DE19639670C2

DE19639670C2 - Transverse flux machine with a plurality of ring windings connected in parallel

Info

Publication number: DE19639670C2
Application number: DE19639670A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lange; Michael Hoelle; Georg Schiroky
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: DE19639670A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Transversalflußmaschine.The invention relates to a transverse flux machine.

Transversalflußmaschinen (TFM), wie sie beispielsweise aus der DE 35 36 538 A1, 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 gewünschten 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.Transverse flux machines (TFM), such as those from the DE 35 36 538 A1, the disclosure content of which is fully comprehensive in this application special electrical are known AC machines, in their basic form single-phase energy converters represent. The main components of such a transverse flux machine are the stationary stand and a rotor rotatably arranged in it. The necessary for a desired operating point of the transverse flux machine Electrical energy can be in various ways, for example an inverter, be prepared so that a voltage is more variable Amplitude, frequency and phase bearings placed on the machine terminals becomes. The transverse flux machine then generates a torque that is in first approximation sinusoidal between a maximum value around zero periodically vibrates with the electrical angle of rotation.

Gemäß der DE 37 05 089 A1, 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 A1 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.According to DE 37 05 089 A1, the disclosure content of which is hereby fully encompassed two transverse basic machines can be included, as above described, mechanically coupled with each other and so to a two-phase electrical machine can be combined. These machines are regulated so that in the interaction of both machine parts one of the angular position of the rotor generates independent mechanical torque becomes. Such, from two similar sub-machines (electrical Phases) removed engine for a variety of applications economical optimum in terms of installation space, weight and costs. So is for example the use of a two-phase transverse flux machine intended as an electric single-wheel drive for city buses of the future (see see also "Electric single wheel drive for city buses of the future" in "The Nahverkehr "6-1994, Alba-Fachverlag Düsseldorf). The one for energy supply one of the two motor phases necessary inverter power section, like him has become known from DE 37 05 089 A1, is constructed such that between the potential rails of a constant voltage intermediate circuit two inverter half bridges are arranged and the motor windings are connected to the AC connections of the half bridge.

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 führt 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.An optimal design of the transverse flux motor (TFM) system - Inverter power section or frequency converter (FU) results in generally in relatively low numbers of turns. This requires a high one Armature current, which is usually within the machine over a large Copper cross section is performed. When operating with alternating current occurs in Conductor material depending on operating frequency, electrical conductivity, Permeability and geometry a current displacement. But this again means that viewed across the conductor cross-section, the current density distribution is location dependent, d. H. certain areas of the conductor cross-section relieved from DC operation while other areas be burdened more. Due to the quadratic dependence on Current density and losses as well as due to the positive Resistance coefficients of the conductor material result in a local Current density increase to a significant increase in loss in the conductor material. This can cause the adverse effects of current displacement be minimized that the winding cross-section connected in parallel Sections are subdivided and insulated sub-conductors if necessary Use of plastic rods, e.g. B. Roebel bars for use reach.

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, wird 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. In diesem Zusammenhang wird auf die AT-PS 258 407 verwiesen, aus der bekannt geworden ist, als Roebelleiter bezeichnete Drilleiter in Form einer Ringspule aufzuwickeln.Thanks to the special design and geometry of the conductor material, the To minimize the effects of current displacement in the conductor itself. Mentioned here are narrow insulated flat copper wires and insulated High frequency strands. Because of the different river chains however, the winding strands connected in parallel with different heights Streams charged. This undesirably leads to losses. Around To minimize losses, measures are proposed in the prior art to make the winding itself, for example stranding or a routing according to the Roebel principle, which leads to a uniform Litter flux linkage leads over the entire length of the machine. In this Context is made to AT-PS 258 407, from which is known has become, in the form of a ring coil, a so-called wire conductor wind up.

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 bleiben. 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. Ein weitere Möglichkeit, eine gleichmäßige Stromaufteilung in der Wicklungsanordnung einer Wechselstrommaschine durch zwei parallele, verdrillte Leiter zu erreichen, besteht darin, diese an ihren Enden über Zusatzinduktivitäten, die auch als Differenzflußwandler ausgebildet sein können, zu verbinden. Eine derartige Wechselstrommaschine ist in der US-PS- 2473144 offenbart. One could also think of an even distribution of electricity in the parallel winding branches to achieve that each winding branch by an independent partial inverter assigned to him alone is fed. It is then possible to distribute the currents evenly in these windings by using the valves one Partial inverter, which acts on a winding branch, of different lengths stay on. However, this would mean that everyone A separate sub-inverter must be assigned to the winding phase. This means that separate leads are required for each winding strand own converters and machine terminals. Such a solution is due the large expenditure on equipment is not desirable. Another one Possibility of an even distribution of current in the winding arrangement an AC machine through two parallel twisted wires accomplish this at their ends via additional inductors that can also be designed as a differential flux converter to connect. A such AC machine is disclosed in US-PS-2473144.

Aus der DE 42 23 831 ist eine spezielle Transversalflußmaschine bekanntgeworden, bei der in der Nut der Statorweicheisenelemente zwei voneinander getrennte Wicklungen geführt werden.DE 42 23 831 is a special transverse flux machine become known in which two in the groove of the stator soft iron elements separate windings are performed.

Problem all dieser Lösungen ist es, daß bei derartigen Transversalflußmaschinen die Kühlung oftmals nicht ausreichend ist.The problem with all of these solutions is that with such Transversal flow machines the cooling is often not sufficient.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, bei einer Transversalflußmaschine möglichst hoher Wicklungsausnutzung eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung und damit optimale Kühlung zu erreichen.The object of the invention is therefore in a transverse flux machine as high a winding utilization as possible To achieve temperature distribution and thus optimal cooling.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Transversalflußmaschine gemäß dem Anspruch 1 vorgesehen ist, die Beschattung der einzelnen Stränge der Ringwicklungen der Transversalflußmaschine derart vorzunehmen, daß eine derartige Stromverteilung in den einzelnen Strängen vorliegt, daß eine über den Querschnitt der Stränge gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt.This problem is solved according to the invention in that at a Transverse flux machine according to claim 1 is provided, the shading of the individual strands of To make ring windings of the transverse flux machine such that such Current distribution in the individual strands is that one over the Cross section of the strands even temperature distribution is present.

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.Depending on the constructive training of the Transversal flow machine must have the individual winding strands different currents are loaded, which with the help of Additional inductors can be set.

In einer besonderen Ausführungsform einer Transversalflußmaschine mit U-förmigen Statorweicheisenelementen und einem Nutgrund zur Aufnahme der einzelnen Stränge der Ringwicklung, wie aus der DE 42 23 831 A1 bekannt, ist, um das Ziel einer über den Wicklungsquerschnitt gleichmäßigen Temperaturverteilung zu erreichen, vorgesehen, die Wicklungsstränge, die am Nutgrund verlaufen und damit besser gekühlt sind, überzukompensieren, d. h. mit einer derartigen Zusatzinduktivität zu beschalten, daß hierin eine höhere Verlustdichte auftritt, wohingegen die dem Luftspalt zugewandten Wicklungsstränge mit einer Zusatzinduktivität beschaltet werden, die eine geringere Verlustdichte für die dem Nutgrund zugewandten Wicklungssträngen zur Folge hat, so daß sich über den Querschnitt sämtlicher Wicklungsstränge eine annäherend gleiche Temperaturverteilung ergibt.In a special embodiment of a transverse flux machine with U-shaped stator soft iron elements and a groove base for receiving of the individual strands of the ring winding, as known from DE 42 23 831 A1, is the goal of a uniform across the winding cross section To achieve temperature distribution, the winding strands provided on Overflow and therefore better cooled to overcompensate, d. H. to be connected with such an additional inductance that a higher Loss density occurs, whereas those facing the air gap Winding strands can be connected with an additional inductance, the one lower loss density for those facing the groove base Winding strands result, so that over the cross section All winding strands have approximately the same temperature distribution results.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und den beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment and the attached drawings are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Transversalflußmaschine in einem achssenkrechten Schnitt; Fig. 1 a transverse flux motor in an axially perpendicular section;

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 bsw. DE 37 05 089 A1 oder DE 35 36 538 A1), aufweisen; Fig. 2 is a section through the article of FIG. 1 taken in the section plane AA, where the ring coils (bsw see. DE 37 05 089 A1 or DE 35 36 538 A1) only a single strand as in the prior art, exhibit;

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. 3, which are arranged side by side a section in the section plane AA, wherein said first and second annular winding each having two windings;

Fig. 4 Schnitt A-A durch eine Transversalflußmaschine gemäß Fig. 1, bei der die Ringwicklungen zwei übereinander angeordnete Wicklungsstränge umfaßt; Fig. 4 is a section AA through transverse flux machine according to Figure 1, in which the annular windings comprises two superimposed winding phases.

Fig. 5 den Verlauf zweier Wicklungsstränge der Transversalflußmaschine, wobei der eine mit einer Zusatzinduktivität versehen ist; Fig. 5 shows the course of two windings of the transverse flux machine, wherein the one is provided with an additional inductance;

Fig. 6 den Verlauf zweier Wicklungsstränge, die mit einem Differenzwandler als Zusatzinduktivität versehen sind. Fig. 6 shows the course of two winding phases, which are provided with a differential converter as an additional inductor.

Fig. 1 zeigt eine Transversalflußmaschine, wie sie beispielsweise aus der DE 35 36 538 A1 der der DE 37 05 089 A1; deren Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich in dieser Anmeldung mit einbezogen wird, in einem achssenkrechten Schnitt. Fig. 1 shows a transverse flux machine, as for example from DE 35 36 538 A1 or DE 37 05 089 A1; the disclosure content of which is hereby fully included in this application, in an axially perpendicular section.

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 4, 5 die Aussparung der hufeisenförmigen Statorweicheisenelemente 1a bzw. 1b vollständig aus. Zwischen den äußeren und den inneren Statorweicheisenelementen 1a, 1b 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. Fig. 2 is a section through the object of Fig. 1, in the section plane AA. A large number of outer stator soft iron elements 1 a and of inner stator soft iron elements 1 b can be seen from these figures. A ring winding 4 or 5 is assigned to the outer and the inner stator elements. As seen from Fig. 2, the ring coil sets 4 and 5 of a single strand together and located in a recess of the horseshoe-shaped stator soft iron elements 1 a and 1 b. In the embodiment according to FIG. 2, which represents the state of the art in the form of the above-mentioned documents, the ring winding 4 , 5 completely fills the recess in the horseshoe-shaped stator soft iron elements 1 a and 1 b. The rotatably mounted cylindrical rotor is located between the outer and the inner stator soft iron elements 1 a, 1 b. This is made up of two rings, which in turn are composed of a multiplicity of magnets 3 and soft iron elements 2 adjacent to them. Thus, a magnet 3 is located between two adjacent soft iron elements 2 . The two rings mentioned, which are composed alternately of magnets and soft iron elements, are, as shown in FIG. 2, arranged side by side in the axial direction. Between them is a continuous plastic ring 6 , that is to say extending over the entire circumference.

In Fig. 3 ist eine Transversalflußmaschine dargestellt, die, in achssenkrechtem Schnitt gesehen, der von Fig. 1 entspricht.In Fig. 3, a transverse flux machine is shown, which, seen in vertical section, corresponds to that of Fig. 1.

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 14, 16. 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.Contrary to the embodiments according to the prior art, the ring winding of the outer stator soft iron element 1 a comprises two winding strands 10 , 12 . The ring winding of the inner stator soft iron element 1 b also comprises two strands 14 , 16 in the illustrated embodiment. Strands that are assigned to the outer as well as the inner stator soft iron elements are arranged side by side in a recess 20 or 22 of the soft iron elements. As a result, these have a horseshoe shape.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Transversalflußmaschine mit mehr als einem Wicklungsstrang dargestellt. Sowohl die Wicklungsstränge 100, 120 des äußeren Statorweicheisenelementes 1a sind übereinanderliegend angeordnet als auch die Wicklungsstränge 140 bzw. 160 der inneren Statorweicheisenelemente 1b.In FIG. 4, a further embodiment of a transverse flux machine with more than one phase winding is shown. Both the winding strands 100 , 120 of the outer stator soft iron element 1 a are arranged one above the other and the winding strands 140 and 160 of the inner stator soft iron elements 1 b.

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.Here, the winding strand 100 , which is assigned to the ring winding of the outer stator soft iron element 1 a, is arranged on the slot base 21 of the recess 20 , and the winding strand 140 of the ring winding of the inner stator soft iron element 1 b is located on the slot bottom 23 of the recess 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 30 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. FIGS. 5 and 6 of the invention showing the wiring of individual phase windings with additional inductors invention. The circuitry according to the embodiment of FIG. 5 is to be herein discussed for the example of a transverse flux machine with two superimposed extending winding strands 10, 12 of the stator coil of the outer stator soft iron elements, without that this should be construed as a limitation of the general inventive concept. The superimposed, parallel to each other winding strands 10 , 12 of FIG. 5 are flowed through by currents E1 and E2 in the same direction. The winding strand 10 , which is loaded with a higher current, is surrounded by a ring magnet 30 with an air gap 31 , which ensures additional inductance in this winding strand, which is subjected to a higher load. The additional inductance ensures that despite the different flux linkages in the two winding phases, which lead to different loads in the AC case compared to the DC case in the two winding phases, a uniform current distribution within the winding phases is forced. Instead of the ring magnet 30 shown, it can be provided in a further development of the invention that the inductances additionally introduced into a winding strand are designed as ferrite cores, as cutting or ring band cores with an air gap. Due to the high frequencies with which the transverse flux machine is operated, it is possible to dimension these additional inductors relatively small. This allows them to be easily integrated into the transverse flux machine.

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 40, 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. n₁ = n₂ durch den Differenzflußwandler bzw. Symmetrierkern geführt werden.In FIG. 6, for the example of two winding strands arranged one above the other according to FIG. 3, without any restriction being shown, the connection with a differential converter 40 is shown, which ensures a uniform load in the individual winding strands. In order to achieve a uniform current distribution independent of the operating point, it is necessary for the winding phases which are under or overstressed in relation to direct current operation to be led in the opposite direction through the differential flux converter 40 , which is designed as a gapless magnetic core. As long as there is no saturation, the resulting differential flow forces the same flow chaining in both lines due to the good coupling with such a connection. The partial strands can also be passed through the converter several times, ie n ≧ 1. In such an embodiment, care must be taken that the partial strands with the same number of turns, ie n ₁ = n _{2, are passed} through the differential flux converter or balancing core.

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. FIG. 7 shows a detail of the section perpendicular to the axis through the transverse flux machine according to FIG. 1 with two winding strands arranged one above the other, as have become known for example from FIG. 5. One winding phase 100 of the ring winding runs on the slot base 21 of the outer stator soft iron elements 1 a. The other winding phase 120 runs close to the air gap of the machine, as can also be seen in FIG. 4.

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: n₁, × I₁, = n₂ × I₂. Hierbei bezeichnet I₁, den Strom durch den am Nutgrund 21 liegenden Wicklungsstrang 100; n₁ die Windungszahl im Differenzflußwandler und I₂ den Strom durch den luftspaltseitigen Wicklungsstrang 120 sowie n₂ 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 Magnete 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.If the winding areas on the slot base 21 are preferred in terms of cooling technology due to special cooling constructions of the transverse flux machine, the heat dissipation at the winding strand 100 is better than at the winding strand 120 , which is in the vicinity of the air gap, with the same high current load as can be generated by the connection with a differential flux converter the transverse flux machine lies. This leads to an uneven temperature distribution over the cross section of the winding consisting of different strands. This is disadvantageous when considering the dependence of the line resistance on temperature, for example. If one strives for a uniform temperature distribution in the ring winding consisting of different strands, then it is advantageous to operate overcompensation, so that the winding areas arranged closer to the heat sink are loaded more than the air gap side. This can be achieved in that the winding phase 100 , which lies at the bottom of the slot, is connected to an additional inductor. As a result, the winding phase 100 is subjected to a higher load and, due to the better cooling, a temperature difference which could result from this compared to the winding phase 120 is compensated for. In a modification of the invention it can be provided to use a differential flux converter instead of the additional inductance. Then the number of turns of the two partial windings would have to differ. An asymmetrical differential flow will then result in the differential flux converter due to the different number of turns. In order to solve the problem of the invention, the number of turns of the winding strand lying closer to the base of the slot would have to be lower than that of the winding strand on the air gap side, since the following applies: n ₁ , × I ₁ , = n ₂ × I ₂ . Here, I ₁ denotes the current through the winding strand 100 lying on the slot base 21 ; n ₁ the number of turns in the differential flux converter and I ₂ the current through the air gap-side winding phase 120 and n ₂ the number of turns of this winding phase 120 in the differential flux converter. Below the air gap, as in the view of FIG. 1, which corresponds to the view of FIG. 7, the magnets 3 and the adjacent soft iron elements 2 of the rotatably mounted, cylindrical rotor are shown. Both the additional inductors and the differential flux converter are usually arranged outside the machine, for example in the machine feed line or in the frequency converter.

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 Wicklungsstrand 100 näher am Nutgrund angeordnet als Wicklungsstrang 120.In FIG. 8 is the balancing of a transverse flux machine (TFM) having two phase windings 100, 120 shown with a Differenzflußwandler 40 which is arranged outside the machine. The two strands are surrounded by stator soft iron elements ( 1 a), one of which is shown in FIG. 8 by way of example for the large number of stator soft iron elements of the TFM. According to the section shown in FIG. 8A, winding strand 100 is arranged closer to the slot base than winding strand 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.The symmetry of the winding strands 100 , 120 takes place in a supply side of the two-phase machine, in the present case in supply line E. Supply line E1 has a current flow in the differential flux converter which is opposite to the current flow in line E2. As a result, the symmetry in the feed lines E1, E2 is achieved as described at the beginning.

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. Of course, it is possible to use the ring windings To divide transverse flux machine into more than two winding strands, and to be wired accordingly, so that one in all winding phases uniform current distribution or the desired current distribution, to achieve an even temperature distribution.

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. Fig. 9 shows this, a section through a Statorweicheisenelement a TFM with a total of four adjacent windings, designated in the present drawing with 1, 2, 3 and 4.

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.Again, the connection lines of the individual winding strands are passed through a differential flux converter 40 in order to symmetrize the current flow. Due to the fact that the current displacement in the transverse axis works in mirror image, strands 1 and 4 and 2 and 3 are already symmetrical.

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 bzw. ein über dem Querschnitt der Ringwicklung gleichmäßiges Temperaturprofil aufweisen.With the present invention it is possible for the first time to Transversal flow machine in which the ring windings in different Winding strands that are connected in parallel, in which these winding strands all have a similar current distribution or a uniform one over the cross-section of the ring winding Show temperature profile.

Claims

1. transverse flux machine with
a large number of outer stator soft iron elements ( 1 a) and a large number of inner stator soft iron elements ( 1 b),
at least one ring winding ( 4 , 5 ) which can run inside or outside or both inside and outside and
comprises a plurality of winding strands ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) connected in parallel,
the parallel winding strands ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) are connected to additional inductors ( 30 ) or are guided through a differential flux converter ( 40 ), wherein
the connection with additional inductors ( 50 ) or the guiding through the differential flux converter ( 40 ) is carried out in such a way that the current distribution in the individual winding phases ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) is such that the winding phases ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ), which are cooled more than other winding phases ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) of the same ring winding ( 4 , 5 ) due to their arrangement in the transverse flux machine, have a higher loss density than those which are cooled less due to their arrangement, so that there is a uniform temperature distribution in the individual winding strands ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) of the ring winding ( 4 , 5 ).

2. Transverse flux machine according to claim 1, wherein the stator soft iron elements ( 1 a, 1 b) U-shaped with a recess which has a slot base for receiving the individual winding strands ( 10 , 12 , 14 , 16 , 100 , 120 ) of the ring winding ( 4 , 5 ) are formed.

3. Transverse flux machine according to claim 2, wherein the winding strands ( 100 ) which run at the slot bottom are connected with additional inductors or are guided by a differential flux converter such that they have a higher loss density than the winding strands ( 120 ) which are arranged on the air gap side, so that there is approximately the same temperature distribution in all winding phases ( 100 , 120 ) in the transverse flux machine.