DE1193587B

DE1193587B - Electric axial air gap machine

Info

Publication number: DE1193587B
Application number: DES72745A
Authority: DE
Original assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Current assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Priority date: 1960-03-10
Filing date: 1961-02-27
Publication date: 1965-05-26

Description

Elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Axialluftspaltmaschine, deren Anker mit seinem äußeren Umfang im Inneren eines hohlzylindrischen Teils befestigt ist, das drehbar auf einer Buchse gelagert ist, die auf einer feststehenden Achse befestigt ist, und deren Erreger auf der Buchse befestigt ist und mit einem den Anker zu beiden Seiten von innen umfassenden U-förmigen Querschnitt ausgebildet ist.Electric axial air gap machine The invention relates to an electric axial air gap machine, the armature of which with its outer circumference in the Inside a hollow cylindrical part is fixed, which is rotatable on a socket is mounted, which is attached to a fixed axis, and its exciter is attached to the socket and with an anchor on both sides from the inside comprehensive U-shaped cross-section is formed.

Bei bekannten Axialluftspaltmaschinen dieser Art besteht der Anker aus einer Anzahl gewickelter Flachspulen, und der Erreger enthält zwei Scheiben, zwischen denen die Feldspule liegt, und die am Umfang mit einer Reihe von Polschuhen versehen sind. Die Spulen sind einzeln zwischen diese Polschuhe eingesteckt und an der Innenwand des hohlzylindrischen Teils befestigt. Die Herstellung solcher Maschinen ist daher mühsam und teuer.In known axial air gap machines of this type, there is an armature from a number of wound flat coils, and the exciter contains two disks, between which the field coil lies, and those on the circumference with a series of pole pieces are provided. The coils are individually inserted between these pole pieces and attached to the inner wall of the hollow cylindrical part. The manufacture of such Machinery is therefore tedious and expensive.

Es sind andrerseits viele Arten von Radialluftspaltmaschinen mit Außenläufer bekannt, die beispielsweise zum Einbau in Trommeln, Walzen od. dgl. bestimmt sind oder dort angewendet werden, wo das größere Trägheitsmoment des Außenläufers gegenüber demjenigen eines Innenläuferrnotors gleicher Leistung ausgenutzt werden soll.On the other hand, there are many types of radial air gap machines with external rotors known, which od for example for installation in drums, rollers. Like. Are intended or used where the greater moment of inertia of the external rotor is opposite that of an internal rotor rotor of the same power is to be exploited.

Radialluftspaltmaschinen haben aber zwangläufig eine beträchtliche Bauhöhe, d. h. Ausdehnung in axialer Richtung. Für bestimmte Anwendungsfälle wären jedoch Außenläufermaschinen mit möglichst geringer Bauhöhe und kleinem Trägheitsmoment des Läufers erwünscht. Dies gilt beispielsweise für Magnetspeicher für elektronische Rechengeräte, bei denen die scheibenförinigen Aufzeichnungsträger sehr schnell in Drehung versetzt und wieder angehalten werden müssen. Für solche Zwecke wäre ein Axialluftspaltmotor günstiger als ein Radialluftspaltmotor.However, radial air gap machines inevitably have a considerable overall height, i. H. Expansion in the axial direction. For certain applications, however, external rotor machines with the lowest possible overall height and a small moment of inertia of the rotor would be desirable. This applies, for example, to magnetic memories for electronic computing devices, in which the disk-shaped recording media must be set in rotation very quickly and then stopped again. For such purposes, an axial air gap motor would be cheaper than a radial air gap motor.

Es sind andrerseits inzwischen elektrische Axialluftspaltmaschinen mit sogenannten »gedruckten Wicklungen« bekanntgeworden. Diese Maschinen enthalten eine dünne ringfönnige Ankerscheibe aus Isoliermaterial, auf deren beiden Seiten die Wicklungsleiter nach Art der sogenannten »gedruckten Schaltungen« in Form von dünnen Flachleitern gebildet sind. Leitende Durchführungen durch die isolierende Trägerscheibe hindurch verbinden die gedruckten Wicklungsleiter zu der vollständigen Wicklung. Diese Ankerscheibe dreht sich in einem schmalen Luftspalt zwischen zwei permanenten Erregerpolkränzen. Solche Axialluftspaltmaschinen sind sehr einfach und billig in Massenfertigung herzustellen, weil die ganze Wicklung in einem Arbeitsgang geformt wird, vorzugsweise mit automatischen Einrichtungen. Außerdem kann der Anker mit einem sehr geringen Trägheitsmoment ausgebildet werden.On the other hand, there are now electrical axial air gap machines became known with so-called "printed windings". These machines contain a thin ring-shaped armature disk made of insulating material on both sides the winding conductors in the form of so-called "printed circuits" in the form of thin flat conductors are formed. Conductive bushings through the insulating Carrier disk through it connect the printed winding conductors to the complete Winding. This armature disk rotates in a narrow air gap between two permanent exciter pole wreaths. Such axial air gap machines are very simple and cheap to mass-produce because the entire winding is done in one operation is shaped, preferably with automatic equipment. In addition, the anchor can be designed with a very low moment of inertia.

Solche Axialluftspaltmaschinen mit gedruckten Wicklungen wurden bisher nur als Innenläufermaschinen ausgebildet, weil es eine wesentliche Voraussetzung für die Herstellung der gedruckten Wicklung ist, daß die ringförmige Ankerscheibe aus einem Stück besteht. Dagegen konnte der die permanenten Erregermagnete enthaltende, etwa dosenförmige Ständer beispielsweise entlang einem Durchmesser geteilt werden, so daß die beiden Hälften seitlich über die Ankerscheibe geschoben werden konnten. Eine Unterteilung des Ständers in einer senkrecht zur Maschinenachse durch den axialen Luftspalt verlaufenden Ebene ist nicht zweckmäßig, weil dadurch ein Teil der remanenten Magnetisierung der Permanentmagnete verlorengeht. Es ist daher nicht möglich, die gewickelten Spulen der zuvor erwähnten Außenläufer-Axialluftspaltmaschine einfach durch eine gedruckte Ankerscheibe zu ersetzen.Such axial air gap machines with printed windings were heretofore only designed as internal rotor machines because it is an essential requirement for the manufacture of the printed winding is that the annular armature disk consists of one piece. On the other hand, the one containing the permanent excitation magnets, roughly can-shaped stands are divided, for example, along a diameter, so that the two halves could be pushed sideways over the armature disk. A subdivision of the stator in a perpendicular to the machine axis by the axial Air gap running plane is not appropriate because it is part of the remanent Magnetization of the permanent magnets is lost. It is therefore not possible to use the wound coils of the aforementioned external rotor axial air gap machine simple to be replaced by a printed armature disk.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialluftspaltmaschine der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß sie einfacher und billiger herzustellen ist und einen günstigeren Wirkungsgrad hat als die bekannten Maschinen dieser Art.The invention is based on the object of an axial air gap machine of the type specified so that they are easier and cheaper to manufacture and has a more favorable efficiency than the known machines of this type.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Anker aus einer beidseitig mit einer gedruckten Wicklung versehenen ringförmigen isolierenden Trägerscheibe besteht und daß der Erreger aus einstückigen U-förmigen Perinanentmagneten zusammengesetzt ist, die mit radial nach außen ragenden Schenkeln in die Mittelöffnung der Ankerscheibe eingesetzt sind. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung der in üblicher Weise hergestellten Ankerscheiben mit gedruckten Wicklungen in einem Außenläufermotor, indem das Problem der Einführung der einstückigen Ankerscheibe in den nach außen offenen axialen Luftspalt gelöst ist. Diese Lösung besteht darin, daß der Erreger aus getrennten U-förmigen Permanentmagneten zusammengesetzt ist, die einzeln in die Mittelöffnung der Ankerscheibe eingeführt und von da über die Ankerscheibe geschoben werden. Dadurch ist es möglich, Erregerpole mit verhältnismäßig großer radialer Ausdehnung mit einer Ankerscheibe mit verhältnismäßig kleiner Mittelöffnung zusammenzubauen, so daß ein großer Teil der Ankerscheibe elektromagnetisch wirksam ausgenutzt werden kann. Dadurch lassen sich eine im Verhältnis zu den Abmessungen große Leistung und ein guter Wirkungsgrad erzielen.According to the invention this is achieved in that the anchor from a Ring-shaped insulating carrier disk with a printed winding on both sides consists and that the exciter is composed of one-piece U-shaped perineal magnets is, which with radially outwardly projecting legs in the central opening of the armature disk are used. The invention enables the use of the in conventionally manufactured armature plates with printed windings in an external rotor motor, removing the problem of introducing the one-piece armature disk into the outside open axial air gap is solved. This solution is that the pathogen is composed of separate U-shaped permanent magnets that are individually inserted into introduced the central opening of the armature disk and pushed from there over the armature disk will. This makes it possible to have exciter poles with a relatively large radial To assemble expansion with an armature disk with a relatively small central opening, so that a large part of the armature disk can be used effectively electromagnetically can. As a result, in relation to the dimensions, a large performance and achieve good efficiency.

Die Verwendung von U-förmigen Magneten ermöglicht eine Sättigungsmagnetisierung der Magnetpole vor dem Einbau. Zur Durchführung dieser Sättigungsmagnetisierung ohne Luftspalt braucht lediglich ein magnetisches Zwischenstück zwischen die Pole eingesetzt zu werden. Dann erfolgt die Magnetisierung, und nach dem Entnehmen des Zwischenstücks sind die Magnete mit dem endgültigen Luftspalt der Maschine bis zur Sättigung magnetisiert.The use of U-shaped magnets enables saturation magnetization the magnetic poles before installation. To carry out this saturation magnetization Without an air gap, all you need is a magnetic spacer between the poles to be used. Then the magnetization takes place, and after removing the The magnets with the final air gap of the machine up to the Saturation magnetized.

Die nach der Erfindung ausgebildete Maschine weist alle Vorteile der bekannten Axialluftspaltmaschinen mit gedruckten Wicklungen insbesondere hinsichtlich der einfachen Fertigung und der geringen Bauhöhe auf. Ferner hat der Anker ein kleines Trägheitsmoment, da er praktisch nur aus der dünnen bedruckten Trägerscheibe besteht.The machine designed according to the invention has all the advantages of known axial air gap machines with printed windings in particular with regard to the simple production and the low overall height. The anchor also has a small one Moment of inertia, since it consists practically only of the thin, printed carrier disk.

Bei einem großen Radius der Trägerscheibe kann es vorkommen, daß ihre eigene Steifigkeit nicht ausreicht, um ein Verwerfen des inneren Randes mit Sicherheit zu verhindern. Es wäre zwar möglich, die Trägerscheibe durch Aufkleben auf eine steifere Stützscheibe zu verstärken, doch würde dies einerseits eine Verbreiterung des Luftspalts erfordern und andrerseits das Trägheitsmoment vergrößern. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird daher der innere Rand der Trägerscheibe dadurch gestützt, daß an dem Erreger Führungsglieder derart angeordnet sind, daß sie einander paarweise gegenüber an einem nahe dem inneren Umfang liegenden ringförmigen Abschnitt der Ankerscheibe anliegen.With a large radius of the carrier disk, it can happen that their its own rigidity is not sufficient to ensure that the inner edge is warped with certainty to prevent. It would be possible to use the carrier disk by gluing it to a to reinforce stiffer support disc, but this would on the one hand a widening require the air gap and on the other hand increase the moment of inertia. According to a The inner edge of the carrier disk is therefore a further development of the subject matter of the invention supported in that guide members are arranged on the exciter that they face each other in pairs on a ring-shaped one located near the inner circumference Section of the armature disk.

Diese Führungsglieder müssen nicht alle zusätzlich angebracht werden, denn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind sie wenigstens zum Teil die Bürsten der Maschine.These guide links do not all have to be attached additionally, because according to a preferred embodiment they are at least partly the brushes the machine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Maschine, dessen rechte Hälfte in der Richtung a und dessen linke Hälfte in der Richtung b von F i g. 2 verläuft, und F i g. 2 einen Querschnitt durch die Maschine, dessen eine Hälfte in der Richtung c und dessen andere Hälfte in der Richtung d von F i g. 1 liegt.An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a longitudinal section through the machine, its right half in the direction a and its left half in the direction b of FIG. 2 runs, and F i g. 2 shows a cross-section through the machine, one half of which in the direction c and the other half in the direction d of FIG. 1 lies.

Bei dem dargestellten Beispiel ist die Ankerscheibe am Umfang ihres isolierenden Trägers 1, der die eigentliche doppelseitige Wicklung 2 trägt, an einem Kranz 3 befestigt, der an der Innenseite des anzutreibenden Organs geformt ist. Diese Befestigung erfolgt beispielsweise mittels Bolzen oder Schrauben 5. Das anzutreibende Organ kann beispielsweise aus zwei Scheiben 6, 7 bestehen, die durch Querglieder oder einen Ring 4 im Abstand voneinander gehalten werden.In the example shown, the armature disk is attached to the circumference of its insulating support 1, which carries the actual double-sided winding 2, on a ring 3 which is formed on the inside of the organ to be driven. This fastening takes place, for example, by means of bolts or screws 5. The member to be driven can for example consist of two disks 6, 7 which are held at a distance from one another by cross members or a ring 4.

Die Scheiben 6, 7 sind drehbar um eine feststehende Achse 12 mittels Lagern 10 und 11 gelagert, die an den Endbuchsen von zwei Naben 8 und 9 anliegen. Diese Naben sind auf die Achse aufgesteckt, und ihr Abstand wird durch die dazwischen eingeklemmten U-förmigenMagnete13 gewährleistet. Das Festklemmen erfolgt mittels Gewinderingen 14 und 15 an den beiden Enden der Naben; diese Ringe halten die Laufringe der Wälzlager fest. Nach dem Zusammenbau können Keile eingesetzt werden, um die Naben fest mit der Achse zu verbinden.The disks 6, 7 are rotatably mounted about a fixed axis 12 by means of bearings 10 and 11 , which bear against the end bushings of two hubs 8 and 9 . These hubs are slipped onto the axle and their spacing is ensured by the U-shaped magnets 13 sandwiched between them. The clamping takes place by means of threaded rings 14 and 15 at the two ends of the hubs; these rings hold the races of the rolling bearings in place. Once assembled, wedges can be used to firmly connect the hubs to the axle.

Die Naben 8 und 9 tragen Platten 16 und 17, die beispielsweise angeformt sind. Vorzugsweise sind in diesen Platten sektorförmige Ausnehmungen für die Führung der U-förmigen Magnete gebildet. Diese Magnete müssen durch die Mittelöffnung der Ankerscheibe eingesetzt werden (nachdem diese Scheibe an der Felge befestigt worden ist und eine der Naben, beispielsweise die Nabe 8, mit der zugehörigen Scheibe, in diesem Fall der Scheibe 6, zusammengefügt sind, während die anderen Elemente noch fehlen). Je weniger Pole die Maschine hat, um so schwieriger ist das Einsetzen der Magnete, weil die Mittelöffnung der Ankerscheibe für einen vorgegebenen Außendurchmesser nicht zu groß bemessen werden darf, weil sonst der elektrotechnische Wirkungsgrad der Maschine unzulässig herabgesetzt wird. Zur Erleichterung des Zusammenbaus ist es deshalb vorgesehen, für jedes Polpaar zwei U-fönnige Magnete zu verwenden, die so bearbeitet sind, daß sie sich in den sektorförnügen Vertiefungen zusammenfügen, wie in F i g. 2 erkennbar ist, aus der ersichtlich ist, daß jeder Magnet 13 von F i g. 1 in Wirklichkeit aus zwei zusammengefügten Magneten 131 und 132 besteht.The hubs 8 and 9 carry plates 16 and 17, which are formed, for example. Sector-shaped recesses for guiding the U-shaped magnets are preferably formed in these plates. These magnets must be inserted through the central opening of the armature disk (after this disk has been attached to the rim and one of the hubs, for example hub 8, is joined to the associated disk, in this case disk 6 , while the other elements are still miss). The fewer poles the machine has, the more difficult it is to insert the magnets, because the central opening of the armature disk must not be too large for a given outer diameter, otherwise the electrical efficiency of the machine will be impermissibly reduced. To facilitate assembly, it is therefore provided for each pair of poles to use two U-shaped magnets which are machined in such a way that they fit together in the sector-shaped depressions, as shown in FIG . 2 can be seen, from which it can be seen that each magnet 13 of FIG. 1 actually consists of two magnets 131 and 132 joined together.

In der nach der Richtung d von F i g. 1 verlaufenden Halbansicht von F i g. 2 ist als Beispiel eine achtpolige Wellenwicklung mit 41 Leitern je Seite dargestellt. Die Linien begrenzen die Leiterverläufe, die so ausgebildet sind, daß sie sich auf der isolierenden Oberfläche aneinanderschließen. Der Verlauf auf der anderen Seite ist identisch, wobei jedoch die sich an die beiden Enden der Halbwindungsleiter anschließenden geneigten Abschnitte entgegengesetzt zu den auf der sichtbaren Seite vorhandenen Leitern gerichtet sind. Dagegen decken sich die etwa radial liegenden sektorförmigen Abschnitte auf den beiden Seiten der Ankerscheibe. Die Punkte an den Enden der Halbwindungsleiter markieren die Stellen der Metallisierungen, die durch das Isoliermaterial hindurchgehen und die Verbindungen von der einen zur anderen Seite für den vollständigen elektrotechnischen Wicklungsverlauf gewährleisten; der Wicklungsschritt ist durch die Neigung der Endabschnitte der Halbwindungsleiter bestimmt. An Stelle einer Wellenwicklung könnte ebensogut eine Schleifenwicklung gebildet werden.In the direction d of FIG. 1 running half view of FIG . 2 shows an eight-pole wave winding with 41 conductors per side as an example. The lines delimit the conductor courses, which are designed so that they connect to one another on the insulating surface. The course on the other side is identical, but the inclined sections adjoining the two ends of the half-turn conductor are directed opposite to the conductors present on the visible side. In contrast, the approximately radially lying sector-shaped sections coincide on both sides of the armature disk. The points at the ends of the half-turn conductors mark the locations of the metallizations that go through the insulating material and ensure the connections from one side to the other for the complete electrotechnical winding course; the winding pitch is determined by the inclination of the end portions of the half-turn conductors. Instead of a wave winding, a loop winding could just as well be formed.

Eine derart ausgebildete Ankerscheibe weist insbesondere bei verhältnismäßig großen Abmessungen im Betrieb eine gewisse Neigung zum Verwerfen auf. Deshalb sind Führungsglieder vorgesehen, die auf den beiden Seiten der Scheibe an einander paarweise gegenüberliegenden Stellen nahe dem inneren Umfang anliegen. Diese mit Kugeln oder mit Graphitschmierung ausgestatteten Anschläge werden beispielsweise von den Platten 16 und 17 getragen und sind mit 18 bzw. 19 bezeichnet. Sie gehen zwischen den Magnetpolen hindurch. Da die Maschine wenigstens ein Bürstenpaar erfordert (bei einer Wellenwicklung, während bei einer Schleifenwicklung ebenso viele Bürstenpaare wie Polpaare vorhanden sind), können diese Bürsten, die im Abstand von einem Polschritt oder von einem ungradzahligen Vielfachen des Polschritts liegen müssen, dann vorzugsweise gleichzeitig als Führungsglieder für die Ankerscheibe dienen; dies ist als Beispiel an der Stelle 20 (F i g. 1) dargestellt, wo eine der Bürsten erkennbar ist.An armature disk designed in this way has a certain tendency to warp, especially when it is relatively large in size. For this reason, guide members are provided which bear on the two sides of the disk at locations opposite one another in pairs near the inner circumference. These stops, equipped with balls or graphite lubrication, are carried, for example, by the plates 16 and 17 and are denoted by 18 and 19 , respectively. They go through between the magnetic poles. Since the machine requires at least one pair of brushes (in the case of a wave winding, while there are as many pairs of brushes as there are pole pairs in a loop winding), these brushes, which must be at a distance of one pole step or an odd multiple of the pole step, can then preferably be used simultaneously as guide links serve for the armature disk; this is shown as an example at point 20 ( FIG. 1) , where one of the brushes can be seen.

Claims

Claims: 1. Electric axial air gap machine, the armature of which is fastened with its outer circumference inside a hollow cylindrical part which is rotatably mounted on a bush which is fastened on a fixed axis, and whose exciter is fastened on the bush and with one of the armature is formed on both sides from the inside comprehensive U-shaped cross-section, characterized in that the armature consists of an annular insulating support disc provided on both sides with a printed winding and that the exciter is composed of one-piece U-shaped permanent magnets with radially outwardly projecting legs are inserted into the central opening of the armature disk.

2. Machine according to claim 1, characterized in that each U-shaped magnet consists of two parts joined together along a radius, so that each pole is slotted. 3. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that guide members are arranged on the exciter in such a way that they rest in pairs opposite one another on an annular section of the armature disk located near the inner circumference. 4. Machine according spoke 3, characterized in that the guide members are at least partially the brushes of the machine. 5. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the armature disk to the outer periphery has a non-covered printed winding conductors ringförinigen in sections for the purpose of fastening. 6. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the socket consists of two parts, between which the U-shaped pen nanentmagnete are clamped. 7. Machine according spoke 6, characterized in that sector-shaped recesses for the U-shaped permanent magnets are mounted in the end face facing the armature of a plate attached to each socket half. Documents considered. German Patent Nos. 45 252, 368 827, 387 984, 493 425, 536 766, 839 062, 902 753, 880 353, 890 838, 920 431; "EIectronics" magazine from March 20 , 1959, pp. 70 to 73.