DE10217804A1 - Elektrische Synchronmaschine mit Rotoren in Sammlerbauweise und Statoren mit Konzentratorwirkung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Weiterbildung von elektrischen Synchronmaschinen mit Rotoren in Sammlerbauweise und Statoren mit Konzentratorwirkung.
• Maschinen mit gattungsgemäßen Merkmalen wie hohe Leistungsdichte und geringer Materialaufwand sowie günstigen Regelungseigenschaften sind als Maschinen mit transversaler Flußführung aus Veröffentlichungen bekannt.
• Gemeinsames Kennzeichen dieser Maschinen ist eine ringförmig um die Maschinenachse angeordnete Wicklung.
• Der wirtschaftlichen Nutzung dieser Prinzip-bedingten Vorteile stehen bisher die relativ hohen Herstellkosten entgegen, die wesentlich aus der Vielzahl von Einzelteilen und geringen zulässigen Fertigungstoleranzen resultieren.
• Aufgrund der Anordnung der Wicklung werden entsprechende Maschinen vorzugsweise nur zweisträngig ausgeführt, was die Verwendung der preiswert verfügbaren üblichen dreisphasigen Steuergeräte ausschließt.
• Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Weiterbildung entsprechender Maschinen mit dem Ziel ihrer kostengünstigen Herstellung.
• Das erfindungsgemäße Ausführungsprinzip ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Die weiteren Figuren zeigen die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips anhand verschiedener Ausführungsbeispiele.
• Grundlage der Maschine ist eine Anordnung eines glochenförmigen Läufers mit einer Aneinanderreihung im Wechsel von Permanetmagneten und eisenhaltigen Sammelelementen zu einem endlosen Ring (1), der in einem Ringspalt rotieren kann, der durch ein inneres und ein äußeres Statorelement gebildet wird, die jeweils mit Polzähnen auf magnetische Gegenpole des Rotors weisen und von denen mindestens ein Statorelement zwei oder mehr in gleichmäßiger Teilung am Umfang angeordnete Strangwicklungen trägt, die jeweils gleichgerichtetete Polgruppen gleichmäßiger Zahnteilung konzentrierend umfassen. Die Polteilung und die Anzahl der Statorzähne und Gruppen ist so gewählt, dass zwischen den Strängen ein deren Anzahl entsprechender Phasenversatz entsteht.
• In der Grundausführung besteht die Maschine aus einer einseitig gelagerten Rotorglocke und ebenen Statorblechpacketen.
• Drei Strangwicklungen sind um die Polgruppen am inneren oder äußeren Blechpacket im Bereich des konzentrierten Flusses durch den in diesem Bereich vorzugsweise mit quadratischem Querschnitt ausgeführten Stator angebracht.
• Größere dreisträngige Maschinen können auch 6 oder 9 Strangwicklungen am Umfang enthalten.
• Mit einem einzigen Rotor ist eine beliebige Strangzahl ist möglich.
• Durch den gemeinsamen Rotor und die Ausführung des Stators aus Stanzteilen ist eine sehr wirtschaftliche Fertigung möglich.
• Durch die Konzentration des Flusses in einem annähernd kreisförmigem Querschnitt ergeben sich Spulen mit minimaler Leiterlänge und hohe spezifische Durchflutung, woraus geringe Verluste und hohe Leistungsdichte resultieren.
• Für größere Maschinen, kann eine doppelt symmetrische Anordnung vorteilhaft sein. Eine Maschine wird dabei aus zwei gekoppelten Maschinen gebildet, deren Fluß in den inneren oder äußeren Statorteilen durch axiale Flußführung gekoppelt ist.
• Der Rotor besteht dann aus zwei Ringen, die vorzugsweise an einer zentralen Scheibe befestigt sind und eine doppelte Glocke bilden.
• Die axialen Flußleiter bestehen vorzugsweise aus Abschnitten von Schnittbandkernen, welche die einzelnen Polzähne bilden oder die gezahnte Polschuhe aus gestanzten Blechpacketen, die den Fluß auf den axialen Flußleiter konzentrieren, miteinander verbinden. Die Strangwicklung ist vorzugsweise mit Quadratischem Querschnitt jeweils um den Bereich des konzentrierten Flusses geführt.
• Bei den beschriebenen Doppelanordnungen besteht bei Bedarf eine einfache Möglichkeit, die Erregung zu steuern, indem ein Statorteil innerhalb der Polteilung um die Maschinenachse mechanisch verdreht wird. Das Statorteil auf einer Seite ist dazu entsprechend zu lagern und mechanisch mit einem geeigneten Stellantrieb zu verbinden.
• Fig. 1 und 2 zeigen den ringförmigen Rotor (3) mit einseitiger Lagerung (6), der in dem durch die Statorbleche (1) und (2) gebildeteten Ringspalt rotieren kann.
• Im Rotorring sind im stetigen Wechsel und mit gleichmäßiger Teilung Permanentmagnete und Flußleitstücke so angeordnet, dass die Flußleitststück abwechselnde magnetische Pole bilden. Die Satorblechen weisen am Umfang jeweils drei Gruppen von Polzähne auf, deren Teilung der zweifachen des Rotors entspricht, also jeweils gleichnamige Pole erfasst werden mit jeweils einem Gegenpol des Rotors in der Zahnlücke. Am inneren Statorblech wird der Fluss einer Polgruppe jeweils zum Zentrum hin konzentriert und durch eine Spule (3) umfasst.
• Das Blechpacket hat im Zentrum der Spule annähernd quadratischen Querschnitt. Das äußere Blechpaket hat dem inneren Paket im eine Polteilung versetzt gegenüberliegend entsprechende Zahngruppen. Durch den Versatz um den Phasenwinkel entsteht zwischen den Zahngruppen jeweils ein Doppelzahn. Die unerwünschte Reluktanzwirkung dies Zahnes kann durch einen gegenüber den anderen Zähnen vergrößerten Luftspalt gemindert werden. Eine Einbettung dir Strangspulen sind in entprechende Taschen des Gehäuses (8) verbessert die Wärmeableitung.
• Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Symmetrische Doppelanordnung mit doppelt Glockenförmigem Rotor 10, Strangspulen auf den inneren ebenen Blechpaketen und anstelle des äußeren Statorblechpaketes axialen Flußleitern (9) die aus halbierten Schnittbandkernen bestehen, die den Fluß jedes Polzahnes axial auf die Gegenseite spiegeln.
• Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Doppelanordnung.
• Hier wird auf jeder Seite in einem inneren Blechpaket der Fluß tangential geführt.
• Jede Strangwicklung befindet sich auf einem axialen Flußleiter, der jeweils Polschuhe mit den Polzähnen von einer Seite zu gegenüberliegenden verbindet.
• Hier wird der Fluß von den mit Zähnen gestanzten Polschuhen konzentriert auf den Schnittbandkern geleitet.
• Die Polschuhe sind an den Lagerschilden befestigt, die mit Säulen verschraubt das Gehäuse bilden. Schnittbandkerne mit den Spulen werden von außen in die Aussparungen der Polschuhe eingeschoben. Der Fluß kann Stirnseitig und seitlich in von den Polschuhen in den Schnittbandkern eintreten.

Claims (6)

1. Elektrische Synchronmaschine mit Rotoren in Sammlerbauweise und Statoren mit Konzentratorwirkung mit einer Anordnung eines glockenförmigen Läufers mit einer Aneinanderreihung im Wechsel von Permanetmagneten und eisenhaltigen Sammelelementen zu einem endlosen Ring, der in einem Ringspalt rotieren kann, der durch ein inneres und ein äußeres Statorelement gebildet wird, das jeweils mit Polzähnen auf gleichgerichtete magnetische Gegenpole des Rotors weist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins der einem (einzigen) Rotorring zugeordneten Statorelemente zwei oder mehr in gleichmäßiger Teilung am Umfang angeordnete Strangwicklungen trägt, die jeweils gleichgerichtetete Polgruppen gleichmäßiger Zahnteilung konzentrierend umfassen wobei die Polteilung und die Anzahl der Statorzähne und Gruppen ist so gewählt ist, dass zwischen den Strängen ein deren Anzahl entsprechender Phasenversatz entsteht.

2. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1 in der Grundausführung bestehend aus einer einseitig gelagerten Rotorglocke, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei ebenen Statorblechpacketen und der Anordnung von drei Strangwicklungen um die Polgruppen am inneren oder äußeren Blechpacket im Bereich des konzentrierten Flusses durch den in diesem Bereich vorzugsweise mit quadratischem Querschnitt ausgeführten Stators.

3. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass größere dreisträngige Maschinen können auch 6 oder 9 Strangwicklungen am Umfang enthalten, kennzeichnend ist, dass mit einem einzigen Rotor ist eine beliebige Strangzahl möglich ist.

4. Elektrische Syncronmaschine nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine doppelt symmetrische Anordnung, wobei eine Maschine aus zwei gekoppelten Maschinen gebildet wird, deren Fluß in den inneren oder äußeren Statorteilen durch axiale Flußführung gekoppelt ist. Der Rotor besteht dann aus zwei Ringen, die vorzugsweise an einer zentralen Scheibe befestigt sind und eine doppelte Glocke bilden.

5. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Flußleiter vorzugsweise aus Abschnitten von Schnittbandkernen bestehen, welche die einzelnen Polzähne bilden oder gezahnte Polschuhe aus gestanzten Blechpacketen, die den Fluß tangential führen und auf den axialen Flußleiter konzentrieren, miteinander verbinden. Kennzeichnend ist, dass die Strangwicklung vorzugsweise mit quadratischem Querschnitt jeweils um den Bereich des konzentrierten Flusses geführt ist.

6. Elektrische Syncronmaschine nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Statorteil, vorzugsweise eines ohne Wicklungen, um die Machinenachse drehbar gelagert ist und zum Zwecke der Erregungssteuerung gegenüber den übrigen Statorteilen durch eine mechanische Stelleinrichtung verdreht werden kann.