DE1043488B

DE1043488B - Synchronmaschine mit Vollpollaeufer

Info

Publication number: DE1043488B
Application number: DES48442A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Massar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-04-24
Filing date: 1956-04-24
Publication date: 1958-11-13

Description

Synchronmaschine mit Vollpolläufer Es ist bekannt, bei Reaktionsmaschinen, insbesondere bei kleinen Reaktionsmotoren, das Reaktionsmoment dadurch zu vergrößeren, daß man den Läufer aus Schichten von magnetisierbarem und nichtmagnetisierbarem Material aufbaut, derart, daß die Schichten in Richtung des Längsflusses verlaufen, während in Richtung des Querflusses infolge der hintereinandergeschalteten nichtmagnetisierbaren Schichten die magnetische Leitfähigkeit stark herabgesetzt ist. Derartige Reaktionsmaschinen benötigen im Nennbetrieb einen weit geringeren Blindstrom als Maschinen, bei denen aus einem Kurzschlußläufer normaler Bauart Pollücken ausgefräst sind.
So ist bei einem bekannten Synchronmotor ein Teil des quer zur Achsrichtung geschichteten Rotorblechpaketes zweipolig ausgefräst, während der andere Teil einen Kurzschlußkäfig besitzt. Zur weiteren Verbesserung der synchronen Eigenschaften besteht das ausgefräste Paket aus permanentmagnetischen Blechen, so daß eine Art Permanentmagnet geschaffen wird. Obwohl hierdurch eine Verringerung des Blindstrombedarfes erreicht wird, fehlt die zur Steigerung des Drehmomentes erwünschte Unterdrückung des Querflusses, da die Bleche nicht quer zur Richtung des Querflusses, sondern in Querflußrichtung liegen. Motoren mit ausgefrästen Pollücken sind bei weitem nicht so hoch überlastbar wie die zu Anfang erwähnten Maschinen mit achsparallel geschichtetem Blechpaket.
In vielen Fällen, besonders wenn eine größere Zahl kleiner synchronlaufender Motoren durch einen gemeinsamen Generator gespeist werden, ist es erwünscht, den Blindstrombedarf noch weiter herabzusetzen und unter Umständen sogar dem Motor mit voreilendem Leistungsfaktor zu betreiben. Der Motor soll dabei im allgemeinen in der Lage sein, asynchron hochzulaufen und leicht in den Synchronismus zu treten, sofern die Last klein ist. Die Verwendung derartiger Motoren bei etwa cos 9 = 1 gestattet es, eine sehr viel kleinere Generatortype als sonst zu verwenden, und zwar infolge der Entlastung von Blindleistung durch die Motoren. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Schichtung in der Polbogenzone ausgespart und in der Aussparung mindestens ein Dauermagnet in Schichtrichtung angeordnet ist. Zweckmäßig wird der Querschnitt des Magneten bei zweipoligen Maschinen etwa gleich der Wellenstärke bemessen. Die Welle führt man aus konstruktiven Gründen durch den Läufer hindurch und verzichtet auf eine Schichtung im Mittelteil des Läufers.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch das Polrad, Fig. 2 die magnetische Feldverteilung über dem abgewickelten Polbogen.
Der Polradkörper nach Fig. 1 besteht aus dem in der Aussparung des Polbogens befindlichen Dauermagneten 1 und den beiderseitig des Magneten anliegenden Blechpaketen, die aus miteinander abwechselnden magnetisierbaren Blechen 2 und nichtmagnetisierbaren Blechen 3 bestehen. Die nichtmagnetisierbaren Schichten 3 liegen zu beiden Seiten des Dauermagneten an diesem an. Gestrichelt eingezeichnet sind die Magnetflüsse 4, 5, 6.
Die Dichte des Polflusses entspricht der Verteilungskurve in Fig. 2. Die Grundwelle dieses Polflusses ist durch die Kurve 7 dargestellt. Die Größe des Querflusses 0q und die zugeordnete Durchflutungskurve Oq ist in dieser Figur gestrichelt eingezeichnet. In der Polmitte liegt die Magnetinduktion 4 wesentlich höher als am Rand, weil infolge der geringen magnetischen Leitfähigkeit des gewählten modernen Magnetmaterials die am Rand herrschenden magnetischen Verhältnisse sich in der Polmitte nur sehr vermindert auswirken.
Nach Fig. 1 kann sich der Magnetfluß zwar teilweise im Läufer selbst schließen, wie durch die Linie 5 angedeutet ist, doch stellt dies keineswegs einen magnetischen Kurzschluß dar, da die benachbarten unmagnetischen Schichten dies verhindern. Der auftretende magnetische Spannungsabfall steht an den Rändern des Magneten als Durchflutung für den Luftspalt zur Verfügung: Bei der Konstruktion können durch Veränderung der Stärke der dem Magneten benachbarten Schichten, insbesondere der unmagnetischen, und Veränderung des Stärkeverhältnisses zum Luftspalt der Polfluß und die Eigenschaften der Maschine weitgehend den speziellen Erfordernissen angepaßt werden. Ferner verhindert das Magnetmaterial infolge des erwähnten geringen magnetischen Leitwertes zugleich auch in der Dauermagnetzone eine starke Ausbildung des Querflusses und ersetzt damit dort die Schichtung. Das Bestehen eines magnetischen Nebenweges (Linie 6 in Fig. 1) ermöglicht den asynchronen Hochlauf des Motors, ohne daß der vom Ständer erregte Drehfluß, der in diesem Falle über den Läufer hinwegläuft, durch den Dauermagneten hindurchtritt, wobei er letzteren entmagnetisieren würde.
Konstruktiv kann dieser Nebenweg leicht so bemessen werden, daß brauchbare Hochlauf- und Synchronisiereigenschaften erzielt werden und trotzdem noch ein genügend großes Polfeld besteht, um im Synchronismus eine wesentliche Verbesserung des Leistungsfaktors zu erzielen.
Fertigungstechnisch besitzt die beschriebene Anordnung den besonderen Vorteil, daß sie vollständig in Leichtmetall oder Messing eingegossen werden kann. Das Vergußmaterial kann stirnseitig überstehen und verbindet die unmagnetischen Schichten zu einem vollständigen Käfig. Dadurch wird zugleich die mechanische Festigkeit des gesamten Läufers erhöht.
Da im Gegensatz zu der üblichen Ausführung von Reaktionsmotoren, bei denen Pollücken aus dem Läufer herausgefräst sind, keine direkte Abhängigkeit zwischen Reaktionsmoment und Größe des Luftspalts besteht, kann letztere kleiner gewählt und der Erregerbedarf stark verringert werden.
Schon bei einem verhältnismäßig niedrigen Wert der Dauermagneterregung, der nur halb so groß ist wie der, den ein Reaktionsmotor ohne Schichtung bei Erregung durch einen Dauermagneten im Läufer benötigen würde, wird bereits ein Leistungsfaktor cos c =1,0 bei gleicher mechanischer Belastung erreicht. Unter den getroffenen Voraussetzungen gelingt dies aber mit einem kleineren Modell und mit einer weit höheren Überlastbarkeit als mit den bekannten Maschinenausführungen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Synchronmaschine mit Vollpolläufer, bei der der wicklungslose Läufer aus miteinander abwechselnden magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtung in der Polbogenzone ausgespart und in der Aussparung mindestens ein Dauermagnet in Schichtrichtung angeordnet ist.
2. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtung beiderseits des Dauermagneten mit einer nichtmagnetisierbaren Schicht an diesem anliegt.
3. Synchronmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer vollständig in ein leitendes, unmagnetisches Material, z. B. Leichtmetall, Messing od. dgl., eingegossen ist und die stirnseitig überstehenden Vergußteile zu einem Kurzschlußkäfig verbunden sind. _ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 535 378,-871 183.