DE10018626C2

DE10018626C2 - Rotor-Kräfteausgleichsstruktur

Info

Publication number: DE10018626C2
Application number: DE10018626A
Authority: DE
Inventors: Wen-Shi Huang; Kuo-Cheng Lin; Ming-Shi Tsai; Chu-Hsien Chou
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2020-04-15
Also published as: DE10018626A1; US6291916B1; TW456094B

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotor-Kräfteausgleichsstruktur und insbesondere eine Rotor-Kräfteausgleichsstruktur, die elektromagnetische Induktion ausnutzt, um für den Rotor bei seiner Drehung einen Kräfteausgleich zu erzielen.

Wenn sich der Rotor eines Elektromotors dreht, können die Kraft, die durch die Luft auf die am Rotor befestigten Schaufeln ausgeübt wird, oder die Richtungsänderungen der auf den Rotor ausgeübten elektromagnetischen Kraft Schwankungen oder Schwingungen des Rotors nach oben und nach unten verursachen. Dadurch entstehen Probleme der Geräuscherzeugung, des Teileverschleißes oder dergleichen.

In Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Kombination 40 aus einer Rotorstruktur und einem Stator gezeigt. Die Rotorstruktur umfaßt ein Rotorgehäuse 41, einen Magneten 3 und einen Schaufelträger 4. Der Schaufelträger 4 hat im wesentlichen die Form einer Tasse, an deren Außenseite mehrere Schaufeln 42 ausgebildet sind. Das Rotorgehäuse 41 besitzt ebenfalls die Form einer Tasse und ist an der Innenseite des Schaufelträgers 4 vorgesehen. Der Magnet 3 ist im Rotorgehäuse 41 installiert. Der Stator umfaßt eine Spule 5 und eine Siliciumstahl-Baugruppe 6. Der Rotor ist über eine Welle 7 mit einem Lager 8 im Stator verbunden. Wenn die Spule 5 des Stators durch einen Strom erregt wird, wird über die Siliciumstahl- Baugruppe 6 und den Magneten 3 des Rotors eine magnetische Kraft erzeugt, wodurch sich der Rotor dreht.

Das Rotorgehäuse 41 und der Magnet 3 halten einen Sättigungszustand eines magnetischen Kräfteausgleichs aufrecht. Das durch die Spule 5 erzeugte Magnetfeld induziert im Magneten 3 eine magnetische Kraft, sie steht jedoch mit der Oberseite des Rotorgehäuses 41 im wesentlichen nicht in einer magnetischen Wechselwirkung. Mit anderen Worten, die durch die Spule 5 erzeugte magnetische Kraft besitzt in Längsrichtung der Welle 7 nur einen geringen Einfluß auf den Rotor. Die Schwankungen oder Schwingungen des Rotors werden gewöhnlich durch ein elastisches Element wie etwa eine C- Spange, eine Feder oder dergleichen verringert. Hierbei kann jedoch nur ein statischer Kräfteausgleich des Rotors aufrechterhalten werden.

Wenn sich der Rotor dreht, bestehen noch immer Probleme wie etwa die Geräuscherzeugung und der Verschleiß der C-Spange.

Die DE 28 00 973 betrifft einen Drehstromgenerator auf dessen Antriebswelle neben einer Riemenscheibe eine Zusatzscheibe und ein Lüfterrad angeordnet sind. Die Zusatzscheibe, die vorzugsweise aus magnetischem oder nicht ma gnetischem Stahlblech gefertigt ist, ist dabei zwischen dem Lüfterrad und der Riemenscheibe angeordnet.

Um die geräuschmindernde Wirkung der Zusatzscheibe zu optimieren, werden der Durchmesser, die Dicke, die Anlagefläche am Lüfter, die Masse und die elastischen Eigenschaften der Zusatzscheibe in Abhängigkeit vom speziellem Generatortyp jeweils geeignet gewählt.

Die DE 27 26 218 A1 beschreibt eine Wechselstrommaschine mit einem aus zwei miteinander verschraubten Teilen bestehenden Gehäuse, das mittels ei nes Ständers beispielsweise an den Zylinderblock einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge anflanschbar ist. In dem Statorgehäuse ist eine Antriebs welle drehbar gelagert, die auf ihrem aus dem Statorgehäuse herausragenden Ende ein Lüfterrad und eine Riemenscheibe trägt.

Die EP 0 251 896 A1 beschreibt eine weitere elektrische Maschine mit einem Rot orgehäuse oder Joch, das auf einer Welle gelagert ist. Das Joch trägt an der Innenseite einen Magneten, während der Stator eine magnetisch leitende Bau gruppe aufweist und eine Spule trägt. Auf dem Joch ist ein Träger für Ventil atorblätter oder -schaufeln angeordnet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rotor-Kräfteausgleichs struktur zu schaffen, mit der Schwankungen und Aufwärts- und Abwärts schwingungen des Rotors während seiner Drehung verringert werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach ei nem der Ansprüche 1 oder 7. Weiterbildungen der Erfindung sind in den ab hängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Rotor-Kräfteausgleichsstruktur umfaßt einen Schau felträger, ein an der Innenseite des Schaufelträgers installiertes Rotorgehäuse und einen an der Innenseite des Rotorgehäuses installierten Magneten. Die Rotor-Kräfteausgleichsstruktur ist mit einem Stator gekoppelt, der eine Spule und eine magnetisch leitende Siliciumstahl-Baugruppe umfaßt. Wenn die Spule mit elektrischem Strom versorgt wird und ein Magnetfeld erzeugt, wird der Magnet durch die magnetisch leitende Siliciumstahl-Baugruppe angezo gen, so daß sich die Rotor-Kräfteausgleichsstruktur dreht. Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Rotor-Kräfteausgleichsstruktur ist, daß sie eine magne tisch leitende Platte enthält, die an der Innenseite des oberen Abschnitts des Schaufelträgers installiert ist. Die magnetisch leitende Platte steht mit dem Rotorgehäuse in keiner magnetisch leitenden Verbindung, so daß sie mit der Spule in anziehender magnetischer Wechselwirkung steht.

Hierdurch kann der rotatorische Kräfteausgleich der Rotor-Kräfteausgleichs struktur verbessert werden, da die magnetisch leitende Platte eine erhöhte axiale magnetische Kraft auf die Spule ausüben und somit Schwankungen und Schwingungen des Rotors nach oben und nach unten während seiner Drehung verringern kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Kombination aus einer Rotor- Kräfteausgleichsstruktur und einem Stator gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Kombination aus einer Rotor- Kräfteausgleichsstruktur und einem Stator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Kombination aus einer Rotor- Kräfteausgleichsstruktur und einem Stator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 die bereits erwähnte schematische Ansicht einer herkömmlichen Kombination aus einer Rotorstruktur und einem Stator.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält eine Rotor-Kräfteausgleichsstruktur 10 ein Rotorgehäuse 11, eine magnetisch leitende Platte 12, einen Magneten 3 und einen Schaufelträger 4. Der Schaufelträger 4 hat im wesentlichen die Form einer Tasse, an deren Umfangsfläche mehrere Schaufeln 42 befestigt sind. Das Rotorgehäuse 11 hat eine ringförmige Gestalt und ist an der Innenseite des Schaufelträgers 4 angebracht, wobei der Abschnitt in der Nähe der Oberseite des Schaufelträgers 4 zum Mittelabschnitt der Rotor- Kräfteausgleichsstruktur geringfügig verlängert ist. Der Magnet 3 ist in Umfangsrichtung an der Innenseite des Rotorgehäuses 11 angebracht. Die magnetisch leitende Platte 12 ist direkt an der Innenfläche der Oberseite des Schaufelträgers 4 angebracht, jedoch mit dem Rotorgehäuse 11 nicht in Kontakt. Ein Stator umfaßt eine Spule 5 und eine Siliciumstahl-Baugruppe 6. In der Rotor-Kräfteausgleichsstruktur 10 ist eine Welle 7 mit einem im Stator installierten Lager 8 in Eingriff. Wenn die Spule 5 am Stator durch einen elektrischen Strom erregt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wird zwischen der Siliciumstahl-Baugruppe 6 und dem Magneten 3 in der Rotor- Kräfteausgleichsstruktur 10 eine magnetische Wechselwirkung erzeugt, die den Rotor in Drehung versetzt.

Da die magnetisch leitende Platte 12 an der Innenfläche der Oberseite des Schaufelträgers 4 vom Rotorgehäuse 11 getrennt ist, erfolgt eine unabhängige magnetische Induktion mit der Spule 5 am Stator. Im Vergleich zu der Rotorstruktur des Standes der Technik, in der die magnetische Wechselwirkung in axialer Richtung der Welle aufgrund der Tatsache, daß sich das gesamte Rotorgehäuse und der Magnet in einem Sättigungszustand eines magnetischen Kräfteausgleichs befinden, sehr gering ist, kann die magnetisch leitende Platte 12 durch die Spule 5 eine erhebliche Induktion aufweisen und eine axiale magnetische Kraft auf den Rotor ausüben.

Die magnetisch leitende Platte 12 ist selbst nicht magnetisch, so daß sie unabhängig von der Orientierung des Magnetfeldes der Spule 5 eine anziehende Kraft erzeugt. Durch einen Entwurf der Form der magnetisch leitenden Platte 12 in der Weise, daß sie in bezug auf die Welle 7 symmetrisch ist, erfährt die Rotor-Kräfteausgleichsstruktur 10 eine axiale Kraft, die in bezug auf die Welle 7 symmetrisch ist und zum Stator zeigt, wenn sich die Struktur 10 dreht, so daß der rotatorische Kräfteausgleich der Rotor- Kräfteausgleichsstruktur 10 aufrechterhalten wird. Wenn sich der Rotor dreht, können somit Geräusche und ein Verschleiß zwischen beweglichen Teilen verringert werden, außerdem kann die Lebensdauer sowohl der Rotor- Kräfteausgleichsstruktur 10 als auch des Stators verlängert werden.

Die magnetisch leitende Platte 12 kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, in dem durch das Magnetfeld der Spule 5 eine Induktion und eine anziehende magnetische Kraft erzeugt werden können, etwa Siliciumstahl oder Eisen.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Rotor-Kräfteausgleichsstruktur 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zwischen Fig. 2 und Fig. 1 besteht darin, daß das Rotorgehäuse 21 die Form einer Tasse hat und die magnetisch leitende Platte 22 an der Innenfläche der Oberseite des Rotorgehäuses 21 so angebracht ist, daß dazwischen eine Schicht aus magnetisch nicht leitendem Material 23 eingefügt ist.

In dieser Ausführungsform ist zwischen die magnetisch leitende Platte 22 und das Rotorgehäuse 21 eine Schicht aus magnetisch nicht leitendem Material 23 eingefügt. In der magnetisch leitenden Platte 22 kann durch die Spule 5 unabhängig eine Induktion erfolgen, so daß die magnetische Kraft in axialer Richtung wie in der ersten Ausführungsform erhöht wird. Die magnetisch leitende Platte 22 kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, in dem durch das Magnetfeld der Spule 5 eine Induktion und eine anziehende magnetische Kraft erzeugt werden können, etwa Siliciumstahl oder Eisen. Das magnetisch nicht leitende Material 23 kann beispielsweise ein Gummi oder ein Kunststoff sein.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Rotor-Kräfteausgleichsstruktur 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht darin, daß die magnetisch leitende Platte 32 und die zum Mittelabschnitt des Rotors im wesentlichen senkrechte Welle 7 einteilig ausgebildet sind.

In dieser Ausführungsform sind die magnetisch leitende Platte 32 und das Rotorgehäuse 31 voneinander getrennt, so daß wie in den vorhergehenden Ausführungsformen in der magnetisch leitenden Platte 32 durch die Spule 5 am Stator unabhängig eine Induktion erzeugt werden kann, wodurch die magnetische Kraft in axialer Richtung erhöht wird. Die magnetisch leitende Platte 22 kann wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen aus irgendeinem Material hergestellt sein, in dem durch das Magnetfeld der Spule 5 eine Induktion und eine anziehende magnetische Kraft erzeugt werden können, etwa Siliciumstahl oder Eisen.

Claims

1. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur, mit
einem Schaufelträger (4), der die Form einer Tasse hat, an deren Umfangsfläche mehrere Schaufeln (42) befestigt sind,
einem Rotorgehäuse (11, 21, 31), das die Form einer Tasse hat und an der Innenseite des Schaufelträgers (4) angebracht ist, und
einer magnetisch leitenden Platte (12, 22, 32), die an der Innenseite des flachen Abschnitts des Schaufelträgers (4) so befestigt ist, daß sie mit dem Rotorgehäuse (11, 21, 31) in keiner magnetisch leitenden Verbindung steht.

2. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im flachen Abschnitt des Rotorgehäuse (11, 31) eine Ö ffnung ausgebildet ist, und die magnetisch leitende Platte (12, 22, 32) mit der Innenseite des flachen Abschnitts des Schaufelträgers (4) in Kontakt ist und - in der Öffnung so vorgesehen ist, daß sie mit dem Rotorgehäuse (11, 21, 31) nicht in Kontakt ist.

3. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Rotor-Kräfteausgleichsstruktur eine Welle (7) umfaßt, die mit der Mitte des Schaufelträgers (4) im wesentlichen senkrecht verbunden ist und mit der magnetisch leitenden Platte (32) einteilig ausgebildet ist.

4. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die magnetisch leitende Platte (22) an der Innenfläche des flachen Abschnitts des Rotorgehäuses (21) angebracht ist, wobei zwischen dem Rotor gehäuse (21) und der magnetisch leitenden Platte (22) ein magnetisch nicht leitendes Material (23) eingefügt ist.

5. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß das magnetisch nicht leitende Material (23) einen Kunststoff umfaßt.

6. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß das magnetisch nicht leitende Material (23) einen Gummi umfaßt.

7. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur, mit
einem Schaufelträger (4),
einem an der Innenseite des Schaufelträgers (4) installierten Rotorge häuse (11, 21, 31),
einer an der Innenseite des oberen Abschnitts des Schaufelträgers (4) in stallierten magnetisch leitenden Platte (12, 22, 32), die mit dem Rotorgehäuse (11, 21, 31) in keiner magnetisch leitenden Verbindung steht, und
einem an der Innenseite des Rotorgehäuses (11, 21, 31) installierten Magneten (3),
wobei
die Rotor-Kräfteausgleichsstruktur mit einem Stator gekoppelt ist, der eine Spule (5) und eine magnetisch leitende Siliciumstahl-Baugruppe (6) umfaßt, und
die magnetisch leitende Platte (12, 22, 32) über der Spule (5) des Stators angeordnet ist und mit der Spule (5) in einer magnetisch anziehenden Wech selwirkung steht, so daß der rotatorische Kräfteausgleich der Rotor-Kräfte ausgleichsstruktur verbessert ist.

8. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch leitende Platte (12, 22, 32) eine Siliciumstahl-Baugruppe umfaßt.

9. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch leitende Platte (12, 22, 32) eine Eisenplatte umfaßt.

10. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der Schaufelträger (4) die Form einer Tasse hat, die von mehreren Schaufeln (42) umgeben ist.

11. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Rotorgehäuse (11, 31) die Form einer Tasse hat, in deren Ober seite eine Öffnung ausgebildet ist, und die magnetisch leitende Platte (12, 22, 32) mit der Innenseite des oberen Abschnitts des Schaufelträgers (4) in Kon takt ist und in der Öffnung in der Weise vorgesehen ist, daß sie mit dem Rot orgehäuse (11, 31) nicht in Kontakt ist.

12. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rotor-Kräfteausgleichsstruktur eine Welle (7) umfaßt, die mit der Mitte des Schaufelträgers (4) im wesentlichen senkrecht verbunden ist und mit der magnetisch leitenden Platte (32) einteilig ausgebildet ist.

13. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Rotorgehäuse (21) die Form einer Tasse hat und die magnetisch leitende Platte (22) an der Innenseite des oberen Abschnitts des Rotorgehäu ses (21) vorgesehen ist, wobei zwischen die magnetisch leitende Platte (22) und das Rotorgehäuse (21) ein magnetisch nicht leitendes Material (23) einge fügt ist.

14. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das magnetisch nicht leitende Material (23) einen Kunststoff umfaßt.

15. Rotor-Kräfteausgleichsstruktur nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das magnetisch nicht leitende Material (23) einen Gummi umfaßt.