DE102011080008A1

DE102011080008A1 - Electric machine

Info

Publication number: DE102011080008A1
Application number: DE102011080008A
Authority: DE
Inventors: Markus Klöpzig; Jens Hamann; Olaf Körner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-31
Also published as: WO2013014151A2; WO2013014151A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor Pule und Statorpole aufweist, wobei die Statorpole Statorflächen aufweisen, die den Permanentmagneten des Rotors zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Statorfläche eine Nut aufweist, die quer zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet ist.The invention relates to an electrical machine having a rotor and a stator, wherein the rotor has poles and stator poles, wherein the stator poles have stator faces which face the permanent magnet of the rotor, characterized in that at least one stator face has a groove which is transverse to the direction of movement of the rotor is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator in Form einer Transversalflussmaschine. Die Anzahl der Einzelstatoren, im weiteren Stator genannt, entspricht bei Transverflussmaschinen der Phasenzahl der elektrischen Maschine. Transversalflussmaschinen sind aus DE 37 05 089 A1 und DE 10 2006 022 836 A1 bekannt. Dabei zeigt sich, dass die Drehmomentdichte für Transversalflussmaschinen im Vergleich zu konventionellen Radialflussmaschinen deutlich höhere Werte erreichen kann. Damit sind Transversalflussmaschinen für Direktantriebe vorteilhaft anzuwenden. Weiterhin zeigt sich, dass mit Transversalflussmaschinen eine höhere Polpaarzahl als bei Radialflussmaschinen ausgeführt werden kann. Andererseits haben Untersuchungen ergeben, dass die Drehmomentwelligkeit (Pendelmomente und Rastmomente) bei Transversalflussmaschinen relativ hoch ist. Mit der Drehmomentwelligkeit sind auch stärkere Oszillationen der Radialkräfte verbunden. Zudem haben Transversalflussmaschinen typischerweise eine höhere Geräuschentwicklung. The invention relates to an electrical machine with a rotor and a stator in the form of a transverse flux machine. The number of individual stators, referred to below as the stator, corresponds to the number of phases of the electric machine in the case of trans-flux machines. Transverse flux machines are off DE 37 05 089 A1 and DE 10 2006 022 836 A1 known. It shows that the torque density for transversal flux machines can reach significantly higher values compared to conventional radial flux machines. Transverse flux machines for direct drives are thus advantageously used. Furthermore, it is found that with transversal flux machines a higher number of pole pairs can be performed than with radial flux machines. On the other hand, studies have shown that the torque ripple (pendulum moments and cogging torques) is relatively high in transverse flux machines. With the torque ripple and stronger oscillations of the radial forces are connected. In addition, transverse flux machines typically have a higher noise level.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator bereitzustellen, die eine geringere Drehmomentwelligkeit aufweist. The object of the invention is to provide an electric machine with a rotor and a stator, which has a lower torque ripple.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit wird dadurch erreicht, dass wenigstens in einem Statorpol wenigstens eine Nut vorgesehen ist, die quer zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet ist. Aufgrund der Nut wird die Drehmomentwelligkeit reduziert. The object of the invention is achieved by the electric machine according to claim 1. The reduction of the torque ripple is achieved by providing at least one groove in at least one stator pole, which is arranged transversely to the direction of movement of the rotor. Due to the groove, the torque ripple is reduced.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Nut im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet. Durch die senkrechte Anordnung wird eine besondere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht. In a further embodiment, the groove is arranged substantially perpendicular to the direction of movement of the rotor. Due to the vertical arrangement, a special reduction of the torque ripple is achieved.

In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Nut über die gesamte Länge der Statorfläche, die den Permanentmagneten zugewandt ist. Auf diese Weise wird die gesamte wirksame Länge des Statorpols zur Anordnung der Nut ausgenutzt. In a further embodiment, the groove extends over the entire length of the stator, which faces the permanent magnet. In this way, the entire effective length of the stator pole is utilized for the arrangement of the groove.

In einer weiteren Ausführungsform weisen benachbarte Statorpole in der Bewegungsrichtung des Rotors einen festgelegten Abstand voneinander auf, wobei die Nut den festgelegten Abstand als Breite aufweist. Auf diese Weise wird ein Ausgleich für die Abstände der Statorpole mit Hilfe der Nut erreicht. In a further embodiment, adjacent stator poles have a predetermined distance from one another in the direction of movement of the rotor, wherein the groove has the predetermined distance as the width. In this way, compensation for the distances of the stator poles is achieved by means of the groove.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Nut eine Tiefe auf, die im Wesentlichen einer Breite der Nut in der Bewegungsrichtung entspricht. Versuche haben gezeigt, dass diese Dimensionierung eine besonders effiziente Reduzierung der Drehmomentwelligkeit bewirkt. In a further embodiment, the groove has a depth which substantially corresponds to a width of the groove in the direction of movement. Experiments have shown that this dimensioning causes a particularly efficient reduction of torque ripple.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Nut im Querschnitt der Bewegungsrichtung des Rotors gesehen zwei gegenüberliegende, parallele Seitenflächen auf, die in eine Bodenfläche übergehen, wobei die Bodenfläche der Nut parallel zu einer Frontfläche des Statorpols angeordnet ist, die dem Permanentmagneten des Rotors zugewandt ist, und in der die Nut angeordnet ist. In a further embodiment, the groove has in cross-section of the direction of movement of the rotor seen two opposite, parallel side surfaces which merge into a bottom surface, wherein the bottom surface of the groove is arranged parallel to a front surface of the stator, which faces the permanent magnet of the rotor, and in which the groove is arranged.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Nut im Querschnitt eine U-Form mit abgerundeten Übergängen zwischen den Seitenwänden und der Bodenfläche auf. In another embodiment, the groove has a U-shape in cross-section with rounded transitions between the side walls and the bottom surface.

In einer weiteren Ausführungsform weist ein Statorpol zwei parallel angeordnete Nuten auf. In einer weiteren Ausführungsform weist der Statorpol drei parallel angeordnete Nuten auf. In a further embodiment, a stator pole has two parallel grooves. In a further embodiment, the stator pole has three parallel grooves.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Statorpol in Form eines Blechpaketes ausgebildet, wobei mit Hilfe unterschiedlich großer Bleche die Nut realisiert ist. In a further embodiment, the stator pole is designed in the form of a laminated core, wherein the groove is realized with the aid of differently sized metal sheets.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Statorpol aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial hergestellt. Als weichmagnetische Komposite werden beispielsweise Kunststoffe verwendet, die mit magnetischen Füllstoffen wie z. B. Eisenpartikeln, Nickelpulver, Nickelzinnpulver oder Metglas (amorphe FeCoB-Legierung) versehen sind. In a further embodiment, the stator pole is made of a soft magnetic composite material. As soft magnetic composites, for example, plastics are used which are filled with magnetic fillers such. As iron particles, nickel powder, nickel tin powder or Metglas (amorphous FeCoB alloy) are provided.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Permanentmagnete schräg zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet. Dadurch wird eine weitere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht. In a further embodiment, the permanent magnets are arranged obliquely to the direction of movement of the rotor. This achieves a further reduction of the torque ripple.

In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Reihen von Permanentmagneten nebeneinander in der Bewegungsrichtung angeordnet, wobei die Permanentmagnete der zwei Reihen in der Bewegungsrichtung des Rotors gegeneinander versetzt angeordnet sind. Auch dadurch wird eine Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht. In a further embodiment, two rows of permanent magnets are arranged side by side in the direction of movement, wherein the permanent magnets of the two rows are offset from each other in the direction of movement of the rotor. This also achieves a reduction in torque ripple.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Permanentmagnete in der Bewegungsrichtung des Rotors in der Weise angeordnet, dass die Magnetfeldrichtung in der Ebene senkrecht zur Drehebene des Rotors von Permanentmagnet zu Permanentmagnet die Richtung jeweils um 90° ändert. Auch dadurch wird die Welligkeit des Drehmoments reduziert. In a further embodiment, the permanent magnets are arranged in the direction of movement of the rotor in such a way that the magnetic field direction in the plane perpendicular to the plane of rotation of the rotor from permanent magnet to permanent magnet changes direction by 90 °. This also reduces the ripple of the torque.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei The above-described characteristics, features and advantages of this invention as well as the art The manner in which these are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in conjunction with the drawings

1 einen schematischen Querschnitt durch eine elektrische Maschine, 1 a schematic cross section through an electrical machine,

2 einen Ausschnitt aus einem Stator, 2 a section of a stator,

3 eine schematische Teildarstellung einer ersten Ausführungsform einer Maschine, 3 a schematic partial view of a first embodiment of a machine,

4 eine Draufsicht auf die Anordnung der Permanentmagnete der ersten Ausführungsform der Maschine von 3, 4 a plan view of the arrangement of the permanent magnets of the first embodiment of the machine of 3 .

5 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Maschine, 5 a schematic partial view of a second embodiment of a machine,

6 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Anordnung der Permanentmagnete des Rotors der 5, 6 a schematic plan view of a further arrangement of the permanent magnets of the rotor of 5 .

7 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung der Permanentmagnete eines Rotors, 7 a further embodiment of an arrangement of the permanent magnets of a rotor,

8 eine schematische Draufsicht der Anordnung der 7, 8th a schematic plan view of the arrangement of 7 .

9 eine schematische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrischen Maschine, 9 a schematic partial view of another embodiment of an electrical machine,

10 eine schematische Draufsicht auf die Permanentmagnete der Anordnung der 9, und 10 a schematic plan view of the permanent magnets of the arrangement of 9 , and

11 eine weitere Ausführungsform eines Stators zeigt. 11 shows a further embodiment of a stator.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 1 in Form einer Transversalflussmaschine mit einem innen liegenden Rotor 2, der um eine Drehachse 3 drehbar gelagert ist. Der Rotor 2 ist von einem außen liegenden ringförmigen Stator 4 mit einer Spule in Form einer konzentrischen Ständerspule 5 umgeben, die beispielsweise als einphasige ringförmige Ständerspule ausgebildet ist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Arten von Spulen verwendet werden. 1 shows a schematic representation of a cross section through an electrical machine 1 in the form of a transverse flux machine with an internal rotor 2 that is about a rotation axis 3 is rotatably mounted. The rotor 2 is from an external annular stator 4 with a coil in the form of a concentric stator coil 5 surrounded, which is formed for example as a single-phase annular stator coil. Depending on the chosen embodiment, other types of coils may be used.

Der Rotor 2 weist an seiner radialen Außenseite Permanentmagnete 6 auf, die unterschiedliche Polungsrichtungen aufweisen und radial verteilt um den kreisscheibenförmigen Rotor 2 angeordnet sind. Der Stator 4 weist auf einer Innenseite, die dem Permanentmagneten 6 zugewandt ist, Statorpole auf. Der Stator 4 stellt einen Einzelstator mit transversaler Flussführung dar. The rotor 2 has permanent magnets on its radial outside 6 on, which have different Polungsrichtungen and radially distributed around the circular disk-shaped rotor 2 are arranged. The stator 4 points to an inside, which is the permanent magnet 6 facing, stator poles on. The stator 4 represents a single stator with transversal flux guidance.

1 zeigt eine Transversalflussmaschine mit einem Stator 4 mit einer Statorphase. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch mehrere Statorphasen vorgesehen sein. Beispielsweise können mehrere Statoren 4 und zugeordnete Rotoren 2 vorgesehen sein. 1 shows a transverse flux machine with a stator 4 with a stator phase. Depending on the selected embodiment, a plurality of stator phases may also be provided. For example, multiple stators 4 and associated rotors 2 be provided.

2 zeigt in einer schematischen Teildarstellung einen Blick auf die Innenseite des Stators 4 mit zwei Statorpolen 7, 8. Die Statorpole 7, 8 sind nebeneinander und in einer Ebene angeordnet. Die Statorpole 7, 8 sind über Statorjoche 9, 10 mit einem Statorring 11 verbunden. Der Statorring 11 ist ringförmig ausgebildet und umgibt den Rotor 2, wobei die Statorpole 7, 8 in radialer Richtung auf die Drehachse 3 in Richtung auf die Permanentmagnete 6 des Rotors 2 ausgerichtet sind. Die Statorpole 7, 8 weisen Statorflächen 12, 13 auf, die den Permanentmagneten 6 zugewandt sind und vorzugsweise parallel zu einer Mantelfläche des Rotors 2, die durch die Permanentmagnete 6 gebildet wird, angeordnet sind. In den Statorflächen 12, 13 sind Nuten 14, 15 angeordnet. Die dargestellten Statorpole 7, 8 sind in Form von sogenannten Klauenpolen ausgebildet, die konisch zulaufende Statorflächen 12, 13 aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Statorpole 7, 8 auch identische rechteckförmige Statorflächen 12, 13 aufweisen. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform der Klauenpolmaschine beschränkt. Die Erfindung kann auch auf andere Arten von Transverflussmaschinen angewandt werden. Im Unterschied zur Radialflussmaschine kann bei Transverflussmaschinen die Zahl der Rotorpole identisch mit der Zahl der Polschuhe im Stator ausgeführt sein. 2 shows in a schematic partial view a view of the inside of the stator 4 with two stator poles 7 . 8th , The stator poles 7 . 8th are arranged side by side and in one plane. The stator poles 7 . 8th are over stator yokes 9 . 10 with a stator ring 11 connected. The stator ring 11 is annular and surrounds the rotor 2 , wherein the stator poles 7 . 8th in the radial direction on the axis of rotation 3 towards the permanent magnets 6 of the rotor 2 are aligned. The stator poles 7 . 8th have stator surfaces 12 . 13 on, the permanent magnet 6 are facing and preferably parallel to a lateral surface of the rotor 2 passing through the permanent magnets 6 is formed, are arranged. In the stator surfaces 12 . 13 are grooves 14 . 15 arranged. The illustrated stator poles 7 . 8th are formed in the form of so-called claw poles, the tapered stator surfaces 12 . 13 exhibit. Depending on the selected embodiment, the stator poles 7 . 8th also identical rectangular stator surfaces 12 . 13 exhibit. The invention is not limited to the described embodiment of the claw pole machine. The invention can also be applied to other types of transvergence machines. In contrast to the radial flux machine, the number of rotor poles can be embodied identically to the number of pole shoes in the stator in trans-flux machines.

3 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Teilquerschnitts in der Ebene senkrecht zur Drehachse 3. Dabei sind abwechselnd ein erster und ein zweiter Statorpol 7, 8 mit einer ersten und einer zweiten Statorfläche 12, 13 dargestellt. Die Statorflächen 12, 13 sind den Permanentmagneten 6 zugeordnet. In der gewählten Darstellung ist die Kreisbahn der Außenflächen der Permanentmagnete 6 zur vereinfachten Darstellung als ebene Linie dargestellt. Benachbarte Permanentmagnete 6 weisen an der radialen Außenfläche unterschiedliche Pole auf, deren Ausrichtung in Form von Pfeilen dargestellt ist. Zudem sind die Permanentmagnete 6 auf der radialen Innenseite an einem Eisenjoch 16 befestigt, das ringförmig ausgebildet ist. Die Statorpole 7, 8 sind jeweils um einen Abstand 17 beabstandet. Zudem sind die Statorpole 7, 8 im Bereich der Statorflächen 11, 12 schmäler ausgebildet als die Permanentmagnete 6. 3 shows a schematic partial view of a partial cross-section in the plane perpendicular to the axis of rotation 3 , In this case, alternately a first and a second stator pole 7 . 8th with a first and a second stator surface 12 . 13 shown. The stator surfaces 12 . 13 are the permanent magnets 6 assigned. In the selected representation, the circular path of the outer surfaces of the permanent magnets 6 for a simplified representation shown as a flat line. Neighboring permanent magnets 6 have at the radial outer surface of different poles whose orientation is shown in the form of arrows. In addition, the permanent magnets 6 on the radial inside on an iron yoke 16 attached, which is annular. The stator poles 7 . 8th are each at a distance 17 spaced. In addition, the stator poles 7 . 8th in the area of the stator surfaces 11 . 12 narrower formed as the permanent magnets 6 ,

Die Statorflächen 12, 13 weisen jeweils mindestens eine Nut 14, 15 auf. Die Nuten 14, 15 können unterschiedliche Breiten und/oder unterschiedliche Tiefen aufweisen. Die Breite wird in der Bewegungsrichtung des Rotors 2 gesehen. Gute Effekte zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit wurden durch Nuten 14, 15 erreicht, die annähernd so breit sind wie die Abstände 17, die die Statorpole 7, 8 in der Bewegungsrichtung des Rotors beabstandet sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können Nuten 14, 15 auch schmäler oder breiter ausgebildet sein. Zudem haben sich gute Werte für die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit dadurch ergeben, dass die Nuten 14, 15 annähernd so tief wie breit sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Nuten im Querschnitt senkrecht zur Drehachse des Rotors eine eckige oder eine abgerundete U-Form aufweisen. The stator surfaces 12 . 13 each have at least one groove 14 . 15 on. The grooves 14 . 15 may have different widths and / or different depths. The width becomes in the direction of movement of the rotor 2 seen. Good effects for reducing the torque ripple were by grooves 14 . 15 achieved, which are approximately as wide as the distances 17 that the stator poles 7 . 8th are spaced in the direction of movement of the rotor. Depending on the chosen embodiment, grooves 14 . 15 be formed narrower or wider. In addition, good values for reducing torque ripple have resulted from the grooves 14 . 15 almost as deep as they are wide. Depending on the selected embodiment, the grooves may have a polygonal or a rounded U-shape in cross-section perpendicular to the axis of rotation of the rotor.

4 zeigt eine Draufsicht auf die Außenseite der Permanentmagnete 6 des Rotors 3, wobei Grenzen 18 zwischen den Permanentmagneten 6 eingezeichnet sind. Die Bewegungsrichtung ist mit einem Pfeil 24 eingezeichnet. Zudem sind projizierte Flächen 19 der Abstände 17 als einfache Schraffur eingezeichnet. Weiterhin sind zweite Flächen 20 als gekreuzte Schraffur eingezeichnet, die der projizierten Fläche der ersten und der zweiten Nut 14, 15 entsprechen. Wie aus 4 ersichtlich ist, sind die Flächen der projizierten Fläche 19 der Abstände 17 und die projizierte zweite Fläche 20 der Nuten 14, 15 gleich groß. In der Anordnung der 3 sind die Magnete parallel zur Drehachse 3 angeordnet. 4 shows a plan view of the outside of the permanent magnets 6 of the rotor 3 , where limits 18 between the permanent magnets 6 are drawn. The direction of movement is with an arrow 24 located. In addition, projected areas 19 the distances 17 drawn as a simple hatching. Furthermore, there are second surfaces 20 drawn as a crossed hatching, the projected area of the first and the second groove 14 . 15 correspond. How out 4 As can be seen, the areas are the projected area 19 the distances 17 and the projected second area 20 the grooves 14 . 15 same size. In the arrangement of 3 the magnets are parallel to the axis of rotation 3 arranged.

Die Permanentmagnete 6 des Rotors 2 sind vorzugsweise in der Weise ausgeführt, dass sie die Summe der Tangentialkräfte im Rotor aufheben. Dies gilt für die Reluktanzkräfte, die zwischen den Permanentmagneten einer Phase und dem Eisenkern einer Phase wirken. Aufgrund der Permanentmagnetanordnung wird ein sinusförmiger Magnetfluss erzeugt. The permanent magnets 6 of the rotor 2 are preferably designed in such a way that they cancel the sum of the tangential forces in the rotor. This applies to the reluctance forces acting between the permanent magnets of one phase and the iron core of one phase. Due to the permanent magnet arrangement, a sinusoidal magnetic flux is generated.

5 zeigt eine weitere Anordnung von Permanentmagneten 6 des Rotors 2, die entgegen der Ausführungsform der 3 und 4 nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung 24, sondern in einem Winkel schräg dazu angeordnet sind. 5 shows a further arrangement of permanent magnets 6 of the rotor 2 , contrary to the embodiment of the 3 and 4 not perpendicular to the direction of movement 24 but are arranged at an angle obliquely thereto.

6 zeigt die Draufsicht auf die Permanentmagnete der 5. In 6 sind die Grenzen 18 zwischen den benachbarten Permanentmagneten 6 eingezeichnet. Zudem sind die projizierte erste Fläche 19 der Abstände 17 und die projizierten zweiten Flächen 20 der Nuten 14, 15 eingezeichnet. Durch die schräge Anordnung der Permanentmagnete 6 kann eine weitere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht werden. 6 shows the top view of the permanent magnets of 5 , In 6 are the limits 18 between the adjacent permanent magnets 6 located. In addition, the projected first area 19 the distances 17 and the projected second areas 20 the grooves 14 . 15 located. Due to the oblique arrangement of the permanent magnets 6 a further reduction in torque ripple can be achieved.

7 zeigt eine weitere Anordnung von Permanentmagneten 6, wobei in dieser Ausführungsform zwei Reihen von Permanentmagneten nebeneinander angeordnet sind. Die erste und die zweite Reihe 21, 22 weisen jeweils aneinander angrenzend Permanentmagnete 6 mit unterschiedlichen Polarisierungen auf. Zudem sind die Grenzen 18 zwischen den benachbarten Permanentmagneten 6 eingezeichnet. Entlang der Drehrichtung 24 wechselt die magnetische Polung der benachbarten Permanentmagnete 6. 7 shows a further arrangement of permanent magnets 6 In this embodiment, two rows of permanent magnets are arranged side by side. The first and the second row 21 . 22 each have adjacent to each other permanent magnets 6 with different polarizations. In addition, the limits 18 between the adjacent permanent magnets 6 located. Along the direction of rotation 24 changes the magnetic polarity of the adjacent permanent magnets 6 ,

8 zeigt die Draufsicht auf die Permanentmagnete 6 von 7. Wie aus 8 erkennbar ist, sind die Grenzen 18 zwischen den Permanentmagneten 6 der zwei Reihen 21, 22 von Permanentmagneten gegeneinander verschoben. Auch dadurch wird eine Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht. 8th shows the top view of the permanent magnets 6 from 7 , How out 8th recognizable, are the limits 18 between the permanent magnets 6 the two rows 21 . 22 shifted by permanent magnets against each other. This also achieves a reduction in torque ripple.

9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Maschine 1, bei der der Rotor 2 ein Halbachsystem als Permanentmagnetanordnung aufweist. Bei einer einfachen Ausführung des Halbachsystems weisen benachbarte Permanentmagnete 6 jeweils eine Magnetpolung auf, die von Permanentmagnet zu Permanentmagnet sich jeweils um 90° im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ändert. Die Permanentmagnete 6 sind in dieser Ausführungsform auf einem nichtmagnetischen Joch 23 angeordnet. Die Magnetisierungsrichtung ist in Form von Pfeilen dargestellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können eine oder zwei Reihen 21, 22 der in der Halbachanordnung angeordneten Permanentmagnete 6 vorgesehen sein. 9 shows a further embodiment of a machine 1 in which the rotor 2 a Halbachsystem having a permanent magnet arrangement. In a simple embodiment of the Halbach system have adjacent permanent magnets 6 each one magnetic pole, which changes from permanent magnet to permanent magnet in each case by 90 ° in a clockwise or counterclockwise direction. The permanent magnets 6 are on a non-magnetic yoke in this embodiment 23 arranged. The magnetization direction is shown in the form of arrows. Depending on the chosen embodiment, one or two rows 21 . 22 the arranged in the Halbachanordnung permanent magnets 6 be provided.

10 zeigt eine Anordnung mit zwei Reihen 21, 22 von Permanentmagneten gemäß dem Halbachsystem der 9. Auch durch diese Anordnung kann eine weitere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht werden. 10 shows an arrangement with two rows 21 . 22 of permanent magnets according to the Halbachsystem of 9 , Also by this arrangement, a further reduction of the torque ripple can be achieved.

Die Permanentmagnete 6 weisen vorzugsweise die gleiche Breite in der Bewegungsrichtung 24 des Rotors 2 auf, wie in 9 dargestellt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ändert sich die Polung der Permanentmagnete entgegen dem Uhrzeigersinn jeweils um 90°. The permanent magnets 6 preferably have the same width in the direction of movement 24 of the rotor 2 on, like in 9 is shown. In the illustrated embodiment, the polarity of the permanent magnets changes in the counterclockwise direction in each case by 90 °.

In 10 sind eine erste und eine zweite Reihe 21, 22 von Permanentmagneten dargestellt, die im Halbachsystem gemäß 10 angeordnet sind. Bei den zwei Reihen 21, 22 sind die Grenzen 18 benachbarter Permanentmagnete einer Reihe 21, 22 gegenüber den Grenzen benachbarter Permanentmagneten seitlich versetzt angeordnet. In 10 sind die projizierten ersten Flächen 19 der Abstände 17 und die projizierten zweiten Flächen 20 der Nuten 14, 15 eingezeichnet. In 10 are a first and a second row 21 . 22 represented by permanent magnets, in the Halbachsystem according to 10 are arranged. At the two rows 21 . 22 are the limits 18 adjacent permanent magnets of a row 21 . 22 offset laterally offset from the boundaries of adjacent permanent magnets. In 10 are the projected first surfaces 19 the distances 17 and the projected second areas 20 the grooves 14 . 15 located.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform können in einer Statorfläche des Statorpols auch zwei oder mehr Nuten eingebracht werden. Die Nuten sind dabei vorzugsweise parallel zueinander und parallel zur Drehachse 3 ausgerichtet. Bei der Anordnung von mehr als zwei Nuten kann die Breite der Nuten einer Statorfläche in der Weise gewählt sein, dass die Summe der Breite der Nuten in der Bewegungsrichtung 24 der Breite eines Abstands 17 entspricht. Depending on the selected embodiment, two or more grooves can be introduced in a stator of the stator pole. The grooves are preferably parallel to each other and parallel to the axis of rotation 3 aligned. In the arrangement of more than two grooves, the width of the grooves of a stator surface may be selected such that the sum of the width of the grooves in the direction of movement 24 the width of a distance 17 equivalent.

11 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Stators 4, der zwei Statorpole 7, 8 aufweist, deren Statorflächen 12, 13 rechteckigförmig ausgebildet sind. Zudem sind an den Statorflächen 12, 13 jeweils zwei Nuten 14, 15 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch mehr als zwei Nuten 14, 15 in einer Statorfläche 12, 13 eines Statorpols 7, 8 angeordnet sein. Die Statorflächen 12, 13 sind parallel zur Drehachse des Rotors angeordnet. 11 shows a schematic representation of another embodiment of a stator 4 , the two stator poles 7 . 8th has, whose stator surfaces 12 . 13 are rectangular in shape. In addition, on the stator surfaces 12 . 13 two grooves each 14 . 15 educated. Depending on the chosen embodiment, more than two grooves may be used 14 . 15 in a stator surface 12 . 13 a stator pole 7 . 8th be arranged. The stator surfaces 12 . 13 are arranged parallel to the axis of rotation of the rotor.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Statorpole 7, 8 in Form von Blechpakten geschichtet ausgebildet sein. Dabei können die Bleche des Blechpakets in der Weise dimensioniert sein, dass die Breite einer Nut 14, 15 einer ein- bzw. vielfachen Dicke eines Bleches entspricht und die Nuten durch unterschiedlich geformte Bleche realisiert sind. Depending on the selected embodiment, the stator poles 7 . 8th be layered in the form of sheet metal. The laminations of the laminated core can be dimensioned in such a way that the width of a groove 14 . 15 corresponds to a single or multiple thickness of a sheet and the grooves are realized by differently shaped sheets.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein Stator einer Maschine 1 in Form eines weichmagnetischen Komposits realisiert sein. In a further embodiment, a stator of a machine 1 be realized in the form of a soft magnetic composite.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Anstelle der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausbildung des Stators in Form einer Klauenpolstruktur können auch andere Formen des Stators und andere Formen des Rotors, insbesondere andere Anordnungen der Permanentmagnete verwendet werden. Weiterhin kann anstelle eines innen liegenden Rotors auch die Ausbildung einer elektrischen Maschine mit einem außen liegenden Rotor und einem innen liegenden Stator verwendet werden. Zudem kann die Erfindung auch bei Linearmotoren in analoger Weise eingesetzt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die elektrische Maschine als Elektromotor oder als Generator ausgebildet sein. Instead of the embodiment described in the embodiment of the stator in the form of a claw pole structure, other forms of the stator and other forms of the rotor, in particular other arrangements of the permanent magnets may be used. Furthermore, instead of an internal rotor and the formation of an electrical machine with an external rotor and an internal stator can be used. In addition, the invention can also be used in linear motors in an analogous manner. Depending on the selected embodiment, the electric machine may be designed as an electric motor or as a generator.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor Permanentmagnete aufweist, wobei der Stator eine Spule und Statorpole aufweist, wobei die Statorpole den Permanentmagneten des Rotors zugeordnet sind, wobei wenigstens ein Statorpol eine Nut aufweist, die quer zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet ist. The invention relates to an electrical machine having a rotor and a stator, wherein the rotor has permanent magnets, wherein the stator has a coil and stator poles, wherein the stator poles are associated with the permanent magnet of the rotor, wherein at least one stator pole has a groove which is transverse to the direction of movement of the rotor is arranged.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3705089 A1 [0001]
DE 102006022836 A1 [0001]

Claims

Electric machine ( 1 ) with at least one rotor ( 2 ) and at least one stator ( 4 ) with at least one stator phase, wherein the rotor ( 2 ) Permanent magnets ( 6 ), wherein the stator ( 4 ) a coil ( 5 ) and stator poles ( 7 . 8th ), wherein the stator poles ( 7 . 8th ) Stator surfaces ( 12 . 13 ), which the permanent magnet ( 6 ) of the rotor, characterized in that at least one stator surface ( 12 . 13 ) a groove ( 14 . 15 ), which transversely to the direction of movement ( 24 ) of the rotor ( 2 ) is arranged.

Machine according to claim 1, characterized in that the groove ( 14 . 15 ) substantially perpendicular to the direction of movement ( 24 ) of the rotor ( 2 ) is arranged.

Machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the groove ( 14 . 15 ) over the entire length of the stator surface ( 12 . 13 ) of the stator pole ( 7 . 8th ).

Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that adjacent stator poles ( 7 . 8th ) in the direction of movement a fixed distance ( 17 ) and that the groove ( 14 . 15 ) has a width which is within the range of the specified distance.

Machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the groove ( 14 . 15 ) has a depth substantially equal to a width of the groove in the direction of movement ( 24 ) corresponds.

Machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the groove is seen in cross section in the direction of movement of the rotor U-shaped.

Machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the permanent magnets ( 6 ) obliquely to the direction of movement ( 24 ) of the rotor ( 2 ) are arranged.

Machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least two rows ( 21 . 22 ) of permanent magnets ( 6 ) side by side in the direction of movement on the rotor ( 2 ) are arranged, wherein the permanent magnets ( 6 ) of the two rows ( 21 . 22 ) in the direction of movement ( 24 ) are offset from each other.

Machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the direction of movement ( 24 ) on the rotor ( 2 ) a row ( 21 . 22 ) of permanent magnets ( 6 ) is arranged that adjacent permanent magnets ( 6 ) have different magnetic poling directions, wherein the Polungsrichtungen the permanent magnet are alternately poled in the direction of the stator and in the direction away from the stator.

Machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the stator pole ( 7 . 8th ), two or more parallel grooves ( 14 . 15 ) having.

Machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the stator pole ( 7 . 8th ) is formed in the form of a laminated core of layers, wherein the groove is realized by differently shaped layers.

Machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stator pole ( 7 . 8th ) is made of a soft magnetic composite material.