WO2017198496A1 - Electric machine having a double armature arrangement with a cryogenic ferromagnetic material - Google Patents

Electric machine having a double armature arrangement with a cryogenic ferromagnetic material Download PDF

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WO2017198496A1
WO2017198496A1 PCT/EP2017/061042 EP2017061042W WO2017198496A1 WO 2017198496 A1 WO2017198496 A1 WO 2017198496A1 EP 2017061042 W EP2017061042 W EP 2017061042W WO 2017198496 A1 WO2017198496 A1 WO 2017198496A1
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rotor
magnetic flux
electrical machine
cryogenic
individual magnets
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PCT/EP2017/061042
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Inventor
Mykhaylo Filipenko
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the invention relates to an electric machine with a double-rotor arrangement, in particular a machine with an inner rotor and an outer rotor, between which a stator is arranged.
  • the so-called power density can be used, which sets the power that can be generated by the machine in relation to its weight and is usually specified in kW / kg.
  • kW / kg the power that can be generated by the machine in relation to its weight
  • a known approach for increasing the power density of an electrical machine is described, for example, in DE102013225093A1.
  • the power density of an electric machine scales di ⁇ rectly with the magnetic flux density, which can be generated by the electric or permanent magnet used in the electric machine and with the example.
  • Stator of the machine arranged coils interacts electromagnetically.
  • This relationship between the flux density and the power density allows a significant increase in the power density of the machine in that a Double ⁇ rotor configuration is used, in which the stator with the coils between two equipped with the magnetic flux density ver ⁇ cause ligand magnet rotors is arranged.
  • the stator is arranged in the radial direction between an external rotor and an internal rotor.
  • the stator is in the axial direction between the two Runners arranged, ie, a first rotor, the stator and a second rotor are in the axial direction one behind the other.
  • Such double rotor configurations are electromagnetically advantageous because they allow both very high magnetic flux densities in the air gaps as well as best map the magnetic circuit, since the rotor can be used on both sides of the stator or the coils for the generation and for the guidance of the magnetic flux. These and other measures can be reflected in an increased power density of the machine.
  • a first approach to increasing the power density is thus to use a double-rotor configuration in the electrical machine.
  • An electrical machine has a double ⁇ rotor assembly having a first rotor and a second rotor.
  • the first rotor and the second rotor are arranged concentrically to one another, that the first rotor and the second rotor are spaced apart in a certain preferred direction, so that there is a gap between the ers ⁇ th rotor and the second rotor.
  • the first rotor and the second rotor each have means for generating a magnetic flux, such that the generated magnetic flux between the first rotor and the second rotor in the preferred direction passes through the air gap.
  • the preferred direction may, for example, be oriented substantially in an axial direction or in a radial direction.
  • the first rotor and the second rotor further each have a yoke for guiding the magnetic flux, wherein the yokes each have at least one laminated core made of a cryogenic ferromagnetic for guiding the magnetic flux in the respective yoke, which are ideally each along the entire circumference of extend respective yoke.
  • the two runners may be essentially circular in shape and the sections may also correspond, for example, to those circular ring segments of the runners which, in the direction of rotation, are related to the axis of rotation of the runners extend an angle between 0 ° and 90 °.
  • cryogenic ferromagnetic substance for example. Terbi ⁇ to or dysprosium, in the yokes allows performing high magnetic fluxes, for example, can be generated with the aid of superconducting permanent magnets., Resulting in a correspondingly higher power density of the electrical machine.
  • Curie temperature of materials such as terbium or dysprosium is far below room temperature, which is why these materials have to be cooled to cryogenic temperatures only half, so they can go into the ferromagnetic phase over ⁇ .
  • these materials may be about 4-8T and long term up to 14T run contrary to conventional ferromagnetic magnetic flux densities in large ⁇ erowski devise.
  • the means for generating the magnetic flux are arranged on each ⁇ bib rotor that they are located in the region of that surface of the respective rotor, which faces the respective other rotor. This ensures ⁇ ensures that in the gap between the runners a maximum magnetic flux can be generated.
  • the yokes with the laminated cores from the cryogenic ferromagnetic for guiding the magnetic flux are arranged on the respective rotor such that the means for He ⁇ generation of the magnetic flux of a respective rotor substantially between the yoke of the respective rotor and the respective other rotor or the air gap is located. The yokes are thus virtually in the area of that surface of the respective runner, which is remote from the other runner.
  • the means for generating the magnetic flux on the first rotor and the second rotor each comprise a plurality of individual magnets, in particular the same plurality.
  • each individual magnet of the first rotor is associated with a single magnet of the second rotor, wherein associated individual magnets form a pair of individual magnets.
  • the individual magnets of a pair are arranged so that they face each other in the preferred direction, so that they are thus arranged spaced apart in the preferred direction.
  • Wei ⁇ terhin the individual magnets are arranged such that the Po ⁇ larities of their magnetizations are basically oriented parallel or anti-parallel to the preferred direction.
  • the polarities of the magnetizations of the individual magnets of a respective pair are opposite one another, so that, for example, a single magnet of one pair is arranged in north-south orientation and the other individual magnet of the pair is oriented south-north.
  • adjacent individual magnets of the first rotor are arranged so oriented that the polarities of the magnetizations of the circumferentially adjacent individual magnets of the first rotor opposed to one another, ie from ⁇ alternately oppositely in the preferred direction and the preference ⁇ direction.
  • adjacent individual magnets of the second rotor are arranged in the circumferential direction of the second rotor such that the polarities of the magnetizations of the circumferentially adjacent individual magnets of the second rotor are oriented opposite to each other.
  • Expressed strong ver ⁇ simplifies this specific configuration can be referred to as North-South / South-North configuration.
  • the magnetic flux is always alternately oriented parallel or anti-parallel to the preferred direction, which is reflected in the fact that the electromagnetic inter- action as between the magnetic flux and the coils of the stator during operation of the electrical machine Generator or as an electric motor with maximum efficiency takes place.
  • the means for generating the magnetic flux at the first rotor and at the second rotor are advantageously superconducting permanent magnets in each case, in particular so-called "HTS bulk magnets.”
  • HTS bulk magnets are advantageously superconducting permanent magnets in each case, in particular so-called "HTS bulk magnets.”
  • cryogenic ferromagnetics is advantageous, since the special properties te in the temperature range of about 20K to about 70 K. can be practically used ..
  • the ferromagnetics are used only to guide the magnetic flux in the rotor, they ⁇ cause no losses due to changing magnetization, for example. hysteresis and eddy currents HTS bulk magnets.
  • superconducting magnets which show create their superconducting properties only below a limited hours ⁇ men critical transition temperature and can be magnetized.
  • YBCO or GdBCO there These materials can provide a magnetization of up to 6T at temperatures of about 30K.
  • the electric machine further comprises a stator disposed in the gap between the first rotor and the second rotor and concentric with the first rotor and the second rotor, and supporting a plurality of coils arranged so as to engage with the first rotor magnetic flux electromagnetic interaction.
  • the Spu ⁇ len are advantageously designed as an air coil, so that the stator has a comparatively low weight.
  • the first rotor and the second rotor are rotatable relative to the electric machine and the stator, but immovable relative to each other.
  • first rotor is an internal rotor and the second rotor, an outer rotor, wherein the rotor are arranged such that the inner rotor is located radially in ⁇ nergur of the external rotor, so that the preferential Rich ⁇ tung is oriented in the radial direction in space ,
  • the stator is disposed in the radial direction between the inner rotor and the outer rotor and concentric with the inner rotor and the outer rotor.
  • the means for generating the magnetic flux are finally disposed on the inner rotor and the outer rotor such that the magnetic flux between the inner rotor and the outer rotor extends in a substantially radial direction.
  • HTS-bulk magnets In very powerful conventional machines, so-called “Halbach arrangements” are frequently used, which have a special magnetization, which is reflected in the fact that the magnetic flux can be redirected within the magnets, but to date it has proven to be technically very difficult It is therefore necessary to resort to a north-south / south-north configuration so that the high flux in this configuration does not have to be guided by air, the said cryogenic ferromagnetics are used.
  • FIG. 1 shows an electrical machine with double rotor arrangement.
  • FIG. 1 shows an electrical machine 10, indicated by its housing 11, and its largely annular double-rotor arrangement 100, which is rotatable about an axis of rotation R relative to the electric machine or, for example, with respect to its housing 11.
  • the double-rotor arrangement 100 has a first rotor 110 and a second rotor 120, which are arranged concentrically with one another.
  • the double-rotor arrangement is a radial double-rotor, i. the first rotor 110 is an inner rotor and the second rotor 120 is an outer rotor.
  • the inner rotor 110 is disposed radially within the outer rotor 120, i. the inner rotor 110 has a smaller one
  • a "preferred direction" is defined, which is based on the spatial direction with respect to the axis of rotation R in which the two runners are spaced from one another 100, the external rotor 120 is located radially outward of the internal rotor, that the preferential direction is oriented in the radial direction.
  • the Preferred direction oriented in the axial direction.
  • the inner rotor 110 as well as the outer rotor 120 each have a plurality of means 112, 122 for generating a magnetic flux and via in each case via a yoke 113, 123 for guiding the magnetic flux, which n of FIG 1 is indicated by the arrows, in the respective Läu ⁇ fer 110, 120.
  • the means 112, 122 for he ⁇ generation of the magnetic flux are permanent magnets.
  • the permanent magnets 112, 122 are in or on the respective yoke
  • the means 112, 122 for generating the magnetic flux or the permanent magnets 112, 122 on the inner rotor 110 and the outer rotor 120 each comprise a plurality of individual magnets 112, 122, wherein the two runners 110, 120 ideally have the same number of individual magnets 112, 122 having.
  • Each individual magnet 112 of the inner rotor 110 is a single Magnet 122 of the outer rotor 120 associated with each other, associated individual magnets, for example, the. With 112 ⁇ and 122 ⁇ ge ⁇ identified individual magnets, a pair of individual magnets 112 122 ⁇ form.
  • the individual magnets 112 122 ⁇ of a time jewei- pair are arranged such that they are in the preferred direction, that is, in the present example, face each other in the radial direction, so that they are arranged in the preferred direction apart from each other. All ⁇ A zelmagnete 112, 122 are further arranged such that the polarities of their magnetizations, which are symbolized in FIG 1 by arrows, parallel or antiparal ⁇ lel oriented to the preferential direction.
  • the Pola ⁇ linearities of the magnetizations of the individual magnets 112 122 ⁇ of a respective pair are opposite to each other, so it is, for example, a single magnet 112 ⁇ of a pair of north-south-off ⁇ direction and the other single magnet 122 ⁇ of the pair in south-north Orientation arranged. Furthermore, in the circumferential direction of the inner rotor 110 adjacent individual magnets 112 of the inner rotor 110 are arranged such that the polarities of the magnetizations of the circumferentially adjacent individual magnets are oriented opposite to each other, ie from ⁇ alternately in the preferred direction and opposite to the preferred ⁇ direction. From the latter specification results, together with the already mentioned requirement that the polarities of the magnetizations of the individual magnets 112 122 ⁇ of a respective
  • the permanent magnets 112, 122 of the rotor 110, 120 are arranged substantially alternately in north-south and south-north configuration, wherein a north-south magnet 122 in the outer rotor 120 is a south-north magnet 112 of the Inner rotor 110 faces in the preferred direction and vice versa ⁇ .
  • the yokes 113, 123 each comprise at ⁇ least one lamination stack 115, 125 of a cryogenic ferromagnetic tikum for guiding the magnetic flux in the respective yoke 113, 123 on or consist ideal case of such a laminated core 115, 125.
  • a cryogenic ferromagnetics kom ⁇ men for example.
  • the laminated cores 115, 125 are merely indicated in FIG. 1 in such a way that they apparently only extend over a small solid angle along the circumference of the respective rotor 110, 120. Ideally, or realistically réellere ⁇ However CKEN each extending along the entire periphery of each rotor 110, 120th
  • the laminated cores 115, 125 from the cryogenic ferromagnetic material are 120 arranged on the respective rotor 110, that the means 112, 122 for generating the magnetic river rate or the permanent magnets 112, 122 of a respective Läu ⁇ fers 110, 120 is substantially between the laminated core 115, 125 of the respective rotor 110, 120 and the respective other rotor 120, 110 and the gap is located.
  • the yokes 113, 123 and in particular the laminated cores 115, 125 are therefore located substantially in the region of that surface of the respective rotor 110, 120, which faces away from the respective other rotor 120, 110.
  • the runners 110, 120 are formed as inner and outer runners, so that the preferred direction extends in Radia ⁇ ler direction, that means that the means 122 of the outer rotor 120 for generating of the magnetic flux are arranged on its radially inner surface 121, while the means 112 of the inner rotor 110 for generating the magnetic flux are located on its radially outer surface 111.
  • the laminated core 125 of the outer rotor 120 is made of the cryogenic gen Ferromagnetikum on its radially outer surface and the laminated core 115 of the inner rotor 110 of the cryogenic Ferromagnetikum is disposed in the region of its radially inner surface.
  • stator 200 of the electrical machine 10 In the gap between the internal rotor 110 and external rotor 120 is a stator 200 of the electrical machine 10, ie the diameter of the stator 200 is located between the diam ⁇ fibers of the runners 110, 120.
  • the stator 200 is nikringfömig and concentric also in We ⁇ sentlichen to the Runners 110, 120 arranged.
  • the dimensions of the runner 110, 120 and the stator 200 are selected such that between the radially inner surface 201 of the stator 200 and the radially outer surface 111 of the inner rotor 110, as well as interim ⁇ rule of the radially outer surface 202 of the stator 200 and the radially inner surface 121 of the outer rotor 120 depending ⁇ forms an air gap.
  • the stator 200 carries a plurality ⁇ number of windings or coils 210 which are arranged such that the coils are penetrated 210, produced by the double rotor structure 200 magnetic flux.
  • the stator 120 is, for example. Via a mechanical connection (not shown) fixed to the housing 11 or other components of the electric machine 10, so that the stator 120 with respect to the machine 10 in itself or with respect to the housing 11 is ultimately immovable. Consequently, however, the rotor 100 is relative to the stator 200 rotatable, so that upon rotation of the rotor 100 of the
  • Rotor 100 rotating magnetic flux can interact electromagnetically with the coils 210.
  • the rotor 100 rotates and the double rotor structure 100 relative to the stator 200.
  • rotor 100 and stator 200 are arranged as described to each other such that the magnetic field or the magneti ⁇ specific flux of the permanent magnets 112, 122 and the coil 210 so interact with one another, that the electric machine 10 due to the interaction in an ers ⁇ th mode of operation as a generator and / or in a second operating mode functions as an electric motor.
  • the operation of the electric machine 10 is thus based on the well-known per se th concept that the two components 100, 200 electromag ⁇ genetically interact with each other, so that the electric machine 10 can operate in one of two modes of operation.
  • the double-rotor arrangement 100 and with it the permanent magazines 112, 122 are, for example, set in rotation via a shaft 12 of the electric machine 10, so that electrical voltages are induced in the coils 210 of the stator 200 , If the electrical machine 10 to work as an electric motor, the coils are acted 210 with electric current, so that due to the interaction of the hereby produced magnetic fields with the fields of the permanent magnets 112, 122 Torque ⁇ ment on the rotor 100 and thus to the shaft 12 acts.
  • the means 112, 122 for generating the magnetic flux is to be noted that it turns out to be particularly before ⁇ geous when the above-mentioned permanent ⁇ magnets magnetic and superconducting permanent magnets 112, 122 are manufactured ⁇ det with which at respective ambient temperatures comparatively high flux densities can be generated in North size ⁇ voltages of eg. up to 9T.
  • YBCO or GdBCO are used as materials for the superconducting permanent magnets 112, 122, whereby called for flow-tight temperatures of about 30K.
  • the runners 110, 120 and / or the stator 200 would be realized depending on spatial conditions, housed individually or together in one or more cryostats. However, this is not shown in detail .
  • a further, alternative realization possibility of the means 112, 122 for generating the magnetic flux on the first rotor 110 and the second rotor 120 is that the means, such as the yokes 113, 123, may also be formed as laminated cores from the cryogenic ferromagnetic.
  • these means 112, 122 do not initially provide any magnetization, ie they must be magnetized before the electrical machine is put into operation. This is done eg. By means of known Magneti ⁇ s ists sexualen which have been specifically proposed for this purpose.
  • the coils 210 of the stator 200 are preferably designed as so-called. Air coils, ie in particular without weichmagneti ⁇ 's core. Instead, the coils 210, for example. To the non-magnetic cores of a preferred light Materi- al (not shown) or even be completely without threaded core ⁇ oped. This has the consequence that also the stator 200, can inter alia be made such that it has a comparatively ge ⁇ ring weight.
  • At least one of the runners 110, 120 must be mechanically connected to the shaft 12 in order to enable a torque transmission between the double-rotor arrangement 100 and the shaft 12.
  • the inner rotor 110 and the outer rotor 120 may be connected to one another via a mechanical connection (not shown), so that, as a result, the torques generated on both rotors 110, 120 can be transmitted to the shaft 12.
  • the permanent magnets 112, 122 are not arranged on the rotors 110, 120, son ⁇ on the stator 200.
  • the coils 210 in which, depending on the operation voltages are induced or to be acted upon by a current , are in this case arranged on the runners 110, 120 and can be connected, for example via brushes or other suitable transformers, to an electrical load or to a power source (not shown).
  • This variant explained in the following non nä ⁇ ago, it does not WE sentliche role in the actual invention to which the two components
  • the permanent magnets 112, 122 and the SPU ⁇ len 210 are respectively disposed.

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Abstract

An electric machine has a double armature arrangement with a first and the second armature. The first armature and the second armature are arranged concentrically with respect to one another in such a way that they are spaced apart from one another in the radial direction, with the result that a gap is situated between them. The armatures have in each case means for generating a magnetic flux which runs through the air gap in the radial direction. Moreover, the armatures in each case have a yoke for guiding the magnetic flux, wherein the yokes in each case have at least one laminated core made from a cryogenic ferromagnetic material for conducting the magnetic flux in the respective yoke, which laminated cores ideally extend in each case along the entire circumference of the respective yoke.

Description

Beschreibung description
Elektrische Maschine mit Doppelläuferanordnung mit kryogenem Ferromagnetikum Electric machine with double rotor arrangement with cryogenic ferromagnetic material
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Doppelläuferanordnung, insbesondere eine Maschine mit einem Innenläufer und einem Außenläufer, zwischen denen ein Stator angeordnet ist. The invention relates to an electric machine with a double-rotor arrangement, in particular a machine with an inner rotor and an outer rotor, between which a stator is arranged.
Zur Klassifizierung einer elektrischen Maschine kann unter anderem die sogenannte Leistungsdichte verwendet werden, wel¬ che die von der Maschine erbringbare Leistung ins Verhältnis zu ihrem Gewicht setzt und in der Regel in kW/kg angegeben wird. Während für viele technische Anwendungen Leistungsdich¬ ten in Größenordnungen bis zu 2kW/kg ausreichend sind, benö¬ tigt man bspw. für die Elektrifizierung der Luftfahrt elektrische Maschinen mit Leistungsdichten von mindestens 20kW/kg. Ein bekannter Ansatz zur Erhöhung der Leistungsdichte einer elektrischen Maschine wird bspw. in der DE102013225093A1 beschrieben . For the classification of an electrical machine, among other things, the so-called power density can be used, which sets the power that can be generated by the machine in relation to its weight and is usually specified in kW / kg. During performance you ¬ th / kg are sufficient for many applications in sizes up to 2kW, Need Beer ¬ you Untitled eg. For the electrification of aviation electrical machines with power densities of at least 20 kW / kg. A known approach for increasing the power density of an electrical machine is described, for example, in DE102013225093A1.
Die Leistungsdichte einer elektrischen Maschine skaliert di¬ rekt mit der magnetischen Flussdichte, die durch die in der elektrischen Maschine zum Einsatz kommenden Elektro- oder Permanentmagnete erzeugbar ist und die mit den bspw. am The power density of an electric machine scales di ¬ rectly with the magnetic flux density, which can be generated by the electric or permanent magnet used in the electric machine and with the example. On
Stator der Maschine angeordneten Spulen elektromagnetisch wechselwirkt. Dieser Zusammenhang zwischen der Flussdichte und der Leistungsdichte erlaubt eine signifikante Erhöhung der Leistungsdichte der Maschine dadurch, dass eine Doppel¬ läuferkonfiguration eingesetzt wird, bei der der Stator mit den Spulen zwischen zwei mit die magnetische Flussdichte ver¬ ursachenden Magneten ausgestatteten Läufern angeordnet ist. Dabei ist bspw. bei einer radialen Doppelläuferkonfiguration der Stator in radialer Richtung zwischen einem Außenläufer und einem Innenläufer angeordnet. Bei einer axialen Konfiguration ist der Stator in axialer Richtung zwischen den beiden Läufern angeordnet, d.h. ein erster Läufer, der Stator und ein zweiter Läufer liegen in axialer Richtung hintereinander. Stator of the machine arranged coils interacts electromagnetically. This relationship between the flux density and the power density allows a significant increase in the power density of the machine in that a Double ¬ rotor configuration is used, in which the stator with the coils between two equipped with the magnetic flux density ver ¬ cause ligand magnet rotors is arranged. In this case, for example, in the case of a radial double-rotor configuration, the stator is arranged in the radial direction between an external rotor and an internal rotor. In an axial configuration, the stator is in the axial direction between the two Runners arranged, ie, a first rotor, the stator and a second rotor are in the axial direction one behind the other.
Solche Doppelläuferkonfigurationen sind elektromagnetisch vorteilhaft, da sie sowohl sehr hohe magnetische Flussdichten in den Luftspalten erlauben als auch den Magnetkreis bestmöglich abbilden, da die Läufer auf beiden Seiten des Stators bzw. der Spulen für die Erzeugung und für die Führung des magnetischen Flusses genutzt werden können. Diese und weitere Maßnahmen können sich in einer erhöhten Leistungsdichte der Maschine niederschlagen. Such double rotor configurations are electromagnetically advantageous because they allow both very high magnetic flux densities in the air gaps as well as best map the magnetic circuit, since the rotor can be used on both sides of the stator or the coils for the generation and for the guidance of the magnetic flux. These and other measures can be reflected in an increased power density of the machine.
Ein erster Ansatz zur Erhöhung der Leistungsdichte besteht demnach darin, in der elektrischen Maschine eine Doppelrotor- konfiguration einzusetzen. Hiermit werden aber weiterhin lediglich moderate Erhöhungen der Leistungsdichte erzielt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, das Leistungsgewicht einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine mit Dop- pelläuferkonfiguration, zu erhöhen. A first approach to increasing the power density is thus to use a double-rotor configuration in the electrical machine. However, this still only moderate increases in power density can be achieved. It is therefore an object of the present invention to provide a way to increase the power of weight of an electrical machine, in particular an electric machine with double-armature configuration.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Maschine gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen. This object is achieved by the electrical machine described in claim 1. The subclaims describe advantageous embodiments.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine weist eine Doppel¬ läuferanordnung mit einem ersten Läufer und einem zweiten Läufer auf. Der erste Läufer und der zweite Läufer sind derart konzentrisch zueinander angeordnet, dass der erste Läufer und der zweite Läufer in einer bestimmten Vorzugsrichtung voneinander beabstandet sind, so dass sich zwischen dem ers¬ ten Läufer und dem zweiten Läufer ein Spalt befindet. Der erste Läufer und der zweite Läufer weisen jeweils Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Flusses auf, derart, dass der erzeugte magnetische Fluss zwischen dem ersten Läufer und dem zweiten Läufer in der Vorzugsrichtung durch den Luftspalt verläuft. Die Vorzugsrichtung kann bspw. im Wesentlichen in einer axialen Richtung oder in einer radialen Richtung orien- tiert sein, je nachdem, ob die elektrische Maschine als eine Axial- oder als Radialflussmaschine konzipiert ist. Der erste Läufer und der zweite Läufer weisen darüber hinaus jeweils ein Joch zur Führung des magnetischen Flusses auf, wobei die Joche jeweils zumindest ein Blechpaket aus einem kryogenen Ferromagnetikum zur Führung des magnetischen Flusses im jeweiligen Joch aufweisen, welche sich idealerweise jeweils entlang des gesamten Umfangs des jeweiligen Jochs erstrecken. An electrical machine according to the invention has a double ¬ rotor assembly having a first rotor and a second rotor. The first rotor and the second rotor are arranged concentrically to one another, that the first rotor and the second rotor are spaced apart in a certain preferred direction, so that there is a gap between the ers ¬ th rotor and the second rotor. The first rotor and the second rotor each have means for generating a magnetic flux, such that the generated magnetic flux between the first rotor and the second rotor in the preferred direction passes through the air gap. The preferred direction may, for example, be oriented substantially in an axial direction or in a radial direction. Depending on whether the electric machine is designed as an axial or radial flux machine. The first rotor and the second rotor further each have a yoke for guiding the magnetic flux, wherein the yokes each have at least one laminated core made of a cryogenic ferromagnetic for guiding the magnetic flux in the respective yoke, which are ideally each along the entire circumference of extend respective yoke.
Die Formulierung, dass „der erste Läufer und der zweite Läufer in einer bestimmten Vorzugsrichtung voneinander beabstandet sind" ist insbesondere in dem Fall, dass die Läufer in radialer Richtung voneinander beabstandet sein sollen, so zu verstehen, dass ein Abschnitt des ersten Läufers und ein ent¬ sprechender Abschnitt des zweiten Läufers in der Vorzugsrichtung voneinander beabstandet sind. Bspw. können die beiden Läufer im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet sein und die Abschnitte können, ebenfalls bspw., denjenigen Kreisringsegmenten der Läufer entsprechen, die sich bezogen auf die Rotationsachse der Läufer in Umlaufrichtung über einen Winkel zwischen 0° und 90° erstrecken. The phrase that "the first runner and the second runner are spaced apart in a certain preferred direction" is to be understood, in particular in the case that the runners are to be spaced apart in the radial direction, that a portion of the first runner and a ent For example, the two runners may be essentially circular in shape and the sections may also correspond, for example, to those circular ring segments of the runners which, in the direction of rotation, are related to the axis of rotation of the runners extend an angle between 0 ° and 90 °.
Die Verwendung eines kryogenen Ferromagnetikums , bspw. Terbi¬ um oder Dysprosium, in den Jochen erlaubt das Führen hoher magnetischer Flüsse, die bspw. mit Hilfe von supraleitenden Permanentmagneten erzeugt werden können, resultierend in einer entsprechend höheren Leistungsdichte der elektrischen Ma¬ schine. Die Curie Temperatur von Werkstoffen wie Terbium oder Dysprosium liegt zwar weit unterhalb der Raumtemperatur, wes- halb diese Werkstoffe erst auf kryogene Temperaturen gekühlt werden müssen, damit sie in die ferromagnetische Phase über¬ gehen. Jedoch können diese Materialien im Gegensatz zu konventionellen Ferromagnetika magnetische Flussdichten in Grö¬ ßenordnungen von -je nach Umgebungstemperatur- etwa 4-8T und langfristig gesehen bis zu 14T führen. Dadurch ist ein wesentlich kleinerer Materialeinsatz notwendig als mit konventionellen Materialien, um die hohen gewünschten Flüsse insbesondere von supraleitenden Permanentmagneten führen zu kön- nen. Bspw. wurden in ersten Experimenten bei Verwendung von Dysprosium bereits Flussdichten in Höhe von 3,5-4T nachgewiesen, d.h. eine Verbessrung um einen Faktor 2 gegenüber der konventionellen Verwendung von Eisen. Schon dies resultiert in einer Gewichtsreduktion von 50% im Joch, was eine Gewichtsreduktion von etwa 20% in der Maschine ausmacht. The use of a cryogenic ferromagnetic substance, for example. Terbi ¬ to or dysprosium, in the yokes allows performing high magnetic fluxes, for example, can be generated with the aid of superconducting permanent magnets., Resulting in a correspondingly higher power density of the electrical machine. Although the Curie temperature of materials such as terbium or dysprosium is far below room temperature, which is why these materials have to be cooled to cryogenic temperatures only half, so they can go into the ferromagnetic phase over ¬. However, these materials may be about 4-8T and long term up to 14T run contrary to conventional ferromagnetic magnetic flux densities in large ¬ ßenordnungen of-depending on the ambient temperature. As a result, a significantly smaller material input is required than with conventional materials in order to be able to carry the high desired fluxes, in particular of superconducting permanent magnets. NEN. For example. In the first experiments using dysprosium, flux densities of 3.5-4T were already detected, ie an improvement of a factor of 2 over the conventional use of iron. This already results in a weight reduction of 50% in the yoke, which results in a weight reduction of about 20% in the machine.
Die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses sind am je¬ weiligen Läufer derart angeordnet, dass sie sich im Bereich derjenigen Oberfläche des jeweiligen Läufers befinden, die dem jeweils anderen Läufer zugewandt ist. Damit wird sicher¬ gestellt, dass im Spalt zwischen den Läufern ein maximaler magnetischer Fluss erzeugt werden kann. Die Joche mit den Blechpaketen aus dem kryogenen Ferroma- gnetikum zur Führung des magnetischen Flusses sind am jeweiligen Läufer derart angeordnet, dass sich das Mittel zur Er¬ zeugung des magnetischen Flusses eines jeweiligen Läufers im Wesentlichen zwischen dem Joch des jeweiligen Läufers und dem jeweils anderen Läufer bzw. dem Luftspalt befindet. Die Joche befinden sich also quasi im Bereich derjenigen Oberfläche des jeweiligen Läufers, die dem jeweils anderen Läufer abgewandt ist . Im Fall einer Konfiguration der elektrischen Maschine, bei der die Läufer als Innen- und Außenläufer ausgebildet sind, so dass sich die Vorzugsrichtung in radialer Richtung erstreckt, wobei der Innenläufer radial innerhalb des Außenläu¬ fers angeordnet ist, bedeutet das also, dass die Mittel des Außenläufers zur Erzeugung des magnetischen Flusses an dessen radial innen liegender Oberfläche angeordnet sind, während sich die Mittel des Innenläufers zur Erzeugung des magneti¬ schen Flusses an dessen radial außen liegender Oberfläche befinden. Dementsprechend befindet sich das Blechpaket des Au- ßenläufers aus dem kryogenen Ferromagnetikum an dessen radial außen liegender Oberfläche und das Blechpaket des Innenläu¬ fers aus dem kryogenen Ferromagnetikum ist im Bereich von dessen radial innen liegender Oberfläche angeordnet. Die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses am ersten Läufer und am zweiten Läufer umfassen jeweils eine Vielzahl von Einzelmagneten, insbesondere die gleiche Vielzahl. Dabei ist jedem Einzelmagneten des ersten Läufers ein Einzelmagnet des zweiten Läufers zugeordnet, wobei einander zugeordnete Einzelmagnete ein Paar von Einzelmagneten bilden. Die Einzelmagnete eines Paares sind derart angeordnet, dass sie sich in der Vorzugsrichtung gegenüberstehen, dass sie also in der Vorzugsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Wei¬ terhin sind die Einzelmagnete derart angeordnet, dass die Po¬ laritäten ihrer Magnetisierungen grundsätzlich parallel oder aber antiparallel zur Vorzugsrichtung orientiert sind. Dabei sind außerdem die Polaritäten der Magnetisierungen der Ein- zelmagnete eines jeweiligen Paares einander entgegengesetzt, so dass also bspw. ein Einzelmagnet eines Paares in Nord-Süd- Ausrichtung und der andere Einzelmagnet des Paares in Süd- Nord-Ausrichtung angeordnet ist. In Umfangsrichtung des ersten Läufers benachbarte Einzelmagnete des ersten Läufers sind derart angeordnet, dass die Polaritäten der Magnetisierungen der in Umfangsrichtung benachbarten Einzelmagnete des ersten Läufers einander entgegengesetzt orientiert sind, d.h. ab¬ wechselnd in Vorzugsrichtung und entgegengesetzt zur Vorzugs¬ richtung. Konsequenterweise sind auch in Umfangsrichtung des zweiten Läufers benachbarte Einzelmagnete des zweiten Läufers derart angeordnet, dass die Polaritäten der Magnetisierungen der in Umfangsrichtung benachbarten Einzelmagnete des zweiten Läufers einander entgegengesetzt orientiert sind. Stark ver¬ einfacht ausgedrückt kann diese spezielle Konfiguration auch als Nord-Süd-/Süd-Nord-Konfiguration bezeichnet werden. Vorteilhafterweise ergibt sich aus dieser abwechselnden Konfigu¬ ration, dass der magnetische Fluss stets abwechselnd parallel oder antiparallel zur Vorzugsrichtung orientiert ist, was sich darin niederschlägt, dass die elektromagnetische Wech- selwirkung zwischen dem magnetischen Fluss und den Spulen des Stators bei Betrieb der elektrischen Maschine als Generator oder als Elektromotor mit höchster Effizienz erfolgt. Die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses am ersten Läufer und am zweiten Läufer sind vorteilhafterweise jeweils supraleitende Permanentmagnete sind, insbesondere sogenannte „HTS bulk Magnete". Hierdurch lassen sich besonders hohe mag- netische Flussdichten erzeugen. Die Kombination von supraleitenden Magneten, insbesondere HTS bulks, mit den kryogenen Ferromagnetika ist vorteilhaft, da die besonderen Eigenschaf¬ ten im Temperaturbereich von ca. 20K bis ca. 70K praktisch genutzt werden können. Da die Ferromagnetika nur zur Führung des magnetischen Flusses im Läufer genutzt werden, verursa¬ chen sie keine Verluste durch wechselnde Magnetisierung, bspw. Hystereseverluste, und Wirbelströme. HTS-bulk Magnete sind supraleitende Magnete, die erst unterhalb einer bestim¬ men kritischen Sprungtemperatur ihre supraleitenden Eigen- schaffen zeigen und magnetisiert werden können. Für den Zweck der Erfindung bietet sich insbesondere die Verwendung von YBCO oder GdBCO an, da diese Werkstoffe bei Temperaturen von ca. 30K eine Magnetisierung von bis zu 6T bereitstellen können . The means for generating the magnetic flux are arranged on each ¬ weiligen rotor that they are located in the region of that surface of the respective rotor, which faces the respective other rotor. This ensures ¬ ensures that in the gap between the runners a maximum magnetic flux can be generated. The yokes with the laminated cores from the cryogenic ferromagnetic for guiding the magnetic flux are arranged on the respective rotor such that the means for He ¬ generation of the magnetic flux of a respective rotor substantially between the yoke of the respective rotor and the respective other rotor or the air gap is located. The yokes are thus virtually in the area of that surface of the respective runner, which is remote from the other runner. In the case of a configuration of the electrical machine, in which the runners are designed as inner and outer runners, so that the preferred direction extends in the radial direction, wherein the inner rotor is arranged radially within the Außenläu ¬ fers, this means that the means of External rotor for generating the magnetic flux at the radially inner surface are arranged, while the means of the inner rotor for generating the magneti ¬ rule flow are at its radially outer surface. Accordingly, the laminated core of Au is ßenläufers from the cryogenic ferromagnetic material at its radially outer surface and the laminated core of Innenläu ¬ fers from the cryogenic ferromagnetic material is arranged in the region of its radially inner surface. The means for generating the magnetic flux on the first rotor and the second rotor each comprise a plurality of individual magnets, in particular the same plurality. In this case, each individual magnet of the first rotor is associated with a single magnet of the second rotor, wherein associated individual magnets form a pair of individual magnets. The individual magnets of a pair are arranged so that they face each other in the preferred direction, so that they are thus arranged spaced apart in the preferred direction. Wei ¬ terhin the individual magnets are arranged such that the Po ¬ larities of their magnetizations are basically oriented parallel or anti-parallel to the preferred direction. In this case, moreover, the polarities of the magnetizations of the individual magnets of a respective pair are opposite one another, so that, for example, a single magnet of one pair is arranged in north-south orientation and the other individual magnet of the pair is oriented south-north. In the peripheral direction of first rotor adjacent individual magnets of the first rotor are arranged so oriented that the polarities of the magnetizations of the circumferentially adjacent individual magnets of the first rotor opposed to one another, ie from ¬ alternately oppositely in the preferred direction and the preference ¬ direction. Consequently, adjacent individual magnets of the second rotor are arranged in the circumferential direction of the second rotor such that the polarities of the magnetizations of the circumferentially adjacent individual magnets of the second rotor are oriented opposite to each other. Expressed strong ver ¬ simplifies this specific configuration can be referred to as North-South / South-North configuration. Advantageously, resulting from this alternate Configu ¬ ration that the magnetic flux is always alternately oriented parallel or anti-parallel to the preferred direction, which is reflected in the fact that the electromagnetic inter- action as between the magnetic flux and the coils of the stator during operation of the electrical machine Generator or as an electric motor with maximum efficiency takes place. The means for generating the magnetic flux at the first rotor and at the second rotor are advantageously superconducting permanent magnets in each case, in particular so-called "HTS bulk magnets." In this way, particularly high magnetic flux densities can be produced. with the cryogenic ferromagnetics is advantageous, since the special properties te in the temperature range of about 20K to about 70 K. can be practically used .. Since the ferromagnetics are used only to guide the magnetic flux in the rotor, they ¬ cause no losses due to changing magnetization, for example. hysteresis and eddy currents HTS bulk magnets. superconducting magnets which show create their superconducting properties only below a limited hours ¬ men critical transition temperature and can be magnetized. For the purpose of the invention particularly lends itself to the use of YBCO or GdBCO on, there These materials can provide a magnetization of up to 6T at temperatures of about 30K.
Alternativ weisen die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses am ersten Läufer und am zweiten Läufer jeweils, so wie die Joche, ebenfalls ein kryogenes Ferromagnetikum auf und sind insbesondere als Bleckpaket aus einem solchen kryogenen Ferromagnetikum realisiert. Da die kryogenen Alternatively, the means for generating the magnetic flux on the first rotor and the second rotor each, as well as the yokes, also a cryogenic ferromagnetic on and are realized in particular as Bleckpaket from such a cryogenic ferromagnetic. Because the cryogenic
Ferromagnetika bei entsprechender Kühlung ebenfalls die Er¬ zeugung von außerordentlich hohen magnetischen Flussdichten erlauben, verspricht auch diese Alternative das Erzielen von hohen Leistungsdichten. Also allow ferromagnets with appropriate cooling the He ¬ generation of extremely high magnetic flux densities, this alternative promises to achieve high power densities.
Die elektrische Maschine weist weiterhin einen Stator auf, der in dem Spalt zwischen dem ersten Läufer und dem zweiten Läufer und konzentrisch zu dem ersten Läufer und dem zweiten Läufer angeordnet ist und der eine Vielzahl von Spulen trägt, welche derart angeordnet sind, dass sie mit dem magnetischen Flusses elektromagnetische wechselwirken. Dabei sind die Spu¬ len vorteilhafterweise als Luftspulen ausgebildet, so dass der Stator ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist. Der erste Läufer und der zweite Läufer sind gegenüber der elektrischen Maschine und dem Stator rotierbar, aber relativ zueinander unbeweglich. In einer Ausführungsform mit radialer Doppelläuferanordnung ist der der erste Läufer ein Innenläufer und der zweite Läufer ein Außenläufer, wobei die Läufer derart angeordnet sind, dass sich der Innenläufer radial in¬ nerhalb des Außenläufers befindet, so dass die Vorzugsrich¬ tung in radialer Raumrichtung orientiert ist. Der Stator ist in radialer Richtung zwischen dem Innenläufer und dem Außenläufer und konzentrisch zu dem Innenläufer und dem Außenläufer angeordnet. Die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Flusses sind schließlich derart am Innenläufer und am Außenläufer angeordnet, dass der magnetische Fluss zwischen dem Innenläufer und dem Außenläufer im Wesentlichen in einer radialen Richtung verläuft. The electric machine further comprises a stator disposed in the gap between the first rotor and the second rotor and concentric with the first rotor and the second rotor, and supporting a plurality of coils arranged so as to engage with the first rotor magnetic flux electromagnetic interaction. The Spu ¬ len are advantageously designed as an air coil, so that the stator has a comparatively low weight. The first rotor and the second rotor are rotatable relative to the electric machine and the stator, but immovable relative to each other. In an embodiment with radial double rotor structure of the first rotor is an internal rotor and the second rotor, an outer rotor, wherein the rotor are arranged such that the inner rotor is located radially in ¬ nerhalb of the external rotor, so that the preferential Rich ¬ tung is oriented in the radial direction in space , The stator is disposed in the radial direction between the inner rotor and the outer rotor and concentric with the inner rotor and the outer rotor. The means for generating the magnetic flux are finally disposed on the inner rotor and the outer rotor such that the magnetic flux between the inner rotor and the outer rotor extends in a substantially radial direction.
Ein weiter Vorteil der Doppelläuferanordnung speziell in Kombination mit supraleitenden Permanentmagneten bzw. HTS-bulks und den kryogenen Ferromagnetika ist optimale Nutzung derAnother advantage of the double-rotor arrangement, especially in combination with superconducting permanent magnets or HTS bulks and the cryogenic ferromagnetics is optimal use of
HTS-bulk Magneten. In sehr leistungsfähigen konventionellen Maschinen werden häufig sogenannte „Halbach-Anordnungen" verwendet. Diese weisen eine besondere Magnetisierung auf, die sich darin niederschlägt, dass der magnetische Fluss inner- halb der Magnete umgelenkt werden kann. Bis dato stellt es jedoch als technisch sehr schwierig heraus, eine Halbach- Anordnung für HTS-bulks herzustellen, weshalb auf eine Nord- Süd-/Süd-Nord-Konfiguration zurückgegriffen werden muss. Damit der hohe Fluss in dieser Konfiguration nicht durch Luft geführt werden muss, werden die genannten kryogenen Ferromagnetika eingesetzt. HTS-bulk magnets. In very powerful conventional machines, so-called "Halbach arrangements" are frequently used, which have a special magnetization, which is reflected in the fact that the magnetic flux can be redirected within the magnets, but to date it has proven to be technically very difficult It is therefore necessary to resort to a north-south / south-north configuration so that the high flux in this configuration does not have to be guided by air, the said cryogenic ferromagnetics are used.
Weiterhin liegt ein Vorteil der Doppelläuferanordnung in der Nord-Süd-/Süd-Nord-Konfiguration und insbesondere mit Luftspu- len darin, dass die magnetischen Felder größtenteils ledig¬ lich eine Radialkomponente aufweisen und Streufelder in Tan- gentialrichtung klein sind. Dadurch sind für die Wicklung der Spulen des Stators Leiterkonfigurationen denkbar, bei denen die „kurze Seite" orthogonal zur radialen Richtung liegt und somit -trotz der hohen Felder im Luftspalt- Verluste aufgrund des Proximity-Effekts minimiert werden können. Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung. Furthermore, an advantage of the double rotor structure in the north-south / south-north-configuration and in particular with Luftspu- len is that the magnetic fields largely single ¬ Lich have a radial component and stray fields are gentialrichtung small in tandem. As a result, conductor configurations are conceivable for winding the coils of the stator, in which case the "short side" is orthogonal to the radial direction and thus, despite the high fields in the air gap, losses due to the proximity effect can be minimized Further advantages and embodiments emerge from the drawings and the corresponding description.
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort wer- den gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to drawings. There, the same components in different figures are identified by the same reference numerals.
Es zeigt: FIG 1 eine elektrische Maschine mit Doppelläuferanordnung. 1 shows an electrical machine with double rotor arrangement.
Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren kennzeichnen gleiche Komponenten. Weiterhin sei angemerkt, dass sich Be¬ griffe wie „axial", „radial" und „Umfangsrichtung" auf die im jeweils beschriebenen Beispiel bzw. in der jeweiligen Figur zum Einsatz kommende Welle oder Drehachse beziehen. Like reference numerals in different figures indicate like components. It is also noted that terms such as Be ¬ "axial", "radial" and "circumferential direction" refer to the in each example described, or in the respective figure, the used shaft or axis of rotation.
Die FIG 1 zeigt eine anhand ihres Gehäuses 11 angedeutete elektrische Maschine 10 und deren weitestgehend kreisringför- mige Doppelläuferanordnung 100, welche gegenüber der elektrischen Maschine bzw. bspw. gegenüber deren Gehäuse 11 um eine Rotationsachse R rotierbar ist. Die Doppelläuferanordnung 100 weist einen ersten Läufer 110 und einen zweiten Läufer 120 auf, welche konzentrisch zueinander angeordnet sind. In der hier dargestellten Ausführungsform handelt sich bei der Doppelläuferanordnung um einen radialen Doppelläufer, d.h. der erste Läufer 110 ist ein Innenläufer und der zweite Läufer 120 ist ein Außenläufer. Beim radialen Doppelläufer 100 ist der Innenläufer 110 radial innerhalb des Außenläufers 120 an- geordnet, d.h. der Innenläufer 110 hat einen geringeren FIG. 1 shows an electrical machine 10, indicated by its housing 11, and its largely annular double-rotor arrangement 100, which is rotatable about an axis of rotation R relative to the electric machine or, for example, with respect to its housing 11. The double-rotor arrangement 100 has a first rotor 110 and a second rotor 120, which are arranged concentrically with one another. In the embodiment shown here, the double-rotor arrangement is a radial double-rotor, i. the first rotor 110 is an inner rotor and the second rotor 120 is an outer rotor. In the radial double rotor 100, the inner rotor 110 is disposed radially within the outer rotor 120, i. the inner rotor 110 has a smaller one
Durchmesser als der Außenläufer 120, wobei sich zwischen der radial äußeren Oberfläche 111 des Innenläufers 110 und der radial inneren Oberfläche 121 des Außenläufers 120 ein Spalt befindet. In axialer Richtung befinden sich die Läufer 110, 120 im Wesentlichen an der selben Position. Diameter than the outer rotor 120, wherein between the radially outer surface 111 of the inner rotor 110 and the radially inner surface 121 of the outer rotor 120, a gap located. In the axial direction, the runners 110, 120 are located substantially at the same position.
Im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung wird basierend auf der Anordnung der Läufer 110, 120 der Doppelläuferanordnung 100 eine „Vorzugsrichtung" definiert, die sich daran orientiert, in welcher Raumrichtung bezogen auf die Drehachse R die beiden Läufer voneinander beabstandet sind. Im Fall des radialen Doppelläufers 100 befindet sich der Außenläufer 120 radial außerhalb des Innenläufers, d.h. die Vorzugsrichtung ist in radialer Richtung orientiert. Bspw. im nicht darge¬ stellten Fall eines axialen Doppelläufers, dessen erster Läu¬ fer und zweiter Läufer typischerweise in axialer Richtung voneinander beabstandet sind, ist die Vorzugsrichtung in axi- aler Richtung orientiert. In the context of the present invention, based on the arrangement of the runners 110, 120 of the double-rotor arrangement 100, a "preferred direction" is defined, which is based on the spatial direction with respect to the axis of rotation R in which the two runners are spaced from one another 100, the external rotor 120 is located radially outward of the internal rotor, that the preferential direction is oriented in the radial direction. For example. in the non Darge ¬ presented case of an axial double rotor, whose first Läu ¬ fer and second rotors are typically spaced apart in the axial direction, the Preferred direction oriented in the axial direction.
Der Innenläufer 110 sowie auch der Außenläufer 120 verfügen jeweils über eine Vielzahl von Mitteln 112, 122 zur Erzeugung eines magnetischen Flusses sowie über jeweils über ein Joch 113, 123 zur Führung des magnetischen Flusses, welcher n der FIG 1 mit Hilfe der Pfeile angedeutet ist, im jeweiligen Läu¬ fer 110, 120. Im Folgenden wird rein exemplarisch, aber nicht einschränkend, angenommen, dass die Mittel 112, 122 zur Er¬ zeugung des magnetischen Flusses Permanentmagnete sind. Die Permanentmagnete 112, 122 sind im bzw. am jeweiligen JochThe inner rotor 110 as well as the outer rotor 120 each have a plurality of means 112, 122 for generating a magnetic flux and via in each case via a yoke 113, 123 for guiding the magnetic flux, which n of FIG 1 is indicated by the arrows, in the respective Läu ¬ fer 110, 120. in the following, by way of example but not limitation, assume that the means 112, 122 for he ¬ generation of the magnetic flux are permanent magnets. The permanent magnets 112, 122 are in or on the respective yoke
113, 123 derart angeordnet, dass sie sich im Bereich derjeni¬ gen Oberfläche 111, 121 des jeweiligen Läufers 110, 120 be¬ finden, die dem jeweils anderen Läufer 120, 110 zugewandt ist. Damit wird also sichergestellt, dass der magnetische Fluss durch den Spalt zwischen den Läufern 110, 120 maximal ist . 113, 123 arranged such that they are in the range derjeni ¬ gen surface 111, 121 of each rotor 110, 120 ¬ be found, which faces the respective other rotor 120, the 110th This ensures that the magnetic flux through the gap between the rotors 110, 120 is maximum.
Die Mittel 112, 122 zur Erzeugung des magnetischen Flusses bzw. die Permanentmagnete 112, 122 am Innenläufer 110 und am Außenläufer 120 umfassen jeweils eine Vielzahl von Einzelmagneten 112, 122, wobei die beiden Läufer 110, 120 idealerweise die gleiche Anzahl von Einzelmagneten 112, 122 aufweist. Jedem Einzelmagneten 112 des Innenläufers 110 ist ein Einzel- magnet 122 des Außenläufers 120 zugeordnet, wobei einander zugeordnete Einzelmagnete, bspw. die mit 112 λ und 122 λ ge¬ kennzeichneten Einzelmagnete, ein Paar von Einzelmagneten 112 122 λ bilden. Die Einzelmagnete 112 122 λ eines jewei- ligen Paares sind derart angeordnet, dass sie sich in der Vorzugsrichtung, d.h. im vorliegenden Beispiel in radialer Richtung, gegenüberstehen, dass sie also in der Vorzugsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Sämtliche Ein¬ zelmagnete 112, 122 sind weiterhin derart angeordnet, dass die Polaritäten ihrer Magnetisierungen, welche in der FIG 1 durch Pfeile symbolisiert sind, parallel oder aber antiparal¬ lel zur Vorzugsrichtung orientiert sind. Dabei sind die Pola¬ ritäten der Magnetisierungen der Einzelmagnete 112 122 λ eines jeweiligen Paares einander entgegengesetzt, es ist also bspw. ein Einzelmagnet 112 λ eines Paares in Nord-Süd-Aus¬ richtung und der andere Einzelmagnet 122 λ des Paares in Süd- Nord-Ausrichtung angeordnet. Desweiteren sind in Umfangsrich- tung der Innenläufers 110 benachbarte Einzelmagnete 112 des Innenläufers 110 derart angeordnet, dass die Polaritäten der Magnetisierungen der in Umfangsrichtung benachbarten Einzelmagnete einander entgegengesetzt orientiert sind, d.h. ab¬ wechselnd in Vorzugsrichtung und entgegengesetzt zur Vorzugs¬ richtung. Aus letzterer Vorgabe ergibt sich zusammen mit der bereits erwähnten Forderung, dass die Polaritäten der Magne- tisierungen der Einzelmagnete 112 122 λ eines jeweiligenThe means 112, 122 for generating the magnetic flux or the permanent magnets 112, 122 on the inner rotor 110 and the outer rotor 120 each comprise a plurality of individual magnets 112, 122, wherein the two runners 110, 120 ideally have the same number of individual magnets 112, 122 having. Each individual magnet 112 of the inner rotor 110 is a single Magnet 122 of the outer rotor 120 associated with each other, associated individual magnets, for example, the. With 112 λ and 122 λ ge ¬ identified individual magnets, a pair of individual magnets 112 122 λ form. The individual magnets 112 122 λ of a time jewei- pair are arranged such that they are in the preferred direction, that is, in the present example, face each other in the radial direction, so that they are arranged in the preferred direction apart from each other. All ¬ A zelmagnete 112, 122 are further arranged such that the polarities of their magnetizations, which are symbolized in FIG 1 by arrows, parallel or antiparal ¬ lel oriented to the preferential direction. The Pola ¬ linearities of the magnetizations of the individual magnets 112 122 λ of a respective pair are opposite to each other, so it is, for example, a single magnet 112 λ of a pair of north-south-off ¬ direction and the other single magnet 122 λ of the pair in south-north Orientation arranged. Furthermore, in the circumferential direction of the inner rotor 110 adjacent individual magnets 112 of the inner rotor 110 are arranged such that the polarities of the magnetizations of the circumferentially adjacent individual magnets are oriented opposite to each other, ie from ¬ alternately in the preferred direction and opposite to the preferred ¬ direction. From the latter specification results, together with the already mentioned requirement that the polarities of the magnetizations of the individual magnets 112 122 λ of a respective
Paares einander entgegengesetzt sein müssen, die Konsequenz für den Außenläufer 120, dass auch in Umfangsrichtung der Außenläufers 120 benachbarte Einzelmagnete 122 des Außenläufers 120 derart angeordnet sind, dass die Polaritäten der Magneti- sierungen der in Umfangsrichtung benachbarten Einzelmagnete 122 einander entgegengesetzt orientiert sind. Paires must be opposed to each other, the consequence for the external rotor 120 that in the circumferential direction of the outer rotor 120 adjacent individual magnets 122 of the outer rotor 120 are arranged such that the polarities of the magnetizations of the circumferentially adjacent individual magnets 122 are oriented opposite to each other.
Mit anderen Worten sind also die Permanentmagnete 112, 122 der Läufer 110, 120 im Wesentlichen abwechselnd in Nord-Süd- und Süd-Nord-Konfiguration angeordnet, wobei ein Nord-Süd- Magnet 122 im Außenrotor 120 einem Süd-Nord-Magnet 112 des Innenrotors 110 in Vorzugsrichtung gegenübersteht und umge¬ kehrt . Vorteilhafterweise weisen die Joche 113, 123 jeweils zumin¬ dest ein Blechpaket 115, 125 aus einem kryogenen Ferromagne- tikum zur Führung des magnetischen Flusses im jeweiligen Joch 113, 123 auf bzw. bestehen im Idealfall jeweils aus einem solchen Blechpaket 115, 125. Als kryogene Ferromagnetika kom¬ men bspw. Dysprosium oder Terbium oder auch andere seltene Erden bzw. zusammengesetzte Systeme wie bspw. Anordnungen von molekularen Magneten in Betracht. Der Übersichtlichkeit wegen sind die Blechpakete 115, 125 in der FIG 1 lediglich derart angedeutet, dass sie sich scheinbar nur über einen geringen Raumwinkel entlang des Umfangs des jeweiligen Läufers 110, 120 erstrecken. Idealerweise bzw. realistischerweise erstre¬ cken sie sich jedoch jeweils entlang des gesamten Umfangs des jeweiligen Läufers 110, 120. In other words, therefore, the permanent magnets 112, 122 of the rotor 110, 120 are arranged substantially alternately in north-south and south-north configuration, wherein a north-south magnet 122 in the outer rotor 120 is a south-north magnet 112 of the Inner rotor 110 faces in the preferred direction and vice versa ¬ . Advantageously, the yokes 113, 123 each comprise at ¬ least one lamination stack 115, 125 of a cryogenic ferromagnetic tikum for guiding the magnetic flux in the respective yoke 113, 123 on or consist ideal case of such a laminated core 115, 125. As a cryogenic ferromagnetics kom ¬ men, for example. dysprosium or terbium, or other rare earth or composite systems such as. arrangements of molecular magnets into consideration. For the sake of clarity, the laminated cores 115, 125 are merely indicated in FIG. 1 in such a way that they apparently only extend over a small solid angle along the circumference of the respective rotor 110, 120. Ideally, or realistically erstre ¬ However CKEN each extending along the entire periphery of each rotor 110, 120th
Die Blechpakete 115, 125 aus dem kryogenen Ferromagnetikum sind am jeweiligen Läufer 110, 120 derart angeordnet, dass sich das Mittel 112, 122 zur Erzeugung des magnetischen Flus- ses bzw. die Permanentmagnete 112, 122 eines jeweiligen Läu¬ fers 110, 120 im Wesentlichen zwischen dem Blechpaket 115, 125 des jeweiligen Läufers 110, 120 und dem jeweils anderen Läufer 120, 110 bzw. dem Spalt befindet. Die Joche 113, 123 und insbesondere die Blechpakete 115, 125 befinden sich also im Wesentlichen im Bereich derjenigen Oberfläche des jeweiligen Läufers 110, 120, die dem jeweils anderen Läufer 120, 110 abgewandt ist. The laminated cores 115, 125 from the cryogenic ferromagnetic material are 120 arranged on the respective rotor 110, that the means 112, 122 for generating the magnetic river rate or the permanent magnets 112, 122 of a respective Läu ¬ fers 110, 120 is substantially between the laminated core 115, 125 of the respective rotor 110, 120 and the respective other rotor 120, 110 and the gap is located. The yokes 113, 123 and in particular the laminated cores 115, 125 are therefore located substantially in the region of that surface of the respective rotor 110, 120, which faces away from the respective other rotor 120, 110.
Im Fall der gezeigten Konfiguration der elektrischen Maschine 10, bei der die Läufer 110, 120 als Innen- und Außenläufer ausgebildet sind, so dass sich die Vorzugsrichtung in radia¬ ler Richtung erstreckt, bedeutet das also, dass die Mittel 122 des Außenläufers 120 zur Erzeugung des magnetischen Flusses an dessen radial innen liegender Oberfläche 121 angeord- net sind, während sich die Mittel 112 des Innenläufers 110 zur Erzeugung des magnetischen Flusses an dessen radial außen liegender Oberfläche 111 befinden. Dementsprechend befindet sich das Blechpaket 125 des Außenläufers 120 aus dem kryo- genen Ferromagnetikum an dessen radial außen liegender Oberfläche und das Blechpaket 115 des Innenläufers 110 aus dem kryogenen Ferromagnetikum ist im Bereich von dessen radial innen liegender Oberfläche angeordnet. In the case of the illustrated configuration of the electric machine 10, in which the runners 110, 120 are formed as inner and outer runners, so that the preferred direction extends in Radia ¬ ler direction, that means that the means 122 of the outer rotor 120 for generating of the magnetic flux are arranged on its radially inner surface 121, while the means 112 of the inner rotor 110 for generating the magnetic flux are located on its radially outer surface 111. Accordingly, the laminated core 125 of the outer rotor 120 is made of the cryogenic gen Ferromagnetikum on its radially outer surface and the laminated core 115 of the inner rotor 110 of the cryogenic Ferromagnetikum is disposed in the region of its radially inner surface.
Der magnetische Fluss erstreckt sich nun wie in der FIG 1 an¬ gedeutet für jedes Paar von Einzelmagneten über den Spalt zwischen dem Einzelmagneten des Paares. Da die Läufer 110, 120 zwar gegenüber der Maschine 10, nicht aber relativ zuei- nander beweglich bzw. rotierbar sind, bleibt die oben beschriebene Konfiguration bezüglich der gegenseitigen Anordnung der Einzelmagnete 112, 122 auch im Betrieb der elektrischen Maschine 10 unverändert erhalten. Bei rotierender Dop¬ pelläuferanordnung 100 rotiert daher auch der magnetische Fluss. The magnetic flux now extends as shown in Figure 1 at ¬ interpreted for each pair of individual magnets across the gap between the individual magnets of the pair. Since the runners 110, 120 are indeed movable or rotatable relative to the machine 10, but not relative to one another, the configuration described above with respect to the mutual arrangement of the individual magnets 112, 122 remains unchanged even during operation of the electric machine 10. With rotating Dop ¬ pelläuferanordnung 100 therefore also the magnetic flux rotates.
Im Spalt zwischen Innenläufer 110 und Außenläufer 120 befindet sich ein Stator 200 der elektrischen Maschine 10, d.h. der Durchmesser des Stators 200 liegt zwischen den Durchmes¬ sern der Läufer 110, 120. Der Stator 200 ist ebenfalls im We¬ sentlichen kreisringfömig und konzentrisch zu den Läufern 110, 120 angeordnet. Die Dimensionen der Läufer 110, 120 und des Stators 200 sind derart gewählt, dass sich zwischen der radial inneren Oberfläche 201 des Stators 200 und der radial äußeren Oberfläche 111 des Innenläufers 110 sowie auch zwi¬ schen der radial äußeren Oberfläche 202 des Stators 200 und der radial inneren Oberfläche 121 des Außenläufers 120 je¬ weils ein Luftspalt bildet. Der Stator 200 trägt eine Viel¬ zahl von Wicklungen bzw. Spulen 210, welche derart angeordnet sind, dass die Spulen 210 vom von der Doppelläuferanordnung 200 erzeugten magnetischen Fluss durchsetzt werden. In the gap between the internal rotor 110 and external rotor 120 is a stator 200 of the electrical machine 10, ie the diameter of the stator 200 is located between the diam ¬ fibers of the runners 110, 120. The stator 200 is kreisringfömig and concentric also in We ¬ sentlichen to the Runners 110, 120 arranged. The dimensions of the runner 110, 120 and the stator 200 are selected such that between the radially inner surface 201 of the stator 200 and the radially outer surface 111 of the inner rotor 110, as well as interim ¬ rule of the radially outer surface 202 of the stator 200 and the radially inner surface 121 of the outer rotor 120 depending ¬ forms an air gap. The stator 200 carries a plurality ¬ number of windings or coils 210 which are arranged such that the coils are penetrated 210, produced by the double rotor structure 200 magnetic flux.
Der Stator 120 ist bspw. über eine mechanische Verbindung (nicht dargestellt) fest mit dem Gehäuse 11 oder sonstigen Komponenten der elektrischen Maschine 10 verbunden, so dass der Stator 120 gegenüber der Maschine 10 an sich bzw. gegenüber deren Gehäuse 11 letztlich unbeweglich ist. Konsequenterweise ist aber der Läufer 100 bezüglich des Stators 200 rotierbar, so dass bei Rotation des Läufers 100 der mit demThe stator 120 is, for example. Via a mechanical connection (not shown) fixed to the housing 11 or other components of the electric machine 10, so that the stator 120 with respect to the machine 10 in itself or with respect to the housing 11 is ultimately immovable. Consequently, however, the rotor 100 is relative to the stator 200 rotatable, so that upon rotation of the rotor 100 of the
Läufer 100 rotierende magnetische Fluss mit den Spulen 210 elektromagnetisch wechselwirken kann. Im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 rotiert der Läufer 100 bzw. die Doppelläuferanordnung 100 gegenüber dem Stator 200. Läufer 100 und Stator 200 sind wie beschrieben so zueinander angeordnet, dass das Magnetfeld bzw. der magneti¬ sche Fluss der Permanentmagnete 112, 122 und die Spulen 210 derart in Wechselwirkung miteinander treten, dass die elektrische Maschine 10 aufgrund der Wechselwirkung in einem ers¬ ten Betriebsmodus als Generator und/oder in einem zweiten Betriebsmodus als Elektromotor arbeitet. Die Arbeitsweise der elektrischen Maschine 10 basiert also auf dem an sich bekann- ten Konzept, dass die beiden Komponenten 100, 200 elektromag¬ netisch miteinander wechselwirken, so dass die elektrische Maschine 10 in einem der beiden Betriebsmodi arbeiten kann. Rotor 100 rotating magnetic flux can interact electromagnetically with the coils 210. In the operating condition of the electrical machine 100, the rotor 100 rotates and the double rotor structure 100 relative to the stator 200. rotor 100 and stator 200 are arranged as described to each other such that the magnetic field or the magneti ¬ specific flux of the permanent magnets 112, 122 and the coil 210 so interact with one another, that the electric machine 10 due to the interaction in an ers ¬ th mode of operation as a generator and / or in a second operating mode functions as an electric motor. The operation of the electric machine 10 is thus based on the well-known per se th concept that the two components 100, 200 electromag ¬ genetically interact with each other, so that the electric machine 10 can operate in one of two modes of operation.
Arbeitet die elektrische Maschine 10 als Generator, so werden die Doppelläuferanordnung 100 und mit ihr die Permanentmagne¬ te 112, 122 bspw. über eine Welle 12 der elektrischen Maschine 10 in Rotation versetzt, so dass in den Spulen 210 des Stators 200 elektrische Spannungen induziert werden. Soll die elektrische Maschine 10 als Elektromotor arbeiten, so werden die Spulen 210 mit elektrischem Strom beaufschlagt, so dass aufgrund der Wechselwirkung der hiermit erzeugten Magnetfelder mit den Feldern der Permanentmagnete 112, 122 ein Drehmo¬ ment auf den Läufer 100 und damit auf die Welle 12 wirkt. Hinsichtlich der Mittel 112, 122 zur Erzeugung des magnetischen Flusses sei angemerkt, dass es sich als besonders vor¬ teilhaft herausstellt, wenn die bereits genannten Permanent¬ magnete als supraleitende Permanentmagnete 112, 122 ausgebil¬ det sind, mit denen bei entsprechenden Umgebungstemperaturen vergleichsweise hohe magnetische Flussdichten in Größenord¬ nungen von bspw. bis zu 9T erzeugt werden können. Bspw. bieten sich YBCO oder GdBCO als Materialien für die supraleitenden Permanentmagnete 112, 122 an, wobei zur Erzeugung der ge- nannten Flussdichten Temperaturen in einer Größenordnung von etwa 30K benötigt werden. Um die zum Betrieb von supraleitenden Komponenten, bspw. die genannten Permanentmagnete 112, 122 und/oder für den Fall, dass zusätzlich auch die Spulen 210 des Stators 200 supraleitend sind, zu realisieren, würden die Läufer 110, 120 und/oder der Stator 200 je nach räumlichen Gegebenheiten einzeln oder gemeinsam in einem oder mehreren Kryostaten untergebracht. Die ist jedoch nicht im De¬ tail dargestellt. When the electric machine 10 operates as a generator, the double-rotor arrangement 100 and with it the permanent magazines 112, 122 are, for example, set in rotation via a shaft 12 of the electric machine 10, so that electrical voltages are induced in the coils 210 of the stator 200 , If the electrical machine 10 to work as an electric motor, the coils are acted 210 with electric current, so that due to the interaction of the hereby produced magnetic fields with the fields of the permanent magnets 112, 122 Torque ¬ ment on the rotor 100 and thus to the shaft 12 acts. With regard to the means 112, 122 for generating the magnetic flux is to be noted that it turns out to be particularly before ¬ geous when the above-mentioned permanent ¬ magnets magnetic and superconducting permanent magnets 112, 122 are ausgebil ¬ det with which at respective ambient temperatures comparatively high flux densities can be generated in North size ¬ voltages of eg. up to 9T. For example. YBCO or GdBCO are used as materials for the superconducting permanent magnets 112, 122, whereby called for flow-tight temperatures of about 30K. In order to realize the operation of superconducting components, for example the abovementioned permanent magnets 112, 122 and / or in the event that in addition the coils 210 of the stator 200 are superconducting, the runners 110, 120 and / or the stator 200 would be realized depending on spatial conditions, housed individually or together in one or more cryostats. However, this is not shown in detail .
Eine weitere, alternative Realisierungsmöglichkeit der Mittel 112, 122 zur Erzeugung des magnetischen Flusses am ersten Läufer 110 und am zweiten Läufer 120 besteht darin, dass die Mittel, so wie die Joche 113, 123, ebenfalls als Blechpakete aus dem kryogenen Ferromagnetikum ausgebildet sein können. A further, alternative realization possibility of the means 112, 122 for generating the magnetic flux on the first rotor 110 and the second rotor 120 is that the means, such as the yokes 113, 123, may also be formed as laminated cores from the cryogenic ferromagnetic.
In den beiden zuletzt genannten Alternativen zur Realisierung der Mittel 112, 122 zur Erzeugung des magnetischen Flusses stellen diese Mittel 112, 122 von sich aus zunächst keine Magnetisierung zur Verfügung, d.h. sie müssen vor der Inbetriebnahme der elektrischen Maschine magnetisiert werden. Dies erfolgt bspw. mit Hilfe von an sich bekannten Magneti¬ sierungseinrichtungen, welche speziell für diesen Zweck vorgeschlagen wurden. In the latter two alternatives for realizing the means 112, 122 for generating the magnetic flux, these means 112, 122 do not initially provide any magnetization, ie they must be magnetized before the electrical machine is put into operation. This is done eg. By means of known Magneti ¬ sierungseinrichtungen which have been specifically proposed for this purpose.
Die Spulen 210 des Stators 200 sind vorzugsweise als sog. Luftspulen ausgeführt, d.h. insbesondere ohne weichmagneti¬ schen Kern. Stattdessen können die Spulen 210 bspw. auf nichtmagnetischen Kernen aus einem bevorzugt leichten Materi- al (nicht dargestellt) oder sogar gänzlich ohne Kern gewi¬ ckelt sein. Dies hat u.a. zur Folge, dass auch der Stator 200 derart ausgeführt sein kann, dass er ein vergleichsweise ge¬ ringes Gewicht aufweist. Die Ausführung unter Verwendung von Luftspulen und damit das Fehlen der magnetischen Kerne schlägt sich zwar darin nieder, dass der magnetische Fluss der Permanentmagnete 112, 122 weniger gezielt geführt wird, wodurch sich eine Erhöhung des magnetischen Streuflusses ergeben würde, jedoch wird dieser störende Effekt durch die Verwendung der Doppelläuferanordnung 100 und die hierbei in der Vorzugsrichtung gegenüber liegenden Permanentmagnete 112, 122 kompensiert, da der magnetische Fluss aufgrund dieser An¬ ordnung eine Führung auch ohne magnetischen Kern bewirkt. The coils 210 of the stator 200 are preferably designed as so-called. Air coils, ie in particular without weichmagneti ¬ 's core. Instead, the coils 210, for example. To the non-magnetic cores of a preferred light Materi- al (not shown) or even be completely without threaded core ¬ oped. This has the consequence that also the stator 200, can inter alia be made such that it has a comparatively ge ¬ ring weight. Although the implementation using air coils and thus the absence of the magnetic cores is reflected in that the magnetic flux of the permanent magnets 112, 122 is guided less targeted, resulting in an increase of the magnetic leakage flux, but this disturbing effect Use of the double-rotor arrangement 100 and in this case in the preferred direction opposite permanent magnets 112, 122 compensated because the magnetic flux due to this An ¬ order causes a guide even without a magnetic core.
Zumindest einer der Läufer 110, 120 bspw. der Innenläufer 110, muss mechanisch mit der Welle 12 verbunden sein, um eine Drehmomentübertragung zwischen Doppelläuferanordnung 100 und Welle 12 zu ermöglichen. Weiterhin können der Innenläufer 110 und der Außenläufer 120 über eine mechanische Verbindung miteinander verbunden sein (nicht dargestellt) , so dass in der Folge die an beiden Läufern 110, 120 erzeugten Drehmomente auf die Welle 12 übertragbar sind. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Permanentmagnete 112, 122 nicht an den Läufern 110, 120 angeordnet sind, son¬ dern am Stator 200. Die Spulen 210, in die je nach Betrieb Spannungen induziert werden bzw. die mit einem Strom beaufschlagt werden sollen, sind in diesem Fall an den Läufern 110, 120 angeordnet und können bspw. über Bürsten oder andere geeignete Übertrager mit einem elektrischen Verbraucher oder mit einer Stromquelle verbunden werden (nicht dargestellt) . Diese Ausführungsvariante wird im Folgenden jedoch nicht nä¬ her erläutert, da es für die eigentliche Erfindung keine we- sentliche Rolle spielt, an welcher der beiden KomponentenAt least one of the runners 110, 120, for example, the inner rotor 110, must be mechanically connected to the shaft 12 in order to enable a torque transmission between the double-rotor arrangement 100 and the shaft 12. Furthermore, the inner rotor 110 and the outer rotor 120 may be connected to one another via a mechanical connection (not shown), so that, as a result, the torques generated on both rotors 110, 120 can be transmitted to the shaft 12. In principle, it is also conceivable that the permanent magnets 112, 122 are not arranged on the rotors 110, 120, son ¬ on the stator 200. The coils 210, in which, depending on the operation voltages are induced or to be acted upon by a current , are in this case arranged on the runners 110, 120 and can be connected, for example via brushes or other suitable transformers, to an electrical load or to a power source (not shown). This variant, however, explained in the following non nä ¬ ago, it does not WE sentliche role in the actual invention to which the two components
110, 120 oder 200 die Permanentmagnete 112, 122 bzw. die Spu¬ len 210 jeweils angeordnet sind. 110, 120 or 200, the permanent magnets 112, 122 and the SPU ¬ len 210 are respectively disposed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Maschine (10) aufweisend eine Doppelläuferan¬ ordnung mit einem ersten Läufer (110) und einem zweiten Läu- fer (120) , wobei 1. Electrical machine (10) comprising a Doppelläuferan ¬ order with a first rotor (110) and a second runner (120), wherein
- der erste Läufer (110) und der zweite Läufer (120) derart konzentrisch zueinander angeordnet sind, dass der erste Läu¬ fer (110) und der zweite Läufer (120) in einer Vorzugsrichtung voneinander beabstandet sind, so dass sich zwischen dem ersten Läufer (110) und dem zweiten Läufer (120) ein Spalt befindet, wobei - The first rotor (110) and the second rotor (120) are arranged concentrically to each other such that the first Läu ¬ fer (110) and the second rotor (120) are spaced apart in a preferred direction, so that between the first rotor (110) and the second rotor (120) is a gap, wherein
- der erste Läufer (110) und der zweite Läufer (120) jeweils Mittel (112, 122) zur Erzeugung eines magnetischen Flusses aufweisen, derart, dass der erzeugte magnetische Fluss zwi- sehen dem ersten Läufer (110) und dem zweiten Läufer (120) in der Vorzugsrichtung durch den Spalt verläuft,  - The first rotor (110) and the second rotor (120) each having means (112, 122) for generating a magnetic flux, such that the generated magnetic flux between see the first rotor (110) and the second rotor (120 ) in the preferred direction through the gap,
und wobei and where
- der erste Läufer (110) und der zweite Läufer (120) jeweils ein Joch (113, 123) zur Führung des magnetischen Flusses auf- weisen, wobei die Joche (113, 123) jeweils zumindest ein - The first rotor (110) and the second rotor (120) each have a yoke (113, 123) for guiding the magnetic flux, the yokes (113, 123) each having at least one
Blechpaket (115, 125) aus einem kryogenen Ferromagnetikum zur Führung des magnetischen Flusses im jeweiligen Joch (113, 123) aufweisen. Sheet metal package (115, 125) of a cryogenic ferromagnetic for guiding the magnetic flux in the respective yoke (113, 123).
2. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (112, 122) zur Erzeugung des magne¬ tischen Flusses am jeweiligen Läufer (110, 120) derart ange¬ ordnet sind, dass sie sich im Bereich derjenigen Oberfläche des (111, 121) jeweiligen Läufers (110, 120) befinden, die dem jeweils anderen Läufer (120, 110) zugewandt ist. 2. Electrical machine (10) according to claim 1, characterized in that the means (112, 122) for generating the magnetic ¬ tischen flow at the respective rotor (110, 120) are arranged such ¬ that they are in the region of that surface the (111, 121) respective rotor (110, 120), which faces the respective other rotor (120, 110).
3. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis3. Electrical machine (10) according to one of claims 1 to
2, dadurch gekennzeichnet, dass die Joche (113, 123) mit den Blechpaketen (115, 125) aus dem kryogenen Ferromagnetikum zur Führung des magnetischen Flusses am jeweiligen Läufer (110, 120) derart angeordnet sind, dass sich das Mittel (112, 122) zur Erzeugung des magnetischen Flusses eines jeweiligen Läufers (110, 120) im Wesentlichen zwischen dem Joch (113, 123) des jeweiligen Läufers (110, 120) und dem jeweils anderen Läufer (120, 110) befindet. 2, characterized in that the yokes (113, 123) with the laminated cores (115, 125) of the cryogenic ferromagnetic material for guiding the magnetic flux on the respective rotor (110, 120) are arranged such that the means (112, 122 ) for generating the magnetic flux of a respective rotor (110, 120) substantially between the yoke (113, 123) the respective rotor (110, 120) and the respective other rotor (120, 110) is located.
4. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (112, 122) zur Er¬ zeugung des magnetischen Flusses am ersten Läufer (110) und am zweiten Läufer (120) jeweils eine Vielzahl von Einzelmag¬ neten (112, 122) umfassen, wobei 4. Electrical machine (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the means (112, 122) for Er ¬ generation of the magnetic flux on the first rotor (110) and the second rotor (120) each have a plurality of Einzelmag ¬ Neten (112, 122), wherein
- jedem Einzelmagneten (112) des ersten Läufers (110) ein Einzelmagnet (122) des zweiten Läufers (120) zugeordnet ist, wobei einander zugeordnete Einzelmagnete (112, 122) ein Paar (112 122 λ) von Einzelmagneten bilden, - a single magnet (122) of the second rotor (120) is assigned to each individual magnet (112) of the first rotor (110), wherein individual magnets (112, 122) associated therewith form a pair (112 122 λ ) of individual magnets,
- die Einzelmagnete eines Paares (112 122 λ) derart angeord¬ net sind, dass sie sich in der Vorzugsrichtung gegenüberste- hen, - The individual magnets of a pair (112 122 λ ) are angeord ¬ net so that they face each other in the preferred direction,
- die Einzelmagnete (112, 122) derart angeordnet sind, dass die Polaritäten der Magnetisierungen parallel oder antiparallel zur Vorzugsrichtung orientiert sind, wobei die Polaritä¬ ten der Magnetisierungen der Einzelmagnete (112, 122) eines jeweiligen Paares (112 122 λ) einander entgegengesetzt sind,- the individual magnets (112, 122) are arranged such that the polarities of the magnetizations are oriented parallel or anti-parallel to the preferred direction, wherein the Polaritä ¬ th of the magnetizations of the individual magnets (112, 122) of a respective pair are (112 122 λ) opposite to each other .
- in Umfangsrichtung des ersten Läufers (110) benachbarte Einzelmagnete (112) des ersten Läufers (110) derart angeord¬ net sind, dass die Polaritäten der Magnetisierungen der in Umfangsrichtung benachbarten Einzelmagnete (112) des ersten Läufers (110) einander entgegengesetzt orientiert sind. - In the circumferential direction of the first rotor (110) adjacent individual magnets (112) of the first rotor (110) are angeord ¬ net, that the polarities of the magnetizations of circumferentially adjacent individual magnets (112) of the first rotor (110) are oriented opposite to each other.
5. Elektrische Maschine (10) einem der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Mittel (112, 122) zur Erzeu¬ gung des magnetischen Flusses am ersten Läufer (110) und am zweiten Läufer (120) jeweils supraleitende Permanentmagnete sind . 5. Electrical machine (10) to any one of claims 1 to 4, since ¬ characterized by that the means (112, 122) for the generation ¬ supply of the magnetic flux on the first rotor (110) and the second rotor (120) each superconducting permanent magnets are .
6. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (112, 122) zur Er- zeugung des magnetischen Flusses am ersten Läufer (110) und am zweiten Läufer (120) jeweils ein kryogenes Ferromagnetikum aufweisen . 6. Electrical machine (10) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the means (112, 122) for generating the magnetic flux on the first rotor (110) and the second rotor (120) each have a cryogenic ferromagnetic exhibit .
7. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) weiterhin einen Stator (200) aufweist, der in dem Spalt zwischen dem ersten Läufer (110) und dem zweiten Läufer (120) und konzentrisch zu dem ersten Läufer (110) und dem zweiten Läufer (120) angeordnet ist und der eine Vielzahl von Spulen (210) trägt, welche derart angeordnet sind, dass sie mit dem magnetischen Flusses elektromagnetisch wechselwirken. 7. Electrical machine (10) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the electrical machine (10) further comprises a stator (200) in the gap between the first rotor (110) and the second rotor (120 ) and concentric with the first rotor (110) and the second rotor (120) and carrying a plurality of coils (210) arranged to interact electromagnetically with the magnetic flux.
8. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (210) als Luftspulen ausgebildet sind . 8. Electrical machine (10) according to claim 7, characterized in that the coils (210) are designed as air coils.
9. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Läufer (110) und der zweite Läufer (120) gegenüber der elektrischen Maschine (10) rotierbar und relativ zueinander unbeweglich sind. 9. Electrical machine (10) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first rotor (110) and the second rotor (120) relative to the electric machine (10) are rotatable and immovable relative to each other.
10. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Läufer (110) ein10. Electrical machine (10) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first rotor (110) a
Innenläufer und der zweite Läufer (120) ein Außenläufer ist, wobei Inner rotor and the second rotor (120) is an external rotor, wherein
- die Läufer (110, 120) derart angeordnet sind, dass sich der Innenläufer (110) radial innerhalb des Außenläufers (120) be- findet, so dass die Vorzugsrichtung in radiale Richtung orientiert ist,  - The runners (110, 120) are arranged such that the inner rotor (110) located radially within the outer rotor (120), so that the preferred direction is oriented in the radial direction,
- der Stator (200) in radialer Richtung zwischen dem Innenläufer (110) und dem Außenläufer (120) und konzentrisch zu dem Innenläufer (110) und dem Außenläufer (120) angeordnet ist,  the stator (200) is arranged in the radial direction between the inner rotor (110) and the outer rotor (120) and concentrically with the inner rotor (110) and the outer rotor (120),
- die Mittel (112, 122) zur Erzeugung des magnetischen Flusses derart am Innenläufer (110) und am Außenläufer (120) angeordnet sind, dass der magnetische Fluss zwischen dem Innen¬ läufer (110) und dem Außenläufer (120) im Wesentlichen in ei- ner radialen Richtung verläuft. - The means (112, 122) for generating the magnetic flux on the inner rotor (110) and the outer rotor (120) are arranged such that the magnetic flux between the inner ¬ runner (110) and the outer rotor (120) substantially in ei - Runs ner radial direction.
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