EP2792054A1 - Electric motor - Google Patents

Electric motor

Info

Publication number
EP2792054A1
EP2792054A1 EP12707269.2A EP12707269A EP2792054A1 EP 2792054 A1 EP2792054 A1 EP 2792054A1 EP 12707269 A EP12707269 A EP 12707269A EP 2792054 A1 EP2792054 A1 EP 2792054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
coils
permanent magnets
electrical machine
radial direction
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Withdrawn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
EP12707269.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Hoffmann
Gerhard Huth
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2792054A1 publication Critical patent/EP2792054A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/04Machines with one rotor and two stators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/04Details of the magnetic circuit characterised by the material used for insulating the magnetic circuit or parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/47Air-gap windings, i.e. iron-free windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to an electric machine having a rotor which has a plurality of permanent magnets which are arranged along a circumferential direction and a stator arrangement having a winding arrangement which surrounds the permanent magnets at least in regions.
  • Electric machines in the form of small drives which have a low energy consumption, are becoming increasingly important.
  • small drives for example, small pump and fan drives in Au ⁇ tomatmaschinestechnikn.
  • small drives are preferably used in medical technology.
  • the pro ⁇ project planning of small drives is usually for the maximum occurring drive parameters.
  • these small drives are operated in the so-called part-load range.
  • the drive function is integrated directly into the process in the sense of a mechatronic system.
  • the elekt ⁇ innovative machine is in this case an integrated installation component.
  • Small drives be designed to be variable in speed.
  • the drive can for example be formed Converter-fed and have a voltage intermediate circuit with a pulse inverter on ⁇ .
  • a DC voltage source for example a battery.
  • electrical machines are desirable, which can be ⁇ provide a high torque and at the same time have a low Ge ⁇ weight, high energy efficiency, low heating and high smoothness.
  • today usually permanent-magnet AC servomotors are used in conjunction with a pulse converter.
  • the stators are usually designed with a wound laminated core, so that with increasing speed Magneti ⁇ s istszele or iron losses increase dominant. Be ⁇ Sonder at partial load lead the virtually load-independent iron losses to a significant deterioration in energy efficiency.
  • the active parts of such electrical machines usually comprise components made of iron, which represent an undesirable weight component and which can lead to cogging torques.
  • the rotor has a plurality of Permanentmag ⁇ Neten, which are arranged in the circumferential direction.
  • the stator has a winding arrangement which surrounds the permanent magnets at least in regions.
  • the stator has, for example, U-shaped bent coils.
  • a production of these coils is very expensive, especially for small rotor diameters.
  • the electric machine comprises a Ro ⁇ gate having a plurality of permanent magnets disposed along a circumferential direction, a statora ⁇ UTHORISATION with a coil arrangement which surrounds the permanent magnet at least partially, wherein the Statoranord ⁇ voltage a first stator having a plurality of windings and wherein the stator arrangement comprises a second stator, the windings of the first and the second stator are each formed as frame-shaped coils, the coils of the first stator are arranged in the radial direction outside the permanent magnets, the coils of the second stator in the radial direction are arranged inside the permanent ⁇ magnets, the coils are arranged along its winding axis in the radial direction and the Permanentmag ⁇ Neten along their magnetization direction are arranged in the radial direction.
  • the electric machine includes a rotor in which the permanent magnets are arranged side by side along the circumferential direction of the electric machine.
  • the rotor can be coupled to a corresponding shaft, at which the torque of the electric machine can be tapped.
  • the electric machine comprises a first, outer stator and a second, inner stator.
  • the first and the second stator comprise respective windings in the form of coils, which are each arranged adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the permanent magne ⁇ th in the rotor from two sides are surrounded by coils.
  • a high magnetic force can be provided.
  • the electric machine can also be designed such that it has only one outer stator or an inner stator. having stator with the associated coils.
  • the electric machine can in addition to the Spu ⁇ len of the first and second stator coils further alswei ⁇ sen that the permanent magnet at least partially converted ⁇ ben.
  • the coils of the first and second stator essentially have a frame-shaped form.
  • the coils have passage openings along which the coils are arranged in the radial direction of the electric machine.
  • These coils can ge ⁇ be fabricated and arranged in the electrical machine as a separate component easy.
  • This type of coils is particularly suitable for the use of electrical machines with a small diameter or small electric drives.
  • the electric machine needs no grooves and no iron yoke.
  • no frequency-dependent magnetization losses occur.
  • no cogging torques occur due to the fluctuation of the magnetic conductivity of the stator.
  • the permanent magnets are arranged such that the magnetization directions of juxtaposed permanent magnets are directed in the opposite direction in the radial direction.
  • the magnetization direction of the respective permanent magnets extends from their south pole to their north pole.
  • the coils have a greater spatial extent in a direction perpendicular to the winding axis than in the direction of the winding axis.
  • the coils are designed in particular as flat coils.
  • the coils have in the direction perpendicular to the winding axis the greatest possible spatial Aus ⁇ expansion.
  • an increased force ⁇ effect can be generated on the permanent magnet by the coils.
  • the coils should be designed such that the ratio of the electrical power introduced into the winding to the mechanical power generated by the electrical machine is reduced.
  • the higher electromagnetic utilization can produce higher force and torque at a constant current density. In this way, a high torque can be provided with the electrical machine.
  • the coils in the first and / or in the second stator have a curvature along the circumferential direction of the electric machine.
  • the coils of the second stator can have a greater curvature in the circumferential direction than the coils of the first stator. Due to the curvature of the coils in the circumferential direction, the electric field of the coils and the magnetic field, which is generated by the permanent magnets of the rotor, perpendicular zueinan ⁇ arranged. Thus, a very high force component in the circumferential direction can be generated, whereby a high torque can be generated with the electric machine.
  • a number of turns and / or a cross-sectional area of a wire of the turns of the coils in the first stator differ from a number of turns and / or a cross-sectional area of a wire of the turns of the coils in the second stator.
  • the electric field generated by the coils can be easily adjusted.
  • the number of turns and / or the wire cross-section of the coils in the first and second stator can be adapted to the electrical current applied to the coil.
  • the permanent magnets are substantially in the form of a hollow cylinder segment.
  • the electric ⁇ cal machine is designed as a linear motor, cuboid permanent magnets can be used. Permanent magnets, which have such a geometry that can be produced simply and kos ⁇ -effectively. Also, the permanent magnets ⁇ may have a cylindrical shape. In addition, it is conceivable that the permanent magnets have a curvature in the circumferential direction. This allows a simple and cost- effective production of the electrical machine.
  • the number of coils in the first and second stator is a multiple of three.
  • a coil of the first stator and a coil of the second stator which are arranged in alignment with one another in the radial direction of the electric machine, are electrically connected in series.
  • a coil of the first stator may be electrically connected in parallel with a coil of the second stator, so that identical induced voltages result in the first and in the second stator.
  • the direction of the electric current which is directed in a coil of the first stator and in a coil of the second stator, which are assigned to the same winding segment, directed in opposite directions.
  • the coils can be easily operated with a three-phase power supply.
  • the first and / or the second stator has a carrier structure with a plurality of carrier elements, which are designed to wind up the coils.
  • the support elements is a kind of winding aid felicitge ⁇ provides.
  • the support structure and the support members of an electrically insulating material, in particular egg ⁇ NEN material which has a relative permeability of one on ⁇ are made. Due to the electrically insulating material, around which the coils or the windings are arranged, no eddy current losses are caused. Thus, a particular ⁇ DERS energy-efficient operation of the electrical machine can be made possible.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an arrangement of permanent magnets of a rotor and of coils of a first stator of an electrical machine
  • FIG 6 is a side view of the second stator and the Ro ⁇ tors of the electrical machine
  • the permanent magnets 16 have a cuboid shape.
  • the permanent magnets 16 are arranged side by side along the circumferential direction 22.
  • the permanent magnets 16 are arranged along their magnetization direction 40, which extends from the south pole S to the north pole N, along the radial direction 24.
  • the permanent magnets 16 are arranged such that the magnetization directions are directed oppositely 40 ne ⁇ by side arranged permanent magnets 16th
  • the coils 20 of the first stator have a substantially frame-like shape.
  • the coils 20 are arranged in Radia ⁇ ler direction 24 outboard of the permanent magnet 16.
  • the coils 20 are arranged such that their winding axes 26 are arranged in the radial direction 24 of the electric machine.
  • FIG. 2 shows the arrangement of permanent magnets 16 and coils 20 in a development.
  • the electric machine is so formed from ⁇ that the number N * of the coil 20 is a multiple of the number three.
  • the coils 20 can be connected to a dreipha ⁇ sigen power supply.
  • an electric machine with the base pole number 2p is formed. The following rules apply:
  • the number of frame coils N * must be divisible by three:
  • n For the quotient of the constant p / n, it must hold that p / n is an integer, in which case it must hold that n ⁇ 3, 6, 9 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ »If z is an even number, then every winding phase exists from 2p / n coil groups each with z / 2 frame coils.
  • FIG. 1 and 2 respectively the arrangement of the permanent magnets 16 and the coils 20 is shown by an electric machine having a first, outer stator.
  • the electric machine preferably also comprises a second, internal stator, in which the coils are arranged in the radial direction 24 on the inside of the permanent magnet 16.
  • the electric machine 10 comprises a rotor 12, which is mechanically connected to a shaft 30. Moreover, the rotor 12 includes a plurality of permanent magnets 16 disposed on a radial disk and an axial hollow cylinder. Furthermore, the electric machine 10 comprises a first
  • Stator 14 having a plurality of coils 20.
  • the electric machine comprises a second stator 18 having a plurality of coils 28.
  • the coils 20 of the first stator 14 and the coils 28 of the second stator have a curvature in the circumferential direction 22 of the electric machine 10 on.
  • the permanent magnets may have a curvature along the circumferential direction 22.
  • 4 shows the electrical machine 10 according to FIG 3 in a plan view. In this case, the rotor 12 of the electric machine can be seen, which has ten permanent magnets 16.
  • the first stator 14, which has six coils 20, is shown.
  • the coils 20 of the first stator 14 are arranged in the radial direction 24 of the electric machine 10 outside of the permanent magnets 16 of the rotor 12.
  • the second stator 18 comprises six coils 28.
  • the coils 28 of the second stator 18 are arranged in the radial direction 24 inside the rotor 12.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the electric machine 10 from the underside.
  • the coils 20 of the first stator 14 can be seen.
  • 6 shows a partial view of the electric machine 10 without the first stator 14.
  • the rotor 12 of the electric machine 10 with the permanent magnet 16 can be seen.
  • the coils 28 of the second stator 14 are shown.
  • the coils 20, 28 each have a frame-shaped in Wesent ⁇ union structure.
  • the coils 20, 28 are made by a wound wire and thus form a corresponding air-core coil.
  • the coils have a smaller spatial extent along the winding axis 26 than in a direction 32 which runs perpendicular to the winding axis 26.
  • the coils 20, 28 have a flat design.
  • the coils 20 are intended to 28 be formed so that the ratio of the electric power, which is introduced in the winding, is reduced to the mecha ⁇ African performance.
  • the coils 20, 28 are curved along the circumferential direction of the electric machine 10. As shown in FIG. 7, the number of turns of the coils 20, 28 may differ.
  • the coils 28 of the second stator 18 have a smaller number of windings on in this case, as the coils 20 of the first stator 14. In this case, the cross-section ⁇ surface of the wires of the coils 20 of the first stator 14 as compared to the cross-sectional area of the wires of the coils 28 be formed differently in the second stator 18.
  • the support structure 34 has a plurality of support elements 36.
  • the carrier elements 36 are formed by a projection in the radial direction, which has a two-sided recess 38. In this recess 38, the wire can be introduced and thus the respective coils 28 are wound.
  • the carrier structure 34 and the carrier elements 36 are preferably formed from an electrically insulating material, which in particular has a relative permeability of one.

Abstract

The invention relates to an electric motor (10) comprising a rotor (12) which has a plurality of permanent magnets (16) arranged along a circumferential direction (22), a stator arrangement with a winding arrangement which surrounds, at least in parts, the permanent magnets (16). Said stator arrangement comprises a first stator (14) having a plurality of windings and the stator arrangement comprises a second stator (18), the windings of the first and second stators (14, 18) being embodied, respectively as frame-shaped coils (20, 28), said coils (20) of the first stator (14) being arranged in the radial direction (24) on the outside of the permanent magnets (16), the coils (28) of the second stator (18) being arranged in the radial direction (24) inside the permanent magnets (16), and the coils (20, 28) are arranged along the winding axis thereof (26) in the radial direction (24) and the permanent magnets (16) are arranged along the magnetization direction thereof (40) in the radial direction (24).

Description

Beschreibung description
Elektrische Maschine Electric machine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor, der eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweist, die entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind und einer Statoranordnung mit einer Wicklungsanordnung, die die Permanentmagneten zumindest bereichsweise umgibt. The present invention relates to an electric machine having a rotor which has a plurality of permanent magnets which are arranged along a circumferential direction and a stator arrangement having a winding arrangement which surrounds the permanent magnets at least in regions.
Elektrische Maschinen in Form von Kleinantrieben, die einen geringen Energieverbrauch aufweisen, gewinnen immer mehr an Bedeutung. Ein Anwendungsbereich für solche Kleinantriebe sind beispielsweise kleine Pumpen- und Lüfterantriebe in Au¬ tomatisierungsgeräten. Des Weiteren werden solche Kleinantriebe bevorzugt in der Medizintechnik eingesetzt. Die Pro¬ jektierung von Kleinantrieben erfolgt in der Regel für die maximal auftretenden Antriebsparameter. Üblicherweise werden diese Kleinantriebe jedoch im so genannten Teillastbereich betrieben. Für die oben genannten Applikationen dieser Kleinantriebe wird die Antriebsfunktion im Sinnen eines mechatro- nischen Systems direkt in den Prozess integriert. Die elekt¬ rische Maschine wird in diesem Fall zu einer integrierten Einbaukomponente . Electric machines in the form of small drives, which have a low energy consumption, are becoming increasingly important. One application for such small drives, for example, small pump and fan drives in Au ¬ tomatisierungsgeräten. Furthermore, such small drives are preferably used in medical technology. The pro ¬ project planning of small drives is usually for the maximum occurring drive parameters. Usually, however, these small drives are operated in the so-called part-load range. For the applications of these small drives mentioned above, the drive function is integrated directly into the process in the sense of a mechatronic system. The elekt ¬ innovative machine is in this case an integrated installation component.
Neben diesen konstruktiven Randbedingungen sollen diese In addition to these structural constraints, these
Kleinantriebe drehzahlveränderbar ausgebildet sein. So kann beispielsweise der Antrieb umrichtergespeist ausgebildet sein und einen Spannungszwischenkreis mit einem Pulsumrichter auf¬ weisen. Bei transportablen Geräten besteht zudem die Möglichkeit, den Spannungszwischenkreis durch eine Gleichspannungs¬ quelle, beispielsweise eine Batterie, zu ersetzen. Besonders für die Anwendungen in der Medizintechnik sind üblicherweise elektrische Maschinen erwünscht, die ein hohes Drehmoment be¬ reitstellen können und dabei gleichzeitig ein geringes Ge¬ wicht, eine hohe Energieeffizienz, eine geringe Erwärmung und eine hohe Laufruhe aufweisen. Um dies zu erreichen, werden heute üblicherweise permanenterregte Wechselspannungs-Servomotoren in Verbindung mit einem Pulsumrichter verwendet. Bei diesen elektrischen Maschinen sind die Statoren üblicherweise mit einem bewickelten Blechpaket ausgeführt, sodass mit steigender Drehzahl die Magneti¬ sierungsverluste bzw. Eisenverluste dominant ansteigen. Be¬ sonders im Teillastbetrieb führen die praktisch lastunabhängigen Eisenverluste zu einer deutlichen Verschlechterung der Energieeffizienz. Zudem umfassen die Aktivteile solcher elektrischen Maschinen üblicherweise Komponenten aus Eisen, die eine unerwünschte Gewichtskomponente darstellen und die zu Rastmomenten führen können. Small drives be designed to be variable in speed. Thus the drive can for example be formed Converter-fed and have a voltage intermediate circuit with a pulse inverter on ¬. In the case of portable devices, it is also possible to replace the voltage intermediate circuit by a DC voltage source, for example a battery. Particularly for applications in medical technology usually electrical machines are desirable, which can be ¬ provide a high torque and at the same time have a low Ge ¬ weight, high energy efficiency, low heating and high smoothness. To achieve this, today usually permanent-magnet AC servomotors are used in conjunction with a pulse converter. In these electrical machines, the stators are usually designed with a wound laminated core, so that with increasing speed Magneti ¬ sierungsverluste or iron losses increase dominant. Be ¬ Sonder at partial load lead the virtually load-independent iron losses to a significant deterioration in energy efficiency. In addition, the active parts of such electrical machines usually comprise components made of iron, which represent an undesirable weight component and which can lead to cogging torques.
Aus der EP 1 858 142 AI ist ein Linearmotor mit einem Sekundärteil mit Permanentmagneten und einem bewegbaren Primärteil mit stromdurchflossenen mehrphasigen Wicklungen bekannt. Zur Erhöhung der erzielbaren Antriebskräfte sind die Permanent¬ magneten derart angeordnet, dass ihre Nord- und Südpole in Bewegungsrichtung gleichnamig hintereinander angeordnet sind. Zudem sind die Spulen der mehrphasigen Wicklungen derart ausgebildet, dass sie die Permanentmagneten des Sekundärteils zumindest bereichsweise umgeben. From EP 1 858 142 A1 a linear motor with a secondary part with permanent magnets and a movable primary part with current-carrying multiphase windings is known. To increase the achievable driving forces, the permanent magnet ¬ are arranged such that their north and south poles are arranged in the movement direction homonymous succession. In addition, the coils of the polyphase windings are designed such that they surround the permanent magnets of the secondary part at least partially.
Das Prinzip des in der EP 1 858 142 AI beschriebenen Linearmotors kann ebenso auf einen rotatorischen Motor übertragen werden. Dabei weist der Rotor eine Mehrzahl von Permanentmag¬ neten auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Stator weist eine Wicklungsanordnung auf, die die Permanentmagneten zumindest bereichsweise umgibt. Zu diesem Zweck weist der Stator beispielsweise U-förmige gebogene Spulen auf. Eine Fertigung dieser Spulen ist jedoch insbesondere bei kleinen Rotordurchmessern sehr aufwändig. The principle of the linear motor described in EP 1 858 142 A1 can likewise be transferred to a rotary motor. In this case, the rotor has a plurality of Permanentmag ¬ Neten, which are arranged in the circumferential direction. The stator has a winding arrangement which surrounds the permanent magnets at least in regions. For this purpose, the stator has, for example, U-shaped bent coils. However, a production of these coils is very expensive, especially for small rotor diameters.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, die energieeffizient betrieben werden kann und die einfach und kostengünstig gefertigt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Ma¬ schine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil¬ dungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben . It is therefore an object of the present invention to provide an electrical machine of the type mentioned, which can be operated energy-efficient and can be manufactured easily and inexpensively. This object is achieved by an electric Ma ¬ machine according to claim 1. Advantageous Wide Erbil ¬ compounds of the present invention are given in the subclaims.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Ro¬ tor, der eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweist, die entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind, eine Statora¬ nordnung mit einer Wicklungsanordnung, die die Permanentmagneten zumindest bereichsweise umgibt, wobei die Statoranord¬ nung einen ersten Stator mit einer Mehrzahl von Wicklungen aufweist und wobei die Statoranordnung einen zweiten Stator aufweist, die Wicklungen des ersten und des zweiten Stators jeweils als rahmenförmige Spulen ausgebildet sind, die Spulen des ersten Stators in radialer Richtung außenliegend zu den Permanentmagneten angeordnet sind, die Spulen des zweiten Stators in radialer Richtung innenliegend zu den Permanent¬ magneten angeordnet sind, die Spulen entlang ihrer Wickelachse in radialer Richtung angeordnet sind und die Permanentmag¬ neten entlang ihrer Magnetisierungsrichtung in radialer Richtung angeordnet sind. The electric machine according to the invention comprises a Ro ¬ gate having a plurality of permanent magnets disposed along a circumferential direction, a statora ¬ UTHORISATION with a coil arrangement which surrounds the permanent magnet at least partially, wherein the Statoranord ¬ voltage a first stator having a plurality of windings and wherein the stator arrangement comprises a second stator, the windings of the first and the second stator are each formed as frame-shaped coils, the coils of the first stator are arranged in the radial direction outside the permanent magnets, the coils of the second stator in the radial direction are arranged inside the permanent ¬ magnets, the coils are arranged along its winding axis in the radial direction and the Permanentmag ¬ Neten along their magnetization direction are arranged in the radial direction.
Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor, bei dem die Permanentmagneten entlang der Umfangsrichtung der elektrischen Maschine nebeneinander angeordnet sind. Der Rotor kann mit einer entsprechenden Welle gekoppelt sein, an der das Drehmoment der elektrischen Maschine abgegriffen werden kann. Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine einen ersten, außenliegenden Stator und einen zweiten, innenliegenden Stator. Der erste und der zweite Stator umfassen entsprechende Wicklungen in Form von Spulen, die jeweils in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Somit sind die Permanentmagne¬ ten in dem Rotor von zwei Seiten mit Spulen umgeben. Somit kann eine hohe magnetische Kraft bereitgestellt werden. The electric machine includes a rotor in which the permanent magnets are arranged side by side along the circumferential direction of the electric machine. The rotor can be coupled to a corresponding shaft, at which the torque of the electric machine can be tapped. Furthermore, the electric machine comprises a first, outer stator and a second, inner stator. The first and the second stator comprise respective windings in the form of coils, which are each arranged adjacent to each other in the circumferential direction. Thus, the permanent magne ¬ th in the rotor from two sides are surrounded by coils. Thus, a high magnetic force can be provided.
Die elektrische Maschine kann auch derart ausgebildet sein, dass sie nur einen außenliegenden Stator oder einen innenlie- genden Stator mit den dazugehörigen Spulen aufweist. Alternativ dazu kann die elektrische Maschine zusätzlich zu den Spu¬ len des ersten und des zweiten Stators weitere Spulen aufwei¬ sen, die die Permanentmagneten zumindest bereichsweise umge¬ ben . The electric machine can also be designed such that it has only one outer stator or an inner stator. having stator with the associated coils. Alternatively, the electric machine can in addition to the Spu ¬ len of the first and second stator coils further aufwei ¬ sen that the permanent magnet at least partially converted ¬ ben.
Die Spulen des ersten und des zweiten Stators weisen im Wesentlichen eine rahmenförmige Gestalt auf. Die Spulen beste¬ hen aus einer Drahtwicklung und sind insbesondere als Luft¬ spulen ausgebildet, wobei sie derart in der elektrischen Ma¬ schine angeordnet sind, dass sie entlang ihrer Wickelachse in radialer Richtung angeordnet sind. Mit anderen Worten weisen die Spulen Durchtrittsöffnungen auf, entlang derer die Spulen in radialer Richtung der elektrischen Maschine angeordnet sind. Diese Spulen können als separates Bauteil einfach ge¬ fertigt werden und in der elektrischen Maschine angeordnet werden. Diese Art der Spulen eignet sich insbesondere für die Verwendung elektrischer Maschinen mit einem geringen Durchmesser bzw. elektrische Kleinantriebe. Somit benötigt die elektrische Maschine keinen Nuten und kein Eisenjoch. Somit treten keine frequenzabhängigen Magnetisierungsverluste auf. Des Weiteren treten keine Rastmomente durch die Schwankung der magnetischen Leitfähigkeit des Stators auf. The coils of the first and second stator essentially have a frame-shaped form. The coils best ¬ hen from a wire winding and are in particular constructed as an air ¬ coils, being so arranged in the electrical machine, to be arranged along the winding axis in the radial direction. In other words, the coils have passage openings along which the coils are arranged in the radial direction of the electric machine. These coils can ge ¬ be fabricated and arranged in the electrical machine as a separate component easy. This type of coils is particularly suitable for the use of electrical machines with a small diameter or small electric drives. Thus, the electric machine needs no grooves and no iron yoke. Thus, no frequency-dependent magnetization losses occur. Furthermore, no cogging torques occur due to the fluctuation of the magnetic conductivity of the stator.
Bevorzugt sind die Permanentmagnete derart angeordnet, dass die Magnetisierungsrichtungen nebeneinander angeordneter Permanentmagnete in radialer Richtung entgegengesetzt gerichtet sind. Die Magnetisierungsrichtung der jeweiligen Permanentmagneten erstreckt sich von deren Südpol zu deren Nordpol. Durch eine derartige Anordnung der Permanentmagneten kann auf einfache Weise eine kompakte Bauweise erreicht werden. Zudem können die Permanentmagneten als Einzelteile einfach und kostengünstig gefertigt werden und zudem wird somit ein einfa¬ cher Aufbau der elektrischen Maschine ermöglicht. Preferably, the permanent magnets are arranged such that the magnetization directions of juxtaposed permanent magnets are directed in the opposite direction in the radial direction. The magnetization direction of the respective permanent magnets extends from their south pole to their north pole. By such an arrangement of the permanent magnets, a compact design can be achieved in a simple manner. In addition, the permanent magnets can be manufactured as individual parts easily and inexpensively and also a simp ¬ cher construction of the electrical machine is thus possible.
In einer Aus führungs form weisen die Spulen in eine Richtung senkrecht zur Wickelachse eine größere räumliche Erstreckung auf als in Richtung der Wickelachse. Mit anderen Worten wei- sen die jeweiligen Spulen m dem ersten und dem zweiten Stator eine flache Bauform auf. Die Spulen sind insbesondere als Flachspulen ausgebildet. Die Spulen weisen in die Richtung senkrecht zur Wickelachse eine möglichst große räumliche Aus¬ dehnung auf. Somit kann durch die Spulen eine erhöhte Kraft¬ wirkung auf die Permanentmagneten erzeugt werden. Insbesondere sollen die Spulen so ausgebildet sein, dass das Verhältnis von der elektrischen Leistung, die in die Wicklung eingebracht wird, zu der mechanischen Leistung, die von der elektrischen Maschine erzeugt wird, reduziert wird. Somit kann durch die höhere elektromagnetische Ausnutzung eine höhere Kraft und ein höheres Drehmoment bei konstanter Stromdichte erzeugt werden. Auf diese Weise kann mit der elektrischen Ma¬ schine ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden. In one embodiment, the coils have a greater spatial extent in a direction perpendicular to the winding axis than in the direction of the winding axis. In other words, sen the respective coils m the first and the second stator on a flat design. The coils are designed in particular as flat coils. The coils have in the direction perpendicular to the winding axis the greatest possible spatial Aus ¬ expansion. Thus, an increased force ¬ effect can be generated on the permanent magnet by the coils. In particular, the coils should be designed such that the ratio of the electrical power introduced into the winding to the mechanical power generated by the electrical machine is reduced. Thus, the higher electromagnetic utilization can produce higher force and torque at a constant current density. In this way, a high torque can be provided with the electrical machine.
In einer Ausgestaltung weisen die Spulen in dem ersten und/oder in dem zweiten Stator eine Krümmung entlang der Um- fangsrichtung der elektrischen Maschine auf. Dabei können die Spulen des zweiten Stators eine größere Krümmung in Umfangs- richtung aufweisen als die Spulen des ersten Stators. Durch die Krümmung der Spulen in Umfangsrichtung sind das elektrische Feld der Spulen und das magnetische Feld, das durch die Permanentmagneten des Rotors erzeugt wird, senkrecht zueinan¬ der angeordnet. Somit kann eine sehr hohe Kraftkomponente in Umfangsrichtung erzeugt werden, wodurch mit der elektrischen Maschine ein hohes Drehmoment erzeugt werden kann. In one embodiment, the coils in the first and / or in the second stator have a curvature along the circumferential direction of the electric machine. In this case, the coils of the second stator can have a greater curvature in the circumferential direction than the coils of the first stator. Due to the curvature of the coils in the circumferential direction, the electric field of the coils and the magnetic field, which is generated by the permanent magnets of the rotor, perpendicular zueinan ¬ arranged. Thus, a very high force component in the circumferential direction can be generated, whereby a high torque can be generated with the electric machine.
In einer weiteren Ausgestaltung unterscheiden sich eine Anzahl von Windungen und/oder eine Querschnittsfläche eines Drahts der Windungen der Spulen in dem ersten Stator von einer Anzahl von Windungen und/oder einer Querschnittsfläche eines Drahts der Windungen der Spulen in dem zweiten Stator. Somit kann in Abhängigkeit von der Windungszahl und/oder dem Drahtquerschnitt das von den Spulen erzeugte elektrische Feld auf einfache Weise angepasst werden. Ebenso kann die Anzahl an Windungen und/oder der Drahtquerschnitt der Spulen in dem ersten und dem zweiten Stator an die elektrische Stromstärke angepasst werden, mit der die Spule beaufschlagt wird. Bevorzugt sind die Permanentmagneten im Wesentlichen eine Form eines Hohlzylindersegments aufweisen. Wenn die elektri¬ sche Maschine als Linearmotor ausgebildet ist, können quader- förmige Permanentmagneten verwendet werden. Permanentmagnete, die eine solche Geometrie aufweisen, können einfach und kos¬ tengünstig hergestellt werden. Ebenso können die Permanent¬ magnete eine zylinderförmige Form aufweisen. Zudem ist es denkbar, dass die Permanentmagneten eine Krümmung in Umfangs- richtung aufweisen. Dies ermöglicht eine einfache und kosten¬ günstige Fertigung der elektrischen Maschine. In a further embodiment, a number of turns and / or a cross-sectional area of a wire of the turns of the coils in the first stator differ from a number of turns and / or a cross-sectional area of a wire of the turns of the coils in the second stator. Thus, depending on the number of turns and / or the wire cross-section, the electric field generated by the coils can be easily adjusted. Likewise, the number of turns and / or the wire cross-section of the coils in the first and second stator can be adapted to the electrical current applied to the coil. Preferably, the permanent magnets are substantially in the form of a hollow cylinder segment. If the electric ¬ cal machine is designed as a linear motor, cuboid permanent magnets can be used. Permanent magnets, which have such a geometry that can be produced simply and kos ¬-effectively. Also, the permanent magnets ¬ may have a cylindrical shape. In addition, it is conceivable that the permanent magnets have a curvature in the circumferential direction. This allows a simple and cost- effective production of the electrical machine.
Bevorzugt ist die Anzahl der Spulen in dem ersten und dem zweiten Stator ein Vielfaches von Drei. Dabei sind eine Spule des ersten Stators und eine Spule des zweiten Stators, die in radialer Richtung der elektrischen Maschine zueinander fluchtend angeordnet sind, elektrisch in Reihe geschaltet. Alter¬ nativ dazu kann eine Spule des ersten Stators mit einer Spule des zweiten Stators elektrisch parallel geschaltet sein, da- mit sich im ersten und im zweiten Stator gleiche induzierte Spannungen ergeben. Dabei ist die Richtung der elektrischen Stromstärke, die in eine Spule des ersten Stators und in eine Spule des zweiten Stators, die dem gleichen Wicklungssegment zugeordnet sind, entgegengesetzt gerichtet einzuprägen. Somit können die Spulen auf einfache Weise mit einer dreiphasigen Spannungsversorgung betrieben werden. Preferably, the number of coils in the first and second stator is a multiple of three. In this case, a coil of the first stator and a coil of the second stator, which are arranged in alignment with one another in the radial direction of the electric machine, are electrically connected in series. Alternatively , a coil of the first stator may be electrically connected in parallel with a coil of the second stator, so that identical induced voltages result in the first and in the second stator. In this case, the direction of the electric current which is directed in a coil of the first stator and in a coil of the second stator, which are assigned to the same winding segment, directed in opposite directions. Thus, the coils can be easily operated with a three-phase power supply.
In einer Aus führungs form weist der erste und/oder der zweite Stator eine Trägerstruktur mit einer Mehrzahl von Trägerele- menten auf, die zum Aufwickeln der Spulen ausgebildet sind. Durch die Trägerelemente wird eine Art Wickelhilfe bereitge¬ stellt. Somit kann der erste und der zweite Stator auf einfa¬ che Weise gefertigt werden. Bevorzugt sind die Trägerstruktur und die Trägerelemente aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus ei¬ nen Material, das eine relative Permeabilität von eins auf¬ weist, gefertigt. Durch das elektrisch isolierende Material, um das die Spulen bzw. die Wicklungen angeordnet sind, werden keine Wirbelstromverluste verursacht. Somit ein kann beson¬ ders energieeffizienter Betrieb der elektrischen Maschine ermöglicht werden. Wenn ein Material mit einer relativen Permeabilität von μΓ = 1 verwendet wird, treten zusätzlich keine Ummagnetisierungsverluste auf. In one embodiment, the first and / or the second stator has a carrier structure with a plurality of carrier elements, which are designed to wind up the coils. By the support elements is a kind of winding aid bereitge ¬ provides. Thus it can be manufactured on simp ¬ surface, the first and the second stator. Preferably, the support structure and the support members of an electrically insulating material, in particular egg ¬ NEN material which has a relative permeability of one on ¬ are made. Due to the electrically insulating material, around which the coils or the windings are arranged, no eddy current losses are caused. Thus, a particular ¬ DERS energy-efficient operation of the electrical machine can be made possible. In addition, if a material with a relative permeability of μ Γ = 1 is used, no magnetic reversal losses occur.
Das zuvor beschriebene Prinzip der elektrischen Maschine sowie deren Vorteile und Weiterbildungen können ebenso auf ei¬ nen Linearmotor übertragen werden. The above-described principle of the electric machine and its advantages and developments can also be transferred to egg ¬ nen linear motor.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
FIG 1 eine schematische Perspektivansicht einer Anordnung von Permanentmagneten eines Rotors und von Spulen eines ersten Stators einer elektrischen Maschine; 1 shows a schematic perspective view of an arrangement of permanent magnets of a rotor and of coils of a first stator of an electrical machine;
FIG 2 eine Darstellung der Anordnung der Permanentmagneten und der Spulen in einer Abwicklung; 2 shows a representation of the arrangement of the permanent magnets and the coils in a development;
FIG 3 eine geschnittene Seitenansicht der elektrischen 3 shows a sectional side view of the electrical
Maschine ;  Machine;
FIG 4 eine Draufsicht auf die elektrische Maschine; 4 shows a plan view of the electrical machine;
FIG 5 eine Perspektivdarstellung der elektrischen Maschine ; 5 shows a perspective view of the electric machine;
FIG 6 eine Seitenansicht des zweiten Stators und des Ro¬ tors der elektrischen Maschine; FIG 6 is a side view of the second stator and the Ro ¬ tors of the electrical machine;
FIG 7 Perspektivdarstellung einer Anordnung der Spu des ersten und des zweiten Stators; und 7 shows a perspective view of an arrangement of the spool of the first and the second stator; and
FIG 8 eine Draufsicht auf eine Trägerstruktur des zweiten 8 shows a plan view of a support structure of the second
Stator . Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung dar. Stator. The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.
FIG 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht die An¬ ordnung von Permanentmagneten 16 eines Rotors in Bezug zu den Spulen 20 eines ersten Stators einer elektrischen Maschine. Die Permanentmagneten 16 weisen eine quaderförmige Form auf. Die Permanentmagneten 16 sind entlang der Umfangsrichtung 22 nebeneinander angeordnet. Dabei sind die Permanentmagnete 16 entlang ihrer Magnetisierungsrichtung 40, die sich von deren Südpol S zu deren Nordpol N erstreckt, entlang der radialen Richtung 24 angeordnet. Hierbei sind die Permanentmagnete 16 derart angeordnet, dass die Magnetisierungsrichtungen 40 ne¬ beneinander angeordneter Permanentmagneten 16 entgegengesetzt gerichtet sind. 1 shows in a schematic perspective view of the on ¬ order of permanent magnets 16 of the rotor with respect to the coils 20 of a first stator of an electrical machine. The permanent magnets 16 have a cuboid shape. The permanent magnets 16 are arranged side by side along the circumferential direction 22. In this case, the permanent magnets 16 are arranged along their magnetization direction 40, which extends from the south pole S to the north pole N, along the radial direction 24. In this case, the permanent magnets 16 are arranged such that the magnetization directions are directed oppositely 40 ne ¬ by side arranged permanent magnets 16th
Die Spulen 20 des ersten Stators weisen eine im Wesentlichen rahmenförmige Gestalt auf. Dabei sind die Spulen 20 in radia¬ ler Richtung 24 außenliegend zu den Permanentmagneten 16 angeordnet. Zudem sind die Spulen 20 derart angeordnet, dass ihre Wickelachsen 26 in radialer Richtung 24 der elektrischen Maschine angeordnet sind. The coils 20 of the first stator have a substantially frame-like shape. The coils 20 are arranged in Radia ¬ ler direction 24 outboard of the permanent magnet 16. In addition, the coils 20 are arranged such that their winding axes 26 are arranged in the radial direction 24 of the electric machine.
FIG 2 zeigt die Anordnung aus Permanentmagneten 16 und Spulen 20 in einer Abwicklung. Die elektrische Maschine ist so aus¬ gebildet, dass die Anzahl N* der Spulen 20 ein Vielfaches der Zahl Drei ist. Somit können die Spulen 20 mit einer dreipha¬ sigen Spannungsversorgung verbunden werden. Somit bildet sich eine elektrische Maschine mit der Grundpolzahl 2p aus. Dabei gelten folgende Gesetzmäßigkeiten: 2 shows the arrangement of permanent magnets 16 and coils 20 in a development. The electric machine is so formed from ¬ that the number N * of the coil 20 is a multiple of the number three. Thus, the coils 20 can be connected to a dreipha ¬ sigen power supply. Thus, an electric machine with the base pole number 2p is formed. The following rules apply:
Die Anzahl der Rahmenspulen N* muss durch drei teilbar sein: The number of frame coils N * must be divisible by three:
n Für den Quotienten der Konstanten p/n muss gelten, dass p/n eine ganze Zahl ist, wobei zudem gelten muss, dass n Φ 3, 6, 9^ · · · ist» Wenn z eine gerade Zahl ist, dann besteht jede Wicklungsphase aus 2p/n Spulengruppen zu je z/2 Rahmenspulen. n For the quotient of the constant p / n, it must hold that p / n is an integer, in which case it must hold that n Φ 3, 6, 9 ^ · · · »If z is an even number, then every winding phase exists from 2p / n coil groups each with z / 2 frame coils.
Vorliegend seien die oben genannten Gesetzmäßigkeiten für eine 10-polige Ausführung der elektrischen Maschine darge- stellt. Damit beträgt die Grundpolzahl 2p = 10. Daraus ergibt sich aus den Quotienten der Konstanten z/n = 2/5. Jede Wicklungsseite besteht dann aus N* = ^ ^ Z = ^ ^ ^ = 6 Rahmenspulen. In the present case, the abovementioned laws for a 10-pole design of the electrical machine are shown. Thus the basic pole number is 2p = 10. This results from the quotients of the constants z / n = 2/5. Each winding side then consists of N * = ^ ^ Z = ^ ^ ^ = 6 frame coils.
n 5  n 5
Jede der drei Wicklungsphasen besteht aus 2p/n = 10/5 = 2 Spulengruppen mit je z/2 = 2/2 = 1 Rahmenspulen.  Each of the three winding phases consists of 2p / n = 10/5 = 2 coil groups each with z / 2 = 2/2 = 1 frame coils.
In den Darstellungen in den FIG 1 und 2 ist jeweils die Anordnung der Permanentmagneten 16 und der Spulen 20 von einer elektrischen Maschine gezeigt, die einen ersten, außenliegenden Stator aufweist. Bevorzugt umfasst die elektrische Ma- schine zudem einen zweiten, innenliegenden Stator, bei dem die Spulen in radialer Richtung 24 innenliegend zu dem Permanentmagneten 16 angeordnet sind. In the illustrations in Figures 1 and 2 respectively the arrangement of the permanent magnets 16 and the coils 20 is shown by an electric machine having a first, outer stator. The electric machine preferably also comprises a second, internal stator, in which the coils are arranged in the radial direction 24 on the inside of the permanent magnet 16.
FIG 3 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht eine elekt- rische Maschine 10, die zehn Pole aufweist. Die elektrische Maschine 10 umfasst einen Rotor 12, der mit einer Welle 30 mechanisch verbunden ist. Überdies umfasst der Rotor 12 eine Mehrzahl von Permanentmagneten 16, die auf einer radialen Scheibe und einem axialen Hohlzylinder angeordnet sind. Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 10 einen ersten3 shows a sectional side view of an electric machine 10 having ten poles. The electric machine 10 comprises a rotor 12, which is mechanically connected to a shaft 30. Moreover, the rotor 12 includes a plurality of permanent magnets 16 disposed on a radial disk and an axial hollow cylinder. Furthermore, the electric machine 10 comprises a first
Stator 14 mit einer Mehrzahl von Spulen 20. Zudem umfasst die elektrische Maschine einen zweiten Stator 18 mit einer Mehrzahl von Spulen 28. Die Spulen 20 des ersten Stators 14 und die Spulen 28 des zweiten Stators weisen eine Krümmung in Um- fangsrichtung 22 der elektrischen Maschine 10 auf. Ebenso können die Permanentmagneten eine Krümmung entlang der Um- fangsrichtung 22 aufweisen. FIG 4 zeigt die elektrische Maschine 10 gemäß FIG 3 in einer Draufsicht. Hierbei ist der Rotor 12 der elektrischen Maschine zu erkennen, der zehn Permanentmagneten 16 aufweist. Über- dies ist der erste Stator 14 gezeigt, der sechs Spulen 20 aufweist. Die Spulen 20 des ersten Stators 14 sind dabei in radialer Richtung 24 der elektrischen Maschine 10 außenliegend zu den Permanentmagneten 16 des Rotors 12 angeordnet. Ebenso umfasst der zweite Stator 18 sechs Spulen 28. Dabei sind die Spulen 28 des zweiten Stators 18 in radialer Richtung 24 innenliegen zu dem Rotor 12 angeordnet. Stator 14 having a plurality of coils 20. In addition, the electric machine comprises a second stator 18 having a plurality of coils 28. The coils 20 of the first stator 14 and the coils 28 of the second stator have a curvature in the circumferential direction 22 of the electric machine 10 on. Likewise, the permanent magnets may have a curvature along the circumferential direction 22. 4 shows the electrical machine 10 according to FIG 3 in a plan view. In this case, the rotor 12 of the electric machine can be seen, which has ten permanent magnets 16. In addition, the first stator 14, which has six coils 20, is shown. The coils 20 of the first stator 14 are arranged in the radial direction 24 of the electric machine 10 outside of the permanent magnets 16 of the rotor 12. Likewise, the second stator 18 comprises six coils 28. In this case, the coils 28 of the second stator 18 are arranged in the radial direction 24 inside the rotor 12.
FIG 5 zeigt eine Perspektivdarstellung der elektrischen Maschine 10 von der Unterseite. Dabei sind insbesondere die Spulen 20 des ersten Stators 14 zu erkennen. FIG 6 zeigt eine Teildarstellung der elektrischen Maschine 10 ohne den ersten Stator 14. Dabei ist der Rotor 12 der elektrischen Maschine 10 mit dem Permanentmagneten 16 zu erkennen. Des Weiteren sind die Spulen 28 des zweiten Stators 14 dargestellt. 5 shows a perspective view of the electric machine 10 from the underside. In particular, the coils 20 of the first stator 14 can be seen. 6 shows a partial view of the electric machine 10 without the first stator 14. In this case, the rotor 12 of the electric machine 10 with the permanent magnet 16 can be seen. Furthermore, the coils 28 of the second stator 14 are shown.
FIG 7 zeigt in einer Perspektivdarstellung die Anordnung der Spulen 20 des ersten Stators 14 und der Spulen 28 des zweiten Stators 18. Die Spulen 20, 28 weisen jeweils eine im Wesent¬ lichen rahmenförmige Struktur auf. Die Spulen 20, 28 sind durch einen aufgewickelten Draht gefertigt und bilden somit eine entsprechende Luftspule. Dabei weisen die Spulen entlang der Wickelachse 26 eine geringere räumliche Ausdehnung auf als in einer Richtung 32, die senkrecht zur Wickelachse 26 verläuft. Mit anderen Worten weisen die Spulen 20, 28 eine flache Bauform auf. Insbesondere sollen die Spulen 20, 28 so ausgebildet sein, dass das Verhältnis von der elektrischen Leistung, die in die Wicklung eingebracht wird, zu der mecha¬ nischen Leistung reduziert wird. Somit kann eine höhere Kraft und ein höheres Drehmoment bei konstanter Stromdichte erzeugt werden. Des Weiteren sind die Spulen 20, 28 entlang der Umfangsrich- tung der elektrischen Maschine 10 gekrümmt. Wie in FIG 7 dargestellt, können sich die Wicklungszahlen der Spulen 20, 28 unterscheiden. Die Spulen 28 des zweiten Stators 18 weisen in diesem Fall eine geringere Wicklungszahl auf als die Spulen 20 des ersten Stators 14. Dabei kann auch die Querschnitts¬ fläche der Drähte der Spulen 20 des ersten Stators 14 im Vergleich zu der Querschnittsfläche der Drähte der Spulen 28 in dem zweiten Stator 18 unterschiedlich ausgebildet sein. 7 shows in a perspective view the arrangement of the coils 20 of the first stator 14 and the coils 28 of the second stator 18. The coils 20, 28 each have a frame-shaped in Wesent ¬ union structure. The coils 20, 28 are made by a wound wire and thus form a corresponding air-core coil. In this case, the coils have a smaller spatial extent along the winding axis 26 than in a direction 32 which runs perpendicular to the winding axis 26. In other words, the coils 20, 28 have a flat design. In particular, the coils 20 are intended to 28 be formed so that the ratio of the electric power, which is introduced in the winding, is reduced to the mecha ¬ African performance. Thus, a higher power and a higher torque can be generated at a constant current density. Furthermore, the coils 20, 28 are curved along the circumferential direction of the electric machine 10. As shown in FIG. 7, the number of turns of the coils 20, 28 may differ. The coils 28 of the second stator 18 have a smaller number of windings on in this case, as the coils 20 of the first stator 14. In this case, the cross-section ¬ surface of the wires of the coils 20 of the first stator 14 as compared to the cross-sectional area of the wires of the coils 28 be formed differently in the second stator 18.
FIG 8 zeigt eine Draufsicht auf die Trägerstruktur 34 des in¬ neren Stators 18. Dabei weist die Trägerstruktur 34 eine Mehrzahl von Trägerelementen 36 auf. Die Trägerelemente 36 sind durch einen Vorsprung in radialer Richtung gebildet, der eine zweiseitige Aussparung 38 aufweist. In diese Aussparung 38 kann der Draht eingebracht werden und somit die jeweiligen Spulen 28 gewickelt werden. Bevorzugt sind die Trägerstruktur 34 und die Trägerelemente 36 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, das insbesondere eine relative Permea- bilität von eins aufweist. 8 shows a plan view of the support structure 34 of the 18 in ¬ Neren stator Here, the support structure 34 has a plurality of support elements 36. The carrier elements 36 are formed by a projection in the radial direction, which has a two-sided recess 38. In this recess 38, the wire can be introduced and thus the respective coils 28 are wound. The carrier structure 34 and the carrier elements 36 are preferably formed from an electrically insulating material, which in particular has a relative permeability of one.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
10 elektrische Maschine10 electric machine
12 Rotor 12 rotor
14 Stator  14 stator
18 Stator  18 stator
20 Spule  20 coil
22 Umfangsrichtung  22 circumferential direction
24 Richtung  24 direction
26 Wickelachse  26 winding axis
28 Spule  28 coil
30 Welle  30 wave
32 Richtung  32 direction
34 Trägerstruktur  34 carrier structure
36 Trägerelernent  36 entrant
38 Aussparung  38 recess
40 Magnetisierungsrichtung 40 magnetization direction
N Nordpol North pole
S Südpol  S south pole

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Maschine (10) mit 1. Electric machine (10) with
- einem Rotor (12), der eine Mehrzahl von Permanentmagneten (16) aufweist, die entlang einer Umfangsrichtung (22) angeordnet sind,  a rotor (12) having a plurality of permanent magnets (16) arranged along a circumferential direction (22),
- einer Statoranordnung mit einer Wicklungsanordnung, die die Permanentmagneten (16) zumindest bereichsweise umgibt, wobei - A stator assembly having a winding arrangement which surrounds the permanent magnets (16) at least partially, wherein
- die Statoranordnung einen ersten Stator (14) mit einer Mehrzahl von Wicklungen aufweist, the stator arrangement has a first stator (14) with a plurality of windings,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- die Statoranordnung einen zweiten Stator (18) aufweist, the stator arrangement has a second stator (18),
- die Wicklungen des ersten und des zweiten Stators (14, 18) jeweils als rahmenförmige Spulen (20, 28) ausgebildet sind, - die Spulen (20) des ersten Stators (14) in radialer Richtung (24) außenliegend zu den Permanentmagneten (16) angeordnet sind, - The windings of the first and second stator (14, 18) are each formed as frame-shaped coils (20, 28), - The coils (20) of the first stator (14) in the radial direction (24) on the outside of the permanent magnet (16 ) are arranged
- die Spulen (28) des zweiten Stators (18) in radialer Richtung (24) innenliegend zu den Permanentmagneten (16) angeord- net sind,  the coils (28) of the second stator (18) are arranged in the radial direction (24) on the inside of the permanent magnets (16),
- die Spulen (20, 28) entlang ihrer Wickelachse (26) in radialer Richtung (24) angeordnet sind, und  - The coils (20, 28) along its winding axis (26) in the radial direction (24) are arranged, and
- die Permanentmagneten (16) entlang ihrer Magnetisierungsrichtung (40) in radialer Richtung (24) angeordnet sind.  - The permanent magnet (16) along its magnetization direction (40) in the radial direction (24) are arranged.
2. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (16) derart angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen (40) nebeneinander angeordneter Permanentmagnete (16) in radialer Richtung ent- gegengesetzt gerichtet sind. 2. Electrical machine (10) according to claim 1, characterized in that the permanent magnets (16) are arranged such that the magnetization directions (40) of juxtaposed permanent magnets (16) are directed in the opposite direction in the opposite direction.
3. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (20, 28) in eine Richtung (32) senkrecht zur Wicklungsachse (26) eine größere räumliche Erstreckung aufweisen als in Richtung der Wickelachse (26) . 3. Electrical machine (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the coils (20, 28) in a direction (32) perpendicular to the winding axis (26) have a greater spatial extent than in the direction of the winding axis (26).
4. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (20, 28) in dem ersten und/oder in dem zweiten Stator (14, 18) eine Krümmung entlang der Umfangsrichtung (22) der elektrischen Maschine (10) aufweisen. 4. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the coils (20, 28) in the first and / or in the second stator (14, 18) have a curvature along the circumferential direction (22) of the electric machine (10).
5. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Anzahl von Windungen und/oder eine Querschnittsfläche eines Drahts der Windungen der Spulen (20) in dem ersten Stator (14) von einer Anzahl von Windungen und/oder einer Querschnittsfläche eines Drahts der Windungen der Spulen (28) in dem zweiten Stator (18) unterscheiden. 5. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a number of turns and / or a cross-sectional area of a wire of the turns of the coils (20) in the first stator (14) of a number of turns and / / or a cross-sectional area of a wire of the turns of the coils (28) in the second stator (18).
6. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (16) im Wesentlichen eine Form eines Hohlzylindersegments aufweisen . 6. Electrical machine (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (16) have substantially a shape of a hollow cylinder segment.
7. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Spulen (20, 28) in dem ersten und zweiten Stator (14, 18) ein Vielfaches von Drei ist. 7. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the number of coils (20, 28) in the first and second stator (14, 18) is a multiple of three.
8. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder das zweite Stator (14, 18) eine Trägerstruktur (34) mit einer Mehrzahl von Trägerelementen (36) aufweisen, die zum Aufwickeln der Spulen (20, 28) ausgebildet sind. 8. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second stator (14, 18) have a support structure (34) with a plurality of support elements (36) for winding the coils (20, 28) are formed.
9. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Trägerstruktur (34) und die Trägerelemente9. Electrical machine (10) according to claim 8, characterized in that the carrier structure (34) and the carrier elements
(36) aus einen elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einen Material, das eine relative Permeabilität von eins aufweist, gefertigt ist. (36) made of an electrically insulating material, in particular of a material having a relative permeability of one, is made.
EP12707269.2A 2012-02-28 2012-02-28 Electric motor Withdrawn EP2792054A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2012/053342 WO2013127436A1 (en) 2012-02-28 2012-02-28 Electric motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2792054A1 true EP2792054A1 (en) 2014-10-22

Family

ID=45808830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12707269.2A Withdrawn EP2792054A1 (en) 2012-02-28 2012-02-28 Electric motor

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9806588B2 (en)
EP (1) EP2792054A1 (en)
JP (1) JP2015510751A (en)
KR (1) KR101682408B1 (en)
CN (1) CN104137394A (en)
WO (1) WO2013127436A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3023430B1 (en) * 2014-07-04 2017-12-01 Whylot POLYENTREFER ELECTROMAGNETIC MOTOR WITH RADIAL MAGNETIC FLUX WITH ROTOR FRAMED BY TWO STATORS WITH DECREASE OF RELIEF TORQUE
JP6264409B1 (en) * 2016-08-16 2018-01-24 マツダ株式会社 Rotating electric machine
US20190312490A1 (en) * 2016-09-23 2019-10-10 Seung Ho TAK Fault-tolerant motor
KR102598039B1 (en) * 2021-09-02 2023-11-03 연세대학교 산학협력단 Actively controlled six-degree-of-freedom motor device capable of performing rotational motion and rectilinear motion, and having function of magnetic bearing and motor system having the motor device

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2085099A (en) * 1933-11-11 1937-06-29 Westinghouse Electric & Mfg Co Low loss armature coil
US2840786A (en) * 1952-01-19 1958-06-24 Thompson Prod Inc Coaxial switch
JPS5652769Y2 (en) 1972-07-27 1981-12-09
JPS5120514A (en) 1974-08-12 1976-02-18 Seikosha Kk DENJISOCHI
JPS63257445A (en) 1987-04-14 1988-10-25 Canon Inc 3-phase brushless motor
US5081388A (en) * 1990-07-24 1992-01-14 Chen Shew Nen Magnetic induction motor
JPH05122880A (en) 1991-10-28 1993-05-18 Olympus Optical Co Ltd Rotor for rotary electric machine
JPH06165450A (en) 1992-11-20 1994-06-10 Mitsubishi Electric Corp Spindle motor
DE4414527C1 (en) * 1994-04-26 1995-08-31 Orto Holding Ag Electronically-commutated DC motor for vehicle propulsion drive
US5955806A (en) * 1995-12-01 1999-09-21 Raytheon Company Torque motor with combined shield ring and rotor ring
JPH09322452A (en) 1996-05-24 1997-12-12 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd Dynamo-electric machine
KR19980020134A (en) 1996-09-05 1998-06-25 김광호 Flat type motor
JPH11122848A (en) 1997-10-15 1999-04-30 Toshiba Ave Co Ltd Stator for motor and motor
JP2002335658A (en) * 2001-05-08 2002-11-22 Nsk Ltd Motor
JP3802785B2 (en) * 2001-09-03 2006-07-26 建準電機工業股▲分▼有限公司 DC motor
JP2003153516A (en) 2001-11-12 2003-05-23 Ricoh Co Ltd Dc brushless motor, light deflector, optical scanning device, and image forming device
JP4466098B2 (en) * 2004-02-03 2010-05-26 日立工機株式会社 Electric motor, electric tool including the same, and method for manufacturing electric motor
EP1646130B1 (en) * 2004-05-18 2010-11-10 Seiko Epson Corporation Motor
US7126309B1 (en) 2004-05-18 2006-10-24 Seiko Epson Corporation Motor
SI21830A (en) * 2004-05-25 2005-12-31 Marko Petek Synchronous electromechanical transducer
US7723888B2 (en) * 2004-05-25 2010-05-25 Marko Petek Synchronous electromechanical transformer
US7598648B2 (en) * 2005-12-05 2009-10-06 Emerson Electric Co. 2/6 pole single-phase induction motor having shared windings
DE102006022773A1 (en) 2006-05-16 2007-11-22 Technische Universität Kaiserslautern linear motor
JP2008054419A (en) * 2006-08-24 2008-03-06 Mazda Motor Corp Motor control system
JP4279326B2 (en) * 2007-04-04 2009-06-17 本田技研工業株式会社 Electric motor control device
DE102008060896B4 (en) * 2008-08-11 2017-11-02 Hanning Elektro-Werke Gmbh & Co. Kg Package carrier device
CN101752929B (en) 2008-12-09 2014-04-09 汉宁电气股份两合公司 Coil carrying device and manufacturing method thereof
JPWO2011077599A1 (en) * 2009-12-24 2013-05-02 一博 池田 Generator, self-generating motor and power supply system using the same
WO2011096888A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-11 Akribis Systems Pte Ltd Permanent magnet motors without magnet back iron
DE102010039871A1 (en) * 2010-08-27 2012-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Active part of an electric machine with oblique coils in the winding head area
CN101982930B (en) 2010-11-10 2012-07-11 哈尔滨工业大学 Efficient three-phase slot-free permanent magnet motor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2013127436A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US9806588B2 (en) 2017-10-31
WO2013127436A1 (en) 2013-09-06
US20150061451A1 (en) 2015-03-05
KR20140140056A (en) 2014-12-08
CN104137394A (en) 2014-11-05
JP2015510751A (en) 2015-04-09
KR101682408B1 (en) 2016-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007007578B4 (en) Electric machine
EP1997214B1 (en) Electrical machine, in particular a generator
DE112006002546B4 (en) Electric motor with asymmetric poles
DE112013000618T5 (en) Rotating electric machine and vehicle equipped with the rotating electric machine
DE202010013455U1 (en) Electric machine
EP3545610B1 (en) Synchronous machine having magnetic rotary field reduction and flux concentration
DE102012219174A1 (en) Rotating electrical machine
EP1916754A2 (en) Transversal flux machine and method for manufacturing the same
DE102010032764A1 (en) Electric machine and stator for the same
DE102012202735B4 (en) Dynamoelectric machine with a single-layer break hole winding
DE202011051193U1 (en) High-efficiency electric motor with high output power density
DE102016216181A1 (en) Rotating electrical machine
DE3730615A1 (en) ELECTRICAL MACHINE WITH PERMANENT MAGNETIC EXCITATION
WO2013127436A1 (en) Electric motor
WO2013127435A1 (en) Electric motor
WO2020089110A1 (en) Electrical machine and method for operating the electrical machine
DE3320805C2 (en)
EP2319164A2 (en) Rotor for an electric machine with reduced detent torque
DE202023100266U1 (en) Dynamically reconfigurable synchronous motors and generators
DE102016219826B4 (en) Rotating electrical machine
DE60307466T2 (en) Concentrated winding synchronous electric motor and method of developing the same
DE102018123706A1 (en) Rotor for a synchronous machine
DE102010050545A9 (en) AC generator
DE102014200394A1 (en) Reduction of the cogging torque and the torque ripple of an electrically excited generator by alternative extension of rotor pole pieces
DE202011051632U1 (en) Efficient and powerful electric motor with integrated generator

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140627

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20180727

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190903