WO2013014151A2 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2013014151A2
WO2013014151A2 PCT/EP2012/064495 EP2012064495W WO2013014151A2 WO 2013014151 A2 WO2013014151 A2 WO 2013014151A2 EP 2012064495 W EP2012064495 W EP 2012064495W WO 2013014151 A2 WO2013014151 A2 WO 2013014151A2
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Jens Hamann
Olaf KÖRNER
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/12—Transversal flux machines

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine having a rotor and a stator in the form of a transverse flux machine.
  • the number of individual stators referred to below as the stator, corresponds to the number of phases of the electric machine in the case of trans-flux machines.
  • Transverse flux machines are known from DE 37 05 089 AI and DE 10 2006 022 836 AI. It is found that the torque density for Transversalpoundma ⁇ machines compared to conventional radial flux machines can reach much higher values. This transversal ⁇ flow machines for direct drives are advantageous to apply. Furthermore, it is found that with transversal flux machines a higher number of pole pairs can be performed than with radial flux machines.
  • the object of the invention is to provide an electric machine with a rotor and a stator, which has a lower torque ripple.
  • the object of the invention is achieved by the electric machine according to claim 1.
  • the reduction of the torque mentwelltechnik is achieved in that a groove is provided at least in egg ⁇ nem stator pole at least that is arranged transversely to the direction of movement of the rotor. Due to the groove, the torque ripple is reduced.
  • the groove is arranged substantially perpendicular to the direction of movement of the rotor. Due to the vertical arrangement, a special reduction of the torque ripple is achieved.
  • the groove extends over the entire length of the stator, which faces the permanent magnet. In this way, the entire effective length of the stator pole is used for arranging the groove.
  • adjacent stator poles have a fixed distance from one another in the direction of movement of the rotor, wherein the groove has the defined distance as the width. In this way, compensation for the distances of the stator poles is achieved by means of the groove.
  • the groove has a depth which substantially corresponds to a width of the groove in the direction of movement.
  • the groove in the cross section of the direction of movement of the rotor seen two gegenü ⁇ berridgede parallel side surfaces which merge into a bottom ⁇ surface, wherein the bottom surface of the groove is disposed parallel to a front surface of the stator, which by the ⁇ manentmagneten of the rotor faces, and in which the groove is arranged.
  • the groove has a U-shape in cross-section with rounded transitions between the side walls and the bottom surface.
  • a stator pole has two parallel grooves. In a further embodiment, the stator pole has three parallel grooves.
  • stator in the form of a sheet metal packet, using different ⁇ Lich large sheets, the groove is realized.
  • stator pole is made of a soft magnetic composite material.
  • weichmag ⁇ genetic composites for example, plastics verwen ⁇ det, with magnetic fillers such.
  • iron particles nickel powder, nickel tin powder or Metglas (amorphous FeCoB alloy) are provided.
  • the permanent magnets are arranged obliquely to the direction of movement of the rotor. This he ⁇ goes further reducing the torque ripple.
  • two rows of permanent magnets are arranged side by side in the direction of movement, wherein the permanent magnets of the two rows are arranged offset in the direction of ⁇ movement of the rotor against each other. Also, a reduction of the Drehmomentwel ⁇ ltechnik is achieved.
  • the permanent magnets are arranged in the direction of movement of the rotor in such a way that the magnetic field direction in the plane perpendicular to the plane of rotation of the rotor from permanent magnet to permanent magnet changes direction by 90 °. Also by the wavy ⁇ ness of the torque is reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through an electrical machine
  • FIG. 2 shows a detail of a stator
  • FIG. 3 shows a schematic partial representation of a first embodiment of a machine
  • Figure 4 shows a plan view of the arrangement of the permanent magne ⁇ te of the first embodiment of the machine of Figure 3
  • Figure 5 is a schematic partial view of a second embodiment of a machine
  • Figure 6 is a schematic plan view of a further Anord ⁇ voltage of the permanent magnets of the rotor of Figure 5,
  • FIG. 7 shows a further embodiment of an arrangement of the permanent magnets of a rotor
  • FIG. 8 shows a schematic plan view of the arrangement of FIG. 7,
  • FIG. 9 shows a schematic partial representation of a further embodiment of an electrical machine
  • Figure 10 is a schematic plan view of the permanent Magne ⁇ te the arrangement of Figure 9, and
  • Figure 11 shows another embodiment of a stator.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an electrical machine 1 in the form of a
  • Transverse flux machine with an internal rotor 2, which is rotatably mounted about a rotation axis 3.
  • the rotor 2 is surrounded by an outer annular stator 4 with a coil in the form of a concentric stator coil 5, which is formed for example as a single-phase annular stator coil.
  • a concentric stator coil which is formed for example as a single-phase annular stator coil.
  • other types of coils may be used.
  • the rotor 2 has on its radial outer side Permanentmag ⁇ Nete 6, which have different poling directions and are distributed radially around the circular rotor 2 rotor.
  • the stator 4 has stator poles on an inner side facing the permanent magnet 6.
  • the stator 4 represents a single stator with transverse flux guidance.
  • FIG. 1 shows a transverse flux machine with a stator 4 with a stator phase.
  • a plurality of stator phases may also be provided.
  • a plurality of stators 4 and associated rotors 2 may be provided.
  • FIG. 2 shows a schematic partial view of a view of the inside of the stator 4 with two stator poles 7, 8.
  • the stator poles 7, 8 are arranged side by side and in a plane.
  • the stator poles 7, 8 are connected via stator yokes 9, 10 with a stator ring 11.
  • the stator ring 11 is annular and surrounds the rotor 2, wherein the stator poles 7, 8 are aligned in the radial direction on the axis of rotation 3 in the direction of the permanent magnets 6 of the rotor 2.
  • the stator poles 7, 8 have stator surfaces 12, 13, which face the permanent magnet 6 and are preferably arranged parallel to a lateral surface of the rotor 2, which is formed by the permanent magnets 6.
  • stator poles 7, 8 are in the form of so-called claw poles, which have conically tapering stator surfaces 12, 13.
  • the stator poles 7, 8 may also have identical rectangular Sta ⁇ torfest 12, 13.
  • the invention is not limited to the described embodiment of the claw-pole machine .
  • the invention can also be applied to other types of trans-flow machines.
  • the number of rotor poles in transconductive machines can be identical to the number of pole shoes in the stator.
  • Figure 3 shows a partial schematic view of a partial ⁇ cross section in the plane perpendicular to the rotational axis 3.
  • a first and a second stator pole 7, 8 with a first and a second stator 12, 13 Darge ⁇ represents.
  • the stator surfaces 12, 13 are associated with the permanent magnet 6.
  • the circular path of the outer surfaces of the permanent magnets 6 is simplified Representation shown as a flat line.
  • Adjacent Perma ⁇ nentmagnete 6 have on the radially outer surface differ on ⁇ Liche poles whose orientation is shown in the form of arrows.
  • the permanent magnets 6 are fixed on the radial inside of an iron yoke 16, which is annular.
  • the stator poles 7, 8 are each spaced by ei ⁇ nen distance 17.
  • the stator poles 7, 8 are formed narrower in the region of the stator surfaces 11, 12 than the permanent magnets 6.
  • the stator surfaces 12, 13 each have at least one groove 14, 15.
  • the grooves 14, 15 may have different widths and / or different depths. The width is seen in the direction of movement of the rotor 2. Good effects for reducing the torque ripple were by grooves
  • grooves 14, 15 which are approximately as wide as the distances 17, which are the stator poles 7, 8 spaced in the direction of movement of the rotor.
  • grooves 14, 15 may also be narrower or wider.
  • good values for the Reduzie ⁇ tion of torque ripple have thus shown that the grooves 14, 15 are nearly as deep as it is wide.
  • the grooves in cross-section may have perpendicular to the rotational axis of the rotor have an angular or claimed from end to U-shape.
  • Figure 4 shows a plan view of the outside of the Perma ⁇ nentmagnete 6 of the rotor 3, where boundaries are located between the permanent magnets 6 eighteenth The direction of movement is indicated by an arrow 24.
  • projected areas 19 of the distances 17 are shown as a simple hatching.
  • second surfaces 20 are drawn as a cross hatch corresponding to the projected area of the first and second grooves 14, 15.
  • the areas of the projected area 19 of the spacings 17 and the projected second area 20 of the grooves 14, 15 are the same size.
  • the magnets are arranged parallel to the axis of rotation 3.
  • the permanent magnets 6 of the rotor 2 are preferably designed in such a way that they cancel the sum of the tangential forces in the rotor. This applies to the reluctance forces that act between seeing the permanent magnet of a phase and the iron core of a phase. Due to the permanent magnet arrangement, a sinusoidal magnetic flux is generated.
  • FIG. 5 shows a further arrangement of permanent magnets 6 of the rotor 2, which, contrary to the embodiment of FIGS. 3 and 4, are not arranged perpendicular to the direction of movement 24 but are inclined at an angle thereto.
  • FIG. 6 shows the plan view of the permanent magnets of FIG. 5.
  • the boundaries 18 between the adjacent permanent magnets 6 are shown in FIG.
  • the proji ⁇ ed first face 19 are shown of the distances 17 and the projected second surfaces 20 of the grooves 14, 15 °. Due to the oblique arrangement of the permanent magnets 6, a further reduction of the torque ripple can be achieved.
  • Figure 7 shows a further arrangement of permanent magnets 6, wherein in this embodiment, two rows of permanent magnets are arranged side by side.
  • the first and second series 21, 22 each have contiguous permanent magnets 6 on ⁇ with different polarizations.
  • the boundaries 18 between the adjacent permanent magnets 6 are located.
  • the magnetic polarity of the adjacent permanent magnets 6 changes.
  • FIG. 8 shows the top view of the permanent magnets 6 of FIG. 7. As can be seen from FIG. 8, the boundaries 18 between the permanent magnets 6 of the two rows 21, 22 of permanent magnets are shifted from one another. This also achieves a reduction in torque ripple.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a machine 1, in which the rotor 2 is a Halbachsystem as Permanentmagnetan- Has order.
  • adjacent permanent magnets 6 each have a magnetic pole, which changes from permanent magnet to permanent magnet in each case by 90 ° clockwise or counterclockwise.
  • the permanent magnets 6 are arranged on a nonmagnetic yoke 23.
  • the magnetization direction is shown in the form of arrows.
  • one or two rows 21, 22 of the permanent magnets 6 arranged in the Halbach arrangement can be provided.
  • FIG. 10 shows an arrangement with two rows 21, 22 of permanent magnets according to the half-axis system of FIG. 9. A further reduction of the torque ripple can also be achieved by this arrangement.
  • the permanent magnets 6 preferably have the same width in the direction of movement 24 of the rotor 2, as shown in Figure 9.
  • the polarity of the permanent magnets changes counterclockwise by 90 ° in each case.
  • FIG. 10 shows a first and a second row 21, 22 of permanent magnets, which are arranged in the Halbach system according to FIG. In the case of the two rows 21, 22, the boundaries of 18 adjacent permanent magnets of a row 21, 22 are offset laterally relative to the boundaries of adjacent permanent magnets.
  • FIG. 10 shows the projected first surfaces 19 of the spacings 17 and the projected second surfaces 20 of the grooves 14, 15.
  • the width of the grooves of a stator surface may be selected in such a way that the sum the width of the grooves in the direction of movement 24 corresponds to the width of a distance 17.
  • FIG. 11 shows, in a schematic representation, a further embodiment of a stator 4 which has two stator poles 7, 8 whose stator faces 12, 13 are rectangular in shape.
  • two grooves 14, 15 are respectively formed on the stator surfaces 12, 13.
  • more than two grooves 14, 15 may be arranged in a stator surface 12, 13 of a stator pole 7, 8.
  • the stator surfaces 12, 13 are arranged parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • stator poles 7, 8 may be layered in the form of sheet metal wovens.
  • the sheets of the laminated core may be dimensioned in such a way that the width of a groove 14, 15 corresponds to a single or multiple thickness of a sheet and the grooves are realized by differently shaped sheets.
  • a stator of a machine 1 may be realized in the form of a soft magnetic composite.
  • stator in the form of a claw pole, other shapes of the stator and other forms of rotor, and in particular, other arrangements of the permanent magnets used ⁇ the.
  • an internal rotor it is also possible to use an electric machine with an external rotor and an internal stator. be.
  • the invention can also be used in linear motors in an analogous manner.
  • the electrical machine may be designed as Elect ⁇ romotor or a generator.
  • the invention relates to an electrical machine having a rotor and a stator, wherein the rotor has permanent magnets ⁇ , said stator having a coil and stator poles, said stator poles are arranged the permanent magnet of the rotor conces-, wherein at least one stator pole has a groove ⁇ points, which is arranged transversely to the direction of movement of the rotor.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor Permanentmagnete aufweist, wobei der Stator eine Spule und Statorpole aufweist, wobei die Statorpole Statorflächen aufweisen, die den Permanentmagneten des Rotors zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Statorfläche eine Nut aufweist, die quer zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator in Form einer Transversalflussmaschine. Die Anzahl der Einzelstatoren, im weiteren Stator genannt, entspricht bei Transverflussmaschinen der Phasenzahl der elektrischen Maschine. Transversalflussmaschinen sind aus DE 37 05 089 AI und DE 10 2006 022 836 AI bekannt. Dabei zeigt sich, dass die Drehmomentdichte für Transversalflussma¬ schinen im Vergleich zu konventionellen Radialflussmaschinen deutlich höhere Werte erreichen kann. Damit sind Transversal¬ flussmaschinen für Direktantriebe vorteilhaft anzuwenden. Weiterhin zeigt sich, dass mit Transversalflussmaschinen eine höhere Polpaarzahl als bei Radialflussmaschinen ausgeführt werden kann. Andererseits haben Untersuchungen ergeben, dass die Drehmomentwelligkeit (Pendelmomente und Rastmomente) bei Transversalflussmaschinen relativ hoch ist. Mit der Drehmo- mentwelligkeit sind auch stärkere Oszillationen der Radial¬ kräfte verbunden. Zudem haben Transversalflussmaschinen typischerweise eine höhere Geräuschentwicklung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Ma- schine mit einem Rotor und einem Stator bereitzustellen, die eine geringere Drehmomentwelligkeit aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Reduzierung der Drehmo- mentwelligkeit wird dadurch erreicht, dass wenigstens in ei¬ nem Statorpol wenigstens eine Nut vorgesehen ist, die quer zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet ist. Aufgrund der Nut wird die Drehmomentwelligkeit reduziert. In einer weiteren Ausführungsform ist die Nut im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet. Durch die senkrechte Anordnung wird eine besondere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht. In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Nut über die gesamte Länge der Statorfläche, die den Permanentmagneten zugewandt ist. Auf diese Weise wird die gesamte wirksame Län- ge des Statorpols zur Anordnung der Nut ausgenutzt.
In einer weiteren Ausführungsform weisen benachbarte Statorpole in der Bewegungsrichtung des Rotors einen festgelegten Abstand voneinander auf, wobei die Nut den festgelegten Ab- stand als Breite aufweist. Auf diese Weise wird ein Ausgleich für die Abstände der Statorpole mit Hilfe der Nut erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Nut eine Tiefe auf, die im Wesentlichen einer Breite der Nut in der Bewe- gungsrichtung entspricht. Versuche haben gezeigt, dass diese Dimensionierung eine besonders effiziente Reduzierung der Drehmomentwelligkeit bewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Nut im Quer- schnitt der Bewegungsrichtung des Rotors gesehen zwei gegenü¬ berliegende, parallele Seitenflächen auf, die in eine Boden¬ fläche übergehen, wobei die Bodenfläche der Nut parallel zu einer Frontfläche des Statorpols angeordnet ist, die dem Per¬ manentmagneten des Rotors zugewandt ist, und in der die Nut angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Nut im Querschnitt eine U-Form mit abgerundeten Übergängen zwischen den Seitenwänden und der Bodenfläche auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist ein Statorpol zwei parallel angeordnete Nuten auf. In einer weiteren Ausführungsform weist der Statorpol drei parallel angeordnete Nuten auf .
In einer weiteren Ausführungsform ist der Statorpol in Form eines Blechpaketes ausgebildet, wobei mit Hilfe unterschied¬ lich großer Bleche die Nut realisiert ist. In einer weiteren Ausführungsform ist der Statorpol aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial hergestellt. Als weichmag¬ netische Komposite werden beispielsweise Kunststoffe verwen¬ det, die mit magnetischen Füllstoffen wie z. B. Eisenpartikeln, Nickelpulver, Nickelzinnpulver oder Metglas (amorphe FeCoB-Legierung) versehen sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Permanentmagnete schräg zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet. Dadurch wird eine weitere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit er¬ reicht .
In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Reihen von Permanentmagneten nebeneinander in der Bewegungsrichtung angeordnet, wobei die Permanentmagnete der zwei Reihen in der Bewe¬ gungsrichtung des Rotors gegeneinander versetzt angeordnet sind. Auch dadurch wird eine Reduzierung der Drehmomentwel¬ ligkeit erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Permanentmagnete in der Bewegungsrichtung des Rotors in der Weise angeordnet, dass die Magnetfeldrichtung in der Ebene senkrecht zur Drehebene des Rotors von Permanentmagnet zu Permanentmagnet die Richtung jeweils um 90° ändert. Auch dadurch wird die Wellig¬ keit des Drehmoments reduziert.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
Figur 1 einen schematisehen Querschnitt durch eine elektri- sehe Maschine,
Figur 2 einen Ausschnitt aus einem Stator, Figur 3 eine schematische Teildarstellung einer ersten Ausführungsform einer Maschine,
Figur 4 eine Draufsicht auf die Anordnung der Permanentmagne¬ te der ersten Ausführungsform der Maschine von Figur 3, Figur 5 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Maschine,
Figur 6 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Anord¬ nung der Permanentmagnete des Rotors der Figur 5,
Figur 7 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung der Per- manentmagnete eines Rotors,
Figur 8 eine schematische Draufsicht der Anordnung der Figur 7,
Figur 9 eine schematische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrischen Maschine,
Figur 10 eine schematische Draufsicht auf die Permanentmagne¬ te der Anordnung der Figur 9, und
Figur 11 eine weitere Ausführungsform eines Stators zeigt .
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 1 in Form einer
Transversalflussmaschine mit einem innen liegenden Rotor 2, der um eine Drehachse 3 drehbar gelagert ist. Der Rotor 2 ist von einem außen liegenden ringförmigen Stator 4 mit einer Spule in Form einer konzentrischen Ständerspule 5 umgeben, die beispielsweise als einphasige ringförmige Ständerspule ausgebildet ist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Arten von Spulen verwendet werden.
Der Rotor 2 weist an seiner radialen Außenseite Permanentmag¬ nete 6 auf, die unterschiedliche Polungsrichtungen aufweisen und radial verteilt um den kreisscheibenförmigen Rotor 2 angeordnet sind. Der Stator 4 weist auf einer Innenseite, die dem Permanentmagneten 6 zugewandt ist, Statorpole auf. Der Stator 4 stellt einen Einzelstator mit transversaler Flussführung dar. Figur 1 zeigt eine Transversalflussmaschine mit einem Stator 4 mit einer Statorphase. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch mehrere Statorphasen vorgesehen sein. Beispielsweise können mehrere Statoren 4 und zugeordnete Ro- toren 2 vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Teildarstellung einen Blick auf die Innenseite des Stators 4 mit zwei Statorpolen 7, 8. Die Statorpole 7, 8 sind nebeneinander und in einer Ebene angeordnet. Die Statorpole 7, 8 sind über Statorjoche 9, 10 mit einem Statorring 11 verbunden. Der Statorring 11 ist ringförmig ausgebildet und umgibt den Rotor 2, wobei die Statorpole 7, 8 in radialer Richtung auf die Drehachse 3 in Richtung auf die Permanentmagnete 6 des Rotors 2 ausgerichtet sind. Die Statorpole 7, 8 weisen Statorflächen 12, 13 auf, die den Permanentmagneten 6 zugewandt sind und vorzugsweise parallel zu einer Mantelfläche des Rotors 2, die durch die Permanentmagnete 6 gebildet wird, angeordnet sind. In den Statorflächen 12, 13 sind Nuten 14, 15 angeordnet. Die darge- stellten Statorpole 7, 8 sind in Form von sogenannten Klauenpolen ausgebildet, die konisch zulaufende Statorflächen 12, 13 aufweisen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Statorpole 7, 8 auch identische rechteckförmige Sta¬ torflächen 12, 13 aufweisen. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform der Klauenpolmaschine be¬ schränkt. Die Erfindung kann auch auf andere Arten von Trans- verflussmaschinen angewandt werden. Im Unterschied zur Radialflussmaschine kann bei Transverflussmaschinen die Zahl der Rotorpole identisch mit der Zahl der Polschuhe im Stator aus- geführt sein.
Figur 3 zeigt eine schematische Teildarstellung eines Teil¬ querschnitts in der Ebene senkrecht zur Drehachse 3. Dabei sind abwechselnd ein erster und ein zweiter Statorpol 7, 8 mit einer ersten und einer zweiten Statorfläche 12, 13 darge¬ stellt. Die Statorflächen 12, 13 sind den Permanentmagneten 6 zugeordnet. In der gewählten Darstellung ist die Kreisbahn der Außenflächen der Permanentmagnete 6 zur vereinfachten Darstellung als ebene Linie dargestellt. Benachbarte Perma¬ nentmagnete 6 weisen an der radialen Außenfläche unterschied¬ liche Pole auf, deren Ausrichtung in Form von Pfeilen dargestellt ist. Zudem sind die Permanentmagnete 6 auf der radia- len Innenseite an einem Eisenjoch 16 befestigt, das ringförmig ausgebildet ist. Die Statorpole 7, 8 sind jeweils um ei¬ nen Abstand 17 beabstandet. Zudem sind die Statorpole 7, 8 im Bereich der Statorflächen 11, 12 schmäler ausgebildet als die Permanentmagnete 6.
Die Statorflächen 12, 13 weisen jeweils mindestens eine Nut 14, 15 auf. Die Nuten 14, 15 können unterschiedliche Breiten und/oder unterschiedliche Tiefen aufweisen. Die Breite wird in der Bewegungsrichtung des Rotors 2 gesehen. Gute Effekte zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit wurden durch Nuten
14, 15 erreicht, die annähernd so breit sind wie die Abstände 17, die die Statorpole 7, 8 in der Bewegungsrichtung des Rotors beabstandet sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können Nuten 14, 15 auch schmäler oder breiter aus- gebildet sein. Zudem haben sich gute Werte für die Reduzie¬ rung der Drehmomentwelligkeit dadurch ergeben, dass die Nuten 14, 15 annähernd so tief wie breit sind. Abhängig von der ge¬ wählten Ausführungsform können die Nuten im Querschnitt senkrecht zur Drehachse des Rotors eine eckige oder eine abgerun- dete U-Form aufweisen.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die Außenseite der Perma¬ nentmagnete 6 des Rotors 3, wobei Grenzen 18 zwischen den Permanentmagneten 6 eingezeichnet sind. Die Bewegungsrichtung ist mit einem Pfeil 24 eingezeichnet. Zudem sind projizierte Flächen 19 der Abstände 17 als einfache Schraffur eingezeichnet. Weiterhin sind zweite Flächen 20 als gekreuzte Schraffur eingezeichnet, die der projizierten Fläche der ersten und der zweiten Nut 14, 15 entsprechen. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, sind die Flächen der projizierten Fläche 19 der Abstände 17 und die projizierte zweite Fläche 20 der Nuten 14, 15 gleich groß. In der Anordnung der Figur 3 sind die Magnete parallel zur Drehachse 3 angeordnet. Die Permanentmagnete 6 des Rotors 2 sind vorzugsweise in der Weise ausgeführt, dass sie die Summe der Tangentialkräfte im Rotor aufheben. Dies gilt für die Reluktanzkräfte, die zwi- sehen den Permanentmagneten einer Phase und dem Eisenkern einer Phase wirken. Aufgrund der Permanentmagnetanordnung wird ein sinusförmiger Magnetfluss erzeugt.
Figur 5 zeigt eine weitere Anordnung von Permanentmagneten 6 des Rotors 2, die entgegen der Ausführungsform der Figuren 3 und 4 nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung 24, sondern in einem Winkel schräg dazu angeordnet sind.
Figur 6 zeigt die Draufsicht auf die Permanentmagnete der Fi- gur 5. In Figur 6 sind die Grenzen 18 zwischen den benachbarten Permanentmagneten 6 eingezeichnet. Zudem sind die proji¬ zierte erste Fläche 19 der Abstände 17 und die projizierten zweiten Flächen 20 der Nuten 14, 15 eingezeichnet. Durch die schräge Anordnung der Permanentmagnete 6 kann eine weitere Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht werden.
Figur 7 zeigt eine weitere Anordnung von Permanentmagneten 6, wobei in dieser Ausführungsform zwei Reihen von Permanentmagneten nebeneinander angeordnet sind. Die erste und die zweite Reihe 21, 22 weisen jeweils aneinander angrenzend Permanent¬ magnete 6 mit unterschiedlichen Polarisierungen auf. Zudem sind die Grenzen 18 zwischen den benachbarten Permanentmagneten 6 eingezeichnet. Entlang der Drehrichtung 24 wechselt die magnetische Polung der benachbarten Permanentmagnete 6.
Figur 8 zeigt die Draufsicht auf die Permanentmagnete 6 von Figur 7. Wie aus Figur 8 erkennbar ist, sind die Grenzen 18 zwischen den Permanentmagneten 6 der zwei Reihen 21, 22 von Permanentmagneten gegeneinander verschoben. Auch dadurch wird eine Reduzierung der Drehmomentwelligkeit erreicht.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Maschine 1, bei der der Rotor 2 ein Halbachsystem als Permanentmagnetan- Ordnung aufweist. Bei einer einfachen Ausführung des Halbachsystems weisen benachbarte Permanentmagnete 6 jeweils eine Magnetpolung auf, die von Permanentmagnet zu Permanentmagnet sich jeweils um 90° im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhr- zeigersinn ändert. Die Permanentmagnete 6 sind in dieser Aus¬ führungsform auf einem nichtmagnetischen Joch 23 angeordnet. Die Magnetisierungsrichtung ist in Form von Pfeilen dargestellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können eine oder zwei Reihen 21,22 der in der Halbachanordnung ange- ordneten Permanentmagnete 6 vorgesehen sein.
Figur 10 zeigt eine Anordnung mit zwei Reihen 21, 22 von Permanentmagneten gemäß dem Halbachsystem der Figur 9. Auch durch diese Anordnung kann eine weitere Reduzierung der Dreh- momentwelligkeit erreicht werden.
Die Permanentmagnete 6 weisen vorzugsweise die gleiche Breite in der Bewegungsrichtung 24 des Rotors 2 auf, wie in Figur 9 dargestellt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel än- dert sich die Polung der Permanentmagnete entgegen dem Uhrzeigersinn jeweils um 90°.
In Figur 10 sind eine erste und eine zweite Reihe 21, 22 von Permanentmagneten dargestellt, die im Halbachsystem gemäß Fi- gur 10 angeordnet sind. Bei den zwei Reihen 21, 22 sind die Grenzen 18 benachbarter Permanentmagnete einer Reihe 21, 22 gegenüber den Grenzen benachbarter Permanentmagneten seitlich versetzt angeordnet. In Figur 10 sind die projizierten ersten Flächen 19 der Abstände 17 und die projizierten zweiten Flä- chen 20 der Nuten 14, 15 eingezeichnet.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können in einer Statorfläche des Statorpols auch zwei oder mehr Nuten einge¬ bracht werden. Die Nuten sind dabei vorzugsweise parallel zu- einander und parallel zur Drehachse 3 ausgerichtet. Bei der Anordnung von mehr als zwei Nuten kann die Breite der Nuten einer Statorfläche in der Weise gewählt sein, dass die Summe der Breite der Nuten in der Bewegungsrichtung 24 der Breite eines Abstands 17 entspricht.
Figur 11 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weite- re Ausführungsform eines Stators 4, der zwei Statorpole 7, 8 aufweist, deren Statorflächen 12, 13 rechteckigförmig ausgebildet sind. Zudem sind an den Statorflächen 12, 13 jeweils zwei Nuten 14, 15 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch mehr als zwei Nuten 14, 15 in ei- ner Statorfläche 12, 13 eines Statorpols 7, 8 angeordnet sein. Die Statorflächen 12, 13 sind parallel zur Drehachse des Rotors angeordnet.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Stator- pole 7, 8 in Form von Blechpakten geschichtet ausgebildet sein. Dabei können die Bleche des Blechpakets in der Weise dimensioniert sein, dass die Breite einer Nut 14, 15 einer ein- bzw. vielfachen Dicke eines Bleches entspricht und die Nuten durch unterschiedlich geformte Bleche realisiert sind.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Stator einer Maschine 1 in Form eines weichmagnetischen Komposits realisiert sein . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Anstelle der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausbildung des Stators in Form einer Klauenpolstruktur können auch andere Formen des Stators und andere Formen des Rotors, insbeson- dere andere Anordnungen der Permanentmagnete verwendet wer¬ den. Weiterhin kann anstelle eines innen liegenden Rotors auch die Ausbildung einer elektrischen Maschine mit einem außen liegenden Rotor und einem innen liegenden Stator verwen- det werden. Zudem kann die Erfindung auch bei Linearmotoren in analoger Weise eingesetzt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die elektrische Maschine als Elekt¬ romotor oder als Generator ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor Permanentmagnete auf¬ weist, wobei der Stator eine Spule und Statorpole aufweist, wobei die Statorpole den Permanentmagneten des Rotors zuge- ordnet sind, wobei wenigstens ein Statorpol eine Nut auf¬ weist, die quer zur Bewegungsrichtung des Rotors angeordnet ist .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (1) mit wenigstens einem Rotor (2) und mit wenigstens einem Stator (4) mit wenigstens einer Sta- torphase, wobei der Rotor (2) Permanentmagnete (6) aufweist, wobei der Stator (4) eine Spule (5) und Statorpole (7, 8) aufweist, wobei die Statorpole (7, 8) Statorflächen (12, 13) aufweisen, die den Permanentmagneten (6) des Rotors zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Statorflä- che (12, 13) eine Nut (14, 15) aufweist, die quer zur Bewe¬ gungsrichtung (24) des Rotors (2) angeordnet ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14, 15) im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung (24) des Rotors (2) angeordnet ist.
3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (14, 15) über die gesamte Länge der Statorfläche (12, 13) des Statorpols (7, 8) er- streckt.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Statorpole (7, 8) in der Bewe¬ gungsrichtung einen festgelegten Abstand (17) voneinander aufweisen, und dass die Nut (14, 15) eine Breite aufweist, die im Bereich des festgelegten Abstandes liegt.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14, 15) eine Tiefe aufweist, die im Wesentlichen einer Breite der Nut in der Bewegungsrichtung (24) entspricht.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut im Querschnitt in der Bewegungsrich- tung des Rotors gesehen u-förmig ausgebildet ist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (6) schräg zur Bewegungs¬ richtung (24) des Rotors (2) angeordnet sind.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass wenigstens zwei Reihen (21, 22) von Permanent¬ magneten (6) nebeneinander in der Bewegungsrichtung am Rotor (2) angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete (6) der zwei Reihen (21, 22) in der Bewegungsrichtung (24) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bewegungsrichtung (24) auf dem Rotor (2) eine Reihe (21, 22) von Permanentmagneten (6) angeordnet ist, dass benachbarte Permanentmagnete (6) unterschiedliche magnetische Polungsrichtungen aufweisen, wobei die Polungs¬ richtungen der Permanentmagnet abwechselnd in Richtung auf den Stator und in Richtung weg vom Stator gepolt sind.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Statorpol (7, 8), zwei oder mehr pa¬ rallele Nuten (14, 15) aufweist.
11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Statorpol (7, 8) in Form eines Blech¬ paketes aus Schichten ausgebildet ist, wobei die Nut durch unterschiedlich geformte Schichten realisiert ist.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Statorpol (7, 8) aus einem weichmagne¬ tischen Composite-Material hergestellt ist.
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