WO2023036608A1 - Magnetkern und elektrische maschine mit demselben - Google Patents

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WO2023036608A1
WO2023036608A1 PCT/EP2022/073473 EP2022073473W WO2023036608A1 WO 2023036608 A1 WO2023036608 A1 WO 2023036608A1 EP 2022073473 W EP2022073473 W EP 2022073473W WO 2023036608 A1 WO2023036608 A1 WO 2023036608A1
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core
ring
magnetic core
flank
central axis
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PCT/EP2022/073473
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Thorsten GRELLE
Peter Kozlowski
Florian Osdoba
Penyo Topalov
Philipp Zimmerschied
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Mahle International Gmbh
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Publication date
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    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/26—Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings

Definitions

  • the invention relates to a magnet core according to the subject matter of claim 1 and an electrical machine with at least one such magnet core.
  • Magnetic cores are known, for example, from EP 2 869 316 B1. They are used in electrical machines to focus a magnetic field. The problem is that they are relatively large, so that equipped with such a magnetic core electrical machines take up a relatively large amount of space, which is problematic, for example, with a view to the package sizes required in automobile construction.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved or at least another embodiment for a magnetic core. Furthermore, an electrical machine with at least one such magnetic core should also be specified.
  • the basic idea of the invention is to make a magnetic core more compact and lightweight by means of an innovative design.
  • the invention proposes a magnetic core for an electrical machine, which has a core ring that defines a central axis and is made of a magnetic core material, in particular a ferrite. It is essential that the core ring has a cumulative axial core material width that is radial from the inside decreases outwards. This can expediently be achieved by beveling and/or stepping the core ring of the magnet core.
  • a cumulative axial core material width of the core ring to be considered with respect to the central axis at a radially inner position of the core ring, which is also to be considered with respect to the central axis, is always greater than a cumulative axial core material width of the core ring at a radially outer position with respect to an inner position of the core ring of the core ring.
  • the width of the core material of the core ring decreases as the distance from the central axis increases. This has the effect that the core ring according to the invention has less core material radially on the outside than radially on the inside in comparison to conventional core rings whose axial core material width is constant radially from the inside to the outside.
  • the core ring is designed in such a way that its axial cross-sectional areas of the core ring (regarding the central axis), viewed over the radial width of the core ring from (relative to the central axis) radially inwardly to radially are the same size or essentially the same size on the outside.
  • the axial cross-sectional areas of the core ring are of the same or essentially the same size, at least in a radial section of the core ring.
  • a first axial core ring annular cross-sectional area that is located radially on the inside has a point in the direction of the central axis axial width B1 to be determined and a circumferential length L1 to be determined in the circumferential direction around the center axis has an area of B1xL1, which is the same area in terms of area as an area B2xL2 of a second axial core ring lying radially further outwards with respect to the first axial core ring cross-sectional area.
  • Said magnetic core is expediently implemented by a ferrite core.
  • said electric machine can be implemented by a separately excited synchronous machine.
  • said electrical machine can be implemented by an asynchronous machine or a slip ring rotor.
  • the electrical machine which is implemented in particular by an externally excited synchronous machine or an asynchronous machine, can have an inductive energy transmitter equipped with at least one magnetic core, in particular an inductive rotary energy transmitter. That is to say, the magnetic core or a magnetic core implemented by a ferrite core can be used in an inductive energy transformer within a separately excited synchronous machine or an asynchronous machine, or be suitable for such a machine or installed in the same.
  • Said inductive energy transmitter (or inductive rotary energy transmitter) expediently serves to transmit electrical energy without contact and thus practically without wear from a stator of the electrical machine to a rotor of the electrical machine, so that rotor windings of the rotor can be energized.
  • the inductive energy transmitter expediently has a primary coil arranged in or on a stator, a secondary coil arranged in or on a rotor and a magnet core, which guides and bundles magnetic fields established by the primary and secondary coils.
  • the inductive energy transmitter is expediently realized by an inductive rotary energy transmitter.
  • the inductive energy transmitter can implement a transformer, so it is conceivable that the magnetic core according to the invention is also used in transformers outside of rotary electric machines.
  • the said cumulative axial core material width is to be understood as that axial width of the core ring that is calculated by cumulating all individual axial widths of core material sections of the core ring at a predetermined radial position of the core ring.
  • the cumulative axial core material width can also be referred to as the axial material width of the core ring.
  • sections of the core ring or of the magnetic core that are not formed by core material do not contribute to the cumulative axial core material width of the core ring or to the material width of the core ring.
  • the core ring has two ring flanks which are oriented axially opposite to one another and between which a plane is arranged which is orthogonal with respect to the central axis.
  • said recess runs around the center axis at least in sections or completely in a circumferential direction.
  • such a recess can also extend transversely with respect to the central axis.
  • the one, first ring flank and/or the other, second ring flank of said ring flanks can also be made for the one, first ring flank and/or the other, second ring flank of said ring flanks to be designed to be tilted at an angle with respect to the plane.
  • the ring flanks of the core ring can be designed in such a way that it is thinner radially on the outside than radially on the inside.
  • the ring flanks or the recesses do not necessarily have to be designed symmetrically with respect to the central axis.
  • first annular flank of these annular flanks has an annular surface which is tilted at an angle in relation to the plane at least in sections and describes an axial distance between itself and the plane which decreases radially from the inside to the outside.
  • the annular surface describes an outer funnel surface rotating around the central axis. Provision can be made for the first annular flank or the annular surface of the first annular flank to face in relation to an excitation coil of a rotor of an electrical machine equipped with the magnet core.
  • the other, second annular flank of these annular flanks has a counter-annular surface which is designed to be tilted at an angle with respect to the plane, at least in sections. Included the counter-ring surface describes an axial counter-distance between itself and the plane, which decreases radially from the inside outwards, in such a way that the counter-ring surface forms an outer funnel surface rotating about the central axis. It can be provided that the second annular flank or the annular surface of the second annular flank faces away from an excitation coil of a rotor of an electrical machine equipped with the magnet core.
  • a shape of the magnetic core can be achieved in a relatively simple manner in which the cumulative axial core material width of the core ring decreases from radially inside to outside.
  • core material can be saved, especially in the area of one and/or the other ring flank, so that the magnet core is relatively compact and lightweight.
  • a preferred embodiment for a magnetic core especially one that can be produced cost-effectively, is specified.
  • the magnet core can be used relatively flexibly, in particular the installation space available within an electrical machine equipped with the magnet core can be optimally utilized.
  • the core ring has a cross section that is constant in terms of area in a circumferential direction rotating about the central axis.
  • This can have a rectangular outer contour or a trapezoidal outer contour or be formed in the manner of a symmetrical trapezium or a right-angled trapezium. This specifies preferred cross sections for the core ring of the magnet core.
  • the magnetic core can be equipped with at least one primary coil, so that this can interact inductively, for example, with a secondary coil of an electrical machine equipped with the magnetic core, in order to transmit electrical energy.
  • the core ring recess can be delimited axially by two inner ring flanks of the core ring that are axially opposite one another.
  • the primary coil can be arranged on the one, first inner ring flank of these two inner ring flanks or on the other, second inner ring flank of these two inner ring flanks.
  • the primary coil is completely enclosed within the core ring, which results in improved magnetic field bundling and thus more efficient inductive coupling of the primary coil with a secondary coil arranged on a rotor of the electrical machine equipped with a magnetic core. This increases the efficiency of the electrical energy transfer from the primary coil to the secondary coil.
  • this inner ring surface describes an inner funnel surface rotating around the central axis.
  • the first inner ring flank or the inner ring surface of the first inner ring flank faces towards an excitation coil of a rotor of an electrical machine equipped with the magnet core.
  • the second inner ring flank has a counter-inner ring surface which is designed to be tilted at an angle at least in sections with respect to the further plane.
  • the second inner ring flank or the counter-inner ring surface of the second inner ring flank faces away from an excitation coil of a rotor of an electrical machine equipped with the magnet core. Due to the angular tilting, a shape of the magnetic core can be achieved in a relatively simple manner in which the cumulative axial core material width of the core ring decreases from radially inside to outside.
  • a preferred embodiment for a magnetic core especially one that can be produced cost-effectively, is specified.
  • the core ring recess expediently has a bevel or step or forms the same.
  • the core ring recess is enlarged so that space is created for additional coil windings, for example those for the primary coil.
  • a corresponding bevel or step in the core ring recess can also reduce a radial expansion of the primary coil, for example by performing a bevel or step in the axial direction, so that at least two windings of the primary coil can be placed axially next to one another.
  • the core ring recess can have an opening cross section that is constant in terms of area in a circumferential direction rotating about the central axis. It is expedient here if the opening cross section has a rectangular opening contour or a trapezoidal opening contour and/or is formed in the manner of a symmetrical trapezium or a right-angled trapezium. This specifies a preferred shape for a core ring recess, which in particular favors the arrangement of a primary coil on the magnetic core and improves the bundling of the magnetic field.
  • the core material is a magnetic material, especially a soft magnetic material, more especially ferrite. This specifies a preferred core material for the core ring.
  • the magnetic core is made in one piece, i.e. is formed from a single part.
  • the magnetic core can be designed in several pieces, which are expediently combined to form a single magnetic core.
  • the invention expediently proposes an electrical machine with at least one magnetic core as described above.
  • the present invention preferably relates to a magnet core for an electrical machine, with a central axis defining and formed of a magnetic core material core ring whose cumulative axial core material width decreases radially from the inside to the outside, whereby expediently a cross section of the core ring, which encloses magnetic field lines, is constant at every point of the core ring.
  • the invention also relates to an electrical machine with at least one such magnetic core.
  • FIG. 1 shows a magnetic core according to the invention according to a preferred embodiment in a cross-sectional view, with only its half located above a central axis being illustrated,
  • FIG. 2 shows a magnet core according to the invention according to a preferred further embodiment in a cross-sectional view, wherein only its half above a central axis is illustrated,
  • FIG. 3 shows a magnet core according to the invention according to a preferred, further exemplary embodiment in a cross-sectional view, with only its half located above a central axis being illustrated and lastly
  • FIG. 4 shows a magnet core according to the invention according to a preferred, further exemplary embodiment in a cross-sectional view, with only its half located above a central axis being illustrated.
  • FIG. 1 to 4 show four preferred exemplary embodiments of a magnetic core, designated overall by the reference numeral 1, which is mounted in an electrical machine 2, which is not illustrated, and can be used there for bundling magnetic fields.
  • the magnetic core 1 according to FIGS. 1 to 4 is characterized in that its core ring 4, which defines a central axis 3 indicated by a dot-dash line and is formed from a soft-magnetic core material such as ferrite, has a radial inner-to-outward relationship to the central axis 3 has decreasing cumulative axial core material width 5 .
  • the cumulative axial core material width 5 is, for example, that axial width of the core ring 4 that results from the cumulation of all individual axial widths 5', 5";5"' of sections of the core ring 4 formed from core material at a predetermined radial position of the core ring 4.
  • sections of the core ring 4 or the magnetic core 1 that are not formed by core material are not taken into account, e.g air gaps or the like.
  • 1 shows an example of a cumulative axial core material width 5a of core ring 4 at a radially inner position of core ring 4, which consists of a first individual width 5′ of a first section of core ring 4 made of core material and a second individual width 5′′ of a also made of core material second section of the core ring 4.
  • a comparison of the cumulative axial core material width 5a with the cumulative axial core material width 5b shows that the core material width 5 of the core ring 4 decreases as the distance from the central axis 3 increases.
  • This has the effect that the core ring 4 according to the invention has less core material radially on the outside than radially on the inside in comparison to conventional core rings whose axial core material width is constant radially from the inside to the outside.
  • core material can be saved, so that the magnetic core 1 is relatively compact and lightweight.
  • the core ring 4 according to all embodiments has two ring flanks 7, 11 oriented axially opposite to one another, between which a plane 6 is arranged, to which the central axis 3 runs orthogonally. Level 6 is indicated by a dashed line.
  • the embodiments according to FIGS. 1 to 4 now differ in particular with regard to the design of the annular flanks 7, 11.
  • two axial core ring ring cross-sectional areas 41, 42 of the core ring 4 are also shown as an example, with the one, first axial core ring ring cross-sectional area 41 being radially inward with respect to the center axis 3 and the other, second axial core ring ring cross-sectional area 42 being radially outside lies. Due to the tilting or slanting of the first annular flank 7 and/or the second ring flank 11 of the core ring 4, the first axial core ring cross-sectional area 41 is the same size as the second axial core ring cross-sectional area 42.
  • the first ring flank 7 and the second ring flank 11 of the core ring 4 according to FIG.
  • the ring surface 8 of the first ring flank 7 thereby describes an axial distance 9 between itself and the plane 6 which decreases radially from the inside to the outside, so that the ring surface 8 forms an outer funnel surface rotating about the central axis 3 .
  • the annular surface 8 or the annular flank 7 expediently faces an excitation coil (not illustrated here) of a rotor of an electrical machine 2 equipped with the magnet core 1 .
  • the ring surface 12 of the second ring flank 11 is designed analogously to the ring surface 8 of the ring flank 7 so that it defines an axial counter-distance 13 between itself and the plane 6 .
  • the counter-distance 13 decreases radially from the inside to the outside, so that the counter-ring surface 12 forms an outer funnel surface rotating about the central axis 3 .
  • the core ring 4 has, for example, a cross-section 16 that is constant in terms of area in a circumferential direction 15 rotating about the central axis 3, with a trapezoidal, especially symmetrically trapezoidal, outer contour 18, 19.
  • the core ring 4 according to FIG. 2 differs from the core ring 4 illustrated in FIG. 1 only in that the first ring flank 7 or its ring surface 8 is not tilted at an angle, but is aligned parallel with respect to the plane 6 .
  • the core ring 4 has, in a circumferential direction 15 rotating about the central axis 3, a constant cross section 16 in terms of area, with a right-angled trapezoidal outer contour 18, 20.
  • the core ring 4 according to FIG. 3 differs from that illustrated in FIGS Core rings 4 in that the first ring flank 7 and the second ring flank 11 are not tilted at an angle, but are each aligned parallel with respect to the plane 6 .
  • a tilting, discussed below, of at least one inner ring flank 25 of two inner ring flanks 25, 29 is provided.
  • the core ring 4 is equipped with a cross section 16 which is constant in terms of area in a circumferential direction 15 rotating about the central axis 3 and describes a rectangular outer contour 17 .
  • the core ring 4 according to FIG. 4 differs from the core ring 4 illustrated in FIG. 1 first of all in that the first ring flank 7 or its ring surface 8 is not tilted at an angle, but is aligned parallel with respect to the plane 6, as in the core ring 4 according to FIG. 2. It is also provided here that at least one inner ring flank 25 of two inner ring flanks 25, 29 is tilted, as in the case of the core ring 4 according to FIG and/or components of the electrical machine 2, which are indicated by hatched areas for the sake of simplicity. As a result, in a circumferential direction 15 rotating about the central axis 3, the core ring 4 has a constant cross section 16 in terms of area, with a right-angled trapezoidal outer contour 18, 20.
  • the core ring 4 has a core ring recess 22 which is open radially inwards on an inner circumference 21 which is oriented radially inwards towards the central axis 3 .
  • the core ring recess 22 is assigned a primary coil 23 formed from an electrical conductor.
  • a rotatable or rotating holding part 38 of an electrical machine 2 which forms a rotor, engages in the core ring recess 22, on which a secondary coil 39, also formed from an electrical conductor, is arranged. It is provided that the magnetic core 1 with the primary coil 23 with respect to the holding part 38 stands still, so to speak it forms a stator.
  • Primary coil 23 and secondary coil 39 can be inductively coupled or can be coupled to one another in order to transmit electrical energy. Furthermore, in the area of the core ring recess 22 (cf. FIGS. 2 and 4), the core ring 4 has a step 40 or bevel 40 which is guided axially with respect to the center axis 3 and which is realized by a circumferential ring recess in order to so to speak provide the core ring recess 22 with additional space for the arrangement of said primary coil 23 to expand.
  • the core ring recess 22 is, for example, axially delimited or formed by the previously mentioned two inner ring flanks 25, 29 of the core ring 4, which are axially opposite one another.
  • a further plane 24 is arranged between the inner ring flanks 25, 29, which is orthogonal with respect to the central axis 3 and congruent with the plane 6 described above.
  • the embodiments according to FIGS. 1 to 4 now differ with regard to the design of the inner ring flanks 25, 29.
  • the core rings 4 according to FIGS. 1 and 2 are designed in such a way that their inner ring flanks 25, 29 are parallel with respect to the further plane 24.
  • the core ring recess 22 viewed in the circumferential direction 15 rotating about the central axis 3 , has an opening cross section 32 which is constant in terms of area and describes a rectangular opening contour 33 purely by way of example.
  • the core rings 4 according to FIGS. 3 and 4 are designed in such a way that a first inner ring flank 25 of the inner ring flanks 25 , 29 has an inner ring surface 26 which is tilted at an angle with respect to the further plane 24 . As a result, it has an axial distance 27 between itself and the further plane 24, which increases radially from the inside to the outside. As a result, the first inner ring flank 25 or the inner ring surface 26 defines an inner funnel surface rotating about the central axis 3 . Appropriately, this inner funnel surface of an excitation coil of a Rotor equipped with the magnetic core 1 electric machine 2 facing.
  • the second inner ring flank 29 is tilted at an angle with its counter-inner ring surface 30 with respect to the further plane 24 and that an axial counter-distance 31 is formed between this counter-inner ring surface 30 and the further plane 24, which increases radially from the inside to the outside.
  • this is not illustrated here.
  • the core ring recess 22 has, viewed in the circumferential direction 15 rotating about the central axis 3, an opening cross section 32 that is constant in terms of area, which, purely by way of example, describes a trapezoidal, especially rectangular trapezoidal, opening contour 34, 36.
  • fastening means 37 for components of the magnetic core 1, in particular those for the primary coil 23, can be arranged on the first inner ring flank 25 and/or the second inner ring flank 29; this is illustrated by a hatched area in FIG.
  • fluid cooling can be provided on the first inner ring flank 25 and/or the second inner ring flank 29 in addition or as an alternative to the fastening means 37 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetkern (1) für eine elektrische Maschine (2), mit einem eine Mittenachse (3) definierenden und aus einem magnetischen Kernmaterial gebildeten Kernring (4) dessen kumulierte axiale Kernmaterialbreite (5) radial von innen nach außen abnimmt. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine (2) mit mindestens einem solchen Magnetkern (1).

Description

Magnetkern und elektrische Maschine mit demselben
Die Erfindung betrifft einen Magnetkern nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 sowie eine elektrische Maschine mit mindestens einem solchen Magnetkern.
Magnetkerne sind beispielsweise aus der EP 2 869 316 B1 bekannt. Sie werden in elektrischen Maschinen eingesetzt, um ein Magnetfeld zu bündeln. Problematisch ist, dass sie relativ großbauend sind, so dass mit einem solchen Magnetkern ausgerüstete elektrische Maschinen relativ viel Bauraum beanspruchen, was beispielsweise mit Blick auf die im Automobilbau geforderten Packagegrößen problematisch ist.
Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, einen verbesserten oder zumindest eine andere Ausführungsform für einen Magnetkern bereitzustellen. Ferner soll auch eine elektrische Maschine mit mindestens einem solchen Magnetkern angegeben werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Aufgaben insb. durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, einen Magnetkern durch eine innovative Formgebung kompakter und leichtgewichtiger zu machen.
Hierzu schlägt die Erfindung einen Magnetkern für eine elektrische Maschine vor, der einen eine Mittenachse definierenden und aus einem magnetischen Kernma- terial, insbesondere ein Ferrit, gebildeten Kernring aufweist. Wesentlich ist, dass der Kernring eine kumulierte axiale Kernmaterialbreite hat, die radial von innen nach außen abnimmt. Zweckmäßig kann dies durch eine Abschrägung und/oder Stufung des Kernrings des Magnetkerns erreicht werden. Mit anderen Worten ist eine bezüglich der Mittenachse zu betrachtende kumulierte axiale Kernmaterial- breite des Kernrings an einer ebenfalls bezüglich der Mittenachse zu betrachtenden radial innenliegenden Position des Kernrings stets größer als eine kumulierte axiale Kernmaterialbreite des Kernrings an einer bezüglich einer innenliegenden Position des Kernrings radial außenliegenden Position des Kernrings. D.h. mit zunehmendem Abstand zur Mittenachse nimmt die Kernmaterialbreite des Kernrings ab. Das hat den Effekt, dass der erfindungsgemäße Kernring im Vergleich zu konventionellen Kernringen, deren axiale Kernmaterialbreite radial von innen nach außen konstant ist, radial außen weniger Kernmaterial aufweist, als radial innen. Dadurch kann Kernmaterial eingespart werden, wodurch der erfindungsgemäße Magnetkern vorteilhafterweise relativ kompakt und leichtgewichtig bauen kann. Zudem ist dessen Herstellung durch die Einsparung von Kernmaterial verhältnismäßig kostengünstig. Das hat weiterhin den Effekt, dass auch axiale Kernring-Ring- querschnittsflächen des Kernrings von (bezüglich der Mittenachse) radial innen nach radial außen flächenmäßig stets gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß sind.
Zweckmäßig ist oder nach einem weiteren Grundgedanken der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kernring so gestaltet ist, dass dessen (bezüglich der Mittenachse betrachtet) axialen Kernring-Ringquerschnittsflächen, betrachtet über die radiale Breite des Kernrings von (bezüglich der Mittenachse) radial innen nach radial außen flächenmäßig gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß sind. Zweckmäßigerweise sind die axialen Kernring-Ringquerschnittsflächen dabei zumindest in einem Radialabschnitt des Kernrings flächenmäßig gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß. Dadurch weist eine beispielsweise radial innenliegende, erste axiale Kernring-Ringquerschnittsfläche mit einer in Richtung der Mittenachse zu ermittelnden axialen Breite B1 und einer in Umfangsrichtung um die Mittenachse herum zu ermittelnden Umfangslänge L1 eine Fläche von B1xL1 auf, die flächenmäßig gleich groß ist, wie eine Fläche B2xL2 einer bezüglich der ersten axialen Kernring-Ringquerschnittsfläche betrachtet radial weiter außenliegenden, zweiten axialen Kernring-Ringquerschnittsfläche mit einer in Richtung der Mittenachse zu ermittelnden axialen Breite B2 und einer in Umfangsrichtung um die Mittenachse herum zu ermittelnden Umfangslänge L2. Das hat den vorteilhaften Effekt, dass, wenn der Kernring des Magnetkerns von einem Magnetfeld durchflutet ist, in radialer Richtung bezüglich der Mittenachse betrachtet, alle axialen Kernring- Ringquerschnittsflächen des Kernrings dieselben magnetischen Flussdichten aufweisen. Mit anderen Worten laufen durch alle Kernring-Ringquerschnittsflächen des Kernrings gleich viele Magnetfeldlinien. Dadurch können insbesondere vorgegebene Mindest-Kernring-Ringquerschnittsflächen realisiert werden, um beispielsweise eine magnetische Sättigung des Kernrings des Magnetkerns zu verhindern. Zweckmäßig können entsprechende Kernring-Ringquerschnittsflächen durch eine Abschrägung und/oder Abstufung des Kernrings des Magnetkerns realisiert werden. Mit einer solchen Abschrägung und/oder Abstufung geht auch eine Materialeinsparung einher, so dass der Kernring des Magnetkerns mit weniger Kernmate- rial hergestellt werden kann, als herkömmliche Kernringe.
Zweckmäßigerweise ist der besagte Magnetkern durch einen Ferritkern realisiert.
Weiter zweckmäßigerweise ist die besagte elektrische Maschine durch eine fremderregte Synchronmaschine realisiert. Weiterhin kann die besagte elektrische Maschine durch eine Asynchronmaschine oder einen Schleifringläufer realisiert sein.
Zweckmäßigerweise kann die elektrische Maschine, diese insbesondere realisiert durch eine fremderregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine, einen mit mindestens einem Magnetkern ausgerüsteten induktiven Enerigeübertrager, insbesondere einen induktiven Drehenergieübertrager, aufweisen. D.h. der Magnetkern oder ein durch einen Ferritkern realisierter Magnetkern kann in einem induktiven Enerigeübertrager innerhalb einer fremderregten Synchronmaschine o- der einer Asynchronmaschine eingesetzt oder für eine solche geeignet oder in derselben eingebaut sein.
Der besagte induktive Enerigeübertrager (oder induktive Drehenergieübertrager) dient zweckmäßigerweise dazu, elektrische Energie kontaktlos und damit praktisch verschleißfrei von einem Stator der elektrischen Maschine an einen Rotor der elektrischen Maschine zu übertragen, so dass Rotorwicklungen des Rotors bestrombar sind. Der induktive Enerigeübertrager weist zweckmäßigerweise eine in oder an einem Stator angeordnete Primärspule, eine in oder an einem Rotor angeordnete Sekundärspule und einen Magnetkern, welcher von Primär- und Sekundärspule etablierte Magnetfelder führt und bündelt, auf.
Der induktive Enerigeübertrager ist zweckmäßig durch einen induktiven Drehenergieübertrager realisiert. Der induktive Enerigeübertrager kann einen Transformator realisieren, daher ist es denkbar, dass der erfindungsgemäße Magnetkern auch in Transformatoren außerhalb von elektrischen Drehmaschinen eingesetzt wird.
Die besagte kumulierte axiale Kernmaterialbreite ist im Sinne der Erfindung zweckmäßigerweise als diejenige axiale Breite des Kernrings zu verstehen, die sich rechnerisch durch Kumulation aller axialen Einzelbreiten von aus Kernmaterial gebildeten Abschnitten des Kernrings an einer vorgegebenen radialen Position des Kernrings ergibt. Mit anderen Worten kann die kumulierte axiale Kernmaterialbreite auch als axiale Stoffbreite des Kernrings bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise tragen nicht von Kernmaterial gebildete Abschnitte des Kernrings oder des Magnetkerns nicht zur kumulierten axialen Kernmaterialbreite des Kernrings bzw. zur Stoffbreite des Kernrings bei. Zweckmäßig ist dabei, wenn der Kernring zwei zueinander axial entgegengesetzt orientierte Ringflanken aufweist, zwischen denen eine Ebene angeordnet ist, die bezüglich der Mittenachse orthogonal ist. Um Kernmaterial einzusparen kann hierbei vorgesehen sein, dass die eine, erste Ringflanke und/oder die andere, zweite Ringflanke dieser besagten Ringflanken wenigstens einen sich radial von innen nach außen axial erweiternden Rücksprung oder eine Ausnehmung aufweist. Vorstellbar ist auch, dass ein besagter Rücksprung zumindest abschnittsweise oder vollständig in einer Umfangsrichtung um die Mittenachse umläuft. Alternativ kann sich ein solcher Rücksprung auch quer bezüglich der Mittenachse erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die eine, erste Ringflanke und/oder die andere, zweite Ringflanke dieser besagten Ringflanken bezüglich der Ebene winkelig verkippt ausgeführt ist. Dadurch kann der Kernring an seinen Ringflanken so gestaltet werden, dass er radial außen dünner ist als radial innen. Die Ringflanken bzw. die Rücksprünge müssen dabei nicht zwingend symmetrisch bezüglich der Mittenachse ausgeführt sein.
Weiter zweckmäßig ist, wenn die eine, erste Ringflanke dieser Ringflanken eine Ringfläche aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der Ebene winkelig verkippt ist und einen axialen Abstand zwischen sich und der Ebene beschreibt, der radial von innen nach außen abnimmt. Dadurch beschreibt die Ringfläche eine um die Mittenachse rotierende Außentrichterfläche. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Ringflanke bzw. die Ringfläche der ersten Ringflanke bezüglich einer Erregerspule eines Rotors einer mit dem Magnetkern ausgerüsteten elektrischen Maschine zugewandt ist.
In diesem Zusammenhang kann es auch zweckmäßig sein, wenn die andere, zweite Ringflanke dieser Ringflanken eine Gegen-Ringfläche aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der Ebene winkelig verkippt ausgeführt ist. Dabei beschreibt die Gegen-Ringfläche zwischen sich und der Ebene einen axialen Gegen-Abstand, der radial von innen nach außen abnimmt, in der Art, dass die Ge- gen-Ringfläche eine um die Mittenachse rotierende Außentrichterfläche bildet. Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Ringflanke bzw. die Ringfläche der zweiten Ringflanke bezüglich einer Erregerspule eines Rotors einer mit dem Magnetkern ausgerüsteten elektrischen Maschine abgewandt ist. Durch die winkelige Verkippung kann in relativ einfacher Weise eine Gestalt des Magnetkerns erreicht werden, bei der die kumulierte axiale Kernmaterialbreite des Kernrings von radial innen nach außen abnimmt. Dadurch kann insb. im Bereich der einen und/oder anderen Ringflanke Kernmaterial eingespart werden, so dass der Magnetkern relativ kompakt und leichtgewichtig ist. Im Ergebnis ist hierdurch eine bevorzugte, insb. kostengünstig herstellbare Ausführungsform für einen Magnetkern angegeben.
Zweckmäßig ist, wenn an der Ringfläche und/oder der Gegen-Ringfläche Befestigungsmittel für Komponenten des Magnetkerns und/oder Komponenten einer elektrischen Maschine angeordnet sind. Dadurch ist der Magnetkern relativ flexibel einsetzbar, insb. kann dadurch der innerhalb einer mit dem Magnetkern ausgerüsteten elektrischen Maschine zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden.
Weiter zweckmäßig ist, wenn der Kernring in einer um die Mittenachse rotierenden Umfangsrichtung einen flächenmäßig konstanten Querschnitt aufweist. Dieser kann eine rechteckförmige Außenkontur oder eine trapezförmige Außenkontur aufweisen oder in der Art nach einem symmetrischen Trapez oder einem rechtwinkligen Trapez gebildet sein. Hierdurch sind bevorzugte Querschnitte für den Kernring des Magnetkerns angegeben.
Zweckmäßigerweise ist, wenn der Kernring an einem radial nach innen hin zur Mittenachse orientierten Innenumfang eine radial nach innen hin offene Kernringausnehmung aufweist, welcher zumindest eine aus einem elektrischen Leiter gebildete Spule zugeordnet ist. Dadurch ist der Magnetkern mit zumindest einer Primärspule ausrüstbar, so dass diese bspw. mit einer Sekundärspule einer mit dem Magnetkern ausgerüsteten elektrischen Maschine induktiv Zusammenwirken kann, um elektrische Energie zu übertragen.
Weiter zweckmäßigerweise kann die Kernringausnehmung axial von zwei axial zueinander gegenüberliegenden Innenringflanken des Kernrings begrenzt sein. Zwischen diesen ist zweckmäßigerweise eine weitere Ebene angeordnet, zu der die Mittenachse orthogonal ausgerichtet ist. Hierbei kann die Primärspule an der einen, ersten Innenringflanke dieser beiden Innenringflanken oder an der anderen, zweiten Innenringflanke dieser beiden Innenringflanken angeordnet sein. Dadurch ist die Primärspule vollständig innerhalb des Kernrings eingehaust, wodurch im Ergebnis eine verbesserte Magnetfeldbündelung und somit eine effizientere induktive Kopplung der Primärspule mit einer an einem Rotor der mit einem Magnetkern ausgerüsteten elektrischen Maschine angeordneten Sekundärspule erzielbar ist. Dadurch erhöht sich die Effizienz der elektrischen Energieübertragung von der Primärspule auf die Sekundärspule.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die erste Innenringflanke eine Innenringfläche aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der weiteren Ebene winkelig verkippt ist und einen axialen Abstand zwischen sich und der weiteren Ebene beschreibt, der radial von innen nach außen zunimmt. Dadurch beschreibt diese Innenringfläche eine um die Mittenachse rotierende Innentrichterfläche. Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste Innenringflanke bzw. die Innenringfläche der ersten Innenringflanke bezüglich einer Erregerspule eines Rotors einer mit dem Magnetkern ausgerüsteten elektrischen Maschine zugewandt ist. Es kann auch zweckmäßig sein, wenn die zweite Innenringflanke eine Gegen-In- nenringfläche aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der weiteren Ebene winkelig verkippt ausgeführt ist. Dabei kann sie einen axialen Gegen-Abstand zwischen sich und der weiteren Ebene beschreiben, der radial von innen nach außen zunimmt, so dass diese Gegen-Innenringfläche eine um die Mittenachse rotierende Innentrichterfläche bildet. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die zweite Innenringflanke bzw. die Gegen-Innenringfläche der zweiten Innenringflanke bezüglich einer Erregerspule eines Rotors einer mit dem Magnetkern ausgerüsteten elektrischen Maschine abgewandt ist. Durch die winkelige Verkippung kann in relativ einfacher Weise eine Gestalt des Magnetkerns erreicht werden, bei der die kumulierte axiale Kernmaterialbreite des Kernrings von radial innen nach außen abnimmt. Dadurch kann insb. im Bereich der einen und/oder anderen Innenringflanke Kernmaterial eingespart werden, so dass der Magnetkern relativ kompakt und leichtgewichtig ist. Im Ergebnis ist hierdurch eine bevorzugte, insb. kostengünstig herstellbare Ausführungsform für einen Magnetkern angegeben.
Zweckmäßigerweise weist die Kernringausnehmung eine Schrägung oder Abstufung auf oder bildet dieselbe. Hierdurch wird die Kernringausnehmung vergrößert, so dass Raum für zusätzliche Spulenwicklungen, beispielsweise solche für die Primärspule, geschaffen ist. Zum anderen kann durch eine entsprechende Schrägung oder Abstufung der Kernringausnehmung auch eine radiale Ausdehnung der Primärspule verringert werden, beispielsweise indem eine Schrägung oder Abstufung in axialer Richtung ausgeführt wird, so dass zumindest zwei Wicklungen der Primärspule axial nebeneinander platziert werden können.
Weiterhin kann die Kernringausnehmung in einer um die Mittenachse rotierenden Umfangsrichtung einen flächenmäßig konstanten Öffnungsquerschnitt aufweisen. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn Öffnungsquerschnitt eine rechteckförmige Öff- nungskontur oder eine trapezförmige Öffnungskontur aufweist und/oder in der Art nach einem symmetrischen Trapez oder einem rechtwinkligen Trapez gebildet ist. Hierdurch ist eine bevorzugte Gestalt für eine Kernringausnehmung angegeben, durch die insb. die Anordnung einer Primärspule am Magnetkern begünstigt sowie eine verbesserte Magnetfeldbündelung realisiert ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass an der ersten Innenringflanke und/oder der zweiten Innenringflanke Befestigungsmittel für Komponenten des Magnetkerns, insb. solche für die Primärspule angeordnet sind. Hierdurch ist eine bevorzugte Gestalt für eine Kernringausnehmung angegeben, durch die insb. die Anordnung einer Primärspule am Magnetkern begünstigt sowie eine verbesserte Magnetfeldbündelung realisiert ist.
Zweckmäßig ist, wenn das Kernmaterial ein magnetisches Material ist, insb. ein weichmagnetisches Material, weiter insb. Ferrit. Hierdurch ist ein bevorzugtes Kernmaterial für den Kernring angegeben.
Zweckmäßig ist weiterhin, wenn der Magnetkern einstückig ausgeführt ist, d.h. aus einem einzigen Teil gebildet ist. Alternativ kann der Magnetkern mehrstückig ausgeführt sein, die zweckmäßigerweise zu einem einzigen Magnetkern zusammengesetzt sind.
Die Erfindung schlägt zweckmäßigerweise eine elektrische Maschine mit mindestens einem Magnetkern gemäß der vorstehenden Beschreibung vor.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise einen Magnetkern für eine elektrische Maschine, mit einem eine Mittenachse definierenden und aus einem magnetischen Kernmaterial gebildeten Kernring dessen kumulierte axiale Kernmaterialbreite radial von innen nach außen abnimmt, wodurch zweckmäßigerweise ein Querschnitt des Kernrings, welcher Magnetfeldlinien umschließt, an jeder Stelle des Kernrings konstant ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine mit mindestens einem solchen Magnetkern.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Magnetkern gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht, wobei lediglich dessen oberhalb einer Mittenachse befindliche Hälfte illustriert ist,
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Magnetkern gemäß einem bevorzugten, weiteren Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht, wobei lediglich dessen oberhalb einer Mittenachse befindliche Hälfte illustriert ist,
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Magnetkern gemäß einem bevorzugten, weiteren Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht, wobei lediglich dessen oberhalb einer Mittenachse befindliche Hälfte illustriert ist und zuletzt
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Magnetkern gemäß einem bevorzugten, weiteren Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht, wobei lediglich dessen oberhalb einer Mittenachse befindliche Hälfte illustriert ist.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen vier bevorzugte Ausführungsbeispiele eines im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichneten Magnetkerns, der in einer nicht illustrierten elektrischen Maschine 2 montiert und dort zur Bündelung von Magnetfeldern verwendbar ist.
Der Magnetkern 1 nach den Fig. 1 bis 4 zeichnet sich dadurch aus, dass dessen Kernring 4, der eine durch eine strichpunktierte Linie angedeutete Mittenachse 3 definiert und aus einem weichmagnetischen Kernmaterial wie Ferrit gebildet ist, eine bezüglich der Mittenachse 3 von radial innen nach außen abnehmende kumulierte axiale Kernmaterialbreite 5 hat.
Die kumulierte axiale Kernmaterialbreite 5 ist exemplarisch diejenige axiale Breite des Kernrings 4, die sich durch Kumulation aller axialen Einzelbreiten 5', 5"; 5"' von aus Kernmaterial gebildeten Abschnitten des Kernrings 4 an einer vorgegebenen radialen Position des Kernrings 4 ergibt. Dabei werden nicht von Kernmaterial gebildete Abschnitte des Kernrings 4 oder des Magnetkerns 1 nicht beachtet, z.B. Luftspalte oder dergleichen. In Fig. 1 ist exemplarisch eine kumulierte axiale Kem- materialbreite 5a des Kernrings 4 an einer radial innenliegenden Position des Kernrings 4 eingezeichnet, die sich aus einer ersten Einzelbreite 5' eines aus Kernmaterial gebildeten ersten Abschnitts des Kernrings 4 und einer zweiten Einzelbreite 5" eines ebenfalls aus Kernmaterial gebildeten zweiten Abschnitts des Kernrings 4 zusammensetzt. Weiterhin ist in Fig. 1 eine kumulierte axiale Kernmaterialbreite 5b des Kernrings 4 an einer radial weiter außenliegenden Position des Kernrings 4 eingezeichnet, die sich aus einer ersten Einzelbreite 5"' eines aus Kernmaterial gebildeten dritten Abschnitts des Kernrings 4 zusammensetzt. Ein Vergleich der kumulierten axialen Kernmaterialbreite 5a mit der kumulierten axialen Kernmatenalbreite 5b zeigt, dass mit zunehmendem Abstand zur Mittenachse 3 die Kernmatenalbreite 5 des Kernrings 4 abnimmt. Das hat den Effekt, dass der erfindungsgemäße Kernring 4 im Vergleich zu konventionellen Kernringen, deren axiale Kem- materialbreite radial von innen nach außen konstant ist, radial außen weniger Kernmaterial aufweist, als radial innen. Dadurch kann Kernmaterial eingespart werden, so dass der Magnetkern 1 relativ kompakt und leichtgewichtig baut.
Wieder mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 kann man erkennen, dass der Kernring 4 gemäß allen Ausführungsformen zwei zueinander axial entgegengesetzt orientierte Ringflanken 7, 11 aufweist, zwischen denen eine Ebene 6 angeordnet ist, zu der die Mittenachse 3 orthogonal verläuft. Die Ebene 6 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Ausführungsformen gemäß der Fig. 1 bis 4 unterscheiden sich nun insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung der Ringflanken 7, 11.
In Fig. 1 sind weiterhin exemplarisch zwei axiale Kernring-Ringquerschnittsflächen 41 , 42 des Kernrings 4 eingezeichnet, wobei die eine, erste axiale Kernring-Ring- querschnittsfläche 41 bezüglich der Mittenachse 3 radial innen und die andere, zweite axiale Kernring-Ringquerschnittsfläche 42 radial außen liegt. Aufgrund der insbesondere durch eine Verkippung oder Schrägstellung der ersten Ringflanke 7 und/oder der zweite Ringflanke 11 des Kernrings 4 realisierten Gestaltung des Kernrings 4 ist die erste axiale Kernring-Ringquerschnittsfläche 41 flächenmäßig betrachtet gleich groß wie die zweite axiale Kernring-Ringquerschnittsfläche 42.
Die erste Ringflanke 7 und die zweite Ringflanke 11 des Kernrings 4 gemäß Fig. 1 besitzen oder bilden eine Ringfläche 8 bzw. eine Ringfläche 12, die jeweils bezüglich der Ebene 6 winkelig verkippt ausgeführt sind. Die Ringfläche 8 der ersten Ringflanke 7 beschreibt dadurch einen axialen Abstand 9 zwischen sich und der Ebene 6, der radial von innen nach außen abnimmt, so dass die Ringfläche 8 eine um die Mittenachse 3 rotierende Außentrichterfläche bildet. Zweckmäßigerweise ist die Ringfläche 8 bzw. die Ringflanke 7 einer vorliegend nicht illustrierten Erregerspule eines Rotors einer mit dem Magnetkern 1 ausgerüsteten elektrischen Maschine 2 zugewandt. Die Ringfläche 12 der zweite Ringflanke 11 ist analog zur Ringfläche 8 der Ringflanke 7 ausgeführt, so dass sie einen axialen Gegen-Abstand 13 zwischen sich und der Ebene 6 definiert. Der Gegen-Abstand 13 nimmt dabei radial von innen nach außen ab, so dass die Gegen-Ringfläche 12 eine um die Mittenachse 3 rotierende Außentrichterfläche bildet. Durch diese konstruktiven Maßnahmen hat der Kernring 4 exemplarisch in einer um die Mittenachse 3 rotierenden Umfangsrichtung 15 einen flächenmäßig konstanten Querschnitt 16 mit einer trapezförmigen, insb. symmetrisch trapezförmigen, Außenkontur 18, 19.
Der Kernring 4 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 illustrierten Kernring 4 lediglich dadurch, dass die erste Ringflanke 7 bzw. dessen Ringfläche 8 nicht winkelig verkippt ist, sondern bezüglich der Ebene 6 parallel ausgerichtet ist. Dadurch hat der Kernring 4 in einer um die Mittenachse 3 rotierenden Umfangsrichtung 15 einen flächenmäßig konstanten Querschnitt 16 mit rechtwinkelig trapezförmiger Außenkontur 18, 20.
Der Kernring 4 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von den in Fig. 1 und 2 illustrierten Kernringen 4 dadurch, dass die erste Ringflanke 7 und die zweite Ringflanke 11 nicht winkelig verkippt, sondern jeweils bezüglich der Ebene 6 parallel ausgerichtet sind. Um dennoch eine Materialeinsparung zu erreichen ist hier eine nachfolgend diskutierte Verkippung zumindest einer Innenringflanke 25 zweier Innenringflanken 25, 29 vorgesehen. Hierdurch ist der Kernring 4 in einer um die Mittenachse 3 rotierenden Umfangsrichtung 15 mit einem flächenmäßig konstanten Querschnitt 16 ausgestattet, der eine rechteckige Außenkontur 17 beschreibt.
Der Kernring 4 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 illustrierten Kernring 4 zunächst dadurch, dass die erste Ringflanke 7 bzw. dessen Ringfläche 8 nicht winkelig verkippt ist, sondern bezüglich der Ebene 6 parallel ausgerichtet ist, so wie bei dem Kernring 4 gemäß Fig. 2. Ferner ist hier vorgesehen, dass zumindest eine Innenringflanke 25 zweier Innenringflanken 25, 29 verkippt ist, so wie bei dem Kernring 4 gemäß Fig. 3. Zudem sind am Kernring 4 Befestigungsmittel 37 oder eine Fluidkühlung für Komponenten des Magnetkerns 1 und/oder Komponenten der elektrischen Maschine 2 angeordnet, die einfachheitshalber durch schraffierte Bereiche angedeutet sind. Dadurch hat der Kernring 4 in einer um die Mittenachse 3 rotierenden Umfangsrichtung 15 einen flächenmäßig konstanten Querschnitt 16 mit einer rechtwinkelig trapezförmiger Außenkontur 18, 20.
In den Fig. 1 bis 4 ist weiterhin zu erkennen, dass der Kernring 4 an einem radial nach innen hin zur Mittenachse 3 orientierten Innenumfang 21 eine radial nach innen hin offene Kernringausnehmung 22 aufweist. Der Kernringausnehmung 22 ist eine aus einem elektrischen Leiter gebildete Primärspule 23 zugeordnet. Zudem greift in die Kernringausnehmung 22 ein rotierbares oder rotierendes und einen Rotor bildendes Halteteil 38 einer elektrischen Maschine 2 ein, auf dem eine, ebenfalls aus einem elektrischen Leiter gebildete Sekundärspule 39 angeordnet ist. Es ist vorgesehen, dass der Magnetkern 1 mit Primärspule 23 bezüglich dem Halteteil 38 still steht, wodurch es sozusagen einen Stator bildet. Primärspule 23 und Sekundärspule 39 können miteinander induktiv gekoppelt oder koppelbar sein, um elektrische Energie zu übertragen. Weiterhin weist der Kernring 4 im Bereich der Kernringausnehmung 22 (vgl. Fig. 2 und 4) eine axial bezüglich der Mittenachse 3 geführte Abstufung 40 bzw. Schrägung 40 auf, die durch eine umlaufende Ringausnehmung realisiert ist, um sozusagen die Kernringausnehmung 22 durch zusätzlichen Raum für die Anordnung der besagten Primärspule 23 zu erweitern.
Die Kernringausnehmung 22 ist exemplarisch axial von den zuvor bereits erwähnten zwei axial zueinander gegenüberliegenden Innenringflanken 25, 29 des Kernrings 4 begrenzt oder gebildet. Zwischen den Innenringflanken 25, 29 ist eine weitere Ebene 24 angeordnet, die bezüglich der die Mittenachse 3 orthogonal und mit der oben beschriebenen Ebene 6 deckungsgleich ist. Die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 4 unterscheiden sich nun hinsichtlich der Ausgestaltung der Innenringflanken 25, 29.
Die Kernringe 4 gemäß Fig. 1 und 2 sind so gestaltet, dass ihre Innenringflanken 25, 29 bezüglich der weiteren Ebene 24 parallel sind. Dadurch hat die Kernring- ausnehmung 22 in der um die Mittenachse 3 rotierenden Umfangsrichtung 15 betrachtet einen flächenmäßig konstanten Öffnungsquerschnitt 32, der rein exemplarisch eine rechteckförmige Öffnungskontur 33 beschreibt.
Die Kernringe 4 gemäß Fig. 3 und 4 sind im Unterschied dazu so gestaltet, dass eine erste Innenringflanke 25 der Innenringflanken 25, 29 eine Innenringfläche 26 aufweist, die bezüglich der weiteren Ebene 24 winkelig verkippt ist. Dadurch hat sie einen axialen Abstand 27 zwischen sich und der weiteren Ebene 24, der radial von innen nach außen zunimmt. Dadurch definiert die erste Innenringflanke 25 bzw. die Innenringfläche 26 eine um die Mittenachse 3 rotierende Innentrichterfläche. Zweckmäßigerweise kann diese Innentrichterfläche einer Erregerspule eines Rotors einer mit dem Magnetkern 1 ausgerüsteten elektrischen Maschine 2 zugewandt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass zusätzlich oder alternativ die zweite Innenringflanke 29 mit ihrer Gegen-Innenringfläche 30 bezüglich der weiteren Ebene 24 winkelig verkippt ist und dass ein axialer Gegen-Abstand 31 zwischen dieser Gegen-Innenringfläche 30 und der weiteren Ebene 24 gebildet ist, der radial von innen nach außen zunimmt. Dies ist vorliegend jedoch nicht illustriert. Dadurch hat die Kernringausnehmung 22 in der um die Mittenachse 3 rotierenden Umfangsrichtung 15 betrachtet einen flächenmäßig konstanten Öffnungsquerschnitt 32, der rein exemplarisch eine trapezförmige, insb. rechtwinklige trapezförmige, Öffnungskontur 34, 36 beschreibt. Zu erwähnen ist noch, dass an der ersten Innenringflanke 25 und/oder der zweiten Innenringflanke 29 Befestigungsmittel 37 für Komponenten des Magnetkerns 1 , insb. solche für die Primärspule 23 angeordnet sein können, in Fig. 4 ist dies durch einen schraffierten Bereich illustriert. Ferner kann an der ersten Innenringflanke 25 und/oder der zweiten Innenringflanke 29 zusätzlich oder alternativ zu den Befestigungsmitteln 37 eine Fluidkühlung vorgesehen sein.
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Claims

Ansprüche
1 . Magnetkern (1 ) für eine elektrische Maschine (2), mit einem eine Mittenachse (3) definierenden und aus einem magnetischen Kernmaterial gebildeten Kernring (4) dessen kumulierte axiale Kernmaterialbreite (5) radial von innen nach außen abnimmt, insbesondere um bei gleicher Fläche weniger Magnetkernmaterial einzusetzen.
2. Magnetkern (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kernring (4) zwei zueinander axial entgegengesetzt orientierte Ringflanken (7, 11 ) aufweist, zwischen denen eine Ebene (6) angeordnet ist, zu der die Mittenachse (3) orthogonal ist,
- wobei die eine, erste Ringflanke (7) und/oder die andere, zweite Ringflanke (11 ) dieser Ringflanken (7, 11 ) wenigstens einen sich radial von innen nach außen axial erweiternden Rücksprung oder Ausnehmung aufweist, und/oder
- wobei die eine, erste Ringflanke (7) und/oder die andere, zweite Ringflanke (11 ) dieser Ringflanken (7, 11 ) bezüglich der Ebene (6) winkelig verkippt ausgeführt ist.
3. Magnetkern (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine, erste Ringflanke (7) dieser Ringflanken (7, 11 ) eine Ringfläche (8) aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der Ebene (6) winkelig verkippt ist und einen axialen Abstand (9) zwischen sich und der Ebene (6) beschreibt, der radial von innen nach außen abnimmt, in der Art, dass die Ringfläche (8) eine um die Mittenachse (3) rotierende Außentrichterfläche beschreibt.
4. Magnetkern (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die andere, zweite Ringflanke (11 ) dieser Ringflanken (7, 11 ) eine Gegen-Ringflä- che (12) aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der Ebene (6) winkelig verkippt ist und einen axialen Gegen-Abstand (13) zwischen sich und der Ebene (6) beschreibt, der radial von innen nach außen abnimmt, in der Art, dass die Ge- gen-Ringfläche (12) eine um die Mittenachse (3) rotierende Außentrichterfläche beschreibt.
5. Magnetkern (1 ) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ringfläche (8) und/oder der Gegen-Ringfläche (12) Befestigungsmittel für Komponenten des Magnetkerns (1 ) und/oder eine Fluidkühlung für Komponenten des Magnetkerns (1) und/oder Komponenten einer elektrischen Maschine (2) angeordnet sind.
6. Magnetkern (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kernring (4) in einer um die Mittenachse (3) rotierenden Umfangsrichtung (15) einen flächenmäßig konstanten Querschnitt (16) aufweist, und/oder
- wobei der Querschnitt (16) eine rechteckförmige Außenkontur (17) aufweist, o- der
- wobei der Querschnitt (16) eine trapezförmige Außenkontur (18) aufweist, und/oder
- wobei der Querschnitt (16) eine Außenkontur (19) aufweist, die in der Art nach einem symmetrischen Trapez gebildet ist, oder
- wobei der Querschnitt (16) eine Außenkontur (20) aufweist, die in der Art nach einem rechtwinkligen Trapez gebildet ist. 19
7. Magnetkern (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernring (4) an einem radial nach innen hin zur Mittenachse (3) orientierten Innenumfang (21 ) eine radial nach innen hin offene Kernringausnehmung (22) aufweist, welcher zumindest eine aus einem elektrischen Leiter gebildete Primärspule (23) zugeordnet ist.
8. Magnetkern (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernringausnehmung (22) axial von zwei axial zueinander gegenüberliegenden Innenringflanken (25, 29) des Kernrings (4) begrenzt ist, die zwischen denen eine weitere Ebene (24) angeordnet ist, zu der die Mittenachse (3) orthogonal ist, wobei die Primärspule (23) an der einen, ersten Innenringflanke (25) dieser beiden Innenringflanken (25, 29) oder an der anderen, zweiten Innenringflanke (29) dieser beiden Innenringflanken (25, 29) angeordnet ist.
9. Magnetkern (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Innenringflanke (25) eine Innenringfläche (26) aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der weiteren Ebene (24) winkelig verkippt ist und einen axialen Abstand (27) zwischen sich und der weiteren Ebene (24) beschreibt, der radial von innen nach außen zunimmt, in der Art, dass diese Innenringfläche (26) eine um die Mittenachse (3) rotierende Innentrichterfläche beschreibt.
10. Magnetkern (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Innenringflanke (29) eine Gegen-Innenringfläche (30) aufweist, die zumindest abschnittsweise bezüglich der weiteren Ebene (24) winkelig verkippt ist und einen axialen Gegen-Abstand (31 ) zwischen sich und der weiteren Ebene (24) 20 beschreibt, der radial von innen nach außen zunimmt, in der Art, dass diese Ge- gen-lnnenringfläche (30) eine um die Mittenachse (3) rotierende Innentrichterfläche beschreibt.
11 . Magnetkern (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kernringausnehmung (22) in einer um die Mittenachse (3) rotierenden Umfangsrichtung (15) einen flächenmäßig konstanten Öffnungsquerschnitt (32) aufweist, und/oder
- wobei der Öffnungsquerschnitt (32) eine rechteckförmige Öffnungskontur (33) aufweist, oder
- wobei der Öffnungsquerschnitt (32) eine trapezförmige Öffnungskontur (34) aufweist, und/oder
- wobei der Öffnungsquerschnitt (32) eine Öffnungskontur aufweist, die in der Art nach einem symmetrischen Trapez gebildet ist, oder
- wobei der Öffnungsquerschnitt (32) eine Öffnungskontur (36) aufweist, die in der Art nach einem rechtwinkligen Trapez gebildet ist.
12. Magnetkern (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Innenringflanke (25) und/oder der zweiten Innenringflanke (29) Befestigungsmittel für Komponenten des Magnetkerns (1), insb. solche für die Primärspule (23) angeordnet sind.
13. Magnetkern (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial ein magnetisches Material ist, insb. ein weichmagnetisches Material, weiter insb. Ferrit. 21
14. Magnetkern (1 ) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
- einen eine Mittenachse (3) definierenden und aus einem magnetischen Kernmaterial, insbesondere Ferrit, gebildeten Kernring (4),
- dessen axialen Kernring-Ringquerschnittsflächen (41 , 42) über die radiale Breite des Kernrings (4) betrachtet gleich groß oder zumindest im Wesentlichen gleich groß sind.
15. Elektrische Maschine (2) mit mindestens einem, insbesondere einteilig ausgeführten oder aus mehreren Einzelteilen zusammengebauten, Magnetkern (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Induktiver Enerigeübertrager, insbesondere ein induktiver Drehenergieüber- trager, für eine elektrische Maschine, insbesondere eine fremderregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine, mit mindestens einem Magnetkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2234472A1 (de) * 1972-07-13 1974-01-24 Siemens Ag Transformator mit relativ zueinander rotierenden koaxialen eisenkoerpern mit darin angeordneten ringspulen
DE102005051462A1 (de) * 2004-11-20 2006-05-24 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Vorrichtung zur induktiven Leistungsüberwachung, Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, Drehübertrager
US20110121931A1 (en) * 2010-12-09 2011-05-26 Alexander Felix Fiseni Electrical assembly for use with a rotary transformer and method for making the same
DE102017214766A1 (de) * 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh Leistungsübertragungssystem zum Erzeugen eines Stroms in einer Erregerwicklung eines Rotors einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine und Kraftfahrzeug
EP2869316B1 (de) 2013-10-24 2020-03-25 Rosemount Aerospace Inc. Rotierende Transformatoren für elektrische Maschinen

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8319391B2 (en) 2010-06-07 2012-11-27 GM Global Technology Operations LLC Flux-concentrating stator assembly

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2234472A1 (de) * 1972-07-13 1974-01-24 Siemens Ag Transformator mit relativ zueinander rotierenden koaxialen eisenkoerpern mit darin angeordneten ringspulen
DE102005051462A1 (de) * 2004-11-20 2006-05-24 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Vorrichtung zur induktiven Leistungsüberwachung, Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, Drehübertrager
US20110121931A1 (en) * 2010-12-09 2011-05-26 Alexander Felix Fiseni Electrical assembly for use with a rotary transformer and method for making the same
EP2869316B1 (de) 2013-10-24 2020-03-25 Rosemount Aerospace Inc. Rotierende Transformatoren für elektrische Maschinen
DE102017214766A1 (de) * 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh Leistungsübertragungssystem zum Erzeugen eines Stroms in einer Erregerwicklung eines Rotors einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine und Kraftfahrzeug

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RAMINOSOA TSARAFIDY ET AL: "Novel Rotary Transformer Topology With Improved Power Transfer Capability for High-Speed Applications", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 56, no. 1, 21 November 2019 (2019-11-21), pages 277 - 286, XP011766894, ISSN: 0093-9994, [retrieved on 20200117], DOI: 10.1109/TIA.2019.2955050 *

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