DE1174415B

DE1174415B - Electric axial air gap machine

Info

Publication number: DE1174415B
Application number: DES75135A
Authority: DE
Original assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Current assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Priority date: 1960-08-03
Filing date: 1961-08-02
Publication date: 1964-07-23

Description

Elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Axialluftspaltmaschine mit einem.scheibenförmigen Anker, der eine Wicklung aus Flachleitern trägt, deren aktive Spulenseiten eine ringförinige Fläche auf der Ankerscheibe bedecken, an die sich innen und außen ringfönnige Flächen anschließen, die von den Wickelkopfabschnitten der Wicklungsleiter bedeckt sind, und mit einem der Ankerscheibe gegenüberliegenden Erregerpolkranz mit permanenter Magnetisierung.Electric axial air gap machine The invention relates to an electric axial air gap machine with a disk-shaped armature, which has a Winding made of flat conductors, the active coil sides of which have an annular surface cover on the armature disk, to which the inside and outside ring-shaped surfaces adjoin, which are covered by the end winding sections of the winding conductors, and with a the exciter pole ring opposite the armature disk with permanent magnetization.

Bei bekannten Maschinen dieser Art hat der Erregerpolkranz im wesentlichen die Ausdehnung der von den aktiven Spulenseiten bedeckten ringförinigen Fläche, da ein Magnetfeld in den von den Wickelkopfabschnitten bedeckten Flächen nutzlos oder sogar nachteilig wäre. Daher kann nur ein Teil der radialen Ausdehnung der Maschine zur Unterbringung der permanenten Erregerpole ausgenutzt werden, und das erzeugte Magnetfeld ist entsprechend begrenzt.In known machines of this type, the exciter pole ring essentially has the extension of the ring-shaped surface covered by the active coil sides, since a magnetic field in the areas covered by the end winding sections is useless or even disadvantageous. Therefore, only part of the radial expansion of the Machine to accommodate the permanent exciter poles are used, and that generated magnetic field is limited accordingly.

Die Erregerpole können hierbei getrennte Permanentmagnete sein, die mit abwechselnder Polung in einem Kranz angeordnet sind und ausgeprägte Pole darstellen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei derartigen Maschinen Ringe aus hartem Ferrit zu verwenden, in welche die Magnetpole durch remanente Magnetisierung »eingeprägt« sind; es wurde aber festgestellt, daß diese Lösung zwar im Hinblick auf die größere Einfachheit vorteilhaft ist, aber sehr schnell zu einer Grenze führt, wenn es erwünscht ist, die Leistung und den energetischen Wirkungsgrad der Maschinen zu vergrößern, weil der Nutzfluß in dem Luftspalt nicht ausreicht.The exciter poles can be separate permanent magnets are arranged with alternating polarity in a wreath and represent pronounced poles. It has also already been proposed, in such machines, rings made of hard To use ferrite, in which the magnetic poles are "impressed" by remanent magnetization are; but it was found that this solution, although with regard to the larger Simplicity is beneficial, but leads to a limit very quickly if so desired is to increase the performance and the energetic efficiency of the machines, because the useful flow in the air gap is insufficient.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Axialluftspaltmaschine der eingangs angegebenen Art, bei welcher unter sonst gleichen Bedingungen ein wesentlich stärkerer Nutzfluß im Bereich der aktiven Spulenseiten erzeugt werden kann.The aim of the invention is to create an axial air gap machine of the type specified at the outset, in which, all other things being equal, a material stronger useful flux can be generated in the area of the active coil sides.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an dem Erregerpolkranz, der sich in radialer Richtung mindestens über die gleiche Höhe wie die Ankerscheibe erstreckt, massive Polschuhe angebracht sind, die sich zur Ankerscheibe hin wenigstens in radialer Richtung allmählich derart verjüngen, daß ihre Polflächen im wesentlichen die gleiche radiale Erstreckung wie die von den aktiven Spulenseiten bedeckte ringförmige Fläche haben.According to the invention, this is achieved in that on the exciter pole ring, which extends in the radial direction at least over the same height as the armature disk extends, massive pole pieces are attached, which extend towards the armature disk at least gradually taper in the radial direction in such a way that their pole faces are essentially the same radial extent as the annular covered by the active coil sides Have area.

Die Erfindung ermöglicht es, den bisher nicht ausgenutzten Raum der Maschine zur Unterbringung der Erregermagnete mit auszunutzen. Da diese dann eine wesentlich größere radiale Erstreckung haben, können sie auch einen entsprechend stärkeren Magnetfluß erzeugen. Durch die Polschuhe wird dieser Magnetfluß auf das Gebiet der aktiven Spulenseiten konzentriert, so daß er praktisch vollständig als Nutzfluß wirkt.The invention makes it possible to use the previously unused space To use the machine to accommodate the exciter magnets. Since this is then a have a much larger radial extension, they can also have a corresponding one generate stronger magnetic flux. This magnetic flux is transmitted through the pole pieces to the Area of the active coil sides concentrated, so that it is practically completely as Effective flow acts.

Damit kann die Leistung der Maschine ohne Vergrößerung der Außenabmessungen erhöht werden. Es ist zu bemerken, daß die Verwendung von Polschuhen bei Radialluftspaltmaschinen mit Trommelanker bereits bekannt ist, um damit eine Flußkonzentration auf die nutzbaren Polflächen in der Laufrichtung des Trommelumfangs zu bewirken. Bei entsprechender Anwendung auf - eine Axialluftspaltmaschine würde diese Flußkonzentration also senkrecht zu der nach der Erfindung bewirkten Flußkonzentration liegen und eine ganz andere Wirkung als diese ergeben.In this way, the performance of the machine can be increased without increasing the external dimensions. It should be noted that the use of pole pieces in radial air gap machines with drum armatures is already known in order to bring about a concentration of flux on the usable pole faces in the running direction of the drum circumference. With appropriate application - a Axialluftspaltmaschine this flux concentration would therefore lie perpendicular to the effected according to the invention flux concentration and give a very different effect than this.

Eine Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß die permanenten Erregerpole in einen Ring aus einem magnetisch remanenten Material mit hoher Koerzitivkraft eingeprägt sind, daß die Polschuhe aus einem nichtremanenten, magrietisch weichen Material bestehen und eine der Polfläche gegenüberliegende große Grundfläche haben, mit der sie auf die Stellen des permanenten Polringes aufgesetzt sind, an denen sich die Erregerpole befinden.An embodiment of the invention is that the permanent Excitation poles in a ring made of a magnetically remanent material with high coercive force are imprinted that the pole pieces from a non-retentive, Magrietisch give way Consist of material and have a large base area opposite the pole face, with which they are placed on the places of the permanent pole ring where the exciter poles are located.

Eine andere Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß die permanenten Erregerpole in die Breitseiten von sekorförmigen Magneten aus einem remanenten Magnetmaterial mit hoher Koeizitivkraft eingeprägt sind und daß die massiven Polschuhe gleichfalls sektorförmig ausgebildet und zwischen die Erregerpolmagnete eingefügt sind. Die mit der praktischen Anwendung der Erfindung erzielte Verbesserung läßt sich aus folgendem Zahlenbeispiel erkennen: Bei einer Wicklungsscheibe mit einem Außendurchmesser von 122 mm ist die nutzbare Fläche der radialen Leiter etwa 56,5 cm2. Bei einem Ferritring mit dieser ringfönnigen Oberfläche, einem Innendurchmesser von 58 mm und einer Induktion von 2500 Gauß hat in einer achtpoligen Maschine der Magnetfluß pro Pol eine Stärke in der Größenordnung von 16 500 Gauß - CM2 (die Rechnung ergibt 1.7 700, doch muß ein gewisser Verlust berücksichtigt werden, weil sich die in das Ferrit »eingeprägten Pole nicht absolut genau aneinanderfügen). Wenn diese Oberfläche von 56,5 CM2 für die Polflächen der pyramidenförmigen Polmassen in dem Luftspalt beibehalten wird, jedoch der Außendurchmesser des Ferritringes auf 122 mm vergrößert und der Innendurchmesser auf 45 mm verringert werden, verfügt man auf diesem Ring über eine nutzbare Fläche von etwa 100 CM2, was unter den gleichen Bedingungen dann pro Pol einen Magnetfluß von etwa 25 000 Gauß - cm2 in dem Luftspalt ergibt.Another embodiment according to the invention is that the permanent exciter poles are embossed in the broad sides of secor-shaped magnets made of a remanent magnet material with high coercive force and that the solid pole shoes are also sector-shaped and inserted between the exciter pole magnets. The improvement achieved with the practical application of the invention can be seen from the following numerical example: In the case of a winding disc with an outside diameter of 122 mm, the usable area of the radial conductors is approximately 56.5 cm2. With a ferrite ring with this ring-shaped surface, an inner diameter of 58 mm and an induction of 2500 Gauss, the magnetic flux per pole in an eight-pole machine is on the order of 16 500 Gauss - CM2 (the calculation results in 1.7 700, but a certain Loss must be taken into account because the poles impressed in the ferrite »do not fit together absolutely exactly). If this surface of 56.5 cm2 for the pole faces of the pyramidal pole masses in the air gap is retained, but the outer diameter of the ferrite ring is increased to 122 mm and the inner diameter is reduced to 45 mm, then one has a usable area of about 100 on this ring CM2, which under the same conditions then results in a magnetic flux of about 25,000 Gauss - cm2 per pole in the air gap.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine nach der Erfindung ausgeführte Maschine, F i g. 2 ein typisches Ausführungsbeispiel einer gedruckten Wicklung für die Maschine und F 1 g. 1, F i g. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus der in F i g. 1 im Schnitt gezeigten Erregeranordnung, F i g. 4 eine Teilansicht ähnlich F i g. 3 von einer anderen Ausführungsform der Erregeranordnung, F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Magnetelements der Anordnung nach F i g. 4 und F i g. 6 eine perspektivische Ansicht eines Polmassenelements der Anordnung nach F i g. 4.Embodiments of the invention are shown in the drawing. In it, F i g. 1 shows an axial section through a machine designed according to the invention, FIG. 2 shows a typical embodiment of a printed winding for the machine and F 1 g. 1, Fig. 3 is a schematic illustration to explain the structure of the in FIG. 1 exciter arrangement shown in section, FIG . 4 is a partial view similar to FIG. 3 of another embodiment of the exciter arrangement, FIG . 5 is a perspective view of a magnetic element of the arrangement according to FIG . 4 and FIG. 6 is a perspective view of a pole mass element of the arrangement according to FIG . 4th

Die in F i g. 1 gezeigte Maschine ist eine Gleichstrommaschine mit einem Läufer 1, der durch eine gedruckte Wicklung der in F i g. 2 gezeigten Art gebildet ist. Der Läufer ist mittels einer Nabe 2 auf einer Welle 3 angebracht und zwischen zwei Ständerelementen eingeschlossen, von denen das eine Element 4 ein einfaches ringförmiges Magnetjoch zum Schließen des durch den Läufer 1 hindurchgehenden Flusses ist. Dieses Joch wird von einer Trägerplatte 8 getragen. Das andere Ständerelement enthält acht Erregerpole, die weiter unten noch genauer beschrieben werden.The in F i g. The machine shown in FIG. 1 is a direct current machine with a rotor 1 which is driven by a printed winding of the type shown in FIG. 2 is formed. The rotor is mounted on a shaft 3 by means of a hub 2 and is enclosed between two stator elements, one element 4 of which is a simple annular magnetic yoke for closing the flux passing through the rotor 1. This yoke is carried by a carrier plate 8 . The other stator element contains eight exciter poles, which are described in more detail below.

Bei der in Fig. 2 dargestellten doppelseitigen Wicklung enthält jeder Spulenseitenleiter in an sich bekannterWeise einen annähernd radialen und sektorförmigen mittleren Abschnitt 11, der an seinen beiden Enden durch geneigte oder gekrümmte Ab- j schnitte 12 und 13 verlängert ist, welche in Kontaktstücken 14 bzw. 15 an dem äußeren bzw. dem inneren Umfang des isolierenden Ringes enden, auf dem die Wicklung gebildet ist. Diese Kontaktstücke dienen, wie bekannt zur Herstellung der Verbindungen von der einen zur anderen Seite, beispielsweise durch Metallisierung von Löchern, die durch das Isoliermaterial und durch die Kontaktstücke hindurchgeführt sind, wodurch der elektromechanische Wicklungsverlauf vervollständigt wird, der durch die i Wahl der Neigungen der Leiterabschnitte 12 und 13 vorbereitet ist. Bei dem in F i g. 2 gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Wellenwicklung mit einundvierzig Windungen für eine Maschine mit acht Erregerpolen. Die radialen Leiterabschnitte 11 stellen die aktiven Spulenseiten dar, während die Abschnitte 12 und 13 mit den Kontaktstücken 15 und 16 die Wickelköpfe der Wicklung bilden.In the illustrated in Fig. 2 double-sided winding of each coil side conductor includes in known manner an approximately radial and sector-shaped central portion 11, the sections j at its two ends by inclined or curved waste is extended 12 and 13, which contact pieces 14 and 15 end at the outer and inner circumference of the insulating ring on which the winding is formed. As is known, these contact pieces are used to make the connections from one side to the other, for example by metallizing holes that are passed through the insulating material and through the contact pieces, whereby the electromechanical winding course is completed, which is determined by the selection of the inclinations of the conductor sections 12 and 13 is prepared. In the case of the one shown in FIG. 2 is a wave winding with forty-one turns for a machine with eight exciter poles. The radial conductor sections 11 represent the active coil sides, while the sections 12 and 13 with the contact pieces 15 and 16 form the end windings of the winding.

Der Erreger enthält einen Ring 5 aus magnetisch hartem Ferrit, (wie aus der unteren Hälfte der Halbansicht von F i g. 3 erkennbar ist) glatte Magnetpole durch eine magnetische Behandlung gebildet worden sind, die eine remanente Magnetisierung des Ferrits zur Folge hatte. Es sind z. B. acht Pole mit abwechselnder magnetischer Bezeichnung N und S auf dem Umfang einer Fläche des Ringes 5 angebracht. Die Magnetisierung erfolgt in der Querrichtung, so daß auf der Rückseite des Ringes Pole der entgegengesetzten Bezeichnung erscheinen. Auf dieser Rückseite ist ein magnetischer Rückschluß vorzugsweise eine ringförmige Jochplatte 6, angebracht. Die dein Luftspalt zugewandte Vorderseite ist mit pyramidenförmigen Polschuhen 7 versehen, deren Querschnitt in F i g. 1 erkennbar ist und deren Stirnansicht in F i g. 3 im oberen Teil der Halbansicht dargestellt ist. Durch diese Polschuhe 7 aus einem magnetisch weichen Material wird offensichtlich der Magnetfluß, für jeden Pol auf eine Luftspaltfläche begrenzt, deren nutzbare radiale Höhe der radialen Ausdehnung der aktiven Spulenseiten 11 der Wicklung von F i g. 2 entspricht. Der Erreger wird von einer Trägerplatte 10 getragen.The exciter contains a ring 5 made of magnetically hard ferrite, (as can be seen from the lower half of the half-view of FIG . 3 ) smooth magnetic poles have been formed by a magnetic treatment which resulted in a remanent magnetization of the ferrite. There are z. B. eight poles with alternating magnetic designations N and S are attached to the circumference of a surface of the ring 5. The magnetization takes place in the transverse direction, so that poles of the opposite designation appear on the back of the ring. A magnetic yoke, preferably an annular yoke plate 6, is attached to this rear side. The front side facing your air gap is provided with pyramid-shaped pole pieces 7 , the cross-section of which is shown in FIG. 1 can be seen and its front view in FIG . 3 is shown in the upper part of the half view. These pole shoes 7 made of a magnetically soft material obviously limit the magnetic flux for each pole to an air gap area, the useful radial height of which is the radial extension of the active coil sides 11 of the winding of FIG. 2 corresponds. The pathogen is carried by a carrier plate 10 .

Bürsten der bei 9 gezeigten Art wirken nüt der Läuferwicklung zusammen; sie sind beispielsweise durch das Joch 4 der Maschine hindurchgeführt.Brushes of the type shown at 9 cooperate only with the rotor winding; they are passed, for example, through the yoke 4 of the machine.

In Abänderung des beschriebenen Erregerauf#aus kann man gemäß -F i g. 4 bis 6 unter Erzielung der gleichen Wirkung den Ring aus abwechselnd angeordneten Elementen, nämlich Magnete 25 und Polschuhen 27 herstellen; diese Elemente sind perspektivisch in F i g. 5 bzw. 6 schematisch dargestellt. Die Magnete 25 sind so magnetisiert, daß sie ihre Pole N und S auf den Breitseiten 26 aufweisen, und die Polschuhe 27 sind so geformt, daß sie auf ihrer dem Luftspalt zugewandten Vorderseite einen hervorspringenden Abschnitt von pyramidenförmiger Gestalt aufweisen, so daß sie also eine Polfläche 18 besitzen, deren Höhe an die Abmessung des aktiven Teils der gedruckten Wicklung angepaßt ist. Diese Polfläche schließt sich an den Hauptteil des Polschuhes über abgeschrägte Flächen 19 und 20 an, so daß schließlich diese Anordnung nach dem Zusammenbau die gleiche Form wie diejenige von F i g. 1 bis 3 hat, mit der Ausnahme, daß es dann nicht mehr erforderlich ist, einen magnetischen Rückschluß etwa in Form des hinteren Jochrings 6 an dem Erreger vorzusehen.In a modification of the described excitation # from one can according to -F i g. 4 to 6 produce the ring from alternately arranged elements, namely magnets 25 and pole pieces 27, achieving the same effect; these elements are shown in perspective in FIG. 5 and 6 shown schematically. The magnets 25 are magnetized so that they have their poles N and S on the broad sides 26 , and the pole shoes 27 are shaped so that they have a protruding portion of pyramidal shape on their front side facing the air gap, so that they have a pole face 18 , the height of which is adapted to the dimension of the active part of the printed winding. This pole face adjoins the main part of the pole shoe via beveled faces 19 and 20, so that ultimately this arrangement, after assembly, has the same shape as that of FIG. 1 to 3 , with the exception that it is then no longer necessary to provide a magnetic yoke in the form of the rear yoke ring 6 on the exciter.

Für die praktische Ausführung ist es nicht zwingend, daß die Polflächen der pyramidenförmigen Vorsprünge zur Konzentrierung des Flusses die bei den beschriebenen Beispielen dargestellte sektorförmige Gestalt (Trapez mit kreisbodenförmig gekrümmten Basen) haben; man kann vielmehr die Polschuhe so formen, daß gleichzeitig die Verteilung des Magnetfeldes für jeden Pol in dem Luftspalt bestimmt wird.For the practical implementation, it is not mandatory that the pole faces of the pyramidal projections for concentrating the flow those in the described Examples shown sector-shaped shape (trapezoid with circular bottom-shaped curved Bases); one can rather shape the pole pieces in such a way that at the same time the distribution of the magnetic field for each pole in the air gap is determined.

Claims

Claims: 1. Electric axial air gap machine with a disk-shaped armature which carries a winding of flat conductors, the active coil sides of which cover an annular surface on the armature disk, to which are connected inside and outside annular surfaces which are covered by the end winding sections of the winding conductors, and with an exciter pole ring opposite the armature disk with permanent magnetization, characterized in that massive pole shoes are attached to the exciter pole ring, which extends in the radial direction at least over the same height as the armature disk, which gradually taper towards the armature disk in such a way, at least in the radial direction, that their pole faces have essentially the same radial extent as the annular face covered by the active coil sides.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the permanent exciter poles are impressed in a ring made of a magnetically remanent material with a high coercive force, that the pole shoes are made of a non-remanent, magnetically soft material and have a large base area opposite the pole face, with the they are placed on the points of the permanent pole ring where the exciter poles are located. 3. Machine according to claim 1, characterized in that the permanent exciter poles are impressed in the broad sides of sector-shaped magnets made of a remanent magnetic material with high coercive force and that the solid pole shoes are also sector-shaped and inserted between the exciter pole magnets. 4. Machine according to claim 1, characterized in that the pole shoes are frusto-pyramidal and that their pole faces have the shape of circular ring sectors. 5. Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sides of the solid pole shoes facing the air gap are shaped according to the desired flux distribution and field curve shape. 6. Machine according to claim 2, characterized in that a magnetizable yoke ring made of a non-retentive material is attached to the back of the ring in which the permanent exciter poles are impressed. Considered publications: German Patent Nos. 24,969, 663 955, 868 175; German Auslegeschrift No. 1059 554; French patent specification No. 1160 490, 71062 (first addition to No. 1160 490), 1 224 958.