DE1613372C3 - Elektrische Maschine mit axialem Luftspalt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, bestehend aus einem den Stator bildenden Magnetring mit axial magnetisierten Polen abwechselnder Polarität und beidseitig des Magnetringes angeordneten und mit diesem axiale Luftspalte bildenden Ankerscheiben, die entsprechend der Polzahl des Magnetringes in Polschuhe unterteilt sind, welche zu in der zentrischen Bohrung des Magnetringes angeordneten ringförmigen Ankerspulen geführt sind, wobei die Ankerscheiben über die Magnetkerne der Ankerspulen miteinander verbunden sind.

Aus der DT-AS 1 230 486 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 Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden, entgegengesetzt magnetisierten Abschnitten. Der Rotor trägt eine verteilte Spulenwicklung auf einer Zylinderfläche um die Rotorachse, 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 undi sind lauf Ankerzähnen eines ringförmigen Kernes aus ferromagnetische!!! Material

<° angeordnet, wobei sich die Ankerzähne vom Ring zur Rotorwelle hin völlig zwischen den Magneten erstrekken.

Bei einer derartigen Anordnung tritt das Feld der ringförmigen Magnete beiderseits des Rotors axial in

• 5 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 zurückkehrt und sich durch Kurzschlußringe, die mit den Magneten in Verbindung stehen, wieder schließt. Der Weg der magnetischen Kraftlinien ist also sehr lang, was die Leistung des Motors beeinträchtigt.

Die Leistung dieses bekannten Motors läßt sich unter Beibehaltung einer kleinen Bauweise auch deshalb nicht wesentlich steigern, weil auf Grund der zahnförmigen Ausbildung des Ankers der Eisenquerschnitt und der Kupferquerschnitt der Spulen und ihrer Wickelköpfe, 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.

Aus der DT-PS 973 278 ist eine Kommutator-Maschine mit einem bewickelten Anker, einem bewickelten Stator und einem im Raum zwischen den Ankerspulen und der Welle angeordneten ringscheibenförmigen Kollektor bekannt. Anker und Stator sind ähnlich aufgebaut und über einen axialen Luftspalt in der Längsrichtung hintereinander angeordnet.

Wie die DT-PS 598 788 zeigt, läßt sich die Bauhöhe einer Kommutator-Maschine dadurch reduzieren, daß der Anker als Scheibe mit aufgebrachten Flachspulen ausgebildet wird.

Ähnlich verhält es sich mit der Kommutator-Maschine nach der FR-PS 1375 231. Die Ankerscheibe ist durch eine Vielzahl von radial gerichteten Schlitzen in Leiterstücke unterteilt, die, hintereinander- und parallelgeschaltet, die Erregerwicklung bilden, welche über die Bürsten mit Strom versorgt wird. Die Maschine kann nur ein schwaches Ankerfeld erzeugen und ist daher auch nur für sehr kleine Leistung geeignet.

Aus der DT-AS 1 052 538 ist eine Maschine der eingangs vorausgesetzten Art bekannt, bei der ein Dauermagnetring zwischen zwei scheibenförmigen rotierenden Ankerteilen angeordnet ist. Die Ankerwicklung in Form von Ringspulen liegt in der Mittenbohrung des Magnetrings; sie ist in. Längsrichtung unterteilt. Beidseitig der Wicklung angebrachte Ringscheiben und Weicheisenplatten sind als Polschuhe ausgebildet. Dieser Maschinenaufbau wird durch die erforderliche Gestaltung und Anordnung der Ankerscheiben aufwendig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leistungsstarke, elektrische Maschine mit möglichst klei-

nen Abmessungen in axialer Richtung und einfach ausgebildeten Bauteilen zu schaffen, die auch in der Massenfertigung eine wirtschaftliche Herstellung gestattet. Dies wird bei einer Maschine der vorausgesetzten Art nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Ankerscheiben kreisringförmig und eben ausgebildet und in ihnen die Polschuhe durch radial verlaufende Schlitze gebildet sind, daß entsprechende Polschuhe beider Ankerscheiben jeweils durch einen Magnetkern magnetisch leitend miteinander verbunden sind und daß diese Magnetkerne konzentrisch zur Ankerwelle auf einem Kreis angeordnet und einer oder mehrere davon entsprechend der gewünschten Ankerpolzahl von den Ankerspulen umschlossen sind. Hierbei wird Schutz nur für den Gesamtaufbau begehrt.

Durch eine derartige Gesamtanordnung der Rotor- und Statorteile wird ein sehr kurzer Weg der magnetischen Feldlinien, die vom Magnetring durch die eine Ankerscheibe, den Magnetkern und die andere Ankerscheibe in den Magnetring zurücklaufen, erreicht. Das bedeutet, daß die Eisenverluste sehr gering werden. Außerdem können einfache Bauteile verwendet und weitgehend in Vormontage zusammengesetzt werden.

Durch die geschlitzte Ausführung der Ankerscheiben lassen sich diese leicht herstellen, wobei die Eisenquerschnitte zwischen den Schlitzen und dem Außen- bzw. Innenrand der Magnetbleche so gering ist, daß der Verlust an magnetischem Nutzfluß praktisch vernachlässigbar ist.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Maschine können den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden.

An Hand eines in der Zeichnung dargestelten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den erfindungsgemäßen Motor im Schnitt,

F i g. 2 den Motor gemäß F i g. 1 mit teilweise abgenommenem Motorgehäuse in Ansicht entsprechend Pfeilrichtung Bund

F i g. 3 den Motor gemäß F i g. 1 in Ansicht entsprechend Pfeilrichtung A mit teilweise entferntem Ankerblechpaket.

Der in der Zeichnung dargestellte Motor zeigt eine vierpolige Axialluftspaltmaschine. Diese besteht aus einem 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 Aufnahmeteil 14 versehen. An diesem Aufnahmeteil 14 ist ein Teil der aus einzelnen Ankerblechen 32 bestehenden Ankerscheiben befestigt, in diesem Fall das Ankerblechpaket 15.

Mit Abstand zu diesem Ankerblechpaket 15 liegt ein weiteres Ankerblechpaket 16 etwa gleichen Eisenquerschnittes, das über einen Magnetkern 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 Magnetkerns 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 Ankerblech-

paketen 15 und 16 jeweils ein axialer Luftspalt 20 bildet.

Der Magnetring 19 ist entsprechend der Anzahl der Pole wechselweise in axialer Richtung magnetisiert.
Die einzelnen Polschuhe der Ankerblechpakete 15 und 16 werden dadurch gebildet, daß in den einzelnen Ankerblechen entsprechend der Polzahl radial verlaufende schmale Schlitze 22 angeordnet sind, die nahezu über die gesamte Breite der einzelnen ringförmigen Ankerbleche reichen.

Die zwischen den Ankerblechpaketen 15 und 16 angeordneten Ankerspulen 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 dem sie den einen Magnetkern 17 umschlingen, am oberen Blechpaket 15 und mit ihrem anderen Ende, mit dem sie den anderen Magnetkern 17 umschlingen, am unteren Blechpaket 16 abstützen. Zwischen den Spulen 23 und den Blechpaketen 15 und 16 sind Isolierungen 31 gelegt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Teile wird ein sehr kurzer Weg des magnetischen Kraftflusses erreicht. Dieser verläuft vom Magnetring 19 durch das untere Blechpaket 16, den Magnetkern 17 mit der Spule 23 zum Blechpaket 15 und zurück zum Magnetring 19. Die Drahtenden 24 der einzelnen Ankerspulen sind an die entsprechenden Lamellen 25 eines ringscheibenförmig ausgebildeten Kollektors 26 angeschlossen. Dieser Kollektor 26 sitzt fest auf dem Aufnahmeteil 14 der Welle 13.

Unmittelbar neben der Welle 13 sind im Gehäuse 11 Kohlebürsten 27 angeordnet, deren elektrische Zuleitungen 28 zu einem am Gehäuse 11 befestigten Anschluß 29 führen.

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

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 Materialaufwand ist wesentlich kleiner als bei einem Motor herkömmlicher Bauart, und seine Herstellung ist wirtschaftlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine, bestehend aus einem den Stator bildenden Magnetring mit axial magnetisierten Polen abwechselnder Polarität und beidseitig des Magnetringes angeordneten und mit diesem axiale Luftspalte bildenden Ankerscheiben, die entsprechend der Polzahl des Magnetringes in Polschuhe unterteilt sind, welche zu in der zentrischen Bohrung des Magnetringes angeordneten ringförmigen Ankerspulen geführt sind, wobei die Ankerscheiben über die Magnetkerne der Ankerspulen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheiben (15, 16) kreisringförmig und eben ausgebildet und in ihnen die Polschuhe durch radial verlaufende Schlitze (22) gebildet sind, daß entsprechende Polschuhe beider Ankerscheiben jeweils durch einen Magnetkern (17) magnetisch leitend miteinander verbunden sind und daß diese Magnetkerne (17) konzentrisch zur Ankerwelle (13) auf einem Kreis angeordnet und einer oder mehrere davon entsprechend der gewünschten Ankerpolzahl von den Ankerspulen (23) umschlossen sind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Schlitze (22) in den ringförmigen Ankerscheiben (15,16) bis auf einen schmalen Steg am inneren und äußeren Umfang über deren gesamte radiale Ausdehnung reichen.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheiben (15, 16) als parallel zur Scheibenebene lamellierte Blechpakete ausgebildet sind.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ankerscheibe (z. B. 15) auf einem Trägerteil (14) befestigt ist, welches in der Bohrung dieser Ankerscheibe angeordnet und mit der Ankerwelle (13) unverdrehbar verbunden ist.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch .gekennzeichnet, daß auf dem Trägerteil (14) im Bereich zwischen den kreisförmig angeordneten Erregerspulen (17) ein ringscheibenförmiger Kollektor (26) angebracht ist.