DE10154034A1

DE10154034A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10154034A1
Application number: DE2001154034
Authority: DE
Inventors: Bernd Weidemann; Andreas Baral
Original assignee: INGENIEURGESELLSCHAFT fur SYS
Current assignee: INGENIEURGESELLSCHAFT fur SYS
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-22

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Maschine mit mindestens einem Stator (30) und mindestens einem Rotor (40), wobei der Rotor (40) trommelartig ausgebildet ist, und wobei der Rotor (40) auf einer zentrischen Welle angeordnet ist, wobei der Rotor (40) auf seiner einen Seite nach Art des Rotors einer Asynchron-Maschine (Asynchronteil) und auf seiner anderen Seite nach Art des Rotors einer permanentmagneterregten Synchronmaschine (Synchronteil) ausgebildet ist, und wobei der trommelartige Rotor (40) wahlweise auf seiner Außen- und Innenwandung nach Art des Rotors einer Asynchron-Maschine und nach Art des Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit mindestens einem Stator und mindestens einem Rotor, wobei der Rotor trommelartig ausgebildet ist, und wobei der Rotor auf einer zentrischen Welle angeordnet ist, wobei der Rotor auf seiner einen Seiten nach Art des Rotors einer Asynchron-Maschine und auf seiner anderen Seite nach Art des Rotors einer permanentmagneterregten Synchronmaschine ausgebildet ist.

Eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art ist aus der DE 197 53 916.5 bekannt. Beschrieben ist hierin ein Rotor in Form einer Trommel, der zur Verbindung mit der zentrischen Welle Verbindungsmittel in Form von Speichen oder einer Scheibe aufweist. Ein solches Verbindungsmittel in Form von Speichen oder einer Scheibe stellt sich als eine radial in die Trommel erstreckende Einrichtung dar, so dass der Rotor zweigeteilt ist, und demzufolge zwei Rotorsysteme gebildet sind. Der Stator weist hierbei Blechpakete auf, die auf die Trommelwandung des Rotors zugerichtet sind, und die mit einem entsprechend an der Trommelwandung des Rotors angeordneten Polsystem zusammenwirken. Das Polsystem des Rotors umfasst hierbei Permanentmagnete, wobei die einzelnen Permanentmagnete in tangentialer Richtung gegeneinander magnetisch isoliert sind. Im eigentlichen Sinn handelt es sich hierbei um eine permanenterregete Synchronmaschine. Permanenterregte Synchronmaschinen zeichnen sich durch einen guten Wirkungsgrad aus, besitzen aber nur geringe Dämpfungseigenschaften im Hinblick auf die Dämpfung von Torsionsschwingungen. Aus diesem Grunde können permanenterregte Synchronmaschinen nicht am starren Netz, sondern nur mit Hilfe einer Regelung am Umrichter betrieben werden. Hingegen erreichen Asynchron- Maschinen gute Dämpfungseigenschaften; durch den Kurzschlusskäfig derartiger Asynchron-Maschine wird mittels Induktion ein Magnetfeld erzeugt, dass dem Ständerfeld entgegenwirkt. Hierdurch sind derartige Maschinen in der Lage mechanische oder elektrische Drehmomentstöße auszugleichen.

Aus der DE 32 29 351 ist des Weiteren eine Maschine der eingangs genannten Art bekannt; diese Maschine baut sehr lang, was die Gefahr der Durchbiegung des Rotors und von Biegeschwingungen in sich birgt. Hiermit einhergehend besteht die Gefahr, dass der Luftspalt über die Länge des Rotors unterschiedlich groß ist. Dies kann insbesondere dann zu Problemen führen, wenn die Maschine im Eigenresonanzbereich läuft, der bereits bei geringen Drehzahlen auftreten kann, da in einem solchen Fall die Gefahr besteht, dass der Rotor in Kontakt mit dem Stator gerät, und hierbei die Maschine zerstört wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die neben guten Torsions- Dämpfungseigenschaften einen Betrieb am Netz ohne Regelung und eine kompakte Bauweise bei hoher Leistungsdichte aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der trommelartige Rotor wahlweise auf seiner Außen- oder Innenwandung nach Art des Rotors einer Asynchron-Maschine und nach Art des Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine ausgebildet ist. Durch eine derartige Kombination einer Asynchron-Maschine mit einer permanenterregten Synchronmaschine wird ein relativ hoher Wirkungsgrad mit gleichzeitig guten Dämpfungseigenschaften für den Betrieb am starren Netz erzielt. Insbesondere durch die radiale Teilung der Trommel in zwei hülsen- oder halbschalenförmige Elemente, wobei das eine halbschalenförmige oder hülsenförmige Element nach Art einer Asynchron-Maschine und das andere halbschalenförmige Element nach Art einer permanenterregten Synchronmaschine ausgebildet ist, und auch der Tatsache, dass der Stator den trommelartig ausgebildeten Rotor zu beiden Seiten der Trommelwandung klammerartig umfasst, wird erreicht, dass dem äußeren bzw. dem inneren Stator immer die entsprechende Seite des Rotors auch bei Rotation derselben zugewandt bleibt. Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass der Rotor auf seiner einen Seite einen Kurzschlusskäfig aufweist, umfassend einzelne elektrisch leitfähige Stäbe, die untereinander verbunden sind, wobei der Rotor auf der anderen Seite Magnete mit am Umfang wechselnder Magnetisierungsrichtung aufweist. Nach einer Variante hierzu kann der Rotor allerdings auch als Massivläufer aus elektrisch und/oder magnetisch leitfähigem Material ausgebildet sein, was in gleicher Weise funktionsfähig ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zwei getrennte Wicklungen des Stators des Asynchronteiles und des Synchronteiles vorgesehen, die auch getrennt ansteuerbar sind. Hierdurch wird erreicht, dass aus dem Stillstand heraus zunächst der Asynchronteil der elektrischen Maschine bzw. des Motors wirksam ist, und für den Anlauf sorgt, und erst bei nahezu Synchrondrehzahl der Synchronteil der Maschine zugeschaltet wird. Der Asynchronteil der Maschine wirkt nach Zuschaltung des Synchronteiles dann nur noch als Dämpfer bei Drehmomentstößen elektrischer oder mechanischer Art. Hierbei wird ganz offensichtlich ein weiterer Vorteil erkennbar, der darin besteht, dass eine solche Maschine ohne Umrichter und ohne Regelung betrieben werden kann.

Natürlich kann der Rotor mehrere ineinander angeordnete bzw. verschachtelte Trommeln aufweisen, die jeweils zu beiden Seiten der Trommelwandung durch den Stator klammerartig erfasst werden. Das heißt, dass eine solche Maschine zur Erhöhung der Leistungsdichte mehr in radialer Richtung, als in axialer Richtung baut. Hierbei besteht naturgemäß weniger die Gefahr der Durchbiegung des Rotors mit den damit einhergehenden Nachteilen, wie sie aus der DE 32 29 351 bekannt sind.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine, bei der der Rotor auf seiner Außenseite nach Art einer permanenterregten Synchronmaschine und auf seiner Innenseite nach Art des Rotors einer Asynchronmaschine ausgebildet ist;

Fig. 2 zeigt einen abgewickelten Schnitt der Linie II-II aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine elektrische Maschine, bei der der Rotor zwei ineinander angeordnete Trommeln aufweist.

Gemäß Fig. 1 ist ein Rotor 1 und Stator 30 vorgesehen. Der Stator 30 bildet ein Gehäuse, wobei der Stator 30 ebenfalls einen Arm 31 zeigt, und wobei durch dieses Gehäuse 30 in Verbindung mit dem Arm 31 der mit 40 bezeichnete Rotor klammerartig umfasst wird. Auf jeder dem Rotor zugewandten Seite befindet sich wiederum ein Statorpaket 33 mit den entsprechenden Nuten. Der trommelartige Rotor zeigt nun auf seiner einen äußeren Zylinderwandung Permanentmagnete 45 und auf seiner inneren zylindrischen Wandung mehrere elektrisch leitfähige Stäbe 49, die stirnseitig untereinander zur Bildung eines Kurzschlusskäfigelementes verbunden sind.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 3 sind zwei derartige Maschinen dadurch gebildet, dass die Ausbildung der Kombination Stator/Rotor in radialer Richtung verdoppelt ist. Allerdings besteht nicht nur die Möglichkeit der Erhöhung der Leistungsdichte durch radialen Überbau bzw. Aufbau, sondern durch ebenfalls eine Verlängerung der Maschine in axialer Richtung.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist in der Abwicklung die Anordnung der Nuten 34 im Blechpaket 33 des Ständers in tangentialer Richtung erkennbar, sowie die Anordnung der Stäbe 49 in dem magnetisch leitfähigen Material des Rotors 40 und der Magnete 45. Der Rotor 40 kann massiv oder als Blechpaket gefertigt sein.

Claims

1. Elektrische Maschine mit mindestens einem Stator und mindestens einem Rotor, wobei der Rotor trommelartig ausgebildet ist, und wobei der Rotor auf einer zentrischen Welle angeordnet ist, wobei der Rotor auf seiner einen Seite nach Art des Rotors eine Asynchron-Maschine (Asynchronteil) und auf seiner anderen Seite nach Art des Rotors einer permanentmagneterregten Synchronmaschine (Synchronteil) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der trommelartige Rotor (40) wahlweise auf seiner Außen- oder Innenwandung nach Art des Rotors (40) einer Asynchronmaschine (Asynchronteil) und nach Art des Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine (Synchronteil) ausgebildet ist.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (30) den trommelartig ausgebildeten Rotor (40) zu beiden Seiten der Trommelwandung klammerartig umfasst.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (40) auf seinen einen Seite einen Kurzschlusskäfig (49) aufweist, umfassend mehrere einzelne Stäbe, die untereinander verbunden sind, wobei der Rotor (40) auf der anderen Seite Magnete (45) mit am Umfang wechselnder Magnetisierungsrichtung aufweist.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (40) mehrere ineinander angeordnete Trommeln aufweist, die jeweils zu beiden Seiten der Trommelwandung durch den Stator (30) klammerartig erfasst werden.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung des Stators (30) des Asynchronteils getrennt ansteuerbar von der Wicklung des permanenterregten Synchronteils ist.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (40) als Massivläufer aus elektrisch und/oder magnetisch leitfähigem Material ausgebildet ist.