DE3335626A1

DE3335626A1 - Single-phase or multiple-phase AC machine which is energised in a homopolar manner

Info

Publication number: DE3335626A1
Application number: DE19833335626
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr. techn. 8740 Bad Neustadt Leitgeb
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1985-04-11
Also published as: JPS6096145A

Abstract

The invention relates to a single-phase or multiple-phase AC machine which is energised in a homopolar fashion and has at least two stator laminate stacks (2 to 4), which are arranged axially one behind the other in a magnetically conductive housing (1) and are provided with a stator winding (12), as well as a rotor which is divided into axial regions which are allocated to the stator laminate stacks (2 to 4) and have zones of different magnetic reluctance with respect to the stator laminate stacks (2 to 4) on their circumference, and in which machine energising takes places at least partially by means of permanent magnets which are arranged in the stator. In order to reduce the influence of the armature reaction and as far as possible to prevent the formation of eddy currents in the rotor, permanent magnets (14 to 16) are arranged in a cylindrical shape on the bore surface of the individual stator laminate stacks (2 to 4). These permanent magnets (14 to 16) are magnetised in the same sense, seen in the circumferential direction, as each stator laminate stack (2 and 4 or 3 respectively) but in the opposite sense with respect to the respectively adjacent stator laminate stack (2 and 4 or 3 and 4 respectively). <IMAGE>

Description

Homopolar erregte ein- oder mehrphasige-WechselstrommaschineHomopolar excited single or polyphase alternator

Die Erfindung betrifft eine homopolar erregte ein- oder mehrphasige Wechselstrommaschine mit mindestens zwei axial hintereinander in einem magnetisch leitfähigen Gehäuse angeordneten und mit einer Ständerwicklung versehenen Ständerblechpaketen sowie einem Läufer, der in den Ständerblechpaketen zugeordnete Axialbereiche unterteilt ist, die an ihrem Umfang in bezug auf die Ständerblechpakete Zonen unterschiedlichen magnetischen Leitwertes aufweisen und bei welcher Maschine die Erregung zumindest teilweise durch im Ständer angeordnete Dauermagnete erfolgt.The invention relates to a homopolar excited single or multiphase AC machine with at least two axially one behind the other in one magnetic Conductive housing arranged and provided with a stator winding stator core and a rotor that divides axial areas assigned to the stator core is that different in their circumference with respect to the stator core zones Have magnetic conductance and at which machine the excitation at least partly done by permanent magnets arranged in the stand.

Eine solche Maschine ist durch die DE-OS 28 23 313 bekannt.Such a machine is known from DE-OS 28 23 313.

Wegen der sehr hohen Drehzahl, mit der solche Maschinen betrieben werden, ist der Läufer zur Beherrschung der hohen Fliehkräfte meistens aus massivem Eisen oder Stahl hergestellt.Because of the very high speed at which such machines are operated are, the runner is usually made of solid to master the high centrifugal forces Made of iron or steel.

Um den Alfwand für die Erregung und die Erregerverluste möglichst klein zu halten, ist man bestrebt, bei solchen Maschinen den mechanischen Luftspalt möglichst klein zu machen. Mit Ausnahme von sehr hochpoligen Maschinen hat dies jedoch zur Folge, daß die Hauptfeldreaktanz relativ hohe Werte erreicht, so daß eine starke Ankerrückwirkung eintritt, wodurch das erzielbare Drehmoment wesentlich gemindert wird. Nachteilig bei solchen Maschinen ist ferner, daß durch die Ständernutung in dem massiven Eisen des Läufers Wirbelströme hoher Frequenz induziert werden, die zu entsprechenden Verlusten führen. Damit ist ein wesentlicher Vorteil dieser Maschinen, nämlich die Vermeidung von Verlusten im Läufer, zumindest zum Teil wieder zunichtegemacht.To the Alfwand for the excitation and the exciter losses as possible The aim is to keep the mechanical air gap in such machines small to make it as small as possible. With the exception of very high-pole machines, this has however, with the result that the main field reactance reaches relatively high values, so that a strong armature reaction occurs, whereby the achievable torque is significant is reduced. Another disadvantage of such machines is that the stand groove high-frequency eddy currents are induced in the solid iron of the rotor, which lead to corresponding losses. So that is a major benefit of this Machines, namely the avoidance of losses in the rotor, at least partially again nullified.

Die Ankerrückwirkung und die Induktion von Wirbelströmen könnten durch eine Vergrößerung des Luftspaltes der Maschine wesentlich vermindert werden. Eine solche Vergrößerung des Luftspaltes hat jedoch bei gleichbleibender Erregung eine starke Verringerung der Luftspaltinduktion und damit des Leistungsvermögens der Maschine zur Folge. Um die Luftspaltinduktion bei einer Vergrößerung des Luftspaltes konstant zu halten, wäre eine Vervielfachung der Erregerleistung notwendig.The armature reaction and the induction of eddy currents could be through an increase in the air gap of the machine can be significantly reduced. One Such an enlargement of the air gap, however, has a constant excitation strong reduction of the air gap induction and thus the performance of the Machine result. About the air gap induction when the air gap is enlarged To keep it constant, it would be necessary to multiply the excitation power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Maschine der eingangs beschriebenen Art den Einfluß der Ankerrückwirkung und die Ausbildung von Verluste verursachenden Wirbelströmen im Läufer wesentlich zu vermindern, ohne daß eine wesentliche Herabsetzung der Luftspaltinduktion bei gleichbleibender Erregerleistung bzw. gleichbleibendem Aufwand für die Erregung eintritt.The invention is based on the object in a machine of the initially described type the influence of the anchor reaction and the formation of losses causing eddy currents in the rotor to be reduced significantly without a substantial Reduction of the air gap induction with constant excitation power or constant Effort for arousal occurs.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß an der Bohrungsfläche der einzelnen Ständerblechpakete Dauermagnete zylinderförmig angeordnet sind, die in Umfangsrichtung gesehen je Ständerblechpaket gleichsinnig, gegenüber dem jeweils benachbarten Ständerblechpaket jedoch gegensinnig magnetisiert sind. Durch die beschriebene Anordnung der Dauermagnete ergibt sich im Hinblick auf die magnetischen Verhältnisse eine Vergrößerung des Luftspaltes.The object is achieved according to the invention in that that on the bore surface of the individual stator laminations permanent magnets are cylindrical are arranged which, viewed in the circumferential direction, per stator core in the same direction, however, magnetized in opposite directions compared to the respective neighboring stator core are. The described arrangement of the permanent magnets results in terms of on the magnetic conditions an enlargement of the air gap.

Die für die Luftspaltinduktion maßgeblichen geometrischen Abmessungen des Luftspaltes können dagegen klein gehalten werden. Damit lassen sich bei gleichbleibender Erregerleistung hohe Luftspaltinduktionen erzielen. Gegenüber der Ankerrückwirkung und der Induktion von Wirbelströmen wirkt die radiale Dicke der in der Bohrungsfläche angeordneten Dauermagnete praktisch wie ein Luftspalt entsprechender radialer Länge, so daß deren Einflüsse sehr stark vermindert werden.The decisive geometrical dimensions for the air gap induction the air gap, however, can be kept small. This can be used with the same Achieve excitation power high air gap induction. Compared to the anchor retroactive effect and the induction of eddy currents acts on the radial thickness of the bore surface arranged permanent magnets practically like an air gap of corresponding radial length, so that their influences are very much reduced.

Die Dauermagnete können als Schalensegmenta oder ebene Magnetstreifen ausgebildet sein. Sind die Dauermagnete als vorgefertigte Zylinder ausgebildet, dann ergibt sich hierdurch eine wesentliche Vereinfachung bei der Montage der Maschine. Eine wesentliche Montagevereinfachung ergibt sich auch dadurch, daß die Erregung ausschließlich durch die in der Bohrungsfläche angeordneten Dauermagnete erfolgt. In diesem Falle entfällt eine weitere Montage von zusätzlichen Dauermagneten oder Erregerwicklungen.The permanent magnets can be shell segments or flat magnetic strips be trained. If the permanent magnets are designed as prefabricated cylinders, this then results in a significant simplification in the assembly of the machine. A significant simplification of assembly also results from the fact that the excitation takes place exclusively through the permanent magnets arranged in the bore surface. In this case, there is no need to install additional permanent magnets or Excitation windings.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine homopolar erregte Wechselstrommaschine im Längsschnitt und Fig. 2 einen Schnitt der Maschine entlang der Linie II-II in Fig. 1.Based on an embodiment shown in the drawing the subject of the application is described in more detail below. 1 shows a homopolar excited alternating current machine in longitudinal section and FIG. 2 shows a section of the machine along the line II-II in FIG. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Maschine weist ein magnetisch leitfähiges Gehäuse 1 auf, in dem axial hintereinander drei Ständerblechpakete 2, 3 und 4 angeordnet sind.The machine shown in Figs. 1 and 2 has a magnetic conductive housing 1, in which three stator core stacks 2, axially one behind the other, 3 and 4 are arranged.

Das mittlere Ständerblechpaket 3 ist hierbei doppelt so breit ausgebildet wie die äußeren Ständerblechpakete 2 und 4.The middle stator core 3 is here designed to be twice as wide like the outer stator core stacks 2 and 4.

Zwischen den Ständerblechpaketen 2 und 4 und dem Gehäuse 1 sind plattenförmige Dauermagnete 5 angeordnet. Die Dauermagnete 5 sind radial magnetisiert. Alle einem Ständerblechpaket zugeordneten Dauermagnete 5 liegen jeweils mit dem gleichnamigen Pol an dem betreffenden Blechpaket an, jedoch wechselt die Polarität von einem zum anderen Ständerblechpaket. Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 liegen die Dauermagnete 5 an den äußeren Ständerblechpaketen 2 und 4 jeweils mit ihrem Nordpol N und an dem inneren Ständerblechpaket 3 mit ihrem Südpol S an. Die beiden äußeren Ständerblechpakete 2 und 4 stimmen in ihrer Gesamtbreite mit der Breite des inneren Ständerblechpakete 3 überein, so daß sich für beide Polaritäten die gleiche Polfläche ergibt.Between the stator core 2 and 4 and the housing 1 are plate-shaped Permanent magnets 5 arranged. The permanent magnets 5 are magnetized radially. All one The permanent magnets 5 assigned to the stator core are each with the same name Pole on the respective laminated core, but the polarity changes from one to other stator core. As shown in FIG. 1, the permanent magnets are located 5 on the outer stator cores 2 and 4 each with their north pole N and on the inner stator core 3 with its south pole S. The two outer stator core stacks 2 and 4 agree in their overall width with the width of the inner stator core 3 match, so that the same pole face results for both polarities.

An dem Gehäuse 1 sind beidseitig Lagerschilde 6 und 7 befestigt, in denen eine Läuferwelle 8 gelagert ist. In einem der axialen Erstreckung der Ständerblechpakete 2 bis 4 entsprechenden Längenbereich ist die Läuferwelle 8 quadratisch ausgebildet, wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist. Auf die Läuferwelle 8 sind Pole 9, 10 und 11 bildende Polbleche aufgesteckt. Die einzelnen Polbleche sind an ihrem Außenumfang beidseitig abgeflacht, so daß sie eine ovale Form erhalten. Durch diese ovale Form entstehen Zonen unterschiedlichen magnetischen Leitweres. Ein solches ovales Blech wirkt wie ein vierpolig ausgebildetes Polblech üblicher Wechselstrommaschinen. Die Polbleche weisen ferner eine dem quadratischen Querschnitt der Läuferwelle 8 entsprechende quadratische Ausnehmung auf. Durch die quadratische Ausbildung der Läuferwelle 8 besteht die Möglichkeit, die den Ständerblechpaketen unterschiedlicher magnetischer Polarität zugeordneten Pole um 900 gegeneinander zu verdrehen, wie es für vierpolige Maschinen erforderlich ist.On both sides of the housing 1 end shields 6 and 7 are attached, in which a rotor shaft 8 is mounted. In one of the axial extension of the stator core 2 to 4 corresponding length range, the rotor shaft 8 is square, as can be seen from FIG. On the rotor shaft 8 there are poles 9, 10 and 11 forming pole plates attached. The individual pole sheets are on their outer circumference flattened on both sides so that they get an oval shape. Because of this oval shape Zones with different magnetic conductivities arise. Such an oval sheet acts like a four-pole pole sheet of conventional AC machines. the Pole plates also have a cross section corresponding to the square cross section of the rotor shaft 8 square recess. Due to the square design of the rotor shaft 8 there is the possibility that the stator core assemblies of different magnetic Rotate polarity assigned poles by 900 against each other, as it is for quadrupole Machinery is required.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die Pole 9 und 11 um 900 gegenüber dem Pol 10 versetzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Läufer unbewickelt dargestellt. Der Läufer kann jedoch, wenn dies erforderlich ist, ohne weiteres z.B. mit einem Dämpferkäfig ausgerüstet werden.According to the exemplary embodiment, poles 9 and 11 are opposite by 900 the pole 10 offset. In the illustrated embodiment, the runner is not wound shown. However, if necessary, the runner can easily e.g. be equipped with a damper cage.

Die axial hintereinander angeordneten Ständerblechpakete 2 bis 4 besitzen eine gemeinsame Ständerwicklung 12. Durch diese Ausbildung der Ständerwicklung 12 entfallen ansonsten notwendige Verbindungsleitungen. Zwischen den einzelnen Ständerblechpaketen 2 bis 4 sind axial magnetisierte Zusatzmagnete 13 so eingefügt, daß diese mit ihrem Nord- bzw.The stator core stacks 2 to 4 arranged axially one behind the other have a common stator winding 12. As a result of this design of the stator winding 12 Otherwise there is no need for connecting cables. Between the individual stator core stacks 2 to 4 axially magnetized additional magnets 13 are inserted so that these with their North resp.

Südpol jeweils an dem als Nord- bzw. Südpol magnetisierten Ständerblechpaketen 2, 4 bzw. 3 anliegen. Durch diese Zusatzmagnete 13 wird der zwischen den Ständerblechpaketen 2 und 3 bzw. 3 und 4 auftretende magnetische Streufluß kompensiert.South pole on the stator core magnetized as the north or south pole 2, 4 or 3 are applied. These additional magnets 13 between the stator core stacks 2 and 3 or 3 and 4 compensates for any magnetic flux leakage.

Bei entsprechender Stärke dieser Zusatzmagnete 13 kann der Streufluß sogar überkompensiert werden.With a corresponding strength of these additional magnets 13, the leakage flux can even be overcompensated.

An der Bohrungsfläche der einzelnen Ständerblechpakete 2 bis 4 sind ferner Dauermagnete 4 bis 16 zylinderförmig angeordnet. Die Dauermagnete 14 bis 16 können von vornherein als Zylinder ausgebildet sein. In Umfangsrichtung sind die Dauermagnete 14 bis 16 jeweils gleichsinnig magnetisiert.There are 2 to 4 on the bore surface of the individual stator core stacks furthermore permanent magnets 4 to 16 arranged in a cylindrical shape. The permanent magnets 14 to 16 can be designed as a cylinder from the outset. In the circumferential direction are the permanent magnets 14 to 16 each magnetized in the same direction.

Gegenüber dem jeweils benachbarten Ständerblechpaket sind diese Dauermagnete 14 bis 16 gegensinnig magnetisiert.These are permanent magnets opposite the neighboring stator core 14 to 16 magnetized in opposite directions.

So ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Dauermagnet 14 als Nordpol und der diesem benachbarte Dauermagnet 15 als Südpol magnetisiert. Der dem Dauermagneten 15 benachbarte Dauermagnet 16 ist wiederum als Nordpol magnetisiert. Da die Ständerblechpakete 2 und 4 in ihrer Gesamtbreite der Breite des Ständerblechpaketes 3 entsprechen, ergibt sich für die beiden Polaritäten der Dauermagnete 14 bis 16 jeweils die gleiche Fläche.Thus, in the illustrated embodiment of FIG. 1, the permanent magnet 14 magnetized as the north pole and the permanent magnet 15 adjacent to it as the south pole. The permanent magnet 16 adjacent to the permanent magnet 15 is in turn magnetized as a north pole. Since the laminated stator cores 2 and 4 have the same width as the laminated stator core 3 correspond to the two polarities of the permanent magnets 14 to 16 each the same area.

Durch die in der Bohrungsfläche der Ständerblechpakete 2 bis 4 angeordneten Dauermagnete 14 bis 16 wird der Luftspalt zwischen den Ständerblechpaketen 2 und 4 und den Polen 9 bis 11 in magnetischer Hinsicht vergrößert. Dagegen können die geometrischen Abmessungen des Luftspaltes klein gehalten werden. Durch die Vergrößerung des Luftspaltes hinsichtlich der magnetischen Wirkungen wird der Einfluß der Ankerrückwirkung und die Bildung von Wirbelströmen wesentlich reduziert. Dagegen wird wegen der unverändert kleinen geometrischen Abmessungen des Luftspaltes nach wie vor eine hohe Luftspaltinduktion erzielt.Through the arranged in the bore surface of the stator core stacks 2 to 4 Permanent magnets 14 to 16, the air gap between the stator cores 2 and 4 and the poles 9 to 11 enlarged in magnetic terms. On the other hand, they can geometric dimensions of the air gap are kept small. By enlarging the air gap with regard to the magnetic effects becomes the influence of the armature reaction and the formation of eddy currents is significantly reduced. On the other hand, because of the unchanged small geometrical dimensions of the air gap still a high air gap induction achieved.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erregung der Maschine durch die am Außenumfang angeordneten Dauermagnete 5 und die in der Ständerbohrung angeordneten Dauermagnete 14 bis 16 bewirkt. Bei ausreichender Bemessung der an der Bohrungsfläche der Ständerblechpakete 2 bis 4 angeordneten Dauermagnete 14 bis 16 kann auf die am Außenumfang angeordneten Dauermagnete 5 verzichtet werden, so daß die Erregung alleine von den an der Bohrungsfläche angeordneten Dauermagneten 14 bis 16 aufgebracht wird.In the illustrated embodiment, the excitation of the machine by the permanent magnets 5 arranged on the outer circumference and those in the stator bore arranged permanent magnets 14 to 16 causes. If the an the bore surface of the stator core 2 to 4 arranged permanent magnets 14 to 16, the permanent magnets 5 arranged on the outer circumference can be dispensed with, see above that the excitation solely from the permanent magnets arranged on the bore surface 14 to 16 is applied.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Dauermagnete 14 bis 16 kann auch bei Maschinen vorgesehen werden, deren Erregung in Ergänzung zu der durch die Dauermagnete 14 bis 16 bewirkten Erregung durch eine elektrische Erregerwicklung erfolgt.The arrangement according to the invention of the permanent magnets 14 to 16 can also are provided in machines whose excitation in addition to that by the permanent magnets 14 to 16 effected excitation takes place through an electrical excitation winding.

3 Patentansprüche 2 Figuren - Leerseite -3 claims 2 figures - blank page -

Claims

Claims X Homopolar excited single or multi-phase alternating current machine with at least two axially one behind the other in a magnetically conductive housing arranged and provided with a stator winding stator cores and a rotor that divides the axial areas assigned to the stator core is that different in their circumference with respect to the stator core zones Have magnetic conductance and at which machine the excitation at least partly by means of permanent magnets arranged in the stand, d a d u r c h g e k E n n z e i c h -n e t that on the bore surface of the individual stator core (2 to 4) permanent magnets (14 to 16) are arranged in a cylindrical shape in the circumferential direction seen for each stator core (2 and 4 or 3) in the same direction, compared to the respective neighboring stator core (2 and 3 or 3 and 4) but magnetized in opposite directions are.

2. AC machine according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the permanent magnets (14 to 16) as prefabricated cylinders are trained.

3. AC machine according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g It is not noted that the excitation is solely due to the in the bore surface arranged permanent magnets (14 to 16) takes place.