DE10037787A1 - Permanent magnet excited synchronous machine e.g. general purpose drive motors, has external rotor design with external rotor joined rotationally-rigidly to rotatable shaft, around common axis - Google Patents
Permanent magnet excited synchronous machine e.g. general purpose drive motors, has external rotor design with external rotor joined rotationally-rigidly to rotatable shaft, around common axisInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine nach dem Transversalflußprinzip und insbesondere eine spezielle Konstruktion des Rotors in Außenläuferbauweise.The invention relates to a permanently excited synchronous machine according to the Transverse flow principle and in particular a special construction of the rotor in External rotor construction.
Die Erfindung bezieht sich auf Motoren für allgemeine Antriebszwecke, wobei insbesondere ein Rotordurchmesser im Bereich 40 mm bis 400 mm verwendet werden soll. Die Erfindung ist jedoch auf diese Größen nicht beschränkt; sie sind nur beispielhaft für die hier angegebene Antriebsaufgabe angegeben.The invention relates to motors for general drive purposes, wherein in particular, a rotor diameter in the range of 40 mm to 400 mm is used shall be. However, the invention is not limited to these sizes; They are only given as an example for the drive task specified here.
Transversalflußmaschinen zeichnen sich gegenüber anderen Motoren durch eine hohe Drehmomentdichte und mäßige Kurzschlußströme aus. Dadurch sind sie hervorragend für Direktantriebe in Radnabenanwendungen geeignet und werden daher mit Vorteil als Außenläufermaschinen gebaut. Auch technologisch ist diese Bauweise vorteilhaft, da der Kraftangriffspunkt weiter außen liegt als bei einer gleich großen Innenläuferkonstruktion.Transversal flux machines are distinguished from other motors by a high torque density and moderate short-circuit currents. That's what they are excellent for direct drives in wheel hub applications therefore built with advantage as external rotor machines. This is also technological Construction advantageous because the force application point is further outside than the same large inner rotor construction.
Da aber der magnetische Fluß in Transversalflußmaschinen im wesentlichen axial zum Luftspalt geführt wird, stellt sich das Problem, daß der Rotor nicht, wie in konventionellen Maschinen, aus ringförmigen Rundblechen hergestellt werden kann.But since the magnetic flux in transverse flux machines is essentially axial to the air gap, the problem arises that the rotor is not, as in conventional machines, can be made from circular round sheets.
Es ist bekannt, den axialen magnetischen Fluß im Stator zurückzuführen (auch verwendet in DE 196 14 862), wodurch im Rotor Rundbleche verwendet werden können, welche mit einer geeigneten äußeren Abstützung zu einem an sich stabilen Aufbau des Aktivteils des Rotors führen. Dies ergibt aber eine Aktivteilgeometrie mit erheblichen Streupfaden, welche die Vorzüge der Transversalflußtechnologie vollkommen zunichte macht.It is known to attribute the axial magnetic flux in the stator (also used in DE 196 14 862), whereby round plates are used in the rotor can, which with a suitable external support to a stable per se Build the active part of the rotor. However, this results in an active part geometry considerable scattering paths, which show the advantages of transverse flow technology completely annihilates.
Die hier beschriebene Technologie greift daher auf eine etwa axiale Flußführung im Rotor zurück. Das Grundprinzip einer solchen Anordnung wurde bereits von H. Weh (etzArchiv Bd. 10 (1988) S. 143-149) allgemein beschrieben und durch den Aktivteil einer Innenläufermaschine illustriert; eine mechanische Konstruktion, welche es erlaubt, diese Maschine zu bauen, wird dort hingegen nicht erwähnt.The technology described here therefore uses an approximately axial flow guide in the rotor. The basic principle of such an arrangement has already been described in general by H. Weh (etzArchiv Vol. 10 ( 1988 ) pp. 143-149) and illustrated by the active part of an internal rotor machine; however, there is no mention of a mechanical construction which allows this machine to be built.
Durch die erfindungsgemäße Maschine wird dieses Prinzip erstmals in einer sinnvoll
produzierbaren Form realisiert:
Der Aktivteil des Stators besteht aus nebeneinander angeordneten Phasen, deren
jede aus einer ringförmigen Spule besteht, die in eine Nut eingelegt ist, welche durch
p grundsätzlich äquidistant am Umfang verteilte U-förmige Weicheisenkörper
gebildet ist. Diesen U-Kernen stehen am Rotor 2p I-förmige Weicheisenteile
gegenüber, die mit alternierend polarisierten Permanentmagneten versehen sind, die
einen Wechselfluß in den U-Kernen erregen. Dies kann entweder mit
achsparallelverlaufenden Blechen, jeweils pro Phase komplementär polarisierten
Flachpermanentmagneten oder durch eine Schrägung von Rotor- und/oder
Statorblech um eine Polteilung erreicht werden. Letztere Anordnung ist zwingend,
wenn zwischen den Rotorrückschlüssen liegende Permanentmagneten benutzt
werden.With the machine according to the invention, this principle is realized for the first time in a form that can be produced in a sensible manner:
The active part of the stator consists of phases arranged next to one another, each of which consists of an annular coil which is inserted into a groove which is formed by p-shaped U-shaped soft iron bodies which are distributed equidistantly on the circumference. These U cores are opposed to 2 p I-shaped soft iron parts on the rotor, which are provided with alternating polarized permanent magnets which excite an alternating flux in the U cores. This can be achieved either with sheets running parallel to the axis, in each case complementary polarized flat permanent magnets per phase, or by an inclination of the rotor and / or stator sheet by one pole pitch. The latter arrangement is mandatory if permanent magnets lying between the rotor yokes are used.
Da die relative Position des permanenterregten Feldes im Luftspalt zu den Zähnen der jeweils eine Phase umschließenden Wicklung die Phasenlage der induzierten Spannung der entsprechenden Phase bestimmt, muss in einer mehrphasigen Maschine die mittlere Winkellage der Rotormagneten oder die Lage der Statorzähne oder auch beide entsprechend versetzt sein, was durch eine entsprechende Schrägung der Rotor- oder Statorbleche oder durch entsprechenden Versatz der U- Kerne oder der I-Kerne oder durch eine Kombination dieser Vorgehensweisen erreicht werden kann.Because the relative position of the permanently excited field in the air gap to the teeth of the winding enclosing a phase, the phase position of the induced Voltage determined in the corresponding phase must be in a multi-phase Machine the mean angular position of the rotor magnets or the position of the stator teeth or both can be offset accordingly, which is indicated by a corresponding Bevel of the rotor or stator plates or by appropriate offset of the U- Cores or the I-cores or by a combination of these approaches can be achieved.
Grundsätzlich sind so Maschinen mit beliebig vielen Phasen realisierbar; praktisch relevant sind vor allem zwei- und dreiphasige Anordnungen. Bevorzugt wird pro Phase eine ringförmige Spule in einer Nut verwendet; es kann aber auch eine Phase auf mehrere ringförmige Spulen in mehreren Nuten verteilt sein und/oder eine Nut mit Spulen von verschiedenen Phasen bestromt werden. Um eine Maschine mit elektrisch weitgehend symmetrischen Phasen zu erhalten, müssen die Phasen mindestens am Rotor oder am Stator magnetisch getrennt sein; nimmt man asymmetrische Phasen in Kauf, so kann von dieser Trennung auch abgesehen werden.Basically, machines can be implemented with any number of phases; practically Two- and three-phase arrangements are particularly relevant. Is preferred Phase uses an annular coil in a slot; but it can also be a phase be distributed over several annular coils in several grooves and / or a groove be energized with coils from different phases. To use a machine to obtain largely electrically symmetrical phases, the phases be magnetically separated at least on the rotor or on the stator; Taking asymmetrical phases in purchase, so this separation can also be dispensed with become.
In der genannten DE 197 14 895 sind die Rotorbleche als Ronden ausgeführt, d. h., es handelt sich um ringförmige Bleche, welche senkrecht zur Drehachse geschichtet ausgebildet sind.In the aforementioned DE 197 14 895, the rotor plates are designed as circular blanks, i. H., they are ring-shaped sheets which are layered perpendicular to the axis of rotation are trained.
Nachteil dieser Lösung ist jedoch, daß sich, entsprechend der obenstehenden Beschreibung, erhebliche Streupfade bilden, welche das maximal erreichbare Drehmoment des Motors erheblich reduzieren.The disadvantage of this solution, however, is that, according to the above Description, form significant scattering paths, which the maximum achievable Reduce engine torque significantly.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Transversalflußmaschine so zu gestalten, daß eine stabile Konstruktion erreicht wird und gleichzeitig Streupfade wesentlich minimiert sind, so dass pro Volumen ein wesentlich höheres Drehmoment erzeugt werden kann.The invention is therefore based on the object of a transverse flux machine to design that a stable construction is achieved and at the same time scatter paths are significantly minimized, so that a higher torque per volume can be generated.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.To achieve the object, the invention is through the technical teaching of Claim 1 marked.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß am Innenumfang eines im wesentlichen glockenförmig ausgebildeten Rotormantels dem Prinzip nach gleichmäßig am Umfang verteilt, aber nicht zwingend genau äquidistant, in grundsätzlich axialer Richtung ausgerichtete Rückschlußkerne angeordnet sind, an deren Innenumfang Permanentmagnete angeordnet sind, und daß die Rückschlußkerne radial einwärts gesehen durch einen oder mehrere in axialer Richtung beabstandete umlaufende Trägerringe abgestützt sind.An essential feature of the invention is that on the inner circumference of a essentially bell-shaped rotor shell according to the principle evenly distributed around the circumference, but not necessarily exactly equidistant, in basically arranged in the axial direction yoke cores whose inner circumference permanent magnets are arranged, and that the Inference cores seen radially inward through one or more in the axial Direction spaced circumferential support rings are supported.
Die hier gezeigte Lösung zeigt eine Rotorkonstruktion, welche ihre grundlegende Festigkeit durch eine rohrförmige Konstruktion außerhalb des Aktivteils erhält, in der die stabförmigen Rückschlüsse aus Weicheisenmaterial sich auf zusätzliche Ringe stützen, welche insbesondere die radial nach innen gerichteten Kraftkomponente aufnehmen.The solution shown here shows a rotor construction, which is its basic Gives strength through a tubular construction outside the active part in the the rod-shaped inferences made of soft iron material refer to additional rings support which in particular the radially inward force component take up.
Diese Trägerringe können außerhalb des magnetischen Kreises der Phasen verlaufen (mit magnetisch voneinander getrennten Phasen, wie in Fig. 1 bis 3 oder mit magnetisch verbundenen Phasen, wie in Fig. 4 und 5). Alternativ dazu können Trägerringe aus elektrisch schlecht leitfähigem Material innerhalb des magnetischen Kreises angebracht werden (Fig. 6 bis 8). Die radiale Fixierung der Weicheisenteile kann durch verschiedenste Verfahren, wie Kleben, Vergießen, Spritzguß und ggf. auch durch vorgefertigte formschlüssige Distanzhalter realisiert werden.These carrier rings can run outside the magnetic circuit of the phases (with magnetically separated phases, as in FIGS. 1 to 3 or with magnetically connected phases, as in FIGS. 4 and 5). Alternatively, carrier rings made of electrically poorly conductive material can be attached within the magnetic circuit ( FIGS. 6 to 8). The radial fixation of the soft iron parts can be realized by various methods, such as gluing, casting, injection molding and, if necessary, also by prefabricated form-fitting spacers.
Als Material für die hier verwendeten Trägerringe wird bevorzugt ein magnetisch nichtleitendes Material verwendet, wie z. B. Aluminium, Aluminiumlegierungen, Messing und andere Buntmetalllegierungen sowie auch Keramik und keramische Verbundwerkstoffe. A magnetic is preferably used as the material for the carrier rings used here non-conductive material used, such as. B. aluminum, aluminum alloys, Brass and other non-ferrous metal alloys as well as ceramics and ceramic Composites.
In einigen Anwendungsfällen kann der Trägerring auch aus Eisenmaterial bestehen. Insgesamt kann der Trägerring aus einem Vollmaterial bestehen oder auch aus lamellierten schichtförmigen Materialien aus der oben angegebenen Materialauswahl.In some applications, the carrier ring can also consist of iron material. Overall, the carrier ring can consist of a solid material or of laminated layered materials from the above Material selection.
Erfindungsgemäß werden durch diese besondere Konzeption die Streupfade nun dadurch minimiert, daß es nun erstmals möglich ist, in axialer Richtung ausgerichtete einzelne und voneinander getrennte Rückschlußkerne zu verwenden, die in der Rotorglocke angeordnet sind und durch die erfindungsgemäßen Trägerringe abgestützt sind. Hierbei gibt es für die erfindungsgemäße Trägerkonstruktion verschiedene Ausführungen, die sämtlich vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung umfaßt sein sollen.According to the invention, the scatter paths are now due to this special conception minimized in that it is now possible for the first time to be aligned in the axial direction to use individual and separate yoke cores, which in the Rotor bell are arranged and by the carrier rings according to the invention are supported. There are here for the support structure according to the invention different versions, all of the inventive concept of the present Invention should be included.
In einer ersten, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in axialer Richtung verteilt mehrere, entlang des Umfanges der Rotorglocke verlaufende und in sich geschlossene Trägerringe vorhanden sind, wobei die Trägerringe die genannten Rückschlußkerne tragen und die Rückschlußkerne ihrerseits an der Unterseite die Permanentmagneten tragen.In a first, preferred embodiment it is provided that in the axial Direction distributed several, running along the circumference of the rotor bell and in closed carrier rings are present, the carrier rings being the same Wear inference cores and the inference cores for their part on the underside Wear permanent magnets.
Hierbei sind die Rückschlußkerne in axialer Richtung stückweise vorhanden, d. h., sie bilden zwischen sich in axialer Richtung gesehene Unterbrechungen, in deren Bereich der jeweilige Trägerring angeordnet ist.Here, the yoke cores are piecewise in the axial direction, i. H., they form interruptions between them seen in the axial direction, in their Area of the respective carrier ring is arranged.
Bei dieser Konstruktion wird also jeweils ein Rückschlußkern an seiner Vorder- und Hinterseite (in axialer Richtung gesehen) von jeweils einem Trägerring getragen.With this construction, a yoke core is therefore on its front and Back (seen in the axial direction) carried by a support ring each.
In einer anderen, abgewandelten Ausführungsform ist es hingegen vorgesehen, daß die Rückschlußkerne sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Rotors erstrecken und hierbei entsprechende Nuten aufweisen, in denen die Trägerringe angeordnet sind und hierdurch die Rückschlußkerne getragen werden. In another, modified embodiment, however, it is provided that the inference cores are essentially over the entire axial length of the Extend rotor and have corresponding grooves in which the Carrier rings are arranged and thereby the yoke cores are worn.
In einer davon abgewandelten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, daß die radiale Ausdehnung der Nut im jeweiligen Rückschlußkern zur Aufnahme des Trägerrings minimiert wird, so daß lediglich die Unterseite des jeweiligen Rückschlußkerns auf der radial außenliegenden Oberfläche des Trägerrings aufsitzt.In a modified embodiment, it can be provided that the radial expansion of the groove in the respective yoke core for receiving the Carrier ring is minimized so that only the bottom of each Yoke core sits on the radially outer surface of the carrier ring.
In einer anderen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, daß die Ausnehmung für die Halterung des Trägerrings auch in einer Nut des Permanentmagneten selbst angeordnet ist.In another embodiment, it can also be provided that the Recess for holding the support ring in a groove of the Permanent magnet itself is arranged.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerring oberhalb der statorseitigen Wicklung angeordnet und zwar in einer Lücke zwischen zwei in axialer Richtung sich fortsetzenden Permanentmagneten, wobei wiederum der Trägerring entweder in einer Nut des Rückschlußkernes angeordnet sein kann und die Höhe dieser Nut in radialer Richtung auch den Wert 0 erhalten kann.In a further embodiment of the invention, the carrier ring is above the stator-side winding arranged in a gap between two in the axial Direction of permanent magnets, again the carrier ring can either be arranged in a groove of the yoke core and the height this groove can also receive the value 0 in the radial direction.
In einer Abwandlung dieser Ausführung kann es vorgesehen sein, daß die Nut zur Aufnahme des Trägerrings nicht im Rückschlußkern angeordnet ist, sondern in dem an der Unterseite des Rückschlußkerns angeordneten Permanentmagneten.In a modification of this embodiment, it can be provided that the groove for Recording the carrier ring is not arranged in the yoke core, but in the permanent magnets arranged on the underside of the yoke core.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, daß eine Vielzahl von Rotorzähnen dem dem Prinzip nach gleichmäßig verteilt am Innenumfang der Rotorglocke angeordnet ist. Zwischen den Rotorkernen sind in radialer Richtung die Permanentmagnete angebracht. Im Prinzip sind diese Permanentmagneten im Gegensatz zu den vorher genannten Ausführungsbeispielen sozusagen hochkant orientiert, und auch bei dieser Konstruktion werden die Rotorzähne mit den dazwischenliegenden Permanentmagneten durch entsprechende erfindungsgemäße Trägerringe getragen.In a further embodiment it is provided that a plurality of In principle, rotor teeth evenly distributed on the inner circumference of the Rotor bell is arranged. Between the rotor cores are the radial Permanent magnets attached. In principle, these permanent magnets are in the In contrast to the previously mentioned embodiments, so to speak, edgewise oriented, and also in this construction, the rotor teeth with the intermediate permanent magnets by appropriate inventive Carrier rings worn.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following the invention is based on several ways of execution illustrative drawings explained in more detail. Here go from the drawings and their description further features and advantages of the invention.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Transversalflußmaschine mit Darstellung der oberen Hälfte; Figure 1 is a longitudinal section through a transverse flux machine showing the upper half.
Fig. 2 perspektivische Seitenansicht in die Lage eines Rückschlußkerns im Rotor mit dessen Halterung; Fig. 2 perspective side view in the position of a yoke core in the rotor with its holder;
Fig. 3 ein gegenüber Fig. 2 abgewandeltes Ausführungsbeispiel; FIG. 3 shows an exemplary embodiment modified compared to FIG. 2;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Darstellung eines Längsschnittes durch die obere Hälfte einer Transversalflußmaschine mit einem in axialer Richtung durchgehenden Rückschlußkern; Fig. 4 is a second embodiment showing a longitudinal section through the upper half of a transverse flux machine with a continuous in the axial direction yoke core;
Fig. 5 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mit Darstellung der Halterung eines einzigen Rückschlußkernes; Fig. 5 shows the embodiment of Figure 4 showing the holder of a single yoke core.
Fig. 6 ein gegenüber Fig. 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit einem zentral angeordneten Trägerring, der direkt gegenüberliegend der statorseitigen Wicklung angeordnet ist; FIG. 6 shows an exemplary embodiment modified compared to FIG. 4 with a centrally arranged carrier ring which is arranged directly opposite the winding on the stator side;
Fig. 7 die perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6; Fig. 7 is a perspective view of the embodiment of Fig. 6;
Fig. 8 eine gegenüber Fig. 7 dargestellte Abwandlung; FIG. 8 shows a modification compared to FIG. 7;
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Transversalflußmaschine mit zwischen den Rückschlüssen liegenden Permanentmagneten. Fig. 9 shows another embodiment of a transverse flux machine with permanent magnets lying between the inferences.
In Fig. 1 ist allgemein ein Halbschnitt einer Transversalflußmaschine dargestellt, wobei ein außenliegender Rotor 1 drehfest mit einer Welle 2 verbunden ist, die um eine Drehachse 3 rotieren kann. Es sind ein oder mehrere Lager 4 für die Drehlagerung des glockenförmigen Rotors 1 vorhanden, der in Längsrichtung einen Rotormantel 5 ausbildet. In Fig. 1 a half section of a transverse flux machine is shown generally, and with an external rotor 1 is non-rotatably connected to a shaft 2 which can rotate about an axis of rotation 3. There are one or more bearings 4 for the rotary mounting of the bell-shaped rotor 1 , which forms a rotor jacket 5 in the longitudinal direction.
Erfindungsgemäß sind nun am Innenumfang des Rotormantels 5 in axialer Richtung stückweise hintereinanderliegend Rückschlußkerne 6a, b, c angeordnet, wobei in Fig. 2 die Halterung eines einzigen Rückschlußkerns gezeigt ist.According to the invention, yoke cores 6 a, b, c are now arranged one after the other in the axial direction on the inner circumference of the rotor jacket 5 , the holding of a single yoke core being shown in FIG. 2.
Jeder Rückschlußkern 6 besteht im wesentlichen aus einem magnetisch leitfähigen Material, welches ein lamelliertes Blechmaterial oder ein Vollmaterial sein kann.Each yoke core 6 consists essentially of a magnetically conductive material, which can be a laminated sheet material or a solid material.
Wichtig ist nun, daß jeder Rückschlußkern 6a-6c stirnseitig jeweils eine Ausnehmung 15 aufweist, die von einem, in Umfangsrichtung umlaufenden und in sich geschlossenen, Trägerring 7 durchgriffen wird. Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 sind insgesamt vier derartige Trägerringe 7a-7b in axialer Richtung mit gegenseitigem Abstand voneinander angeordnet.It is now important that each yoke core 6 a- 6 c has a recess 15 on the end face, which is penetrated by a carrier ring 7 which is circumferential and self-contained. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, a total of four such carrier rings 7 a- 7 b are arranged in the axial direction at a mutual distance from one another.
An der Unterseite des jeweiligen Rückschlußkerns 6 ist hierbei jeweils ein Permanentmagnet 9a, 9b, 9c angeordnet, der in nicht näher dargestellter Weise mit Rückschlußkern 6 verbunden ist.On the underside of the respective yoke core 6 , a permanent magnet 9 a, 9 b, 9 c is arranged here, which is connected to the yoke core 6 in a manner not shown.
Bevorzugt ist die gesamte Anordnung eingegossen, es werden also die Rückschlußkerne 6, die dazugehörenden und diese tragenden Trägerringe 7 und die Permanentmagneten 9 in ein Kunststoffmaterial eingeschlossen.The entire arrangement is preferably cast in, so that the yoke cores 6 , the associated support rings 7 carrying them and the permanent magnets 9 are enclosed in a plastic material.
Anstatt des Eingießens kann es auch vorgesehen sein, daß die Trägerringe 7 in ihren Ausnehmungen 15, im Bereich der Rückschlußkerne 6, eingeklebt, eingeschweißt, eingelötet, mechanisch eingeklipst oder in anderer Weise formschlüssig mit diesem Teil verbunden sind.Instead of pouring, it can also be provided that the carrier rings 7 are glued, welded, soldered, mechanically clipped or otherwise positively connected to this part in their recesses 15 , in the region of the yoke cores 6 .
In an sich bekannter Weise ist zwischen dem Stator 10 und dem umlaufenden Rotor 1 ein Luftspalt 8 ausgebildet.In a manner known per se, an air gap 8 is formed between the stator 10 and the rotating rotor 1 .
Der Stator besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Statorkern 11, auf dessen axialer Länge gesehen insgesamt drei Wicklungen 12, 13, 14 vorhanden sind. Es können selbstverständlich auch mehr oder weniger als drei derartige Wicklungen 12-14 vorgesehen sein.In the exemplary embodiment shown, the stator consists of a stator core 11 , on the axial length of which there are a total of three windings 12 , 13 , 14 . Of course, more or fewer than three such windings 12-14 can also be provided.
Die Wicklungen 12-14 sind im motorischen Betrieb jeweils von Wechselströmen unterschiedlicher Phasenlage durchflossen.The windings 12-14 are flowed through by alternating currents of different phase in motor operation.
Wichtig ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2, daß nun sehr hohe Kräfte während des Betriebs des Motors auf die Rückschlußkerne 6 in Pfeilrichtung 16 ausgeübt werden, die radial einwärts wirken, und hier werden diese Rückschlußkerne 6 durch die erfindungsgemäßen Trägerringe 7a-7d getragen.It is important in the embodiment of FIGS. 1 and 2 that very high forces are exerted during the operation of the engine on the yoke cores 6 in the direction of arrow 16 , which act radially inward, and here these yoke cores 6 by the carrier rings 7 a according to the invention - worn 7 d.
Die Höhe 17 der Ausnehmungen 15, in denen die Trägerringe 7 liegen, ist variabel. Diese Höhe 17 kann bis in die Nähe des Außenumfangs des Rückschlußkerns 6 gehen; die Höhe 17 kann aber auch den Wert 0 betragen, in diesem Fall würde - gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - der Trägerring unmittelbar an der Unterseite des Rückschlußkerns 6 aufliegen.The height 17 of the recesses 15 , in which the carrier rings 7 lie, is variable. This height 17 can go up to the vicinity of the outer circumference of the yoke core 6 ; however, the height 17 can also have the value 0, in which case the carrier ring would lie directly on the underside of the yoke core 6 according to the exemplary embodiment according to FIG. 1.
In den Fig. 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wo erkennbar ist, daß nicht in axialer Richtung stückweise hintereinanderliegend angeordnete Rückschlußkerne 6 vorhanden sind, sondern es ist jeweils ein einziger, in axialer Richtung durchgehender Rückschlußkern 20 vorhanden, wobei derartige Rückschlußkerne 20 dem Prinzip nach gleichmäßig, aber nicht zwingend äquidistant, über den Umfang verteilt in axialer Richtung angeordnet sind und mit den erfindungsgemäßen Trägerringen 19a, 19b getragen sind.In Figs. 4 and 5 another embodiment is shown, where it can be seen that are not in the axial direction piecewise behind the other arranged yoke cores 6 exists, but it is in each case a single, continuous in the axial direction yoke core 20 is provided, where such yoke cores 20 the Principle according to uniform, but not necessarily equidistant, distributed over the circumference in the axial direction and are carried with the carrier rings 19 a, 19 b according to the invention.
In den Rückschlußkernen 20 sind hierbei in Umfangsrichtung umlaufende Nuten 23 eingearbeitet, in denen die Trägerringe 19a, 19b aufgenommen sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ragen die Trägerringe mit ihrer Unterkante über die Unterkante des jeweiligen Rückschlußkerns 20 heraus und sind etwa flächenbündig mit der Unterkante der darunter angeordneten Permanentmagnete 21a-21f angeordnet. Dies ist eine bevorzugte Ausführungsform. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. In the yoke cores 20 here circumferential grooves 23 are incorporated, in which the carrier rings 19 a, 19 b are received. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the carrier rings protrude with their lower edge over the lower edge of the respective yoke core 20 and are arranged approximately flush with the lower edge of the permanent magnets 21 a- 21 f arranged below. This is a preferred embodiment. However, the invention is not limited to this.
Auch hier gilt dasselbe wie bezüglich der Höhe 17 der Ausnehmung 15 Gesagte, daß nämlich auch die Höhe der Nut 23 (entsprechend der Höhe 17 in Fig. 1) variabel ist, so daß auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Nut 23 vollkommen entfallen kann und die Trägerringe 19 dann mit ihrer radial außenliegenden Oberfläche an der Unterseite der Rückschlußkerne 20 aufliegen.The same applies here as with regard to the height 17 of the recess 15 , namely that the height of the groove 23 (corresponding to the height 17 in FIG. 1) is variable, so that the groove 23 and the carrier rings can also be completely omitted in this exemplary embodiment 19 then rest with their radially outer surface on the underside of the yoke cores 20 .
Die Permanentmagneten 21a-21f bilden jeweils zwischen sich Ausnehmungen 22, denen gegenüberliegend die jeweilige Wicklung 12-14 im Stator 10 angeordnet ist.The permanent magnets 21 a- 21 f each form recesses 22 between them, opposite which the respective winding 12-14 is arranged in the stator 10 .
Der Stator ist hierbei auf einer Reihe von axial hintereinander angeordneten, U- förmigen Statorkernen 18-18c gebildet, wobei jedem U-Schenkel des jeweiligen Statorkerns 18a-18c ein zugeordneter Permanentmagnet 21a-21b zugeordnet ist.The stator is in this case formed on a row of U-shaped stator cores 18-18 c arranged axially one behind the other, an associated permanent magnet 21 a- 21 b being associated with each U-leg of the respective stator core 18 a- 18 c.
Die Fig. 5 zeigt nochmals die Darstellung in Fig. 4 in perspektivischer Seitenansicht, wo ebenfalls dargestellt ist, daß die Höhe 17 der Nut 23 variieren kann, so daß also auch die Nut 23 entfallen kann und die Oberfläche der Trägerringe 19 dann unmittelbar auf der Unterseite der Rückschlußkante 20 aufliegt. Fig. 5 shows again the representation in Fig. 4 in a perspective side view, where it is also shown that the height 17 of the groove 23 can vary, so that the groove 23 can also be omitted and the surface of the carrier rings 19 then directly on the Bottom of the trailing edge 20 rests.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein gegenüber den Fig. 1 bis 5 abgewandeltes Ausführungsbeispiel, welches sich durch eine Konstruktion mit zentral oberhalb der Wicklungen 12-14 angeordneten Trägerringen 24 auszeichnet. FIGS. 6 and 7 show a comparison with FIGS. 1 to 5 modified embodiment, which is characterized by a construction with centrally above the windings 12-14 arranged support rings 24.
Dort ist der Stator 10 lediglich mit einem einzigen U-förmigen Statorkern 18 dargestellt, der eine Wicklung 12-14 trägt. Eine derartige Anordnung kann aber auch in axialer Richtung, gemäß den Fig. 1 bis 4, vervielfacht fortgesetzt werden. Dort ist wesentlich, daß der Trägerring 24 zentral in dem Rückschlußkern 25 im Bereich einer Nut 26 angeordnet ist und dem gegenüberliegend zentral die statorseitige Wicklung 12-14 angeordnet ist. There, the stator 10 is only shown with a single U-shaped stator core 18 , which carries a winding 12-14 . Such an arrangement can, however, also be repeated in the axial direction, as shown in FIGS. 1 to 4. It is essential there that the carrier ring 24 is arranged centrally in the yoke core 25 in the region of a groove 26 and that the stator-side winding 12-14 is arranged centrally opposite.
Seitlich außen, in Gegenüberstellung zu den U-förmigen Schenkeln des Statorkerns 18 sind dann die Permanentmagneten 27a, 27b angeordnet.The permanent magnets 27 a, 27 b are then arranged laterally on the outside, opposite to the U-shaped legs of the stator core 18 .
Diese Situation ist nochmals in Fig. 7 in perspektivischer Seitenansicht dargestellt, wobei hier für die Nut 26 die gleichen Ausführungen bezüglich der Höhe 17 wie bei den anderen Ausführungsformen gelten.This situation is shown again in FIG. 7 in a perspective side view, the same statements regarding the height 17 as for the other embodiments also apply to the groove 26 here.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die im wesentlichen aus einer Kombination der Ausführungsformen in Fig. 3 und 6 entspricht. FIG. 8 shows a further embodiment, which essentially corresponds to a combination of the embodiments in FIGS. 3 and 6.
Dort ist erkennbar, daß der Permanentmagnet 27 selbst eine Nut 26 aufweist, durch welche der Trägerring 24 sich erstreckt und somit die gesamte Halterung nur durch die Nut 26 im Permanentmagneten 27 für den Rückschlußkern 25 erfolgt.It can be seen there that the permanent magnet 27 itself has a groove 26 , through which the carrier ring 24 extends, and thus the entire mounting takes place only through the groove 26 in the permanent magnet 27 for the yoke core 25 .
Die Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem am Umfang verteilt Rückschlußkerne vorgesehen sind, von denen lediglich zwei Rückschlußkerne 28a, 28b beispielhaft dargestellt sind. Zwischen jedem Rückschlußkern 28 ist ein Abstand 29 vorgesehen, der durch jeweils einen Permanentmagneten 30 ausgefüllt ist. Auf diese Weise ist am Umfang eine abwechselnde Reihenfolge eines Rückschlußkerns 28a, eines Permanentmagneten 39, eines Rückschlußkerns 28b, eines weiteren Permanentmagneten, usw. vorgesehen. FIG. 9 shows a further exemplary embodiment, in which return cores are provided distributed around the circumference, of which only two return cores 28 a, 28 b are shown as examples. A distance 29 is provided between each yoke core 28 , which is filled by a permanent magnet 30 in each case. In this way, an alternating sequence of a yoke core 28 a, a permanent magnet 39 , a yoke core 28 b, another permanent magnet, etc. is provided on the circumference.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wesentlich, daß die Permanentmagnete 30 - im Vergleich zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen - etwa hochkant angeordnet sind.In this embodiment, it is essential that the permanent magnets 30 are arranged approximately upright in comparison to the previously described embodiments.
Dieses Beispiel soll nur zeigen, daß auch bei einer derartigen Rotorkonstruktion erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß Trägerringe 19 vorhanden sind, welche die jeweiligen Rückschlußkerne 28 tragen. This example is only intended to show that even with such a rotor construction it is provided according to the invention that carrier rings 19 are present which carry the respective yoke cores 28 .
Hierbei sind in der Nähe der Stirnseiten der Rückschlußkerne 28 jeweils einander gegenüberliegende Nuten 31 vorgesehen, die jeweils von einem Trägerring 19 durchgriffen sind.Here, in the vicinity of the end faces of the yoke cores 28 , mutually opposite grooves 31 are provided, each of which is penetrated by a carrier ring 19 .
Auch hier gelten bezüglich der Nut 31, welche die jeweiligen Rückschlußkerne 28 durchgreift, die gleichen Darlegungen, wie sie anhand der Höhe 17 bezüglich der Ausnehmung 15 und der Nut 23 gemacht wurden.Here too, the same statements apply as to the groove 31 , which extends through the respective yoke cores 28 , as was made with reference to the height 17 with respect to the recess 15 and the groove 23 .
Wesentlich bei allen Ausführungsformen ist, daß also ein in Umfangsrichtung geschlossenes Tragelement in Form eines Trägerrings vorhanden ist, welches nun in der Lage ist, die verteilt am Umfang angeordneten, axial sich erstreckenden Rückschlußkerne zu tragen und gegen radial einwärts gerichtete Kräfte abzustützen.It is essential in all embodiments that one in the circumferential direction closed support element in the form of a carrier ring is present, which is now is able to axially extending the circumferentially arranged Wear yoke cores and support against radially inward forces.
Damit ist es erstmals möglich, stückweise vorhandene Rückschlußkerne zu verwenden, welche gegenüber einer Konstruktion mit ringförmigen Rückschlussblechen eine wesentliche Minimierung der vorhandenen Streupfade ergeben. This makes it possible, for the first time, to use yoke cores that are present piece by piece use which compared to a construction with annular Inference plates significantly minimize the existing scatter paths result.
22
Rotor
rotor
33
Welle
wave
44
Drehachse
axis of rotation
55
Lager
camp
66
Rotormantel
rotor casing
77
Rückschlußkern (Rotor a, b, c)
Yoke core (rotor a, b, c)
88th
Trägerring a, b, c, d
Carrier ring a, b, c, d
99
Luftspalt
air gap
1010
Permanentmagnet a, b, c
Permanent magnet a, b, c
1111
Stator
stator
1212
Statorkern
stator core
1313
Wicklung
winding
1414
Wicklung
winding
1515
Wicklung
winding
1616
Ausnehmung
recess
1717
Pfeilrichtung
arrow
2020
1818
Höhe der Ausnehmung Height of the recess
1515
1919
Statorkern a, b, c
Stator core a, b, c
2020
Trägering a, b
Carrier ring a, b
2121
Rückschlußkern
Yoke core
2222
Permanentmagnet a-f
Permanent magnet af
2525
2323
Ausnehmung
recess
2424
Nut
groove
2525
Trägerring
support ring
2626
Rückschlußkern
Yoke core
2727
Nut
groove
2828
Permanentmagnet a, b
Permanent magnet a, b
2929
Rückschlußkern Yoke core
2828
a, b
a, b
3030
Abstand
distance
3131
Permanentmagnet
permanent magnet
3232
Nut
groove
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