DE10053400A1 - Axialflussmotor mit Flusskonzentration - Google Patents

Axialflussmotor mit Flusskonzentration

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DE10053400A1
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Abstract

Beim vorliegenden Axialflussmotor zur Flusskonzentration mit permanentmagnetischer Erregung, mit wenigstens einem Stator (1, 51) und wenigstens einem Rotor (4), weist der Rotor (4) Flusskonzentrationsstücke (41) aus weichmagnetischem Material und tangential zur Bewegungsrichtung aufmagnetisierte Permanentmagnete (42) auf, wobei die Fläche, durch die der magnetische Fluss von den Permanentmagneten (42) in die Flusskonzentrationsstücke (41) eintritt, erheblich größer ist als die Fläche, durch die derselbe Fluss von den Flusskonzentrationsstücken (41) über den Luftspalt in den Stator (1, 51) eintritt. Durch diese Maßnahmen wird die Flusskonzentration erheblich verbessert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Axialflussmotor zur Flusskonzentration mit permanentmagnetischer Erregung, mit wenigstens einem Stator und wenigstens einem Rotor.
In vielen Anwendungen werden Elektromotoren benötigt, die vergleichsweise kurz ausgeführt sind und einen entsprechend großen Durchmesser aufweisen. Derartige Anwendungen sind beispielsweise Starter-Generatoren in Kraftfahrzeugen, Windkraftanlagen oder Antriebe für Schiffe.
In solchen Fällen werden vorzugsweise Axialflussmotoren mit ringförmigen Scheibenläufern eingesetzt. Wenn hier noch ein hohes Drehmoment im Bauraum realisiert werden soll, kommt im Läufer meist eine permanentmagnetische Erregung zur Anwendung.
Fig. 1 zeigt den Stand der Technik von Axialflussmotoren, bestehend aus einem Stator 1 und zwei Rotoren 2 und 3. Der Stator 1 besteht beispielsweise aus einem Ringkern aus weichmagnetischem Material 11 sowie einer nutenlosen Gramme- Wicklung 12. Die zugehörigen Rotoren werden in axialer Richtung drehbar beiderseits des Stators 1 gelagert. Sie bestehen aus je einem Ringkern 21 bzw. 31 und einer der Polzahl entsprechenden Anzahl von Permanentmagneten 22 bzw. 32, die in axialer Richtung mit abwechselnder Polarität aufmagnetisiert sind. Dies ist beispielsweise anhand zweier Magnete anhand von Pfeilen in Magnetisierungsrichtung symbolisiert.
Derartige Axialflußmotoren sind auch mit je einem Statorring und einem Rotorring oder einer Vielzahl von in axialer Richtung abwechselnd hintereinander angeordneten Ringen ausführbar, wobei die Differenz der Stator- und Rotorringe 1, 0 oder -1 betragen kann.
Das Drehmoment von permanenterregten Motoren wird wesentlich durch den Betrag der Induktion bestimmt, die von den Rotormagneten im Luftspalt erzeugt wird. Axialfluss-Motoren nach dem Stand der Technik weisen daher eine Beschränkung des Drehmoments dadurch auf, dass die von den Rotoren erzeugte Magnetisierung durch die Remanenzinduktion der Permanentmagnete begrenzt wird.
Weiterhin werden diese Permanentmagnete bezüglich ihres Energieprodukts nicht optimal ausgenutzt, da im Interesse eines hohen Drehmoments der Arbeitspunkt des Magneten nicht im Optimalpunkt, sondern im Bereich höchstmöglicher Induktion gewählt wird.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde einen Axialflussmotor zur Flusskonzentration mit permanentmagnetischer Erregung, mit wenigstens einem Stator und wenigstens einem Rotor anzugeben, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Axialflussmotor zur Flusskonzentration mit permanentmagnetischer Erregung, mit wenigstens einem Stator und wenigstens einem Rotor, wobei gemäß der Erfindung der Rotor Flusskonzentrationsstücke aus weichmagnetischem Material und tangential zur Bewegungsrichtung aufmagnetisierte Permanentmagnete aufweist, wobei die Fläche, durch die der magnetische Fluss von den Permanentmagneten in die Flusskonzentrationsstücke eintritt, erheblich größer ist als die Fläche, durch die derselbe Fluss von den Flusskonzentrationsstücken über den Luftspalt in den Stator eintritt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Axialflussmotor nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Axialflussmotor mit einem Stator und zwei Rotoren in schematischer Darstellung; und
Fig. 3 einen nutenbehafteten Stator in schematischer Darstellung.
Fig. 2 zeigt einen Axialflussmotor mit einem Rotor 4 in schematischer Darstellung auf. Er besteht aus Flusskonzentrationsstücken 41 aus weichmagnetischem Material und tangential zur Bewegungsrichtung aufmagnetisierten Permanentmagneten 42. Die Magnetisierungsrichtung ist beispielsweise durch Pfeile in zwei Teilmagneten dargestellt. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche, durch die der magnetische Fluss von den Permanentmagneten 42 in das Flusskonzentrationsstück 41 eintritt, erheblich größer ist als die Fläche, durch die derselbe Fluss vom Flusskonzentrationsstück 41 über den Luftspalt in den Stator 1 eintritt. Dadurch ist die Induktion im Luftspalt entsprechend dem Flächenverhältnis größer als in den Permanentmagneten 42 abzüglich etwaiger Streuverluste. Somit kann durch Anwendung der Flusskonzentration der Rotor 4 einerseits eine erheblich höhere Luftspaltinduktion erzeugen und andererseits können die Permanentmagnete 42 im Optimalpunkt betrieben werden. Dadurch wird das Gesamtvolumen der Permanentmagnete 42 reduziert. Die Probleme aus dem Stand der Technik werden somit überwunden.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung nutzt gemäß Fig. 3 einen nutenbehafteten Stator 51. Die Statorwicklung kann auch als konventionelle Wicklung 52 mit tangential geschlossenen Wickelköpfen ausgeführt werden. Eine solche Wicklung 52 wird vorzugsweise bei Anordnungen mit je einem Stator- und Rotorring eingesetzt.

Claims (4)

1. Axialflussmotor zur Flusskonzentration mit permanentmagnetischer Erregung, mit wenigstens einem Stator (1, 51) und wenigstens einem Rotor (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) Flusskonzentrationsstücke (41) aus weichmagnetischem Material und tangential zur Bewegungsrichtung aufmagnetisierte Permanentmagnete (42) aufweist, wobei die Fläche, durch die der magnetische Fluss von den Permanentmagneten (42) in die Flusskonzentrationsstücke (41) eintritt, erheblich größer ist als die Fläche, durch die derselbe Fluss von den Flusskonzentrationsstücken (41) über den Luftspalt in den Stator (1, 51) eintritt.
2. Axialflussmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung mehrere Statoren (1, 51) und Rotoren (4) hintereinander angeordnet sind, wobei die Differenz zwischen der Anzahl der Statoren (1, 51) und der Rotoren (4) 1, 0 oder -1 beträgt.
3. Axialflussmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nutenbehaftete Wicklung des Stators (1) als Gramme- Wicklung ausgeführt ist.
4. Axialflussmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nutenbehaftete Wicklung des Stators (51) konventionell mit tangential geschlossenen Wickelköpfen ausgeführt ist.
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