DE19927082A1

DE19927082A1 - Development of permanently stimulated synchronous machine with transversal flux guide, has central H-shaped flux conductor with cylindrical iron core and peripheral, inward-facing poles

Info

Publication number: DE19927082A1
Application number: DE1999127082
Authority: DE
Inventors: Joern H Schaefertoens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2000-12-21

Abstract

The developed machine has a centrally mounted flux conductor with an H-shaped cross-section consisting of a cylindrical iron core (5) made up of sheet strips on which is mounted a plate cut into a star shape in the middle of a packet with staged-length pole tongues forming peripheral, inward-facing poles.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um die Weiterbildung elektrischer Synchronmaschinen mit permanentmagnetischer Erregung und transversaler Flußführung, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentral angeordneten Flußleiter mit H-förmigem Querschnitt aus einem aus Blechstreifen zusammengesetzten zylindrischen Eisenkern gebildet wird, auf dem in der Mitte ein Paket sternförmig geschnittener Bleche angeordnet ist, dessen strahlenförmige Polzungen in der Länge gestaffelt sind und von der Mitte aus im Wechsel zu beiden Seiten rechtwinklig zweifach gebogen sind, so daß am Umfang nach innen weisende Pole gebildet werden, die auf einer zylindrischen Mantelfläche liegen.The invention concerns the further development of electrical synchronous machines with permanent magnetic excitation and transverse flux guidance, characterized in that a centrally located flow conductor with an H-shaped cross-section from one Sheet metal composite cylindrical iron core is formed on the center a package of star-shaped sheets is arranged, the radial pole tabs are staggered in length and at right angles from the center alternating on both sides are bent twice, so that on the circumference inward-facing poles are formed on a cylindrical outer surface.

Die erfindungsgemäße Ausführung ist mit geringen Modifikationen sowohl für rotatorische wie für translatorische Maschinen geeignet.The embodiment according to the invention is with minor modifications both for rotary as suitable for translatory machines.

Ziel der Erfindung ist die Weiterbildung bekannter Bauformen von Transversalflußmaschinen bezüglich einer kostengünstigen Herstellung.The aim of the invention is the further development of known designs of transverse flux machines regarding inexpensive manufacture.

Fig. 1 zeigt am Beispiel eines Radnabenmotors die Ausbildung einer rotatorischen Anordnung. An den seitlichen Lagerflanschen 8 der Radnabe sind als Rotor beidseitig Erregerringe 2 mit Tragringen 25 angebracht, die im Wechsel hintereinander angeordnet Magnete und Eisensegmente als Flußsammler enthalten, die von einem Trägerflansch 25 zusammengehalten werden. Diese Erregerringe 2 drehen sich jeweils mit doppelten Luftspalt in einem Ringspalt des Stator, der zwischen dem äußeren aus sternförmig geschnittenen und gebogenen Blechen bestehenden äußeren Flußleitern 3 und dem inneren als gezahnte Polscheiben 4 ausgebildeten Flußleitern gebildet wird. Fig. 1 shows the example of a wheel hub motor, the formation of a rotary arrangement. On the side bearing flanges 8 of the wheel hub, excitation rings 2 with support rings 25 are attached as a rotor on both sides, which alternately contain magnets and iron segments arranged in succession as flux collectors, which are held together by a support flange 25 . These excitation rings 2 each rotate with a double air gap in an annular gap of the stator, which is formed between the outer flux conductors 3 consisting of star-shaped and bent sheets and the inner flux conductors 4 , which are designed as toothed pole plates.

Der Radnabenmotor wird durch die Achse 11 mit der Nut 12 zur Durchführung der Anschlußkabel und die darauf mit Wälzlagern 9 und 10 gelagerten Lagerflansche 8 vervollständigt. Die Lagerflansche 8 werden durch ein Mantelrohr 16 verbunden und tragen außen das Rad z. B. in den Bohrungen 18 die Speichen.The wheel hub motor is completed by the axis 11 with the groove 12 for the passage of the connecting cable and the bearing flanges 8 mounted thereon with roller bearings 9 and 10 . The bearing flanges 8 are connected by a casing tube 16 and carry the wheel outside z. B. in the holes 18, the spokes.

Fig. 2 zeigt die Anordnung eines Erregerrings 2 zwischen den Polzungen des äußeren Flußleiters 3a und der Polscheibe 4a. Die Polzungen (3b) des zweiten Stranges sind gestrichelt dargestellt. Fig. 2 shows the arrangement of an excitation ring 2 between the pole tongues of the outer flux conductor 3 a and the pole disc 4 a. The pole tongues ( 3 b) of the second strand are shown in dashed lines.

Die äußeren Flußleiter 3 und die Polscheiben 4 sind auf dem Eisenkern 5 auf gepaßt. Der Eisenkern ist aus Blechstreifen mit längs Orientierung zusammengesetzt für deren mehrere Ausführungsbeispiele 51 bis 53 dargestellt sind.The outer flux conductor 3 and the pole plates 4 are fitted on the iron core 5 . The iron core is composed of sheet metal strips with a longitudinal orientation, for whose several exemplary embodiments 51 to 53 are shown.

Der Erregerring besteht aus Pole bildenden Eisensegmenten 21 und Magneten 22.The excitation ring consists of pole-forming iron segments 21 and magnets 22 .

Fig. 3 zeigt die Anordnung in einem Längsschnitt. Die Strangwicklungen 1 werden von den verschiedenen Flußleitern 2 bis 5 vollständig umschlossen. Um die Anschlußleiter 64 der Strangwicklungen an der Achse heraus führen zu können, ist die Wicklung in zwei nebeneinander liegende Spulen 61, 62 mit gegensinniger Wickelrichtung aufgeteilt, die außen mit einer Brücke 63 in Reihe geschaltet sind. Fig. 3 shows the arrangement in a longitudinal section. The strand windings 1 are completely enclosed by the various flux conductors 2 to 5 . In order to be able to lead the connecting conductors 64 of the phase windings out on the axis, the winding is divided into two adjacent coils 61 , 62 with opposite winding directions, which are connected in series with a bridge 63 on the outside.

Fig. 4 zeigt vergrößert einen Ausschnitt aus dem Ringspalt. In der Vergrößerung werden schmale Zwischenräume 24 zwischen den Magneten 22 und den Eisensegmenten 21 sichtbar, die durch entsprechende Kontur des in Fig. 5 dargestellten Blechschnittes für diese Eisensegmente entstehen. Die Zwischenräume 24 werden für die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Befestigung der Segmente an einem Tragring 25 benötigt. Fig. 4 shows an enlarged section of the annular gap. In the enlargement, narrow spaces 24 between the magnets 22 and the iron segments 21 are visible, which are created by the corresponding contour of the sheet metal cut shown in FIG. 5 for these iron segments. The spaces 24 are required for the fastening of the segments to a support ring 25 shown in FIGS . 6 and 7.

Da die Herstellung der Erregerringe besonders aufwendig ist, soll ein geeignetes Herstellungsverfahren im folgenden näher beschrieben werden:Since the production of the exciter rings is particularly complex, a suitable one should Manufacturing processes are described in more detail below:

Zunächst werden die Eisensegmente 21 als Zähne eines Ringes 26 aus Blech ausgeschnitten zum Kleben vorbereitet geschichtet.First, the iron segments 21 are cut out as teeth of a ring 26 cut out of sheet metal and prepared for gluing.

Ein Tragring 25 mit taschenförmigen Nuten 29 wird als Formteil z. B. aus Aluminium im Druckguß erstellt.A support ring 25 with pocket-shaped grooves 29 is used as a molding z. B. made of aluminum in die casting.

Der Tragring wird in eine dünnwandige Bandage 23 aus Faserverbundwerkstoff mit einem Führungskegel eingeschoben und beides in das Unterteil einer Form U zentriert eingelegt. Die Taschen 29 werden mit Klebstoff gefüllt.The support ring is inserted into a thin-walled bandage 23 made of fiber composite material with a guide cone and both are centered in the lower part of a U shape. The pockets 29 are filled with adhesive.

In die Bandage und auf den Tragring werden jetzt die gestapelten Bleche 26 in die Form eingelegt. Ggf ist es sinnvoll, die Bandage als spiralförmig geschlitzten Ring auszuführen und vor dem Einlegen um die Teile 26 und 25 zu winden oder die Bandage nachträglich aufzubringen.The stacked sheets 26 are now inserted into the mold in the bandage and on the support ring. It may make sense to design the bandage as a spirally slotted ring and to wind it around parts 26 and 25 or to apply the bandage afterwards.

In die Nuten des Blechpaketes wird nun ein Faserstrang 24 mit den Magneten 22 im Bereich der dafür vorgesehenen Aussparungen eingeschoben. Dies kann Stück für Stück von Hand erfolgen. Mit einer geeigneten Vorrichtung, mit der Magnete und ein als Spule passender Länge gewickelter Faserstrang mit gelenkig gelagerten Auslegern und Führungshülsen mit zwangsgeführten synchronen Bewegungen exakt zueinander positioniert werden, können auch alle Magnete gleichzeitig eingeschoben werden. Zum Schutz der Faser wir in Füllkörper 28 verwendet, der bei Handmontage aus einzelnen Teilen besteht, bei automatischer Montage als gezahnter Kranz vorgefertigt wird. Über den Kranz wird ein Faserring gelegt, dann wird durch gleichzeitiges Andrücken aller Magnete durch eine Oberform O der Faserstrang 24 gespannt. Durch eine zentrale Bohrung in der Oberform wird jetzt Kunstharz eingefüllt und durch schnelle Rotation der Form um die Achse Z auf einem Drehteller durch Fliehkraft in den vorbereiteten Verbund injiziert. Nach dem Aushärten und Entformen werden die Eisensegmente 21 durch Ausdrehen und Rundschleifen des Ringes 26 an den Linien 5 vereinzelt.A fiber strand 24 with the magnets 22 is now inserted into the grooves of the laminated core in the area of the cutouts provided for this purpose. This can be done by hand, piece by piece. With a suitable device with which magnets and a fiber strand wound as a bobbin of suitable length with articulated cantilevers and guide sleeves with positively guided synchronous movements can be positioned exactly to each other, all magnets can also be inserted at the same time. To protect the fiber we used in packing 28 , which consists of individual parts in manual assembly, is prefabricated as a toothed ring in automatic assembly. A fiber ring is placed over the ring, then the fiber strand 24 is tensioned by simultaneously pressing all magnets through an upper mold O. Resin is now filled through a central hole in the upper mold and injected into the prepared composite by centrifugal force by rapid rotation of the mold around the Z axis on a turntable. After hardening and demolding, the iron segments 21 are separated on the lines 5 by unscrewing and grinding the ring 26 .

Fig. 8 und 9 zeigen zwei Blechschnitte des Blechpaketes zur Fertigung des äußeren Flußleiters 3. Fig. 8 zeigt die äußersten Bleche 36 mit den unterschiedlich langen Polzungen 36a und 36b, Fig. 9 das mittlere Blech 31 mit gleich langen Polzungen 30a und 30b. Bei den dazwischen liegenden Blechen sind die Längen der Polzungen entsprechend abgestuft, so daß beim zweifachen abwechselnden Umbiegen der Polzungen über einen entsprechenden Dorn an beiden Seiten eine zylindrische Innenfläche entsteht. Das gebogene Blechpaket wird in einer Form verklebt und ggf. an den Polflächen mechanisch bearbeitet. FIGS. 8 and 9 show two laminations of the laminated core for the production of the outer flux guide. 3 Fig. 8 shows the outermost plates 36 with the differently long tongue 36 a and 36 b, Fig. 9, the middle plate 31 with the same length tongue 30 a and 30 b. In the sheets in between, the lengths of the pole tongues are graded accordingly, so that when the pole tongues are bent twice alternately, a cylindrical inner surface is created on both sides via a corresponding mandrel. The bent laminated core is glued in a mold and, if necessary, machined on the pole faces.

Für die Durchführung von Leitungen können in Teilen der Blechschnitte Schlitze 37 vorgesehen werden, die nach dem Schichten Kanäle bilden.For the implementation of lines, slots 37 can be provided in parts of the sheet metal cuts, which form channels after layering.

Fig. 10 zeigt den Blechschnitt der Polscheiben 4 deren Polzähnen 41 etwas kleiner sind als die Pollücken 41. In der Bohrung 43 befindet sich später der Eisenkern 5, für den in den Fig. 11 und 12 zwei sinnvolle Ausführungen mit großem Füllfaktor gezeigt werden. Fig. 12 zeigt den Aufbau aus gleichartigen Sektoren, die aus einer symmetrischen Schichtung von Blechen mit abgestufter Breite bestehen. Fig. 12 zeigt die Verwendung von V-förmig abgekanteten und ineinander gestapelten Blechen. Im Bereich der kurzen Blechstreifen kann ohne große Einbuße am Kernquerschnitt eine Lücke 50 für die Durchführung von Leitungen geschaffen werden. Fig. 10 shows the sheet metal section of the pole discs 4 whose pole teeth 41 are somewhat smaller than the pole gaps 41. The iron core 5 is later located in the bore 43 , for which two sensible designs with a large fill factor are shown in FIGS. 11 and 12. Fig. 12 shows the structure of similar sectors, which consist of a symmetrical layering of sheets with graded width. Fig. 12 shows the use of V-shaped folded and stacked sheets. In the area of the short metal strips, a gap 50 can be created for the passage of lines without a major loss in the core cross section.

Claims

1. The invention is a further development of electrical synchronous machines with permanent magnetic excitation and transverse flux guidance, characterized in that:
a centrally arranged flow conductor with an H-shaped cross-section is formed from a cylindrical iron core composed of sheet metal strips, on which a packet of star-shaped sheets is arranged in the middle, the radiating pole tongues of which are staggered in length and from the center alternately on both sides are bent twice at right angles, so that inward poles are formed on the circumference and lie on a cylindrical outer surface.

2. Furthermore, characterized in that the excitation rings alternately from each other Lined up magnets and iron segments exist between magnets and iron segments have narrow slots in which a wave-shaped around the magnets and the Iron segments guided and preferably wound as an endless ring of suitable length Fiber strand is embedded, which wraps around the individual parts and with each other and on one prefabricated support ring connects, which has pockets into which the fiber strand through Magnets are pressed in before gluing.