DE10104234A1 - Transversalflußmaschine, Stator für eine Transversalflußmaschine - Google Patents
Transversalflußmaschine, Stator für eine TransversalflußmaschineInfo
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Abstract
Transversalflußmaschine, mit einem Stator, der eine ringförmige Statorspule mit einer Mittelachse aufweist, wobei die Statorspule entlang ihres Umfangs von zumindest annähernd C-förmigen Statorblechpaketen umfaßt ist, wobei jeweils benachbarte C-förmige Statorblechpakete abwechselnd mit den freien Enden ihrer Schenkel radial nach innen und nach außen gerichtet sind, und wobei die einzelnen zu den Statorblechpaketen zusammengefügten, C-förmig gebogenen Statorbleche zumindest abschnittsweise im wesentlichen tangential zur Mittelachse der Statorspule oder dem Umfang der Statorspule folgend orientiert sind.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transversalflußma
schine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Stator für
eine Transversalflußmaschine und ein Herstellungsverfahren
dafür.
Derartige elektrische Maschinen und Statoren hierfür sind in
den unterschiedlichsten Ausgestaltungen im Stand der Technik
bekannt. Unter einer elektrischen Maschine wird hierbei so
wohl ein elektrischer Motor als auch ein elektrischer Genera
tor verstanden.
Ein wesentlicher, den Wirkungsgrad einer elektrischen Trans
versalflußmaschine mitbestimmender Faktor sind die Verluste,
die der magnetische Streufluß hervorruft.
Im Stand der Technik sind Transversalflußmaschinen bekannt,
bei denen eine ringförmige Statorspule entlang ihres Umfangs
von C-förmigen Statorblechpaketen umfaßt ist, wobei jeweils
benachbarte C-förmige Statorblechpakete abwechselnd mit ihren
freien Enden ihrer Schenkel radial nach innen und nach außen
gerichtet sind. Dabei sind die einzelnen, zu den Statorblech
paketen zusammengefügten Bleche radial orientiert.
Allerdings ist bei dieser bekannten Anordnung der magnetische
Streufluß relativ hoch, so daß der Wirkungsgrad begrenzt ist.
Zur Behebung dieser Nachteile lehrt die Erfindung eine elek
trische Transversalflußmaschine der oben erläuterten Art, bei
der die einzelnen Bleche welche zu den Statorblechpaketen zu
sammengefügt sind, zumindest abschnittsweise im wesentlichen
tangential oder dem Umfang der Statorspule folgend orientiert
sind.
Diese Ausgestaltung führt zu weniger erheblich weniger Streu
verlusten, so daß die Maschine im Betrieb sich weniger er
wärmt. Dies erlaubt bei vergleichbaren Leistungsdaten einen
kompakteren Aufbau. Außerdem kann die Gesamtanordnung stabi
ler aufgebaut werden, da die Einzelteile eine einfachere
Struktur haben. Schließlich ist diese Gestalt im Betrieb zu
verlässiger als die Anordnungen aus dem Stand der Technik.
Außerdem eignet sie sich besser für eine Massenfertigung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die
Statorbleche im wesentlichen parallel zur Mittelachse der
Statorspule orientierte Mittelabschnitte auf, wobei die Sta
torbleche benachbarter Statorblechpakete abwechselnd an einem
Innen- bzw. einem Außenrohr befestigt sind. Die Mittelab
schnitte können auch der Krümmung oder Gestalt des Innen-
bzw. Außenrohres zumindest teilweise folgend, das heißt ent
sprechend konvex bzw. konkav geformt sein. Das hat eine in
radialer Richtung kompaktere Bauform zur Folge.
Wenigstens einer der Schenkel der Statorbleche steht in einem
Winkel von etwa 60° bis etwa 160° von dem im wesentlichen
parallel zur Mittelachse orientierten Mittelabschnitt ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eines der
Statorbleche an wenigstens einem seiner winkelig abstehenden
freien Endbereiche zumindest an einer Seite gegenüber dem
parallel zur Mittelachse orientierten Mittelabschnitt ver
breitert. Diese Ausgestaltung in Abhängigkeit von der Gestal
tung des verbreiterten Abschnitts erlaubt eine weitere nen
nenswerte Steigerung des Wirkungsgrades der Transversalfluß
maschine, da in den Magneten des Rotors geringere Verluste
auftreten. Andererseits ist die Transversalflußmaschine ohne
die Verbreiterungen steifer in ihrem Laufverhalten. Eine
seitliche Verbreiterung der winkelig abstehenden freien End
bereiche ist bei herkömmlichen, radial orientierten Blechen
der Statorblechpakete praktisch nicht realisierbar.
Die Schenkel jeweils benachbarter Statorblechpakete stehen
bevorzugt mit wenigstens einem ihrer im wesentlichen axial
zur Mittelachse orientierten Endbereiche einem Ring aus ab
wechselnden Magnetpolen gegenüber, welche an einem Rotorträ
ger angeordnet sind.
Dabei ist der Ring aus abwechselnden Magnetpolen bevorzugt
durch Dauermagnete aus Seltenerden-Magneten gebildet.
Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Ab
wandlungen werden für einen Fachmann anhand der nachstehenden
Beschreibung deutlich, in der auf die beigefügte Zeichnung
Bezug genommen ist.
In Fig. 1 ist eine Transversalflußmaschine gemäß der Erfin
dung in einem Längsschnitt schematisch veranschaulicht.
In Fig. 2 ist eine Anordnung der Magnete des Rotors der
Transversalflußmaschine gemäß der Erfindung in einer Drauf
sicht schematisch veranschaulicht.
In Fig. 3 ist die Anordnung der Blechpakete des Stators der
Transversalflußmaschine gemäß der Erfindung in einer Drauf
sicht schematisch veranschaulicht.
In Fig. 4 sind zur Herstellung der Blechpakete des Stators
der Transversalflußmaschine gemäß der Erfindung verwendeten
Bleche in einer Draufsicht schematisch veranschaulicht.
In Fig. 5 ist eines der Blechpakete des Stators der Transver
salflußmaschine gemäß der Erfindung in einer schematischen
perspektivischen Darstellung veranschaulicht.
In den Fig. 1 bis 5 ist eine erfindungsgemäße Transversal
flußmaschine gezeigt mit einem Gehäuse 10, in dem ein Stator
12 und ein Rotor 14 um eine Mittelachse M konzentrisch ange
ordnet aufgenommen sind. Der Stator 12 hat ein zylindrisches
Mittelrohr 16, das von C-förmigen Statorblechpaketen 18a, 18b
konzentrisch umgeben ist. Dabei sind jeweils benachbarte Sta
torblechpakete 18a, 18b abwechselnd mit den freien Enden ih
rer Schenkel 20a, 20b radial nach innen bzw. nach außen ge
richtet. Die mit ihren freien Schenkeln 20a radial nach innen
orientierten Statorblechpakete 18a sind dabei an der Innen
wand des Gehäuses 10 befestigt (zum Beispiel vernietet oder
verschraubt) und die mit ihren freien Schenkeln 20b radial
nach außen orientierten Statorblechpakete 18b sind an der Au
ßenwand des Mittelrohrs 16 in gleicher Weise befestigt. Die
Statorblechpakete 18a, 18b umgreifen eine ringförmige Sta
torspule 22 entlang deren Umfang (siehe Fig. 1). Diese ring
förmige Statorspule 22 ist dabei zur Erzielung eines hohen
Füllfaktors (Verhältnis des Volumens des Spulenmaterials (zum
Beispiel Cu-Draht) zum Gesamtvolumen des Statorspulenkörpers)
aus einem Draht mit rechteckigen Querschnitt hergestellt.
Die Statorblechpakete 18a, 18b sind aus aufeinandergestapel
ten, an ihren Enden abgewinkelten Statorblechen 24 zusammen
gefügt (Siehe Fig. 5). Dabei sind die zwischen den jeweiligen
Schenkeln eines C-förmig abgewinkelten Statorblechs befindli
chen Mittelabschnitte 26 im wesentlichen tangential zur Mit
telachse (M) der Statorspule 22 bzw. zur Statorspule selbst
orientiert (siehe Fig. 1).
Die Schenkel 20a, 20b der Statorbleche 24 stehen in einem
Winkel a von etwa 120° von dem Mittelabschnitt 26 ab (Siehe
Fig. 1). Die einzelnen Statorbleche 24 sind mit an ihren win
kelig abstehenden freien Endbereichen 28 an beiden Seiten ge
genüber dem Mittelabschnitt 26 verbreitert (siehe Fig. 3, 4,
5). Die einzelnen Statorbleche 24 sind bevorzugt aus einem
Bandeisenmaterial ausgestanzt (siehe Fig. 4). Der Mittelab
schnitt 26 hat zwischen zwei strichliert dargestellten Knick
linien 32 mehrere (im Beispiel vier) Befestigungslöcher 34.
Entlang der Knicklinien 32 werden die Statorbleche 24 abge
winkelt und zu den Blechpaketen 18a, 18b aufeinander gesta
pelt (Siehe Fig. 5). Mittels nicht weiter veranschaulichter
Schrauben oder Nieten werden diese Blechpakete 18a, 18b an
der Innenwand des Gehäuses 10 bzw. an der Außenwand des Mit
telrohrs 16 befestigt (siehe Fig. 1).
Die winkelig abstehenden freien Endbereiche 28 der einzelnen
Statorbleche 24 eines Statorblechpaketes 18a, 18b überlagern
sich in der gezeigten Ausführungsform dachziegel- oder schup
penartig (siehe Fig. 3, 5).
Anstelle der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei
dem die Statorpakete aus Blechstapeln gebildet sind, ist es
auch möglich, diese Komponenten durch fein pulverisierte
Weicheisenpartikel mit einem termoplastischen Kunststoffüber
zug herzustellen. Besonders gut eignet sich hierbei ein Ei
senpulver, bei dem Eisenpartikel mit etwa 20-150 µm Durch
messer einen Überzug aus Polyethylen von etwa 2-10 µm ha
ben. Derartiges Pulver ist zum Beispiel in SAE Technical Pa
per Series, "P/M Cores for Pulsed DC Ignition Systems", David
E. Gay, International Congress & Exposition, Detroit, MI, Fe
bruary 24-27, 1997 beschrieben. Die darin beschriebenen Ma
terialien eignen sich zur Ausführung der Erfindung. Es ist
jedoch auch möglich, entsprechendes Material von anderen Her
stellern mit ähnlichen Eigenschaften für das erfindungsgemäße
Verfahren einzusetzen. Dieses Material wird verwendet um
durch Formpressen und Sintern solche Bauteile herzustellen,
die in ihrer Gestalt den C-förmigen Statorblechpaketen 18a,
18b entsprechen.
Der Rotor 14 der Transversalflußmaschine hat eine zur Mittel
achse M koaxiale zentrale Welle 38, die mittels zweier Kugel
lager 42, 44 in dem Gehäuse 10 drehbar gelagert ist. An der
Welle 38 sind zwei Scheiben 46, 48 drehfest angeordnet, die
jeweils einen Ring 52 aus abwechselnd orientierten Magneten
54, 56 tragen. Dabei dienen die Scheiben 46, 48 als magneti
sche Eisen-Rückschlüsse für die Magneten und sind aus Eisen
bandmaterial spiralförmig aufgewickelt. Jeder dieser Magnet-
Ringe 52 ist den entgegengesetzten freien Schenkeln der Sta
torblechpakete gegenüber angeordnet. Dabei ist zwischen jedem
Ring 52 und der zugehörigen Stirnseite der Statorblechpakete
18a, 18b ein Luftspalt L gebildet. Außerdem sind die einzel
nen Magnete 54, 56 so gestaltet und bemessen, daß jeweils ein
Magnet einem freien Schenkel eines Statorblechpaketes gegenü
bersteht. Die Magnete sind Dauermagnete aus Seltenerden-
Magneten (zum Beispiel Co-Sm oder dergl).
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Transversalflußma
schine werden zunächst an dem Rohr 16 die mit ihren freien
Enden nach außen orientierten C-förmigen Statorblechpakete
18b befestigt. Anschließend werden die Statorspule 22 einge
bracht und die mit ihren freien Enden nach innen orientierten
C-förmigen Statorblechpakete 18a radial von außen darüber ge
schoben. Daraufhin wird der Rotor 14 mit seiner zentralen
Welle 38 in das innere Rohr 16 eingebracht und die beiden,
die Magnetringe 52 tragenden Scheiben 46, 48 daran drehfest
angeordnet.
Schließlich wird das Gehäuse 10 über die Gesamtanordnung ge
schoben und daran die mit ihren freien Enden nach innen ori
entierten C-förmigen Statorblechpakete 18a befestigt.
Zur Erhöhung der Stabilität des Stators wird der freie Raum
zwischen der Spule und den C-förmigen Statorblechpakete 18a,
18b durch wärmeleitendes Kunstharz mit darin enthaltenen Ke
ramikpartikeln vergossen bzw. verspritzt.
Mittels dieser Erfindung können sehr kompakte, niedrigdrehen
de Maschinen (bis etwa 2000 Upm) mit sehr hohem Wirkungsgrad
und einer elektrischen leistung von etwa 0.1-10 Kilowatt
auf einfache Weise hergestellt werden. Derartige Maschinen
eignen sich sehr gut als Nebenantriebe im Automobilsektor
(Aktuatoren für elektrische Bremsen (brake-by-wire), elektri
sche Sitzverstellungen, Drosselklappen, elektische Lenkungs
antriebe, etc.)
Claims (9)
1. Transversalflußmaschine, mit
einem Stator (10), der eine ringförmige Statorspule (22) mit einer Mittelachse (M) aufweist, wobei
die Statorspule (22) entlang ihres Umfangs von zumindest annähernd C-förmigen Statorblechpaketen (18a, 18b) umfaßt ist, wobei
jeweils benachbarte C-förmige Statorblechpakete (18a, 18b) abwechselnd mit den freien Enden ihrer Schenkel (20a, 20b) radial nach innen und nach außen gerichtet sind, und wobei
die einzelnen zu den Statorblechpaketen (18a, 18b) zusam mengefügten, C-förmig gebogenen Statorbleche (24) zumindest abschnittsweise im wesentlichen tangential zur Mittelachse (M) der Statorspule (22) oder dem Umfang der Statorspule fol gend orientiert sind.
einem Stator (10), der eine ringförmige Statorspule (22) mit einer Mittelachse (M) aufweist, wobei
die Statorspule (22) entlang ihres Umfangs von zumindest annähernd C-förmigen Statorblechpaketen (18a, 18b) umfaßt ist, wobei
jeweils benachbarte C-förmige Statorblechpakete (18a, 18b) abwechselnd mit den freien Enden ihrer Schenkel (20a, 20b) radial nach innen und nach außen gerichtet sind, und wobei
die einzelnen zu den Statorblechpaketen (18a, 18b) zusam mengefügten, C-förmig gebogenen Statorbleche (24) zumindest abschnittsweise im wesentlichen tangential zur Mittelachse (M) der Statorspule (22) oder dem Umfang der Statorspule fol gend orientiert sind.
2. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, bei der
die Statorbleche (24) im wesentlichen parallel zur Mit telachse (M) der Statorspule (22) orientierte Abschnitte (26) aufweisen, wobei
die Statorbleche (24) benachbarter Statorblechpakete (18a, 18b) abwechselnd an einem Innen- bzw. einem Außenrohr (16, 10) befestigt sind.
die Statorbleche (24) im wesentlichen parallel zur Mit telachse (M) der Statorspule (22) orientierte Abschnitte (26) aufweisen, wobei
die Statorbleche (24) benachbarter Statorblechpakete (18a, 18b) abwechselnd an einem Innen- bzw. einem Außenrohr (16, 10) befestigt sind.
3. Transversalflußmaschine nach Anspruch 2, bei der
wenigstens einer der Schenkel (20a, 20b) der Statorblechpa
kete (18a, 18b) in einem Winkel (a) von etwa 60° bis etwa
160° von dem im wesentlichen parallel zur Mittelachse (M) der
Statorspule (22) orientierten Mittelabschnitt (26) der Sta
torbleche (24) absteht.
4. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, bei der
wenigstens eines der Statorbleche (24) an wenigstens einem
seiner winkelig abstehenden freien Endbereiche (28) zumindest
an einer Seite gegenüber dem parallel zur Mittelachse (M) der
Statorspule (22) orientierten Mittelabschnitt (26) verbrei
tert ist.
5. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, bei der
die Schenkel jeweils benachbarter Statorblechpakete (18a,
18b) mit wenigstens einem ihrer im wesentlichen axial zur
Mittelachse (M) der Statorspule (22) orientierten Endbereiche
(20a, 20b) einem Ring (52) aus abwechselnden Magnetpolen (54,
56) gegenüberstehen, welche jeweils an einem Rotorträger (46,
48) angeordnet sind.
6. Transversalflußmaschine nach dem vorherigen Anspruch,
wobei
der Ring (52) aus abwechselnden Magnetpolen (54, 56) durch
Dauermagnete aus Seltenerden-Magneten gebildet ist.
7. Stator (12) für eine Transversalflußmaschine nach einem
der vorherigen Ansprüche, mit
konzentrisch angeordneten C-förmigen Statorblechpaketen (18a, 18b), wobei jeweils benachbarte Statorblechpakete (18a, 18b) abwechselnd mit den freien Enden ihrer Schenkel (20a, 20b) radial nach innen bzw. nach außen gerichtet sind und ei ne ringförmige Statorspule 22 entlang deren Umfang umgreifen, und wobei
die Statorblechpakete (18a, 18b) aus aufeinandergestapel ten, an ihren Enden abgewinkelten Statorblechen (24) zusam mengefügt sind, welche zwischen jeweiligen Schenkeln eines C- förmig abgewinkelten Statorblechs befindlichen Mittelab schnitte (26) aufweisen, die im wesentlichen tangential zur Mittelachse (M) der Statorspule (22) bzw. zur Statorspule selbst orientiert sind.
konzentrisch angeordneten C-förmigen Statorblechpaketen (18a, 18b), wobei jeweils benachbarte Statorblechpakete (18a, 18b) abwechselnd mit den freien Enden ihrer Schenkel (20a, 20b) radial nach innen bzw. nach außen gerichtet sind und ei ne ringförmige Statorspule 22 entlang deren Umfang umgreifen, und wobei
die Statorblechpakete (18a, 18b) aus aufeinandergestapel ten, an ihren Enden abgewinkelten Statorblechen (24) zusam mengefügt sind, welche zwischen jeweiligen Schenkeln eines C- förmig abgewinkelten Statorblechs befindlichen Mittelab schnitte (26) aufweisen, die im wesentlichen tangential zur Mittelachse (M) der Statorspule (22) bzw. zur Statorspule selbst orientiert sind.
8. Stator (12) für eine Transversalflußmaschine nach Anspruch
8, wobei
die Schenkel (20a, 20b) der Statorbleche (24) in einem Win
kel (a) von etwa 60° bis etwa 160° von dem im wesentlichen
parallel zur Mittelachse (M) der Statorspule (22) orientier
ten Mittelabschnitt (26) abstehen.
9. Stator (12) für eine Transversalflußmaschine nach Anspruch
8 oder 9, wobei
wenigstens eines der Statorbleche (24) an wenigstens einem
seiner winkelig abstehenden freien Endbereiche (28) zumindest
an einer Seite gegenüber dem parallel zur Mittelachse (M) der
Statorspule (22) orientierten Mittelabschnitt (26) verbrei
tert ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2001104234 DE10104234A1 (de) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | Transversalflußmaschine, Stator für eine Transversalflußmaschine |
PCT/EP2002/001016 WO2002075897A1 (de) | 2001-01-31 | 2002-01-31 | Transversalflussmaschine, stator für eine transversalflussmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001104234 DE10104234A1 (de) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | Transversalflußmaschine, Stator für eine Transversalflußmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10104234A1 true DE10104234A1 (de) | 2002-08-14 |
Family
ID=7672288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001104234 Withdrawn DE10104234A1 (de) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | Transversalflußmaschine, Stator für eine Transversalflußmaschine |
Country Status (2)
Country | Link |
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DE (1) | DE10104234A1 (de) |
WO (1) | WO2002075897A1 (de) |
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