DE102005042543A1

DE102005042543A1 - Permanenterregte Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102005042543A1
Application number: DE102005042543A
Authority: DE
Inventors: Manfred KRÜGER-GOTZMANN; Christian Schiller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Permanenterregte Synchronmaschine (1) mit einem Stator (2), der ein Wicklungssystem aufweist, mit auf einem Polrad (7) angeordneten Polsegmenten (22), wobei die Polsegmente (22) im Bereich ihrer Polschuhe jeweils mit einer oder mehreren Ausnehmungen Versehen sind, in die mindestens ein dazu korrespondierendes Gegenstück als Befestigungselement am Polrad (7) vorgesehen ist, wobei das Polrad (7) aus mindestens zwei konzentrischen, scheibenförmigen Elementen (23) und dazu senkrecht axial verlaufenden paarweise ausgerichteten Stegen (8) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine und die Befestigung deren Einzelpole auf einem Polrad.

Permanenterregte Synchronmaschinen, insbesondere für Großantriebe oder langsam laufende Anwendungen weisen als Rotor ein Polrad mit Einzelpolbefestigungen auf. Derartige Einzelpolbefestigungen sind insbesondere von Ringmotoren bei Mühlenantrieben bekannt, wie sie aus der DE 100 58 911 B4 und auch aus der US 3 272 444 bekannt sind. Des Weiteren werden in dem Fachartikel von Rudolf von Musil, „Stand der Entwicklung des Ringmotors zum getriebelosen Antrieb von Schwerkraftmühlen" in der Siemens-Zeitschrift 1975, 49, Heft 8, Seiten 542 bis 544 langsam laufende Mühlenantriebe und deren Aufbau und Funktionsweise beschrieben.

Die Montage und die Demontage von Einzelpolen im montierten Zustand dieser permanenterregte Synchronmaschine ist zeit- und damit kostenintensiv.

Ausgehend davon liegt nunmehr der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsart der Einzelpole am Polrad zu schaffen, die eine einfache Montage und Demontage der Einzelpole am Polrad gewährleistet. Des Weiteren soll die Montageweise unabhängig von der Einzelpolbeschaffenheit gewährleistet sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem Stator, der ein Wicklungssystem aufweist, mit auf einem Polrad angeordneten Polsegmenten, wobei die Polsegmente im Bereich ihrer Polschuhe jeweils mit einer oder mehreren Ausnehmungen versehen sind, in die mindestens ein dazu korrespondierendes Gegenstück als Befestigungselement am Polrad vorgesehen ist, wobei das Polrad aus mindestens zwei konzentrischen, scheibenförmigen Ele menten und dazu senkrecht axial verlaufenden paarweise ausgerichteten Stegen gebildet ist.

Die jeweiligen Polsegmente werden nunmehr im Polschuhbereich mit einer oder mehreren Ausnehmungen vorteilhafterweise Bohrungen versehen, in der ein dazu passendes Gegenelement, also eine negative Form dieser Ausnehmung, z.B. eine Schraube als Befestigungselement vorgesehen werden ist.

Das Polrad ist vorteilhafterweise durch mindestens zwei im wesentlichen konzentrischen Scheiben und axial verlaufenden paarweise ausgerichteten Stegen aufgebaut. An diesen Stegen setzen die Befestigungselemente für die Polsegmente an und werden über dementsprechende Schraubverbindungen mit dem Polsegment verbunden. Dabei reichen die Schrauben bis in das Poleisen der Polsegmente. Falls die Poleisen massiv ausgeführt sind, genügt dort eine dementsprechende Gewindebohrung um das Polsegment am Polrad zu fixieren.

Ist das Poleisen geblecht ausgeführt, ist zumindest die Schraube an ihrem Ende hohl ausgeführt und weist dort ein Innengewinde auf, in das eine weitere Schraube gekontert wird, die damit das Polsegment an den Stegen fixiert.

Entsprechend der mechanischen und elektrischen Belastungen der permanenterregte Synchronmaschine werden dabei ein oder mehrere Formstücke zur Halterung an den Stegen verwendet.

Durch diese Verbindung, die als Klemmverbindung ausgeführt ist, werden nunmehr die Polsegmente am Polrad positioniert und fixiert. Die Formstücke dienen nunmehr gleichzeitig auch als Führungselement, um die Polsegmente im Fall einer Demontage gezielt axial vom Polrad zu ziehen zu können.

Die auf dem Polsegment angeordneten Permanentmagnete sind dabei so angeordnet, dass sie einen Einzelpol oder mehrere magnetische Pole pro Polsegment bilden, die zum Luftspalt der permanenterregten Synchronmaschine weisen.

Es können aber auch mehrere nebeneinander liegende Polsegmente mit gleicher Ausrichtung ihrer Permanentmagnete zusammen einen magnetischen Pol bilden.

Die Polsegmente weisen dabei Permanentmagnete an der Oberfläche auf, die durch einen speziellen Kleber und/oder einer Bandage als mechanischen Schutz gegen die Fliehkräfte in ihrer Position gehalten werden.

Des Weiteren sind Magnetanordnungen vorgesehen, die als Flusskonzentrationsanordnung bezeichnet werden, dabei sind die Permanentmagnete V-förmig in ihrem Poleisen angeordnet. Das Poleisen besteht aus gestanztem oder gelaserten Blech, das als Elektroblech oder Stahlblech ausgebildet sein kann.

Jedes Polsegment weist in radialer Richtung bzgl. der Achse der permanenterregten Synchronmaschine vorteilhafte Gewindebohrungen auf, so dass durch eine dementsprechend geartete Schrauben und zusammen mit einem Befestigungselement das Polsegment auf den Stegen des Polrades fixiert und positioniert wird.

Vorteilhafterweise wird dadurch die mechanische Bearbeitung des Polrades vereinfacht, da keine Fräsbearbeitung für die Kontur des Polfußes erforderlich ist. Fertigungszeit und Kosten werden dadurch erheblich reduziert. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Gegenelementes als Führungsleiste wird eine Montage und Demontage der Polsegmente auch vor Ort wesentlich erleichtert.

Durch Aufbringen einer Teilbandage auf die Polsegmente, insbesondere bei Permanentmagneten an der Oberfläche, ist ein zuverlässiger Schutz gegen abplatzende Magnetteilchen, die bei der Montage oder im Betrieb eine schädigende Wirkung haben könnten, gewährleistet.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand schematisch dargestellter Ausfüh rungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Teillängsschnitt einer permanenterregten Synchronmaschine,
2 einen Teilquerschnitt einer permanenterregten Synchronmaschine,
3 eine weitere Ausführungsform, die in einem Teilquerschnitt dargestellt ist.
1 zeigt in einem Teillängsschnitt eine permanenterregte Synchronmaschine 1 mit einem Stator 2, wobei der Stator 2 mehrere axial hintereinander angeordneten Blechpakete 4 aufweist, die voneinander in axialer Richtung beabstandet sind, so dass sich radiale Luftschlitze 3 einstellen. In Nuten 14 dieses Stators 2 befindet sich ein Wicklungssystem, das an den Stirnseiten des Stators 2 einen Wickelkopf 5 ausbildet.
Ein Rotor 6 wird durch ein Polrad 7 und daran angeordnete Polsegmente 22 gebildet. Die Polsegmente 22 sind, wie insbesondere in den nächsten Figuren näher dargestellt, über Befestigungsmittel 11 und 10 an axial verlaufenden Stegen 8 des Polrades 7 befestigt. Die Stege 8 bilden dabei vorteilhafterweise eine Führungsschiene 16 über die die Posegmente 22 einfach montierbar sind. Das Polsegment 22 selbst weist in oder am Poleisen 13 angeordnete Permanentmagnete 12 auf.
Das Polrad 7 weist zumindest zwei konzentrische Scheiben 23 auf, an denen die axial verlaufende Stege 8 angebracht sind, wobei die Stege 8 vorteilhafterweise paarweise ausgerichtet sind. Ein Pol des Rotors 6 weist in axialer Richtung und gegebenenfalls in Umfangsrichtung mehrere Polsegmente 22 auf, die durch mindestens ein oder mehrere Befestigungsmittel 10, 11 am Polrad 7 fixiert sind.
Die Polsegmente 22 sind vorteilhafterweise durch Schlitze 9 getrennt, so dass sich ein radialer Luftstrom zur Kühlung der Polsegmente 22 einstellen kann. Vorteilhafterweise liegen die Schlitze 9 und die Luftschlitze 3 des Stators 2 radial übereinander, so dass sich ein radialer Kühlluftstrom über den gesamten Radius der permanenterregten Synchronmaschine 1 einstellen kann.
2 zeigt in einem Teilquerschnitt eine permanenterregte Synchronmaschine 1 mit einem Blech 4 des Stators 2 mit prinzipiell dargestellten Nuten 14, die offen ausgeführt sind. Aus Übersichtsgründen wurde die Wicklung nicht in die Nuten 14 eingezeichnet. Dem Stator 2 gegenüber befinden sich in dieser Darstellung drei Polsegmente 22, die jeweils durch ihre Befestigungsmittel 10 und ein Befestigungselement 11 an dem Polrad 7 bzw. an den Stegen 8 fixiert sind. Die Polsegmente 22 weisen dabei Permanentmagneten 12 auf, die auf einem Poleisen 13 angeordnet sind; es liegen somit also Oberflächenmagnete vor.
Die Fixierung der Permanentmagnete 12 auf dem Poleisen 13 kann durch speziellen Kleber und/oder durch eine Bandage 18 erfolgen, die dann zusätzlich über geeignete Befestigungen 20 z.B. Schraubenverbindungen mit dem Poleisen 13 verbunden ist.
Damit ist auch bei Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine 1 und dementsprechenden Fliehkräften eine ausreichende Halterung der Permanentmagnete 12 gewährleistet. Zwischen den Permanentmagneten 12 befinden sich in vorteilhafter Weise Füllstücke 17, die entweder geblecht oder als Kunststoffteil ausgeführt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform sind insbesondere die Permanentmagnete 12 in V- bzw. W-förmiger Anordnung im Poleisen 13 angeordnet. Die Permanentmagnete 12 werden ggf. durch separate Trennelemente 25 oder durch bereits im Poleisen 13 vorgesehene Trennelemente 25, die z.B. als Steg ausgeführt sind unterteilt. Damit lassen sich u.a. Wirbelströme in en Permanentmagneten 12 reduzieren.
Durch diese Anordnung lässt sich eine erhöhte Magnetflussdichte im Luftspalt 15 der permanenterregten Synchronmaschine 1 erreichen. Die Befestigung der Polsegmente 22 erfolgt wie im vorigen Ausführungsbeispiel durch Schrauben 10, die über Befestigungselemente 11 die Polsegmente 22 an den Stegen 8 fixieren. Dabei sind insbesondere in die massiven Poleisen 13 Gewinde 19 eingeschnitten, so dass eine ausreichende Fixierung und Positionierung gewährleistet ist.
Die separaten Pole, die aus mehreren Polsegmenten 22 gebildet werden, sind dabei jeweils in Ausnehmungen 24 der konzentrischen Scheiben 23 des Polrades 7 angeordnet.
Ein derartiger erfindungsgemäßer Aufbau eines permanentmagneterregten Synchronmotors 1 eignet sich insbesondere für langsam laufende Synchronmaschinen, wie sie bei langsam drehenden Windkraftanlagen oder Mühlenantrieben eingesetzt werden.

Claims

Permanenterregter Synchronmaschine (1) mit einem Stator (2), der ein Wicklungssystem aufweist, mit auf einem Polrad (7) angeordneten Polsegmenten (22), wobei die Polsegmente (22) im Bereich ihrer Polschuhe jeweils mit einer oder mehreren Ausnehmungen versehen sind, in die mindestens ein dazu korrespondierendes Gegenstück als Befestigungselement am Polrad (7) vorgesehen ist, wobei das Polrad (7) aus mindestens zwei konzentrischen, scheibenförmigen Elementen (23) und dazu senkrecht axial verlaufenden paarweise ausgerichteten Stegen (8) gebildet ist.
Permanenterregte Synchronmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Polsegmente (22) Permanentmagnete (12) aufweisen.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (12) in oder auf einem Poleisen (13) angeordnet sind, derart, dass sich ein magnetischer Rückschluss der Permanentmagnete (12) über das Poleisen (13) des Polrades (7) bildet.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (12) tangential oder in Flusskonzentrationsanordnung ausgerichtet sind.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetischer Pol zumindest ein Polsegment (22) mit zumindest einem Permanentmagneten (12) aufweist.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polsegmente (22) durch Führungsschienen (16) geführt sind, die durch die Stege (8) gebildet werden.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenräumen zwischen den Permanentmagneten (12) eines Polsegments (22) Füllelemente (17) vorhanden sind.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole in axialer Richtung unterteilt sind, derart, dass sich zwischen den Polsegmenten (22) radiale Schlitze (9) einstellen.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schlitze (9) des Polrades (7) mit Luftschlitzen (3) des Blechpakets (4) des Stators (2) korrespondieren, derart, dass ein radialer Luftstrom ausgehend vom Polrad (7) über den Luftspalt (15) und das Blechpaket (4) des Stators (2) einstellbar ist.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (12) an der Oberfläche des Poleisens (13) durch eine Bandage (18) gesichert sind.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Poleisen (13) gelaserte oder gestanzte Bleche aufweist.
Permanenterregte Synchronmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in Windkraftanlagen oder Rohrmühlen.