DE10219060A1

DE10219060A1 - Electrical machine combines several single line machines stimulated by common moving element in which coupling of stimulation takes place by electrical or magnetic conductors

Info

Publication number: DE10219060A1
Application number: DE2002119060
Authority: DE
Inventors: Joern-H Schaefertoens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2003-11-13

Abstract

The electrical machine combines several single-line machines in frames arranged adjacent to each other or in series and stimulated by a common moving element. Coupling of the stimulation takes place in the moving element by electrical or magnetic conductors. The moving element has a regular arrangement sequence of stimulation magnets and flux collectors.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine die im Ständer mehrere einsträngige Maschinen räumlich neben- oder hintereinander vereint, die durch einen gemeinsamen Läufer erregt werden, wobei im Läufer eine Kopplung der Erregung durch elektrische oder magnetische Leiter erfolgt. The invention relates to an electrical machine in the stand several single-stranded machines spatially side by side or one behind the other a common runner are excited, with a coupling of the Excitation occurs through electrical or magnetic conductors.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist prinzipiell auf alle Formen der Erregung anwendbar, also auf Synchromaschinen mit Permanent Magneten und Fremderregung sowie auf Asynchronmaschinen. The arrangement according to the invention is in principle for all forms of excitation applicable, that is to synchro machines with permanent magnets and External excitation as well as on asynchronous machines.

Ebenso ist die Anwendung auf viele geometrische Varianten möglich:
Innen und Außenläufer, Glockenläufer, Scheibenläufer, Klauenpol-Läufer. It is also possible to apply it to many geometrical variants:
Inside and outside runners, bell runners, disc runners, claw pole runners.

Durch diese Bauweise ergeben sich für geeignete Anordnungen und bestimmte Anwendungsfälle folgende Vorteile:
Materialeinsparung und geringe elektrische Kupferverluste im Stator durch Vermeidung von großen Wickelköpfen, der Fluss wird konzentriert durch die Spulen im Ständer geführt. This design offers the following advantages for suitable arrangements and certain applications:
Material savings and low electrical copper losses in the stator by avoiding large winding heads, the flow is concentrated through the coils in the stator.

Hohe Feldstärken sind durch große Spulenquerschnitte möglich, dadurch sind auch geringe Verluste bei großem Luftspalt, z. B. in Spaltrohrmotoren zu erreichen. High field strengths are possible due to large coil cross-sections, which is why low losses with a large air gap, e.g. B. in canned motors.

Ein hoher Füllgrad der kompakten Wicklung, besonders bei Aufbau des Ständers aus aneinander gereihten Einzelspulen, ermöglicht Materialeinsparung oder hohe Leistungsdichte. A high degree of filling of the compact winding, especially when building the stand made up of single coils, enables material savings or high Power density.

Der Aufbau aus Einzelspulen ermöglicht die preiswerte Herstellung der Einzelspulen und geringen Verschnitt bei Stanzteilen. The construction of individual coils enables the inexpensive manufacture of the Individual spools and minimal waste on stamped parts.

Eine effektive Sammleranordnung ist bei Erregung mit Permanentmagneten möglich. Daraus ergibt sich eine optimale Ausnutzung des Magnetwerkstoffs, maximale Induktion kann auch mit Ferritmagneten erreicht werden. An effective collector arrangement is when excited with permanent magnets possible. This results in an optimal use of the magnetic material, maximum induction can also be achieved with ferrite magnets.

Die vergleichsweise kleine Polteilung ermöglicht eine hohe Leistungsdichte. The comparatively small pole pitch enables a high power density.

Bei kleiner Polteilung und elektrisch gesteuerter Erregung kann die nachteilige Streuung zwischen der Erregerpolen durch den parallelen Einsatz von Permanentmagneten innerhalb der Sammlerstruktur wirksam unterdrückt werden. With a small pole pitch and electrically controlled excitation, the disadvantageous Scattering between the excitation poles through the parallel use of Permanent magnets are effectively suppressed within the collector structure.

Die Streuung zwischen den benachbarten Statorpolen kann durch Betrieb mit relativ hoher Luftspaltinduktion minimiert werden. The scatter between the adjacent stator poles can be operated with relatively high air gap induction can be minimized.

Fig. 1 zeigt an einer linearen Struktur die prinzipielle gegenüberliegende Anordnung von zwei Ständer-Strängen mit einem gemeinsamen Sammler aus Permanetmagneten und Flußleitstücken. Fig. 1 shows a linear structure, the principle opposite arrangement of two stator strands with a common collector of permanent magnets and flux guide pieces.

Sind die zwei Stränge um 90° Phasenwinkel gegeneinander versetzt, bleibt die Induktion der Erregung annähernd konstant. If the two strands are offset by 90 ° phase angle, the remains Induction of excitation almost constant.

Fig. 2 zeigt die gleiche Situation für eine Asynchronmaschine mit Kopplung der Erregung durch eine Vielzahl von Flussleitstücken im Läufer. Fig. 2 shows the same situation for an asynchronous machine with coupling of the excitation by a plurality of flux guide pieces in the rotor.

Fig. 3 zeigt die Übertragung des Prinzips auf einen rotierenden Läufer. Fig. 3 shows the transfer of the principle to a rotating rotor.

Fig. 4 zeigt einen permanent-magnetisch erregten Innenläufer, dessen Flussleiter den Erregerfluss auf zwei nebeneinander angeordnete Sänderstränge verteilt. Die Energie der relativ großvolumigen Magnete wird in den keilförmigen Flußleitern zwischen den Magneten gesammelt und wedelt in den Flußleitern im Wechsel von einem Strang zum andern.
Durch Einsatz von Ferritmagneten und gesinterten Flusleitern können Wirbelströme im Läufer fast vollständig unterbunden werden. Fig. 4 shows a permanent-magnetically excited inner rotor whose flux guide distributes the excitation flux on two juxtaposed Sänderstränge. The energy of the relatively large-volume magnets is collected in the wedge-shaped flux conductors between the magnets and alternates in the flux conductors from one strand to the other.
By using ferrite magnets and sintered flux conductors, eddy currents in the rotor can be almost completely prevented.

Fig. 5 zeigt die adäquate Anordnung für eine Asynchronmaschine.
Hier findet die Kopplung der Erregung durch die elektrischen Leiter statt, die außen an den Läuferscheiben durch einen Kurzschlussring verbunden sind und deren Strom also immer beide Läuferscheiben gleichzeitig durchflutet. Fig. 5 shows the adequate arrangement for an asynchronous machine.
This is where the excitation is coupled by the electrical conductors, which are connected to the outside of the rotor disks by a short-circuit ring and whose current therefore flows through both rotor disks at the same time.

Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit der elektrischen Kopplung der Erregerspulen für elektrisch erregte Synchromaschinen mit Klauenpol-Läufer. Fig. 6 shows a possibility of electrical coupling of the excitation coils for electrically excited synchro machines with claw-pole rotor.

Fig. 7 zeigt ebenfalls eine Anordnung mit Klauenpol-Läufer. Hier findet die Kopplung jedoch in den Polklauen, also durch Flussleiter statt.
Dieses Beispiel zeigt außerdem die Anordnung von Permanentmagneten zwischen den Polklauen. Die Magnete sperren den Streupfad zwischen den Polklauen. Ohne elektrische Erregung wird der magnetische Kreis durch den zentralen Kern geschlossen und der Ständer durch den Luftspalt nur in geringem Maße erregt. Durch eine zusätzliche elektrische Erregung wird der Kern des Läufers in die Sättigung gebracht und der Erregerfluss durch den Ständer geleitet. Das Ausführungsbeispiel eignet sich als Bordgenerator für Kraftwagen. Fig. 7 also shows an arrangement with claw-pole rotor. Here, however, the coupling takes place in the pole claws, i.e. by means of a river conductor.
This example also shows the arrangement of permanent magnets between the pole claws. The magnets block the scattering path between the pole claws. Without electrical excitation, the magnetic circuit is closed by the central core and the stand is only slightly excited by the air gap. An additional electrical excitation brings the core of the rotor into saturation and the excitation flow is conducted through the stator. The embodiment is suitable as an on-board generator for motor vehicles.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung bei der der Ständer aus zwei ringförmigen Reihen von U-förmigen Flußleitern gebildet wird, die auf einen scheibenförmigen Läufer wirken. Dieses Beispiel zeigt eine 3-strängige Ausführung der Ständer, deren Flußleiter aus kornorientierten Schnittbandkernen besteht.
Der Läufer hat einzelne Erregerspulen deren Fluss beidseitig durch die Sammler auf die Ständer verteilt werden. Zwischen den Sammlern können Permanentmagnete für die Sperrung des Streuflusses angebracht werden.
Die Struktur des Läufers kann durch die scheibenförmige Ausbildung mit einer Ringbandage aus Faserverbundwerkstoff für höchste Drehzahlen stabilisiert werden. Fig. 8 shows an arrangement in which the stand is formed from two annular rows of U-shaped flux conductors which act on a disc-shaped rotor. This example shows a 3-strand version of the stand, the flow conductor of which consists of grain-oriented cutting tape cores.
The runner has individual excitation coils whose flow is distributed on both sides by the collectors on the stands. Permanent magnets for blocking the leakage flow can be attached between the collectors.
The structure of the rotor can be stabilized by the disc-shaped design with a ring bandage made of fiber composite material for the highest speeds.

Claims

1. Electrical machine that spatially combines several single-strand machines side by side or one behind the other, which are excited by a common rotor, characterized in that the excitation is coupled by electrical or magnetic conductors in the rotor.

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that in the rotor Machine a regular sequence of excitation magnets and flux collectors between the stator strands is arranged so that the same area in every relative position Cross section of iron is flooded.

3. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the flux Collectors at the same time form the claws of a claw pole runner, which is turned around by a coil the central core is excited.

4. Electrical machine according to claim 1 and 3, characterized in that between the claws of the claw pole rotor permanent magnets are arranged, the Counteract the stray flux between the pole claws.

5. Electrical machine according to claim 1, characterized in that in the rotor one after the other a series of H-shaped river conductors, each with the central yoke of the H wrapping coil is arranged, one during the relative movement constant between the rotor and the stand through the central yoke of the river guide Alternately direct the excitation flow to the U-shaped flux conductor of the stator, which is on both sides the pole legs of the runner and preferably offset to a three-strand Arrangement are arranged opposite one another.

6. Electrical machine according to claim 5, characterized in that the Excitation flux in the rotor with a permanent magnet instead of the yoke Excitation coil is generated.

7. Electrical machine according to claim 5 and 6, characterized in that between the flux conductors of the rotor permanent magnets are arranged, which the exciter Counteract stray flux between the river conductors.

8. Electrical machine according to claim 1, characterized in that in the rotor according to the number of coils arranged side by side in the stator are present that are short-circuited to each other in series or in parallel.

9. Electrical machine according to claim 1, characterized in that two strands, offset from each other by half the pole pitch and by a rotor Short-circuit cage are arranged separately opposite.

10. Electrical machine according to claim 1, characterized in that at least two strands in the stator with poles axially offset by the phase angle side by side and opposite one another over the entire axial length of the stand extending rotor with short-circuit cage are arranged.