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Dokumentenidentifikation DE19639670A1 09.04.1998
Titel Transversalflußmaschine mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Ringwicklungen
Anmelder Voith Turbo GmbH & Co. KG, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Lange, Andreas, 89522 Heidenheim, DE;
Hölle, Michael, 89555 Söhnstetten, DE;
Schiroky, Georg, 89518 Heidenheim, DE
Vertreter Weitzel, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 89522 Heidenheim
DE-Anmeldedatum 27.09.1996
DE-Aktenzeichen 19639670
Offenlegungstag 09.04.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.04.1998
IPC-Hauptklasse H02K 21/02
IPC-Nebenklasse H02K 19/06   H02K 3/14   
IPC additional class // B60K 1/02,H02P 7/63  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine mit
einer Mehrzahl von äußeren Statorweicheisenelementen, deren einzelne Statorweicheisenelemente eine erste Ringwicklung umschließen;
einer Mehrzahl von inneren Statorweicheisenelementen, deren einzelne Statorweicheisenelemente eine zweite Ringwicklung umschließen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine der Ringwicklungen eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wicklungssträngen umfaßt.Kofferraums festgelegt und wird mit dem Warndreieck aus einer Ruhelage im Koffe

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Transversalflußmaschinen (TFM), wie sie beispielsweise aus der DE 35 36 538, deren Offenbarungsgehalt in dieser Anmeldung voll umfänglich mit einbezogen wird, bekannt geworden sind, sind spezielle elektrische Wechselstrommaschinen, die in ihrer Grundform einphasige Energiewandler darstellen. Die Hauptkomponenten einer solchen Transversalflußmaschine sind der stillstehende Ständer und ein darin drehbar angeordneter Läufer. Die für einen gewünschen Betriebspunkt der Transversalflußmaschine notwendige elektrische Energie kann auf verschiedene Art und Weise, beispielsweise einen Wechselrichter, derart aufbereitet werden, daß eine Spannung variabler Amplitude, Frequenz- und Phasenlager an die Maschinenklemmen gelegt wird. Die Transversalflußmaschine erzeugt dann ein Drehmoment, das in erster Näherung sinusförmig zwischen einem Maximalwert um null periodisch mit dem elektrischen Drehwinkel schwingt.

Gemäß der DE 37 05 089, deren Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich einbezogen wird, können zwei Transversalgrundmaschinen, wie oben beschrieben, mechanisch miteinander gekoppelt und so zu einer zweiphasigen elektrischen Maschine kombiniert werden. Diese Maschinen werden so geregelt, daß im Zusammenwirken beider Maschinenteile ein von der Winkellage des Rotors unabhängiges mechanisches Drehmoment erzeugt wird. Ein derartiger, aus zwei gleichartigen Teilmaschinen (elektrischen Phasen) ausgebauter Motor bildet für eine Vielzahl von Anwendungsfällen ein wirtschaftliches Optimum bezüglich Bauraum, Gewicht und Kosten. So ist beispielsweise die Verwendung einer zweiphasigen Transversalflußmaschine als elektrischer Einzelradantrieb für Citybusse der Zukunft vorgesehen (siehe hierzu auch "Elektrischer Einzelradantrieb für Citybusse der Zukunft" in "Der Nahverkehr" 6-1994, Alba-Fachverlag Düsseldorf. Der zur Energieversorgung einer der beiden Motorphasen notwendige Wechselrichter-Leistungsteil, wie er aus der DE 37 05 089 bekanntgeworden ist, ist derart aufgebaut, daß zwischen den Potentialschienen eines Konstant-Spannungs-Zwischenkreises zwei Wechselrichter-Halbbrücken angeordnet sind und die Motorwicklungen an Wechselspannungsanschlüssen der Halbbrücke angeschlossen sind.

Eine optimale Auslegung des Systems Transversalflußmotor (TFM)-Wechselrichterleistungsteil bzw. Frequenzumrichter (FU) resultiert im allgemeinen in relativ niedrigen Windungszahlen. Dies bedingt einen hohen Ankerstrom, der in der Regel innerhalb der Maschine über einen großen Kupferquerschnitt geführt wird. Bei Betrieb mit Wechselstrom tritt im Leitermaterial abhängig von Betriebsfrequenz, elektrischer Leitfähigkeit, Permeabilität und Geometrie eine Stromverdrängung auf. Dies aber wiederum bedeutet, daß über den Leiterquerschnitt betrachtet, die Stromdichteverteilung ortsabhängig ist, d. h. bestimmte Bereiche des Leiterquerschnittes werden gegenüber dem Gleichstrombetrieb entlastet, während andere Bereiche stärker belastet werden. Durch die quadratische Abhängigkeit von Stromdichte und Verlusten sowie aufgrund des positiven Widerstandskoeffizienten des Leitermaterials wird eine lokale Stromdichteerhöhung zu einer deutlichen Verlusterhöhung im Leitermaterial. Die nachteiligen Auswirkungen der Stromverdrängung können dadurch minimiert werden, daß der Wicklungsquerschnitt in parallel geschaltete Abschnitte unterteilt wird, und isolierte Teilleiter gegebenenfalls unter Verwendung von Kunststoffstäben, z. B. Roebelstäben, zur Anwendung gelangen.

Durch spezielle Ausführung und Geometrie des Leitermaterials gelingt es, die Auswirkungen der Stromverdrängung im Leiter selbst zu minimieren. Erwähnt seien hier schmale isolierte Flachkupferdrähte sowie isolierte Hochfrequenzlitzen. Aufgrund der unterschiedlichen Flußverkettungen sind jedoch die parallel geschalteten Wicklungsstränge mit unterschiedlich hohen Strömen belastet. Dies führt unerwünschter Weise zu Verlusten. Um diese Verluste zu minimieren, ist im Stand der Technik vorgeschlagen, Maßnahmen an der Wicklung selbst vorzunehmen, beispielsweise eine Verseilung oder eine Leiterführung nach Art des Roebelprinzips, was zu einer gleichmäßigen Streuflußverkettung über die gesamte Maschinenlänge führt. Aufgrund der bei Transversalflußmaschinen spezifischen ringförmigen Wicklung sind derartige Maßnahmen nur schwer realisierbar. Auch könnte man daran denken, eine gleichmäßige Stromaufteilung in den parallelen Wicklungszweigen dadurch zu erreichen, daß jeder Wicklungszweig von einem ihm alleine zugeordneten unabhängigen Teilwechselrichter gespeist wird. Es ist dann möglich, eine gleichmäßige Verteilung der Ströme in diesen Wicklungen zu erreichen, indem die Ventile eines Teilwechselrichters, der auf einen Wicklungszweig wirkt, unterschiedlich lange eingeschaltet bleibt. Allerdings würde dies bedeuten, daß jedem Wicklungsstrang ein eigener Teilwechselrichter zugeordnet werden muß. Damit sind für jeden Wicklungsstrang eigene Zuleitungen vonnöten sowie eigene Umrichter und Maschinenklemmen. Eine derartige Lösung ist aufgrund des großen apparativen Aufwandes nicht wünschenswert.

Als weiteres Problem ergibt sich, daß im Falle einer unterschiedlichen Belastung der einzelnen Wicklungsstränge, resultierend aus einer ungleichmäßigen Stromaufteilung, bei der Transversalflußmaschine Kühlungsprobleme auftreten. So führt die ungleichmäßige Stromverteilung in den einzelnen Wicklungssträngen zu einer nur mangelhaften Kühlung der Transversalflußmaschine, da Bereiche, die schlechter gekühlt sind, mit einem höheren Strom belastet werden als solche, die besser gekühlt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, bei einer Transversalflußmaschine mit einem Wicklungsanschluß und maschinenintern mehreren parallel geschalteten Wicklungssträngen eine ungleichmäßige Stromaufteilung zu vermeiden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei möglichst hoher Wicklungsausnutzung eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung und damit optimale Kühlung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird das oben aufgezeigte Problem dadurch gelöst, daß mindestens eine der Ringwicklungen der Transversalflußmaschine eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wicklungssträngen umfaßt und die parallel geschalteten Stränge der mindestens einen Ringwicklung mit Zusatzinduktivitäten beschaltet sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Beschaltung mit Zusatzinduktivitäten derart erfolgt, daß in den parallel geschalteten Strängen eine gleichmäßige Stromaufteilung vorliegt. In einer einfachen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß als Zusatzinduktivität ein Magnetkern in den stärker belasteten Wicklungsstrang geschaltet wird. Dieser kann vorteilhaft als Ferritkern, als Schnitt- oder Ringbandkern mit Luftspalt ausgebildet werden. Für einen bestimmten Betriebspunkt kann auf diese Art und Weise abhängig von Geometrie, Spaltweite und Wicklungszahl eine optimale Stromaufteilung, d. h. eine gleichmäßige in vorliegendem Fall, in den parallel geschalteten Strängen eingestellt werden.

In einer weitergebildeten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß ein Differenzflußwandler eingesetzt ist. Dies erlaubt bei entsprechender Führung der Wicklungsstränge, daß eine vom Betriebspunkt unabhängige, gleichmäßige Stromverteilung erreicht wird. Hierzu werden die gegenüber dem Gleichstrombetrieb unter- bzw. überlasteten Wicklungsstränge in entgegengesetzter Richtung durch einen spaltlosen Magnetkern geführt. Solange keine Sättigung eintritt, erzwingt der resultierende Differenzfluß aufgrund der guten Kopplung in allen Strängen gleiche Flußverkettung.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden 2 parallele Stränge einander entgegengesetzt mit gleicher Windungszahl ≤ 1 durch den Symmetrierkern des Differenzflußwandlers geführt, so daß in jedem Wicklungsstrang nach Betrag und Phase der gleiche Stromverlauf erzwungen wird.

In einer weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beschaltung der einzelnen Stränge der Ringwicklungen der Transversalflußmaschine derart erfolgt, daß eine derartige Stromverteilung in den einzelnen Strängen vorliegt, daß eine über den Querschnitt der Stränge gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt.

In Abhängigkeit von der konstruktiven Ausbildung der Transversalflußmaschine müssen die einzelnen Wicklungsstränge mit unterschiedlich hohen Strömen belastet werden, die mit Hilfe der Zusatzinduktivitäten eingestellt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Transversalflußmaschine Statorweicheisenelemente auf, die U-förmig in einer Aussparung, die einen Nutgrund aufweist, zur Aufnahme der einzelnen Stränge der Ringwicklung ausgebildet sind. Bei einer derartigen Transversalflußmaschine werden, um das Ziel einer über den Wicklungsquerschnitt gleichmäßigen Temperaturverteilung zu erreichen, die Wicklungsstränge, die am Nutgrund verlaufen und damit besser gekühlt sind überkompensiert, d. h. mit einer derartigen Zusatzinduktivität beschaltet, daß hierin eine höhere Verlustdichte auftritt, wohingegen die dem Luftspalt zugewandten Wicklungsstränge mit einer Zusatzinduktivität beschaltet sind, die eine geringere Verlustdichte als den dem Nutgrund zugewandten Wicklungssträngen zur Folge hat, so daß sich über den Querschnitt sämtlicher Wicklungsstränge eine annäherend gleiche Temperaturverteilung ergibt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und den beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Transversalflußmaschine in einem achssenkrechten Schnitt;

Fig. 2 ein Schnitt durch den Gegenstand von Fig. 1, gelegt in der Schnittebene A-A, wobei die Ringwicklungen nur einen einzigen Strang, wie im Stand der Technik (siehe hierzu bspw. DE 37 05 089 oder DE 35 36 538), aufweisen;

Fig. 3 einen Schnitt in der Schnittebene A-A, wobei die erste und die zweite Ringwicklung jeweils zwei Wicklungsstränge aufweisen, die nebeneinanderliegend angeordnet sind;

Fig. 4 Schnitt A-A durch eine Transversalflußmaschine gemäß Fig. 1, bei der die Ringwicklungen zwei übereinander angeordnete Wicklungsstränge umfaßt;

Fig. 5 den Verlauf zweier Wicklungsstränge der Transversalflußmaschine, wobei der eine mit einer Zusatzinduktivität versehen ist;

Fig. 6 den Verlauf zweier Wicklungsstränge, die mit einem Differenzwandler als Zusatzinduktivität versehen sind.

Fig. 1 zeigt eine Transversalflußmaschine, wie sie beispielsweise aus der DE 35 36 538 oder der DE 37 05 089, deren Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich in dieser Anmeldung mit einbezogen wird, in einem achssenkrechten Schnitt.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Gegenstand von Fig. 1, in der Schnittebene A- A. Man erkennt aus diesen Figuren eine Vielzahl von äußeren Statorweicheisenelementen 1a sowie von inneren Statorweicheisenelementen 1b. Den äußeren sowie den inneren Statorelementen ist jeweils eine Ringwicklung 4 bzw. 5 zugeordnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, setzt sich die Ringwicklung 4 bzw. 5 aus einem einzigen Strang zusammen und liegt in einer Aussparung der hufeisenförmigen Statorweicheisenelemente 1a bzw. 1b. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2, die den Stand der Technik in Gestalt der oben erwähnten Druckschriften repräsentiert, füllt die Ringwicklung die Aussparung der hufeisenförmigen Statorweicheisenelemente 1a bzw. 1b vollständig aus. Zwischen den äußeren und den inneren Statorweicheisenelementen befindet sich der drehbar gelagerte, zylindrische Rotor. Dieser ist aus zwei Ringen aufgebaut, die ihrerseits zusammengesetzt sind aus einer Vielzahl von Magneten 3, sowie diesen benachbart Weicheisenelementen 2. Somit befindet sich jeweils ein Magnet 3 zwischen zwei einander benachbarten Weicheisenelementen 2. Die beiden genannten Ringe, die alternierend aus Magneten und Weicheisenelementen zusammengesetzt sind, sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in axialer Richtung nebeneinander angeordnet. Zwischen ihnen befindet sich ein durchgehender, d. h. sich über den gesamten Umfang erstreckender Kunststoffring 6.

In Fig. 3 ist eine Transversalflußmaschine dargestellt, die, in achssenkrechtem Schnitt gesehen, der von Fig. 1 entspricht.

Entgegen den Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik umfaßt die Ringwicklung des äußeren Statorweicheisenelementes 1a zwei Wicklungsstränge 10, 12. Auch die Ringwicklung des inneren Statorweicheisenelementes 1b umfaßt in der dargestellten Ausführungsform zwei Stränge. Die Stränge, die den äußeren als auch den inneren Statorweicheisenelementen zugeordnet sind, liegen nebeneinander angeordnet in einer Aussparung 20 bzw. 22 der Weicheisenelemente. Diese weisen infolge dessen eine Hufeisenform auf.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Transversalflußmaschine mit mehr als einem Wicklungsstrang dargestellt. Sowohl die Wicklungsstränge des äußeren Statorweicheisenelementes 100, 120 sind übereinanderliegend angeordnet als auch die Wicklungsstränge der inneren Statorweicheisenelemente 140 bzw. 160.

Hierbei ist der Wicklungsstrang 100, der der Ringwicklung des äußeren Statorweicheisenelementes 1a zugeordnet ist, am Nutgrund 21 der Aussparung 20 angeordnet, und der Wicklungsstrang 140 der Ringwicklung des inneren Statorweicheisenelementes 1b am Nutgrund 23 der Aussparung 22.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Beschaltung einzelner Wicklungsstränge mit Zusatzinduktivitäten gemäß der Erfindung. Die Beschaltung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 soll vorliegend für das Beispiel einer Transversalflußmaschine mit zwei übereinander verlaufenden Wicklungssträngen 10, 12 der Ringwicklung der äußeren Statorweicheisenelemente diskutiert werden, ohne daß dies als Beschränkung des allgemein erfinderischen Konzeptes aufgefaßt werden soll. Die übereinanderliegenden, parallel zueinander verlaufenden Wicklungsstränge 10,12 gemäß Fig. 5 werden von Strömen E1 und E2 in derselben Richtung durchflossen. Der höher mit einem Strom belastete Wicklungsstrang 10 wird von einem Ringmagneten 30 mit Luftspalt 31 umgeben, der für eine zusätzliche Induktivität in diesem stärker belasteten Wicklungsstrang sorgt. Durch die zusätzliche Induktivität wird erreicht, daß trotz der unterschiedlichen Flußverkettungen in den beiden Wicklungssträngen, die zu unterschiedlichen Belastungen im Wechselstromfall gegenüber dem Gleichstromfall in den beiden Wicklungssträngen führen, eine gleichmäßige Stromaufteilung innerhalb der Wicklungsstränge erzwungen wird. Anstelle des dargestellten Ringmagneten kann in einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die zusätzlich in einen Wicklungsstrang eingebrachten Induktivitäten als Ferritkerne, als Schnitt- oder Ringbandkerne mit Luftspalt ausgeführt sind. Aufgrund der hohen Frequenzen, mit der die Transversalflußmaschine betrieben wird, ist es möglich, diese zusätzlichen Induktivitäten in ihren Abmessungen relativ klein zu bemessen. Damit können diese leicht in die Transversalflußmaschine integriert werden.

In Fig. 6 ist wiederum für den Beispielfall zweier übereinander angeordneter Wicklungsstränge gemäß Fig. 3, ohne daß irgendeine Beschränkung zu sehen ist, die Beschaltung mit einem Differenzwandler (40) gezeigt, der eine gleichmäßige Belastung in den einzelnen Wicklungssträngen sicherstellt. Um eine vom Betriebspunkt unabhängige, gleichmäßige Stromverteilung zu erreichen, ist es nötig, daß die gegenüber dem Gleichstrombetrieb unter- bzw. überbelasteten Wicklungsstränge in entgegengesetzter Richtung durch den Differenzflußwandler, der als spaltloser Magnetkern ausgeführt ist, zu führen. Solange keine Sättigung eintritt, erzwingt der resultierende Differenzfluß aufgrund der guten Kopplung bei einer derartigen Beschaltung in beiden Strängen eine gleiche Flußverkettung. Hierbei können die Teilstränge auch mehrmals durch den Wandler geführt werden, d. h. n ≤ 1. Bei einer derartigen Ausführungsform ist darauf zu achten, daß die Teilstränge mit gleicher Windungszahl, d. h. n&sub1; = n&sub2; durch den Differenzflußwandler bzw. Symmetrierkern geführt werden.

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt des achssenkrechten Schnittes durch die Transversalflußmaschine gemäß Fig. 1 mit zwei übereinander angeordneten Wicklungssträngen, wie sie beispielsweise aus Fig. 5 bekanntgeworden sind. Der eine Wicklungsstrang 100 der Ringwicklung verläuft am Nutgrund 21 der äußeren Statorweicheisenelemente 1a. Der andere Wicklungsstrang 120 verläuft nahe dem Luftspalt der Maschine, wie auch aus Fig. 4 ersichtlich ist.

Werden aufgrund spezieller Kühlkonstruktionen der Transversalflußmaschine die Wicklungsbereiche am Nutgrund 21 kühlungstechnisch bevorzugt, so ist bei gleich hoher Strombelastung, wie sie durch die Beschaltung mit einem Differenzflußwandler erzeugt werden kann, die Wärmeabfuhr am Wicklungsstrang 100 besser als am Wicklungsstrang 120, der in der Nähe des Luftspaltes der Transversalflußmaschine liegt. Dies führt dazu, daß über den Querschnitt der aus verschiedenen Strängen bestehenden Wicklung eine ungleichmäßige Temperaturverteilung herrscht. Dies ist, betrachtet man die Abhängigkeit beispielsweise des Leitungswiderstandes von der Temperatur, nachteilig. Strebt man eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der aus verschiedenen Strängen bestehenden Ringwicklung an, so ist es vorteilhaft, eine Überkompensation zu betreiben, so daß die näher an der Wärmesenke angeordneten Wicklungsbereiche stärker als die luftspaltseitigen belastet werden. Dies kann man dadurch erreichen, daß der Wicklungsstrang 100, der am Nutgrund liegt, mit einer Zusatzinduktivität beschaltet wird. Dadurch wird der Wicklungsstrang 100 höher belastet und aufgrund der besseren Kühlung ein Temperaturunterschied, der sich hieraus gegenüber dem Wicklungsstrang 120 ergeben könnte, ausgeglichen. In einer Abwandlung der Erfindung kann vorgesehen sein, anstelle der zusätzlichen Induktivität einen Differenzflußwandler zu verwenden. Dann müßte sich aber die Windungszahl der beiden Teilwicklungen unterscheiden. In dem Differenzflußwandler wird dann aufgrund der unterschiedlichen Windungszahl ein unsymmetrischer Differenzfluß die Folge sein. Um das Problem der Erfindung zu lösen, müßte die Windungszahl des näher am Nutgrund liegenden Wicklungsstrang niedriger sein als des luftspaltseitigen Wicklungsstrang, da gilt: n&sub1; x I&sub1; = n&sub2; x I&sub2;. Hierbei bezeichnet I&sub1; den Strom durch den am Nutgrund liegenden Wicklungsstrang 100; n&sub1; die Windungszahl im Differenzflußwandler und I&sub2; den Strom durch den luftspaltseitigen Wicklungsstrang 120 sowie n&sub2; die Windungszahl dieses Wicklungsstranges 120 im Differenzflußwandler. Unterhalb des Luftspaltes sind, wie in der Ansicht von Fig. 1, die der Ansicht von Fig. 7 entspricht, die Magneten 3 und die benachbarten Weicheisenelemente 2 des drehbar gelagerten, zylindrischen Rotors dargestellt. Sowohl die Zusatzinduktivitäten wie auch der Differenzflußwandler ist in der Regel außerhalb der Maschine angeordnet, beispielsweise in der Maschinenzuleitung oder im Frequenzumrichter.

In Fig. 8 ist die Symmetrierung einer Transversalflußmaschine (TFM) mit zwei Wicklungssträngen 100, 120 mit einem Differenzflußwandler 40, der außerhalb der Maschine angeordnet ist, dargestellt. Die beiden Stränge sind von Statorweicheisenelementen (1a), wovon einer in Fig. 8 beispielhaft für die Vielzahl von Statorweicheisenelemente der TFM dargestellt ist, umgeben. Gemäß dem Schnitt, der in Fig. 8A dargestellt ist, ist Wicklungsstrang 100 näher am Nutgrund angeordnet als Wicklungsstrang 120.

Die Symmetrierung der Wicklungsstränge 100, 120 erfolgt in einer Zuleitungsseite der zweiphasigen Maschine, vorliegend in der Zuleitung E. Zuleitung E1 weist im Differenzflußwandler einen Stromfluß auf, der dem Stromfluß in Leitung E2 entgegengerichtet ist. Hierdurch wird wie eingangs dargestellt die Symmetrierung in den Zuleitungen E1, E2 erreicht.

Selbstverständlich ist es möglich, die Ringwicklungen einer Transversalflußmaschine in mehr als zwei Wicklungsstränge aufzuteilen, und entsprechend zu beschalten, so daß in allen Wicklungssträngen eine gleichmäßige Stromverteilung vorliegt bzw. die gewünschte Stromverteilung, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erzielen.

Fig. 9 zeigt hierzu einen Schnitt durch ein Statorweicheisenelement einer TFM mit insgesamt vier nebeneinanderliegenden Wicklungsstränge, die in vorliegender Zeichnung mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet sind.

Wieder werden die Anschlußleitungen der einzelnen Wicklungsstränge durch einen Differenzflußwandler 40 geführt, um den Stromfluß zu symmetrieren.

Aufgrund der Tatsache, daß die Stromverdrängung in der Querachse spiegelgleich funktioniert, sind die Stränge 1 und 4 sowie 2 und 3 bereits symmetrisch.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es erstmals möglich, eine Transversalflußmaschine, bei der die Ringwicklungen in verschiedene Wicklungsstränge aufgeteilt sind, die parallel geschaltet werden, anzugeben, bei denen diese Wicklungsstränge alle eine gleichartige Stromverteilung aufweisen bzw. ein über dem Querschnitt der Ringwicklung gleichmäßiges Temperaturprofil.


Anspruch[de]
  1. 1. Transversalflußmaschine mit
    1. 1.1 einer Vielzahl von äußeren Statorweicheisenelementen (1a) sowie einer Vielzahl von inneren Statorweicheisenelementen (1b).
    2. 1.2 mindestens einer Wicklung (4, 5), die innen oder außen oder sowohl innen als auch außen verlaufen kann dadurch gekennzeichnet, daß
    3. 1.3 die mindestens eine Wicklung (4, 5) eine Vielzahl von parallel geschalteten Wicklungssträngen (10, 12, 14, 16, 100, 120) umfaßt.
  2. 2. Transversalflußmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die parallel geschalteten Stränge (10, 12, 14, 16, 100, 120) mit Zusatzinduktivitäten (30) beschaltet sind.
  3. 3. Transversalflußmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaltung mit Zusatzinduktivitäten derart erfolgt, daß in den parallel geschalteten Strängen eine gleiche Stromverteilung vorliegt.
  4. 4. Transversalflußmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel geschalteten Stränge durch einen Differenzflußwandler (40) geführt werden.
  5. 5. Transversalflußmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel geschalteten Stränge derart durch den Differenzflußwandler geführt werden, daß in den parallel geschalteten Strängen eine gleiche Stromverteilung vorliegt.
  6. 6. Transversalflußmaschine nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaltung mit Zusatzinduktivitäten oder die Führung durch den Differenzflußwandler so erfolgt, daß eine derartige Stromaufteilung in den einzelnen Strängen einer Wicklung vorliegt, daß die Wicklungsstränge, die aufgrund ihrer Anordnung in der Transversalflußmaschine stärker als andere Wicklungsstränge derselben Ringwicklung gekühlt sind, eine höhere Verlustdichte aufweisen als diejenigen, die aufgrund ihrer Anordnung schwächer gekühlt sind, so daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung in den einzelnen Strängen der Ringwicklung vorliegt.
  7. 7. Transversalflußmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorweicheisenelemente U-förmig mit einer Aussparung, die einen Nutgrund aufweist, zur Aufnahme der einzelnen Stränge der Ringwicklung ausgebildet sind.
  8. 8. Transversalflußmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsstränge (100), die am Nutgrund verlaufen, so mit Zusatzinduktivitäten beschaltet sind oder durch einen Differenzflußwandler geführt werden, daß diese eine höhere Verlustdichte aufweisen als die Wicklungsstränge (120), die luftspaltseitig angeordnet sind, so daß eine annähernd gleiche Temperaturverteilung in allen Wicklungssträngen in der Transversalflußmaschine vorliegt.






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