WO2010081463A2 - Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer erregung, mit statorblechpaketen und gewickelten statorblechen, mit wicklungen, welle, gehäuse, flansche und lager - Google Patents

Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommelförmigen rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer erregung, mit statorblechpaketen und gewickelten statorblechen, mit wicklungen, welle, gehäuse, flansche und lager Download PDF

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Definitions

  • Transverse flux machines with disc and drum rotors, with permanent magnetic and electrical excitation, with stator laminations and wound stator laminations, with windings, shaft, housing, flanges and bearings.
  • the invention relates to new stator and rotor types for high-pole transverse flux machines.
  • the advantage is the higher torque, the low speed, the high power per unit weight and the small inertia and good manufacturing capabilities over the prior art.
  • the multi-pole "transversal flux machines with disc and drum rotors, with permanent magnetic and electrical excitation, with stator laminations and wound stator laminations, with windings, shaft, housings, flanges and bearings" are particularly suitable as lightweight, low inertia and highly dynamic gearless synchronous direct drives for machine tools, vehicles and other variable speed applications, where the speed is varied with a frequency converter
  • the primary supply of electrical energy and regeneration during deceleration may be via the grid, overhead lines, batteries, fuel cells, reformers or electrical storage.
  • Two-phase machines can also be connected to three-phase frequency converters both as a motor and as a generator
  • the goods In the case of punching machines or assembly machines, the goods must be transported quickly and punctually stopped within a placement or punching cycle until the punching process or assembly has been completed and the next cycle begins.
  • the limits of the cycle time or the number of pieces per hour are usually the poor angular acceleration of the feed motors, which have magnetized full anchors, that is, a stronger motor also has a larger armature volume and a larger inertia, and thus can not reduce the cycle time.
  • the new rotors are much better, because the force acting on the rotor on both sides of a thin disk or a thin cylinder with little mass and at many poles and far out from the axis.
  • Fig. 1 longitudinal section through a two-phase motor (1), each with a rotor disk (2) per phase
  • Fig. 11 is a longitudinal section of the upper half of a two-phase motor (1) as a hub motor with a
  • FIG. 12 Section of a Statorpolnikabiteses with winding (13) and rotor disk (2) with magnetic axial bearing (14) to scale as shown in FIG. 11 seen axially.
  • Fig. 13 Enlarged section of a U-ferrite core with sheet metal poles (12) and the rotor disk
  • Rotor disc (2a) produce.
  • FIG. 18 Magnetic circuit of a phase at the current zero crossing and at the max. Flux.
  • Fig. 19 Power effect of a phase at max. Current: left rotor outer side, right rotor inner side Fig. 20 Two-phase motor (1) with hollow shaft (3) and four electric egg-shaped rotors (2). Fig. 21 Two-phase motor (1) with U-shaped stator laminations and two drums
  • FIG. 22 Axial view of stator (7) and rotor with the pole groups (18) of Fig. 20 and Fig. 21 Fig. 21
  • Fig. 22 Axial view of stator and rotor with Fig. 20 and Fig. 21 Fig. 23 Enlarged views and sections of the drum-shaped rotors with magnetically alternating pole groups of the same name.
  • Fig. 24 rotor profile part with a pole group (18)
  • Fig. 25 transverse flux machine as a two-phase motor or generator (1) with drum-shaped and disc-shaped pole groups (18) with additional electrical excitation.
  • Fig. 24 rotor profile part with a pole group
  • 26 shows a section through the drum-shaped rotor part with the radial U-1 stator laminated core (12).
  • Fig. 29 Axial view of the pole groups (18) of the rotor parts with the permanent magnets (15)
  • FIG. 31 Two-phase motor (1) with only axial flow guidance in the stator (7) and 4 conical rotors (2)
  • Fig. 32 Outer rotor part with pole groups (18a) and stator (7) of C-C, the erosion wire guide (25a) seen from.
  • Fig. 34 Cutting and bending device of the sheets of a raw material roll (20).
  • Fig. 35 winding device (24) of a plurality of sheets to the outer plate winding (12) and the inner plate winding (12a) with axial magnetic preferred direction (12b).
  • Fig. 36 outer plate winding (12) with the guide of the erosion wire (25a) for cutting out the inner poles.
  • Fig. 37 sheet winding inside (12 a) with the Erodierdraht Adjust for cutting out the outer poles.
  • Fig. 40 Phasor diagram and circuit diagram for connecting 2-phase machines on 3 phases.
  • Fig. 1 longitudinal section through a two-phase motor (1), each with a rotor disk (2) per phase
  • One phase of the motor (1) contains the symmetrical to the center of the rotor disc (2) stator parts (7).
  • 1 shows the individual parts of the pre-assembled stator (7), rotor disk (2), shaft (3) and bearing (6) during assembly next to each other.
  • the longitudinal screws, which connect the two outer flanges (10, 9) with the central part are not drawn.
  • the rotor disk (2) has twice as many alternating north and south poles as the number of stator poles on the circumference opposite the air gap.
  • the magnetic alternating flux is generated by the two windings (13) which are arranged inside the two U-laminated cores (12) or U-ferrite cores.
  • the U- conduct the magnetic flux across the air gap on the rotor with the permanent magnets (15).
  • All 4 poles of the drawn plane a phase generate a tangentially equal directed force on the rotor (2), as shown in Fig. 7.
  • the force-acting pole length consists of 4 times the radial length of a pole. The formula for the force that applies to all engines is
  • F is the force in N tangential
  • the pole width b is not included in the formula, which means that a high number of poles and small pole width at the periphery results in a correspondingly higher force.
  • the flooding ⁇ or the magnetic stress and the induction B are independent of the number of poles. If, for example, the number of poles on the circumference is doubled with a congruent pole geometry and the same pole length, this results in twice the force and twice the torque. The result is that at the same frequency, the motor rotates only half as fast. Higher performance is only achieved with a higher frequency. However, the limits for higher motor frequencies are still far from being reached in today's frequency converter, so that at double the number of poles and twice the frequency, twice the power can be achieved.
  • the Statorpol width of the individual U-laminated cores (12) are narrower towards the air gap and the pole width of the disc rotor adapted, narrower inside and radially longer poles as outside.
  • the sheets, which do not reach the air gap, are called additional sheets (12a). These reduce the induction in the magnetic circuit or the pole length could be increased.
  • On the inner circumference of the U lie the U- to each other.
  • annular magnets which exert a repulsive force on the magnets of the rotor by the same magnetic polarity.
  • Fig. 4 Section AA of the rotor disk (2) with axial magnetic bearing (14) seen axially on the rotor disk (2) are also annular grooves mounted, and magnets glued. Magnetic poles of the same name face each other, so that the rotor disk is strongly repelled on both sides and remains in the middle of the two U-rings. Although the attractive force of the rotor poles on the stator iron is greater, the forces cancel each other out because of the symmetrical structure.
  • Fig. 5 Enlarged section of the rotor disk (2) with the magnetic axial bearing (14) The rotor disks (2) are cut out of a soft iron board by means of laser water jet or wire EDM, or can also be produced stamped at high quantities.
  • the rotor discs (2) have for receiving the magnets (15) radial slots, which are offset in the middle by a magnetic pole pitch. This creates different magnetic poles on the radial axis outside and inside without magnetic short circuits. At the outer and the inner edge of the rotor disk (2), the magnetic poles are short-circuited and the iron in saturation, which is why the magnetic poles are longer than the stator poles. In the area of the stator pole length, this results in uniform flooding. No large forces act on the glued-in magnets (15), so that the rotor disks (2) are suitable for high temperatures and high rotational speeds and centrifugal forces.
  • the electrical conductivity around the upper and lower magnets could be impressed by a copper or brass part in the oblique groove, made possible and act like a shorting anchor. Out of step, or at a lower speed than the synchronous rotating field speed, a torque is generated.
  • the rotor disc (2) can also be used as a brake disc or holding brake. Without current, the rotor discs (2) magnetically very strong and attracted according to the degree of mechanical freedom on the left side and adhere to the stator. The rotor is blocked. By a DC current through the right side of the winding (13), the holding brake can be released and are offset by the superimposed alternating current through both windings (13) in rotary motion.
  • FIG. 6 magnetic circuit of a phase in the current zero crossing and maximum flux.
  • the left side represents the unrolled section BB inside the rotor disk (2) and the stator poles. From the stator poles the magnetic circuit is linked to the winding (13), which is shown as a single vertical line, to the stator poles of the outer rotor disk ( 2) in section AA, drawn to the right. The reflux takes place via the U and via the concatenation of the second winding (13). The drawn rotor position results in the largest magnetic flux in the stator by the permanent magnets in the rotor disk (2). The current through the windings (13) is zero and it could not generate torque in this position.
  • Fig. 8 winding device and cutting device by wire erosion for the production of low-waste trapezoidal U-segments with the poles (24).
  • the sheet metal strip is wound onto a rectangular winding mandrel (20).
  • the deflection and pressure roller (21) gives the sheet a reverse pre-bend, so that the sheet metal coil on the straight sides of the winding mandrel (20) does not protrude.
  • An adhesive holds the plate coil (22) together after curing.
  • the plate winding (22) is similar to the cut cores in transformer construction, but much wider according to the raw material width.
  • the plate winding (22) corresponding to the erosion wire guide (23) is cut to section A-A.
  • the sheet winding (22) is rotated by 180 ° and pushed by the feed (26) which corresponds to the mean trapezoidal width plus the Erodierdrahtdicke forward.
  • the wire erosion now takes place in the reverse direction, so that with each cut two trapezoidal U-segments with the poles (24) arise. In the center or the later motor axis, the erosion wire is moved only in the wire direction.
  • the U-segments are pushed with the narrow side inwards on the cylindrical windings and the insulating and holding discs (8) and fixed.
  • Fig. 10 is a longitudinal section of the upper half of a two-phase external rotor motor (1) with trapezoidal U-segments with the poles (24) with a rotor disk (2) per phase.
  • the erosion cut is carried out laterally on the sheet-metal winding (22), so that only one winding (13) per phase is necessary.
  • Fig. 11 is a longitudinal section of the upper half of a two-phase motor (1) as a hub motor with a
  • a high number of poles also requires a small air gap in the rotor disks (2) to the stator U. Since in engines with large diameter as the hub motor, the distance to the steering knuckle, Wheel bearing and bracket (3) is very large, a further bearing (6) must be provided close to the rotor disks to the stator U.
  • a magnetic bearing as shown in Fig. 1 to 5 is shown.
  • Several U-ferrite cores with metal poles (12) are glued into the cup-shaped flanges (9, 10) and into the middle stator flange (11) with bearings (6), and together form the stator (7) with the windings (13).
  • the middle stator flange (11) contains the outer ring of the bearing (6).
  • the stator (7) is attached to the right flange (9) to the caliper.
  • the rest of the sheet metal housing seals the engine to the outside.
  • the seal (5a) to the rotor holding part with bearing (4) is as close to the wheel bearing.
  • the rotor holding part with bearing (4) transmits the force from the rotor disks (2) to the wheel and contains the inner ring of the bearing (6), the fan blades (4a) and cooling holes (4b) for internal cooling.
  • the axial forces on the rotor disc (2) are much larger than the tangential ones which contribute to the torque. Due to the symmetrical arrangement of the windings, the axial position of the rotor can also be regulated here or a holding brake can be realized.
  • the high-pole motors as single-phase motors have no torque at the current zero crossing. If the rotor (2) is in an unfavorable position, it can not start either forwards or backwards. Due to the cogging torque, however, the poles of the rotor always align with the currentless stator in such a way that the maximum torque is achieved by the first impulse or in other words, the latching angle at standstill is such that the stator poles are exactly between the north and south poles, or between South and north pole of the rotor is located. In order to maintain the correct direction of rotation during start-up, the north or south locking position must be detected with a Hall sensor in order to determine the first + or - half-wave.
  • the first half-wave of the starting frequency with increased current determines the direction of rotation of the motor.
  • the rotating mass is already accelerated so that the direction of rotation can no longer change.
  • Two Hall sensors can control the correct direction of rotation and could restart in the event of an error.
  • Fig. 12 section of a Statorpolnikabiteses with winding (13) and rotor disk (2) with magnetic axial bearing (14) to scale as Fig. 11 seen axially.
  • the U ferrite cores with metal poles (12) surround the large ring winding, and are glued or cast with this and the cup-shaped side part.
  • the U ferrite cores with metal poles (12) are distributed over the entire circumference and have several, corresponding to the pole pair, radial recesses between the poles.
  • the outer gap between the U- is used for cooling and for the lead out of the winding wires.
  • the right-hand drawn rotor cutout of the rotor disk (2) in contrast to FIGS. 4 and 5, not only one pole but a plurality of poles or a pole group (18) with the same magnetic polarity are present between the magnets. As a result, even more poles can be arranged on the circumference and achieve a correspondingly higher torque.
  • the pole gaps are milled, ground or eroded radially.
  • the PoI groups (18) also have radially different magnetic polarities.
  • Fig. 13 Enlarged section of a U-ferrite core with sheet metal pole
  • the drawing on the left shows a U-ferrite core with sheet metal poles (12): Below or inside, for example 21 slots of equal width and 20 poles, while top or outside 19 slots of equal width and 18 poles per U-core are available.
  • the Statorpolannon is uniform over the entire circumference, inside just missing a pole and outside three poles between the U-ferrite core with Blechpolen (12).
  • the relatively equal sized rotor disk has a higher number of poles than in FIG. 5, where the number of poles is limited by the thickness of the magnets (15). At high speeds and thus high frequencies of the motor current, the iron losses for soft iron sheets are already too high and for ferrite cores rather insignificant small.
  • the magnets is a, over the radial length of the stator poles, through the rotor disk continuous cutout, which extends radially outward and inward and obliquely therebetween to a magnetic pole pitch.
  • the magnets (15) used in the radial cutouts are tangentially magnetized and radially equipped with different magnetic polarity and glued. At the periphery outside and inside, respectively the same magnetic polarities are directed to a pole group (18) combined between the magnets.
  • the pole pitch of the pole groups is the same as the pole pitch of the stator poles.
  • the pole groups are offset by half a stator pole pitch so that when the north poles face the stator poles, the south poles of the same rotor disk side point to the pole gaps of the stator.
  • the arrangement is shown more clearly in Figs.
  • the slanted cut-out can not be continuous or bridged with an electrically conductive non-magnetic part. This results in a short-circuit ring, which, as in the case of an asynchronous motor with short-circuit anchors, generates or brakes torque even in the asynchronous case.
  • FIG. 14 shows a view of a two-part rotor disk (2a) with the pole groups (18) and magnetic axial bearing (14) seen axially.
  • the rotor (2) can also be designed as a two-part rotor disk (2a).
  • the permanent magnets (15) between the rotor disks (2a) are axially magnetized and always give different magnetic polarities at the opposite pole groups (18).
  • the permanent magnets (15) can be fitted and glued as a whole disc with an alternating magnetization corresponding to the pole groups or as a trapezoidal or circular segment-shaped individual magnets.
  • the radial grooves in the rotor disks act like a fan blade and provide good cooling. To avoid strong noises, the stator side should be smooth.
  • the larger surface of the permanent magnets (15) relative to the pole face result in a collector effect, so that the induction at the pole head to the air gap is correspondingly larger.
  • the axial thickness of the material in the ground should be at least equal to the pole width.
  • Section D-D shows pole groups (18) with 20 poles.
  • the stator poles are axially opposite the rotor poles in the current zero crossing for every second pole group, otherwise the conditions at current zero crossing and maximum current are the same.
  • Rotor disc (2a) produce.
  • the wire eroding cut or the eroding wire guide (19a) when dividing the thick soft iron disk can be trapezoidally guided so that symmetrical pole groups are formed. Due to the wire thickness and the number of poles on the circumference, the ratio of the pole width to the width of the groove can be determined.
  • An exact EDM cut according to an experimentally optimized pole head shape can produce a sinusoidal electromotive force EMF with the pole shape of the stator poles, the air gap width and a continuous rotor rotation and rated load. The basic pole shape on the other side of the erosion wire is irrelevant.
  • FIG. 17 U ferrite poles with cutouts for thin laminated cores (17) (collector lamination) As shown in Fig. 13 left, rotated 90 ° and outer pole noc times enlarged. Section C-C shows the ferrite poles with cut-outs for thin soft iron sheets (collector plate packs)
  • the U ferrite poles from the field of power transformers have already reached magnetic saturation at 0.3 Tesla. Since the cross section in the direction of the air gap (16) decreases by the gap width of the poles, the saturation is reached there much earlier so that a "blurred magnetic field" is created at the air gap Since grooves in the ferrite core have to be anyway, it is expedient to use these with packages from thin grain-oriented electrical sheets to be fitted or glued or injected with plastic, since a smooth surface to the air gap (16) is expedient ..
  • the cross-section of the transition from the ferrite to the sheet can be very large compared to the ferrite depth depending on the gap depth cross-section. This achieves a collector effect and a much higher air gap induction with relatively low iron losses.
  • Fig. 18 Magnetic circuit of a phase at the current zero crossing and at the Max. Flow. Left
  • the rotor position is drawn so that on the left outside and on the right inside all north poles face the stator poles, while on the other side of the rotor (2) the south poles face the stator poles. This results in the largest magnetic flux through the U ferrite poles, as indicated by the arrows.
  • Each magnet (15) has two stator poles facing the magnet (15). These poles do not contribute to the magnetic flux.
  • FIG. 19 Force effect of a phase at Max. Current: Left rotor outside, right rotor inside. Compared with FIG. 18, the rotor is offset by 90 ° electrically or by% of the stator pole pitch.
  • the current through the windings (13) is shown schematically by the vertical lines on the right and left outside and generated at the stator poles the specified north and south poles. These result in the poles of the rotor disk (2), the drawn, rectified force arrows F.
  • One pole per magnet (15) does not contribute to the force effect, all others, however, only by the attractive or the repulsive force. This is different from that in FIG. 7. If the rotor continues to move 180.degree. Electrically or more than Vi of the stator pole pitch, the magnetic flux of FIG. 18 flows in the opposite direction.
  • Fig. 20 Two-phase motor (1) with a hollow shaft (3) and four drum-shaped rotors (2).
  • the stator (7) consists of simple laminated core forms, which are arranged radially. By the additional sheets (17), the induction in the axial stator is reduced and enlarged in the air gap to the rotor.
  • Drum-shaped rotors with alternating N-S poles are protected in the patent DE 10 2006 038 576 B4.
  • the new drum-shaped rotors (2) with pole groups (18) allow an even higher number of poles on the rotor and stator, because only after one pole group (18) on the rotor again a different magnetic polarity appears.
  • the special feature of the engine (1) are the two identical drum-shaped rotors (2) per phase, the force of 4 pole length per pole contributes to the torque.
  • the mass of the drum-shaped rotors (2) is much smaller compared to full-pole rotors in synchronous machines or collectorless DC motors.
  • the design is suitable for longer motors with a small diameter and hollow shafts.
  • FIG. 21 Two-phase motor (1) with U-shaped stator laminations and two drum-shaped rotors (2)
  • the stator (7) consists of U-shaped stamped sheets which are joined together with the additional sheets to Statorpolen. Only one double rotor or two identical rotors as per FIG. 21 are required per engine. The design is suitable for shorter and larger diameters with hollow shaft (3).
  • Fig. 22 Axial view of stator (7) and rotor with the pole groups (18) of Fig. 20 and Fig. 21
  • the drum-shaped rotors (2) consist of a gear-like outer rotor part with poles (21a) made of soft iron which connects to the shaft (3) and to the bearing (6) manufactures.
  • the magnets (15) and the inner pole groups (18) are mounted or glued on the inside, so that these parts are protected at high speeds and large centrifugal forces and the mechanical precision to the stator (7) is ensured.
  • Fig. 23 Enlarged views and sections of the drum-shaped rotors (2) with magnetically alternating pole groups of the same name (18).
  • Section D-D shows the gear-like part, with an oblique hole for a good internal air circulation, which can also be produced similar to gears.
  • Section E-E shows a ring with internal toothing. However, this ring can also be replaced with individual rotor parts with pole groups inside (21), a bent part of Fig. 24.
  • the gap is populated with rectangular or circular section magnets, with the magnetic polarity changing at the pole group boundaries (19). .
  • Fig. 25 transverse flux machine as a two-phase motor or generator (1) with drum-shaped and disc-shaped pole groups (18) with additional electrical excitation.
  • the rotor (2) consists of a drum-shaped or conical rotor (2a), with permanent magnet (15) equipped part and a disc-shaped rotor (2b) part.
  • the disk-shaped rotor (2b) is excited by two DC windings (13a) which are connected to the soft iron flange (9, 10) and the concentric soft iron rings or sheet metal windings (5, 5a, 5b.)
  • the excitation by the permanent magnets (15) can be excited.
  • the magnetic flux from the two DC windings (13a) continues to pass over three concentric soft iron disks (4b - 4d), which are fastened to the shaft (3) and the rotor (2) via a retaining ring (4).
  • the soft iron discs (4b - 4d) together with the soft iron rings can form an axially loadable slide bearing, where south poles form on the soft iron discs, and a north pole in the middle, the magnetic flux is now transmitted via the gear - like intermediate segments to the pole groups (18) of the
  • FIGS. 28-30 The drawing and a manufacturing method are described in FIGS. 28-30.
  • the two-phase machine is designed with a very high number of poles as slow speed for gearless generators for 50Hz or 60Hz.
  • the power range extends to the maximum power of wind turbines, with the diameter of the generator must not be greater than the diameter of a 4-pole machine with gearbox.
  • the two-phase generator can be synchronized with Fig. 40 also with the three-phase network.
  • In the middle of the machine can another drum-shaped or conical rotor (2a) is provided with the sum of the pole lengths of the drum-shaped and the disc-shaped part, wherein the lateral electrical excitation acts on the entire magnetic circuit of this phase.
  • section A-A is a section of the drum-shaped rotor part, the insulating and holding disc (8), the winding (13) and the stator poles with the additional sheets (12a) visible.
  • the two-phase motor or generator (1) can be run without rotor (2) in the middle.
  • the magnetic flux is transferred lossless through the long connecting teeth (12b) from the U to the I laminations and vice versa.
  • FIG. 28 Electrical energization or flux guidance on the rotor (2) with the parts 2c and 2d
  • 2c-2f gear-like intermediate segments
  • pole group segments are necessary in order to control the magnetic flux on the pole groups (18 ) respectively.
  • These can be produced like ordinary gears and then cut radially at the pole group boundaries.
  • FIG. 29 Axial view of the pole groups (18) of the rotor parts with the permanent magnets (15)
  • Section B-B shows the pole groups (18) of the two rotor parts (2a, 2b).
  • the radial poles are energized by the DC windings (13a) and may be assistive or debilitating.
  • Permanent magnets (15) can also be installed between the pole group segments or at the pole group boundaries (19).
  • Fig. 30 Electrical excitation or flux guidance on the rotor (2) with the parts 2e and 2f section D-D shows the two other pole group segments with the attachments (4 - 4e) to the concentric soft iron rings and the non-magnetic retaining ring.
  • This compact motor design combines the maximum in the utilization of the cross sections with the magnetic circuit, and the winding, the Polquer baines to the air gaps and the short flow control in the rotor iron, and the rotor near storage.
  • 0.5mm groove width corresponding to the cutter thickness of carbide cutters
  • high numbers of poles can be achieved at the circumference, which corresponds to a high torque.
  • annealed grain-oriented sheet and thicknesses up to 0.05mm the motor can be dimensioned for high speed ranges.
  • the motor length is flexible feasible, depending on the duty cycle of the load of the limit temperature and the copper and iron losses.
  • the left view shows the rotor position at maximum torque and right at zero torque.
  • triangular permanent magnets (15) can be used.
  • the right view shows the rotor position at maximum torque and left at torque zero.
  • the additional triangular permanent magnets at the pole group boundaries (19) are not drawn.
  • the raw material roll (20) basically has a magnetic preferential direction (12b) which corresponds to the rolling direction and the longitudinal direction.
  • the preferred direction should be in the axial direction, unlike toroidal core transformers. Therefore, rectangular sheets (22) are cut, the length in the preferred direction (12b) corresponding to the later width of the sheet metal coils (12, 12a).
  • the rectangular plates (22) are pre-bent at the end or the entire width transversely to the raw material axis with a bending device (23).
  • the sheets are mounted on a cylinder evenly distributed around the circumference, provided with adhesive and wound up.
  • the sheet metal sections can also push together axially spirally.
  • the adhesive is at the same time an electrical insulating layer, so that the more sheets are distributed around the circumference, an electrical turn can be excluded. Winding closures would prevent the axial magnetic alternating flux to the poles.
  • On the right is a hardened sheet metal winding (24a) drawn before processing the poles with the axial preferred direction (12b).
  • Fig. 36 outer plate winding (12) with the guide of the erosion wire (25a) for cutting out the inner poles.
  • EDM wire cutting is an exact method for making even long cuts and thin cuts in metal according to wire size. Although the cutting speed is very slow, but the workpiece is hardly mechanically and thermally loaded. For longer metal coils, the cuts can also be made so that a cut the inner poles of the outer plate coil (12) and at the same time the outer poles of an inner plate winding (12a) are cut for a larger engine.
  • Fig. 37 sheet winding inside (12 a) with the Erodierdraht Adjust for cutting out the outer poles.
  • the sheet-metal coils inside (12 a) thicker.
  • the pole length inside becomes larger. The inclination of the erosion wire to the axis results from the ratio of groove width to pole width with the same cross sections
  • the published patent application DE 102 40 704 A1 shows a two-phase linear machine in FIG.
  • the movable linear part (2) is now equipped with pole groups (18) and a smooth round protective tube (6a) with a core screw (2c) and four axially arranged permanent magnets (15).
  • the soft iron pole groups consist of a rotating part with the grooves, which is then cut axially into four parts.
  • the side elevation and the enlarged detail show the magnetic polarities and the state of the force in the two phases (L1, L2). With the much larger number of poles and the straight sheets results in a higher force per stator length. In full-step operation, more exact positioning accuracies are achieved in accordance with the higher number of poles.
  • the linear drive can be used to support the steering force (electric power steering) in the automotive sector.
  • the compact design is made with additional sheets (12b) and the E and I sheets (12, 12a) as in transformers. At the transition from the E- to I-plates can be welded.
  • the round cutout for the linear part can already be drilled when punching the sheets or subsequently cut or by wire erosion.
  • Fig. 39 Linear drive (2) with E-transformer plate and two drives with pole groups (18)
  • E-plates (12) are required for both phases (L1, L2)
  • the two linear parts have two rack-like soft iron bars with the pole groups (18) and the permanent magnets (15) in between.
  • the production can be carried out by wire eroding a soft iron rod, two symmetrical linear parts being produced with the pole groups (18).
  • the linear guide is not drawn.
  • the table (3) is pulled down, whereby also a holding brake (27) can be realized.
  • Fig. 40 Phasor diagram and circuit diagram for connecting 2-phase machines on 3 phases.
  • On the left a phasor diagram with the voltages on a two-phase motor and the three-phase mains voltage.
  • any two-phase transversal flux motor or generator can be connected to three-phase networks or frequency converters.
  • any two-phase transversal flux motor or generator can be connected to three-phase networks or frequency converters.
  • only one center tap of the winding of one phase is necessary for a three-phase solution. If the midpoint of the three-phase solution is needed, the first winding must also have a tap at 50%.
  • two-phase AC drives are simpler and theoretically about 1/3 cheaper than three-phase ones, they are not yet available for higher performance, which will hopefully change as a result of this patent application.
  • Fig. 41 Pointer diagram Circuit diagram and switch for large speed ranges
  • the number of turns of the windings are still halved and split, so that with the electronic switching device from a certain speed of the machine, the windings can be connected in parallel.
  • This has the advantage that a large speed range without gear, for example, can be covered in vehicles.
  • the limit voltage of the semiconductors in the frequency converter is quickly reached.
  • the motor voltage can not be higher than the intermediate circuit voltage of the frequency converter, so that from this speed or frequency, the torque decreases sharply.
  • the winding of the machines can be dimensioned with small numbers of turns and for large currents, but the limiting currents of the semiconductor can be reached quickly.
  • the pulse width modulation PWM with high starting currents becomes problematic. For these reasons, an electronic switching of the windings at high speed ranges is particularly advantageous. Since the phases of transverse flux machines are usually arranged next to one another, real three-phase machines can also be constructed, but a simple symmetrical construction as in FIGS. 25 to 30 is not possible. The cost is also cheaper for a two-phase machine, with higher torque or torque ripple not justifying the price difference.

Abstract

Die Erfindung betrifft Motoren, (Fig. 21) Generatoren und Linearantriebe mit noch kleineren Polteilungen und somit höheren Polzahlen. Für eine hohe Polzahl (12) wird pro Phase (L) nur eine einfache Wicklung (13) benötigt, wobei mehrere Phasen (L) nebeneinander angeordnet werden können. Kleinere Polteilungen ergeben weniger Wickelraum, kürzere Eisenweglängen, und entsprechend exaktere Positioniermöglichkeit besonders im Maschinenbau. Weiterhin sind höhere Drehmomente bei einem kleineren Gewicht erreichbar.

Description

Beschreibung:
Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager.
Die Erfindung betrifft neue Stator- und Rotorbauarten für hochpolige Transversalflussmaschinen. Der Vorteil ist das höhere Drehmoment, die niedrige Drehzahl, die hohe Leistung pro Gewichtseinheit und die kleine Massenträgheit und gute Fertigungsmöglichkeiten gegenüber dem Stand der Technik.
Anwendungen:
Die hochpoligen „Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager" sind besonders als leichte, trägheitsarme und hoch dynamische getriebelose synchrone Direktantriebe für Werkzeugmaschinen, Fahrzeuge und andere Drehzahlveränderliche Anwendungen geeignet, wobei die Drehzahl mit einem Frequenzumrichter verändert wird. Die primäre Versorgung mit elektrischer Energie sowie die Rückspeisung beim abbremsen kann über das Netz, Oberleitungen, Batterien, Brennstoffzellen, Reformer oder elektrische Speicher erfolgen.
Im Falle von Netzanwendungen zum Beispiel Windkraftanlagen und Wasserkraftanlagen ohne Frequenzumrichter sind Rotoren mit zusätzlicher elektrischer Erregung notwendig, um bei stark veränderlichen Leistungen und konstanter Drehzahl den Leistungsfaktor cos φ in den zulässigen Grenzen zu halten.
Weitere Anwendungen sind schnelle Linearantriebe, Axialkolbenpumpen, Querschneider, Robotter und so weiter, wenn eine höhere Winkelbeschleunigung als bei herkömmlichen Torque- Scheibenläufer- Glockenanker- oder Servomotoren verlangt wird.
Stand der Technik:
Wird später ergänzt.
Gegenüber dem Stand der Technik weisen hochpolige „Transversalflussmaschinen mit scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager" folgende Verbesserungen auf:
— eine höhere Leistung pro Gewichtseinheit, oder kleineres Gewicht bei gleicher Leistung
— eine noch höhere Polzahl bei Rotoren mit Polgruppen, und damit kleinere Schrittwinkel und kleinere Rastmomente — Ein hohes Drehmoment, hohes Kurzzeitdrehmoment, unempfindlich auf plötzliche Drehmomentstöße oder Blockierungen
— ein geringer Verdrahtungsaufwand trotz hoher Polzahl
— Zweiphasige Maschinen auch an dreiphasigen Frequenzumrichter anschließbar sowohl als Motor wie auch als Generator
— eine hohe Dynamik, bei Fahrzeugen vom Anfahren am Hang bis zu hohen Geschwindigkeiten ohne Getriebe.
— Synchronlauf mit der Frequenz und Feststellung von Drehwinkel, Drehzahl und Drehrichtung mit der Phasenlage, anhand der Wicklungsströme, ohne Encoder
— keine Verschleißteile außer den berechenbaren Lagern, kein Getriebe, kein Getriebespiel
— einen hohen Wirkungsgrad, wenig Stromwärmeverluste
— eine gute Kühlung der einfachen Wicklungen, höhere Zuverlässigkeit
— ein großer Rotordurchmesser im Verhältnis zum Außendurchmesser
— ein kleines Rotorträgheitsmoment, sehr hohe Winkelbeschleunigung
— eine weitgehend automatisierte Herstellung auch der Wicklung ist möglich.
Aufgabenstellung:
Bei Stanzmaschinen oder Bestückungsautomaten muss innerhalb eines Bestückungs- oder Stanzzyklus die Ware schnell transportiert und wieder punktgenau angehalten werden, bis der Stanzvorgang oder die Bestückung erledigt ist und der nächste Zyklus beginnt. Die Grenzen der Zykluszeit oder der Stückzahl pro Stunde liegt meist in der schlechten Winkelbeschleunigung der Vorschubmotoren, welche Magnetbestückte Vollanker haben, das Heißt, ein stärkerer Motor hat auch ein größeres Ankervolumen und eine größere Trägheit, und kann damit die Zykluszeit nicht verkleinern. Für diese Fälle sind die neuen Rotoren viel besser, weil die Kraft auf den Rotor beidseitig einer dünnen Scheibe oder eines dünnen Zylinders mit wenig Masse und an vielen Polen und weit außen von der Achse aus wirkt.
Für elektrische Antriebe besonders in Fahrzeugen aber auch in Windkraftanlagen wird ein möglichst leichter Motor benötigt. Gewichtseinsparungen sind auch Einsparungen an Eisen und Kupfer oder Aluminium, und mit teurer werdenden Rohmaterialkosten auch für viele weitere Anwendungen interessant. Als Nabenmotor und andere Antriebsmotoren für Fahrzeuge muss er zudem große radiale und axiale Beschleunigungen aufnehmen können. Er soll das Fahrzeug ohne Getriebe am Hang bergauf anfahren können. Bei der Durchschnittsgeschwindigkeit soll der Motor den höchsten Wirkungsgrad haben und bei der Höchstgeschwindigkeit oder der Höchstdrehzahl noch genügend Leistung abgeben. Beim verzögern des Fahrzeuges soll der Motor als Generator die Bremsenergie in elektrische Energie zum laden von Kondensatoren oder der Batterie, oder zur Rückspeisung ins Netz nutzen. Die hohen Polzahlen erfordern einen kleinen Luftspalt und somit eine exakte Rotornahe oder Luftspaltnahe Lagerung. Lösung der Aufgaben und Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren:
Fig. 1 Längsschnitt durch einen zweiphasigen Motor (1) mit je einer Rotorscheibe (2) pro Phase
Nur die obere Hälfte offen gezeichnet
Fig. 2 Längsschnitt des zusammengebauten Motors (1) mit magnetischer Axiallagerung (14) Fig. 3 Schnitt B-B des Stators (7) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen Fig. 4 Schnitt A-A der Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen Fig. 5 Vergrößerter Ausschnitt der Rotorscheibe (2) mit der magnetischen Axiallagerung (14) Fig. 6 Magnetischer Kreis einer Phase im Stromnulldurchgang und bei Maximalem Fluss. Fig. 7 Maximale Kraftwirkung auf die Rotorscheibe (2) einer Phase bei Maximalem Strom Fig. 8 Wickelvorrichtung und Schneidvorrichtung durch Drahterodieren für die Herstellung abfallarmer trapezförmiger U- Segmente mit den Polen (24). Fig. 9 Anordnung der trapezförmigen U- Segmente mit den Polen (24) Fig. 10 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Außenläufermotors (1 ) mit trapezförmigen U- Segmenten mit den Polen (24) mit einer Rotorscheibe (2) pro Phase. Fig. 11 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Motors (1 ) als Nabenmotor mit einer
Rotorscheibe (2) pro Phase und Rotornaher Lagerung (6) Fig. 12 Ausschnitt eines Statorpolkreisabschnittes mit Wicklung (13) und Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) maßstäblich wie Fig. 11 axial gesehen. Fig. 13 Vergrößerter Ausschnitt eines U- Ferritkernes mit Blechpolen (12) und der Rotorscheibe
(2) mit den Polgruppen (18) Fig. 14 Ansicht einer Zweiteiligen Rotorscheibe (2a) mit den Polgruppen (18) und magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen Fig. 15 Tangentiale Ansicht auf die Zweiteilige Rotorscheibe (2a) mit den Permanentmagneten
(15) und Schnitt D-D unten Fig. 16 Erodierdrahtführung (19a) um aus einer dicken Weicheisenscheibe eine Zweiteilige
Rotorscheibe (2a) herzustellen.
Fig. 17 U- Ferritpole mit Ausschnitten für dünne Blechpakete (17) (Sammlerblechpakete) Fig. 18 Magnetischer Kreis einer Phase beim Stromnulldurchgang und beim Max. Fluss. Links
Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite, Schnitte nach Fig. 15
Fig. 19 Kraftwirkung einer Phase bei Max. Strom: Links Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite Fig. 20 Zweiphasiger Motor (1) mit Hohlwelle (3) und vier tromm eiförmigen Rotoren (2). Fig. 21 Zweiphasiger Motor (1) mit U- Förmigen Statorblechen und zwei Trommeiförmigen
Rotoren (2)
Fig. 22 Axiale Sicht von Stator (7) und Rotor mit den Polgruppen (18) von Fig. 20 und Fig. 21 Fig. 21 Zweiphasiger Motor mit U- Förmigen Statorblechen und zwei Trommelförmigen Rotoren Fig. 22 Axiale Sicht von Stator und Rotor mit den Polgruppen Fig. 20 und Fig. 21 Fig. 23 Vergrößerte Ansichten und Schnitte der trommeiförmigen Rotoren mit magnetisch abwechselnden gleichnamigen Polgruppen. Fig. 24 Rotorprofilteil mit einer Polgruppe (18) Fig. 25 Transversalflussmaschine als Zweiphasiger Motor oder Generator (1) mit trommeiförmigen- und scheibenförmigen Polgruppen (18) mit zusätzlicher elektrische Erregung.
Fig. 24 Rotorprofilteil mit einer Polgruppe
Fig. 25 Transversalflussmaschine mit trommeiförmigem- und scheibenförmigem Rotorpolgruppen mit zusätzlicher elektrische Erregung
Fig. 26 Schnitt durch den trommeiförmigen Rotorteil mit den radialen U- 1- Statorblechpaketen (12).
Fig. 27 Transversalflussmaschine ohne Rotor (2) in der Mitte
Fig. 28 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2c und 2d
Fig. 29 Axiale Sicht auf die Polgruppen (18) der Rotorteile mit den Permanentmagneten (15)
Fig. 30 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2e und 2f
Fig. 31 Zweiphasiger Motor (1) mit nur axialer Flussführung im Stator (7) und 4 kegelförmigen Rotoren(2)
Fig. 32 Äußeres Rotorteil mit Polgruppen (18a) und Stator (7) von C-C, der Erodierdrahtführung (25a) aus gesehen.
Fig. 33 Inneres Rotorteil mit Polgruppen (18b) und Stator (7) von D-D, der Erodierdrahtführung aus gesehen
Fig. 34 Schneide und Biegevorrichtung der Bleche von einem Rohmaterialwickel (20).
Fig. 35 Wickelvorrichtung (24) mehrerer Bleche zur äußeren Blechwicklung (12) und zur inneren Blechwicklung (12a) mit axialer magnetischer Vorzugsrichtung (12b).
Fig. 36 Äußere Blechwicklung (12) mit der Führung des Erodierdrahtes (25a) zum ausschneiden der Innenpole.
Fig. 37 Blechwicklung innen (12a) mit der Erodierdrahtführung zum ausschneiden der Außenpole.
Fig. 38 Linearantrieb (1) mit E-I Trafoblechen und rundem Linearteil (2a) mit Polgruppen (18)
Fig. 39 Linearantrieb (2) mit E- Trafoblech und zwei Antriebe mit Polgruppen (18)
Fig. 40 Zeigerdiagramm und Schaltplan zum Anschluss 2- phasiger Maschinen an 3 Phasen.
Fig. 41 Zeigerdiagramm Schaltplan und Umschalter für große Drehzahlbereiche
Beschreibungen:
Fig. 1 Längsschnitt durch einen zweiphasigen Motor (1 ) mit je einer Rotorscheibe (2) pro Phase
Nur die obere Hälfte offen gezeichnet
Eine Phase des Motors (1 ) enthält die zur Mitte der Rotorscheibe (2) symmetrische Statorteile (7). Fig.1 zeigt die Einzelteile vom vormontierten Stator (7), Rotorscheibe (2), Welle (3) und Lager (6) beim Zusammenbau nebeneinander. Die Längsschrauben, welche die beiden äußeren Flansche (10, 9) mit dem Mittelteil verbinden sind nicht gezeichnet. Die Rotorscheibe (2) hat doppelt so viele, abwechselnde Nord- und Südpole wie die Anzahl der, gegenüber dem Luftspalt liegenden Statorpole am Umfang. Der magnetische Wechselfluss wird von den zwei Wicklungen (13), welche innerhalb der zwei U- Blechpakete (12) oder U- Ferritkerne angeordnet sind, erzeugt. Die U- leiten den magnetischen Fluss über den Luftspalt auf den Rotor mit den Dauermagneten (15). Alle 4 Pole der gezeichneten Ebene einer Phase erzeugen eine tangential gleich gerichtete Kraft auf den Rotor (2), wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Die Kraftwirkende Pollänge besteht aus 4 mal der radialen Länge eines Pols. Die für alle Motoren geltende Formel für die Kraft lautet
F = B * I * θ wobei B die Luftspaltinduktion axial,
F die Kraft in N tangential,
I die Pollänge in m radial,
Und θ die Durchflutung in Amperewindungen Aw axial ist.
Die Polbreite b ist in der Formel nicht enthalten was bedeutet, dass eine hohe Polzahl und kleine Polbreite am Umfang eine entsprechend höhere Kraft ergibt. Die Durchflutung θ oder die magnetische Spannung und die Induktion B sind unabhängig von der Polzahl. Wird also beispielsweise die Polzahl am Umfang bei kongruenter Polgeometrie und gleicher Pollänge verdoppelt, ergibt sich die doppelte Kraft und das doppelte Drehmoment. Die Folge ist, dass bei gleicher Frequenz der Motor nur halb so schnell dreht. Eine höhere Leistung wird erst mit einer höheren Frequenz erreicht. Die Grenzen für höhere Motorfrequenzen sind aber bei heutigem Frequenzumrichter noch lang nicht erreicht, so dass bei der doppelten Polzahl und der doppelten Frequenz auch fasst die doppelte Leistung erreichbar ist. Da bei den höheren Frequenzen die Eisenverluste stark zunehmen muss dünneres Blech oder Ferritkerne verwendet werden, oder eine gute Kühlung beziehungsweise Wärmeableitung berücksichtigt werden. Da der kleine Luftspalt in axialer Richtung exakt eingehalten werden muss sind axial belastbare Lager (6) vorgesehen. Diese können auch äußere Kräfte vom Linearwandler oder von einer Axialkolbenpumpe usw. aufnehmen.
Fig. 2 Längsschnitt des zusammengebauten Motors (1 ) mit magnetischer Axiallagerung (14) Beim Zusammenbau des Motors (1 ) entstehen große axiale Kräfte zwischen Rotorscheibe (2) und Stator. (7) Durch die abstoßende Kraft der magnetischen Axiallagerung und einer Bestromung der Wicklungen (13) mit hoher Frequenz wird der Zusammenbau erleichtert.
Fig. 3 Schnitt B-B des Stators (7) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen Die Statorpol breite der einzelnen U- Blechpakete (12) sind gegen den Luftspalt hin schmaler und sind der Polbreite des Scheibenrotors angepasst, innen schmalere und dafür radial längere Pole als außen. Die Bleche, welche nicht bis zum Luftspalt reichen, werden Zusatzbleche (12a) genannt. Diese verringern die Induktion im Magnetkreis oder die Pollänge könnte vergrößert werden. Am Innenumfang der U- liegen die U- aneinander an. In einer Nut des Luftspaltseitigen isolier und Halteringes (8a) der Wicklung (13) sind ringförmig Magnete angeordnet, welche durch gleichnamige magnetische Polarität eine abstoßende Kraft auf die Magnete des Rotors ausüben.
Fig. 4 Schnitt A-A der Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen An der Rotorscheibe (2) sind ebenfalls Ringförmige Nuten angebracht, und Magnete eingeklebt. Gleichnamige Magnetpole stehen sich gegenüber, so dass die Rotorscheibe beidseitig stark abgestoßen wird und in der Mitte der beiden U- bleibt. Die anziehende Kraft der Rotorpole auf das Statoreisen ist zwar größer, die Kräfte heben sich aber wegen des symmetrischen Aufbaus auf. Fig. 5 Vergrößerter Ausschnitt der Rotorscheibe (2) mit der magnetischen Axiallagerung (14) Die Rotorscheiben (2) sind aus einer Weicheisentafel mittels Laser- Wasserstrahl- oder Drahterodieren ausgeschnitten, oder können bei hohen Stückzahlen auch gestanzt hergestellt werden. Die Rotorscheiben (2) haben zur Aufnahme der Magnete (15) radiale Schlitze, welche in der Mitte durchgehend um eine Magnetpolteilung versetzt sind. Dadurch entstehen auf der radialen Achse außen und innen unterschiedliche Magnetpole ohne magnetische Kurzschlüsse. Am äußeren und am inneren Rand der Rotorscheibe (2) sind die Magnetpole Kurzgeschlossen und das Eisen in Sättigung, weshalb die Magnetpole länger sind als die Statorpole. Im Bereich der Statorpollänge ergibt sich damit eine gleichmäßige Durchflutung. Auf die eingeklebten Magnete (15) wirken keine großen Kräfte ein, so dass die Rotorscheiben (2) für hohe Temperaturen und hohe Drehzahlen und Zentrifugalkräfte geeignet sind. Die elektrische Leitfähigkeit um die oberen und unteren Magnete herum könnte durch ein Kupfer oder Messingteil in der schrägen Nut eingepresst, ermöglicht werden und wirkte wie bei einem Kurzschlussanker. Außer Tritt, oder bei kleinerer Drehzahl als die synchrone Drehfelddrehzahl wird ein Drehmoment erzeugt.
Für Sicherheitstechnische Anwendungen wie Lifte oder Hebeeinrichtungen kann die Rotorscheibe (2) auch als Bremsscheibe oder Haltebremse verwendet werden. Stromlos werden die Rotorscheiben (2) magnetisch sehr stark und entsprechend dem mechanischen Freiheitsgrad auf die linke Seite angezogen und haften am Stator fest. Der Rotor ist blockiert. Durch einen Gleichstrom durch die rechte Wicklungsseite (13) kann die Haltebremse gelöst werden und durch den überlagerten Wechselstrom durch beide Wicklungen (13) in Drehbewegung versetzt werden. Sobald die Rotorscheiben (2) drehen, sind die seitlichen Anziehungskräfte zum Stator (7) viel geringer als im Stillstand, weil im Stillstand sowohl Nord- als auch Südpole das Statoreisen anziehen, und bei drehenden Rotorscheiben (2) mindestens die Hälfte der Statorpole eine abstoßende Kraft auf den Rotor ausüben. Durch einen Näherungssensor kann die axiale Rotorstellung gemessen werden (Istwert) und durch einen Regler in der Mitte der Statorpole (Sollwert) gehalten werden, indem ein überlagerter Gleichstrom als Stellglied durch die Wicklungen (13) geschickt wird. Dazu sind Wicklungen (13) auf beiden Seiten der Rotorscheibe (2) notwendig.
Fig. 6 Magnetischer Kreis einer Phase im Strom nulldurchgang und bei Maximalem Fluss. Die linke Seite stellt den abgerollten Schnitt B-B innen an der Rotorscheibe (2) und der Statorpole dar. Von den Statorpolen ist der magnetische Kreis verkettet mit der Wicklung (13), welche als einzelne senkrechte Linie dargestellt ist, zu den Statorpolen der äußeren Rotorscheibe (2) im Schnitt A-A, rechts gezeichnet. Der Rückfluss erfolgt über die U- und über die Verkettung der zweiten Wicklung (13). Die gezeichnete Rotorlage ergibt den größten magnetischen Fluss im Stator durch die Dauermagnete in der Rotorscheibe (2). Der Strom durch die Wicklungen (13) ist null und er könnte in dieser Stellung auch kein Drehmoment erzeugen. Fig. 7 Maximale Kraftwirkung auf die Rotorscheibe (2) einer Phase bei Maximalem Strom Dieselbe Darstellung wie in Fig. 6 jedoch ist die Rotorscheibe um V2 Rotorpolteilung oder um % Statorpolteilung gedreht. In beiden Wicklungen fließt der Max. Strom, so dass an den Statorpolen nach der rechten Handregel die angegebenen magnetischen Polaritäten entstehen. Durch die anziehenden ungleichnamigen und die abstoßenden gleichnamigen Pole zwischen Stator und Rotor ergibt sich die Maximale Kraft auf die Rotorscheibe. Auf ein Statorpol wirken sowohl eine anziehende, als auch eine abstoßende Kraft. Bei zweiphasigen Motoren (1) ist die Stellung der Pole zueinander so, dass wenn eine Phase (L1 ) kraftlos ist wie in Fig. 6, die andere Phase (L2) die maximale Kraft wie in Fig. 7 erzeugt.
Fig. 8 Wickelvorrichtung und Schneidvorrichtung durch Drahterodieren für die Herstellung abfallarmer trapezförmiger U- Segmente mit den Polen (24).
Von dem Rohmaterialwickel wird das Blechband auf einen rechteckförmigen Wickeldorn (20) aufgewickelt. Die Umlenk- und Anpressrolle (21) gibt dem Blech eine umgekehrte Vorbiegung, so dass der Blechwickel an den geraden Seiten des Wickeldorns (20) nicht abstehen. Ein Kleber hält die Blechwicklung (22) nach dem aushärten zusammen. Die Blechwicklung (22) ist ähnlich der Schnittbandkerne im Transformatorenbau, jedoch entsprechend der Rohmaterialbreite viel breiter. Durch Drahterodieren wird die Blechwicklung (22) entsprechend der Erodierdrahtführung (23) nach Schnitt A-A durchgeschnitten. Anschließend wird die Blechwicklung (22) um 180° gedreht und um den Vorschub (26) welcher der Mittleren Trapezbreite plus der Erodierdrahtdicke entspricht nach vorne geschoben. Die Drahterodierung erfolgt jetzt in umgekehrter Richtung, so dass mit jedem Schnitt zwei trapezförmige U- Segmente mit den Polen (24) entstehen. Im Zentrum oder der späteren Motorachse wird der Erodierdraht nur in der Drahtrichtung bewegt.
Fig. 9 Anordnung der trapezförmigen U- Segmente mit den Polen (24)
Die U- Segmente werden mit der schmalen Seite nach innen auf die zylindrischen Wicklungen und die Isolier- und Haltescheiben (8) aufgeschoben und befestigt.
Fig. 10 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Außenläufermotors (1 ) mit trapezförmigen U- Segmenten mit den Polen (24) mit einer Rotorscheibe (2) pro Phase. Der Erodierschnitt ist bei diesem Förderbandantrieb seitlich an der Blechwicklung (22) ausgeführt, so dass nur eine Wicklung (13) pro Phase nötig ist.
Fig. 11 Längsschnitt der oberen Hälfte eines zweiphasigen Motors (1) als Nabenmotor mit einer
Rotorscheibe (2) pro Phase und Rotornaher Lagerung (6)
Eine hohe Polzahl erfordert auch ein kleiner Luftspalt bei den Rotorscheiben (2) zu den Stator U. Da bei Motoren mit großem Durchmesser wie beim Nabenmotor der Abstand zum Achsschenkel, Radlager und Halterung (3) sehr groß ist, muss eine weitere Lagerung (6) nahe an den Rotorscheiben zu dem Stator U vorgesehen werden. Zusätzlich ist eine magnetische Lagerung wie in Fig. 1 bis 5 dargestellt. Mehrere U- Ferritkerne mit Blechpolen (12) sind in die Schalenförmigen Flansche (9, 10) und in den Mittlerer Statorflansch (11) mit Lager (6) eingeklebt, und bilden zusammen den Stator (7) mit den Wicklungen (13). Der Mittlerer Statorflansch (11) enthält den Außenring des Lagers (6). Der Stator (7) ist am Flansch rechts (9) zum Bremssattel hin befestigt. Das übrige Gehäuse aus Blech dichtet den Motor nach außen ab. Die Abdichtung (5a) zum Rotorhalteteil mit Lager (4) ist möglichst nahe am Radlager. Das Rotorhalteteil mit Lager (4) überträgt die Kraft von den Rotorscheiben (2) auf das Rad und enthält den Innenring des Lagers (6), die Lüfterflügel (4a) und Kühlöffnungen (4b) zur internen Kühlung. Die axialen Kräfte auf die Rotorscheibe (2) sind viel größer als die tangentialen, welche zum Drehmoment beitragen. Durch die symmetrische Anordnung der Wicklungen kann auch hier die axiale Position des Rotors geregelt werden oder eine Haltebremse realisiert werden.
Einphasige Motoren:
Die hochpoligen Motoren als einphasige Motoren haben beim Stromnulldurchgang kein Drehmoment. Wenn der Rotor (2) in einer ungünstigen Lage steht kann er weder vorwärts noch rückwärts anlaufen. Durch das Rastmoment richten sich aber die Pole des Rotors bei stromlosem Stator immer so aus, dass durch den ersten Stromstoß das größte Drehmoment erzielt wird oder anders gesagt, der Einrastwinkel bei Stillstand liegt so, dass die Statorpole genau zwischen Nord- und Südpol, oder zwischen Süd- und Nordpol des Rotors liegt. Um beim Anlauf die richtige Drehrichtung einzuhalten muss mit einem Hallsensor die Nord- oder Südraststellung erfasst werden um die erste + oder - Stromhalbwelle zu bestimmen. Die erste Stromhalbwelle der Startfrequenz mit erhöhtem Strom entscheidet über die Drehrichtung des Motors. Beim nächsten Nulldurchgang des Stromes ist die Drehmasse schon so beschleunigt, dass die Drehrichtung nicht mehr ändern kann. Zwei Hallsensoren können die richtige Drehrichtung kontrollieren und könnten bei einem Fehler neu starten.
Der Vorteil einer einphasigen Lösung liegt an der Einfachheit und an den Einspaarungen bei der Leistungselektronik. Rastmomente sind wegen der hohen Polzahl der Motoren trotz der niedrigen Rotormasse nicht zu befürchten
Fig. 12 Ausschnitt eines Statorpolkreisabschnittes mit Wicklung (13) und Rotorscheibe (2) mit magnetischer Axiallagerung (14) maßstäblich wie Fig. 11 axial gesehen.
Die U- Ferritkerne mit Blechpole (12) umschließen die große Ringwicklung, und sind mit dieser und dem schalenförmigen Seitenteil verklebt oder eingegossen. Die U- Ferritkerne mit Blechpole (12) sind über den ganzen Umfang verteilt und haben mehrere, der Polpaarzahl entsprechende, radiale Aussparungen zwischen den Polen. Der äußere Spalt zwischen den U- wird zur Kühlung und zur Herausführung der Wicklungsdrähte genutzt. Im rechts gezeichneten Rotorausschnitt der Rotorscheibe (2) sind im Gegensatz zu Fig. 4 und 5 nicht nur ein Pol, sondern mehrere Pole oder eine Polgruppe (18) mit gleicher magnetischer Polarität zwischen den Magneten vorhanden. Dadurch lassen sich noch mehr Pole am Umfang anordnen und ein entsprechend höheres Drehmoment erreichen. Die Pollücken werden radial ausgefräst, geschliffen oder erodiert. Die PoI- gruppen(18) haben radial ebenfalls unterschiedliche magnetische Polaritäten. Fig. 13 Vergrößerter Ausschnitt eines U- Ferritkernes mit Blechpolen (12) und der Rotorscheibe
(2) mit den Polgruppen (18)
Die Zeichnung links zeigt einen U- Ferritkern mit Blechpolen (12): unten oder innen sind Beispielsweise 21 Nuten gleicher Breite und 20 Pole, während oben oder außen 19 Nuten gleicher Breite und 18 Pole pro U- Kern vorhanden sind. Die Statorpolteilung ist über dem ganzen Umfang gleichmäßig, innen fehlt einfach ein Pol und außen drei Pole zwischen den U- Ferritkern mit Blechpolen (12). Die verhältnismäßig gleich groß gezeichnete Rotorscheibe hat eine höhere Polzahl als nach Fig. 5, wo die Polzahl durch die dicke der Magnete (15) begrenzt ist. Bei hohen Drehzahlen und somit hohen Frequenzen des Motorstromes sind die Eisenverluste für Weicheisenbleche schon zu hoch und für Ferritkerne eher unbedeutend klein. Durch mehrere Pole oder Polgruppen (18), wie in Fig. 14 schon erwähnt, zwischen den Magneten (15) lässt sich die Polzahl noch weiter erhöhen, so dass nun Ferritkerne verwendet werden können welche bis 30 kHz noch wenig Eisenverluste haben. Die Leistungselektronik ist mit diesen Frequenzen auch nicht überfordert weil eine Pulsweitenmodulation PWM bei der Nenndrehzahl nicht vorgesehen ist. Mit der neuen Rotorscheibe (2) ist es gelungen bei einem Rotordurchmesser von ca. 400 mm eine Rotorpolzahl von über 1300 Polen oder über 650 Polpaaren zu erreichen. Nach dem festen Zusammenhang zwischen Polpaarzahl PP der Frequenz f und der Drehzahl n
n = 60 * f / PP ergibt sich bei 1200 U/Min eine Frequenz von f = PP * n / 60 =
650 * 1200 / 60 = 13 kHz
Für die Magnete ist ein, über die radiale Länge der Statorpole, durch die Rotorscheibe durchgehender Ausschnitt, welcher außen und innen radial verläuft und dazwischen um eine Magnetpolteilung schräg verläuft. Die in den radialen Ausschnitten eingesetzten Magnete (15) sind tangential Magnetisiert und radial mit unterschiedlicher magnetischer Polarität bestückt und eingeklebt. Am Umfang außen und innen sind jeweils die gleichen magnetischen Polaritäten zu einer Polgruppe (18) zwischen den Magneten zusammengefasst gerichtet. Die Polteilung der Polgruppen ist gleich wie die Polteilung der Statorpole. Bei den Magneten (15) oder den Polgruppengrenzen (19) werden jedoch die Polgruppen um eine halbe Statorpolteilung versetzt, so dass wenn die Nordpole den Statorpolen gegenüberliegen die Südpole der gleichen Rotorscheibenseite auf die Pollücken des Stators zeigen. Die Anordnung ist in Fig.18 und 19 deutlicher dargestellt.
Anmerkung: Der schräg verlaufende Ausschnitt kann auch nicht durchgehend, oder mit einem elektrisch leitendem unmagnetischem Teil überbrückt sein. Dadurch ergibt sich ein Kurzschlussring, welcher, wie bei einem Asynchronmotor mit Kurzschlussanker, auch im asynchronen Fall Drehmoment erzeugt oder bremst.
Fig. 14 Ansicht einer Zweiteiligen Rotorscheibe (2a) mit den Polgruppen (18) und magnetischer Axiallagerung (14) axial gesehen Der Rotor (2) kann auch als zweiteiligen Rotorscheibe (2a) ausgeführt werden wobei größere Pol- gruppen (18) gemacht werden können als bei der Bauart nach Fig. 13. Die Dauermagnete (15) zwischen den Rotorscheiben (2a) sind axial magnetisiert und ergeben an den gegenüberliegenden Polgruppen (18) immer unterschiedliche magnetische Polaritäten. Die Dauermagnete (15) können als ganze Scheibe mit einer wechselnden Magnetisierung entsprechend den Polgruppen oder als Trapezförmige oder Kreisabschnittförmige Einzelmagnete bestückt und verklebt werden. Die radialen Nuten in den Rotorscheiben wirken wie ein Lüfterflügel und ergeben eine gute Kühlung. Damit keine starken Geräusche entstehen sollte die Statorseite glatt sein. Die größere Oberfläche der Dauermagnete (15) gegenüber der Polfläche ergeben eine Sammlerwirkung, so dass die Induktion am Polkopf zum Luftspalt hin entsprechend größer ist. Die axiale Materialstärke im Polgrund sollte mindestens der Polbreite entsprechen. Die Bauart ermöglicht noch kürzere Eisenweglängen im Rotor und eine höhere Polzahl welche wirksam zum Drehmoment beitragen, als in Fig. 13.
Fig. 15 Tangentiale Ansicht auf die Zweiteilige Rotorscheibe (2a) mit den Permanentmagneten
(15) und Schnitt D-D unten
Außen ist eine Bandage (4c), welch bei Überlastung und durch Zentrifugalkräfte die Permanentmagnete festhalten. Schnitt D-D zeigt Polgruppen (18) mit 20 Polen. Im Gegensatz zu Fig. 18 sind die Statorpole den Rotorpolen im Stromnulldurchgang bei jeder zweiten Polgruppe axial gegenüberliegend ansonsten sind die Verhältnisse bei Stromnulldurchgang und Max. Strom gleich.
Fig. 16 Erodierdrahtführung (19a) um aus einer dicken Weicheisenscheibe eine Zweiteilige
Rotorscheibe (2a) herzustellen.
Der Drahterodierschnitt oder die Erodierdrahtführung (19a) beim teilen der dicken Weicheisenscheibe kann trapezförmig so geführt werden, dass symmetrische Polgruppen entstehen. Durch die Drahtstärke und die Polzahl am Umfang kann das Verhältnis der Polbreite zur Nutenbreite bestimmt werden. Ein exakter Erodierschnitt nach einer experimentell optimierten Polkopfform, kann mit der Polform der Statorpole, der Luftspaltbreite und einer kontinuierlichen Rotordrehung und Nennlast eine möglichst sinusförmige elektromotorische Kraft EMK erzeugen. Die Grundpolform auf der anderen Seite des Erodierdrahtes spielt keine Rolle.
Fig. 17 U- Ferritpole mit Ausschnitten für dünne Blechpakete (17) (Sammlerblechpakete) Wie Fig. 13 links, 90° gedreht und äußere Pole noc hmals vergrößert. Schnitt C-C zeigt die Ferritpole mit Ausschnitten für dünne Weicheisenbleche (Sammlerblechpakete)
Die U- Ferritpole aus dem Bereich der Leistungsübertrager haben schon bei 0,3 Tesla die magnetische Sättigung erreicht. Da der Querschnitt Richtung Luftspalt (16) um die Lückenbreite der Pole abnimmt, ist die Sättigung dort noch viel früher erreicht, so dass am Luftspalt ein „verschwommenes Magnetisches Feld" entsteht. Da ohnehin Nuten im Ferritkern sein müssen, ist es zweckmäßig diese mit Paketen aus dünnen kornorientierten Elektroblechen zu bestücken oder einzukleben oder mit Kunststoff einzuspritzen, da eine glatte Oberfläche zum Luftspalt (16) hin zweckmäßig ist. Der Querschnitt des Überganges vom Ferrit zum Blech kann je nach Lückentiefe sehr groß sein gegenüber dem Ferrit- querschnitt. Dadurch wird ein Sammlereffekt erreicht und eine viel höhere Luftspaltinduktion bei relativ geringen Eisenverlusten.
Fig. 18 Magnetischer Kreis einer Phase beim Stromnulldurchgang und beim Max. Fluss. Links
Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite, Schnitte nach Fig. 15
Die Rotorstellung ist so gezeichnet, dass links außen und rechts innen alle Nordpole den Statorpolen gegenüberliegen, während auf der anderen Seite des Rotors (2) die Südpole den Statorpolen gegenüberliegen. So ergibt sich der größte magnetische Fluss durch die U- Ferritpole, wie er durch die Pfeile eingezeichnet ist. Bei jedem Magnet (15) sind zwei Statorpole, welche zum Magnet (15) zeigen. Diese Pole tragen nicht zum magnetischen Fluss bei.
Fig. 19 Kraftwirkung einer Phase bei Max. Strom: Links Rotoraußenseite, rechts Rotorinnenseite. Gegenüber Fig. 18 ist der Rotor um 90° elektrisch o der um % der Statorpolteilung versetzt. Der Strom durch die Wicklungen (13) ist schematisch durch die senkrechten Striche rechts und links außen dargestellt und erzeugt an den Statorpolen die angegebenen Nord und Südpole. Diese ergeben mit den Polen der Rotorscheibe (2) die eingezeichneten, gleichgerichteten Kraftpfeile F. Ein Pol pro Mag- net(15) trägt nicht zur Kraftwirkung bei, alle anderen jedoch nur durch die anziehende oder die abstoßende Kraft. Dies ist anders als bei Fig. 7. Bewegt sich der Rotor weiter auf 180° elektrisch oder um weitere Vi der Statorpolteilung, fließt der magnetische Fluss nach Fig. 18 in umgekehrter Richtung.
Fig. 20 Zweiphasiger Motor (1) mit Hohlwelle (3) und vier trommeiförmigen Rotoren (2). Der Stator (7) besteht aus einfachen Blechpaketformen, welche radial angeordnet sind. Durch die Zusatzbleche (17) wird die Induktion im axialen Statorteil verkleinert und im Luftspalt zum Rotor hin vergrößert. Trommeiförmige Rotoren mit abwechselnden N- S- Polen sind in der Patentschrift DE 10 2006 038 576 B4 geschützt. Die neuen trommeiförmige Rotoren (2) mit Polgruppen (18) erlauben eine noch höhere Polzahl am Rotor und Stator, weil erst nach einer Polgruppe (18) am Rotor wieder eine andere magnetische Polarität erscheint. Das besondere an dem Motor (1) sind die zwei identischen trommeiförmigen Rotoren (2) pro Phase, wobei die Kraftwirkung von 4 Pollängen pro Pol zum Drehmoment beiträgt. Die Masse der trommeiförmigen Rotoren (2) ist gegenüber von Vollpolrotoren in Synchronmaschinen oder Kollektorlosen Gleichstrommotoren sehr viel kleiner. Die Bauform ist für längere Motoren mit kleinem Durchmesser und Hohlwellen geeignet.
Fig. 21 Zweiphasiger Motor (1) mit U- Förmigen Statorblechen und zwei Trommeiförmigen Rotoren (2)
Der Stator (7) besteht aus U- Förmigen gestanzten Blechen welche mit den Zusatzblechen zusammen zu Statorpolpaketen zusammengefügt sind. Pro Motor ist nur ein Doppelrotor oder zwei gleiche Rotoren wie in Fig. 21 nötig. Die Bauform ist für kürzere und große Durchmesser mit Hohlwelle (3) geeignet. Fig. 22 Axiale Sicht von Stator (7) und Rotor mit den Polgruppen (18) von Fig. 20 und Fig. 21 Der trommeiförmige Rotoren (2) bestehen aus einem Zahnradähnlichen äußeren Rotorteil mit Polgruppen (21a) aus Weicheisen welches die Verbindung zur Welle (3) und zum Lager (6) herstellt. Die Magnete (15) und die inneren Polgruppen (18) werden an der Innenseite montiert oder geklebt, so dass diese Teile bei hohen Drehzahlen und großen Zentrifugalkräften geschützt sind und die mechanische Präzision zum Stator (7) hin gewährleistet ist.
Fig. 23 Vergrößerte Ansichten und Schnitte der trommeiförmigen Rotoren (2) mit magnetisch abwechselnden gleichnamigen Polgruppen (18).
Mindestens zwei und eine gerade Anzahl Polgruppen (18) müssen am Umfang des Rotors sein, besser sind ab 4 Polgruppen (18) wegen der Kraftverteilung und Unwucht. Schnitt D-D zeigt das Zahnradähnliche Teil, mit schrägem Loch für eine gute interne Luftzirkulation, welches auch ähnlich wie Zahnräder hergestellt werden kann. Schnitt E-E zeigt ein Ring mit Innenzahnung. Dieser Ring kann aber auch mit einzelnen Rotorteilen mit Polgruppen innen (21), einem gebogenen Teil von Fig. 24 ersetzt werden. Der Zwischenraum wird mit Rechteck- oder Kreisabschnittförmigen Magneten Bestückt wobei die Magnetische Polarität an den Polgruppengrenzen (19) wechselt. ,
Fig. 24 Rotorprofilteil mit einer Polgruppe (18)
Einfaches, gerades Profilteil einer oder mehrerer Polgruppen
Fig. 25 Transversalflussmaschine als Zweiphasiger Motor oder Generator (1) mit trommeiförmigen- und scheibenförmigen Polgruppen (18) mit zusätzlicher elektrische Erregung. Der Rotor (2) besteht aus einem trommeiförmigen oder kegelförmigen Rotor (2a), mit Permanentmagneten (15) bestückten Teil und aus einem scheibenförmigen Rotor (2b) Teil. Der scheibenförmige Rotor (2b) wird von zwei mit dem Weicheisenflansch (9, 10) und den konzentrischen Weicheisenringen oder Blechwicklung (5, 5a, 5b) verbundenen Gleichstromwicklungen ((13a) erregt. Je nach Stromrichtung kann die Erregung durch die Permanentmagnete (15) unterstützt oder geschwächt werden. Der magnetische Fluss von den zwei Gleichstromwicklungen (13a) wird weiter über drei konzentrischen Weicheisenscheiben (4b - 4d) geführt, welche über einen Haltering (4) an der Welle (3) und am Rotor (2) befestigt sind. Die Weicheisenscheiben (4b - 4d) können mit den Weicheisenringe zusammen ein axial belastbares Gleitlager bilden. An den Weicheisenscheiben entstehen außen und innen Südpole, und in der Mitte ein Nordpol. Der magnetische Fluss wird nun über die Zahnradähnlichen Zwischensegmente auf die Polgruppen (18) des Scheibenförmigen Rotorteils (2b) geführt. Die Zeichnung und ein Herstellverfahren ist bei Fig. 28 - Fig. 30 beschrieben.
Die Zweiphasige Maschine ist mit einer sehr hohen Polzahl als Langsamläufer für Getriebelose Generatoren für 50Hz oder 60 Hz entwickelt. Der Leistungsbereich erstreckt sich bis zu der Maximalen Leistung von Windkraftanlagen, wobei der Durchmesser des Generators nicht größer sein muss als der Durchmesser einer 4- Poligen Maschine mit Getriebe. Der Zweiphasige Generator kann entsprechend Fig. 40 auch mit dem Dreiphasigen Netz synchronisiert werden. In der Mitte der Maschine kann ein weiterer trommeiförmiger oder kegelförmiger Rotor (2a) mit der Summe der Pollängen aus dem Trommeiförmigen und dem Scheibenförmigen Teil vorgesehen werden, wobei die Seitliche elektrische Erregung auf den ganzen magnetischen Kreis dieser Phase wirkt.
Fig. 26 Schnitt durch den trommeiförmigen Rotorteil mit den radialen U- 1- Statorblechpaketen (12). Im Schnitt A-A ist ein Ausschnitt des trommeiförmigen Rotorteils, die isolier und Haltescheibe (8), die Wicklung (13) und die Statorpole mit den Zusatzblechen (12a) sichtbar.
Fig. 27 Transversalflussmaschine ohne Rotor (2) in der Mitte
Der zweiphasige Motor oder Generator (1) kann auch ohne Rotor (2) in der Mitte ausgeführt werden. Der magnetische Fluss wird durch die lange Verbindungszahnung (12b) fasst verlustfrei von den U- in die I Blechpakete und umgekehrt übertragen.
Fig. 28 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2c und 2d Nach Fig. 28 und Fig. 30 sind 4 verschiedene Zahnradähnliche Zwischensegmente (2c - 2f) oder Polgruppensegmente notwendig, um den magnetischen Fluss auf die Polgruppen (18) zu führen. Diese können wie gewöhnliche Zahnräder hergestellt und anschließend an den Polgruppengrenzen radial durchgeschnitten werden.
Fig. 29 Axiale Sicht auf die Polgruppen (18) der Rotorteile mit den Permanentmagneten (15) Schnitt B-B zeigt die Polgruppen (18) der beiden Rotorteile (2a, 2b). Die radialen Pole werden durch die Gleichstromwicklungen (13a) erregt und können unterstützend oder schwächend wirken. Zwischen die Polgruppensegmente oder an den Polgruppengrenzen (19) können ebenfalls Permanentmagnete (15) eingebaut werden.
Fig. 30 Elektrischen Erregung oder Flussführung auf den Rotor (2) mit den Teilen 2e und 2f Schnitt D-D zeigt die zwei anderen Polgruppensegmente mit den Befestigungen (4 - 4e) an den konzentrischen Weicheisenringen und am unmagnetischen Haltering.
Fig. 31 Zweiphasiger Motor (1) mit nur axialer Flussführung im Stator (7) und 4 kegelförmigen
Rotoren(2)
Diese kompakte Motorbauart vereinigt ein Höchstmaß bei der Ausnutzung der Querschnitte mit dem magnetischen Kreis, und der Wicklung, des Polquerschnittes zu den Luftspalten hin und der kurzen Flussführung im Rotoreisen, und der Rotornahen Lagerung. Mit 0,5mm Nutenbreite entsprechend der Fräserdicke von Hartmetallfräsern lassen sich hohe Polzahlen am Umfang erreichen, was einem hohen Drehmoment entspricht. Mit geglühtem kornorientiertem Blech und Stärken bis 0,05mm kann der Motor für hohe Drehzahlbereiche dimensioniert werden. Die Motorlänge ist flexibel machbar, abhängig von der Einschaltdauer der Belastung der Grenztemperatur und den Kupfer- und Eisenverlusten. Fig. 32 Äußeres Rotorteil mit Polgruppen (18a) und Stator (7) von C-C, der Erodierdrahtführung
(25a) aus gesehen.
Die linke Ansicht zeigt die Rotorstellung beim größten Drehmoment und rechts bei Drehmoment Null. In den Ausschnitten zwischen den Polgruppen (18) können zusätzlich dreieckförmige Permanentmagnete (15) eingesetzt werden.
Fig. 33 Inneres Rotorteil mit Polgruppen (18b) und Stator (7) von D-D, der Erodierdrahtführung aus gesehen
Die rechte Ansicht zeigt die Rotorstellung beim größten Drehmoment und links bei Drehmoment Null. Die zusätzlichen dreieckförmigen Permanentmagnete bei den Polgruppengrenzen (19) sind nicht gezeichnet.
Fig. 34 Schneide und Biegevorrichtung der Bleche von einem Rohmaterialwickel (20). Der Rohmaterialwickel (20) hat grundsätzlich eine magnetische Vorzugsrichtung (12b), welche der Walzrichtung und der Längsrichtung entspricht. Beim Stator (7) sollte die Vorzugsrichtung in axialer Richtung liegen, nicht wie bei Ringbandkern- Transformatoren. Deshalb werden Rechteckbleche (22) geschnitten, wobei die Länge in Vorzugsrichtung (12b) der späteren Breite der Blechwicklungen (12, 12a) entspricht. Die Rechteckbleche (22) werden am Ende oder auf der ganzen Breite quer zur Rohmaterialachse mit einer Biegevorrichtung (23) vorgebogen.
Fig. 35 Wickelvorrichtung (24) mehrerer Bleche zur äußeren Blechwicklung (12) und zur inneren
Blechwicklung (12a) mit axialer magnetischer Vorzugsrichtung (12b).
Die Bleche werden auf einem Zylinder gleichmäßig am Umfang verteilt befestigt, mit Kleber versehen und aufgewickelt. Im Falle von ganz vorgebogenen Blechen lassen sich die Blechabschnitte auch spiralförmig axial zusammenschieben. Der Kleber ist gleichzeitig eine elektrische Isolierschicht, so dass, je mehr Bleche am Umfang verteilt sind, ein elektrischer Windungsschluss ausgeschlossen werden kann. Windungsschlüsse würden den axialen magnetischen Wechselfluss zu den Polen verhindern. Rechts ist eine ausgehärtete Blechwicklung (24a) vor der Bearbeitung der Pole mit der axialen Vorzugsrichtung (12b) gezeichnet.
Fig. 36 Äußere Blechwicklung (12) mit der Führung des Erodierdrahtes (25a) zum ausschneiden der Innenpole.
Das Erodierdrahtschneiden ist ein exaktes Verfahren, um auch lange Schnitte und entsprechend der Drahtstärke auch dünne Schnitte in Metall auszuführen. Die Schneidgeschwindigkeit ist zwar sehr langsam, dafür wird aber das Werkstück kaum mechanisch und thermisch belastet. Bei längeren Blechwickel können die Schnitte auch so ausgeführt werden, dass ein Schnitt die Innenpole der äußeren Blechwicklung (12) und gleichzeitig die Außenpole einer inneren Blechwicklung (12a) für einen größeren Motor geschnitten werden.
Fig. 37 Blechwicklung innen (12a) mit der Erodierdrahtführung zum ausschneiden der Außenpole. Um im magnetischen Kreis gleiche Querschnitte außen und innen zu erreichen werden die Blechwicklungen innen (12a) dicker. Um ebenfalls den gleichen Polquerschnitt innen und außen zu erreichen wird die Pollänge innen größer. Die Neigung des Erodierdrahtes zur Achse ergibt sich aus dem Verhältnis von Nutenbreite zu Polbreite bei gleichen Querschnitten
Fig. 38 Linearantrieb (1) mit E-I Trafoblechen und rundem Linearteil (2a) mit Polgruppen (18)
Die Offenlegungsschrift DE 102 40 704 A1 ist in Fig.12 eine zweiphasige Linearmaschine dargestellt. Das bewegliche Linearteil (2) ist jetzt mit Polgruppen (18) und einem glatten runden Schutzrohr (6a) mit einer Kernschraube (2c) und vier axial angeordneten Dauermagnete (15) bestückt. Die Weicheisenpolgruppen bestehen aus einem Drehteil mit den Nuten, welches anschließend axial in vier Teile durchgeschnitten wird. Im Seitenriss und im vergrößerten Ausschnitt sind die magnetischen Polaritäten und das zustandbekommen der Kraft in den zwei Phasen (L1, L2) dargestellt. Mit der viel größere Polzahl und den geraden Blechen ergibt sich eine höhere Kraft pro Statorlänge. Im Vollschrittbetrieb werden entsprechend der höheren Polzahl exaktere Positioniergenauigkeiten erreicht. Der Linearantrieb kann zur Unterstützung der Lenkkraft (elektrische Servolenkung) im KFZ- Bereich eingesetzt werden. Der kompakte Aufbau erfolgt mit Zusatzblechen (12b) und den E- und I- Blechen (12, 12a) wie bei Transformatoren. Am Übergang von den E- zu I- Blechen kann geschweißt werden. Der runde Ausschnitt für das Linearteil kann schon beim stanzen der Bleche oder nachträglich gebohrt oder durch Drahterodieren ausgeschnitten werden.
Fig. 39 Linearantrieb (2) mit E- Trafoblech und zwei Antriebe mit Polgruppen (18) Für beide Phasen (L1 , L2) werden nur E- Bleche (12) benötigt. Die zwei Linearteile haben zwei Zahnstangenähnliche Weicheisenstäbe mit den Polgruppen (18) und den Dauermagneten (15) dazwischen. Die Herstellung kann wie bei den Rotorscheiben (Fig. 16) durch Drahterodieren eines Weicheisenstabes erfolgen, wobei zwei symmetrische Linearteile mit den Polgruppen (18) entstehen. Die Linearführung ist nicht gezeichnet. Durch einen überlagerten Gleichstrom durch die Wicklungen (13) wird der Tisch (3) nach unten gezogen, wobei ebenfalls eine Haltebremse (27) realisierbar werden kann.
Zweiphasige Maschinen am dreiphasigen Netz oder an dreiphasigen Frequenzumrichter.
Fig. 40 Zeigerdiagramm und Schaltplan zum Anschluss 2- phasiger Maschinen an 3 Phasen. Links ein Zeigerdiagramm mit den Spannungen an einem Zweiphasigen Motor und der dreiphasigen Netzspannung. Durch die Schaltung der Wicklungen nach Fig. 40 lässt sich jeder zweiphasige Trans- versalfluss- Motor oder Generator an dreiphasige Netze oder Frequenzumrichter anschließen. Anstatt je eine Wicklung pro Phase beim zweiphasigen Motor ist für eine dreiphasige Lösung nur ein Mittelabgriff der Wicklung einer Phase nötig. Wird der Mittelpunkt der dreiphasigen Lösung gebraucht, muss die erste Wicklung ebenfalls ein Abgriff bei 50% haben. Zweiphasige Frequenzumrichter sind zwar einfacher und theoretisch etwa 1/3 billiger als dreiphasige, sind aber für höhere Leistungen noch nicht erhältlich, was sich hoffentlich aufgrund dieser Patentanmeldung ändern wird.
Fig. 41 Zeigerdiagramm Schaltplan und Umschalter für große Drehzahlbereiche In Fig. 41 sind die Windungszahlen der Wicklungen noch halbiert und aufgeteilt, so dass mit der elektronischen Umschalteinrichtung ab einer bestimmten Drehzahl der Maschine die Wicklungen parallelgeschaltet werden können. Das hat den Vorteil, dass ein großer Drehzahlbereich ohne Getriebe zum Beispiel bei Fahrzeugen abgedeckt werden kann. Da die Motorspannung etwa proportional zur Drehzahl und zur Frequenz ansteigt, wird die Grenzspannung der Halbleiter im Frequenzumrichter schnell erreicht. Die Motorspannung kann nicht höher sein als die Zwischenkreisspannung des Frequenzumrichter, so dass ab dieser Drehzahl oder Frequenz das Drehmoment stark abnimmt. Umgekehrt kann die Wicklung der Maschinen zwar mit kleinen Windungszahlen und für große Ströme dimensioniert werden, wobei aber die Grenzströme der Halbleiter schnell erreicht werden. Bei kleinen Drehzahlen und kleinen Motorspannungen wird die Pulsweitenmodulation PWM mit hohen Anlaufströmen problematisch. Aus diesen Gründen ist eine elektronische Umschaltung der Wicklungen bei großen Drehzahlbereichen besonders vorteilhaft. Da die Phasen von Transversalflussmaschinen meist nebeneinander angeordnet sind, lassen sich auch echte dreiphasige Maschinen aufbauen, ein einfacher symmetrischer Aufbau wie Fig. 25 bis Fig. 30 ist aber nicht möglich. Die Kosten sind für eine zweiphasige Maschine auch günstiger, wobei ein höheres Drehmoment oder eine kleinere Drehmomentwelligkeit den Preisunterschied nicht rechtfertigen.
Bezugszeichenliste
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Claims

Patentansprüche
1. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager dadurch gekennzeichnet, dass - Eine einteilige Rotorscheibe (2) nach (Fig. 4, 5, 12, 13) pro Phase (L1, L2) aus Weicheisenblech mittels Laser ausgeschnittene, gestanzte oder drahterodierte Ausschnitte (19) haben, welche über einen Rotorhaltering (4) oder Rotorhalteteil mit Lager (4) oder direkt mit einer Welle oder Hohlwelle (3) oder einem drehenden Außengehäuse verbunden ist wobei die einteilige Rotorscheibe (2) eine Anzahl n rechteckförmige radiale Ausschnitte (19) an einer äußeren Ringfläche und n rechteckför- mige Ausschnitte (19) an einer inneren Ringfläche besitzen und auf der dazwischen liegenden Ringfläche n schräge Ausschnitte (19) haben kann, welche die Ausschnitte (19) außen mit den Ausschnitten (19) innen um eine Polgruppenteilung versetzt verbinden, mit in die äußeren und inneren Ausschnitte (19) eingeklebten Magneten (15) welche in tangentialer Richtung magnetisiert sind wobei immer gleichnamige Magnetpole auf den dazwischenliegenden Pol oder auf die Polgruppe (18) gerichtet sind und ebenfalls gleichnamige Magnetpole auf beiden Seiten der Rotorscheibe (2) entstehen, an der äußeren und inneren Ringfläche radial und an den Polen oder Polgruppen (18) tangential abwechselnde Nord- Süd- Magnetpole vorhanden sind, wobei zwischen den Magneten (15) tangential auf beiden Seiten der Rotorscheibe (2) keine oder m radiale Nuten über die ganze Rotorscheibenringhöhe gefräst, geschliffen oder Drahterodiert sind, wobei Polgruppen (18) aus m plus ein Pol Pole gleicher magnetischer Polarität entstehen, wobei die Teilung der
Pole innerhalb der Polgruppen (18) der Statorpolteilung Xp entspricht, die Polzahl np sich aus der Anzahl n Polgruppen (18) mal [m plus 1,5] ergibt und Polgruppen (18) unterschiedlicher magnetischer Polarität um eine Halbe Statorpolteilung Tp tangential versetzt sind, wobei der magnetische
Fluss nur kurze Wege von Luftspalt zu Luftspalt überwinden muss, mit einer Ringnut im Bereich der mittleren Ringfläche zur Aufnahme von einzuklebenden Magneten (14) für eine berührungslose Magnetlagerung in axialer Richtung durch die abstoßende Wirkung zu Magneten (14) auf der Statorseite und eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers (6), für eine Rotornahen Lagerung, - eine zweiteilige Rotorscheibe (2a) nach (Fig. 14 - 16) pro Phase (L1, L2) bei welchen die radialen Pole gefräst oder aus einer Scheibe durch Drahterodieren einer Zahnförmigen Polform (19a) über den halben oder ganzen Rotorscheibendurchmesser zwei symmetrische Rotorscheiben (2a) entstehen welche umgedreht, und zwischen den glatten Seiten der Rotorscheiben (2a) mit Magneten (15) mit axialer Magnetisierungsrichtung bestückt werden, so dass die magnetische Polarität auf den Polseiten der Polgruppen (18) beider Rotorscheiben (2a) und an der inneren und äußeren Ringfläche der Rotorscheiben immer unterschiedlich ist, wobei die Magnetfläche der Magnete (15) größer ist als die Polfläche was eine Sammlerwirkung zur den Polen hin hervorruft, mit noch kürzeren magnetischen Flusswegen zwischen gegenüberliegenden Luftspalten (16), wobei die radialen Nuten eine gute Kühlung bewirken, - ein trommeiförmiger Rotor (2) nach (Fig. 20 - 24) aus Weicheisen, mit einem zahnradähnlichen Äußeren Rotorteil mit Polgruppen (21a) wobei mindestens zwei Polgruppen (18) am äußeren Umfang verteilt sind und an der glatten zylindrischen Innenseite viele schmale rechteckförmige Dauermagnete (15) mit radialer Magnetisierung, oder kreisabschnittförmige Dauermagnete (15) wie von Gleichstrommotoren bekannt, bestückt sind, und auf der Innenseite der Dauermagnete (15) ein Rotorteil mit Polgruppen innen (21) aus Weicheisen montiert ist oder die Polgruppen (18) bestehen aus einem Rotorprofilteil mit einer Polgruppe (22) aus Weicheisen mit einer gefrästen oder geschliffenen Profilpolform welche gebogen wird und von innen montiert und verklebt wird, wobei die äußeren Polgruppen (18) und die inneren Polgruppen (18) radial gegenüberliegen und unterschiedliche magnetische Polaritäten aufweisen was innen ein magnetischer Kurzschluss beim Ü- bergang zwischen den Polgruppen verhindert,
-ein kegelförmiger Rotor (2) nach (Fig. 31 - 33) aus Weicheisen, mit einem kegelzahnradähnlichen äußeren Rotorteil mit Polgruppen (18a) und wobei an der glatten zylindrischen Innenseite viele schmale rechteckförmige Dauermagnete (15) mit radialer Magnetisierung, oder kreisabschnittförmige Dauermagnete (15) wie von Gleichstrommotoren bekannt, bestückt sind, und auf der Innenseite der Dauermagnete (15) ein kegelförmiges Inneres Rotorteil mit Polgruppen (18b) aus Weicheisen montiert ist wobei an den Polgruppengrenzen (19) zusätzlich dreieckförmige Dauermagnete (15) eingesetzt sind, welche tangential magnetisiert und vom Rotorhaltering (4) mit der Klebung zusammen gehalten wird, die Wirkung der zylindrisch angeordneten Dauermagnete (15) unterstützen wobei zwischen dem äußeren- und dem inneren Rotorteil (18a, 18b) eine Isolierscheibe (4a) befestigt ist und die Teile verbindet, wobei die äußeren Polgruppen (18) und die inneren Polgruppen (18) radial gegenüberliegen und unterschiedliche magnetische Polaritäten aufweisen wobei die schrägen Nuten im Rotor (2) eine gute Durchlüftung bewirkt, mit einem, dem Rotor (2) angepass- ten
- Stator (7) nach Fig. (31 - 33) aus einer äußeren Blechwicklung (12) und einer, innerhalb einer zylindrischen Wicklung (13) angeordneten inneren Blechwicklung (12a) besteht, wobei die Blechwicklungen (12, 12a) vorzugsweise aus Kornorientiertem Blech bestehen, wobei die magnetische Vorzugsrichtung (12b) der Walzrichtung der Rohmaterialwickel (20) entspricht, Rechteckbleche (22) abschnitten und mit einer Biegevorrichtung (23) quer zur Walzrichtung vorgebogenen werden, die Blechanfänge gleichmäßig am Umfang verteilt sind, mit Kleber versehen werden und mehrlagig auf einen Dorn aufgeschoben oder mit einer Wickelvorrichtung (24) aufgewickelt werden, die Blechenden fixiert und entsprechend den Kleberdaten ausgehärtet werden, so dass in der ausgehärteten Blechwicklung (24a) die magnetische Vorzugsrichtung (12b) axial verläuft, und kein elektrischer Strom tangential im Kreis fließen kann, wobei die Pole rechts und links der geklebten Blechwicklung (24a) durch Drahterodieren (25) oder ausfräsen zum Luftspalt hin in einem Winkel α gemessen zur Rohrachse, welcher mindestens dem Sinus aus der mittleren Polbreite dividiert durch die mittlere Polteilung entspricht, bearbeitet werden und wobei die Befestigung des Stators (7) und die Herausführung der Wickeldrähte für eine Außenläufermaschine an einem stehenden zentralen Rohr, bei einer Innenläufermaschine am Außengehäuse (5) erfolgen.
2. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
Der Rotor (2) nach (Fig. 25, 26, und 28 - 30) aus einem trommeiförmigen Rotor (2a), mit Permanentmagneten (15) bestückten Teil und aus einem scheibenförmigen Rotor (2b) Teil besteht, wobei hauptsächlich das Scheibenförmige Rotorteil von zwei seitlich angeordneten einer äußeren und einer inneren stehenden zylinderförmigen Gleichstromwicklungen (13a) die Erregung der Permanentmagnete (15) unterstützen oder bei umgekehrter Stromrichtung abschwächen kann mit einem Weicheisenflansch (9, 10) mit einem Lager (6) einem axialen Gleitlager (6a) einem Lager Mittig(6b) und einem Außengehäuse (14) und mit drei konzentrischen Weicheisenringen oder Blechwicklungen (5, 5a, 5b) außerhalb, zwischen und innerhalb der Gleichstromwicklungen (13a) verbunden sind, mit drei konzentrischen Weicheisenscheiben (4b, 4c, 4d) welche mit den Rotorteilen und über einen Rotorhaltering innen (4) mit der Welle (3) befestigt sind und mitdrehen und mit den stehenden Weicheisenringen (5, 5a, 5b) zusammen drei axiales Gleitlager 6a) bilden kann wobei je nach Stromrichtung in den Gleichstromwicklungen (13a) außen und innen Südpole, und in der Mitte ein Nordpol entsteht, mit Zahnradähnlichen Zwischensegmenten (2c - 2f), welche den magnetischen Fluss vom Südpol der äußeren Weicheisenscheibe (4d) über Zwischensegment Außen- Außen (2c) auf die äußeren Polgruppen (18), und den Nordpol der mittleren Weicheisenscheibe (4c) über Zwischensegment Mitte- Innen (2d) auf die inneren Polgruppen (18), und vom Südpol der inneren Weicheisenscheibe (4b) über Zwischensegment Innen- Innen (2f) auf die inneren Polgruppen (18) und von der mittleren Weicheisenscheibe (4c) über Zwischensegment Mitte- Außen (2e) auf die äußeren Polgruppen (18) leiten, wobei die Zahnradähnlichen Zwischensegmente (2c - 2f) aus vier verschiedenen Zylindrischen Formen bestehen, welche alle auf der Polseite mit den Polgruppen (18) des trommeiförmigen Rotors (2a) übereinstimmen, wobei die entstandenen Zwischensegmente mit den Weicheisenscheiben (4b - 4d), mit einem unmagnetischen Haltering außen (4a), Abstandhaltering (4f), segmentförmiger Abstandhalter (4e) und über den Rotorhaltering innen (4) mit der Welle (3) verbunden sind
3. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass
Der Rotor (2) aus einem kegelförmigen Rotor (2) nach (Fig.31 - 33) wobei eine zusätzliche elektrische Erregung nach (Fig. 28 - 30) an den äußeren Weicheisenflanschen (10 und 9) die Magnetisierung der Transversalflussmaschine beeinflussen kann.
4. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
- der Stator (7) nach (Fig. 1 - 3 und Fig. 21) aus gestanzten U- Blechen besteht, welche mit Zusatzblechen (12a) gestapelt oder geklebt zu U- Blechpaketen (12) zusammengefügt werden und sternförmig auf eine Wicklung (13) mit Isolier und Haltering (8a) aufgeschoben und mit den Flanschen (9 - 11) vergossen oder verklebt werden, wobei die Zusatzbleche (12a) im Bereich des Luftspaltes (16) kürzer sind.
5. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
- der Stator (7) nach (Fig. 20, 22, 25, und 26) gestanzten U- Blechen und I- Blechen besteht, welche mit Zusatzblechen (17) gestapelt oder geklebt zu U- I- Statorblechpolpakete (12) zusammengefügt werden und sternförmig auf eine Wicklung (13) mit isolier und Haltering (8) innen und außen aufgeschoben und mit dem Außengehäuse (14) vergossen oder verklebt werden, wobei die Zusatzbleche (12a) im Bereich des Luftspaltes (16) zum Rotor (2) hin kürzer sind.
6. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit
Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
Die Herstellung des Stators (7) nach (Fig. 8 und 9) erfolgt, wobei vom Rohmaterialwickel über eine Umlenk- und Anpressrolle (21 ) welche im Blech eine umgekehrte Vorbiegung erzeugt das Blechband mit Kleber versehen und auf einen Rechteckförmigen Wickeldorn (20) aufgewickelt wird so dass der Blechwickel an den geraden Seiten des Wickeldorns (20) nicht abstehen kann wobei nach dem aushärten eine breite Blechwicklung (22) entsteht welche durch Drahterodieren in symmetrische trapezförmige U- Segmente mit den Polen (24) durchgeschnitten werden, zuerst ein schräger Schnitt im Schnitt B-B und rechtwinklig im Schnitt A-A an der Erodierdrahtführung (23) entlang bis zur Mitte der Blechwicklung, dann der Polform folgend in axialer Richtung und wieder schräg im Schnitt B-B und rechtwinklig im Schnitt A-A, durchgeschnitten wird, anschließend wird die Blechwicklung (22) um 180° gedreht und um den Vorschub (26) welcher der Mittleren Trapezbreite plus der Erodierdrahtdicke entspricht nach vorne geschoben, um die Drahterodierung jetzt in umgekehrter Richtung auszuführen, so dass mit jedem Schnitt zwei trapezförmige U- Segmente mit den Polen (24) entstehen, wobei im Zentrum oder der späteren Motorachse der Erodierdraht nur in der Drahtrichtung bewegt wird.
7. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit
Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass
Der Stators (7) nach (Fig. 8 - 10) eines zweiphasigen Außenläufermotors (1) durch eine seitliche Erodierdrahtführung (23) an der geklebten Blechwicklung (22) ausgeführt wird wobei nur eine Seite der U- Segmente mit den Polen (24) die Wicklung (13) enthält und die kurze Seite mit den U- Segmente mit den Polen (24) mit dem Isolierring (8) zusammen an den Flanschen (9 und 10) befestigt sind mit einem scheibenförmigen Rotor (2) welcher mit dem Außengehäuse (5) verbunden ist und über Halteringe (4, 4a) und über ein Lager (6) mit einer feststehenden Hohlwelle (3) verbunden ist und diese mit den Feststehenden Flanschen (9, 10) wobei der mittlere Stator (7) mit den Wicklungen (13) über den mittleren Flansch (11) mit der feststehenden Hohlwelle (3) verbunden ist
8. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit
Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass
Die Polkopfform und das Verhältnis von Polbreite zur Nutbreite am Luftspalt (16) von Stator (7) und Rotor (2) so bearbeitet, verändert und optimiert wird, dass bei Nennbetrieb ein möglichst sinusförmiger magnetischer Fluss und eine sinusförmige EMK entsteht.
9. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit
Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass
Nicht Sinusförmige Spannungen (Istwert) oder EMK (Elektro- Motorische Kraft) lassen sich bei elektrischer Erregung durch einen Regler in eine Sinusform (Sollwert) regeln indem dem Erregergleichstrom durch die Gleichstromwicklungen (13a) eine vom Sinusreglerausgang (Stellglied) erzeugten Wechselstrom überlagert wird und damit die Oberwellen unterdrückt, wobei der Erregergleichstrom selbst von einem cos φ - Regler vorgegeben wird.
10. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und tromm eiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit
Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
Durch ein kleines mechanisches Axialspiel die scheibenförmigen- oder kegelförmigen Rotoren (2) auf einer Luftspaltseite durch die magnetische Kraft der Dauermagnete (15) oder durch ein Gleichstrom durch eine der Wicklungen (13) zum Stator (7) hin angezogen werden und eine Haltebremse bildet, wobei das lösen der Bremse durch einen, dem Motorstrom überlagerten Gleichstrom durch die andere Wicklung (13) auf der anderen Luftspaltseite erfolgen kann, wobei mit einem zusätzlichen Näherungssensor die axialen Rotorlage (Istwert) des Rotors (2) gemessen werden kann und durch einen Lageregler in der Mitte der Statorpole (Sollwert) oder in der Bremsstellung gehalten werden kann, indem ein dem Motorstrom überlagerter Gleichstrom als Stellglied durch die Wicklungen (13) geschickt wird, welcher den Rotor (2) zu dem Stator (7) hin zieht, bei welchem der Gleichstrom durch die Wicklung (13) fließt.
11. Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und trommeiförmigen Rotoren, mit dauermagnetischer und elektrischer Erregung, mit Statorblechpaketen und gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass
Die Polgruppen (18) in abgewickelter oder gestreckter Rechteckform oder Rund nach (Fig. 38 und 39) als eine zweiphasige Linearmaschine (1) mit einem Stator (7) aus E- I Blechen (12, 12a) wie bei Transformatoren welche mit Zusatzblechen (12b) die Statorpole mit einer regelmäßigen Polteilung bilden, mit einer Linearführung aus konzentrischen Schutzrohr (6a) und Gleitrohr (6), den Wicklungen (13), mit Wickelkörper und Isolierscheibe (4a) wobei die beweglichen Teile aus vier segmentförmigen Weicheisenteilen mit den Polgruppen (18) bestehen wobei an den vier Schnittstellen rechteckförmige Dauermagnete (15) eingeklebt sind, welche immer wechselnde magnetisch Polaritäten an den Segmenten erzeugen wobei mehrere in Längsrichtung aneinandergereihte Polgruppen (18) mit Isolierscheiben (4a) dazwischen die Länge des Linearantriebes (1 ) bestimmt und eine Kernschraube das ganze zusammenhält und die Verbindung zum Antrieb herstellt wobei eine Haltebremse (27) durch die anziehende Kraft durch einen überlagerten Gleichstrom durch die Wicklung (13) möglich ist.
Nebenanspruch:
„Transversalflussmaschinen mit Scheiben- und Trommeiförmigen Rotoren mit Dauermagnetischer und elektrischer Erregung, gewickelten Statorblechen, mit Wicklungen, Welle, Gehäuse, Flansche und Lager" dadurch gekennzeichnet, dass
Die Windungszahlen der Wicklungen (13) so bemessen und verschaltet sind, dass zweiphasige Maschinen an dreiphasige Netze oder dreiphasige Frequenzumrichter angeschlossen werden können indem die 90 Grad Phasenverschobenen Spannungen oder EMK aufgeteilt werden und zu den drei um 120 Grad Phasenverschobenen Spannungen vektoriell addiert werden, mit und ohne Neutralleiter und mit und ohne einer elektronischen Umschalteinrichtung zwischen Maschine und Frequenzumrichter, welche bei höheren Drehzahlen eine Parallelschaltung der Wicklungen schaltet.
s folgen 14 Blatt Zeichnungen Rheinau: 2009.01.12 H. Schütz
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