DE19811075A1 - Einseitige, mehrphasige Transversalflußmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Transversalflußmaschine mit einem Primärteil (1) und einem Sekundärteil (2), wobei das Primärteil (1) in der Längsrichtung der Transversalflußmaschine voneinander beabstandete Blechpakete (11, 12, 13) aufweist. Jedes Blechpaket (11, 12, 13) besitzt in Querrichtung der Transversalflußmaschine angeordnete und voneinander beabstandete Schenkelteile (11a, 11b, 11c), die in der Längsrichtung zueinander in Reihen ausgerichtet sind. Die Reihen werden durch eine Erregerwicklung (15, 16, 17) so erregt, daß die Schenkelteile in der Querrichtung zeitlich nacheinander ein Flußmaximum erreichen. Das Sekundärteil (2) besitzt in der Längsrichtung verlaufende und in der Querrichtung nebeneinander angeordnete Reihen, die jeweils in den Raum zwischen zwei benachbarten Schenkelteilen (11a, 11b; 11b, 11c) eingreifen und in der Längsrichtung abwechselnd nebeneinander angeordnete Permanentmagnetelemente (21a, 22a) und Sammlerpakete (21b, 22b) aufweisen, die mit abwechselnder Polarität aufeinanderfolgen. Die Permanentmagnetelemente (21a, 22a) und die Sammlerpakete (21b, 22b) jeder Reihe sind schräg zur Längsrichtung derart angeordnet, daß der magnetische Fluß ausgehend von einem Schenkelteil (11a) eines Blechpakets in ein Sammlerpaket (21b) einer Reihe seitlich eintritt, von diesem über ein benachbartes Permanentmagnetelement (21a) der Reihe in das nachfolgende Sammlerpaket (21b) der Reihe und von diesem in das gegenüberliegende Schenkelteil (11b) des ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Transversalflußmaschine geht aus der DE 195 32 614 A1 hervor. Dabei umfaßt die bekannte mehrphasige Transversalflußmaschine ein Primärteil und ein Sekundär­ teil, wobei das Primärteil in der Längsrichtung der Trans­ versalflußmaschine voneinander beabstandete Blechpakete aufweist. Jedes Blechpaket besitzt in der Querrichtung der Transversalflußmaschine angeordnete und voneinander beab­ standete Schenkelteile, die in der Längsrichtung zueinander in Reihen ausgerichtet sind. Die Reihen von zueinander aus­ gerichteten Schenkelteilen werden jeweils durch eine Erre­ gerwicklung erregt. Die Erregerwicklungen werden so erregt, daß die Schenkelteile in der Querrichtung zeitlich nachein­ ander ein Flußmaximum erreichen.

Das Sekundärteil weist in der Längsrichtung verlaufende und in Querrichtung nebeneinander angeordnete Reihen von Perma­ nentmagnetelementen auf, die in stirnseitiger Verlängerung der Schenkelteile auf einer Trägerplatte angeordnet sind.

Probleme bestehen bei einer derartigen Transversalflußma­ schine darin, daß eine Flußkonzentration nur sehr schwer möglich ist. Zudem treten zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil starke Anziehungskräfte auf, die zumeist uner­ wünscht sind. Zur Reduzierung der Streufelder sind aufwen­ dige Streuleitbleche bzw. -pakete erforderlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine derartige einseitige, mehrphasige Transversalflußmaschine so zu verbessern, daß durch die Reduzierung schädlicher Streufelder und eine Flußkonzentration eine vergleichsweise hohe Schubkraft pro Wirkfläche erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Transversalflußmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß mit der erfin­ dungsgemäßen Transversalflußmaschine eine hohe Schubkraft pro Wirkfläche infolge einer besseren Materialausnutzung erreicht werden kann. Dies ist auf die im Vergleich zur ge­ nannten DE 195 32 614 A1 modifizierte Bauweise mit Sammler­ paketen zurückzuführen, durch die eine Flußkonzentration und eine Reduzierung der Streueffekte auf ein erträgliches Maß erreicht wird. Die Anziehungskräfte zwischen Sekundär- und Primärteil sind wegen der anderen Bauweise vergleichs­ weise gering.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Transversalflußmaschine;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung des Versatzes der Permanentmagnetreihen;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Schrägung der Permanentmagnetreihen;

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Verlaufes der magnetischen Feldlinien und

Fig. 6 eine Weiterbildung der Erfindung.

Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen. Um bei der offenen Bauweise des genannten Standes der Technik (DE 195 32 614 A1) hohe Streuverluste zu vermeiden, müßten spe­ zielle Streupakete bzw. -leitbleche vorgesehen werden, die sehr viel Platz beanspruchen und zudem die Herstellungsko­ sten beträchtlich erhöhen würden.

Die relativ hohen Streuverluste lassen sich in einer beson­ ders einfachen und kostengünstigen Weise dadurch kompensie­ ren, daß die einzelnen Permanentmagnetreihen des Sekundär­ teiles nicht den Schenkelteilen direkt gegenüberliegen, sondern jeweils in den Raum zwischen zwei vergleichsweise verlängerten Schenkelteilen eintauchen, wobei die Perma­ nentmagnete einer Reihe schräg zur Längsachse der Transver­ salflußmaschine ausgerichtet sind und wobei zwischen den einzelnen Permanentmagneten einer Magnetreihe lamellierte Sammlerpakete versetzt angeordnet sind, die die Magnetkrei­ se über die Schenkelteile schließen.

Gemäß Fig. 1 besteht die vorliegenden einseitige, mehrpha­ sige Transversalflußmaschine im wesentlichen aus einem vor­ zugsweise linear beweglichen Primärteil 1 und einem vor­ zugsweise unbeweglichen Sekundärteil 2.

Das Primärteil 1 besteht im Falle der dargestellten drei­ phasigen Ausführungsform der Transversalflußmaschine aus einzelnen Blechpaketen 11, 12, 13 etc. die jeweils aus ein­ zelnen E-förmigen Elektroblechen 11', 12', 13' etc. durch deckungsgleiches Stapeln zusammengesetzt sind. Die einzel­ nen Blechpakete 11, 12, 13 weisen in der Längsrichtung der Transversalflußmaschine jeweils eine vorbestimmte Höhe h_p auf. Die Blechpakete sind in der Längsrichtung der Trans­ versalflußmaschine deckungsgleich zueinander angeordnet, wobei zwei benachbarte Blechpakete jeweils einen Mittenab­ stand 2τ_p voneinander aufweisen (siehe Fig. 1).

Die einzelnen Blechpakete 11, 12, 13 etc. besitzen jeweils drei Schenkelteile 11a, 11b, 11c bzw. 12a, 12b, 12c etc. Die in der Längsrichtung deckungsgleich zueinander angeord­ neten Schenkelteile 11a, 12a etc. werden durch eine gemein­ saure erste Erregerwicklung 15 erregt. Entsprechend werden die deckungsgleich zueinander angeordneten zweiten Schen­ kelteile 11b, 12b etc. durch eine gemeinsame zweite Erre­ gerwicklung 16 und die deckungsgleich zueinander angeordne­ ten dritten Schenkelteile 11c, 12c, 13c etc. durch eine ge­ meinsame dritte Erregerwicklung 17 erregt. Bei langen Pri­ märteilen 1 können die Reihen der genannten Schenkelteile jeweils auch durch mehrere Erregerwicklungen erregt werden, die jeweils nur eine bestimmte Anzahl von hintereinander angeordneten Schenkelteilen erregen.

Das Sekundärteil 2 weist im wesentlichen die Form eines plattenförmigen Teiles 25 auf, das den Enden der Schenkel­ teile der Blechpakete 11, 12, 13 gegenüberliegt, wobei die Ebene des plattenförmigen Teiles 25 von der Ebene, in der die Endflächen der Schenkelteile der Blechpakete 11, 12, 13 liegen, durch einen Spalt 26 voneinander beabstandet ist. Auf dem plattenförmigen Teil 25 sind in der Querrichtung der Transversalflußmaschine gesehen nebeneinander zwei Rei­ hen 21, 22 angeordnet, die jeweils aufeinanderfolgend Per­ manentmagnetelemente 21a bzw. 22a und lamellierte Sammler­ pakete 21b bzw. 22b umfassen. Dabei sind die genannten Rei­ hen 21, 22 so auf der Oberfläche des plattenförmigen Teiles 25 befestigt, daß sie in die Zwischenräume zwischen den Endbereichen der Schenkelteile 11a, 11b, 11c bzw. 12a, 12b, 12c etc. der Blechpakete 11, 12, 13 etc. bis zu einer vor­ gegebenen Höhe eintauchen. Beispielsweise sind die stanzpa­ ketierten Sammlerpakete 21b, 22b mit der Hilfe von nicht dargestellten Befestigungseinrichtungen, z. B. Schrauben an dem plattenförmigen Teil 25 befestigtt. Sie weisen zu die­ sem Zweck die aus der Fig. 2 für zwei Sammlerpakete darge­ stellten vertikal verlaufenden Bohrungen 24 auf, durch die die genannten Befestigungseinrichtungen, z. B. Schrauben hindurchgeführt werden. Vorzugsweise sind die Permanentma­ gnete 21a, 22a in den Abständen zwischen den Sammlerpaketen 21b, 22b verklebt, wobei die einander jeweils zugewandten Flächen der Permanentmagnete und der Sammlerpakete aneinan­ der anliegen.

In den beschriebenen Reihen 21 und 22 wird bewirkt, daß ge­ mäß Fig. 2 die magnetischen Nord- und Südpole genau an den richtigen Stellen der Sammlerpakete 21b, 22b an den in Querrichtung der Transversalflußmaschine gesehenen Endflä­ chen der Sammlerpakete, d. h. also gegenüberliegend den Sei­ tenflächen der Schenkelteile 11a, 11b, 11c bzw. 12a, 12b, 12c etc. gebildet werden, wobei die genannten End- und Sei­ tenflächen parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei geeigneter Erregung der Schenkeltei­ le der Blechpakete 11, 12, 13 infolge der Schräglage der Permanentmagnetelemente 21a, 22a und der Sammlerpakete 21b, 22b der Reihen 21 bzw. 22 eine Relativbewegung zwischen dem Primärteil 1 und dem Sekundärteil 2 in der Längsrichtung der Transversalflußmaschine erfolgt.

Hierfür ist es von Bedeutung, daß gemäß den Fig. 3 und 4 für eine optimale Materialausnutzung die Magnetreihen ent­ sprechend Fig. 3 um ΔX ≈ 2τp/3 versetzt angeordnet sind. Wenn mehr als drei Schenkelteile bei den Blechpaketen vorhanden sind, d. h. anders ausgedrückt bei einer mehr als dreiphasi­ gen Transersalflußmaschine, gilt allgemein für den genann­ ten Versatz ΔX zwischen m-1 Magnetreihen die Formel:
ΔX ≈ 2τp/m. Dabei bedeutet m die Strangzahl (Zahl der erregten Schenkelteile) der Maschine.

Gemäß Fig. 4 sind die Permanentmagnetreihen 21, 22 in Be­ zug auf die Längsrichtung der Transversalflußmaschine um ca. τp geschrägt. Dies bedeutet, daß der Abstand zwischen der Rückseite (oder Vorderseite) eines Schenkelteiles und dem hinteren (oder vorderen) abgewandten Ende des diesem Schenkelteil genau gegenüberliegenden Sammlerpaketes ca. τp beträgt, wie dies die Fig. 4 zeigt. Dabei ist es gemäß Fig. 4 möglich, die nebeneinander angeordneten Reihen 21, 22 gleichsinnig zu schrägen (durchgehende Linien der Perma­ nentmagnetelemente) oder spiegelbildlich zu schrägen (unterbrochene Linie in der Reihe 22).

Gemäß Fig. 1 kann das plattenähnliche Teil 25 mit der Hil­ fe von nicht dargestellten Befestigungseinrichtungen, z. B. Schrauben, die in Bereichen gegenüberliegend von Schenkel­ teilen 11a, 11b, 11c angeordnete Bohrungen 20 eingesetzt werden, an beliebigen ortsfesten oder beweglichen Gegen­ ständen befestigt werden. Damit die Köpfe der genannten Schrauben nicht über die den Blechpaketen 11, 12, 13 zuge­ wandte Fläche des Teiles 25 hinausragen, weisen die Bohrun­ gen 20 vorzugsweise entsprechende Ansenkungen 19 auf.

In der entsprechenden Weise sind die dem plattenähnlichen Teil 25 abgewandten oberen Flächen der Blechpakete 11, 12, 13 etc. an einem entsprechenden beweglichen bzw. ortsfesten Gegenstand befestigt.

Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, wie bei der vorliegenden Erfindung das magnetische Feld verläuft. Dabei ist eine ge­ schlossene magnetische Feldlinie F dargestellt, die mit ei­ nem Bereich F1 in einem Schenkelteil 11a in der Längsrich­ tung desselben verläuft, am Ende des Schenkelteiles 11a mit einem Bereich F2 senkrecht zu dem Bereich F1 in Richtung auf das gegenüberliegende Schenkelteil 11b zum Sammlerpaket 21b verläuft und dort senkrecht auf die Stirnseite dessel­ ben auftritt. Mit dem Bereich F3 verläuft die Feldlinie F dann zunächst in der Längsrichtung des Sammlerpaketes 21b, um dann mit dem Bereich F4 senkrecht dazu zum Permanentma­ gnetelement 21a zu verlaufen, das mit einem Pol an der ihm zugewandten Fläche des Sammlerpaketes 21b anliegt. Entspre­ chend liegt das Permanentmagnetelement 21a mit der Fläche seines gegenüberliegenden Poles an der Fläche des gegen­ überliegenden Sammlerpaketes 21b an, in dem der Feldlinien­ bereich F4 in einen in der Längsrichtung des Sammlerpaketes 21b verlaufenden Feldlinienbereich F5 übergeht und senk­ recht aus der Stirnseite des Sammlerpaketes 21b austritt, die dem dem Schenkelteil 11a gegenüberliegenden Schenkel­ teil 11b zugewandt ist. Dort geht der Feldlinienverlauf mit seinem Bereich F6 seitlich in das Schenkelteil 11b über und verläuft dort senkrecht zu der Längsrichtung desselben. Mit seinem Bereich F7 verläuft er senkrecht zum Bereich F6 in der Längsrichtung des Schenkelteiles 11b. Die Bereiche F1 und F7 werden über den zwischen den Schenkelteilen 11a und 11b in Querrichtung verlaufenden Bereich 11d des Blechpake­ tes geschlossen (Bereich F8). In der entsprechenden Weise verlaufen die magnetischen Feldlinien zwischen den Schen­ kelteilen 11b und 11c über die Sammlerpakete 22b und die Permanentmagnetelemente 22a.

Gemäß Fig. 6 kann zum Zwecke der Gewichts- und Materi­ aleinsparung die Außenseiten der Blechpakete 11, 12, 13 etc. anstelle der in der Fig. 1 dargestellten Grundform in verschiedener Weise, z. B. geradlinig (Bezugszeichen 8) oder abgerundet (Bezugszeichen 9), abgeschrägt sein. Eine Ge­ wichtsersparnis ist deshalb von Bedeutung, weil das durch die genannten Abschrägungen eingesparte Material bei der Bewegung des Primärteiles 1 nicht mitbewegt werden muß. Da die genannten Materialeinsparungen an den Außenseiten der Blechpakete vorgesehen werden, hat dies keinen Einfluß auf die in diesem Bereich ohnehin bogenförmig verlaufenden ma­ gnetischen Felder. Von Vorteil ist es auch, daß in den ge­ nannten abgeschrägten Bereichen Raum eingespart wird.

Claims (13)

1. Mehrphasige Transversalflußmaschine mit einem Primär­ teil (1) und einem Sekundärteil (2), wobei das Primär­ teil (1) in der Längsrichtung der Transversalflußma­ schine voneinander beabstandete Blechpakete (11, 12, 13) aufweist, wobei jedes Blechpaket (11, 12, 13) in der Querrichtung der Transversalflußmaschine angeordne­ te und voneinander beabstandete Schenkelteile (11a, 11b, 11c) aufweist, die in der Längsrichtung zueinander in Reihen ausgerichtet sind, wobei die Reihen von zu­ einander ausgerichteten Schenkelteilen jeweils durch wenigstens eine Erregerwicklung (15, 16, 17) so erregt werden, daß die Schenkelteile in der Querrichtung zeit­ lich nacheinander ein Flußmaximum erreichen, daß das Sekundärteil (2) in der Längsrichtung verlaufende und in der Querrichtung nebeneinander angeordnete Reihen (21, 22) mit Permanentmagnetelementen (21a, 22a) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Reihe (21, 22) in den Raum zwischen zwei benachbarten Schen­ kelteilen (11a, 11b; 11b, 11c) eingreift und in der Längsrichtung der Transversalflußmaschine abwechselnd nebeneinander angeordnete Permanentmagnetelemente (21a, 22a) und Sammlerpakete (21b, 22b) aufweist, die mit ab­ wechselnder Polarität aufeinanderfolgen, daß die Perma­ nentmagnetelemente (21a, 22a) und die Sammlerpakete (21b, 22b) jeder Reihe schräg zur Längsrichtung der Transversalflußmaschine derart angeordnet sind, daß der magnetische Fluß ausgehend von einem Schenkelteil (11a) eines Blechpaketes in ein Sammlerpaket (21b) einer Rei­ he seitlich eintritt, von diesem über ein benachbartes Permanentmagnetelement (21a) der Reihe in das nachfol­ gende Sammlerpaket (21b) der Reihe und von diesem in das gegenüberliegende Schenkelteil (11b) des Blechpake­ tes verläuft, um über die Schenkelteile (11a, 11b) und einen diese verbindenden Querbereich (11d) des Blech­ paktes (11) geschlossen zu werden, und daß die Sammler­ pakete und die Permanentmagnetelemente benachbarter Reihen in der Längsrichtung der Transversalflußmaschine gegeneinander versetzt sind.

2. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Versatz ΔX zwischen benachbarten Reihen (21, 22) in der Längsrichtung der Transversal­ flußmaschine ungefähr 2τp/m beträgt, wobei m die Anzahl der Schenkelteile bzw. der Strangzahl und 2τp den Mit­ tenabstand zweier benachbarter Blechpakete (11, 12) voneinander bezeichnen.

3. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägung der Permanentmagnete­ lemente und der Sammlerpakete in Bezug auf die Längs­ richtung der Transversalflußmaschine derart bemessen ist, daß zwischen dem einer Schenkelteilreihe (11b, 12b) zugewandten Ende einer schräg zur Querrichtung verlaufenden Seite eines Sammlerpaketes (21b) und dem der gegenüberliegenden Schenkelteilreihe (11a, 12a) zu­ gewandten Ende der Seite des Sammlerpaketes in der Längsrichtung ein Abstand besteht, der τp beträgt.

4. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schenkelteilen (11a, 11b, 11c etc.) zugewandten Stirnflächen der Samm­ lerpakete (21b) parallel zu den ihnen jeweils gegen­ überliegenden Seiten der Schenkelteile verlaufen.

5. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägung zweier be­ nachbarter Reihen (21, 22) gleichsinnig ist.

6. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägung der Samm­ lerpakete zweier benachbarter Reihen (21, 22) gegensin­ nig ist.

7. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (21, 22) auf einem plattenförmigen Teil (25) angeordnet sind, dessen Ebene von der Ebene, in der die Endflächen der Schen­ kelteile der Blechpakete (11, 12, 13) liegen, durch ei­ nen Spalt (26) voneinander beabstandet ist.

8. Transversalflußmaschine nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sammlerpakete (21b, 22b) an dem plattenförmigen Teil (25) verschraubt sind.

9. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetele­ mente (21a, 22a) in den Abständen zwischen den Sammler­ paketen (21b, 22b) verklebt sind.

10. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechpakete (11, 12, 13) äußere Schenkelteile (11a, 11c) besitzen, die an ihren jeweils außenliegenden Seiten zur Gewichts- und Materialeinsparung abgeschrägt (8, 9) sind.

11. Transversalflußmaschine nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschrägung entlang einer geraden Linie (8) gebildet ist.

12. Transversalflußmaschine nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschrägung entlang einer bogen­ förmigen Linie (9) gebildet ist.

13. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammlerpakete (21b, 22b) durch Stanzpaketierung einzelner Blechteile gebil­ det sind.