EP2529470A2 - Maschine mit mehrteiligem spulenelement - Google Patents

Maschine mit mehrteiligem spulenelement

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Publication number
EP2529470A2
EP2529470A2 EP11708006A EP11708006A EP2529470A2 EP 2529470 A2 EP2529470 A2 EP 2529470A2 EP 11708006 A EP11708006 A EP 11708006A EP 11708006 A EP11708006 A EP 11708006A EP 2529470 A2 EP2529470 A2 EP 2529470A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
elements
machine
air gap
magnetic field
grooves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11708006A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steven Andrew Evans
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2529470A2 publication Critical patent/EP2529470A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores

Definitions

  • Machines which convert electrical energy into mechanical or vice versa usually comprise two relatively movable parts between which a magnetic field acts. At least one of the parts includes coil windings for converting the electric current into a magnetic field or vice versa. In particular, in the area of such coil windings magnetic flux elements are used to direct the magnetic field and to bundle.
  • the magnetic flux elements are often carried out in several parts, wherein an air gap remains in the region between adjacent flow elements, which may affect the conduction of the magnetic field.
  • An electromagnetic machine has two relatively movable parts, one of which comprises a plurality of elements for conducting a magnetic field. Two of the elements are by one the direction of the magnetic field cutting air gap separated from each other. One of the elements has, in the region of the air gap, a groove running in the direction of the magnetic field.
  • the elements may be part of a stator of an electric motor and the stator may carry coil windings.
  • an area of the element is limited, in which due to magnetic edge fields in the region of the air gap eddy currents can be induced, so that the eddy currents are limited.
  • heating of the elements can be minimized and an efficiency of the electromagnetic machine can be maximized.
  • the element may comprise a number of stacked sheets and the groove may be incorporated in an outboard sheet of the stack. Eddy currents, which lead to eddy current losses, occur primarily in the area of the outermost metal sheets, so that an efficient minimization of the eddy current losses can be realized and at the same time a material loss by grooves can be avoided in a region between the uppermost and the lowermost metal sheet.
  • Each of the two elements may have a groove with the grooves aligned.
  • the grooves of the two elements may be offset from each other along the air gap. Accordingly, the two elements may have different numbers of grooves.
  • an adaptation of the grooves for example, to geometric conditions, in particular a width of the element, take place.
  • an adjustment of the grooves of both elements successive an efficient suppression of edge fields and thus of eddy currents can be achieved.
  • At least one of the elements may be circulated by a coil for generating the magnetic field.
  • the electromagnetic machine may comprise a stator or rotor comprising a plurality of elements for conducting a magnetic field, wherein the coils can each be wound on individual elements or already wound coils can be pushed onto the elements before the elements to the stator or rotor be joined together. Interspaces between the assembled elements used to hold the Coils are provided, can be used in this way very efficient. A packing density of coil turns of the coil in the gaps can thus be maximized, whereby a performance and an efficiency of the electromagnetic machine can be improved.
  • the machine may in particular be an electric motor or generator, the magnetic field extending in the air gap in the circumferential direction of the electric motor or generator.
  • the invention can be used on a known magnetic flux element having a plurality of I-shaped elements.
  • the magnetic field may extend in the air gap in the radial direction of the electric motor or generator.
  • the invention can also be at another known magnetic flux element with several T-shaped segments, which are enclosed by a ring, use.
  • the invention can be used on a linear motor with a multipart magnetic flux element.
  • FIG. 1 shows a brushless electric motor with a stator in a first
  • FIG. 3 shows an area I-shaped magnetic flux elements of the stator from FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a region of T-shaped magnetic flux elements of the stator of FIG. 2;
  • FIG. 5 shows the region from FIG. 3 with flow elements which are provided with grooves;
  • FIG. 6 shows the region from FIG. 4 with flow elements which are provided with grooves
  • FIG. 1 shows a brushless electric motor 100 having a stator 110 in a first embodiment and a rotor 120.
  • the stator 110 includes a plurality of substantially T-shaped magnetic flux elements 130 arranged in a circle so as to enclose the rotor 120.
  • Each of the magnetic flux elements 130 carries a coil 140.
  • three different types of coils 140 are shown, which are shown as a solid line, dashed line, and dotted line, respectively. Coils of one type are electrically connected together, so that in the present example results in a three-phase motor.
  • the rotor 120 includes at least one permanent magnet (not shown).
  • electrical alternating currents are applied to the coils 140.
  • variable magnetic fields are generated in the coils 140 which are conducted by means of the magnetic flux elements 130 and coupled to one another.
  • Magnetic north and south poles of the magnetic field produced by the alternating electric fields are therefore formed on the inward-facing portions of the T-shaped magnetic flux elements 130.
  • the magnetic north and south poles attractively and repulsively act on magnetic south and north poles of the permanent magnets of the rotor 120, so that the rotor 120 aligns in the generated magnetic field.
  • the magnetic field generated by the stator 1 10 moves about a rotation axis 105 of the electric motor 100 and the rotor 120 follows due to the magnetic coupling of this rotational movement.
  • a rotational speed of the rotor 120 can be achieved by appropriate control of the coils 140.
  • the electric motor 100 can be used to induce a current flow in the coils 140 from a rotational movement of the rotor 120 relative to the stator 110.
  • the electric motor 100 operates as a generator.
  • the terms of the rotor 120 and the stator 110 are interchangeable according to a viewer's perspective and are not limiting for the illustrated embodiment.
  • the magnetic flux elements 130 and the coils 140 may also be mounted on the rotor 120 of the electric motor 100.
  • the individual electromagnetic flux elements 130 are provided with coils 140 by individually wrapping each of the elements 130 with a coil 140, or by sliding a previously wound coil 140 onto the portion of the single magnetic flux element 130 facing the axis of rotation 105. Only after the magnetic flux elements 130 are provided with coils 140, the magnetic flux elements 130 are joined to the stator 110. Between adjacent magnetic flux elements 130 remain air gaps 150, which may affect transmission of the magnetic field between the adjacent magnetic flux elements 130. The air gaps 150 between the magnetic flux elements 130 extend radially to the axis of rotation 105 of the electric motor 100.
  • FIG. 2 shows a brushless electric motor 100 with a stator 110 in a second embodiment and the rotor 120 from FIG.
  • the magnetic flux elements 130 are connected to each other along the inner circumference of the stator 1 10. Externally, the magnetic flux elements 130 are enclosed by a ring element 210, for example by pressing the flux elements 130 into the ring element 210.
  • the air gaps 150 between the magnetic flux elements 130 and the ring element 210 extend in the circumferential direction about the axis of rotation 105 of the electric motor 100. Otherwise the above with respect to Figure 1 said.
  • FIG. 3 shows a region of magnetic flux elements 130 of the stator 110 of FIG. 1 arranged in an I-shaped manner. A left and a right magnetic flux element 130 respectively adjoin the air gap 150, which is shown enlarged for easier understanding.
  • Each of the magnetic flux elements 130 is formed by a stack of flow plates 220.
  • variable magnetic flux ⁇ is transmitted.
  • variable magnetic boundary fluxes ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ 3 are variable magnetic boundary fluxes ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ 3 .
  • the magnetic edge flux ⁇ ⁇ 3 extends substantially in an extension plane of the flow plates 220.
  • the entry and exit angles of the variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ 3 with respect to the flow plates 220 are 90 °.
  • An eddy current i fa caused by the variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ 3 is very small, since the geometrical
  • Area in which the eddy current i fa can be built, is limited by the thickness of one of the flow plates 220.
  • a flux plate 220 of an electric motor 100 may be 0.5 mm thick.
  • the eddy currents i fa are therefore small enough to be neglected in the present context.
  • the entry and exit angles of the variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ with respect to the flow plates 220 are 90 °.
  • the eddy currents i fe which are caused by the variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ , can reach a significant size due to the size of the region of the flow plates 220 in which they can deploy. This range is limited by the width of the flow sheets 220, which may be up to 20 times as large as the thickness of the flow sheets 220 in a small electric motor 100.
  • the eddy current i fe caused by the variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ may be large enough to cause heating of the flow plates 220 in the region of the air gap 150 and to increase the efficiency of the
  • Electric motor 100 to affect.
  • FIG. 4 shows a region of T-shaped magnetic flux elements 130 of the stator 110 of FIG. 2.
  • a lower magnetic flux element 130 transmits a variable magnetic flux ⁇ across the air gap 150 into an upper magnetic flux element 130 and in equal parts distributed to the right and left.
  • Both magnetic flux elements 130 are each designed as a stack of flow plates 220 as shown in FIG. Also in FIG. 4, variable magnetic boundary fluxes ⁇ ⁇ , and J> f c are formed in the area of the air gap 150.
  • the entry and exit angles of the variable magnetic land flux ⁇ ⁇ 3 with respect to the flow plates 220 is 90 °.
  • only small eddy currents i fa are caused by the variable magnetic edge flux E> fa , since due to the limited thickness of the flow plates 220, only little space is available for the unfolding.
  • variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ with respect to the flow plates 220 is 90 °.
  • Eddy currents i fe caused by the variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ have their space limited only by the width of the flow plates 220 for their deployment
  • FIG. 5 shows the region from FIG. 3 with magnetic flux elements 130, which are provided with grooves 510.
  • the grooves 510 extend in the direction of the magnetic field ⁇ and grooves 510 in the two magnetic flux elements 130 are aligned in pairs. Through the grooves 510, the flow plate 220 is divided in the region of the air gap 150 in the vertical direction into several sections.
  • Eddy currents i fe which are caused by the variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ , therefore have a significantly reduced space to unfold, so that the sum of all eddy currents i fe is significantly reduced.
  • a tendency of the magnetic flux elements 130 to heat up in the region of the air gap 150 also decreases and an efficiency of the electric motor 100 is increased.
  • the grooves 510 are incorporated only in the foremost illustrated flow plate 220.
  • Flow sheets 220 which are not outside, but between two flow plates 220, do not carry grooves 510, since a variable magnetic edge flux ⁇ ⁇ does not exist in these sheets.
  • grooves 510 in the rearmost illustrated flow plate 220 which act according to the illustrated grooves 510 in the foremost flow plate 220.
  • FIG. 6 shows the region from FIG. 4 with magnetic flux elements 130 which are provided with grooves 510.
  • the embodiment shown in FIG. 6 differs from the embodiment shown in FIG. 4 in that grooves 510 are introduced into the upper and lower magnetic flux elements 130. Two of the grooves in the upper magnetic flux element 130 are aligned in pairs with grooves 510 in the lower magnetic flux element 130. Two further grooves 510 in the upper magnetic flux element 130 are opposite an outer edge region of the lower magnetic flux element 130. Also in the illustration in FIG 510, a limitation of the space in the magnetic flux elements 130, in which eddy currents i Fe , which are caused by variable magnetic edge fluxes ⁇ ⁇ , unfold. As a result, the sum of the eddy currents i fe is smaller than the sum of the eddy currents i f e in FIG. 4. The grooves 510 each run only in the uppermost and not visible in the lowermost flow plate 220 of the upper or lower, as shown in FIG magnetic flux element 130.
  • FIG. 7 shows variants of adjoining flow plates of the magnetic flux elements 130 from FIGS. 5 and 6.
  • any desired number of grooves 510 can be introduced into the magnetic flux elements 130 or their outer flow plates 220.
  • the grooves 510 in the flux elements 130 adjoining the air gap 150 or outer flow plates 220 may be aligned with each other in pairs, as shown in FIGS. 7A and 7B, or offset from each other, as in FIGS. 7A and 7B, or offset from each other, as in FIGS.
  • FIG. 7E shows a variant of the invention in which grooves 510 shown by solid lines are introduced into the upper of two flow plates 220 stacked.
  • the grooves 510 face each other with respect to the air gap 150, as shown in Figure 7 A.
  • Nuts 510 shown by dashed lines are introduced into a lower flow plate 220 located below the upper flow plate 220, the grooves 510 being arranged as shown in FIG. 7B.
  • the grooves may also be introduced in other relative positions, for example as shown in FIGS. 7C and 7D.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Eine elektromagnetische Maschine weist zwei relativ zueinander bewegliche Teile auf, von denen eines mehrere Elemente zur Leitung eines Magnetfeldes umfasst, wobei zwei der Elemente durch einen die Richtung des Magnetfeldes schneidenden Luftspalt voneinander getrennt sind. Eines der zwei Elemente weist im Bereich des Luftspalts eine in Richtung des Magnetfeldes verlaufende Nut auf.

Description

Beschreibung
Titel
Maschine mit mehrteiligem Spulenelement Stand der Technik
Maschinen, die elektrische Energie in mechanische umwandeln oder umgekehrt, umfassen üblicherweise zwei relativ zueinander bewegliche Teile, zwischen denen ein Magnetfeld wirkt. Wenigstens eines der Teile umfasst Spulenwicklungen zum Umwandeln des elektrischen Stroms in ein Magnetfeld oder umgekehrt. Insbesondere im Bereich solcher Spulenwicklungen werden magnetische Flusselemente eingesetzt, um das Magnetfeld zu leiten und zu bündeln.
Aus fertigungstechnischen Gründen werden die magnetischen Flusselemente häufig mehrteilig ausgeführt, wobei im Bereich zwischen benachbarten Flusselementen ein Luftspalt verbleibt, der das Leiten des Magnetfeldes beeinträchtigen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektromagnetische Maschine anzugeben, bei der eine verbesserte Übertragung eines Magnetfeldes zwischen benachbarten
Elementen eines magnetischen Flusselements bereitgestellt ist.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung löst dieses Problem durch eine elektromagnetische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wider.
Eine elektromagnetische Maschine weist zwei relativ zueinander bewegliche Tei- le auf, von denen eines mehrere Elemente zur Leitung eines Magnetfeldes umfasst. Zwei der Elemente sind durch einen die Richtung des Magnetfeldes schneidenden Luftspalt voneinander getrennt. Eines der Elemente weist im Bereich des Luftspalts eine in Richtung des Magnetfeldes verlaufende Nut auf. Die Elemente können Teil eines Stators eines Elektromotors sein und der Stator kann Spulenwicklungen tragen.
Durch die Nut wird eine Fläche des Elements begrenzt, in der aufgrund von magnetischen Randfeldern im Bereich des Luftspalts Wirbelströme induziert werden können, so dass auch die Wirbelströme begrenzt sind. Dadurch kann eine Aufheizung der Elemente minimiert und ein Wirkungsgrad der elektromagneti- sehen Maschine maximiert sein.
Das Element kann eine Anzahl aufeinander gestapelter Bleche umfassen und die Nut kann in ein außen liegendes Blech des Stapels eingebracht sein. Wirbelströme, die zu Wirbelstromverlusten führen, treten vorrangig im Bereich der äu- ßersten Bleche auf, so dass eine effiziente Minimierung der Wirbelstromverluste realisiert und gleichzeitig in einem Bereich zwischen dem obersten und dem untersten Blech ein Materialverlust durch Nuten vermieden sein kann.
Jedes der zwei Elemente kann eine Nut aufweisen, wobei die Nuten miteinander fluchten. In einer anderen Ausführungsform können die Nuten der zwei Elemente entlang des Luftspalts gegeneinander versetzt sein. Dementsprechend können die beiden Elemente unterschiedliche Anzahlen Nuten aufweisen.
Mittels dieser Variationsmöglichkeiten kann eine Anpassung der Nuten bei- spielsweise an geometrische Bedingungen, insbesondere eine Breite des Elements, erfolgen. Darüber hinaus kann durch eine Abstimmung der Nuten beider Elemente aufeinander eine effiziente Unterdrückung von Randfeldern und damit von Wirbelströmen erzielt sein. Wenigstens eines der Elemente kann von einer Spulen zur Erzeugung des Magnetfeldes umlaufen sein. Die elektromagnetische Maschine kann einen Stator oder Rotor umfassen, der mehrere Elemente zur Leitung eines Magnetfeldes um- fasst, wobei die Spulen jeweils auf einzelne Elemente gewickelt werden können oder bereits gewickelte Spulen auf die Elemente aufgeschoben werden können, bevor die Elemente zum Stator bzw. Rotor zusammengefügt werden. Zwischenräume zwischen den zusammengebauten Elementen, die zur Aufnahme der Spulen vorgesehen sind, lassen sich auf diese Weise besonders effizient ausnutzen. Eine Packungsdichte von Spulenwindungen der Spule in den Zwischenräumen kann so maximiert sein, wodurch eine Leistungsfähigkeit und ein Wirkungsgrad der elektromagnetischen Maschine verbessert sein können.
Die Maschine kann insbesondere ein Elektromotor oder Generator sein, wobei sich das Magnetfeld im Luftspalt in Umfangsrichtung des Elektromotors bzw. Generators erstreckt. Dadurch lässt sich die Erfindung an einem an sich bekannten magnetischen Flusselement mit mehreren I-förmigen Elementen einsetzen.
Alternativ dazu kann sich das Magnetfeld im Luftspalt in radialer Richtung des Elektromotors oder Generators erstrecken. Damit lässt sich die Erfindung auch an einem anderen an sich bekannten magnetischen Flusselement mit mehreren T-förmigen Segmenten, die von einem Ring umschlossen sind, einsetzen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung an einem Linearmotor mit einem mehrteiligen magnetischen Flusselement verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, in denen
Figur 1 einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Stator in einer ersten
Ausführungsform;
Figur 2 einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Stator in einer zweiten
Ausführungsform;
Figur 3 einen Bereich I-förmig angeordneter magnetischer Flusselemente des Stators aus Figur 1 ;
Figur 4 einen Bereich T-förmig angeordneter magnetischer Flusselemente des Stators aus Figur 2; Figur 5 den Bereich aus Figur 3 mit Flusselementen, die mit Nuten versehen sind;
Figur 6 den Bereich aus Figur 4 mit Flusselementen, die mit Nuten versehen sind; und
Figur 7 A-E Varianten aneinander angrenzender Flussbleche der magnetischen
Flusselemente aus Figuren 5 und 6 zeigen.
Genaue Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt einen bürstenlosen Elektromotor 100 mit einem Stator 1 10 in einer ersten Ausführungsform und einem Rotor 120. Der Stator 1 10 umfasst mehrere im Wesentlichen T-förmige magnetische Flusselemente 130, die derart kreisförmig angeordnet sind, dass sie den Rotor 120 umschließen. Jedes der magnetischen Flusselemente 130 trägt eine Spule 140. In der dargestellten, beispielhaften Ausführungsform werden drei unterschiedliche Typen von Spulen 140 verwendet, die als durchgezogene Linie, gestrichelte Linie bzw. gepunktete Linie dargestellt sind. Spulen eines Typs sind elektrisch miteinander verbunden, so dass sich im vorliegenden Beispiel ein Drei-Phasen-Motor ergibt.
Der Rotor 120 umfasst wenigstens einen Permanentmagneten (nicht eingezeichnet). Um den Rotor 120 gegenüber dem Stator 1 10 in Drehung zu versetzen, werden an die Spulen 140 elektrische Wechselströme angelegt. Durch die elektrischen Wechselströme werden in den Spulen 140 veränderliche Magnetfelder erzeugt, die mittels der magnetischen Flusselemente 130 geleitet und miteinander gekoppelt werden. Magnetische Nord- und Südpole des durch die elektrischen Wechselfelder hervorgerufenen Magnetfeldes bilden sich daher an den nach innen weisenden Abschnitten der T-förmigen magnetischen Flusselemente 130. Die erzeugten magnetischen Nord- und Südpole wirken anziehend bzw. abstoßend auf magnetische Süd- bzw. Nordpole der Permanentmagnete des Rotors 120, so dass sich der Rotor 120 in dem erzeugten Magnetfeld ausrichtet. Durch die wechselnde elektrische Ansteuerung der Spulen 140 wandert das vom Stator 1 10 erzeugte Magnetfeld um eine Drehachse 105 des Elektromotors 100 und der Rotor 120 folgt aufgrund der magnetischen Koppelung dieser Drehbewegung. Eine Drehgeschwindigkeit des Rotors 120 kann durch entsprechende Ansteuerung der Spulen 140 erzielt werden.
In analoger Weise kann der Elektromotor 100 dazu verwendet werden, aus einer Drehbewegung des Rotors 120 gegenüber dem Stator 1 10 einen Stromfluss in den Spulen 140 zu induzieren. In diesem Fall arbeitet der Elektromotor 100 als Generator. Die Bezeichnungen des Rotors 120 und des Stators 1 10 sind entsprechend einer Perspektive eines Betrachters austauschbar und stehen nicht einschränkend für die dargestellte Ausführungsform. In einer anderen Ausführungsform können die magnetischen Flusselemente 130 und die Spulen 140 auch auf dem Rotor 120 des Elektromotors 100 angebracht sein.
Die einzelnen elektromagnetischen Flusselemente 130 werden mit Spulen 140 versehen, indem jedes der Elemente 130 einzeln mit einer Spule 140 umwickelt wird oder indem eine zuvor gewickelte Spule 140 auf den zur Drehachse 105 weisenden Abschnitt des einzelnen magnetischen Flusselements 130 aufgeschoben wird. Erst nachdem die magnetischen Flusselemente 130 mit Spulen 140 versehen sind, werden die magnetischen Flusselemente 130 zum Stator 1 10 zusammengefügt. Zwischen benachbarten magnetischen Flusselementen 130 verbleiben Luftspalte 150, die eine Übertragung des Magnetfeldes zwischen den benachbarten magnetischen Flusselementen 130 beeinträchtigen können. Die Luftspalte 150 zwischen den magnetischen Flusselementen 130 verlaufen radial zur Drehachse 105 des Elektromotors 100.
Figur 2 zeigt einen bürstenlosen Elektromotor 100 mit einem Stator 1 10 in einer zweiten Ausführungsform und dem Rotor 120 aus Figur 1 . Die magnetischen Flusselemente 130 sind entlang des inneren Umfangs des Stators 1 10 miteinander verbunden. Außen sind die magnetischen Flusselemente 130 von einem Ringelement 210 umschlossen, beispielsweise durch Einpressen der Flusselemente 130 in das Ringelement 210. Die Luftspalte 150 zwischen den magnetischen Flusselementen 130 und dem Ringelement 210 verlaufen in Umfangsrich- tung um die Drehachse 105 des Elektromotors 100. Ansonsten gilt das oben bzgl. Figur 1 gesagte. Figur 3 zeigt einen Bereich I-förmig angeordneter magnetischer Flusselemente 130 des Stators 1 10 aus Figur 1. Ein linkes und ein rechtes magnetisches Flusselement 130 grenzen jeweils an den Luftspalt 150, der zum leichterem Verständ- nis vergrößert dargestellt ist. Jedes der magnetischen Flusselemente 130 ist durch einen Stapel Flussbleche 220 gebildet.
Zwischen den magnetischen Flusselementen 130 wird ein veränderlicher magnetischer Fluss Φ übertragen. In einem Randbereich der magnetischen Flussele- mente 130 zu beiden Seiten des Luftspalts 150 bestehen veränderliche magnetische Randflüsse Φ ίβ und Φ ί3. Der magnetische Randfluss Φ ί3 verläuft im Wesentlichen in einer Erstreckungsebene der Flussbleche 220. Die Eintritts- und Austrittswinkel des veränderlichen magnetischen Randflusses Φ ί3 bezüglich der Flussbleche 220 betragen 90°. Ein durch den veränderlichen magnetischen Randfluss Φ ί3 hervorgerufener Wirbelstrom ifa ist sehr klein, da der geometrische
Bereich, in dem der Wirbelstrom ifa aufgebaut werden kann, durch die Dicke eines der Flussbleche 220 beschränkt ist. Ein Flussblech 220 eines Elektromotors 100 kann beispielsweise 0,5 mm dick sein. Die Wirbelströme ifa sind daher klein genug, um im vorliegenden Zusammenhang vernachlässigt zu werden.
Auch die Eintritts- und Austrittswinkel des veränderlichen magnetischen Randflusses Φ ίβ bezüglich der Flussbleche 220 betragen 90°. Die Wirbelströme ife, die durch den veränderlichen magnetischen Randfluss Φ ίβ hervorgerufen werden, können aufgrund der Größe des Bereichs der Flussbleche 220, in dem sie sich entfalten können, eine signifikante Größe erreichen. Dieser Bereich ist beschränkt durch die Breite der Flussbleche 220, die bei einem kleinen Elektromotor 100 bis zu 20 mal so groß sein kann wie die Dicke der Flussbleche 220.
Dementsprechend kann der durch den veränderlichen magnetischen Randfluss Φ ίβ hervorgerufene Wirbelstrom ife groß genug sein, um eine Erhitzung der Flussbleche 220 im Bereich des Luftspalts 150 zu bewirken und die Effizienz des
Elektromotors 100 zu beeinträchtigen.
Figur 4 zeigt einen Bereich T-förmig angeordneter magnetischer Flusselemente 130 des Stators 1 10 aus Figur 2. Von einem unteren magnetischen Flusselement 130 wird ein veränderlicher magnetischer Fluss Φ über den Luftspalt 150 hinweg in ein oberes magnetisches Flusselement 130 übertragen und zu gleichen Teilen nach rechts und links verteilt. Beide magnetische Flusselemente 130 sind wie in Figur 3 jeweils als Stapel von Flussblechen 220 ausgeführt. Auch in Figur 4 bilden sich im Bereich des Luftspalts 150 veränderliche magnetische Randflüsse Φ Λ, und J> fc.
Die Ein- und Austrittswinkel des veränderlichen magnetischen Landflusses Φ ί3 bezüglich der Flussbleche 220 beträgt 90°. Wie oben mit Bezug auf Figur 3 erläutert ist, werden durch den veränderlichen magnetischen Randfluss E> fa nur geringe Wirbelströme ifa hervorgerufen, da diesen aufgrund der begrenzten Dicke der Flussbleche 220 nur wenig Platz zur Entfaltung zur Verfügung steht.
Auch die Eintritts- und Austrittswinkel des veränderlichen magnetischen Randflusses Φ ίβ bezüglich der Flussbleche 220 beträgt 90°. Durch den veränderlichen magnetischen Randfluss Φ ίβ hervorgerufene Wirbelströme ife haben einen nur durch die Bereite der Flussbleche 220 begrenzten Raum zu ihrer Entfaltung zur
Verfügung, und können signifikante Werte erreichen. Die Wirbelströme ife können zu einer Aufheizung der magnetischen Flusselemente 130 im Bereich des Luftspalts 150 führen und eine Effizienz des Elektromotors 100 reduzieren. Figur 5 zeigt den Bereich aus Figur 3 mit magnetischen Flusselementen 130, die mit Nuten 510 versehen sind. Die Nuten 510 verlaufen in Richtung des magnetischen Feldes Φ und Nuten 510 in den beiden magnetischen Flusselementen 130 fluchten paarweise. Durch die Nuten 510 ist das Flussblech 220 im Bereich des Luftspalts 150 in vertikaler Richtung in mehrere Abschnitte unterteilt. Wirbelströme ife, die durch den veränderlichen magnetischen Randfluss Φ ίβ hervorgerufen werden, haben daher einen signifikant verkleinerten Raum, um sich zu entfalten, so dass die Summe aller Wirbelströme ife signifikant verkleinert ist. In der Folge sinkt auch eine Ten- denz der magnetischen Flusselemente 130, sich im Bereich des Luftspalts 150 aufzuheizen und eine Effizienz des Elektromotors 100 ist gesteigert.
Die Nuten 510 sind lediglich in das vorderste dargestellte Flussblech 220 eingebracht. Flussbleche 220, die nicht außen, sondern zwischen zwei Flussblechen 220 liegen, tragen keine Nuten 510, da ein veränderlicher magnetischer Randfluss Φ ίβ in diesen Blechen nicht existiert. Nicht in Figur 5 dargestellt sind Nuten 510 im hintersten dargestellten Flussblech 220, die entsprechend der dargestellten Nuten 510 im vordersten Flussblech 220 wirken.
Figur 6 zeigt den Bereich aus Figur 4 mit magnetischen Flusselementen 130, die mit Nuten 510 versehen sind. In entsprechender Weise wie oben mit Bezug auf
Figur 5 ausgeführt ist, unterscheidet sich die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform von der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass Nuten 510 in das obere und das untere magnetische Flusselement 130 eingebracht sind. Zwei der Nuten im oberen magnetischen Flusselement 130 fluchten paarweise mit Nuten 510 im unteren magnetischen Flusselement 130. Zwei weitere Nuten 510 im oberen magnetischen Flusselement 130 befinden sich gegenüber eines äußeren Randbereichs des unteren magnetischen Flusselements 130. Auch in der Darstellung in Figur 6 bewirken die Nuten 510 eine Begrenzung des Raums in den magnetischen Flusselementen 130, in dem sich Wirbelströme ife, die durch veränderliche magnetische Randflüsse Φ ίβ hervorgerufen sind, entfalten können. In der Folge ist die Summe der Wirbelströme ife kleiner als die Summe der Wirbelströme ife in Figur 4. Die Nuten 510 verlaufen wie in der Darstellung in Figur 5 jeweils nur im obersten und nicht sichtbar im untersten Flussblech 220 des oberen bzw. unteren magnetischen Flusselements 130.
Figur 7 zeigt Varianten aneinander angrenzender Flussbleche der magnetischen Flusselemente 130 aus den Figuren 5 und 6. Wie in Figuren 7 A bis 7 D gezeigt ist, können beliebige Anzahlen von Nuten 510 in die magnetischen Flusselemente 130 bzw. deren außen liegende Flussbleche 220 eingebracht werden. Die Nuten 510 in den an den Luftspalt 150 grenzenden Flusselementen 130 bzw. außen liegenden Flussblechen 220 können paarweise miteinander fluchten, wie in den Figuren 7 A und 7 B dargestellt ist, oder gegeneinander versetzt sein, wie in den
Figuren 7 C und 7 D dargestellt ist. Die Zahlen der Nuten 510 in den beiden magnetischen Flusselementen 130 bzw. Flussblechen 220 können gleich sein, wie in den Figuren 7 A und 7 B dargestellt, oder nicht, wie in den Figuren 7 C und 7 D dargestellt ist. Figur 7 E zeigt eine Variante der Erfindung, bei der mit durchgezogenen Linien dargestellte Nuten 510 in das obere von zwei gestapelten Flussblechen 220 eingebracht sind. Die Nuten 510 stehen einander bezüglich des Luftspalts 150 gegenüber, wie in Figur 7 A dargestellt ist. Mit gestrichelten Linien dargestellte Nu- ten 510 sind in ein unter dem oberen Flussblech 220 liegendes unteres Flussblech 220 eingebracht, wobei die Nuten 510 angeordnet sind wie in Figur 7 B dargestellt ist. In weiteren Ausführungsformen können die Nuten auch in anderen relativen Positionen eingebracht sein, beispielsweise wie in Figuren 7 C und 7 D dargestellt ist.

Claims

Ansprüche
1 . Elektromagnetische Maschine (100) mit zwei relativ zueinander beweglichen Teilen (1 10, 120), von denen eines (1 10) mehrere Elemente (130) zur Leitung eines Magnetfeldes (Φ ) umfasst, wobei zwei der Elemente (130) durch einen die Richtung des Magnetfeldes (Φ ) schneidenden Luftspalt (150) voneinander getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass eines der zwei Elemente (130) im Bereich des Luftspalts (150) eine in Richtung des Magnetfeldes (Φ ) verlaufende Nut (510) aufweist.
2. Maschine (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Element (130) eine Anzahl aufeinander gestapelter Bleche (220) umfasst und die Nut (510) in ein außen liegendes Blech (220) des Stapels eingebracht ist.
3. Maschine (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der zwei Elemente (130) eine Nut (510) aufweist, wobei die Nuten (510) miteinander fluchten.
4. Maschine (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Elemente (130) jeweils eine Nut (510) aufweisen, die entlang des Luftspalts (150) gegeneinander versetzt sind.
5. Maschine (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einander bezüglich des Luftspalts (150) gegenüber liegende Bleche (220) der zwei E- lemente (130) unterschiedliche Anzahlen Nuten (510) aufweisen.
6. Maschine (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Bleche (220) eines der Elemente (130) jeweils eine Nut (510) aufweisen, wobei die Nuten (510) des Elements (130) gegeneinander versetzt sind.
7. Maschine (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Elemente (130) von einer Spule (140) zur Erzeugung des Magnetfeldes (Φ ) umlaufen ist.
8. Maschine (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Maschine (100) ein Elektromotor oder Generator ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Magnetfeld (Φ ) im Luftspalt (150) in radialer Richtung des E- lektromotors oder Generators erstreckt.
9. Maschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Antrieb ein E- lektromotor oder Generator ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Magnetfeld (Φ ) im Luftspalt (150) in Umfangsrichtung des Elektromotors oder Generators erstreckt.
10. Maschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Maschine (100) ein Linearmotor ist.
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