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Title:
ROTATING ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/141463
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rotating electric machine (1) having a stator (2) and a rotor (4), which is rotatable about a rotation axis (6) relative to the stator (2). The rotor (4) has an annular reaction element (5), which extends along a reaction element circle (11) about the rotation axis (6) and has a plurality of magnetizable regions (25) arranged one behind the other along the reaction element circle (11), wherein a non-magnetic region (23) is arranged between every two adjacent magnetizable regions (25). The stator (2) has at least one segment pair (3) comprising two active sub-segments (7, 9), between which a circular arc of the reaction element circle (11) extends, wherein a first active sub-segment (7) of each segment pair (3) has a plurality of electromagnets (13) arranged one behind the other along the course of the circular arc and the second active sub-segment (9) of the segment pair (3) has a plurality of permanent magnets (21) arranged along the course of the circular arc.

Inventors:
SEUFERT, Reiner (Frankenstraße 21, Salz, 97616, DE)
VOLLMER, Rolf (Espenlaubstraße 13, Gersfeld, 36129, DE)
Application Number:
EP2018/085446
Publication Date:
July 25, 2019
Filing Date:
December 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02K21/40; H02K9/19; H02K16/04
Foreign References:
EP3131189A12017-02-15
DE102016106187A12017-10-05
EP2806546A12014-11-26
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Rotierende elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) und einem relativ zu dem Stator (2) um eine Drehachse (6) drehbaren Rotor (4), wobei

- der Rotor (4) ein ringförmiges Reaktionselement (5) auf weist, das entlang eines Reaktionselementkreises (11) um die Drehachse (6) verläuft und mehrere entlang des Reaktionsele mentkreises (11) hintereinander angeordnete magnetisierbare Bereiche (25) aufweist, wobei zwischen zwei einander benach barten magnetisierbaren Bereichen (25) jeweils ein nichtmag netischer Bereich (23) angeordnet ist,

- und der Stator (2) wenigstens ein Segmentpaar (3) zweier Aktivteilsegmente (7, 9) aufweist, zwischen denen ein Kreis bogen des Reaktionselementkreises (11) verläuft, wobei ein erstes Aktivteilsegment (7) jedes Segmentpaares (3) mehrere entlang des Kreisbogenverlaufs hintereinander angeordnete Elektromagneten (13) aufweist und das zweite Aktivteilseg ment (9) des Segmentpaares (3) mehrere entlang des Kreisbo genverlaufs hintereinander angeordnete Permanentmagneten (21) aufweist .

2. Rotierende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivteilsegmente (7, 9) je des Segmentpaares (3) auf sich bezüglich des Reaktionsele mentkreises (11) radial gegenüberliegenden Seiten des Reakti onselements (5) angeordnet sind.

3. Rotierende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder

2,

dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) mehrere Segment paare (3) aufweist, die voneinander beabstandet äquidistant entlang des Reaktionselementkreises (11) angeordnet sind.

4. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) eine gerade An zahl von Segmentpaaren (3) aufweist und die ersten Aktiv- teilsegmente (7) je zweier einander benachbarter Segmentpaa re (3) auf verschiedenen Seiten des Reaktionselements (5) an geordnet sind.

5. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Lagervorrichtung (37) zum Lagern des Reaktionselements (5) an dem Stator (2) .

6. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionselement (5) relativ zu dem Stator (2) in einer zu der Drehachse (6) senkrechten Ebene verschiebbar gelagert ist.

7. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung (29) zur Kühlung aller ersten Aktivteilsegmente (7) und/oder aller zweiten Ak tivteilsegmente (9).

8. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass je zwei einander benachbarte Permanentmagneten (13) jedes zweiten Aktivteilsegments (9) einander entgegengesetzte magnetische Polungen aufweisen.

9. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass jedem Elektromagnet (13) des ersten Aktivteilsegments (7) jedes Segmentpaares (3) zwei ei nander benachbarte Permanentmagneten (21) des zweiten Aktiv teilsegments (9) des Segmentpaares (3) gegenüberliegen.

10. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vor hergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das erste Aktivteilsegment (7) jedes Segmentpaares (3) zwölf Elektromagneten (13) aufweist.

11. Rotierende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionselement (5) in dem Bereich jedes Segmentpaares (3) siebzehn oder neunzehn magne tisierbare Bereiche (25) aufweist.

12. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vor hergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten (13) des ersten Aktivteilsegments (7) jedes Segmentpaares (3) mit ei nem dreiphasigen elektrischen Stromsystem gespeist werden, wobei jeder Elektromagnet (13) einer Phase (U, V, W) des Stromsystems zugeordnet ist.

13. Rotierende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten (13) jeder Phase des Stromsystems Magnetpaare von je zwei einander be nachbarten Elektromagneten (13) bilden, die voneinander ver schiedene magnetische Polungen aufweisen, und zwischen zwei Magnetpaaren jeder Phase (U, V, W) je ein Magnetpaar jeder der beiden anderen Phasen (U, V, W) liegt und je zwei einan der benachbarte Elektromagneten (13) voneinander verschiede ner Phasen (U, V, W) dieselbe magnetische Polung aufweisen.

14. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vor hergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetischen Berei che (23) des Reaktionselements (5) aus einem keramischen Ma terial gefertigt sind.

15. Rotierende elektrische Maschine (1) nach einem der vor hergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Berei che (25) des Reaktionselements (5) aus einem weichmagneti schen Material gefertigt sind.

Description:
Beschreibung

Rotierende elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine.

Rotierende elektrische Maschinen weisen einen Stator und ei nen relativ zu dem Stator um eine Drehachse drehbaren Rotor auf. Der Stator und/oder der Rotor weisen Magneten zur Erzeu gung von Magnetfeldern auf. Die Magneten sind Elektromagneten und/oder Permanentmagneten und in der Regel an dem Stator und/oder an dem Rotor entlang von Kreisen um die Drehachse angeordnet. Bei großen rotierenden elektrischen Maschinen, das heißt bei großen Radien dieser Kreise, werden entspre chend viele und/oder große Magneten benötigt. Dies führt zu hohen Kosten für die Magnetbestückung derartiger Maschinen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, die insbesondere hinsichtlich der Kosten für die Magnetbestückung verbessert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße rotierende elektrische Maschine weist einen Stator und einen relativ zu dem Stator um eine Drehach se drehbaren Rotor auf. Der Rotor weist ein ringförmiges Re aktionselement auf, das entlang eines Reaktionselementkreises um die Drehachse verläuft und mehrere entlang des Reaktions elementkreises hintereinander angeordnete magnetisierbare Be reiche aufweist, wobei zwischen zwei einander benachbarten magnetisierbaren Bereichen jeweils ein nichtmagnetischer Be reich angeordnet ist. Der Stator weist wenigstens ein Seg mentpaar zweier Aktivteilsegmente auf, zwischen denen ein Kreisbogen des Reaktionselementkreises verläuft. Ein erstes Aktivteilsegment jedes Segmentpaares weist mehrere entlang des Kreisbogenverlaufs hintereinander angeordnete Elektromag neten auf und das zweite Aktivteilsegment des Segmentpaares weist mehrere entlang des Kreisbogenverlaufs hintereinander angeordnete Permanentmagneten auf.

Bei einer erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine weist nur der Stator aktive magnetische Komponenten, das heißt Elektromagneten und Permanentmagneten, auf, während der Rotor frei von derartigen Komponenten ist und lediglich ein Reaktionselement mit magnetisierbaren Bereichen aufweist.

Außerdem sind die zusammenwirkenden Elektromagneten und Per manentmagneten auf verschiedenen Seiten des Reaktionselements angeordnet. Durch diese Anordnung der Elektromagneten und der Permanentmagneten reduzieren die Permanentmagneten nicht den Bauraum für die Spulenwicklungen der Elektromagneten in einem Aktivteil des Stators. Dies ermöglicht eine Verbesserung der geometrischen Anordnung der Spulenwicklungen der Elektromag neten durch eine Optimierung der Nutgeometrie von Nuten, in denen die Spulenwicklungen verlaufen, und damit eine Verbes serung des magnetischen Kreises und des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine gegenüber einer Anordnung von Elektro magneten und Permanentmagneten in demselben Aktivteil der Ma schine .

Ferner werden die Permanentmagneten durch die Elektromagneten nicht wesentlich erwärmt, da sie von den Elektromagneten be- abstandet auf einer anderen Seite des Reaktionselements ange ordnet sind. Dadurch wird der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine verbessert, da durch eine Erwärmung der Permanent magneten entstehende Verluste reduziert werden, beziehungs weise es können zum Erreichen eines angestrebten Wirkungsgra des kostengünstigere Permanentmagneten, beispielsweise Perma nentmagneten mit relativ leichten Seltenen Erden, eingesetzt werden als bei einer Anordnung von Elektromagneten und Perma nentmagneten in demselben Aktivteil der Maschine. Die Anordnung der Elektromagneten und Permanentmagneten auf verschiedenen Seiten des Reaktionselements reduziert außerdem die Anziehungskraft des Stators auf das Reaktionselement ge genüber einer Anordnung von Elektromagneten und Permanentmag neten auf derselben Seite des Reaktionselements. Dadurch wird die Lagerung des Reaktionselements entlastet, beziehungsweise es kann eine kostengünstigere Lagerung des Reaktionselements eingesetzt werden als bei einer Anordnung der Elektromagneten und Permanentmagneten auf derselben Seite des Reaktionsele ments .

Des Weiteren sind die Elektromagneten und Permanentmagneten in Aktivteilsegmenten angeordnet, die jeweils nur in dem Be reich eines Kreisbogens des Reaktionselementkreises , das heißt nur einem Teilbereich des Reaktionselementkreises , an geordnet sind. Dadurch kann der Stator modular mit Aktiv teilsegmenten bestückt werden, deren Anzahl und Anordnung flexibel den jeweiligen Anforderungen an die elektrische Ma schine angepasst werden können. Insbesondere werden in der Regel Elektromagneten und Permanentmagneten nicht entlang des gesamten Umfangs des Reaktionselements angeordnet, so dass auch dadurch die Anzahl der Magneten und die Kosten für die Magnetbestückung des Stators gegenüber einer Anordnung von Magneten entlang des gesamten Umfangs des Reaktionselements reduziert werden können.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Aktiv teilsegmente jedes Segmentpaares auf sich bezüglich des Reak tionselementkreises radial gegenüberliegenden Seiten des Re aktionselements angeordnet sind. Diese Ausgestaltung der Er findung ermöglicht in der Regel eine einfachere Kopplung des Rotors mit einem von der elektrischen Maschine anzutreibenden Element als eine Anordnung der Aktivteilsegmente beispiels weise auf sich bezüglich der Drehachse axial gegenüberliegen den Seiten des Reaktionselements, da eine Anordnung der Ak tivteilsegmente auf sich radial gegenüberliegenden Seiten des Reaktionselements eine direkte axiale Verbindung des Reakti onselements mit dem anzutreibenden Element ermöglicht. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stator mehrere Segmentpaare aufweist, die voneinander beab- standet äquidistant entlang des Reaktionselementkreises ange ordnet sind. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht ei ne gleichmäßigere Einwirkung der Aktivteilsegmente auf das Reaktionselement als nur ein Segmentpaar oder eine Anordnung mehrerer Segmentpaare beispielsweise in nur einem Bereich des Reaktionselementkreises .

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stator eine gerade Anzahl von Segmentpaaren aufweist und die ersten Aktivteilsegmente je zweier einander benachbarter Seg mentpaare auf verschiedenen Seiten des Reaktionselements an geordnet sind. Mit anderen Worten sieht diese Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die ersten Aktivteilsegmente entlang des Reaktionselementkreises abwechselnd auf verschie denen Seiten des Reaktionselements angeordnet sind und die zweiten Aktivteilsegmente entlang des Reaktionselementkreises entsprechend ebenfalls abwechselnd auf verschiedenen Seiten des Reaktionselements angeordnet sind. Dadurch neutralisieren sich die Anziehungskräfte der Aktivteilsegmente auf das Reak tionselement, was die Lagerung des Reaktionselements zusätz lich entlastet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Lagervor richtung zum Lagern des Reaktionselements an dem Stator vor. Dadurch können durch die Lagervorrichtung sehr kleine Luft spalte zwischen dem Reaktionselement und den Aktivteilsegmen ten des Stators eingestellt und eingehalten werden, wodurch vorteilhaft sehr hohe Drehmomente durch die Aktivteilsegmente auf das Reaktionselement ausgeübt werden können.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Reaktionselement relativ zu dem Stator in einer zu der Dreh achse senkrechten Ebene verschiebbar gelagert ist. Mit ande ren Worten sieht diese Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Reaktionselement nicht nur um die Drehachse drehbar son- dern auch in einer zu der Drehachse senkrechten Ebene ver schiebbar gelagert ist, beispielsweise indem die vorgenannte Lagervorrichtung auch kleine Verschiebungen in dieser Ebene ermöglicht. Dadurch können vorteilhaft Fertigungstoleranzen sowie thermisch bedingte Ausdehnungsveränderungen des Reakti onselements und/oder der Aktivteilsegmente ausgeglichen wer den .

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Kühlvor richtung zur Kühlung aller ersten Aktivteilsegmente und/oder aller zweiten Aktivteilsegmente vor. Dadurch können vorteil haft durch eine Erwärmung der Elektromagneten und/oder Perma nentmagneten der Aktivteilsegmente verursachte Verluste redu ziert und somit der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass je zwei einander benachbarte Permanentmagneten jedes zweiten Ak tivteilsegments einander entgegengesetzte magnetische Polun gen aufweisen. Dadurch kann vorteilhaft der magnetische An trieb durch die Permanentmagneten realisiert werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass je dem Elektromagnet des ersten Aktivteilsegments jedes Segment paares zwei einander benachbarte Permanentmagneten des zwei ten Aktivteilsegments des Segmentpaares gegenüberliegen.

Dadurch wird vorteilhaft die Anordnung der Permanentmagneten des zweiten Aktivteils der Anordnung der Elektromagneten des ersten Aktivteils angepasst.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Aktivteilsegment jedes Segmentpaares zwölf Elektromag neten aufweist. Beispielsweise weist das Reaktionselement da bei in dem Bereich jedes Segmentpaares siebzehn oder neunzehn magnetisierbare Bereiche auf. Die Anordnung von zwölf Elekt romagneten in einem ersten Aktivteilsegment und die Anordnung von siebzehn oder neunzehn magnetisierbaren Bereichen des Re- aktionselements im Bereich dieser zwölf Elektromagneten haben sich überraschend als besonders effektiv herausgestellt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Elektromagneten des ersten Aktivteilsegments jedes Segment paares mit einem dreiphasigen elektrischen Stromsystem ge speist werden, wobei jeder Elektromagnet einer Phase des Stromsystems zugeordnet ist. Dies ermöglicht vorteilhaft die Verwendung eines dreiphasigen elektrischen Stromsystems zum Betrieb der elektrischen Maschine. Beispielsweise bilden da bei die Elektromagneten jeder Phase des Stromsystems Magnet paare von je zwei einander benachbarten Elektromagneten, die voneinander verschiedene magnetische Polungen aufweisen, zwi schen zwei Magnetpaaren jeder Phase liegt je ein Magnetpaar jeder der beiden anderen Phasen und je zwei einander benach barte Elektromagneten voneinander verschiedener Phasen weisen dieselbe magnetische Polung auf. Unter einem Elektromagneten einer Phase des Stromsystems wird dabei ein dieser Phase zu geordneter Elektromagnet verstanden. Die vorgenannte Zuord nung der Elektromagneten zu den Phasen und deren Polung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die nichtmagnetischen Bereiche des Reaktionselements aus einem keramischen Material gefertigt sind. Keramische Materialien eignen sich aufgrund ihrer magnetischen und mechanischen Ei genschaften besonders zur Fertigung der nichtmagnetischen Be reiche des Reaktionselements.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die magnetisierbaren Bereiche des Reaktionselements aus einem weichmagnetischen Material gefertigt sind. Weichmagnetische Materialien lassen sich in einem Magnetfeld leicht magneti sieren und eignen sich daher besonders vorteilhaft zur Ferti gung der magnetisierbaren Bereiche des Reaktionselements.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer rotierenden elektrischen Maschine in einer Schnittdarstellung mit einer zu der Drehachse der Maschine senkrechten Schnittebene,

FiG 2 eine Schnittdarstellung eines Segmentpaares zweier

Aktivteilsegmente und eines Reaktionselements einer rotieren den elektrischen Maschine,

FIG 3 eine perspektivische Darstellung eines Segmentpaa res zweier Aktivteilsegmente und eines Reaktionselements ei ner rotierenden elektrischen Maschine,

FIG 4 eine Schnittdarstellung eines ersten Aktivteilseg ments einer rotierenden elektrischen Maschine,

FIG 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer rotierenden elektrischen Maschine in einer Schnittdarstellung mit einer Schnittebene, in der die Drehachse der Maschine liegt.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel ei ner rotierenden elektrischen Maschine 1. Die elektrische Ma schine 1 weist einen Stator 2 und einen relativ zu dem Sta tor 2 um eine Drehachse 6 drehbaren Rotor 4 auf. Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung mit einer zu der Drehachse 6 senkrechten Schnittebene.

Der Rotor 4 weist ein ringförmiges Reaktionselement 5 auf, das entlang eines Reaktionselementkreises 11 um die Drehach se 6 verläuft. Der Stator 2 weist drei voneinander beabstandet äquidistant entlang des Reaktionselementkreises 11 angeordnete Segment paare 3 je zweier Aktivteilsegmente 7, 9 auf. Die beiden Ak tivteilsegmente 7, 9 jedes Segmentpaares 3 sind auf sich be züglich des Reaktionselementkreises 11 radial gegenüberlie genden Seiten des Reaktionselements 5 angeordnet, so dass zwischen den beiden Aktivteilsegmenten 7, 9 ein Kreisbogen des Reaktionselementkreises 11 verläuft.

Die Figuren 2 und 3 zeigen jeweils ein Segmentpaar 3 und ei nen Abschnitt des Reaktionselements 5 der in Figur 1 gezeig ten rotierenden elektrischen Maschine 1. Dabei zeigt Figur 2 eine Schnittdarstellung und Figur 3 zeigt eine perspektivi sche Darstellung.

Ein erstes Aktivteilsegment 7 jedes Segmentpaares 3 weist mehrere Elektromagneten 13 auf, die entlang des Kreisbogen verlaufs des zwischen den beiden Aktivteilsegmenten 7, 9 des

Segmentpaares 3 verlaufenden Kreisbogens des Reaktionsele mentkreises 11 hintereinander angeordnet sind. Die Elektro magneten 13 weisen jeweils eine Spulenwicklung 15 einer elektrischen Spule auf. Das erste Aktivteil 7 weist ferner ein Aktivteilblechpaket 17 mit dem zweiten Aktivteilsegment 9 zugewandten Zähnen 18 und zwischen den Zähnen 18 verlaufenden Nuten 19 auf, wobei um jeden Zahn 18 eine Spulenwicklung 15 gewickelt ist, so dass durch jede Nut 19 die Spulenwicklun gen 15 zweier Elektromagneten 13 verlaufen. In anderen Aus führungsbeispielen kann das erste Aktivteilsegment 7 statt nur ein Aktivteilblechpaket 17 mehrere Aktivteilblechpake te 17 für jeweils einen Elektromagneten 13 oder mehrere

Elektromagneten 13 aufweisen.

Das zweite Aktivteilsegment 9 jedes Segmentpaares 3 weist mehrere auf einem Permanentmagnetenträger 20 entlang des Kreisbogenverlaufs hintereinander angeordnete Permanentmagne ten 21 auf, wobei jedem Elektromagnet 13 des ersten Aktiv teilsegments 7 des Segmentpaares 3 zwei einander benachbarte Permanentmagneten 21 des zweiten Aktivteilsegments 9 gegen- überliegen. Je zwei einander benachbarte Permanentmagneten 21 jedes zweiten Aktivteilsegments 7 weisen einander entgegenge setzte magnetische Polungen auf.

Die ersten Aktivteilsegmente 7 sind jeweils auf der von der Drehachse 6 abgewandten Seite des Reaktionselements 5 ange ordnet und die zweiten Aktivteilsegmente 9 sind jeweils auf der der Drehachse 6 zugewandten Seite des Reaktionselements 5 angeordnet .

Das Reaktionselement 5 weist mehrere nichtmagnetische Berei che 23 und mehrere magnetisierbare Bereiche 25 auf. Die nichtmagnetischen Bereiche 23 und die magnetisierbaren Berei che 25 sind abwechselnd entlang des Reaktionselementkrei- ses 11 angeordnet, so dass zwischen je zwei benachbarten mag netisierbaren Bereichen 25 ein nichtmagnetischer Bereich 23 angeordnet ist und zwischen je zwei benachbarten nichtmagne tischen Bereichen 23 ein magnetisierbarer Bereich 25 angeord net ist.

Die nichtmagnetischen Bereiche 23 sind jeweils aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt, beispielsweise aus ei nem keramischen Material oder aus einem faserverstärkten Kunststoff .

Die magnetisierbaren Bereiche 25 sind jeweils zumindest teil weise aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise aus einem weichmagnetischen Material gefertigt. Vorzugsweise wei sen die magnetisierbaren Bereiche 25 jeweils ein aus Elekt- roblechen bestehendes Blechpaket auf.

Die Ausdehnung eines magnetisierbaren Bereichs 25 entlang des Reaktionselementkreises 11 beträgt beispielsweise zwischen 80 % und 120 % der Ausdehnung eines nichtmagnetischen Be reichs 23.

Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines ersten Aktiv teilsegments 7. Die Elektromagneten 13 des ersten Aktiv- teilsegments 7 werden mit einem dreiphasigen elektrischen Stromsystem gespeist, wobei jeder Elektromagnet 13 einer Pha se U, V, W des Stromsystems zugeordnet ist. Dabei bilden die Elektromagneten 13 jeder Phase U, V, W des Stromsystems Mag netpaare von je zwei einander benachbarten Elektromagne ten 13, die voneinander verschiedene magnetische Polungen aufweisen, zwischen zwei Magnetpaaren jeder Phase U, V, W liegt je ein Magnetpaar jeder der beiden anderen Phasen U, V, W und je zwei einander benachbarte Elektromagneten 13 vonei nander verschiedener Phasen U, V, W weisen dieselbe magneti sche Polung auf.

In dem in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist jedes erste Aktivteilsegment 7 zwölf Elektromagneten 13 auf und jedes zweite Aktivteilsegment 9 weist vierundzwanzig Permanentmagneten 21 auf. Das Reaktionselement 5 weist in dem Bereich eines Segmentpaares 3 siebzehn magnetisierbare Berei che 25 auf. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein Seg mentpaar 3 andere Anzahlen von Elektromagneten 13 und Perma nentmagneten 21 aufweisen und das Reaktionselement 5 kann ei ne andere Anzahl von magnetisierbaren Bereichen 25 und nicht magnetischen Bereichen 23 im Bereich des Bereich eines Seg mentpaares 3 aufweisen. Ferner kann bei anderen Ausführungs beispielen eine von Figur 4 abweichende Zuordnung der Elekt romagneten 13 zu den Phasen U, V, W vorgesehen sein.

Jedoch hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn ein erstes Aktivteilsegment 7 zwölf Elektromagneten 13 aufweist, ein zweites Aktivteilsegment 9 vierundzwanzig Per manentmagneten 21 aufweist, das Reaktionselement 5 in dem Be reich eines Segmentpaares 3 siebzehn oder neunzehn magneti sierbare Bereiche 25 aufweist und die Elektromagneten 13 den Phasen U, V, W wie in Figur 4 zugeordnet sind.

Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer rotieren den elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 und einen relativ zu dem Stator 2 um eine Drehachse 6 drehbaren Rotor 4 auf. Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung mit einer Schnittebene, in der die Dreh achse 6 liegt.

Der Rotor 4 weist ein ringförmiges Reaktionselement 5 auf, das entlang eines Reaktionselementkreises 11 um die Drehach se 3 verläuft und wie das Reaktionselement 5 des in dem an hand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels ausgebildet ist.

Der Stator 2 weist mehrere voneinander beabstandet entlang des Reaktionselementkreises 11 angeordnete Segmentpaare 3 zweier Aktivteilsegmente 7, 9 auf. Die beiden Aktivteilseg mente 7, 9 jedes Segmentpaares 3 sind auf sich bezüglich des Reaktionselementkreises 11 radial gegenüberliegenden Seiten des Reaktionselements 5 an einem Segmentträger 27 angeordnet, so dass zwischen den beiden Aktivteilsegmenten 7, 9 ein

Kreisbogen des Reaktionselementkreises 11 verläuft. Die bei den Aktivteilsegmente 7, 9 jedes Segmentpaares 3 sind wie die Aktivteilsegmente 7, 9 des in dem anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels ausgebildet, wobei wiede rum ein erstes Aktivteilsegment 7 jedes Segmentpaares 3

Elektromagneten 13 aufweist und das zweite Aktivteilsegment 9 Permanentmagneten 21 aufweist.

Im Unterschied zu dem anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebe nen Ausführungsbeispiel sind die ersten Aktivteilsegmente 7 des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels jedoch je weils auf der der Drehachse 6 zugewandten Seite des Reakti onselements 5 angeordnet und die zweiten Aktivteilsegmente 9 sind jeweils auf der von der Drehachse 6 abgewandten Seite des Reaktionselements 5 angeordnet. Ferner weist der Stator 2 dieses Ausführungsbeispiels eine gerade Anzahl von Segment paaren 3 auf, wobei sich je zwei Segmentpaare 3 bezüglich des Reaktionselementkreises 11 diametral gegenüberliegen.

Die elektrische Maschine 1 weist ferner eine Kühlvorrich tung 29 zur Kühlung der Aktivteilsegmente 7, 9 auf. Die Kühl vorrichtung 29 weist einen Kühlmittelkreislauf auf, in dem ein Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, in Kühlrohren 31 aus einem Kühlmittelreservoir 33 mittels Pumpen 35 zu den Ak tivteilsegmenten 7, 9 und von den Aktivteilsegmenten 7, 9 zu rück in das Kühlmittelreservoir 33 geführt wird.

Des Weiteren weist die elektrische Maschine 1 eine Lagervor richtung 37 zum Lagern des Reaktionselements 5 an dem Sta tor 2 auf. Die Lagervorrichtung 37 weist beispielsweise

Gleitlager oder Wälzlager auf, mit denen die der Drehachse 6 zugewandte Seite und die von der Drehachse 6 abgewandte Seite des Reaktionselements 5 jeweils an dem Stator 2 gelagert sind. Ferner kann das Reaktionselement 5 relativ zu dem Sta tor 2 durch die Lagervorrichtung 37 in einer zu der Drehach se 6 senkrechten Ebene verschiebbar gelagert sein.

Der Rotor 4 ist mit einem von Stützlagern 41 um die Drehach se 6 drehbar gelagerten Antriebstisch 39 verbunden, über den beispielsweise ein Teleskop, ein Drehtisch, ein Windkraftturm oder ein Schwungrad mit der elektrischen Maschine 1 drehbar ist. Dabei sind der Rotor 4 und der Drehtisch 6 relativ zuei nander in einer zu der Drehachse 6 senkrechten Ebene ver schiebbar gelagert, beispielsweise durch Federelemente 43, die jeweils in einer bezüglich des Reaktionselementkreises 11 radialen Richtung elastisch verformbar sind und das Reakti onselement 5 mit dem Antriebstisch 39 verbinden.

Die anhand der Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbei spiele einer elektrischen Maschine 1 können in verschiedener Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann auch das anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebene Ausführungsbeispiel eine Kühlvorrichtung 29 und/oder eine Lagervorrichtung 37 wie das anhand von Figur 5 beschriebene Ausführungsbeispiel aufwei sen. Ferner können sich die beiden Aktivteilsegmente 7, 9 ei nes Segmentpaares 3 statt in bezüglich des Reaktionselement kreises 11 radialer Richtung auch in einer anderen Richtung gegenüberliegen. Beispielsweise können sich die beiden Aktiv teilsegmente 7, 9 eines Segmentpaares 3 in einer bezüglich der Drehachse 6 axialen Richtung gegenüberliegen, so dass sie auf verschiedenen Seiten der Ebene, in der der Reaktionsele mentkreis 11 verläuft, angeordnet sind. Des Weiteren kann der Stator 2 eine gerade Anzahl von Segmentpaaren 3 aufweisen, wobei die ersten Aktivteilsegmente 7 je zweier einander be- nachbarter Segmentpaare 3 auf verschiedenen Seiten des Reak tionselements 5 angeordnet sind.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.




 
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