WO1997002643A1

WO1997002643A1 - Permanenterregte transversalflussmaschine und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: WO1997002643A1
Application number: PCT/DE1996/001182
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Hill
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 1998-01-05
Also published as: CN1189928A; CN1062387C; DE19524543C2; DE19524543A1; EP0836759A1

Abstract

Bei dieser permanenterregten Transversalflußmaschine werden pro Phase und je Magnetkreis nur mehr ein Permanentmagnetsegment benötigt. Erfindungsgemäß durchflutet der von einem Permanentmagnetsegment (3) erzeugte magnetische Fluß abwechselnd die weichmagnetischen Körper auf zwei Leiterringen (7) dieser Transversalflußmaschine. Die Leiterringe (7) sind auf unterschiedlichen Seiten des Permanentmagnetsegmentes angeordnet, wobei die Flußrichtung in den Permanentmagnetsegmenten mit der magnetischen Flußrichtung in den beiden von ihm durchfluteten Luftspalten übereinstimmt. Vorzugsweise sind die Permanentmagnetsegmente zwischen zwei u-förmigen Hälften eines quadratisch gewickelten Schnittbandkernes, den Rotorkörpern (5) angeordnet und auch die Statorkörper (6) werden als u-förmige Schnittbandkerne aus kornorientiertem Material vorgefertigt.

Description

Permanenterregte Transversalflußmaschine und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 , sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Maschine.

Der Rotor bekannter permanenterregter Transversalflußmaschinen weist eine Vielzahl hart- und weichmagnetischer Segmente auf, deren Vorfertigung und Montage aufwendig ist. Durch die feingliedrige Struktur erhöht sich der Herstellungsaufwand, insbesondere wenn trotz der hohen Magnetkräfte ein schwingungsfreier Aufbau erreicht werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine permanenterregte Transversalfluß¬ maschine und ein Verfahren zu ihrer Herstellung derart weiter zu bilden, daß mit geringem Material- und Herstellungsaufwand ein stabiler Maschinenaufbau erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Erfindungsgemäß durchflutet der von einem Permanentmagnetsegment erzeugte magnetische Fluß abwechselnd die weichmagnetischen Köφer von zwei auf unterschiedlichen Seiten des Magneten angeordneten Leiterringen einer Transversalflußmaschine, wobei die Flußrichtung im Magneten mit der Flußrichtung in den beiden von ihm durchfluteten Luftspalten übereinstimmt. Vorzugsweise sind die Magnetsegmente zwischen zwei u-förmigen Hälften eines quadratisch gewickelten Schnittbandkemes angeordnet und auch die Statorkerne werden als u-förmigen Schnittbandkernen aus kornorientiertem Material vorgefertigt.

Der gesamte Maschinenaufbau zeichnet sich durch wenige unterschiedliche, einfach gestalte¬ te und vorzufertigende Bauteile aus, wobei mit geringem Aufwand eine hohe Stabilität im magnetischen aktiven Maschinenvolumen - insbesondere gegenüber den schwankenden Luft¬ spaltkräften - gewährleistet wird.

Die Erfindung wird in den Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen dargestellt.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt einer dreiphasigen, permanenterregten Transversalfluß¬ maschine als Innenläufer mit radialem Luftspaltfluß;

Fig. 2 zeigt Querschnitte entsprechend den Linien I - I und II - II der 24-poligen Trans¬ versalflußmaschine aus Fig. 1;

Fig. 3 zeigt den Längsschnitt einer zweiphasigen, permanenterregten Transversalfluß¬ maschine als Innenläufer mit axialem Luftspaltfluß. Die Figur 1 dargestellte Transversalflußmaschine 1 weist drei baugleiche Rotorscheiben 2 auf in die Permanentmagnete 3 integriert sind, wobei die Magnete pro Phase nur einen Ring bilden und die Richtung des Flusses im Magneten und im Luftspalt 4 übereinstimmen. Die Magnete 3 sind zwischen zwei u-förmigen, weichmagnetischen Rotorkörper 5 angeordnet, die den Fluß konzentrieren, so daß die Flußdichte im Luftspalt deutlich höher als in den Magneten ist. Der von einem Magneten 3 erzeugte magnetische Kreis wird beim drehen des Rotors abwechselnd von einem axial links und rechts von der Rotorscheibe 2 angeordneten u-förmigen weich¬ magnetischen Statorkörpern 6 geschlossen. Innerhalb dieser Statorkörper 6 befinden sich in Umfangsrichtung verlaufende Leiterringe 7 aus Profildraht. Die in den beiden Luftspalten 4 eines Magnetkreises radial wirkenden Magnetkräfte sind durch die Zweiluftspaltanordnung kompensiert. Ein radiales Schwingen der Enden der weichmagnetischen Statorkörper 5 wird durch eine stabile Ausführung des Leiterrings 7 und durch eine starre Verstärkungsplatte 8 verhindert. Im Rotor nimmt ein im Mittelteil des radial äußeren Rotorkörpers 5 angeordneter Bandagering 9 die radial wirksamen Kräfte auf. Zusätzlich werden die weich- und hartmagneti¬ schen Teile 3, 5 der Rotorscheibe 2 miteinander verklebt, wobei axial angebrachte Ring¬ scheiben 10 die mechanische Stabilität und eine Kapselung der Magnet 3 gegen Umweltein¬ flüsse gewährleisten. In mehrphasiger Transversalflußmaschinen werden mehrere baugleiche Anordnungen durch Schrauben 11 - in Umfangsrichtung um den Bruchteil einer Polteilung zueinander versetzt - aneinandergefügt. Hierzu besteht der magnetisch passive Statorteil aus vier baugleichen inneren Gehäuseelementen 12 und zwei baugleichen Motorschildern 13. Die baugleichen Rotorscheiben 2 stecken auf einer Vierkantwelle 14. An den axial äußeren Enden sind Kugellager 15 abgeordnet und zwischen den Rotorscheiben vermeiden Wälzlager 16 radiale Schwingungen.

In Figur 2 sind Querschnitte gemäß den Schnittlinien I - I und II - π aus Figur 1 dargestellt. Beide 24-polige Statorhälften 17a,b sind baugleich und lediglich in Umfangsrichtung um eine Polteilung versetzt zueinander angeordnet. Die Anzahl der Statorkörper 6 pro Statorhälfte entspricht der halben Rotorpolzahl.

Für axial kürzere Baulängen empfiehlt sich die in Figur 3 dargestellte Transversalflußmaschine 20 mit axialem Luftspalt. Die Magnetkreisanordnung aus Figur 1 wird um 90° gedreht, wobei die vorteilhafte Materialausnutzung sowie der geringe Bauteilaufwand erhalten bleibt. Für die Maschinenmontage besteht der Stator 21 vorzugsweise aus zwei baugleichen Hälften 21a, b, die wiederum zwei unterschiedliche, druckgegossene Statorschalen 22, 23 aufweisen. Auch die u-förmigen, weichmagnetischen Statorkörper 24 bestehen hierbei vorzugsweise aus zwei Schnittkernteilen 25, 26, wobei die in den inneren Statorschalen 22 befestigten Stator¬ körperteile 25 vor dem axialen Befestigen der aus den Permanentmagneten 27 und u-förmigen, weichmagnetischen Rotorkörpern 28 vorgefertigten Rotorringen 29 positioniert werden. Anschließend werden die mit den restlichen Statorkörperteilen 26 bestückten äußeren Stator¬ schalen 23 axial mit den Lagern 30 aufgeschoben.

Wie in der Radialflußausführung in Fig. 1 können die Magnete 27 blockförmig ausgeführt sein. Die zum Luftspalt 31 weisenden Oberflächen müssen nun nicht nachgeschliffen werden. Die aus einem Leiterflachband 32 vorgefertigten Leiterringe 33 können zusammen mit ihrer auf der Luftspaltseite angeordneten Verstärkungshülse 34 montiert werden. Anstatt einstückig mit der Welle kann die T-förmige Rotorscheibe 35 auch aus mehreren Teilen vorgefertigt werden.

Ebenfalls möglich sind Varianten mit rotierenden Leiterringen und ortsfesten Magneten sowie Außenläuferbauformen .

Claims

Patentansprüche

1) Permanenterregte Transversalflußmaschine (1, 20) mit Leiterringen (7, 33), die von u- förmigen, weichmagnetischen Körpern (6, 26) von drei Seiten umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Permanentmagnete (3, 27) magnetischen Kreise bilden, die unterschied¬ liche Leiterringe (7, 33) umschließen, wobei jeder Magnetkreis nur einen Permanent¬ magneten und zwei Luftspalte aufweist.

2) Permanenterregte Transversalflußmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Flußrichtung in den Permanent¬ magneten (3, 27) mit der Flußrichtung im Luftspalt (4, 31) übereinstimmt.

3) Permanenterregte Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnet (3, 27) zwischen baugleichen, u-förmigen, weichmagnetischen Körpern (5, 28) angeordnet sind.

4) Permanenterregte Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterringe (7, 33) an ihrer dem Luftspalt (4, 31) zugewandten Seite jeweils eine Verstärkungsplatte (8) oder Ver¬ stärkungshülse (34) aus einem elektrisch und magnetisch nicht leitfähigem Werkstoff aufweisen.

5) Permanenterregte Transversalflußmaschine nach einem voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Permanentmagnete (3, 27) zwischen den Mittelteilen von u-förmigen, weichmagnetischen Körpern (5, 28) liegt, wobei die Enden der beiden U-Körper (5, 28) - durch Luftspalte (4, 31) getrennt - abwechselnd zwischen den Enden von um zwei Leiterringe (7, 33) angeordneten u-förmigen, weich¬ magnetischen Körpern (6, 25, 26) angeordnet sind und sich die beiden Leiterringe (7, 33) auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten (3, 27) befinden. 6) Verfahren zur Herstellung einer permanenterregten Transversalflußmaschine mit Leiterringen, die von u-förmigen weichmagnetische Körpern von drei Seiten umschlos¬ sen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden Polseiten der Permanent¬ magnete jeweils die Mittelteile von zwei u-förmigen, weichmagnetischen Körpern flächig angefügt werden und nach dem Positionieren und Verfestigen in einem Kreis¬ ring, um Leiterringe angeordnete u-förmige, weichmagnetische Körper von zwei entgegengesetzten Seiten an den Kreisring herangeführt werden, wobei der Kreisring zum Teil innerhalb der Öffnungen der u-förmigen, weichmagnetischen Körper liegt.

7) Verfahren zur Herstellung einer Transversalflußmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete zusammen mit den beiden flächig an ihnen anliegenden weichmagnetischen Körpern in die Aussparungen eines ringförmigen Körpers aus magnetisch und elektrisch nicht leitfähigem Material eingesetzt und dabei endgültige positioniert werden.

8) Verfahren zur Herstellung einer Transversalflußmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsetzen ein Bindemittel hin¬ zugefügt und anschließend ein Bandagering angefügt wird, der die Seite von der die Teile eingesetzt wurden stabilisiert.

9) Verfahren zur Herstellung einer Transversalflußmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage mehrphasiger Maschinen abwechselnd rotierende und stationäre Teile in ihre Endposition gebracht werden, wobei die magnetisch und elektrisch passiven Gehäuse- und Rotorelemente aus zum Teil baugleichen, spanlose vorgefertigten Elementen bestehen.

10) Verfahren zur Herstellung einer Transversalflußmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringe mit den hart- und weich¬ magnetischen Segmenten durch Schrauben, die im Raum zwischen den magnetisch aktiven Segmenten angeordnet sind, an einer Rotorscheibe befestigt werden.