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Dokumentenidentifikation DE19544309C1 13.02.1997
Titel Transversalflußmaschine mit dreiphasiger Anspeisung
Anmelder Voith Turbo GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Wurz, Johann, Deutsch Wagram, AT;
Fehringer, Rudolf, Wien, AT
Vertreter Weitzel, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 89522 Heidenheim
DE-Anmeldedatum 28.11.1995
DE-Aktenzeichen 19544309
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.02.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.02.1997
IPC-Hauptklasse H02K 21/02
IPC additional class // B60L 15/00  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine zweiphasige Transversalflußmaschine.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Wicklungsanordnung zur dreiphasigen Anspeisung aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 (DE 35 36 538 A1).

Transversalflußmaschinen (TFM), wie sie beispielsweise aus der DE 35 36 538 A1 bekanntgeworden sind, sind in ihrer Grundform einphasige Energiewandler. Die Hauptkomponenten einer Transversalflußmaschine sind der stillstehende Ständer und ein darin drehbar angeordneter Läufer. Die für einen gewünschten Betriebspunkt der Transversalflußmaschine notwendige elektrische Energie kann auf verschiedene Art und Weise, beispielsweise mittels eines Wechselrichters, derart aufbereitet werden, daß eine Spannung variabler Amplitude, Frequenz- und Phasenlage an die Maschinenklemmen gelegt wird. Die Transversalflußmaschine erzeugt dann ein Drehmoment, das in erster Näherung sinusförmig zwischen einem Maximalwert und Null periodisch mit dem elektrischen Drehwinkel schwingt. Maschinen mit einem derartigen Verhalten können weder selbständig anlaufen, noch sind sie für den Einsatz als Antriebsaggregate geeignet. Gemäß der DE 37 05 089 A1 können zwei Transversalflußgrundmaschinen mechanisch miteinander gekoppelt und so geregelt werden, daß im Zusammenwirken beider Maschinenteile ein von der Winkellage des Rotors unabhängiges mechanisches Drehmoment erzeugt wird. Ein aus zwei prinzipiell gleichartigen Teilmaschinen (elektrischen Phasen) aufgebauter Motor bildet für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ein wirtschaftliches Optimum bezüglich Bauraum, Gewicht und Kosten. So ist beispielsweise die Verwendung einer derartigen Transversalflußmaschine als elektrischer Einzelradantrieb für Citybusse der Zukunft vorgesehen (siehe auch "Elektrischer Einzelradantrieb für Citybusse der Zukunft", in: "Der Nahverkehr" 6-1994, S. 49-57, Alba-Fachverlag, Düsseldorf).

Der zur Energieversorgung einer Motorphase notwendige Wechselrichter-Leistungsteil, wie er aus der DE 37 05 089 A1 bekanntgeworden ist, ist derart aufgebaut, daß zwischen den Potentialschienen eines Konstantspannungs-Zwischenkreises zwei schaltbare Gleichrichterhalbbrücken angeordnet sind und die Motorwicklungen an den Wechselspannungsanschlüssen der Gleichrichterhalbbrücken angeschlossen sind. Hierbei werden für die beiden Motorphasen zwei gleichartige Wechselrichterbrücken benötigt.

Nachteilig an dieser Art der Anspeisung einer zweiphasigen Transversalflußmaschine gemäß dem Stand der Technik ist, daß hierfür immer vier Wechselrichterhalbbrücken erforderlich sind.

Die US 3 629 636 zeigt einen Synchrongenerator mit einer zweiphasigen Statorwicklung S1-4, S2-3. Dabei sind die um 90° el versetzt angeordneten Stator-Teilwicklungen derart ausgebildet, daß diese einen dreiphasigen Drehstrom mit 120° Phasenverschiebung liefern. Die Maschine kann umgekehrt auch im Motorbetrieb an einem dreiphasigen Netz betrieben werden.

Die DE-PS 11 67 965 betrifft einen zweiphasigen Synchronmotor, dessen beide Wicklungen in je zwei Teilwicklungen unterteilt sind.

Auch die Maschinen der beiden zuletzt genannten Druckschriften haben die genannten Nachteile.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zweiphasige Transversalflußmaschine zur Verfügung zu stellen, die über drei Wechselrichterhalbbrücken gespeist werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Eine dreiphasige Speisung einer Transversalflußmaschine überwindet nicht nur die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik, sondern hat darüber hinaus noch weitere Vorteile. So kann durch die dreiphasige Speisung eine bestimmte Leistung über drei anstatt wie bisher über vier Zweige geschickt werden. Auf diese Art und Weise werden die Ventile des Wechselrichters besser ausgenutzt und eine kompaktere Bauweise ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine zweiphasige Transversalflußmaschine mit einer Wicklungsanordnung für eine dreiphasige Anspeisung.

Die Figur zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Transversalflußmaschine 1. Transversalflußmaschinen umfassen als wesentliche Baugruppen einen Stator sowie einen dazugehörigen Rotor, die eine Maschinenphase bilden (s.a. DE 35 36 538 A1 bzw. DE 37 05 089 A1).

Die Bezeichnung Transversalflußmaschine resultiert aus der speziellen Art der Führung des magnetischen Flusses. Bei konventionellen Maschinen mit longitudinalem Magnetkreis wird der magnetische Fluß aus dem Luftspalt über den Statorzahn und das Joch dem im Umfangsrichtung benachbarten Pol zugeführt; der Fluß wird zwischen zwei Polen in Umfangsrichtung geführt, also in Richtung der Bewegung des Rotors. In der transversalen Anordnung wird dagegen der magnetische Fluß um 90° gedreht und in einer Ebene quer (transversal) zur Bewegungsrichtung zum axial zugehörigen Pol geführt. Der Rotor besteht aus einem oder mehreren Ringen von in Umfangsrichtung alternierend magnetisierten Permanentmagneten mit dazwischenliegenden Weicheisenelementen. Die Statorbaugruppe einer Phase trägt U-förmige, geblechte Weicheisenelemente, in deren Aussparung eine Ringwicklung liegt. Das vereinfachte Ersatzschaltbild einer solchen Phase besteht aus einer Wechselspannungsquelle mit eingeprägter sinusförmiger Spannung und der Hauptinduktivität.

Als besonders vorteilhaft für verschiedene Anwendungsgebiete haben sich zweiphasige Transversalflußmaschinen wie die im Prinzipschaltbild in Fig. 1 dargestellte herausgestellt.

Diese setzen sich aus zwei mechanisch nebeneinander angeordneten Phasen, einer ersten Phase Na, 2 und einer zweiten Phase Nb, 3 zusammen. Die Wicklung der Statorbaugruppe jeder Phase Na; Nb ist in vorliegendem Fall in je zwei Teilwicklungen aufgespaltet, eine erste Teilwicklung Na (1) der ersten Phase Na und eine zweite Teilwicklung Na (2) der ersten Phase Na sowie eine erste Teilwicklung Nb (1) der zweiten Phase Nb und eine zweite Teilwicklung Nb (2) der zweiten Phase Nb. Wie der Figur zu entnehmen, kann die zweiphasige Transversalflußmaschine vorzugsweise vier Außenanschlüsse 10, 11, 20, 21 umfassen. Bei der erfindungsgemäßen zweiphasigen Transversalflußmaschine ist die erste Teilwicklung Na (1) der ersten Phase Na mit der zweiten Teilwicklung Nb (2) der zweiten Phase Nb und die erste Teilwicklung Nb (1) der zweiten Phase Nb mit der zweiten Teilwicklung Na (2) der ersten Phase Na in Reihe geschaltet. Besonders bevorzugt ist eine Aufspaltung der Wicklung der beiden Phasen in Teilwicklungen in einer derartigen Art und Weise, daß die vier Außenanschlüsse 10, 11, 20, 21 an einen dreiphasigen Umrichter angeschlossen werden können, wobei ein symmetrisches Dreiphasensystem in ein Zweiphasensystem transformiert wird.

Eine dreiphasige Speisung der erfindungsgemäßen Transversalflußmaschine ist beispielsweise dann möglich, wenn die Außenanschlüsse 10 und 20 auf gemeinsames Potential gelegt werden. In einer verschlechterten alternativen Ausführungsform hierzu können auch die Außenanschlüsse 11 und 21 auf gemeinsames Potential gelegt werden.

Als besonders bevorzugt hat sich folgende Windungszahl der Teilwicklungen in Abhängigkeit von der Gesamtwindungszahl für den Fall einer dreiphasigen Speisung der erfindungsgemäßen zweiphasigen Transversalflußmaschine herausgestellt:

Für die erste Teilwicklung der Phasen:

Wa(1) = Wa cos (15°)

Wb(1) = Wb cos (15°)

und für die zweite Teilwicklung der Phasen:

Wa(2) = Wa sin (15°)

Wb(2) = Wb sin (15°)

Hierbei ist Wa, Wb die für die gewünschte Durchflutung notwendige Gesamtwindungszahl, und Wa(1), Wa(2), Wb(1), Wb(2) sind die Windungszahlen der Teilwicklungen.

Besonders bevorzugt ist eine symmetrische Auslegung der Transversalflußmaschine, bei der die Gesamtwindungszahl der beiden Phasen der Maschinen gleich groß ist, was zur Folge hat, daß auch die Teilwindungszahlen der beiden Phasen übereinstimmen. Eine solche Maschine weist einen besonders ausgeglichenen Lauf auf.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit erstmals eine Transversalflußmaschine, die an einen dreiphasigen Umrichter angeschaltet werden kann, zur Verfügung gestellt.


Anspruch[de]
  1. 1. Transversalflußmaschine, deren Stator eine Wicklung mit einer ersten Phase (Na) und einer zweiten Phase (Nb) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung der ersten Phase (Na) und die Wicklung der zweiten Phase (Nb) in je zwei Teilwicklungen (Na(1), Na(2); Nb(1), Nb(2)) unterteilt ist und die erste Teilwicklung der ersten Phase (Na(1)) mit der zweiten Teilwicklung der zweiten Phase (Nb(2)) und die zweite Teilwicklung der ersten Phase (Na(2) mit der ersten Teilwicklung der zweiten Phase (Nb(1)) in Reihe geschaltet ist.
  2. 2. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilwicklungen (Na(1), Na(2); Nb(1), Nb(2)) einer Phase (Na; Nb) eine unterschiedliche Windungszahl aufweisen.
  3. 3. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl (Wa(1)) der ersten Teilwicklung (Na(1)) der ersten Phase (Na) und die Windungszahl (Wb(1)) der ersten Teilwicklung (Nb(1)) der zweiten Phase (Nb) und die Windungszahl (Wa(2)) der zweiten Teilwicklung (Na(2)) der ersten Phase (Na) und die Windungszahl (Wb(2)) der zweiten Teilwicklung (Nb(2) )der zweiten Phase (Nb) gleich sind.
  4. 4. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl (Wa(1); Wb(1)) der ersten Teilwicklung (Na(1); Nb(1)) einer Phase (Na; Nb) die Gesamtwindungszahl dieser Phase * cos (15°) und die Windungszahl der zweiten Teilwicklung (Na(2); Nb(2)) einer Phase (Na; Nb) die Gesamtwindungszahl dieser Phase * sin (15°) ist.






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