DE1613372A1 - Elektrische Maschine mit axialem Luftspalt - Google Patents

Description

SWF-Spezia!fabrik fur' Autozubehör Gustav Uau GiabII., 712 Bietigheim

P 16 13 372.5 A 11 559

25.6,1969 PAT/j/lIö

Elektrische Maschine mit axialem Luftspalt

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, bestehend aus einem den Stator bildenden Magnetring mit axial magnetisierten Polen abwechselnder Polarität und einem beiderseitig des Magnetring/liegenden, mit diesem axiale Luftspalte bildenden Anker.

Es ist eine elektrische Maschine mit axialem Luftspalt zwischen den Magnetpolen des Ständers und den Polen des Rotors bekannt, wobei zwei ringförmige Magnete vorgesehen sind, die beiderseits des Rotors koaxial.angeordnet sind. Die Magnete sind jeweils axial magnetisiert und bestehen aus mindestens zwei in Umfangrichtung aufeinanderfolgenden entgegengesetzt ^s magnetisieren Abschnitten. Der Rotor trägt eine verteilte Spulenwicklung auf einer Zylinderfläche um die Rötorachse und der maximale, mit der Rotorwicklung verkettete Kraftfluß wird dadurch erhalten, daß gleichnamige Pole der beiden Magnete einander gegenüberstehen. Die Spulen der Spulenwicklung liegen in radialer Richtung ausserhalb des Bereichs der Magnete und sind auf Ankerzähnen eines ringförmigen Kernes aus ferromagnetischem Material angeordnet, wobei sich die Ankerzähne vom Ring zur Rotorwelle hin völlig zwischen den Magneten erstrecken. Bei einer derartigen Anordnung tritt das Feld der ringförmigen Magnete beiderseits des Rotors axial in diesen ein und biegt dann ab, um radial durch die Ankerzähne zum ringförmigen Teil des Rotors hin zu verlaufen, wonach es durch die Ankerzähne, die den entgegengesetzten Polen der ringförmigen Magnete gegenüberliegen, wieder in die Magnete zurUokkehrt und sich durch Kurzschlußringe, die mit den Magneten in Verbindung stehen, wieder sohllesst. Der Weg

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der magnetischen Kraftlinien ist also sehr lang, was die Leistung des Motors beeinträchtigt.

Die Grosse der Leistung dieses bekannten Motors läßt sich unter Beibehaltung einer kleinen Bauweise auch wesentlich steigern, weil aufgrund der zahnförmigen Ausbildung des Ankers der Eisenquerschnitt und der Kupferquerschnitt der Spulen und ihrer Wickelkopfe, die auf den Zähnen angeordnet sind, begrenzt sind.

Die Anordnung der Spulen ausserhalb der Magnete hat zur Folge, daß der aussenliegende, ringförmig geschlossene Teil des Rotorpaketes einen grossen Eisenquerschnitt und damit einen grossen Durchmesser haben muß, um den magnetischen Widerstand bei der erforderlichen Weglänge des magnetischen Flusses klein zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leistungsstarke, elektrische Maschine mit möglichst kleinen Abmessungen und einfach ausgebildeten Bauteilen zu schaffen, die auch in der Massenfertigung eine wirtschaftliche Herstellung gestattet.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Anker durch zwei kreisringförmige, ebene Blechpakete gebildet wird, von denen das erste mittels eines Trägerteils auf der Motorwelle befestigt und das zweite mittels der die Spulen tragenden Eisenkerne am ersten gehalten ist, und daß zwischen den einzelnen Eisenkernen die Blechpakete mit radialen Schlitzen versehen sind, die bis auf einen schmalen Steg am inneren und äusseren Ankerrand über die gesamte Breite der Ankerbleche reichen. Dabei sind die Eisenkerne konzentrisch zur Ankerwelle auf einer Kreislinie angeordnet und werden entsprechend der Pol-., zahl des Motors einzeln oder zu mehreren von einer Stromspule umfaßt.

Durch eine derartige Anordnung der Rotor- und Statorteile wird ein sehr kurzer Weg der magnetischen Induktionslinien, die vom Magnetring durch das eine Blechpaket, durch den Eisenkern zum anderen Blechpaket und wieder in den Magnetring zurücklaufen,

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erreicht. Das bedeutet, daß die Eisenverluste sehr gering werden.

Bei einem Motor konventioneller Bauweise mit Segmentmagneten kann der magnetische Fluß nicht unbegrenzt groß gewählt werden, da er vom Magnetmaterial und vorwiegend von der Grosse der Induktionsluttspaltfläche bzw. Magnetflache abhängig ist.

Dieser Nachteil wird bei dem erfindungsgemäßen Motor dadurch vermieden, daß die Größe der magnetischen Induktion in den Eisenkernen durch die kurze Weglänge des magnetischen Flusses und durch die frei wählbare, wirksame Magnetluftspaltfläche auf sehr gross« Werte gebracht werden kann. Das bedeutet, daß die Windungslänge der Spulen gering wird und-damit ein geringes Kupfervolumen erforderlich ist.

Zur Leistungsanpassung bzw. zur weiteren Leistungssteigerung des Motors können die Eisenquerschnitte und die Kupferquerschnitte der Spulen vergrössert werden, was durch eine Verlängerung der Eisenkerne und der Spulenlängen geschehen kann, Zur Erzeugung des notwendigen Luftspaltes zwischen dem Magnetring und den Ankerblechen brauchen diese im Bereich des Mognetrinites dann lediglich mit einer Ahkröpfung versehen zu werden.

Durch die geschlitzte AusführuHg der Ankerbleche lassen .sich diese leicht herstellen, wobei die Eisenquersehnitte zwischen den Schlitzen und dem-Aussen- bzw. Innenrand der Magnetblech« so gering ist, daß der Verlust au magnetischem" Fluß' praktisch vernachlässigbar ist.

Zur Vermeidung von Wirbelströmen in den Eisenkernen sind diese vorteilhafterveise über ihren Umfang mit Nuten versehen, die beispielsweise radial angeordnet sein können.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbei-Spieles wird die Erfindung beschrieben. Es zeigen

Fig. i den erfindungsgemäßen Motor im Schnitt,

Fig. 2 den Motor gemäß Fig. 1 r.it teilweise abgenommenen? Motorgehäuse und in Ansieht entsprechend .Pfeil— richtung B und

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Fig. 3 den Motor gemäß Fig. 1 in Ansicht entsprechend Pfeilrichtung A mit teilweise entferntem Ankerblechpaket.

Der in der Zeichnung dargestellte Motor zeigt eine vierpolige Axialluftspaltmaschine. Diese besteht aus einen topfförmigen Gehäuse 11, das gleichzeitig als Lagerschild dient. Die nur in einer einzigen Lagerbuchse 12 drehbar und fliegend gelagerte Welle 13 ist an ihrem inneren freien Ende mit einem Aufnahme teil 14 versehen. An diesem Aufnahmeteil lh ist ein ^eIl des aus einzelnen Ankerblechen 32 bestehenden Ankerblechpaketes befestigt, in diesem Fall das Ankerblechpaket 15.

Mit Abstand zu diesem Ankerblechpaket 15 liegt ein weiteres Ankerblechpaket 16 etwa gleichen Eisenquerschnittes, das Über einen Eisenkern 17 mit dem Ankerblechpaket 15 in Verbindung steht. Die beiden Ankerblechpakete 15 und 16 sind beispielsweise durch Vernieten der durch sie hindurchragenden Zapfen

18 des Eisenkerns 17 zusammengehalten. Zwischen den beiden Ankerblechpaketen 15 und 16 ist ein gehäusefester Magnetring

19 angeordnet, derart, daß sich zwischen dem Magnetring 19 und den beiden Ankerblechpaketen 15 und 16 jeweils ein notwendiger Luftspalt 20 bildet.

Der Magnetring 19 ist entsprechend der Anzahl der Pole wechsel· weise in axialer Richtung magnetisiert.

Die einzelnen Pole der Ankerblechpakete 15 und 16 werden dadurch gebildet, daß in den einzelnen Ankerblechen entsprechend der Polzahl radial angeordnete schmale Schlitze 22 angeordnet sind, die nahezu Über die gesamte ^üreite der einzelnen ringförmigen Ankerbleche reichen.

Die zwischen den Ankerbleohpaketen 15 und 16 angeordneten Spulen 23 sind so ausgebildet, daß sie jeweils drei Eisenkerne 17 umfassen. Dabei liegen die Spulen in axialer Richtung so, daß sie sich mit ihrem einen Ende, mit den sie den einen Eisenkern 17 umschlingen, am oberen Blechpaket 15 und

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mit ihrem anderen Ende, mit dem sie den anderen Eisenkern umschlingen, am unteren Blechpaket 16 abstützen*« Zwischen den Spulen 23 und den Blechpaketen15 und l6sind Isolierungen 31 gelegt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Teile wird ein sehr kurzer Weg -de» magnetischen Kräftflußes erreicht. Dieser verläuft vom Magnetring19 durch das untere Blechpaket 16, den Eisenkern 17 mit der Spule 23 zum Blechpaket 13 und zurück zum Magnetring 19, Die Drahtenden 24 der einzelnen Spulen sind an die entsprechenden Lamellen 25 eines ringscheibenförmig ausgebildeten Kollektors 26 angeschlossen. Dieser Kollektor 26 sitzt fest auf dem Aufnahmeteil 14der Welle 13.

Unmittelbar neben der Weile. 13 sind imGehäuse Ii Kohlebürsten 27 angeordnet, deren elektrische Zuleitungen 28 zu einem am Gehäuse ii befestigten Anschluß 29 führen,

um die Wirbelstrombildung auch in den Eisenkernen weitgehend zu verhindern, sind diese an ihrem Umfang mit radialen Nuten 30 versehen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Motors ist die Möglichkeit, ihn einseitig offen ausbilden zu können, was sich günstig auf die Kühlung des Motors auswirkt. ■-■"■■"-.

Der Magnetring 19 kann als geschlossener Ring ausgebildet sein oder aus einzelnen Ringsegmenten entsprechend der Anzahl der einzelnen Pole bestehen.

Der Motor hat kleine bauliche Abmessungen. Der Materialauf-* wand ist wesentlich kleiner als bei einem Motor herkömmlicher Bauart, und seine Herstellung ist wirtschaftlich.

ORIGINAt IMSPECTED

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Claims (6)

- ΤΒ73ΤΓ2 A 11 539 25.6.1969 PAT/J/ΠΟ Patentansprüche

1. Elektrische Maschine, bestehend aus einem den Stator bildenden Magnetring mit axial magnetisieren Polen abwechselnder Polarität und einem beidseitig des Magnetringes liegenden mit diesem axiale Luftspalte bildenden Anker, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker durch zwei kreisringförmige, ebene Blechpakete gebildet wird, von denen das erste (15) mittels eines Trägerteils (lh) auf der Motorwelle (13) befestigt und das zweite (l6) mittels der die Spulen tragenden Eisenkerne am ersten (15) gehalten ist, und daß zwischen den einzelnen Eisenkernen die Blechpakete (15 und 16) mit radialen Schlitzen (22) versehen sind, die bis auf einen schmalen Steg am Inneren und äusseren Ankerrand über die gesamte Breite der Ankerbleche reichen.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkerne (17) konzentrisch zur Ankerwelle (13) auf einer Kreislinie angeordnet sind, und daß entsprechend der Polzahl des Motors ein oder mehrere Eisenkerne (l?) von einer Stromspule (23) umfaßt werden.

3. Elektrische Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den einen Eisankern umschlingende Spulenende an dein ersten Ankerblechpaket (15) und das einen weiteren Eisenkern umschlingende andere Spulenende am zweiten Ankerbleehpaket (l6) anliegt.

- 7 ORIGINAL IMSPECTED

Änderunqsqes.y.

4. 9. ι«

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h. Elektrische Maschine nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flache, ringscheibenförraig ausgebildete Kollektor (26) auf dem Trägerteil (14) zwischen den Ankerblechpaketen (15 und 16) angeordnet ist.

5. Elektrische Maschine nach den Ansprüchen 1 bis h_t dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkerne (i?) über ihren Umfang nit Nuten (50) versehen sind.

6. Elektrische Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkerne (17) geblecht ausge*
bildet sind.

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