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WO2008009706A1 - Elektrische maschine mit schräg verlaufenden magnetpolgrenzen - Google Patents

Elektrische maschine mit schräg verlaufenden magnetpolgrenzen Download PDF

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WO2008009706A1
WO2008009706A1 PCT/EP2007/057433 EP2007057433W WO2008009706A1 WO 2008009706 A1 WO2008009706 A1 WO 2008009706A1 EP 2007057433 W EP2007057433 W EP 2007057433W WO 2008009706 A1 WO2008009706 A1 WO 2008009706A1
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WO
WIPO (PCT)
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component
electrical machine
boundary
machine according
movement
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2007/057433
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Vollmer
Marcus Ziegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Priority to JP2009519980A priority patent/JP5279709B2/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine having a first component (such as the rotor) and a second component (eg, stator), which like the first component is ⁇ genetically coupled and which is movable in a direction of movement relative to the second component.
  • the electrical machine has a magnetic pole arrangement on the first component whose poles are aligned in the direction of movement alternately to one in a first magnetic field direction and the other in a direction opposite to the first magnetic field direction second magnetic field direction.
  • a boundary between poles of different magnetic field directions in a first region of the first component corresponding to a first helix angle and in a two ⁇ th region of the first component corresponding to a second helix angle relative to the direction of movement.
  • the present invention provides rotational or li ⁇ -linear electric motors concerned.
  • the form of the exciter field has a significant influence on the operating behavior of a permanently excited electrical machine. It is always a more or less large
  • An effective means for improving the torque ripple is a skewing of the stator and / or rotor, for example a slot pitch.
  • 1 shows such a skew on the example of a rotor whose outer surface is unrolled in the drawing. In the vertical direction thus half the circumference Ttr is shown.
  • the rotor has a length in the axial direction.
  • permanent magnets or poles are arranged with different magnetic field or magnetization directions. These magnetization directions are shown in FIG N and S symbolizes. Between the poles of different magnetization directions run boundaries Gl, which indicate the possibly continuous transition, for example, from a north pole N to a south pole S.
  • the rotor moves in a direction of movement B relative to the stator.
  • the boundaries Gl run essentially transversely to the direction of movement B. They assume an axial helix angle ⁇ relative to the perpendicular of the direction of movement. Over the entire length / of the rotor leads the axial Schrägungswin ⁇ angle to a circular arc ccr, where a represents the central angle and r the radius of the rotor.
  • electric machines with runners are also known in which the rotor is subdivided transversely to the direction of movement B, ie in the axial direction, into two regions A1 and A2, as schematically illustrated in FIG.
  • runners are also used, which are divided in the axial direction into four sections A1, A2, A3 and A4 according to FIG. From the respective ⁇ section length is 1/2 or 1/4.
  • the axial bevels or boundaries G2, G3 run here in sections linearly. According to the example of FIG 2 results in the Ab ⁇ section Al an axial helix angle ß ⁇ and in section A2 an axial helix angle ß2.
  • the object of the present invention is to reduce the force or torque ripple of an electric Maschi ⁇ ne on.
  • this object is achieved by an electrical ⁇ specific machine with a first component, a second component that is magnetically coupled to the first component, and which is movable in a direction of movement relative to the second component, and a magnet pole attached to the first component formed, whose poles are aligned in BEWE ⁇ supply direction alternately on the one hand in a first magnetic field direction and the other in a direction opposite to the first magnetic field direction of the second magnetic field direction, wherein a boundary between poles under ⁇ Kunststoffaji magnetic field directions in a first region of the first component in accordance with a first helix angle and in a second region of the first component corresponding to a second skew angle relative to the direction of travel, and wherein the first skew angle has a different amount than the second skew angle.
  • the torque ripple can thus be influenced in many ways by any functions of the helix angle. In particular, so can certain
  • the influence of the scattering in the region of the shaft ends can be reduced by the geometry of the axial Schrägungs ⁇ angle.
  • the first component of the electric machine according to the invention is a rotor and its second component is a stator.
  • the torque ripple of the motor or generator can be reduced by the construction according to the invention.
  • the electric machine is formed as a linear motor ⁇ , wherein the first component is the primary part and the second component is the secondary part.
  • the force ripple of the linear motor in the direction of travel can be reduced.
  • the extension of the boundary in the above-defined first area in the direction of movement is equal to the extent of the boundary in the second area (eg a slot pitch) according to a specific embodiment of the electrical machine.
  • the extent of the boundary in the first area can also be greater than in the second area.
  • one or the other variant will be advantageous.
  • the boundary between the differently directed poles runs in three sections with three different helix angles. This allows a variety of asymmetrical influences on the torque ripple be taken into account.
  • the boundary in its Ver ⁇ run is substantially symmetrical or axially symmetric transversely to the direction of movement. As a result, axial forces are reduced or avoided, for example, in a rotor.
  • the boundary between the differently directed poles may be substantially sinusoidal.
  • the continuous course of the boundary also has a positive effect on the torque ripple or force ripple.
  • the course of the border can also be quantized. This means that the skew angle is simulated by corresponding to ⁇ order of rectangular magnetic elements. In this case, the boundary runs in jumps along the direction of movement or across it.
  • 1 shows an unrolled half of a runner with different ⁇ Lich directed magnetic poles, and a single helix angle according to the prior art
  • 2 shows a magnetic pole arrangement with two sections having the same helix angle according to the state of the art
  • FIG 5 shows the example of FIG 4 with quantized skew
  • FIG. 6 shows a magnetic pole arrangement with three sections and two different helix angles
  • FIG. 7 shows the example of FIG. 6 with quantized skew
  • FIG 9 shows the example of FIG 8 with quantized skew;
  • FFIIGG 1100 a magnetic pole arrangement with sinusoidal course of
  • FIG 12 shows the example of FIG 11 with quantized skew.
  • FIG 4 a first embodiment of the present is shown He ⁇ invention.
  • the half surface of a rotor is also shown rolled off in FIG.
  • the axis of the rotor is in the representation in the horizontal direction, while the direction of movement B in turn proceeds in the vertical direction.
  • the direction of movement B is used here only to define and describe the angles and sizes used.
  • the runner is divided here into two sections Al and A2.
  • the first section Al has a length of 3/8 / and the second section has a length of 5/8 /.
  • the section widths or lengths are here in the ratio of 3/5. This ratio can also be chosen differently. Is specifics ⁇ It benefits in, for example, a ratio of 2/1 or 1/1.
  • the helix angle in the first section Al is ß ⁇ and the helix angle in the second section A2 ß2.
  • the angles have a different amount and a different sign.
  • the bevels, d. H. the boundaries G4 between the different poles, run steadily in the direction of the longitudinal axis of the rotor without jumping. You are at a distance ccxr.
  • the permanent magazines are designed as small magnet elements.
  • the placement of the individual magnets on the rotor surface leads to a magnetic pole arrangement, which substantially corresponds to the magnetic pole arrangement of FIG.
  • One pole of each magnetic element faces up the rotor surface.
  • the different ⁇ poles are indicated with different hatching.
  • the boundaries G5 between the differently oriented permanent magnets or poles runs here stepwise. If the limit G5 linearized, the result is exactly the same shape as the border of the G4 of FIG 4.
  • the continuous course of the border G4 can be achieved for example by spraying on ⁇ a plastic bonded magnet material on the rotor and corresponding magnetization. Alternatively, expensive, obliquely made, pre-magnetized permanent magnets inserted ⁇ sets can be used for the continuous course of the border G4.
  • FIG. 6 A third embodiment of the present invention is shown in FIG.
  • the rotor surface is a xial divided into three sections Al, A2 and A3.
  • the two externa ⁇ ßeren sections Al and A3 have a width of 2/8 and 1 Accordingly, the middle section A2 has a width of 4/8.
  • the axial skew angle is ⁇ 1, while in the middle section A2 it is ⁇ 2.
  • J32 0.
  • the distance between two boundary lines G5 here is also ccr.
  • the circular arc swept by a single boundary line G5 in the circumferential direction is also ccr in the example chosen.
  • the fourth embodiment which is sketched in FIG 7, in turn, represents the quantized version of theticiansbei ⁇ game of Fig. 6
  • the limit G7 here runs when it is linearized, exactly as the limit G6 of figure 6.
  • FIG. 1 A fifth exemplary embodiment for three different axial helix angles ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 is shown in FIG.
  • the helix angle ⁇ 1 is realized in a first section Al of width 1/8
  • the helix angle ⁇ 2 in a second section A 2 of length 5/8 1
  • the helix angle ⁇ 3 in a third section A 3 of length 2/8 1.
  • StmT ⁇ Liche three helix angle ß ⁇ , SS2 and SS3 are so large that the line G8 in the respective section passes over the circular arc ccr.
  • the sixth embodiment shown in FIG 9 illustrates a quan ⁇ tflowere form of the fifth embodiment of Fig. 8
  • the boundary G9 has in the case of linearization of the moving course as the boundary surfaces ⁇ G8.
  • a seventh embodiment shown in FIG. 10 relates to a sinusoidal magnetization.
  • the boundary GlO between the differently directed poles has several periods here in the axial direction of the rotor. But it can also include only one period or fraction ei ⁇ ner period, for example.
  • the boundary GlO can also have a course which is defined by a This function can be described and continuously changes and differentiates.
  • FIG. 1 An eighth embodiment is outlined in FIG. There are two different axial helix angles ß ⁇ and ß2 provided in the sections Al, A2 and A3. The middle one
  • Section has a smaller absolute slope, ie a smaller axial skew angle ß2, compared to the axial helix angles ß ⁇ in both sections Al and A3.
  • the boundaries GIl do not run continuously here, but have jumps at the section boundaries.
  • the portion of the boundary GIl passes over a circular arc ⁇ lxr.
  • the part of the boundary GIl in the section A2 covers the arc a2xr.
  • the circular arc a2xr is smaller than the first circular arc ⁇ lxr. This variant is used in particular for compensating the influence of the Wi ⁇ ckelkopfstreuung the torque ripple.
  • the ninth embodiment shown in FIG. 12 corresponds to a quantized implementation variant of the magnet arrangement of FIG. 11.

Landscapes

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

Abstract

Die Drehmomentenwelligkeit von elektrischen Maschinen soll weiter reduziert werden. Hierzu ist vorgesehen, die Magnetpole beispielsweise an der Oberfläche eines Läufers in mehreren Abschnitten (Al, A2) unterschiedlich schräg anzuordnen. Es ergeben sich dabei Schrägungswinkel (ß1, ß2), die in ihrem Betrag unterschiedlich sind. Auch mehr als zwei verschiedene Schrägungswinkel bis hin zu einem kontinuierlichen Verlauf der Grenzlinien (G4) zwischen den Polen können realisiert werden.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine mit schräg verlaufenden Magnetpolgrenzen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer ersten Komponente (z.B. Rotor) und einer zweiten Komponente (z.B. Stator), die mit der ersten Komponente mag¬ netisch gekoppelt ist, und die in einer Bewegungsrichtung gegenüber der zweiten Komponente bewegbar ist. Darüber hinaus weist die elektrische Maschine eine Magnetpolanordnung an der ersten Komponente auf, deren Pole in Bewegungsrichtung alternierend zum einen in einer ersten Magnetfeldrichtung und zum anderen in einer zu der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzten zweiten Magnetfeldrichtung ausgerichtet sind. Dabei verläuft eine Grenze zwischen Polen unterschiedlicher Magnetfeldrichtungen in einem ersten Bereich der ersten Komponente entsprechend einem ersten Schrägungswinkel und in einem zwei¬ ten Bereich der ersten Komponente entsprechend einem zweiten Schrägungswinkel relativ zu der Bewegungsrichtung. Insbeson- dere betrifft die vorliegende Erfindung rotatorische oder li¬ neare Elektromotoren.
Einen wesentlichen Einfluss auf das Betriebsverhalten einer permanent erregten elektrischen Maschine hat die Form des Er- regerfeldes. Dabei ist stets eine mehr oder weniger große
Kraft- bzw. Drehmomentenwelligkeit zu beobachten. Diese gilt es neben einer Maximierung des Drehmoments zu minimieren.
Ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Drehmomentenwellig- keit ist eine Schrägung von Stator und/oder Läufer, um beispielsweise eine Nutteilung. FIG 1 zeigt eine derartige Schrägung am Beispiel eines Läufers, dessen Manteloberfläche in der zeichnerischen Darstellung abgerollt ist. In vertikaler Richtung ist somit der halbe Umfang Ttr dargestellt. Ins- gesamt besitzt der Läufer in axialer Richtung eine Länge / . Auf der Läuferoberfläche sind Permanentmagnete bzw. Pole mit unterschiedlichen Magnetfeld- bzw. Magnetisierungsrichtungen angeordnet. Diese Magnetisierungsrichtungen sind in FIG 1 mit N und S symbolisiert. Zwischen den Polen unterschiedlicher Magnetisierungsrichtungen verlaufen Grenzen Gl, die den gegebenenfalls kontinuierlichen Übergang beispielsweise von einem Nordpol N zu einem Südpol S andeuten.
Der Läufer bewegt sich gegenüber dem Stator in einer Bewegungsrichtung B. Die Grenzen Gl verlaufen im Wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung B. Sie nehmen zu dem Lot der Bewegungsrichtung einen axialen Schrägungswinkel ß ein. Über die gesamte Länge / des Läufers führt der axiale Schrägungswin¬ kel zu einem Kreisbogen ccr , wobei a den Zentriwinkel und r den Radius des Läufers darstellt.
Elektrische Maschinen mit Erregerfeldern, die durch einen derartigen axialen Schrägungswinkel ß charakterisiert sind, zählen zum Stand der Technik. Darüber hinaus sind auch elektrische Maschinen mit Läufern bekannt, bei denen der Läufer quer zur Bewegungsrichtung B, d.h. in axialer Richtung, in zwei Bereiche Al und A2 unterteilt ist, wie dies in FIG 2 schematisch skizziert ist. Des Weiteren sind auch Läufer im Einsatz, die in axialer Richtung in vier Abschnitte Al, A2, A3 und A4 gemäß FIG 3 unterteilt sind. Die jeweilige Ab¬ schnittslänge beträgt 1/2 bzw. 1/4. Die axialen Schrägungen bzw. Grenzen G2, G3 verlaufen hier abschnittsweise linear. Entsprechend dem Beispiel von FIG 2 ergibt sich in dem Ab¬ schnitt Al ein axialer Schrägungswinkel ß\ und im Abschnitt A2 ein axialer Schrägungswinkel ß2. Es gilt ß\ = -ß2, d. h. \ß\ Auch die axialen Schrägungswinkel in dem Beispiel von FIG 3 sind in ihrem Betrag untereinander gleich. Aus der Druckschrift DE 101 47 310 B4 sind Magnete bekannt, die eine diskrete Magnetisierung in mehreren Abschnitten wie in FIG 2 oder 3 ermöglichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Kraft- bzw. Drehmomentenwelligkeit einer elektrischen Maschi¬ ne weiter zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektri¬ sche Maschine mit einer ersten Komponente, einer zweiten Komponente, die mit der ersten Komponente magnetisch gekoppelt ist, und die in einer Bewegungsrichtung gegenüber der zweiten Komponente bewegbar ist, und einer Magnetpolanordnung, die an der ersten Komponente ausgebildet und deren Pole in Bewe¬ gungsrichtung alternierend zum einen in einer ersten Magnetfeldrichtung und zum anderen in einer zu der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzten zweiten Magnetfeldrichtung ausgerichtet sind, wobei eine Grenze zwischen Polen unter¬ schiedlicher Magnetfeldrichtungen in einem ersten Bereich der ersten Komponente entsprechend einem ersten Schrägungswinkel und in einem zweiten Bereich der ersten Komponente entsprechend einem zweiten Schrägungswinkel relativ zu der Bewe- gungsrichtung verläuft, und wobei der erste Schrägungswinkel einen anderen Betrag besitzt als der zweite Schrägungswinkel.
Erfindungsgemäß kann die Drehmomentenwelligkeit somit durch beliebige Funktionen des Schrägungswinkels auf vielfältige Weise beeinflusst werden. Insbesondere können so bestimmte
Harmonische des Erregerfeldes eliminiert oder minimiert wer¬ den. Beispielsweise kann der Einfluss der Streuung im Bereich der Wellenenden durch die Geometrie des axialen Schrägungs¬ winkels verringert werden.
Vorzugsweise ist die erste Komponente der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ein Rotor und ihre zweite Komponente ein Stator. In diesem Fall kann die Drehmomentenwelligkeit des Motors bzw. Generators durch den erfindungsgemäßen Aufbau reduziert werden.
Alternativ ist die elektrische Maschine als Linearmotor aus¬ gebildet, wobei die erste Komponente das Primärteil und die zweite Komponente das Sekundärteil ist. Bei dieser Ausgestal- tung der elektrischen Maschine lässt sich die Kraftwelligkeit des Linearmotors in Verfahrrichtung reduzieren. Die Ausdehnung der Grenze in dem oben definierten ersten Bereich in Bewegungsrichtung ist entsprechend einer speziellen Ausgestaltung der elektrischen Maschine gleich der Ausdehnung der Grenze im zweiten Bereich (z.B. eine Nutteilung) . Die Ausdehnung der Grenze in dem ersten Bereich kann aber auch größer als in dem zweiten Bereich sein. Je nach Anwendungsfall wird die eine oder andere Variante von Vorteil sein.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ver- läuft die Grenze zwischen den unterschiedlich gerichteten Polen in drei Abschnitten mit drei verschiedenen Schrägungswin- keln. Damit kann unterschiedlichsten unsymmetrischen Einflüssen auf die Drehmomentenwelligkeit Rechnung getragen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Grenze in ihrem Ver¬ lauf im Wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung punktsymmetrisch oder achsensymmetrisch ist. Dadurch werden beispielsweise bei einem Rotor axiale Kräfte reduziert oder vermieden.
Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Grenze zwischen den unterschiedlich gerichteten Polen im Wesentlichen sinusförmig verlaufen. Der kontinuierliche Verlauf der Grenze wirkt sich ebenfalls positiv auf die Drehmomentenwelligkeit bzw. Kraftwelligkeit aus.
Der Verlauf der Grenze kann aber auch quantisiert sein. Dies bedeutet, dass der Schrägungswinkel durch entsprechende An¬ ordnung von rechteckförmigen Magnetelementen nachgebildet wird. In diesem Fall verläuft die Grenze in Sprüngen entlang der Bewegungsrichtung bzw. quer dazu.
Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 eine abgerollte Hälfte eines Läufers mit unterschied¬ lich gerichteten Magnetpolen und einem einzigen Schrägungswinkel gemäß dem Stand der Technik; FIG 2 eine Magnetpolanordnung mit zwei Abschnitten betragsmäßig gleicher Schrägungswinkel nach dem Stand der
Technik; FIG 3 eine Magnetpolanordnung mit vier Abschnitten nach dem
Stand der Technik; FIG 4 eine erfindungsgemäße Magnetpolanordnung mit zwei verschieden großen Schrägungswinkeln;
FIG 5 das Beispiel von FIG 4 mit quantisierter Schrägung;
FIG 6 eine Magnetpolanordnung mit drei Abschnitten und zwei verschiedenen Schrägungswinkeln;
FIG 7 das Beispiel von FIG 6 mit quantisierter Schrägung;
FIG 8 eine Magnetpolanordnung mit drei Abschnitten und drei verschiedenen Schrägungswinkeln;
FIG 9 das Beispiel von FIG 8 mit quantisierter Schrägung; FFIIGG 1100 eine Magnetpolanordnung mit sinusförmigem Verlauf der
Polgrenzen;
FIG 11 eine Magnetpolanordnung mit nicht kontinuierlichen
Polgrenzen und
FIG 12 das Beispiel von FIG 11 mit quantisierter Schrägung.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Aufbauend auf dem erfindungsgemäßen Grundgedanken, mindestens zwei verschiedene axiale Schrägungswinkel zu verwenden, ist in FIG 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er¬ findung dargestellt. Wie in den vorhergehenden FIG 1 bis 3 ist auch in FIG 4 die halbe Oberfläche eines Läufers abge- rollt dargestellt. Die Achse des Läufers befindet sich in der Darstellung in horizontaler Richtung, während die Bewegungsrichtung B wiederum in vertikaler Richtung verläuft. Selbstverständlich kann sich die elektrische Maschine auch in umge¬ kehrter Richtung bewegen. Die Bewegungsrichtung B dient hier lediglich zur Definition und Beschreibung der verwendeten Winkel und Größen. Der Läufer ist hier in zwei Abschnitte Al und A2 geteilt. Der erste Abschnitt Al besitzt eine Länge von 3/8 / und der zweite Abschnitt eine Länge von 5/8 / . Die Abschnittsbreiten bzw. -längen stehen also hier im Verhältnis von 3/5. Dieses Verhältnis kann auch beliebig anders gewählt werden. Beson¬ ders vorteilhaft ist beispielsweise ein Verhältnis von 2/1 oder 1/1.
Der Schrägungswinkel im ersten Abschnitt Al beträgt ß\ und der Schrägungswinkel im zweiten Abschnitt A2 ß2. Die Winkel haben einen unterschiedlichen Betrag und ein unterschiedliches Vorzeichen. Die Schrägungen, d. h. die Grenzen G4 zwischen den unterschiedlichen Polen, verlaufen stetig in Richtung der Längsachse des Läufers ohne Sprung. Sie befinden sich in einem Abstand ccxr .
In dem Ausführungsbeispiel von FIG 5 sind die Permanentmagne¬ te als kleine Magnetelemente ausgebildet. Die Platzierung der Einzelmagnete auf der Läuferoberfläche führt zu einer Magnet- polanordnung, die im Wesentlichen der Magnetpolanordnung von FIG 4 entspricht. Ein Pol eines jeden Magnetelements weist an der Läuferoberfläche nach oben. In FIG 5 sind die unter¬ schiedlichen Pole mit unterschiedlichen Schraffierungen angedeutet. Die Grenzen G5 zwischen den unterschiedlich gerichte- ten Permanentmagneten bzw. Polen verläuft hier stufenförmig. Wird die Grenze G5 linearisiert , so ergibt sich exakt der gleiche Verlauf wie der der Grenze G4 von FIG 4. Der stetige Verlauf der Grenze G4 lässt sich beispielsweise durch Auf¬ spritzen eines kunststoffgebundenen Magnetmaterials auf den Läufer und entsprechende Magnetisierung erreichen. Alternativ können für den stetigen Verlauf der Grenze G4 auch teure, schräg gefertigte, vormagnetisierte Permanentmagnete einge¬ setzt werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in FIG 6 wiedergegeben. Dort ist die Läuferoberfläche a- xial in drei Abschnitte Al, A2 und A3 geteilt. Die beiden äu¬ ßeren Abschnitte Al und A3 besitzen eine Breite von 2/8 1 und der mittlere Abschnitt A2 dementsprechend eine Breite von 4/8 1. In den beiden Abschnitten Al und A3 beträgt der axiale Schrägungswinkel ß\ , während er im mittleren Abschnitt A2 ß2 beträgt. In dem Beispiel von FIG 6 ist J32 =O . Der Abstand zwischen zwei Grenzlinien G5 beträgt hier ebenfalls ccr . Der Kreisbogen, der durch eine einzige Grenzlinie G5 in Umfangs- richtung überstrichen wird, beträgt in dem gewählten Beispiel ebenfalls ccr .
Das vierte Ausführungsbeispiel, das in FIG 7 skizziert ist, stellt wiederum die quantisierte Form des Ausführungsbei¬ spiels von FIG 6 dar. Die Grenze G7 verläuft hier, wenn sie linearisiert ist, exakt wie die Grenze G6 von Abbildung 6.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel für drei verschiedene axiale Schrägungswinkel ß\ , ß2 und ß3 ist in FIG 8 dargestellt. Dabei ist der Schrägungswinkel ß\ in einem ersten Abschnitt Al der Breite 1/8, der Schrägungswinkel ß2 in einem zweiten Abschnitt A2 der Länge 5/8 1 und der Schrägungswinkel ß3 in einem dritten Abschnitt A3 der Länge 2/8 1 realisiert. Sämt¬ liche drei Schrägungswinkel ß\ , ß2 und ß3 sind so groß, dass die Grenze G8 in dem jeweiligen Abschnitt den Kreisbogen ccr überstreicht.
Das sechste Ausführungsbeispiel gemäß FIG 9 stellt eine quan¬ tisierte Form des fünften Ausführungsbeispiels von FIG 8 dar. Die Grenze G9 besitzt im Falle der Linearisierung den glei¬ chen Verlauf wie die Grenze G8.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel, das in FIG 10 dargestellt ist, betrifft eine sinusförmige Magnetisierung. Es finden sich hier praktisch unendlich viele axiale Schrägungswinkel, die sich aus der Sinusfunktion ergeben. Die Grenze GlO zwischen den unterschiedlich gerichteten Polen besitzt hier in axialer Richtung des Läufers mehrere Perioden. Sie kann aber auch beispielsweise nur eine Periode oder einen Bruchteil ei¬ ner Periode umfassen. Die Grenze GlO kann neben dem sinusförmigen Verlauf auch einen Verlauf besitzen, der durch eine an- dere Funktion beschrieben werden kann und der sich kontinuierlich ändert sowie stetig differenzieren lässt.
Ein achtes Ausführungsbeispiel ist in der FIG 11 skizziert. Dort sind zwei verschiedene axiale Schrägungswinkel ß\ und ß2 in den Abschnitten Al, A2 und A3 vorgesehen. Der mittlere
Abschnitt besitzt eine betragsmäßig kleinere Steigung, d.h. einen kleineren axialen Schrägungswinkel ß2 , gegenüber den axialen Schrägungswinkeln ß\ in beiden Abschnitten Al und A3. Dies bedeutet, dass die Grenzen GIl in beiden Randab¬ schnitten Al und A3 hier gleiche Steigung besitzen. Die Grenzen GIl verlaufen hier nicht kontinuierlich, sondern besitzen an den Abschnittsgrenzen Sprünge. In den Abschnitten Al und A3 überstreicht der Abschnitt der Grenze GIl einen Kreisbogen αlxr. Demgegenüber überstreicht der Teil der Grenze GIl in dem Abschnitt A2 den Kreisbogen a2xr . Der Kreisbogen a2xr ist kleiner als der erste Kreisbogen αlxr. Diese Variante dient insbesondere zur Kompensation des Einflusses der Wi¬ ckelkopfstreuung auf die Drehmomentenwelligkeit .
Die in FIG 12 dargestellte neunte Ausführungsform entspricht einer quantisierten Realisierungsvariante der Magnetanordnung von Abbildung 11.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine mit - einer ersten Komponente, - einer zweiten Komponente, die mit der ersten Komponente magnetisch gekoppelt ist, und die in einer Bewegungsrichtung (B) gegenüber der zweiten Komponente bewegbar ist, und einer Magnetpolanordnung, die an der ersten Komponente ausgebildet ist und deren Pole in Bewegungsrichtung (B) alternierend zum einen in einer ersten Magnetfeldrichtung (N) und zum anderen in einer zu der ersten Magnetfeldrichtung (N) entgegengesetzten zweiten Magnetfeldrichtung (S) ausgerichtet sind, wobei - eine Grenze (Gl bis GIl) zwischen Polen unterschiedlicher Magnetfeldrichtungen in einem ersten Bereich (Al) der ersten Komponente entsprechend einem ersten Schrägungswinkel ( ß\ ) und in einem zweiten Bereich (A2) der ersten Komponente entsprechend einem zweiten Schrägungswinkel ( ß2 ) relativ zu der Bewegungsrichtung (B) verläuft, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Schrägungswinkel ( ß\ ) einen anderen Betrag be¬ sitzt als der zweite Schrägungswinkel ( ß2 ) .
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, deren erste Kompo¬ nente ein Rotor und deren zweite Komponente ein Stator ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die als Linearmotor ausgebildet ist, wobei die erste Komponente das Primärteil und die zweite Komponente das Sekundärteil ist.
4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausdehnung der Grenze (Gl bis GIl) in dem ers¬ ten Bereich (Al) in Bewegungsrichtung (B) gleich der im zwei- ten Bereich ist (A2) .
5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wo¬ bei die Ausdehnung der Grenze (Gl bis GIl) in dem ersten Be- reich (Al) in Bewegungsrichtung (B) größer ist als in dem zweiten Bereich (A2) .
6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei die Grenze (Gl bis GIl) mit drei verschiedenen
Schrägungswinkeln ( ß\ , ß2 , ß3 ) verläuft .
7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei die Grenze (Gl bis GIl) in ihrem Verlauf im We- sentlichen quer zur Bewegungsrichtung (B) punktsymmetrisch ist.
8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei die Grenze (Gl bis GIl) im Wesentlichen sinusför- mig verläuft.
9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei der Verlauf der Grenze (Gl bis GIl) quantisiert ist.
PCT/EP2007/057433 2006-07-20 2007-07-18 Elektrische maschine mit schräg verlaufenden magnetpolgrenzen Ceased WO2008009706A1 (de)

Priority Applications (2)

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US12/374,147 US8134273B2 (en) 2006-07-20 2007-07-18 Electrical machine with skew-running magnet pole boundaries
JP2009519980A JP5279709B2 (ja) 2006-07-20 2007-07-18 斜めに推移する磁極境界を有する電気機械

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