DE202012009690U1

DE202012009690U1 - Modular electrical device

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Publication number: DE202012009690U1
Application number: DE202012009690U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2022-10-11

Abstract

Modulare elektrische Vorrichtung mit einem Grundmodul (1), im Wesentlichen bestehend aus einem Wicklungshalter (4) mit einer scheibenförmigen, selbsttragenden ortsfesten Wicklung (5) und seitlich zu der Wicklung (5) über Luftspalte (17) angeordneter Permanentmagnetsysteme (12), die mittels Magnethaltern (8) auf einer Achse (9) drehbar gelagert sind, und einer elektrisch ansteuerbaren Leistungsstufe (7), die elektrisch mit der Wicklung (5) verbunden ist, und dass der Wicklungshalter (4) mit mindestens einer mechanischen und/oder elektrischen Steckvorrichtung (6) zur Verbindung mehrerer Module (1, 18) untereinander ausgestattet ist.Modular electrical device with a basic module (1), essentially consisting of a winding holder (4) with a disc-shaped, self-supporting stationary winding (5) and laterally to the winding (5) via air gaps (17) arranged permanent magnet systems (12) by means of Magnetic holders (8) are rotatably mounted on an axis (9), and an electrically controllable power stage (7) which is electrically connected to the winding (5), and that the winding holder (4) with at least one mechanical and / or electrical plug-in device (6) for connecting a plurality of modules (1, 18) is equipped with each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine modulare elektrische Vorrichtung, die im Wesentlichen aus einem Wicklungshalter mit einer scheibenförmigen, selbsttragenden ortsfesten Luftspule und seitlich zu der Wicklung über Luftspalte angeordnete Permanentmagnetsysteme besteht.The invention relates to a modular electrical device, which consists essentially of a winding holder with a disc-shaped, self-supporting stationary air coil and arranged laterally to the winding via air gaps permanent magnet systems.

Durch die DE 20 2011 001 544 U1 ist eine modulare Antriebsvorrichtung für eine aus einzelnen austauschbaren Modulen zusammengesetzte nutenlose, bürstenlose Antriebsvorrichtung bekannt geworden, die im Wesentlichen aus austauschbaren Modulen, wie einer Wicklung, Permanentmagnetsystemen, Magnethalter, einem Rückschlussmodul, einer Steuer- und Regeleinheit, einem Inkrementalgeber, einer Positionseinrichtung, einer Achse, einem Antriebsmodul, einem Befestigungsmodul oder einem Getriebemodul besteht. Eine derartige Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer ringförmigen selbsttragenden Wicklung und damit beidseitigen zusammenwirkenden Permanentmagnetsystemen, die aus Dauermagneten mit einer direkt aneinander gereihten mehrfachen Pollänge, zusammengesetzt aus einzelnen Dauermagneten mit unterschiedlichen Vorzugsmagnetisierungsrichtungen, besteht, wobei innerhalb einer Pollänge ein gerichteter magnetischer Fluss zur Wicklung hin entsteht.By the DE 20 2011 001 544 U1 discloses a modular drive apparatus for a non-slot, brushless drive device composed of individual replaceable modules, consisting essentially of replaceable modules, such as a winding, permanent magnet systems, magnet holders, a conclusion module, a control unit, an incremental encoder, a positioner, an axle , a drive module, a mounting module or a transmission module. Such a device consists essentially of an annular self-supporting winding and thus two-sided cooperating permanent magnet systems, consisting of permanent magnets with a directly juxtaposed multiple pole length, composed of individual permanent magnets with different preferred magnetization directions, wherein within a pole length a directed magnetic flux to the winding out ,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine modulare elektrische Vorrichtung derart auszubilden, dass diese preisgünstig für unterschiedliche Anwendungen und Leistungsklassen in einem Fertigungsbetrieb in hohen Stückzahlen hergestellt werden kann. Dabei soll eine derartige elektrische Vorrichtung einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweisen, um den entsprechenden Vorgaben durch Normen zu entsprechen.The object of the invention is to design a modular electrical device such that it can be inexpensively manufactured for different applications and performance classes in a manufacturing plant in large quantities. In this case, such an electrical device should have a very high efficiency in order to comply with the corresponding specifications by standards.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 in Verbindung mit den Unteransprüchen, die eine weitere konstruktive Ausgestaltung und verschiedene Anwendungsmöglichkeiten des Lösungsprinzips zum Inhalt haben, gelöst.The object of the invention is achieved by the features of claims 1 and 3 in conjunction with the subclaims, which have a further structural design and various possible applications of the solution principle to the content.

Um eine elektrische Vorrichtung preisgünstig herstellen zu können, ist es notwendig, auf Gleichteile bzw. gleiche Module zurückgreifen zu können, um diese in großen Stückzahlen herstellen zu können. Dabei ist es notwendig, dass die einzelnen Teile eines solchen Moduls einfach herstellbar sind und darüber hinaus die Möglichkeit bieten auswechselbar zu sein. Die vorliegende Erfindung wählt deshalb den Weg von einzelnen zusammengeschalteten Grundmodulen mit einer bestimmten Grundleistung und für entsprechende Anwendungsformen. Bei der Forderung nach einer Leistungserhöhung sind somit mehrere Grundmodule ohne Probleme miteinander kombinierbar, umso in einer höheren Leistungsklasse eingesetzt werden.To be able to produce an electrical device at low cost, it is necessary to be able to use common parts or identical modules in order to produce them in large quantities. It is necessary that the individual parts of such a module are easy to produce and also provide the opportunity to be interchangeable. The present invention therefore chooses the path of individual interconnected basic modules with a given basic performance and for corresponding applications. In the demand for a power increase thus several basic modules can be combined with each other without any problems, and thus be used in a higher performance class.

Dabei besteht in einer bevorzugten Ausführungsform ein solches Grundmodul im Wesentlichen aus einem Wicklungshalter, über den eine scheibenförmige, selbsttragende ortsfeste Wicklung angeschlossen ist. Diese Wicklung kann als Luftspule ausgeführt werden und einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen. Es ist aber auch in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform möglich, dass eine derartige Luftspule im Querschnitt eine konische oder trapezförmige Form aufweist. Durch eine derartige Ausbildung ist es möglich, dass aufgrund der angewendeten Wickeltechnik es in dem sich verjüngenden Teil der Wicklung zu einem höheren Füllfaktor der Wickeldrähte kommt und somit gleichzeitig auch dadurch eine Leistungssteigerung erzielt wird.In a preferred embodiment, such a basic module essentially consists of a winding holder, via which a disk-shaped, self-supporting stationary winding is connected. This winding can be designed as an air coil and have a uniform cross-section. However, it is also possible in a further preferred embodiment that such an air coil has a conical or trapezoidal shape in cross section. By such a design, it is possible that due to the applied winding technology it comes in the tapered part of the winding to a higher filling factor of the winding wires and thus at the same time thereby also an increase in performance is achieved.

Eine derartige Wicklung kann bei einem mehrphasigen Betrieb auch aus mehreren Wicklungen bestehen und wird an dem verjüngenden Querschnittsende über den Wicklungshalter auswechselbar gehalten. Gleichzeitig sind auch in dem Außenbereich der scheibenförmigen Wicklung die Anschlüsse vorhanden.Such a winding may also consist of a plurality of windings in a multi-phase operation and is kept replaceable at the tapered cross-sectional end via the winding holder. At the same time, the connections are also present in the outer area of the disk-shaped winding.

Die Gesamtwicklung, die einen kreisrunden ringförmigen Aufbau aufweist, besteht aus mindestens zwei Einzelwicklungen. Diese sind als Luftspule mit einer bifilaren und mäanderförmigen Art so gewickelt worden, dass die Einspeisungen und Endpunkte auf dem äußeren Durchmesser liegen. Verwendet wird für eine solche Wicklung vorzugsweise eine verdrillte Litze, die aus einer Vielzahl von Einzellitzen besteht, um so bei dem Wickelschema eine Skalar-Feldaufspaltung oder Skalar-Vektorverkippung des magnetischen Flusses bei einer Bestromung zu erzielen.The overall winding, which has a circular annular structure, consists of at least two individual windings. These have been wound as an air coil with a bifilar and meandering nature, so that the feeds and end points are on the outer diameter. Preferably used for such a winding is a twisted strand consisting of a plurality of individual strands, so as to achieve scalar field splitting or scalar vector tilting of the magnetic flux during energization in the winding scheme.

Damit diese Wicklung auch seine formstabile Form behält, wird sie durch eine Vergussmasse in sich gehalten, die vorzugsweise mit einem Grafitpulver oder -granulat oder einem ferromagnetischen Werkstoff angereichert werden kann und gleichzeitig ist es möglich, durch eine Gewebebahn, die vorzugsweise aus einem Basalt- und/oder Glasfasermaterial besteht, eine größere Formstabilität zu erzielen.For this winding also retains its dimensionally stable shape, it is held by a potting compound in itself, which can preferably be enriched with a graphite powder or granules or a ferromagnetic material and at the same time it is possible through a fabric web, preferably made of a basalt and / or glass fiber material is to achieve greater dimensional stability.

Die freitragend über den Wicklungshalter gehaltene Wicklung wirkt mit seitlich der Wicklung durch Luftspalte beabstandete drehbare Permanentmagnetsysteme zusammen. Diese Permanentmagnetsysteme sind in Magnethaltern eingebettet. Die Magnethalter sind dabei vorzugsweise als Gleichteile ausgeführt und über ihren Mittenbereich untereinander verbunden und mit einer Lagerung versehen. Gleichzeitig können sich an dem Magnethalter eine Achse sowie eine Achsaufnahme auf der gegenüberliegenden Seite befinden, um mehrere Module miteinander kraftmäßig achsial untereinander zu verbinden.The self-supporting over the winding holder held winding cooperates with the winding laterally spaced by air gaps rotating permanent magnet systems. These permanent magnet systems are embedded in magnetic holders. The magnet holders are preferably designed as identical parts and interconnected via their middle region and provided with a storage. At the same time can be located on the magnet holder, an axis and an axle on the opposite side to several modules to connect with each other in a forceful axial manner.

In dem Wicklungshalter ist zur Verbindung mehrere Grundmodule vorzugsweise mindestens eine Steckvorrichtung für eine mechanische und elektrische Steckverbindung vorhanden. So ist es möglich, durch mehrere zusammenzufassende gleiche oder modifizierte Grundmodule, die im Wesentlichen einen runden Außendurchmesser aufweisen, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die eine höhere Ausgangsleistung beinhaltet. Neben den vor beschriebenen mechanischen und elektrischen Steckvorrichtungen innerhalb des Wicklungshalters sind darüber hinaus in diesem auch entsprechende Durchbrüche oder Kanäle vorhanden, um die bei einem Betrieb der elektrischen Vorrichtung entstehende Wärme von der Wicklung nach außen hin zu transportieren und gleichzeitig einen Luftaustausch herbeizuführen. Zur besseren Wärmeableitung können auch an dem Gehäuse oder Teilen des Gehäuses Kühleinrichtungen, z. B. in Form von Kühlrippen oder dergleichen vorhanden sein.In the winding holder for connecting a plurality of basic modules, preferably at least one plug-in device for a mechanical and electrical plug connection is present. It is thus possible, by means of several identical or modified base modules to be combined, which have a substantially round outer diameter, to create a drive device which includes a higher output power. In addition to the above-described mechanical and electrical plug-in devices within the winding holder also corresponding through holes or channels are present in order to transport the heat generated during operation of the electrical device from the winding to the outside and at the same time bring about an exchange of air. For better heat dissipation can also on the housing or parts of the housing cooling devices, for. B. be present in the form of cooling fins or the like.

Die innerhalb der gleichen Magnethalter eingebetteten Permanentmagnetsysteme bestehen in einer ersten bevorzugten Ausführungsform jeweils aus einem einstückigen Ring. Ein solcher Ring kann aus isotropen oder anisotropen Magnetwerkstoffen hergestellt werden und weist eine derartige Vorzugsmagnetisierung auf, die zu der Wicklung gerichtet an den Polflächen einen verstärkten magnetischen Fluss mit wechselnder Polarität erzeugt. Dabei ist der magnetische Fluss auf der der Wicklung abgewandten Seite im Wesentlich unbedeutend und wird durch die Verwendung eines ferromagnetischen Rückschlusses gänzlich unterbunden.The embedded within the same magnet holder permanent magnet systems each consist of a one-piece ring in a first preferred embodiment. Such a ring can be made of isotropic or anisotropic magnetic materials and has such a preferred magnetization, which generates to the winding directed to the pole faces an amplified magnetic flux with alternating polarity. The magnetic flux on the side facing away from the winding is essentially insignificant and is completely prevented by the use of a ferromagnetic yoke.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Permanentmagnetsysteme vorzugsweise aus einzelnen, zu einem Ring mit vorzugsweise dazwischen bestehenden Lücken aneinander gereihten Einzelmagneten bestehen. Dabei werden jeweils Polgruppen gebildet und so zusammengeführt, dass an jeder Polgruppe mit wechselnder Polarität ein ebenfalls verstärkter gerichteter magnetischer Fluss durch Vorzugsmagnetisierungen vorhanden ist. Eine solche Anordnung ist von einer großen Effizienz hinsichtlich des magnetischen Flusses gekennzeichnet. Dabei kann beispielsweise eine vorzugsweise ausgeführte Polgruppe an der Basis aus zwei Magneten bestehen, zwischen denen ein Füllmagnet in Form eines Keils angeordnet ist und seitlich ist ein Magnet als Sperrpol eingesetzt. Zusätzlich ist an der Polfläche ein Polmagnet vorhanden, um so den magnetischen Fluss zur Wicklung hin zu verstärken.In a further preferred embodiment, the permanent magnet systems can preferably consist of individual individual magnets which are arranged next to each other in a ring with gaps between them. In each case, pole groups are formed and combined in such a way that at each pole group with alternating polarity there is also an amplified directed magnetic flux due to preferred magnetizations. Such an arrangement is characterized by a high efficiency in terms of magnetic flux. In this case, for example, a preferably executed pole group at the base of two magnets, between which a filling magnet is arranged in the form of a wedge and laterally a magnet is used as Sperrpol. In addition, a pole magnet is provided on the pole face so as to enhance the magnetic flux to the winding.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Grundmodul der elektrischen Vorrichtung der vor beschriebenen Art auch gleichzeitig den zur Ansteuerung der Wicklung notwendigen elektrischen Leistungsaufbau beinhalten. Dieses kann als Platine beispielsweise ausgeführt werden und wird auch gleichzeitig durch den Wicklungshalter gehalten.In a further preferred embodiment, a basic module of the electrical device of the type described above may also at the same time include the electrical power required to drive the winding. This can be performed as a board, for example, and is also held by the winding holder.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das bestehende Grundmodul neben der Leistungsstufe auch mit einer elektrischen Ansteuerungsvorrichtung ausgestattet werden. Somit wäre auch ein solches Grundmodul, das für eine gewählte Leistung stets als Einzelmodul funktionsfähig ist einsatzfähig.In a further preferred embodiment, the existing basic module in addition to the power level can also be equipped with an electrical control device. Thus, such a basic module, which is always functional for a selected performance as a single module would be operational.

Um eine höhere Leistung aus einer elektrischen Vorrichtung herausholen zu können ist es jedoch notwendig, mehrere gleiche Grundmodule, beispielsweise mit den integrierten Leistungsstufen sowohl mechanisch als auch über die in den Wicklungshaltern enthaltenen Steckvorrichtungen elektrisch miteinander zu verbinden. Überkront würde ein solches Paket mehrerer miteinander verbundener Grundmodule durch ein gemeinsames abschließendes Gehäuse. Das Gehäuse wird endseitig mit entsprechenden Verschlüssen versehen und kann darüber hinaus auch gleichzeitig mit einem Getriebe verbunden werden. Ein solches gemeinsames Gehäuse kann kostengünstig aus einem rohrförmigen Material in der gewünschten Länge gefertigt werden.In order to be able to obtain a higher power from an electrical device, however, it is necessary to electrically connect several identical basic modules, for example with the integrated power stages both mechanically and via the plug devices contained in the winding holders. Überkront would such a package of several interconnected basic modules through a common final housing. The housing is provided at the end with appropriate closures and can also be connected simultaneously with a transmission. Such a common housing can be inexpensively made of a tubular material in the desired length.

Bei der Verwendung von mehreren Grundmodulen mit dem jeweils integrierten Leistungstreiber wird nur eine gemeinsame Ansteuerplatine verwendet. Diese kann in dem ersten Grundmodul enthalten sein, es ist jedoch auch möglich, dass hier entsprechende Maßnahmen getroffen werden, um diese Ansteuervorrichtung ebenfalls über die elektrische Steckvorrichtung innerhalb des Wicklungshalters zu integrieren.When using multiple base modules with the built-in power driver, only one common control board is used. This may be included in the first basic module, but it is also possible that appropriate measures are taken to integrate this control device also via the electrical connector within the coil holder.

Eine derartige elektrische modular aufgebaute Vorrichtung kann sowohl als Motor als auch als Generator eine Verwendung finden.Such an electrical modular device can be used both as a motor and as a generator.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten möglichen Ausführungsbeispiele exemplarisch dargestellt.The invention will now be described by way of example with reference to the possible embodiments shown schematically in the drawings.

Es zeigt:It shows:

1: Einen Schnitt durch ein Grundmodul mit einer Leistungsstufe; 1 : A section through a basic module with a power level;

2: ein Grundmodul gemäß 1, jedoch mit einer zusätzlichen Ansteuereinrichtung; 2 : a basic module according to 1 but with an additional drive device;

3: wie 2, jedoch mit einem Getriebe; 3 : as 2 but with a gearbox;

4: eine Verwendung von mehreren Grundmodulen, die untereinander mechanisch und elektrisch verbunden sind; 4 a use of several basic modules that are mechanically and electrically connected to each other;

5: wie 4, jedoch mit einem Getriebe; 5 : as 4 but with a gearbox;

6: einen Wicklungshalter in der Draufsicht; 6 a winding holder in plan view;

7: einen Ausschnitt aus der Permanentmagnetanordnung mit einzelnen Polgruppen; 7 a section of the permanent magnet arrangement with individual pole groups;

8: eine Ansicht gemäß 7, Schnitt A-A; 8th : a view according to 7 , Section AA;

9: eine Ansicht gemäß 7, Schnitt B-B. 9 : a view according to 7 , Cut BB.

Durch die 1 wird in einer Schnittdarstellung ein Grundmodul 1 einer elektrischen modular aufgebauten Vorrichtung wiedergegeben. Dabei ist in einem äußeren Wicklungshalter 4 vorzugsweise mindestens eine Steckvorrichtung 6 sowohl mechanischer als auch elektrischer Anschlussart vorhanden. Ein derartiger Wicklungshalter 4 ist vorzugsweise kreisrund ausgebildet. Mit dem Wicklungshalter 4 ist eine selbsttragende eisenlose Wicklung 5 befestigt, die in dem Ausführungsbeispiel einen derartigen konischen Verlauf hat, dass an der schmalsten Stelle im Außenbereich des Durchmessers der Wicklung 5 gleichzeitig die Verbindung zu dem Wicklungshalter 4 sich befindet; parallele Wicklungen 5 sind ebenfalls möglich. Auch sind in diesem Außenbereich die elektrischen Anschlüsse der Wicklung 5 vorhanden, die aus mehreren einzelnen Spulen für einen mehrphasigen Betrieb bestehen kann. Die elektrischen Anschlüsse werden zu der Steckverbindung geführt. Die Wicklung 5 ragt freitragend in den Innenraum des Wicklungshalters 4 hinein. Ferner ist die Wicklung 5 mit dem Wicklungshalter 4 vorzugsweise auswechselbar verbunden. Gleichzeitig besteht der Wicklungshalter 4 aus einem Isoliermaterial. Wenn die Wicklung 5 vorzugsweise aus mehreren Einzelwicklungen besteht, dieses richtet sich nach der Anzahl der Phasen mit deren die elektrische Vorrichtung betrieben wird, so sind diese trotzdem als durchgehende ohne Lücke untereinander ausgebildete Ringwicklung ausgebildet. Die Wicklung 5 ist dabei als Luftspule in einer bifilaren und mäanderförmig ausgeführten Art gewickelt worden, so dass die Einspeisung und der Endpunkt jeweils an dem äußeren großen Durchmesser angeordnet sind. Durch die Ausführung der Bifilarität ergibt sich, dass die aus einzelnen Litzen, die verdrillt worden sind, hergestellte Wicklung die Windungen quasi hin- und zurückgeführt werden und nicht wie es üblicherweise ausgeführt wird einmal umlaufen. Hierdurch entsteht ein Magnetfeld mit abwechselnder Polarität, was gleichzeitig dazu führt, dass sich in dem Luftspalt zu den Magneten die magnetischen Felder addieren und gleichzeitig es zu einer Aufhebung in den Wickelköpfen führt. Durch diese Art der Wicklung 5 wird eine sehr große Effizienzsteigerung erreicht. Die Wicklung 5 besteht dabei vorzugsweise aus Kupferdrähten, die aber auch durch Aluminiumdrähte ersetzt werden können, wenn das Gewicht die Wicklung 5 eine Rolle spielen sollte.By the 1 becomes a basic module in a sectional view 1 an electrical modular device reproduced. It is in an outer winding holder 4 preferably at least one plug-in device 6 both mechanical and electrical connection type available. Such a winding holder 4 is preferably circular. With the winding holder 4 is a self-supporting ironless winding 5 fixed, which in the embodiment has a conical shape that at the narrowest point in the outer region of the diameter of the winding 5 at the same time the connection to the winding holder 4 located; parallel windings 5 are also possible. Also in this outdoor area are the electrical connections of the winding 5 present, which may consist of several individual coils for a multi-phase operation. The electrical connections are routed to the connector. The winding 5 cantilevered into the interior of the winding holder 4 into it. Further, the winding 5 with the winding holder 4 preferably connected interchangeable. At the same time there is the winding holder 4 from an insulating material. When the winding 5 preferably consists of several individual windings, this depends on the number of phases with which the electrical device is operated, so these are still formed as a continuous gap with each other without trained ring winding. The winding 5 has been wound as an air-core coil in a bifilar and meandering fashion, so that the feed and the end point are respectively arranged on the outer large diameter. By carrying out the bifilarity, it follows that the turns made from individual strands that have been twisted are, so to speak, looped back and forth rather than circulating once, as is commonly done. This results in a magnetic field with alternating polarity, which at the same time causes the magnetic fields to add up in the air gap to the magnets and at the same time leads to a cancellation in the winding heads. By this kind of winding 5 a very large increase in efficiency is achieved. The winding 5 consists preferably of copper wires, but can also be replaced by aluminum wires, if the weight of the winding 5 should play a role.

Um der Wicklung 5 die entsprechende Formstabilität zu geben, wird diese durch eine Vergussmasse gehalten, die vorzugsweise mit einem Grafitpulver oder -granulat oder mit einem ferromagnetischen Werkstoff angereichert werden kann. Zur Verstärkung der Wicklung 5 kann diese auch noch mit einer Gewebebahn versehen werden, die vorzugsweise aus einem Basalt- und/oder Glasfasermaterial bestehen kann.To the winding 5 to give the appropriate dimensional stability, this is held by a potting compound, which can be preferably enriched with a graphite powder or granules or with a ferromagnetic material. To reinforce the winding 5 This can also be provided with a fabric web, which may preferably consist of a basalt and / or glass fiber material.

Beidseitig zu der freitragenden Wicklung 5 sind in Magnethaltern 8 Permanentmagnetsysteme 12 eingebettet. Die Magnethalter 8 sind dabei vorzugsweise gleichstückig ausgebildet und werden durch eine Verbindung 20 mechanisch miteinander verbunden. Auf den Aufbau der Permanentmagnetsysteme 12 wird nachfolgend noch gesondert eingegangen.On both sides of the self-supporting winding 5 are in magnetic holders 8th Permanent Magnet Systems 12 embedded. The magnet holders 8th are preferably formed in one piece and are connected by a connection 20 mechanically interconnected. On the structure of the permanent magnet systems 12 will be discussed separately below.

In den Magnethaltern 8 können im achsseitigen Bereich entweder Achsaufnahmen 19 vorhanden sein, in die bei einer mehrfachen Verwendung von mehreren Grundmodulen 1 jeweils Steckachsen 9 eingesetzt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass an dem Magnethalter 8 gleichzeitig ein Achsvorsprung 9 enthalten ist.In the magnet holders 8th can in the axle-side either axle shots 19 be present in the case of multiple use of multiple basic modules 1 each thru axles 9 be used. In a further preferred embodiment, however, it is also possible that on the magnet holder 8th at the same time an axle projection 9 is included.

Innerhalb des Grundmoduls 1 ist in einer bevorzugten Ausführungsform mechanisch und elektrisch verbunden, eine Leistungsstufe 7 für die Ansteuerung der Wicklung 5 integriert. Durch diese Integration der Leistungsstufe 7 ist es einfach, mehrere Grundmodule 1 mit jeweiliger Leistungsstufe 7 zusammenzufassen.Within the basic module 1 In a preferred embodiment, it is mechanically and electrically connected, a power stage 7 for controlling the winding 5 integrated. Through this integration of the performance level 7 it is easy to have several basic modules 1 with respective power level 7 summarize.

In der 2 ist das Grundmodul 1 als Modul 18 modifiziert dargestellt worden, wobei zusätzlich zu der Leistungsstufe 7 noch eine Ansteuereinrichtung 2 mit dem Wicklungshalter 4 verbunden ist. Ein derartiges Modul 18 kann ohne weiteres auch einzeln als elektrische Vorrichtung verwendet werden. Bei der Kombination von mehreren Grundmodulen 1 mit einem Grundmodul 18 kann somit durch die Kostenreduktion, der nur einmal vorhandenen Ansteuereinrichtung 2, eine elektrische Vorrichtung mit einer höheren Leistung kostengünstig ausgeführt werden.In the 2 is the basic module 1 as a module 18 modified, wherein in addition to the power level 7 still a drive device 2 with the winding holder 4 connected is. Such a module 18 can also be used individually as an electrical device readily. When combining several basic modules 1 with a basic module 18 can thus by the cost reduction, only once existing control device 2 , an electrical device with a higher power can be carried out inexpensively.

In der 3 ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform das Modul 18 zusätzlich mit einem Getriebe 3 versehen worden. Ein Getriebeausgang 10 steht hier antriebsmäßig zur Verfügung.In the 3 In a further preferred embodiment, the module 18 additionally with a gearbox 3 been provided. A transmission output 10 is available here for drive.

Aus der 6 kann in einer Einzeldarstellung der Wicklungshalter 4 in einer Draufsicht mit seinen Funktionen entnommen werden. Innerhalb des ringförmigen Umfanges ist dabei die Steckvorrichtung 6 sowohl für elektrische als auch für mechanische Verbindungen vorhanden. Gleichzeitig sind in der ringförmigen Anordnung Durchbrüche 15 mit Verbindungsbohrungen 16 vorhanden. Die Durchbrüche 15 dienen dabei zur Kühlung der über die Wicklung 5 erzeugten Wärme der Module 1 und 18. Zur Verbindung mit einem äußeren Gehäuse 11 sind Bohrungen 14 vorhanden. From the 6 can in a single representation of the winding holder 4 to be taken in a plan view with its functions. Within the annular circumference is the plug-in device 6 available for both electrical and mechanical connections. At the same time breakthroughs in the annular arrangement 15 with connection holes 16 available. The breakthroughs 15 serve to cool the over the winding 5 generated heat of the modules 1 and 18 , For connection to an outer housing 11 are holes 14 available.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der 4 die Zusammenführung mehrere Grundmodule 1 entnommen werden. Diese sind über die Steckvorrichtungen 6 elektrisch und mechanisch sowie rein mechanisch im Mittenbereich über die Achsen 9 und die Achsaufnahmen 19 untereinander wirkverbunden. Damit eine gebrauchsfähige elektrische Vorrichtung vorliegt, wird die Anzahl der verbundenen Module 1 und 18 durch ein gemeinsames Gehäuse 11 zusammengeführt. Endseitig ist das gemeinsame überkronende Gehäuse 11 mit entsprechenden Gehäuseabschlüssen 13 versehen, die durch Halteelemente über die Bohrungen 14 zusammengehalten werden.In a preferred embodiment, the 4 the merging of several basic modules 1 be removed. These are about the connectors 6 electrically and mechanically as well as purely mechanically in the middle area over the axes 9 and the axle shots 19 interacting with each other. For a usable electrical device is present, the number of connected modules 1 and 18 through a common housing 11 merged. The end is the common crowned housing 11 with corresponding housing closures 13 provided by holding elements on the holes 14 held together.

Durch diese Darstellung der 4 wird deutlich, dass bei der Verwendung gleicher Grundmodule 1 und eines Moduls 18 nur eine Ansteuerung für die jeweils innerhalb der Grundmodule 1 enthaltenen Leistungsstufen 7 notwendig ist. Die elektrischen Anschlüsse für die elektrische Vorrichtung können dabei vorzugsweise an der der Achsseite entgegen gerichteten Seite des Gehäuseabschlusses 13 ausgeführt werden.Through this representation of the 4 becomes clear that when using the same basic modules 1 and a module 18 only one control for each within the basic modules 1 contained performance levels 7 necessary is. The electrical connections for the electrical device can preferably be on the side of the housing closure that faces the axial side 13 be executed.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Ausführungsbeispiel der 4 durch die Kombination mit dem Getriebemodul 3 gemäß 5 erweitert werden. Damit die zusammenfügten Module 1, 18 auch formstabil nach Einsetzung des Gehäuses 11 verbleiben, sind über die Bohrungen 14 durch die gesamte Vorrichtung in axialer Ausrichtung Verschraubungen mit den Gehäuseabschlüssen 13 möglich.In a further preferred embodiment, the embodiment of the 4 through the combination with the transmission module 3 according to 5 be extended. So that the assembled modules 1 . 18 also dimensionally stable after installation of the housing 11 remain over the holes 14 through the entire device in axial alignment screwed to the housing terminations 13 possible.

Aus der 7 ist die Ausführung einer ringförmigen Permanentmagnetsystemanordnung 12 in der Draufsicht zu entnehmen. Dabei werden in einer ersten bevorzugten Ausführungsform mit einer sehr hohen Leistungseffizienz einzelne Polgruppen gebildet, die jeweils durch eine dazwischen befindliche Lücke 28 voneinander getrennt sind und eine abwechselnde Polarität mit einem gerichteten verstärkten magnetischen Fluss zu der Wicklung 5 aufweisen. Verdeutlicht wird der Aufbau einer solchen Polgruppe durch die 8 und 9. Bei der Betrachtung des Schnittes A-A wird deutlich, dass zwei im Wesentlichen quaderförmigen Magnete 22 und 23 diese seitlich durch einen Sperrmagnet 24 auf einer Seite begrenzt werden. Die Magnete 22 und 23 haben in ihrer Mitte einen Füllmagnet 25, der die Form eines Dreieckes oder dergleichen aufweist. Den Abschluss zu einer Polfläche 27 bildet ein Polmagnet 21, der sich über die Magnete 22, 23 und dem Füllmagnet 25 bis an den Sperrmagnet 24 erstreckt.From the 7 is the embodiment of an annular permanent magnet system arrangement 12 to be seen in the plan view. In this case, individual pole groups are formed in a first preferred embodiment with a very high power efficiency, each by a gap located therebetween 28 are separated from each other and an alternating polarity with a directed amplified magnetic flux to the winding 5 exhibit. The structure of such a pole group is clarified by the 8th and 9 , When looking at the section AA it becomes clear that two essentially cuboid magnets 22 and 23 this laterally by a blocking magnet 24 be limited to one side. The magnets 22 and 23 have in their midst a magnet 25 which has the shape of a triangle or the like. The conclusion to a pole 27 forms a pole magnet 21 that is about the magnets 22 . 23 and the filling magnet 25 to the blocking magnet 24 extends.

Durch die Darstellung des Schnittes B-B von der anderen Seite wird noch einmal der Aufbau von der Außenseite der Polgruppe sichtbar. Sowohl innerhalb der 8 als auch innerhalb der 9 sind in den Einzelmagneten 21, 22, 23, 24, 25 jeweils durch Pfeile die ausgeführten Magnetisierungsrichtungen angegeben worden. Dadurch wird deutlich, dass bei der gleichzeitigen Angabe der Polarität es zu einem verstärkten magnetischen Fluss an der Polfläche 27 kommt. Den Abschluss an der der Polfläche 27 gegenüberliegenden Seite für die Permanentmagnetsysteme 12 bildet eine nicht dargestellte Rückschlussplatte, die in einem solchen Fall als dünnes Eisenblech ausgeführt werden kann, weil an diesem Magnetflächen es nur zu einem abgeschwächten magnetischen Fluss kommt. Auf einen solchen Rückschluss kann verzichtet werden, wenn die Magnethalter 8 aus einem ferromagnetischen Material bestehen.By the representation of the section BB from the other side is again the structure of the outside of the pole group visible. Both within the 8th as well as within the 9 are in the individual magnets 21 . 22 . 23 . 24 . 25 in each case indicated by arrows the executed magnetization directions. This makes it clear that when simultaneously indicating the polarity, there is an increased magnetic flux at the pole face 27 comes. The conclusion at the pole surface 27 opposite side for the permanent magnet systems 12 forms a return plate, not shown, which can be performed in such a case as a thin sheet iron, because at this magnetic surfaces, it comes only to a weakened magnetic flux. On such a conclusion can be omitted if the magnet holder 8th consist of a ferromagnetic material.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Grundmodulbasic module
22: Ansteuerungseinrichtungdriving means
33: Getriebemodultransmission module
44: Wicklungshalterbobbin
55: Wicklungwinding
66: Steckvorrichtung/AnschlussklemmePlug-in device / terminal
77: Leistungsstufepower stage
88th: Magnethaltermagnetic holder
99: Achseaxis
1010: Getriebeausgangtransmission output
1111: Gehäusecasing
1212: PermanentmagnetsystemePermanent Magnet Systems
1313: Gehäuseabschlussbody seat
1414: Bohrungdrilling
1515: Durchbrüchebreakthroughs
1616: Verbindungsbohrungconnecting bore
1717: Luftspaltair gap
1818: Modulmodule
1919: Achsaufnahmeaxle mount
2020: Verbindungconnection
2121: Polmagnetpole magnet
2222: Magnetmagnet
2323: Magnetmagnet
2424: Sperrmagnetblocking coil
2525: FüllmagnetFüllmagnet
2727: Polflächepole
2828: Lückegap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202011001544 U1 [0002] DE 202011001544 U1 [0002]

Claims

Modulare elektrische Vorrichtung mit einem Grundmodul (1), im Wesentlichen bestehend aus einem Wicklungshalter (4) mit einer scheibenförmigen, selbsttragenden ortsfesten Wicklung (5) und seitlich zu der Wicklung (5) über Luftspalte (17) angeordneter Permanentmagnetsysteme (12), die mittels Magnethaltern (8) auf einer Achse (9) drehbar gelagert sind, und einer elektrisch ansteuerbaren Leistungsstufe (7), die elektrisch mit der Wicklung (5) verbunden ist, und dass der Wicklungshalter (4) mit mindestens einer mechanischen und/oder elektrischen Steckvorrichtung (6) zur Verbindung mehrerer Module (1, 18) untereinander ausgestattet ist.Modular electrical device with a basic module ( 1 ), essentially consisting of a winding holder ( 4 ) with a disc-shaped, self-supporting stationary winding ( 5 ) and laterally to the winding ( 5 ) via air gaps ( 17 ) arranged permanent magnet systems ( 12 ), which by means of magnetic holders ( 8th ) on one axis ( 9 ) are rotatably mounted, and an electrically controllable power level ( 7 ) electrically connected to the winding ( 5 ), and that the winding holder ( 4 ) with at least one mechanical and / or electrical plug-in device ( 6 ) for connecting several modules ( 1 . 18 ) is equipped with each other.

Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (18) neben der Leistungsstufe (7) eine Ansteuerungseinrichtung (2) für die Leistungsstufe (7) aufweist.Electrical device according to claim 1, characterized in that the module ( 18 ) next to the power level ( 7 ) a driving device ( 2 ) for the performance level ( 7 ) having.

Modulare elektrische Vorrichtung, im Wesentlichen bestehend aus einem Wicklungshalter (4) mit einer scheibenförmigen, selbsttragenden ortsfesten Wicklung (5) und seitlich zu der Wicklung (5) über Luftspalte (17) angeordneter Permanentmagnetsysteme (12), die mittels Magnethaltern (8) auf einer Achse (9) drehbar gelagert sind, und einer auswechselbaren elektrisch ansteuerbaren Leistungsstufe (7), die elektrisch mit der Wicklung (5) verbunden ist, und einer auswechselbaren Ansteuerungseinrichtung (2) für die Leistungsstufe (7).Modular electrical device consisting essentially of a winding holder ( 4 ) with a disc-shaped, self-supporting stationary winding ( 5 ) and laterally to the winding ( 5 ) via air gaps ( 17 ) arranged permanent magnet systems ( 12 ), which by means of magnetic holders ( 8th ) on one axis ( 9 ) are rotatably mounted, and a replaceable electrically controllable power level ( 7 ) electrically connected to the winding ( 5 ), and a replaceable driving device ( 2 ) for the performance level ( 7 ).

Elektrische Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsstufe (7) und die Ansteuerungseinrichtung (2) im Wesentlichen als Platinen oder dergleichen oder als integrierte Schaltung ausgebildet und mit dem Wicklungshalter (4) mechanisch und elektrisch austauschbar verbunden sind.Electrical device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the power stage ( 7 ) and the driving device ( 2 ) substantially as boards or the like or as an integrated circuit and with the winding holder ( 4 ) are mechanically and electrically interchangeable connected.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine beliebige Anzahl von Grundmodulen (1) untereinander über die Steckvorrichtungen (6) und die jeweiligen Achsen (9, 19) verbindbar sind.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that any number of basic modules ( 1 ) with each other via the plug devices ( 6 ) and the respective axes ( 9 . 19 ) are connectable.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verbindung mehrerer Grundmodule (1) untereinander das Modul (18) mindestens einmal vorhanden ist.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that when connecting a plurality of basic modules ( 1 ) with each other the module ( 18 ) is present at least once.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der untereinander verbundenen Module (1, 18) durch ein gemeinsames Gehäuse (11) überkront werden.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the number of interconnected modules ( 1 . 18 ) by a common housing ( 11 ) are crowned.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) mit endseitigen Gehäuseabschlüssen (13) versehen ist, die durch Verbindungsmittel über Bohrungen (14) gegen das Gehäuse (11) angestellt sind, wobei die Gehäuseabschlüsse (13) Kühleinrichtungen aufweisen können.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 11 ) with end housing closures ( 13 ) is provided by connecting means via holes ( 14 ) against the housing ( 11 ) are employed, wherein the housing terminations ( 13 ) May have cooling means.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen der elektrischen Vorrichtung über einen der Gehäuseabschlüsse (13) ausgeführt werden.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical connections of the electrical device via one of the housing terminations ( 13 ).

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1, 18) einen runden Umfang aufweisen und austauschbar sein.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the modules ( 1 . 18 ) have a round circumference and be exchangeable.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungshalter (4) aus einem Isoliermaterial besteht und Durchbrüche (15) mit Verbindungsbohrungen (16) zum Innenraum aufweist.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the winding holder ( 4 ) consists of an insulating material and breakthroughs ( 15 ) with connecting bores ( 16 ) to the interior.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsquerschnitt der Wicklung (5) im Wesentlichen parallel, trapezförmig oder dergleichen verlaufend ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser mit dem Wicklungshalter (4), vorzugsweise auswechselbar, verbunden ist.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the winding cross-section of the winding ( 5 ) is formed substantially parallel, trapezoidal or the like extending, wherein the outer diameter with the winding holder ( 4 ), preferably interchangeable, is connected.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (5) aus mindestens zwei Einzelwicklungen besteht, die als Luftspulen bifilar und mäanderförmig so gewickelt sind, das die Einspeise- und Endpunkte an den äußeren Durchmesser liegen und aus einer oder einer Vielzahl von verdrillten Litzen besteht, die durch ein ausgeführtes Wickelschema eine Skalar-Feldaufspaltung oder Skalar-Vektorverkippung des magnetischen Flusses erzielt.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the winding ( 5 ) consists of at least two individual windings bifilar and meandering wound as air coils, the feed and the end points are on the outer diameter and consists of one or a plurality of twisted strands, the executed by a winding scheme a scalar field splitting or scalar Vector tilt of the magnetic flux achieved.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (5) durch eine Vergussmasse gehalten wird, die vorzugsweise mit einem Grafitpulver oder -granulat oder einem ferromagnetischen Werkstoff angereichert ist und durch eine Gewebebahn, die vorzugsweise aus einem Basalt- und/oder Glasfasermaterial besteht, versehen ist.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the winding ( 5 ) is held by a potting compound, which is preferably enriched with a graphite powder or granules or a ferromagnetic material and is provided by a fabric web, which preferably consists of a basalt and / or glass fiber material.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetsysteme (12) vorzugsweise als einstückige Ringe ausgebildet sind, die aus einem isotropen oder anisotropen Magnetwerkstoff bestehen und mit derartigen Vorzugsmagnetisierungen magnetisiert sind, das zu der Wicklung (5) an den Polflächen (27) ein gerichteter verstärkter magnetischer Fluss mit wechselnder Polarität vorhanden ist, wobei der magnetische Fluss auf der der Wicklung (5) abgewandten Seite im Wesentlichen sich aufhebt, und auf dieser Seite der Ring zusätzlich einen ferromagnetischen Rückfluss aufweist.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet systems ( 12 ) are preferably formed as one-piece rings, which consist of an isotropic or anisotropic magnetic material and are magnetized with such preferential magnetizations, which are connected to the winding ( 5 ) to the Pole surfaces ( 27 ) there is a directional amplified magnetic flux of alternating polarity, the magnetic flux being on the winding ( 5 ) side facing away substantially, and on this side of the ring additionally has a ferromagnetic reflux.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetsysteme (12) vorzugsweise aus einzelnen, zu einem Ring vorzugsweise mit Lücken 28 aneinander gereihten aus Einzelmagneten bestehenden Polgruppen zusammengeführt sind, wobei die Polgruppen jeweils eine derartige unterschiedliche Vorzugsmagnetisierungsrichtung aufweisen, das die an den zu der Wicklung (5) gerichteten Polflächen (27) einen gerichteten verstärkten magnetischen Fluss mit wechselnder Polarität und auf der gegenüberliegenden Seite im Wesentlichen eine Aufhebung des magnetischen Flusses aufweisen, und dass das Permanentmagnetsystem (12) einen ferromagnetischen Rückfluss beinhaltet.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet systems ( 12 ) preferably from single, to a ring, preferably with gaps 28 are juxtaposed of individual magnets consisting of pole groups, wherein the pole groups each have such a different preferred direction of magnetization, which at the to the winding ( 5 ) directed pole faces ( 27 ) have a directed amplified magnetic flux with alternating polarity and on the opposite side substantially a cancellation of the magnetic flux, and that the permanent magnet system ( 12 ) includes a ferromagnetic reflux.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polgruppe an der Basis aus zwei Magneten (22, 23,) mit dazwischen angeordnetem Füllmagnet (25) und einem seitlichen Magnet als Sperrmagnet (24) besteht, wobei an der Polfläche (27) ein Polmagnet (21) vorhanden ist.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that a pole group at the base consists of two magnets ( 22 . 23 ,) with interspersed magnet ( 25 ) and a side magnet as a blocking magnet ( 24 ), wherein at the pole face ( 27 ) a pole magnet ( 21 ) is available.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Gehäuse (11) ein Getriebemodul (3) integriert ist.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that in or on the housing ( 11 ) a transmission module ( 3 ) is integrated.

Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modulare elektrische Vorrichtung als Motor oder als Generator verwendet wird.Electrical device according to one of the preceding claims, characterized in that the modular electrical device is used as a motor or as a generator.