DE1513864B2 - Elektrische maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer rotierenden Welle, mit auf dieser Welle angeordneten teilweise in axialer Richtung permanent magnetisieren und zwischen sich einen Luftspalt begrenzenden Feldanordnungen, wobei die eine Feldanordnung Permanentmagnete enthält und die andere Feldanordnung eine einfache metallische Magnetflußrückführungsplatte ist, und mit einer um eine Feldanordnung herumgewickelten Ankerwicklung und in den Luftspalt zwischen die Feldanordnungen ragenden Ankerwicklung.

Eine solche elektrische Maschine ist bekannt (CH-PS 3 11 376).

Von dieser bekannten Maschine ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Verluste einer solchen Maschine herabzusetzen bzw. den Wirkungsgrad zu erhöhen. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß Ankerwicklung und Feldanordnung gegeneinander verdrehbar sind. Infolge der dann synchron mit den Permanentmagneten rotierenden Rückschlußscheibe treten in dieser dann keine Flußänderungen und damit Hysteresisverluste auf. Der sich aus der Verdrehbarkeit ergebende breitere Luftspalt führt nicht, wie vermutet werden könnte, zu einer geringeren ίο Induktion und damit wiederum zu einem geringeren Wirkungsgrad. Die moderne Technik gestattet die Herstellung von Permanentmagneten mit so hohen Feldstärken, daß der Magnetfluß auch größere Luftspalte durchdringt.

Für die Anordnung der Ankerwicklung ergeben sich erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten:

In einer Ausführungsform ist die Ankerwicklung um die die Permanentmagnete enthaltende Feldanordnung herumgewickelt. In einer anderen Ausführungsform ist die Ankerwicklung um die Magnetflußrückführungsplatte gewickelt.

In einer weiteren Ausgestaltung verläuft die Anker- f. wicklung parallel zur Maschinenwelle. V,

Ebenso kann die Ankerwicklung auch teilweise um die Rückführungsplatte herumgewickelt sein und teilweise in den Luftspalt hineinragen.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ragt die Ankerwelle bis an die Maschinenwelle heran und ist zur Durchführung der Maschinenwelle radial verschoben.

Zum Befestigen der Ankerwicklung ist in einer Ausgestaltung ein Bügel vorgesehen. In einer weiteren Ausgestaltung sind eine Schiene und eine Platte zum Festklemmen der Ankerwicklung vorgesehen.
Zum Unterbringen von mehreren Feldanordnungen und Ankerwicklungen wird nach einer letzten Ausgestaltung vorgesehen, daß Ankerwicklungen um die Feldanordnungen gewickelt und dabei winkelmäßig gegeneinander versetzt sind.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße elektrische Maschine nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Axialschnitt durch eine Ausführungsform,

F i g. 2 eine Stirnansicht auf diese Ausführungsform,

F i g. 3 eine Darstellung der Ankerwicklung und ihrer Befestigung bei der eben gezeigten Ausführungsform,

F i g. 4 eine Stirnansicht der Darstellung von F i g. 3,

F1 g. 5 eine Aufsicht auf die Befestigung der Ankerwicklung bei der eben gezeigten Ausführungsform.

F i g. 6 eine Stirnansicht der Befestigung der Ankerwicklung bei der eben gezeigten Ausführungsform

F i g. 7, 8 und 9 je eine Darstellung von verschiedenen Möglichkeiten zur Befestigung der Ankerwicklung,

Fig. 10 die Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform der Ankerwicklung,

Fig. 11 die Aufsicht einer weiteren Ausführungsform mit zwei Ankerwicklungen und

Fig. 12 eine entsprechende Stirnansicht.

Fig. 1 zeigt die Maschinenwelle 1 der elektrischen Maschine. Auf diese sind Scheiben 2 und 2' aus magnetischem Eisen aufgesetzt. Auf der Scheibe 2 sitzt ein Permanentmagnet 3. Dieser besteht zum Beispiel aus einer Metallegierung oder einer kera-

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mischen Verbindung, wie Bariumferrit. Die Scheibe 2 Auf der Rückseite der Magnetflußrückführungsplatte mit dem Permanentmagneten 3 ist in eine Abdeck- (Scheibe 2'), wo sich die Befestigung der Ankerwickkappe 6 eingeschlossen. Auf einer Stirnseite der lung befindet, ist kein Rotorfeld vorhanden. Damit Scheibe 2 sitzt eine Rückführungsplatte 8. Aus können die Teile 28,29 aus Metall sein. Sie sollen dieser sind Belüftungsschaufeln 10 herausgedrückt. 5 aber unmagnetisch sein, da durch den Ankerstrom Die Scheibe 2' ist in Buchsen 14 und 15 aus dämp- ein Magnetfeld erzeugt wird. Der gleiche Strom erfendem Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, ein- zeugt in dem Metall, insbesondere in den Schienen geschlossen. Die Ankerwicklung 22 ist um die 28, Wirbelströme, so daß die Teile 28, 29 bei grö-Scheibe 2' gewickelt, die die Magnetflußrückführungs- ßeren Maschinen Nichtleiter sein sollten,
platte darstellt. Dabei umschließt die Ankerwicklung io Falls ein optimales Betriebsverhalten bei einem 22 die Welle 1 und beläßt diese in einem freien Minimum an Gewicht gewünscht ist, sollten die Raum 20. Gleichzeitig wird aber der Raum in der Seiten der Ankerwicklung 22 so geformt werden, daß Nähe der Mittellinie belegt, da dort der größte Fluß sie der Kontur der Magnetflußrückführungsplatte 2' umschlossen wird. Die die Magnetisierungsplatte dar- folgen, wie dies F i g. 5 zeigt.

stellende Scheibe 2' liegt in der zweiteiligen Büchse 15 Bei Fig. 6 wird in der Breite der Ankerwicklung

14,15 aus dem Material mit hoher Leitfähigkeit, wie 22 genügend Raum gelassen, so daß Lüfterschaufeln

Aluminium oder Kupfer. 10' eingesetzt werden können. Die Luft wird inner-

Eine bevorzugte Form des Wickeins der Anker- halb der Ankerwicklung 22 und damit am Ort der

wicklung wird in F i g. 3 gezeigt. So wird aus Rund- Wärmeentstehung umgewälzt.

draht um eine aus einem Block 23 und einem Ab- 20 Die F i g. 7 bis 9 zeigen andere Möglichkeiten zur

standhalter 24 bestehende Form gewickelt. Der Ab- Befestigung der Ankerwicklung. In F i g. 7 sind zwei

standhalter 24 liegt im Block 23 in einer Nute und Bügel 31 aus einem unmagnetischen Metall, vorzugs-

schafft den für die Welle 1 erforderlichen freien weise Aluminium, auf die Wicklung 22" aufgekittet.

Raum. Nach dem Wickeln wird der Abstandhalter Ein Band 32 aus unmagnetischem Material ist um

24 herausgenommen, und die Außenteile der Anker- 25 Wicklung 22" und Bügel 31 geschlungen. In F i g. 8

wicklung 22 werden durch Endstücke 25 in ihrer sind die Bügel zu einem einzigen Teil 33 zusammen-

Form gehalten. Ihre Oberseite wird dann nach unten gefaßt.

und nach vorn gedrückt. Das weggedrückte Teil Die Ankerwicklung 22" und die Bügel 31 werden springt dann nach vorn, während das übrige Teil in eine Halterung 34 eingesetzt und in eine Bohrflach auf der Oberseite des Blockes 23 liegt, wodurch 3° vorrichtung eingeschoben. Mit dieser werden Bohsich der freie Raum 20 zur Aufnahme der Welle 1 rungen 35 im richtigen Abstand zum Luftspaltergibt. abschnitt 22' der Ankerwicklung 22" eingebracht.

Bei Verwendung von Runddraht mit einem Durch- Die Ankerwicklung kann dann am Gehäuse der elek-

messer d ist der im allgemeinen benötigte Raum d-, trischen Maschine oder an jeder anderen beliebigen

während Kupfer + Isolation π/4 d- ist. Der auf diese 35 Halterung befestigt werden.

Weise gewickelte Draht ist jedoch noch instabil und Bei F i g. 9 wird statt des durchgehenden Teiles 33

verfestigt sich nicht zu einer guten mechanischen eine Befestigungsplatte 36 aus Kunststoff verwendet.

Einheit. Falls die Wicklung 22 durchgehend von links Ebenso können die Bügel 31 durch Kunststofiblöcke

nach rechts gewickelt ist, z. B. mit einer Rückbewe- ersetzt werden.

gung am Ende jeder Lage zum ursprünglichen Aus- 40 In den F i g. 7 bis 9 ist die Ankerwicklung 22" gangspunkt, fallen die Drähte der zweiten Lage in die etwas aufgebogen, um damit Raum für eine UnterTäler zwischen den Drähten in der ersten Lage bzw. legscheibe und eine Mutter oder eine andere Befesti-Fig. 4 zeigt dieses Bild. Das Dreieck 27, das die gung zum Halten des Rotors auf der Welle zu Mittelpunkte von drei Drähten verbindet, ist ein schaffen.

gleichseitiges Dreieck. Der Abstand S zwischen den 45 Die Fig. 11 und 12 zeigen eine zweiphasige Anker-Lagen ist nicht der Drahtdurchmesser d, sondern wicklung. Eine Ankerwicklung 222 liegt in und in V3/2 d. Bei mehreren Lagen ist die in einen gege- rechtem Winkel zu der Ankerwicklung 22. Jede benen Raum einwickelbare Drahtmenge um das Wicklung wird in vorgehend beschriebener Weise 2/V3 = 155fache größer als bei einer einfachen Lage. ausgebildet und hat einen oder mehrere Befestigungs-Diese Schichtung ist mechanisch fest, da jeder innen- 50 bügel 37. Die zentrische Aufbiegung der Wicklung liegende Draht von sechs anderen Drähten berührt 22 muß tief genug sein, um die Befestigungsbügel 37 wird. Ein Verkitten hat eine noch bessere Wirkung. der inneren Wicklungen 222 durchzulassen.
Der Draht ist so stabil, daß auf die Lagen sogar noch Für eine dreiphasige Wicklung wird ein dritter etwas Druck ausgeübt werden kann, wodurch die Spulensatz vorgesehen. Jeder Spulensatz liegt um Drähte mindestens teilweise in ineinanderpassende 55 60 oder 120° versetzt zu den anderen. Die Spulen Sechsecke verformt werden, wodurch die Raumaus- des dritten Satzes können wie die Wicklungen 22 nutzung noch weiter in Richtung auf eine Zahl von und 222 sein und könnten außerhalb der Wicklungen AIn = 1,273 gesteigert wird. 22 gemäß den Fi g. 11 und 12 liegen.

Für die Befestigung der Ankerwicklung 22 bieten Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Bezeich-

sich zahlreiche Möglichkeiten an. Die F i g. 5 und 6 60 nung Feldanordnung im weitesten Sinne verwendet zeigen eine Möglichkeit, bei der sie zwischen Platten wird und die Magnetflußrückführungsplatte 2' wie

29 und Schienen 28 befestigt ist, die mit Schrauben auch die anderen den Fluß führenden Mittel um-

30 an den Ecken der Platte 29 gehalten werden. schließt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine mit einer rotierenden Welle, mit auf dieser Welle angeordneten teilweise in axialer Richtung permanent magnetisierten und zwischen sich einen Luftspalt begrenzenden Feldanordnungen, wobei die eine Feldanordnung Permanentmagnete enthält und die andere Feldanordnung eine einfache metallische Magnetflußrückführungsplatte ist, und mit einer um eine Feldanordnung herumgewickelten Ankerwicklung und in den Luftspalt zwischen die Feldanordnungen ragenden Ankerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß Ankerwicklung (22, 22', 222) und Feldanordnung (2, 2', 3) gegeneinander verdrehbar sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (22) um die die Permanentmagnete (3) enthaltende Feldanordnung herumgewickelt ist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (22) um die Magnetflußrückführungsplatte (2') gewikkelt ist.

4. Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (22) parallel zur Maschinenwelle (1) verläuft.

5. Maschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (22) teilweise um die Rückführungsplatte [T) herumgewickelt ist und teilweise in den Luftspalt hineinragt.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung (22) bis an die Maschinenwelle (1) heranragt und zur Durchführung der Maschinenwelle (1) radial verschoben ist.

7. Maschine nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Bügel (31) zum Halten der Ankerwicklung (22").

8. Maschine nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Schiene (28) und eine Platte (29) zum Festklemmen der Ankerwicklung (22).

9. Maschine nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Ankerwicklungen (22, 222) um die Feldanordnungen gewickelt und winkelmäßig gegeneinander versetzt sind.