DE60123726T2 - Hybrider synchronmotor mit ringförmiger wicklung - Google Patents

Hybrider synchronmotor mit ringförmiger wicklung Download PDF

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Description

  • Bereich der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Synchron-Motor mit ringförmiger Wicklung mit einem Rotor und einem Stator. Im besonderen betrifft die Erfindung einen vielphasigen Hybrid-Synchron-Motor, der ein größeres Drehmoment bezogen auf das Gewicht der Maschine ermöglicht als konventionelle Motoren mit einer ähnlichen Konstruktion.
  • Stand der Technik
  • Hybride elektrische Maschinen sind Stufenmotoren mit eingebauten Permanentmagneten, die die magnetischen Felddichte im Luftspalt erhöhen. Spezialkonstruktionen derartiger Motoren sind bereits bekannt. Eine derartige Konstruktion weist gezahnte Eisenringe sowohl im Stator als auch im Rotor auf, wobei die Statorspulen wie bei vielen anderen Stufenmotoren gewickelt sind und typischerweise drei Phasen aufweisen. Darüber hinaus sind starke Permanentmagnete in Form von Scheiben zwischen Eisenblättern (Lamellen) des Stators eingesetzt und in Axialrichtung dergestalt magnetisiert, daß ein Magnetfluß der Permanentmagneten quer über die Eisenblätter und der Magnetfluß der Spulen längs der Blätter in Längsrichtung verläuft. Bei einer derartigen Konstruktion kann eine relativ große Magnetfelddichte im Luftspalt erzielt werden und demzufolge ein großes Drehmoment pro Gewicht der Maschine.
  • Bei einer anderen Konstruktion sind die Motoren mit einem doppelten Luftspalt zwischen Rotor und Stator versehen, d. h. mit einem inneren Luftspalt und einem äußeren Luftspalt. Die Motoren haben einen Rotorring mit Zähnen sowohl auf dem inneren als auch auf dem äußeren Umfang und enthalten zwei Statorringe, einen inneren und einen äußeren Statorring. Jeder dieser beiden Statorringe ist in seiner Konstruktion ähnlich der vorstehend beschriebenen Konstruktion, so daß die Anzahl der Spulen verdoppelt ist und gleichermaßen die Anzahl der Permanentmagneten.
  • Die Motoren gemäß den vorstehend beschriebenen strukturellen Lösungen haben ein relativ gutes Drehmoment pro Gewicht. Die vorstehend beschriebene zweite Konstruktion liefert ein doppeltes Drehmoment, da die aktive Oberfläche beim Luftspalt auch verdoppelt ist. Jedoch geht diese Ausführungsform mit dem Mangel einher, daß der Motor eine doppelte Anzahl an Statorspulen und eine doppelte Anzahl an Statorpermanentmagneten benötigt, was dazu führt, daß sich die Ohmschen Verluste in den Spulen ebenfalls verdoppeln. Folglich bestand ein Bedarf an gattungsgemäßen weiteren Hybrid-Synchron-Motoren mit einem großen Drehmoment pro Gewicht bei Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung demzufolge ist die Schaffung eines hybriden Vielphasen-Synchron-Motors mit doppelten (inneren und äußeren) Luftspalten, dergestalt, daß ein größeres Drehmoment pro Gewicht der Maschine erzielt wird, als dies bei konventionellen Motoren mit einer ähnlichen Konstruktion möglich ist, und welcher eine höhere Magnetfelddichte im Luftspalt durch Verbinden des transversalen Magnetflusses der Permanentmagneten mit dem longitudinalen Magnetfluß der Statorspulen erzeugt.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein hybrider Vielphasen-Synchron-Motor mit einer ringförmigen Wicklung und mit einem Rotor und einem Stator gemäß dem unabhängigem Anspruch 1 geschaffen wird.
  • Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen kennzeichnen sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche 2 bis 6.
  • Insbesondere umfaßt ein Hybrid-Synchron-Motor mit ringförmiger Wicklung einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor eine innere Rotoranordnung und eine äußere Rotoranordnung besitzt, der Stator zumindest eine Anordnung koaxial versetzter ferromagnetischer Ringe aufweist, welche sowohl an ihren inneren als auch an ihren äußeren Umfängen gezahnt sind, und die Anordnung mit einer vielphasigen Ringspule aus Spulensegmenten versehen ist, und jedes Spulensegment über einer Reihe von Spalten zwischen aufeinander folgenden Statorzähnen verteilt ist, so daß alle oder nahezu alle Spalte zwischen aufeinander folgenden Statorzähnen mit Kupferdraht gefüllt sind.
  • Demzufolge umfaßt der Stator zumindest eine Anordnung aus koaxial versetzten ferromagnetischen Ringen, welche sowohl auf ihren inneren als auch auf ihren äußeren Umfängen gezahnt sind, wobei die Anordnung mit einer Vielphasen-Ringspule versehen ist, und die Spulensegmente so gefertigt sind, daß der Spulendraht zwischen den Zähnen liegt.
  • Der erfindungsgemäße Hybrid-Synchron-Motor weist eine große Magnetflußdichte im Luftspalt infolge des transversalen Magnetflusses der Permanentmagneten in Verbindung mit dem longitudinalen Magnetfluß der Spulen und einer hoch aktiven Oberfläche beim Luftspalt aufgrund verdoppelter (innerer und äußerer) Luftspalte auf, und enthält dennoch nur einen einzigen Satz an Statorspulen. Da lediglich eine geringe Anzahl an Bauteilen verwendet und konventionelle Herstellungstechniken angewandt werden können, ist der Motor preiswert in der Konstruktion. Ferner weist der Motor einen sehr guten energetischen Wirkungsgrad infolge lediglich kleiner Ohmscher Verluste in den Spulen auf.
  • Im besonderen umfaßt ein Hybrid-Synchron-Motor mit ringförmiger Wicklung einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator zumindest eine Anordnung koaxial versetzter ferromagnetischer Ringen aufweist, welche sowohl an ihren inneren als auch an ihren äußeren Umfängen gezahnt sind, und die Anordnung mit einer vielphasigen Ringspule versehen ist, welche aus Spulensegmenten so gefertigt ist, daß ein Spulendraht zwischen den Zähnen liegt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung hat eine Mehrzahl von Statoranordnungen eine gemeinsame Ringspule, welche um all diese herum gleichzeitig ausgebildet wird, wobei die gemeinsame Ringspule herumgewickelt oder aus U-förmigen Kupferteilen zusammengesetzt ist.
  • Ferner ist bei der vorliegenden Erfindung ein Paar innerer und äußerer Rotoranordnungen an jeder Statoranordnung befestigt, wobei jede Statoranordnung zwei koaxial versetzte Rotorringe umfaßt, und jeder Rotorring mit Rotorpolen in Form von Zähnen ausgebildet ist, welche längs einer Umfangsrichtung gleichen Abstand besitzen, so daß die Pole eines jeden Rings der Rotorringe um eine halbe Rotorteilung relativ zu den Polen des anderen zugehörigen Rings der Rotorringe winklig verschoben sind.
  • Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Erfindung entweder eine axial magnetisierte Scheibe zwischen den gezahnten Statorringen einer jeden Anordnung eingesetzt, oder es sind zwei derartige Scheiben zwischen den angrenzenden gezahnten Rotorringen eingesetzt, wobei die Scheibe oder die Scheiben in den inneren und äußeren Luftspalten zwischen Rotor und Stator einen transversalen Magnetfluß erzeugen.
  • Außerdem haben bei der vorliegenden Erfindung vier Sätze an Rotorpolen die gleiche Polzahl, und es haben vier Sätze an Statorpolen auch die gleiche Polzahl, wobei jedoch im Falle des gleichen Abstands der Statorpole längs einer Umfangsrichtung die beiden Polzahlen geringfügig verschieden sind.
  • Zuweilen sind bei der vorliegenden Erfindung die Spalte zwischen Rotor und Stator mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise einer ferromagnetischen Flüssigkeit, gefüllt, welche einen Wärmetransport vom Motorinneren verbessert und mechanische Schwingungen verringert.
  • Im Vergleich zur vorliegenden Erfindung beschreibt der Stand der Technik nach den JP-Dokumenten [Patent abstracts of Japan vol. 009, no. 031 (E-295), 9 February 1985 (1985-02-09) & JP 59 175370 A (Fujitsu KK), 4 October 1984 (1984-10-04)] einen Vielphasen-Synchron-Motor mit Segmenten einer Ringspule, die um den Statorring gewickelt ist, und mit Statorzähnen auf dem inneren und auf dem äußeren Umfang des Statorrings. Obgleich der Motor eine Mehrzahl an diskreten Spulensegmenten aufweist, die auf einer Umfangsoberfläche des Stators angeordnet sind, sind die Leerstellen zwischen den meisten der Statorzähne nicht mit Kupferdraht eingelegt – wie das bei der Erfindung der Fall ist. Die Spulensegmente sind nur innerhalb begrenzter Bereiche konzentriert. Demzufolge ist in den Be reichen mit Spulen die Statordicke in radialer Erstreckung deutlich reduziert. Folglich ist auch der Statorfluß verringert und auch das maximal erreichbare Motordrehmoment. Im Gegensatz hierzu hat der erfindungsgemäße Motor Spulensegmente, die bei den meisten Spalten zwischen Statorzähnen verteilt sind, so daß es nicht nötig ist, die Statordicke in radialer Erstreckung zu reduzieren. Das erzielbare Drehmoment ist viel größer.
  • Kurze Figurenbeschreibung
  • Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Drei-Phasen-Hybrid-Synchron-Motors gemäß der Erfindung mit ringförmiger Wicklung, teilweise im Querschnitt,
  • 2 einen Querschnitt eines Beispiel A der Motoranordnung gemäß der Erfindung,
  • 3 eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Drei-Phasen-Wicklung mit elektrischen Anschlüssen für drei Phasen (A, B, C) einer Stromquelle,
  • 4 eine Seitenansicht (die Seite mit elektrischen Anschlüssen), gesehen in einer Längsrichtung der ringförmigen Drei-Phasen-Wicklung der 3,
  • 5 eine Seitenansicht (die Seite ohne elektrische Anschlüsse), gesehen in einer Längsrichtung der ringförmigen Drei-Phasen-Wicklung der 3,
  • 6 eine Schnittansicht mit Darstellung einer Relativposition gezahnter Eisenringe von Rotor und Stator (Beispiele A und B),
  • 7 eine perspektivische Ansicht eines Hybrid-Synchron-Motors mit doppelter Statoranordnung und gemeinsamer Ringwicklung gemäß der Erfindung, teilweise im Querschnitt,
  • 8 eine Schnittansicht mit Darstellung einer Rotoranordnung eines Hybrid-Synchron-Motors mit ringförmiger Wicklung eines Beispiels B gemäß der Erfindung,
  • 9 eine Schnittansicht mit Darstellung einer Rotoranordnung eines Hybrid-Synchron-Motors mit ringförmiger Wicklung eines Beispiels C gemäß der Erfindung, und
  • 10 eine Schnittansicht eines Beispiels C mit Darstellung einer Relativposition gezahnter Eisenringe von Rotor und Stator.
  • Bevorzugte Ausführungsvariante zur Durchführung der Erfindung
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen wird nun die Erfindung im einzelnen beschrieben.
  • Die 1 und 2 veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel (Beispiel A) eines hybriden Synchron-Motors mit ringförmiger Wicklung gemäß der Erfindung, und 3 zeigt genauer die wesentlichen Komponenten seines Stators. An der einen Seite eines Statorankers 1 dieses Motors ist zumindest eine Anordnung 7 befestigt. Jede Anordnung besitzt zwei ge zahnte Ringe 2, 3 aus ferromagnetischem Material, die mit Statorpolen 2a, 2b, 3a, 3b und einer magnetisierten Scheibe 4 zusammengepaßt sind. Die gezahnten Ringe 2, 3 und die magnetisierte Scheibe 4 können mit Hilfe von Schrauben 5 zusammen gehalten werden, wie dies in den 1 und 3 gezeigt ist. Die gezahnten Ringe 2, 3 sind in der Anordnung so platziert, daß sich deren äußere Pole 2b, 3b in der gleichen Winkelposition befinden, wie dies in den 1 und 3 dargestellt ist. Das gleiche trifft auf die inneren Pole 2a, 3a zu. Die Scheibe 4 ist so magnetisiert, daß ein Magnetfluß erzeugt wird, der entweder vom gezahnten Ring 2 zum gezahnten Ring 3 oder in umgekehrter Richtung gerichtet werden kann. Jeder gezahnte Ring 2, 3 kann aus Silizium-Eisen-Lamellen durch normale Produktionstechniken wie bei konventionellen Motoren hergestellt werden.
  • Eine Statorspule 6 ist ringförmig um die Statoranordnung 7 gewickelt, so daß der Draht 8 der Spule 6 viele Male die Statoranordnung 7 in einer Weise umschließt, die sehr ähnlich der Wicklung von Ringtransformatoren ist. Der Draht 8 folgt den Spalten 9a, 9b, 10a, 10b zwischen den entsprechenden Statorpolen 2a, 2b, 3a, 3b und füllt diese dergestalt, daß der Draht 8 an keiner Stelle aus den Spalten hervorsteht. In jedem der vier Spalte 9a, 9b, 10a, 10b können eine bis mehrere Windungen des Drahtes 8 liegen.
  • Die Statorspule 6 ist entlang des gesamten Umfangs der Anordnung 7 in gleiche Segmente 11 geteilt. Jedes Segment 11 ist mit einer der Phasen des elektrischen Vielphasen-Stroms verbunden, so daß die aufeinander folgenden Segmente 11 mit den aufeinander folgenden elektrischen Phasen verbunden sind. In den 3, 4 und 5 sind Beispiele einer Drei-Phasen-Wicklung gezeigt. Die sechs Segmente 11a entsprechend der er sten Phase (Phase A) können elektrisch in Reihe wie in 4 dargestellt angeschlossen werden, und in gleicher Weise auch die sechs Segmente 11b entsprechend der zweiten Phase, wie auch die sechs Segmente 11c entsprechend der dritten Phase.
  • Es werden nun die sechs Segmente 11a betrachtet. Ersichtlich können diese in drei Paare (12a, 12b, 12c) geteilt werden. In jedem dieser Paare gibt es ein Segment mit einem Draht 8, der die Statoranordnung in positiver Richtung umschließt, und ein Segment mit einem Draht 8, der die Statoranordnung in negativer Richtung umschließt. Bezeichnet man die Anzahl der Paare mit L, dann beträgt in den in den 3, 4 und 5 gezeigten Fällen L = 3.
  • Die Enden der Vielphasen-Spule 6 führen durch den Statoranker 1 zu elektrischen Kontakten 13 mit einer Vielphasen-Stromquelle. Das Kontaktpaar für die Phase A ist in 4 mit A+/A– bezeichnet.
  • An einem Rotoranker 15, der mit dem Statoranker über ein Kugellager 29 verbunden ist, ist eine innere Rotoranordnung 16a und eine äußere Rotoranordnung 16b befestigt. Die innere Rotoranordnung 16a besteht aus zwei gezahnten Ringen 17a, 18a aus ferromagnetischem Material in einer Befestigung mit gleich beabstandeten Rotorpolen 19a, 20a und einer ferromagnetischen Scheibe 21a. In ähnlicher Weise besteht auch die äußere Rotoranordnung 16b aus zwei gezahnten Ringen 17b, 18b aus ferromagnetischem Material in einer Befestigung mit gleich beabstandeten Rotorpolen 19b, 20b und einer ferromagnetischen Scheibe 21b.
  • Die gezahnten Ringe 17a, 18a und die ferromagnetische Scheibe 21a können durch festes Pressen in den Rotoranker 15 zusammengehalten werden, wie dies in 1 gezeigt ist. Die gezahnten Ringe 17a, 18a in der Anordnung 16a sind so platziert, daß deren Pole 19a, 20a gegenseitig verschoben sind, wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist. Jeder der gezahnten Ringe 17a, 18a kann aus Silizium-Eisen-Lamellen durch normale Produktionstechniken wie bei konventionellen Motoren hergestellt werden. Alle vorgenannten Segmente lassen sich auch auf die äußere Rotoranordnung 16b in entsprechender Weise anwenden.
  • Eine relative Axialposition aller Rotor- und Statorringe ist in 2 gezeigt, in der eine zentrale Achse des Motors mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist. Der Statorring 2 ist in magnetischer Verbindung mit den Rotorringen 17a, 17b, und der Statorring 3 ist in magnetischer Verbindung mit den Rotorringen 18a, 18b. Die elektrischen Leitungen sind in dieser Abbildung nicht gezeigt.
  • Die vier Sätze an Rotorpolen 19a, 19b, 20a, 20b haben die gleiche Anzahl an Polen (die als Anzahl Kr bezeichnet wird). Die vier Sätze an Statorpolen 2a, 2b, 3a, 3b haben ebenfalls die gleiche Anzahl an Polen (die als Anzahl Ks bezeichnet wird). Wenn die Statorpole, wie die Rotorpole, auch gleichen Abstand besitzen (wie dies in den Beispielen der 1 bis 4 der Fall ist), dann sollten die Anzahl Ks und die Anzahl Ks nicht gleich sein; die Differenz ist exakt die zuvor genannte Anzahl L.
  • Die 6 veranschaulicht die Relativposition der Statorpole 2a, 2b und Rotorpole 19a, 19b in einem ausgewählten Beobachtungzeitpunkt, in einem bestimmten Längsschnitt durch die Rotorringe 17a, 17b und durch den Statorring 2. Aufgrund der Differenz zwischen Kr und Ks (diese Differenz ist mit L bezeichnet) befinden sich auf dem Umfang L Bereiche (im vorliegenden Fall L = 3), in denen die Rotor- und Statorpole zusammenfallen, und L Bereiche, in denen diese Pole nicht zusammenfallen. Zwischen den Bereichen des Zusammentreffens 23 und den Bereichen des Nicht-Zusammentreffens 24 gibt es Bereiche eines partiellen Zusammentreffens 25a, 25b, in denen die Rotorpole 19a, 19b bezüglich der Statorpole 2a, 2b geringfügig verschoben sind. In aufeinander folgenden Bereichen eines partiellen Zusammentreffens sind sie entweder im Uhrzeigersinn oder alternativ im Gegenuhrzeigersinn verschoben, so daß die Rotorpole in den Bereichen 25a im Uhrzeigersinn und in den Bereichen 25b im Gegenuhrzeigersinn verschoben sind.
  • Mit Bezug noch zu 6 und 1 wird das Magnetfeld im Luftspalt zwischen dem Statorring 2 und dem inneren Rotorring 17a teilweise durch den vorliegenden Magneten 4 und teilweise durch die Spule 6 erzeugt. Das gleiche trifft zu auf den Luftspalt zwischen dem Statorring 2 und dem äußeren Rotorring 17b. Diejenige Komponente des Magnetfeldes, die durch die Spule erzeugt wird, verändert sich längs des Umfangs des Luftspalts. Durch geeignete Einstellung der elektrischen Phasen des Dreiphasen-Stroms in den Spulensegmenten 11 ist es möglich, daß in jedem ausgewählten Beobachtungszeitpunkt das Magnetfeld im Luftspalt zwischen dem Statorring 2 und dem inneren Rotorring 17a am stärksten gerade in den Bereichen 25b ist. Das gleiche trifft zu auf das Magnetfeld im Luftspalt zwischen dem Statorring 2 und dem äußeren Rotorring 17b.
  • Infolge eines derartigen gewichtigen magnetischen Zustands ziehen die Statorpole 2a, 2b die Rotorpole 19a, 19b im Uhrzeigersinn an. Dadurch wird der Rotor im Uhrzeigersinn be wegt, und sowie er einen kleinen Bruchteil einer Drehung im Uhrzeigersinn macht, verschieben sich die Bereiche des partiellen Zusammentreffens 25b beträchtlich längs des Umfangs (auch im Uhrzeigersinn, wenn Kr größer als Ks ist, wie dies gemäß 6 der Fall ist).
  • In diesem neuen Augenblick kann erreicht werden, daß durch den Wechsel der elektrischen Phasen des Dreiphasen-Stroms das Magnetfeld im Luftspalt zwischen dem Statorring 2 und dem inneren Rotorring 17a gerade in den neuen Bereichen 25b wieder am stärksten ist. Das gleiche trifft auf das Magnetfeld im Luftspalt zwischen Statorring 2 und äußerem Rotorring 17b zu. Ein sehr ähnliches Bild gilt auch für eine andere Hälfte der aktiven Motorteile, nämlich für den Statorring 3 und die Rotorringe 18a, 18b.
  • Auf diese Weise beginnt sich der Rotor zu bewegen. Während eines einzigen Zyklus des elektrischen Dreiphasen-Stroms in der Spule 6 dreht sich der Rotor um eine Rotorpolteilung vorwärts. Der fortlaufende Wechsel der elektrischen Phasen des Dreiphasen-Stroms kann durch elektrische Kommutation erzielt werden.
  • Ersichtlich können mehr als zwei oder mehrere Statoranordnungen 7 koaxial am Statoranker 1 befestigt werden, und in diesem Fall kann die Statorspule 6 um all diese gleichzeitig gewickelt werden. Dies trifft selbst auf Statoranordnungen 7 zu, die auf verschiedenen Seiten des Statorankers 1 befestigt sind.
  • 7 veranschaulicht den Stator eines derartigen Motors, bei dem zwei Statoranordnungen 7 am Statoranker 1 befestigt sind, einer auf jeder Seite, und es besitzen beide eine ge meinsame Wicklung 6. In jedem Fall gleicht die Anzahl der Rotoranordnungen 16a, 16b der Anzahl der Statoranordnungen 7. Für eine einfache Fertigung kann der ununterbrochene Draht der Spule 6 manchmal durch separate Spulenwindungen ersetzt werden. Ein derartiger Fall ist in 7 gezeigt, bei dem jede einzelne Windung aus einem U-förmigen Kupferteil 6a und einem kürzeren Kupferteil 6b besteht, die an Punkten 6c miteinander verlötet oder verschweißt sind.
  • In 8 ist ein anderes Ausführungsbeispiel (Beispiel B) des Hybrid-Synchron-Motors mit ringförmiger Wicklung gemäß der Erfindung gezeigt. (Elektrische Leitungen sind wieder nicht dargestellt). Nahezu alles ist identisch dem Beispiel A, unter der Bedingung der folgenden Ausnahmen. Die magnetisierte Scheibe 4 im Stator ist weggelassen, so daß zwei gezahnte Ringe 2, 3 dicht zusammenliegen, einander berühren (oder miteinander verschmolzen sind). Zwei ferromagnetische Scheiben 21a, 21b sind durch zwei magnetischen Scheiben 27a, 27b ersetzt, die beide in der gleichen Axialrichtung magnetisiert sind, wie dies die Pfeile in 8 anzeigen. Demzufolge sind im Beispiel B die Permanentmagneten im Rotor.
  • In 9 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel (Beispiel C) des Hybrid-Synchron-Motors mit ringförmiger Wicklung gemäß der Erfindung gezeigt (wieder ohne elektrische Leitungen). Er hat auch die Permanentmagneten im Rotor und ist nahezu identisch dem Beispiel B, mit den folgenden Ausnahmen. Zwei Scheiben 27a, 27b sind in entgegengesetzter Richtung magnetisiert, wie die Pfeile in 9 zeigen. Die innere Rotoranordnung 16a ist relativ zur äußeren Rotoranordnung 16b rund um die Motorachse um eine halbe Rotorpolteilung winklig verschoben. Auf diese Weise wird die Konfiguration für einen longitudinalen Abschnitt einer Relativposition von Rotor- und Statorpolen im Beispiel C erzielt, wie dies in 10 dargestellt ist, die sich von der Relativposition des Beispiels B (vgl. 6) geringfügig unterscheidet.
  • Der thermische Kontakt zwischen der Spule 6 und dem Motorgehäuse 1, 15, der in Motoren mit ringförmiger Spulenausbildung oft gering ist, kann durch Füllen des inneren und des äußeren Spaltes zwischen Rotor und Stator mit einer Flüssigkeit beträchtlich verbessert werden, die verschiedene Funktionen aufweist. Diese sind Ableiten der gesamten überschüssigen Wärme aus dem Motorinneren und gleichzeitig Dämpfen der gesamten unerwünschten mechanischen Schwingungen.
  • Hierfür kann eine spezielle ferromagnetische Flüssigkeit verwendet werden, die im Spalt einfach durch das Magnetfeld zwischen Rotor und Stator eingeschlossen gehalten wird. Beispiele ferromagnetischer Flüssigkeiten sind verschiedene stabile Suspensionen monodomainer magnetischer Teilchen in einem nicht-magnetischem Flüssigkeitsträger. Die Teilchen mit einer durchschnittliche Größe von ca. 10 Nanometer werden mit einem stabilisierenden Dispergiermittel beschichtet, das eine Teilchen-Agglomeration bei einem Anlegen selbst eines starken Magnetfeldgradienten an das Eisenfluid verhindert.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie vorstehend erläutert, weist der Hybrid-Synchron-Motor gemäß der Erfindung ein große Magnetfelddichte im Luftspalt infolge des transversalen Magnetflusses der Permanentmagneten in Verbindung mit dem longitudinalen Magnetfluß der Spulen und einer hoch aktiven Oberfläche beim Luftspalt aufgrund verdoppelter (innerer und äußerer) Luftspalte auf. Da er fer ner nur einen einzigen Satz an Statorspulen enthält und er lediglich eine geringe Anzahl an Bauteilen besitzt und herkömmliche Fertigungstechniken angewandt werden können, ist der Motor preiswert in der Konstruktion. Darüber hinaus besitzt der Motor einen ausgezeichneten energetischen Wirkungsgrad aufgrund lediglich kleiner Ohmscher Verluste in den Spulen.

Claims (6)

  1. Hybrid-Synchron-Motor mit ringförmiger Wicklung, mit einem Rotor und einem Stator, bei dem der Rotor eine innere Rotoranordnung (16a) und eine äußere Rotoranordnung (16b) umfaßt, der Stator zumindest eine Anordnung (7) koaxial versetzter ferromagnetischer Ringe (2, 3) aufweist, die sowohl an ihren inneren als auch an ihren äußeren Umfängen gezahnt sind, und die Anordnung (7) mit einer vielphasigen Ringspule (6) versehen ist, die aus Spulensegmenten gefertigt ist, wobei jedes Spulensegment über einer Reihe von Spalten (9a, 9b, 9c, 10a, 10b) zwischen aufeinander folgenden Statorzähnen (2a, 3a, 2b, 3b) verteilt ist, so daß alle oder nahezu alle Spalte (9a, 9b, 10a, 10b) zwischen aufeinander folgenden Statorzähnen (2a, 3a, 2b, 3b) mit Kupferdraht gefüllt sind.
  2. Hybrid-Synchron-Motor nach Anspruch 1, bei dem mehrere Statoranordnungen (7) eine gemeinsame Ringspule besitzen, die um all diese herum gleichzeitig ausgebildet wird, wobei die gemeinsame Ringspule herumgewickelt oder aus U-förmigen Kupferteilen zusammengesetzt ist.
  3. Hybrid-Synchron-Motor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Paar innerer und äußerer Rotoranordnungen (16a, 16b) an jeder Statoranordnung (7) befestigt ist, jede Rotoranordnung (16a, 16b) zwei koaxial versetzte Rotorringe (17a, 18a oder 17b, 18b) enthält, jeder Rotorring mit Rotorpolen in Form von Zähnen ausgebildet ist, die längs einer Umfangsrichtung gleichen Abstand besitzen, so daß die Pole eines jeden Rings der Rotorringe (17a, 17b) um eine halbe Rotorteilung relativ zu den Polen des anderen zugehörigen Rings der Rotorringe (18a bzw. 18b) winklig verschoben sind.
  4. Hybrid-Synchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem entweder eine axial magnetisierte Scheibe zwischen den gezahnten Statorringen (2, 3) einer jeden Anordnung (7) eingesetzt ist oder zwei derartige Scheiben zwischen den angrenzenden gezahnten Rotorringen (17a, 18a) und (17b, 18b) eingesetzt sind, und bei dem die Scheibe oder die Scheiben in den inneren und äußeren Luftspalten zwischen dem Rotor und Stator einen transversalen Magnetfluß erzeugen.
  5. Hybrid-Synchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem vier Sätze an Rotorpolen (19a, 19b, 20a, 20b) die gleiche Polzahl haben, und vier Sätze an Statorpolen (2a, 3b, 3a, 3b) auch die gleiche Pohlzahl haben, jedoch im Falle des gleichen Abstands der Statorpole längs einer Umfangsrichtung die beiden Polzahlen geringfügig verschieden sind.
  6. Hybrid-Synchron-Motor nach Anspruch 1, bei dem die Spalte zwischen Rotor und Stator mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise einer ferromagnetischen Flüssigkeit, gefüllt sind, die einen Wärmetransport vom Motorinneren verbessert und mechanische Schwingungen verringert.
DE60123726T 2000-01-14 2001-01-10 Hybrider synchronmotor mit ringförmiger wicklung Expired - Lifetime DE60123726T2 (de)

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SI200000004A SI20497B (sl) 2000-01-14 2000-01-14 Sinhronski hibridni elektriäśni stroj s toroidnim navitjem
SI200000004 2000-01-14
PCT/JP2001/000070 WO2001052388A1 (fr) 2000-01-14 2001-01-10 Moteur synchrone hybride avec enroulement annulaire

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008002106B4 (de) 2008-05-30 2019-06-27 Seg Automotive Germany Gmbh Geräuschgedämpfte elektrische Maschine

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6984914B2 (en) * 2000-12-28 2006-01-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Motor having characteristic structure in armature and disc apparatus
AU2002253352A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-11 Newage International Limited A toroidal electrical machine and an annular winding carrier therefor
WO2003007459A1 (fr) * 2001-07-09 2003-01-23 Harmonic Drive Systems Inc. Machine electrique synchrone hybride
JP3849921B2 (ja) * 2001-09-26 2006-11-22 大日本スクリーン製造株式会社 基板処理装置
DE102004021966A1 (de) * 2004-05-04 2005-12-22 Ina-Schaeffler Kg Wälzlager-Drehverbindung
JP2006191782A (ja) * 2004-12-09 2006-07-20 Yamaha Motor Co Ltd 回転電機
US7852183B2 (en) * 2005-11-14 2010-12-14 Honeywell International Inc. Power drive unit electromagnetic latch
JP4788769B2 (ja) * 2006-06-01 2011-10-05 パナソニック株式会社 電動機の固定子およびモールドモータ
US7800276B2 (en) * 2007-05-17 2010-09-21 Kurz-Kasch, Inc. Rotor assembly
US7777385B2 (en) * 2008-05-15 2010-08-17 Honeywell International Inc. Compact, electromagnetically braked actuator assembly
DE102009021540B4 (de) * 2008-10-30 2015-09-10 Leantec Motor Gmbh & Co. Kg Transversalflussmotor als Außenläufermotor und Antriebsverfahren
JP2012508549A (ja) * 2008-11-03 2012-04-05 モーター エクセレンス, エルエルシー 横方向および/またはコンミュテート式磁束システムの固定子の概念
US8395291B2 (en) 2010-03-15 2013-03-12 Electric Torque Machines, Inc. Transverse and/or commutated flux systems for electric bicycles
WO2011115634A1 (en) 2010-03-15 2011-09-22 Motor Excellence Llc Transverse and/or commutated flux systems having phase offset
US8952590B2 (en) 2010-11-17 2015-02-10 Electric Torque Machines Inc Transverse and/or commutated flux systems having laminated and powdered metal portions
WO2012067895A2 (en) 2010-11-17 2012-05-24 Motor Excellence, Llc Transverse and/or commutated flux system coil concepts
EP2641316B1 (de) 2010-11-17 2019-02-13 Motor Excellence, LLC Quer- oder mischflusssysteme mit segmentierten statorlamellen
US10022789B2 (en) 2011-06-30 2018-07-17 Persimmon Technologies Corporation System and method for making a structured magnetic material with integrated particle insulation
US10730103B2 (en) 2011-06-30 2020-08-04 Persimmon Technologies Corporation System and method for making a structured material
US10476324B2 (en) 2012-07-06 2019-11-12 Persimmon Technologies Corporation Hybrid field electric motor
US9502952B2 (en) 2012-10-12 2016-11-22 Persimmon Technologies, Corp. Hybrid motor
JP2014192958A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Sanyo Denki Co Ltd 薄型モータ
CN103178669A (zh) * 2013-04-15 2013-06-26 王新 一种横向磁通相段式无刷双馈感应电机
US9887598B2 (en) 2013-09-30 2018-02-06 Persimmon Technologies Corporation Structures utilizing a structured magnetic material and methods for making
US10570494B2 (en) 2013-09-30 2020-02-25 Persimmon Technologies Corporation Structures utilizing a structured magnetic material and methods for making
JP6609368B2 (ja) * 2016-03-09 2019-11-20 日鍛バルブ株式会社 中空単相誘導モータ
DE102017216631A1 (de) * 2017-09-20 2019-03-21 Continental Automotive Gmbh Elektrische Maschine
CN110034649B (zh) * 2019-01-23 2023-10-27 河北工业大学 一种轴向磁场磁通切换式横向磁通永磁电机
FR3100398B1 (fr) * 2019-08-27 2023-02-10 Erneo Machine électrique à bobinage torique munie d’un circuit de détection de court-circuit dudit bobinage torique.
FR3116395B1 (fr) 2020-11-13 2023-06-30 Inst Nat Polytechnique Toulouse Machine électrique tournante, manche à retour d’effort et système de propulsion associés
CN112583165B (zh) * 2020-11-26 2023-01-24 博格华纳动力驱动系统(天津)有限公司 电机定子绕组及使用其的定子、电机
KR20230018037A (ko) * 2021-07-29 2023-02-07 한온시스템 주식회사 토로이달 모터

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1604122A (en) * 1977-04-08 1981-12-02 Sony Corp Dc motors
SU873332A1 (ru) * 1979-02-15 1981-10-15 Предприятие П/Я Р-6794 Статор криогенной электрической машины
JPS59175370A (ja) * 1983-03-25 1984-10-04 Fujitsu Ltd パルスモ−タ
FR2584246B1 (fr) * 1985-06-26 1987-08-07 Alsthom Atlantique Disposition de fils de bobinage dans les encoches d'un induit d'une machine a courant continu
US4731554A (en) * 1985-11-14 1988-03-15 Allied Corporation Low profile ring-shaped motor
DE8711725U1 (de) * 1986-08-29 1987-10-15 Papst-Motoren Gmbh & Co Kg, 7742 St Georgen, De
JPS63103648A (ja) * 1986-10-17 1988-05-09 Yokogawa Electric Corp パルスモ−タ
JPS6461879A (en) 1987-08-31 1989-03-08 Juki Kk Position recognizer using pattern matching
JPH0161879U (de) * 1987-10-13 1989-04-20
US5111098A (en) * 1988-08-24 1992-05-05 Rockwell International Corporation Unitary rotational speed sensor
US5044897A (en) * 1989-07-10 1991-09-03 Regents Of The University Of Minnesota Radial drive for implantable centrifugal cardiac assist pump
US5304883A (en) * 1992-09-03 1994-04-19 Alliedsignal Inc Ring wound stator having variable cross section conductors
JP3084220B2 (ja) * 1995-12-21 2000-09-04 多摩川精機株式会社 ハイブリッド型ステップモータ
US5982070A (en) * 1996-12-27 1999-11-09 Light Engineering Corporation Electric motor or generator having amorphous core pieces being individually accomodated in a dielectric housing
US5977679A (en) * 1998-03-05 1999-11-02 Ford Global Technologies, Inc. Pole-phase modulated toroidal winding for an induction machine
US6175178B1 (en) * 1999-10-21 2001-01-16 Christopher N. Tupper Low inductance electrical machine for flywheel energy storage
US6177746B1 (en) * 1999-10-21 2001-01-23 Christopher N. Tupper Low inductance electrical machine
US6411005B1 (en) * 2000-02-11 2002-06-25 Ford Global Technologies, Inc. System to improve the torque smoothness of an electric machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008002106B4 (de) 2008-05-30 2019-06-27 Seg Automotive Germany Gmbh Geräuschgedämpfte elektrische Maschine

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Publication number Publication date
SI20497A (sl) 2001-08-31
SI20497B (sl) 2008-08-31
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US20020125775A1 (en) 2002-09-12
WO2001052388A1 (fr) 2001-07-19
EP1193845A1 (de) 2002-04-03
DE60123726D1 (de) 2006-11-23
US6700271B2 (en) 2004-03-02
EP1193845A4 (de) 2003-04-09

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