zu verwenden, der gewöhnliche Harzeinbettungs techniken gebraucht.
Das Vorsehen eines separaten Wäremtauschers 6 muß nicht immer notwendig sein: auch die Zirkulation der Kühlflüssigkeit in dem Gehäuse kann den Motor ausreichend kühlen.
Die Zentralkammer 48 kann vakuumiert und während der Herstellung des Motors hermetisch abgedichtet werden. Dies vermindert den Reibungswiderstand bei der Rotation des Rotors. obgleich eine hermetisch abgedichtete Kammer 48 vorgezogen wird, können bei einer anderen Motorausführung Mittel zur kontinuierlichen oder periodischen Vakuumierung der Kammer 48 vorgesehen sein. Darüber hinaus ist es vorstellbar, daß es unter bestimmten Umständen vorzugswürdig sein kann, die Kammer 48 mit einem chemisch inerten Gas, wie Stickstoff, zu füllen. Dies kann die Korrosionsanfälligkeit der Magneten herabsetzen.
Die Lieferung eines elektrischen Stroms mit trapezuidaler Wellenform zu den Windungen 8 wird durch den Controller 7 in Abhängigkeit von der rechtwinkligen Stellung des Rotors 4 gesteuert (der durch einen Stellungsfühler, der mit dem Bezugszeichen 50 versehen ist, ertastet wird,) und in Abhängigkeit von der von dem Motor gewünschten Leistung. Eine Steuerung der Stellung der Schaltung des Stroms zu dem Anker kann den wirksamen magnetischen Fluß pro Pol steuern, und dadurch den Rück-EMF, über einen breiten Bandbereich. Der Controller 7 stellt die Schaltposition vor und zurück, um die gewünschten Feldabschwächungs- und Feldverstärkungseffekte zu erhalten.
Der Betrieb des Motors 1 wird nun mit Bezug auf die vereinfachte Vier-Pol-Anordnung der Figuren 10 bis 13 näher beschrieben.
Permanentmagneten 36' werden durch Lamelierungsinterpole 38' voneinander getrennt. Figur 11 zeigt der Einfachheit halber die Anordnung in linearer Art und Weise und zeigt weiter ein Rückwärtspfadelement 60 für den Rotor 4'. Der Stator 3' besteht aus vielphasigen Windungen 8a, 8b, 8c, angeordnet in Schlitzen 61, die zwischen Weichmagnetmaterial oder Kompositzähnen 9' gebildet sind, die in Windungen auslaufen, oder als Teil eines Rückwärtsflußelementes 10' ausgebildet sind. Zwischen den Magneten 36' und den Zähnen 9' sind Luftschlitze 62 und 63 gebildet, ebenso zwischen den Jnterpolen 38' und den Zähnen 9'. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, Luftschlitze 63 zwischen den Interpolen und den Zähnen schmaler auszubilden als die Luftschlitze 62 zwischen den Magneten und den Zähnen. Dies kann zu einer größeren Ausgeglichenheit des Flußes zwischen dem P.M. und den Stahlpolen führen. Die Rotationsrichtung des Rotors, wenn der Umwandler als Rotor oder als Generator benutzt wird, ist durch die Pfeile m und g dargestellt. Die Steigung zwischen benachbarten Süd- und Nordpolen, wenn der Motor an Punkt A geschaltet wird, wird durch die Maßangaben P1 und P2 dargestellt.
Figur 12a zeigt in Diagrammform die lineare und daraus abgeleitet die phasenweise Abhängigkeit der magneto-motivischen Kraft (MMF), produziert durch das permanente magnetische Feld in dem linearen Umwandler (Motor), dargestellt in Figur 11. Figur 12b zeigt die MMF, produziert durch die Wicklungen des Stators des Motors in Figur 11. Die miteinander kombinierten MMF's bilden eine Kompositwellenform, die in Figur 12c dargestellt ist, zur Produktion eines angewachsenen Durchschnittsmagnetflusses, der von jedem Magnetpol ausgeht. Figur 13 zeigt eine typische Luftspaltdichtwellenform
Die MMF des Stators ist an der Spitze dargestellt und die des Rotors darunter. Der gezahnte Stator ist dargestellt mit einer Drei-Phasen-Windung mit einem Schlitz pro Phase. Jeder Rotorpol umfaßt einen Permanentmagneten, der in etwa 55 % der Polspitze umfaßt, und einen Interpol, der etwa 30 % der Polspitze umfaßt. Die Permanent-Magnete sind symmetrisch zwischen den Interpolen angeordnet. Die Weite der sich ergebenden Spalte wird so gewählt, um eine genügende Flußunterbrechung zwischen den Magneten und den Interpolen zu erreichen, damit Flußverluste vermindert und übermäßige Verzahnungsdrehungen vermieden werden,
Es ist einsichtig, daß aufgrund der symmetrischen Anordnung der Pole beide Drehrichtungen möglich sind, in Abhängigkeit von der Wahl der Position A oder B als Bezug für die Schalterstellung des Ankerstroms.
Wenn der Umwandler als Motor betrieben wird, wird die Position A als die dargestellte Schaltposition für eine Drehung in Uhrrichtung benutzt, und wenn der Umwandler als Generator betrieben wird, wird die Position B als Bezug für eine Umdrehung in Uhrrichtung benutzt.
Der Umwandler ist damit geeignet für Vier-Quadrantenbedienung.
Obgleich Figur 11 in der einfachsten Dreiphasenanordnung dargestellt ist, wird vorzugsweise eine größere Zahl von Schlitzen pro Pol pro Phase gewählt, um die Verzahnungsdrehung auf ein Minimum zu reduzieren.
Figur 12c zeigt die MMF Wellenform, wenn Phase 1 Null Strom hat und Phase 2 und 3 sich auf Höchststrom befinden. Die Kombination der MMF Wellenform hängt teilweise von der Phasenbeziehung des Statorstroms mit der Rotorposition ab, so daß ein in der Phase nacheilender Strom in der Statorwicklung zu einer MMF führt, die nach rechts ausschlägt, während ein vorauseilender Strom zu einem Ausschlag nach links führt.
Durch Schaltung des Ankerstroms in Beziehung zu der Rotorposition kann die Stator MMF Wellenform entweder ausschlagen, das Permanentmagnetfeld abschwächen oder verstärken. Mit einem reinen Permanentmagnetumwandler würde dies nur geringen Einfluß auf den Fluß haben, aber durch Einschluß der Interpole sind Flußveränderungen möglich, die größer als 60 % sind.
Die größte Flußveränderung ergibt sich, wenn der Statorstrom sich auf der Höchstmarke befindet. Geringere Ströme geben ein proportional reduziertes Steuerungsmaß. Wenn überhaupt kein Strom aufgebracht wird, um das Permanentmagnetfeld zu beaufschlagen, wird der vorgeschlagene Umwandler jedoch weniger Fluß haben als ein konventioneller Umwandler und wird somit den Rück- EMF reduzieren.
Stromhalbleiter können in der normalen Dreiphasenvollwellenbrükkenschaltung angeordnet sein, aber es sind Stromflußumschaltmittel notwendig, um einen Vierquadrantenbetrieb zu erhalten. Eine Stromsteuerung (die den Strom zerhackt, um seinen Wert zu begrenzen) kann benutzt werden, um den Stromausfluß von dem Umwandler zu bestimmen.
Eine Positionskontrolle (d.h. eine Kontrolle des Punktes, an dem die Schaltung jeder Phase erfolgt) ist ein zentrales Erfordernis für den vorgeschlagenen Umwandlerbetrieb. Der Stromausgang kann bei jeder Rotorgeschwindigkeit bestimmt werden durch das Vorsehen eines geeigneten Algorythmus oder Logarythmustafel in der Steuersoftware des Controllers 7.
Ein Vorteil des vorgeschlagenen Umwandlers besteht darin, daß er die Menge des benötigten Permanentmagnetmaterials reduziert. Für einen vorgegebenen maximalen Stromausgang, kann der Magnetpolbogen reduziert werden, wenn man ihn vergleicht mit einer konventionellen Maschine aufgrund des Feldverstärkungseffektes der Stromwicklung. Seitdem die Dicke des gewünschten Poles, um eine Demagnetisation unter begrenzten Temperaturen und Strombedingungen zu verhindern, mit dem Polbogen verbunden ist, kann die Dikke des Pols ebenso um eine ähnliche Größenordnung vermindert werden. Die Gesamteinsparung an Permanentmagnetmaterial kann größer als 30 % sein, wenn man dies mit einer gewöhnlichen Umwandlerkonstruktion vergleicht. Dies macht den Umwandler erheblich billiger in der Herzustellung.
Die Geschwindigkeitsgröße von Permanentmagnetumwandlern wird gewöhnlich durch die von der Stromversorgung erhältliche Voltzahl begrenzt. Obgleich eine serienparallele Schaltung die Geschwindigkeitsrate erhöhen kann, steigen die Kosten und die Komplexität der Steuerung unvermeidlich an. Der Einschluß von Interpolen ermöglicht den Betrieb einer Flußdichte für einen Teil des Polbogens um einen Wert von etwa 50 % über demjenigen, der von Neodymium-Boron-Eisen-Permanentmagneten erhältlich ist. Der Gesamtflußanstieg pro Pol wird auf ungefähr 20 % geschätzt. Verglichen mit einem konventionellen Umwandler, wird das Anzugsdrehmoment daher ebenfalls um 20 % steigen.
Damit benötigt der Motor nach Figuren 1 bis 4, wenn er wie beispielsweise in den Figuren 10 bis 12 dargestellt, betrieben wird, Stromhalbleiter von einer geringeren Voltzahl und/oder einer geringeren Strombeanspruchung als konventionelle bürstenlose D.C. Motoren, weist weniger Permanentmagnetmaterial auf, hat einen größeren Geschwindigkeitsbereich, ein größeres Anzugsdrehmoment und weniger leicht demagnetisierte Permanentmagneten.
Abweichende Ausführungen einiger der Komponenten des Motors 1 sind in den Figuren 2b, 5, 6, 8, 9 und 14 dargestellt.
Figur 2b zeigt einen Schnitt durch einen ähnlichen Motor wie in Figur 1 (und es sind dieselben Bezugszeichen vergeben), außer daß die Interpole 38 und der Körper 37 des Motorrotors aus Lamelierungen gemacht sind, die in normalen Ebenen zu der Rotationsachse liegen. Der Körper 37 und Interpole 38 sind aus demselben geschichteten Blattmaterial gemacht, Die Struktur des Rotors ist ähnlich zu der in Figur 5 Gezeigten.
Figur 2c zeigt, daß Verbindungskanäle, bezeichnet mit den Bezugszeichen 42', in dem Rückenelement 10' vorgesehen sind, entweder anstatt oder in Ergänzung zu den Kanälen 42 der Darstellung in den Figuren 1 und 2. Falls Verbindungskanäle in beiden Elementen, d.h. in dem Rückenelement, und der äußeren Wandung 41 vorgesehen sind, können diejenigen in der Wandung mit denjenigen in dem Rückenelement genau übereinanderliegen, so daß sich Kanäle von einem größeren Querschnittsbereich ergeben, oder sie können versetzt zueinander liegen.
Fig. 2d zeigt, daß Verbindungskanäle 42" in einer Zwischenschicht des Rückenelementes (5. Figur 9) vorgesehen sind. Die Kanäle 42" können sich vollständig durch die radiale Dicke der Schicht, in der sie vorgesehen sind, erstrecken.
Figur 5 zeigt einen anderen Weg der Einbettung der Magneten 36' in den Rotor, als in Figur 2a dargestellt. Der Tragkörper 37' ist aus einem geschichteten Stahl gebildet, wobei die Schichten sich in diametralen Ebenen befinden. Die Interpole 38', die so gebildet sind, sind nicht so wirksam wie die in Figur 4 als reduzierender Magnet zur Magnetisierung des Flusses dargestellt, da sie weniger Widerstand gegen den Umfangsfluß des magnetischen Flusses geben. Zwischen den Interpolen 38' und den Magneten 36' sind Luftspalte 39' vorgesehen. Diese bringen einen hohen Widerstand in den Pfad zwischen magnetischen Polen und bewirken, daß der magnetische Fluß mehr in radialer Richtung auf die Statorzähne gerichtet wird, wo er eine nützliche Verwendung findet, und wobei magnetische Kurzschlüsse vermieden werden.
Die Anordnung nach Fig. 5 kann dadurch verändert werden, daß Interpole als separate Elemente, angeordnet auf einem zylindrischen Körper 37', vorgesehen werden.
Die Zähne 9 des Motors können wie in Figur 6a querschnittlich im wesentlichen rechteckig sein und keinen Kopf- oder Fußbereich aufweisen; oder wie in Figur 6b dargestellt, Kopf- und Fußbereiche 15 aufweisen; oder wie in Figur 6d dargestellt, wobei die Schichten 20 sich in einer normalen Ebene mit der Rotationsachse befinden; oder wie in Figur 6c, wobei sich selbstzentrierende Federanordnungen 70 finden. Solch ein Zahn muß während der Herstellung nicht besonders sorgfältig positioniert werden, da die Bereiche 70 dazu neigen, ihn zu zentrieren, in welchem Raum er auch gelegen ist.
Die Zähne können in einem automatisierten Prozeß gebildet werden, in dem ein fortlaufender Metallstreifen wiederkehrend gegen sich selbst gefaltet wird, so daß er durchgängig parallele Mittenbereiche 71 und Faltungsbereiche 72 an den Enden der Mittenbereiche 71 aufweist. Die Faltungsbereiche 72 werden dann abgeschnitten oder in anderer Weise entfernt, um nur genau die gewünschten mittleren Bereiche stehen zu lassen. Die Linien 73 in Figur 6c zeigen Walzflächen an. Diese Methode zur Herstellung eines Zahnes kann auch eine andere Erfindung einschließen, und ist natürlich auch anwendbar auf die Herstellung von Interpolen wie auch auf die von Zähnen.
Figuren 8a bis 8e zeigen eine Anzahl von verschiedenen Interpolen 38'. Der Interpol nach Figur 8a umfaßt einen rechtwinkligen Lamelierungsblock und zeigt einen Luftschlitz 80 zwischen der äußeren Lamelierung und dem Magneten 38'. Figur 8b hat gleichmäßig verteilte Lamelierungen, die wie ein Fächer angeordnet sind. Dies ergibt eine einheitliche Flußkapazität für den Luftschlitz 81 zwischen dem Rotor und dem Stator. Figur 8c zeigt einen Interpol mit gebogenen Lamelierungen an seinen umfangmäßig beabstandeten Seiten, das einen partentiellen Luftspalt 82 ergibt, was weiterhin einen einheitlicheren Fluß zu dem Luftschlitz zwischen dem Rotor und dem Stator ergibt. Die Interpole der Figuren 8d und 8e sind ähnlich zu denen der Figuren 8a und 8c, weisen Luftschlitze 80 und 82 auf, aber ihre Lamelierungen liegen in normalen Ebenen zu der Rotorrotationsachse.
Es war überraschend herauszufinden, daß die diskutierte Interpolanordnung eine erhebliche Verminderung der Verzahnungsdrehung bewirkt. Es ist anzunehmen, daß dies aufgrund des magnetischen Flußes auf der äußeren radialen, und auf den äußeren Umfangsecke eines magnetischen Poles geschieht, wobei dieser Fluß durch die erste Lamelierung der benachbarten Interpole "kurzgeschlossen" wird und damit nicht mehr in der Lage ist, eine Verzahnungsdrehung zu erzeugen. Ein Verfahren, die Verzahnungsdrehung zu vermindern, könnte also darin bestehen, geeignete Interpole zu verwenden. Diese reduzierte Verzahnungsdrehungswirkung braucht nicht mehr als eine einzige Lamelierung eines Interpols mit einer geeigneten magnetischen Sperre zwischen Ihnen (beispielsweise eine Harzschicht).
Fig. 9 zeigt schematisch ein zusammengesetztes Rückenglied 10' für einen Stator. Zähne 9' sind benachbart zu, aber auf Abstand von einer inneren Schicht 90 vorgesehen, um einen Luftspalt 25' zu bilden. Ebenso sind ein oder mehrere äußere Schichten 91 vorgesehen. Die innere Schicht 90 ist aus einem amorphem oder nicht orientierten Stahl gebildet, der eine hohe Flußkapazität in jede Richtung aufweist, während die äußere Schicht oder Schichten 991 aus einem unidirektionalen Stahl gebildet sind, die eine darum gekrümmte niedrige Verlustrichtung aufweisen, so daß sie sich im wesentlichen tangential erstreckt. Wo daher der Fluß von den Zähnen dreht, um umfangäßig zu einem anderen Zahn zu drehen, tut er dies überwiegend in dem amorphen Stahl, wo er sich jedoch generell in einer "geradlininigen" Linie oder in einem kreisförmigen Bogen erstreckt, tut er dies in einem unidirektionalen Stahl im wesentlichen entlang der niedrigen Verlustrichtung. Die Anordnung in Fig. 9 kann dadurch verändert werden, daß axiale Flüssigverbindungskanäle in einer oder mehrerer der äußeren Schichten 91 vorgesehen sind, wie in Figur 2d vorgesehen.
Vorgeschlagen wird darüber hinaus eine umgekehrte Anordnung des Motors der Fig. 1, wo sich der Stator im Inneren und der Rotor auf der Außenseite befindet. Dies ist in Figur 14 dargestellt. Fig. 14 zeigt gleichzeitig die Anordnung einer Isolierung der Kühlflüssigkeit von dem Rotor durch Benutzung einer Integrierten Buchse/Muffe 130, die sich über die axiale Länge der Maschine erstreckt oder vorteilhafte von zwei separaten Dichtungsringen 11 und 12 (diese Möglichkeit ist in Bezug auf eine Inner-Rotormaschine auf Seite 13, dritter Absatz dargestellt).
In der umgekehrten Anordnung, dargestellt in Fig. 14, ist ein massiver Anker 101 mit Wicklungen 102, eingebettet in Harz, mit zylindrischen Endstücken 103 zur Bildung eines Stators verbunden. Entwindungen 104 der Wicklungen 102 belegen angeschlossene ringförmige Enddrehkammern 105 und 106, die durch Verbindungsgänge 107 verbunden sind. Einlaß und Auslaßzirkulationskammern 108 und 109 sind im inneren Bereich des Stators gebildet und bilden eine Verbindung mit den ringförmigen Endwandkammern 105 und 106 über jeweilige Durchlässe 110 und 111. Ein Einlaß 112 läßt Kühlmittel in die Kammer 108, und das Kühlmittel verläßt die Kammer 109 über einen Auslaß 113.
Ein Rotor 114 umfaßt Magneten 115, verbunden mit einem Rückwärtspfadelement 116, das zur Drehung auf dem Stator über Diaphragmaebenen 107 gelagert ist, die mit Lagern 118 verbunden sind. Ein äußeres Aufnahmegehäuse 119 umgibt den Rotor 114 und bestimmt eine abgedichtete Rotorkammer 120, in der der Rotor 114 sich dreht. Das Gehäuse 119 ist mit dem Stator in abgedichteter Art und Weise verbunden, so daß die Rotorkammer 120 während der Herstellung der Maschine andauernd vakuumiert werden kann.
Der Rotor 114 hat eine ausgeprägte Masse und kann als ein Schwungrad benutzt werden, um Energie zu speichern, wenn der Umwandler sich in Betrieb befindet (beispielsweise in einem Fahrzeug). Ein geeigneter elektronischer Kontroller kann es erlauben, etwas von der in dem Rotor gespeicherten Energie zu gebrauchen, beispielsweise als Generator benutzt zu werden. Alternativ oder ergänzend kann er mechanisch abgenommen werden, beispielsweise indem man eine Art von Kupplung verwendet.
Der Motor nach Figur 1 ist zum Gebrauch in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Automobil, gestaltet worden. Es wird vorgeschlagen einen Motor an einem oder mehreren, vorzugsweise allen der die Straße berührenden Räder eines Fahrzeuges anzuordnen. Der Motor nach Figur 1 ergibt eine Art von kontinuierlichem veränderlichem Antrieb für das Fahrzeug. Das Fahrzeug ist vorzugsweise eine Verbrennungsmaschine - ein elektrischer Hybridantrieb, in dem eine I.C. Maschine eine Batterie mit Strom versorgt, die abwechselnd den Motor mit Strom versorgt.
Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung eines Motors, der dem in Figur 1 dargestellten ähnelt, in Fällen, wo Superleiterwicklungen oder Streifen, die den Platz von Wicklungen einnehmen, eingebaut sind, es wünschenswert sein kann, daß die Wicklungen in direktem Kontakt mit einer Kühleinheit stehen. Beispielsweise können die Wicklungsdrähte innerhalb einer Kühlemheit angeordnet sein. Die Kühleinheit, die einen Wicklungsdraht oder Streifen beinhaltet, kann als eine Wicklung an den Stator angeformt sein, oder in einer ähnlichen Weise zu der einen Wicklung.

Claims

1. Elektro-mechanischer Energieumwandler (1) mit einem Rotor (4), einem Stator (3), der eine elektrische Wicklung (8) aufweist, und mit Isoliermitteln (11, 9, 16, 12), die wenigstens einen Teil (18) eines der Elemente (3) vom anderen Element (4) isolieren, und mit einem Kühlfluid in direktem Kontakt mit dem Teil (18) und isoliert gegenüber dem anderen Element (4), dadurch gekennzeichnet,

daß das Kühlfluid in direktem kühlenden Kontakt mit dem Teil (18) steht, wobei dieser Teil eine Endwindung (18) der Wicklung (8) darstellt, daß es aber nicht in direktem kühlenden Kontakt mit dem Bereich der Wicklung, die sich zwischen den Endwindungen befindet, steht.

2. Energieumwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Wicklung eine Wechselstromwicklung darstellt und das Fluid eine Flüssigkeit ist und dadurch daß Pumpmittel (5) vorgesehen sind, um die Flüssigkeit in einen Kühlkreislauf zum Kühlen der genannten Teile zu bringen.

3. Energieumwandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem insbesondere nur eine Endwindung (18) der Wicklung in direktem Kühlkontakt mit dem Fluid steht.

4. Energieumwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Kühlfluid in direktem Kühlkontakt mit beiden Endwindungsbereichen der Wicklung steht aber nicht in direktem Kontakt mit wenigstens einem wesentlichen Teil des mittleren Zwischenbereiches der Wicklung (8).

5. Energieumwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die zentralen Bereiche der Wicklungen, die sich zwischen den Endwindungen befinden, in einem Harz eingebettet sind.

6. Energieumwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem der Teil (18) von dem anderen Teil durch eine Trennwand (11, 12) isoliert ist, die aus einem nicht magnetischen, nicht leitenden Material besteht.

7. Energieumwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wicklungen (8) in oder auf einem Rücken- oder Rückwärtspfad-Element (10), welches Zähne (9) aufweist, vorgesehen sind, und in dem die Region des Rückenelementes (10), welches die Zähne und die Windungen aufweist, keinerlei speziellen Kühlfluid-Durchgänge aufweist.

8. Energieumwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem eine Vielzahl von winkelförmig benachbarten Zähnen (9), die Schlitze für die Windungen (8) definieren, vorgesehen sind, und ein Rücken- oder Rückwärtspfad- Element (10) als Rückkehrweg für den magnetischen Fluß zwischen Gruppen von Zähnen (9), in welchem die Zähne (9) und das Rückwärtspfadelement (10) getrennte Elemente darstellen.

9. Energieumwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem der Rotor (4) eine Vielzahl von winkelförmig beabstandeten Magneten (36) aufweist und interpolare Elemente (38), die zwischen benachbarten Magneten positioniert sind, wobei die interpolaren Elemente anisotrope magnetische Eigenschaften aufweisen, derart, daß sie eine niedrige magnetische Widerstandsrichtung aufweisen, die sich in eine im wesentlichen radiale Richtung ausbreitet und einen relativ hohen magnetischen Widerstand in einer Umfangsrichtung.

10. Motorgetriebenes Fahrzeug mit einem Elektromotor, der einen Energieumwandler in Verbindung mit elektrischer oder mechanischer Energie aufweist mit einem Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9.