DE1488702A1

DE1488702A1 - Wicklungsloser,ringfoermiger Laeufer fuer eine Synchronmaschine

Info

Publication number: DE1488702A1
Application number: DE19651488702
Authority: DE
Inventors: Theo Birkmann; Schwab Dr-Ing Erich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-08-19
Filing date: 1965-08-19
Publication date: 1969-07-17
Also published as: US3462627A; GB1091253A; DE1488702B2

Description

SIEMENS AKTIEHaESEIiLSCHA-FT Akt ζ.: Ρ U θθ 702.6 Unser Zeichen: PLA 65/1538 Αο/( Wicklungsloser, ringförmiger Läufer für eine Synchronmaschine

Gegenstand der Erfindung ist ein wicklungsloser, ringförmiger Läufer für eine Synohronmaschine mit ruhend angeordneten, gegensinnig erregten Erregerwicklungen, bestehend aus einem rohrförmigen wicklungslosen ersten Magnetpolsystem mit Penstern im Mittelbereich seiner Mantelfläche und einem auf der magnetisch leitenden Welle oder Nabe verdrehungssicher angeordneten, in die E'enster ragenden wicklungslosen, sternförmigen zweiten Magnetpolsystem.

Solche schleifringlose Synchrongeneratoren nach dem Wechselpolprinzip werden insbesondere als Mittelfrequenzgeneratoren für Plugzeugbordnetze verwendet. 3ei diesen Synchronmaschinen teilt sich der Magnetfluss auf zwei Paralleipfade auf, wobei er Über tie magnetisch gut leitende Maschinenwelle bzw. eine magnetisch gut leitende Nabe dem sternförmigen Magnetpolsystem zugeführt und über Randringe wieder abgeführt wird. Zusammen mit dem rohrförmigen Magnetpolsystem entstehen in Umtangsrichtung des Läufers Pole abwechselnder Polarität. Für das feststehende :; Läuferblechpaket mit einer ein- oder mehrphasigen Wechselstromwicklung stellt der wicklungslose Läufer somit ein Magnetsystem nach dem Wechselpolprinzip dar.

Die Verbindung des rohrförmigen Magnetsystem mit der Welle bzw. ier Nabe oder dem sternförmigen Magnetpolsystem muß durch unmagnetische Befestigungsmittel erfolgen. Hierzu ist es bekannt geworden (DAS 1 188 193, französische Patentschrift 1 j$65 513)» Jas rohrförmige Magnetpoisystem durch unmagnetische, radial angeordnete Schraubenbolzen mit der Nabe oder Welle oder beide Magnetpolsysteme durch einen amagnetischen Ringkörper zu ver-

909829/0591 _BAD ORIGINAL Unterlagen (Art 7 _s 1 _Ats. 2 _Nr. 1 satz 3 des ä,

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binden. Im letzteren Fall sitzt das sternförmige Magnetpolsystem auf der Welle und ist duroh axiale Schrauben mit dem Ringkörper verbunden, an dem duroh radiale Sohrauben die Vorsprünge des rohrförmigen Magnetpolsystems verechraubt sind.

Die bekannten Läufer sind auch bei kleinen Maschinen nur für eine begrenzte Drehzahl brauchbar, da die bei höheren Drehzahlen auftretenden Fliehkräfte nicht mehr sicher aufgefangen werden können, bzw. merkliche Abweichungen von der Kreis form vom rohrförmigen Magnetpolsystem auftreten.

Bei einer solchen Anordnung wäre die Anordnung von Permanentmagneten zwischen beiden Polsystemen gemäß einem älteren Vor schlag nur schwer durchführbar, da die Permanentmagnete als Hohlkörper ausgebildet um die Schraubenbolzen herum angeordnet sein müßten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile unter Vereinfachung der Konstruktion sicher zu beseitigen. Nach der Erfindung gelingt dies dadurch, daß das erste und das zweite MagnetpoJsystem aus je zwei Teilsystemen bestellt, die zu einem ?.·.uf der '.veHe verdrehungssicher befestigten, senkrecht zur Weiienachse angeordneten stern- oder ringförmigen, amagnetischen Tragkörper spiegelbildlich angeordnet sind und wenigstens die aii Fenster begrenzenden, axial gerichteten Stege der beiden Teilsysteme des ersten Magnetpolsystems mit dem Hand des Tragkörpers und miteinander schraubenlos, f.uiehkraftsicher verbunden sind. Eine Synchronmaschine mit einem Läufer nach der Erfindung eignet sich fur die insbesondere bei Fiugzeugbordnetzgeneratoren benötigten hohen Drehzahlen, da sie die unter Umständen mehrere 1<JUU kp betragenden Fliehkräfte bei nur geringfügiger axialer Verlängerung der Maschine und bei nur geringfügigem Hehrgewicht sicher aushalten kann.

In den Pig. 1a und 1b ist ein Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Läufers ohne die üblichen gerätefesten Erregerwicklungen und ohne die sie aufnehmenden Ringkörper bekannter Art schematisch dargestellt.

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Auf einer nicht dargestellten Nabe, bzw* Masohinenwelle, sind zwei sternförmige Teilsysteme 1, 2 als Hordpole sowie zwei zylinderrohrförmige Teilsysteme 3t 4 als Südpole gezeigt. Zwischen den Teilsystemen für die Nord- bzw. Südpole ist auf der Welle eine Mitteltrageeheibe 5 mit einem die Fliehkräfte auffangenden Rand 6 angeordnet· Die Stege 7 und 8, die die Fenster 9, 10 begrenzen, sind an ihren Stirnseiten mit dem Rand 6 form- und kraftsohlüssig verbunden, beispielsweise durch seitliche Trageohultem und/oder durch Verschweißen, Löten u.dgl. Die _ Teilsysteme 1 und 2 und die Teilsysteme 3 und 4 sind aus magnetisch gut leitendem Stoff. Die zur fliehkraftsicheren starren Verbindung der zylinderrohrförmigen Teilsysteme 3 t 4 mit der Welle oder Nabe dienende Hitteltrageoheibe 5 nuß dagegen aus unmagnetisohem Material sein, um einen magnetischen Kurzschluß zu vermeiden. Sie vorgenannte Anordnung ermöglicht es, den Hauptanteil der Fliehkräfte der zylinderrohrförmigen Magnetsysteme und, sofern vorhanden, auch die der nicht gezeigten Permanentmagnete, meohanisoh günstig in der Läufermitte abzufangen. Dabei ergibt sich durch das Fehlen von Schraubenbolzen die Möglichkeit, einfach geformte quaderförmige Permanentmagnete zwisohen den Naben 1a und 2a der sternförmigen Teilsysteme 1,2 und den Stegen 7 und θ der zylinderrohrförmigen Teilsysteme 3, 4 einfügen zu können. Außerdem wird durch die besagte Unterteilung der Magnetsysteme eine einfache Möglichkeit gegeben, die zylinderrohrförmigen Teilsysteme 3t 4 je an einer weiteren, dem äußeren Ende zugekehrten Stelle zusätzlich mit der Welle bzw. Nabe fliehkrafteicher zu verbinden.

Fig. 2 zeigt im Zusammenhang mit den Fig. 2a und 2b die Möglichkeit einer solchen zusätzlichen Abstützung durch sternförmig ausgebildete Randtragkörper 11, von denen nur der des einen Teilsystems 4 gezeigt ist. Die Randtragkörper 11 sind ebenfalls aus magnetisch nioht leitendem Material gebildet, und verdrehungssicher auf der nicht gezeigten Welle oder Nabe angeordnet zu denken. Die Arme der gezeigten sternförmigen Randtragkörper 11 sind mit dem mittleren Randbereich des Fensters 10, d.h. mit dem dem äußeren Ende des Läufers am nächsten gelegenen Teil des

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Fensters fliehkraftsicher verbunden, wozu entweder gemäß Fig. 2a der Randtragkörper 11 am äußeren Teil 12-mit dem rohrförmigen Teilsystem 4 verschweißt bzw. verlötet ist oder eine Sohulter hat, auf der das Teilsystem 4 aufsitzt und gegebenenfalls mit ihr verschweißt oder verlötet oder sonstwie in radialer Richtung fest verbunden ist. Auch ist es möglich, gemäß Fig· 2b das Ende des Randtragkörpers 11 mit einem Randvorsprung 14 zu versehen, der über das Teilsystem 4 greift. Zur Formversteifung kann das zylinderrohrförmige Teilsystem 4 am Umfang mit einer durchgehenden Rippe 15 versehen sein·

Die Anordnung der Randtragkörper bedingt keine zusätzliche Verlängerung des Läufers in axialer Richtung. Die Randtragkörper sind, da sie nur eine zusätzliche Unterstützung darstellen sollen, im wesentlichen im Hinblick auf die erforderliohen mechanischen Beanspruchungen zu bemessen, so daß verhältnismäßig dünnwandige Tragsterne ausreichend sind? die Randringe werfen im wesentlichen nur nach magnetischen Erfordernissen d mensioniert.

In Fig. 3 1st schematieoh eine Anordnung gezeigt, bei der die Randtragkörper - von denen nur der eine (11) gezeigt ist - und der Mitteltragkörper 5' als Tragsterne ausgebildet sind. Diese Anordnung ergibt eine merkliche Gewichtsersparnie ohne Einbuße an mechanischer Festigkeit gegenüber den Fliehkräften, da die Arme der Tragsterne mit den zylinderrohrförmigen Magnetpolsystemen an den Stellen verbunden sind, die der Deformation durch Fliehkräfte in besonderem Maße ausgesetzt sind.

Zur weiteren Verminderung des Läufergewichts können in den sternförmigen Magnetpolsystemen 1 und 2 in jedem Pol gewichtsmindernde Ausnehmungen, beispielsweise durchgehende Bohrungen 16, angebracht sein, die hinsiohtlich ihrer Anordnung und ihrer Größe so ausgewählt sind, daß weder eine Verminderung der mechanischen Festigkeit noch eine merkliche Erhöhung der magnetischen Widerstände gegeben ist· Der Mittelträgstem 5¹ ist an seinem Rand 6 in der bereits in Fig. 1 erwähnten Art und "Weiee

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mit Randeohultera 6· in formachiusβige, fliehkrafteiohernde Verbindung mit den zylinderrohrförmigeri Magnetpolsystemen gebraoht, von denen nur das Magnetpolsystem 4 dargestellt ist. Die Ausbildung der sternförmigen Magnetpolsysteme 1 und 2 gemäß Fig. 3 eignet sioh besonders für die Einfügung nicht dargestellter quaderförmiger Permanentmagnete. Vorzugsweise werden Permanent magnete aus Material hoher Koerzitivkraft mit im zweiten Quadranten praktieoh linearer Abhängigkeit der Induktion von der Feldstärke vorgesehen, insbesondere aus Strontium-Ferrit. Durch die besagten Permanentmagnete kann unter Fortfall gesonderter Hilfserregereinriohtungen die Erregerwicklung kleiner gehalten werden.

Um die beiden zylinderrohrförmigen Teilsysteme 3 und 4 zur Verbesserung der magnetischen Verhältnisse an ihren Stegen 7 und 8 unmittelbar aneinander anordnen zu können, sind die Stirnseiten der Stege gemäß Fig. 4 mit Vertiefungen 17, 18 versehen, in die der hammerkopfartige Rand 19 des Mitteltragkörpers 5 bzw. 5* paüt. Der äußere Teil 20 bzw. 21 der Stege 7 bzw. 8 ragt axial so weit über den Innenteil 22, 2p vor, daß im zusammengefügten Zustand der besagten Teile am Umfang nur ein kleiner Spalt 24 verbleibt. Diese Stoßstelle kann vorteilhafterweise verschweißt oder verlötet werden. Bei dieser Anordnung wird eine fliehkraftsichernde Verbindung zwischen dem Mitteltragkörper und den zylinderrohrförmigen Teilsystemen erreicht, ohne daß eine Lötung oder Schweißung der aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Teile notwendig 1st, vielmehr kann hier das Verschweißen der aus schweißbarem Material bestehenden Teilsysteme 3, 4 erfolgen.

Eine vorteilhafte Abstützung der zylinderförmigen Teilsysteme an ihrem äußeren Randbereich läßt sich durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung in der in Fig. 5 gezeigten Art erreichen. Die vorteilhafterweise sternförmigen Randtragkörper, von denen nur der Randtragkörper 11 gezeigt ist, sind an ihren äußeren Enden mit einem axial naoh innen gerichteten Randvor sprung 25 versehen, der in eine entsprechende Ausnehmung 26 auf

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der Unterseite der Stege θ der zylinderrohrförmigen Teilsysteme 3 bzw· 4 eingreift· Da in diesem Fall die Verbindung der Randtragkörper mit den zylinderrohrförmigen Teilsystemen im Stegbereioh vorgesehen ist, wird eine Verformung des rotierenden Läufers besonders sicher vermieden, ohne daß hierzu aufwendige Maßnahmen notwendig sind. Die Verbindung der genannten Teile kann zusätzlich durch Verschweißen oder Verlöten verstärkt werden.

Die in den Pig. 2, 3 und 5 als Tragsterne ausgebildeten Randtragkörper können aber auch unter Umständen als innerhalb des zylinderrohrförmigen Magnetsystems liegende Scheiben ausge bildet sein. Durch die erfindungsgemäße Abstützung und Lagerung des einen Magnetpolsystems auf der Nabe oder Welle durch die Tragkörper wird erreicht, daß praktisch keine merkliche Abweichung von der Kreisform eintreten kann, so daß entsprechend kleine Hiifsluftspalte zwischen den nicht dargestellten Ringkörpern und den zylinderrohrförmigen Magnetsystemen gewählt werden können, was wegen der damit verbundenen Verringerung des Durchflutungsaufwandes, d.h. kleinere Erregerwicklungen, auch eine Verkleinerung des gesamten Maschinengewichtes bedeutet.

Durch die Erhaltung der kreisförmigen Gestalt werden zudem zusätzliche Wirbelströme in den Randringen, die sonst durch die ungleiche Induktionsverteilung auftreten, praktisch unterbunden. Die Tragkörper werden zur Gewichtsersparnis vorteilhafterweise im Hinblick auf die auftretenden mechanischen Beanspruchungen als Körper gleicher Festigkeit ausgebildet. Wenn es darauf ankommt, die Maschine besonders leicht zu bauen, dann können mit Vorteil für die Tragkörper Stoffe verwendet werden, die ein besonders gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht haben, wie dies beispielsweise bei Titan oder Titanlegierungen der Pail ist. Andernfalls kann verschweißbarer unmagnetischer Stahl vorgesehen sein.

8 Patentansprüche 5 Figuren

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Claims

Patentansprüche

( 1 Λ Wicklungsloser, ringförmiger Läufer für eine Synchronmaschine mit ruhend angeordneten, gegensinnig erregten Erregerwicklungen, bestehend aus einem rohrförmigen wicklungslosen ersten Magnetpolsystem mit Fenstern im Hittelbereich seiner Mantelfläohe und einem auf der magnetisch leitenden Welle oder Nabe verdrehungssicher angeordneten, in die Fenster ragenden wioklungslosen, sternförmigen zweiten Magnetpolsystem, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Magnetpolsystem (1, 2, 3t 4) aus je zwei Teilsystemen besteht, die zu einem auf der Welle verdrehungssioher befestigten, senkreoht zur Weilenaohse angeordneten stern- oder ringförmigen, amagnetischen Tragkörper (5) spiegelbildlich angeordnet sind und wenigstens die die Fenster (9» 10) begrenzenden, axial gerichteten Stege (7, Θ) der beiden Teilsysteme (3> 4) des ersten Magnetpolsystems mit dem Rand (6) des Tragkörpers (5) und miteinander schraubenlos, fliehkraftsioher verbunden sind.
2. Läufer nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Rand (6) des Tragkörpers (5) axiale Vorsprünge hat, die in entsprechende Vertiefungen auf der Stirnseite der Stege (7» 8) passen (Fig* 1a)·
3· Läufer naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle bzw· Habe beiderseits des sternförmigen Magnetpolsystems (1, 2) zusätzliche amagnetische stern- oder ringförmige Randtragkörper (11) verdrehungssicher angeordnet sind, deren Ränder mit den Teilsystemen des rohrförmigen Magnetpolsystems (3, 4) fliehkrafteicher verbunden sind (Fig. 2a, 2b).
4· Läufer nach Anspruoh 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Randtragkörper (11) axial zum sternförmigen Magnetpolsystem (1, 2) hin geriohtete Randvorsprünge (25) aufweisen, die in passende Ausnehmungen auf der Unterseite der Stege (7» 8) eingefügt sind (Fig. 5).

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5. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkörper aus unmagnetisohem Material von hoher Festigkeit bei geringem Gewicht, insbesondere Titan oder einer Titanlegierung, bestehen.
6· Läufer nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkörper als Körper gleicher Festigkeit ausgebildet sind.
7· Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sternförmige Hagnetpolsystem (1,2) zwischen seinen Polen sowie das rohrförmige Magnetpolsystem (3» 4) an den die Fenster (9, 1ü) einschließenden Stegen (7, 8) Halteflachen für quaderförmige Permanentmagnete aufweisen.
8. Läufer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnete aus Material von hoher Koerzitivkraft mit im zweiten Quadranten praktisch linearer Abhängigkeit der Induktion von der Feldstärke, insbesondere aus Strontium-Ferrit, vorgesehen sind.

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