DE2165152B2 - Elektrische synchronmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Synchronmaschinc vom Gleichpoltyp mit einem Stator, der eine Drehstromwicklung und eine ringförmige Wicklung zur Erzeugung eines koaxialen Gleichfeldes aufweist, einem Rotor, dessen Welle einen verdickten Teil aufweist und dessen Pole vorspringend in axial im Abstand voneinander liegenden Rotorteilen angeordnet sind, wobei die Pole im einen Rotorteil um 180 Elektrograd gedreht zu den Polen im anderen Rotorteil liegen, und mit Permanentmagneten mit radialer Magnetisierungsrichtung zwischen diesen Polen in jedem Rotorteil.

Eine Synchronmaschine der vorstehend genannten Art ist durch die USA.-Patentschrift 33 92 294 bekannt. Diese Ausführung ist nur für Maschinen ohne Käfigwicklung mit einer großen Anzahl von Polen geeignet. Der Raum zwischen den Polen und der Rotorachse ist hierbei so groß, daß auf einfache Weise Magnete angebracht werden können.

Die USA.-Patentschrift 35 12076 zeigt eine Synchronmaschine, bei der die beiden Rotoren durch Permanentmagnete unterschiedlich polarisiert sind und der permanente Kraftfluß sich dem elektromagnetischen Fluß auch additiv überlagert. Die Maschine besitzt hierbei einen relativ dünnen Rotor, wobei der zwischen den Polen verbleibende Raum lelativ groß ist. Dieser Raum ist mit dem permanentmagnetischen Material jedoch nicht ganz ausgefüllt. Das gleiche gilt für die vergleichbare Konstruktion nach der DT-PS 6 66 950.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Synchronmaschine mit einer Käfigwicklung zu schaffen, die trotz des durch diese Wicklung *° beengten Raumes zwischen den Polen die an sich durch die Käfigwicklung bedingten Nachteile vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß zwischen jedem Polpaar und innerhalb einer am Außenumfang des zugehörigen Rotorteils angeordne- * ten Käfigwicklung ein im wesentlichen den ganzen Raum zwischen diesen Polen ausfüllender Permanentmagnet angeordnet ist und der verdickte Teil der Rotorwelle sich über die gesamte wirksame Lange erstreckt.

Dadurch, daß der ganze zur Verfugung .stehende, relativ beschränkte Raum genutzt und zwischen jedem Pülpaar ein Magnet angeordnet ist. wird doch eine gutc Nutzung des magnetischen Flusses erzielt. Daßder\erdicktc Teil der Rotorwelle sich über ihre gesamte wirksame Länge erstreckt, ist insbesondere bei Maschinen mit einer geringen Anzahl von Polen erforderlich, um eine gleichmaßige Induktionsverteilung zu gewährleisten.

Die Erfindung wird an Hund von Ausfiihrungsbi.-!- spielen näher erläutert. Es zeigt

F i s. I einen Motor nach der Erfindung teilweise m, Längsschnitt,

F i g. 2a schematisch die Größe der verschiedenen Flußkomponenten bei einem Motor ohne Permarit.ni magnete.

Fig 2b die Größe der verschiedenen FkiHkompi, nenien bei einem Motor mit Permanentmagneten.

I ι g. 3a einen Schnitt gemäß der Linie lll-lll ^

Fig. 1.

F i g. 3b eine teilweise geschnittene Seitenansk hi de\

Rotors nach F i g. 3a.

F i g. 4a einen Querschnitt eines Rotors mit planerförmigen Magneten und

F i g. 4b eine teilweise geschnittene Seitenansichi iic-Rotors nach F i g. 4a.

Der ruhende Teil bzw. Stator des Motors enthäh ein zylindrisches Gehäuse 1, an dessen beiden Seiten Schilde 2. 3 angeordnet sind. Die Schilde 2, 3 sind mil HiHe von Bolzen 4, 5 mit dem Gehäuse 1 verbunden und mit Bohrungen versehen, die zum Durchgriff der Rotorwelle 6 dienen. Kugellager 7, 8 lagern die Welle 6 in den Schilden 2 bzw. 3. Die Kugellager 7, 8 sind durch einen Ring 9 bzw. 10 verschlossen. Zwischen dem Ring 9 und dem Schild 2 befindet sich ein Filzring 11. während zwischen df,-m Ring 10 und dem Schild 3 ein Filzring 12 angeordnet ist. Der in der Zeichnung links dargestellte Teil der Welle weist ein Schaufelrad 13 auf. das als Lüfter dient. Das Schaufelrad 13 ist durch eine Haube 14 abgeschirmt, die mittels Bolzen 15 am Gehäuse 1 befestigt ist. Im rechten Teil der Welle ist eine Keilnut 16 angeordnet. Die Gleichstromwicklung 17 dient zur Lr rcgung des Motors. An beiden Seiten eines die Wick lung 17 umgebenden Abstandsringes sind lamellierie Statorkerne 18 und 19 angeordnet, die mit einer Ein- oder Mehrphasenwicklung 20 versehen sind. Mit Hilfe dieser Wicklung 20 wird ein Wechsel- oder Drehfeld erzeugt.

Die beiden Endteile der Welle 6 bestehen aus nichtmagnetisierbarem Material, während der Mittelteil 6' von größerem Durchmesser aus magnetisierbarer!! Material besteht. Auf dem Mittelteil sind in zwei axial im Abstand liegenden Ebenen mit Käfigwicklungen versehene lameliierte Pole angeordnet. Der in der Zeichnung links dargestellte Käfig mit Stäben 27 wird axial durch Ringe 30 bzw. 32 begrenzt, während die Stäbe 27' des rechten Käfigs in die Ringe 34 bzw. 36 enden. Zwischen jedem Ringpaar ist ein einen Pol bildendes Blechpaket angeordnet. Jedes Blechpaket weist einen ringförmigen Hauptkörper und einen oder mehrere radial vorstehende Teile auf, die die eigentlichen Pole 24 bzw. 25 bilden.

Die Außenseite des Hauptkörpers der Pole ist zur Aufnahme der inneren Teile der Stäbe 27 und 27' mit Nuten versehen. Die axiale Breite der Pole entspricht der der zugehörigen Statorkerne 18 und 19. Zwischen

den beiden Polen ist ein Abstandsring 22 aus magnetisierbarer!! Material auf dem Mittelteil 6' angeordnet, der den gewünschten Abstand /wischen den Polen bestimmt.

Die konzentrisch verlaufende Erregerwicklung 17 wird während des Betriebes mit Gleichstrom gespeist und erzeugt ein axial gerichtetes Gieichfe!d im Gehäuse und in der Welle, das von den Statorkernen und den Polen geschlossen wird. Die Polarität der Pole wird durch die Richtung dieses Feldes bestimmt, !-"in wichtiger Vorteil des Motors besieht, außer dem schon genannten niedrigen Energieverbrauch, namentlich in Nullast, darin, daß ohne mitrotierende Wicklungen. Schleifringe und Bürsten ein regelbares Feld erzielt werden kann. Gemäß F i g. 3a sind zwischen den Polen auf dem Rotor Permanentmagnete 37, 38 angeordnet. Der Abstand der Permanentmagnete 37 38 von dem Boden der Rotornui muß zur Begrenzung des Streuflusses klein gehallen werden. Die axiale Länge der Magnete 37, 38 ist ungefähr gleich der des Rotorbleches.

In I i g. 2a ist schematisch die Größe des austretenden Flusses und des Nutzflusses sowie des Gesamtllusses bei einer Hälfte des Motors dargestellt, und /war für den Fall, daß keine Permanentmagnete vorhanden sind. F.s ist dabei angenommen, daß der Fluß im Raum /wischen den Polen 10'*■'■> des Flusses unterhalb der Pole beträgt. Durch die Anordnung der Peninvienimagnete wird der Fluß im Zwischenpolraum 55% mit entgegengesetztem Zeichen betragen, wobei angenommen ist, daß mit keramischem Material etwa 50% des Frrpuriinirt.flijtcec erreichbar ist. Der Nu!/Puß i*rhöht sich durch das Vorhandensein der Permanentmagnete von 45% auf 75%, was einer prozentualen Zunahme um 67% entspricht, während der austretende Fluß von 45% auf 25%, also prozentual um 55%, abnimmt. Die erzielten Werte sind in F i g. 2b dargestellt. Im Beispiel

ίο nach F i g. 4 sind die Permanentmagnete als Platten 39, 40 ausgeführt, die mit Weicheisenpolschuhen 41. 42 abgedeckt sind. An beiden Seiten der Magnete sind zur Verminderung des .Streuflusses öffnungen 43. 44 und 45, 46 angeordnet. Die auale Länge der Magnete 39. 40 ist größer als die des Rotorblechpaketes.

Die Voneile der Anordnung von Permanentmagneten zeigen sich bei Generatorbetrieb in einer Verbesserung des dynamischen Verhaltens. /. B. bei Belastungsstößen, dadurch, daß der Fluß durch da-, Gehäuse und die Welle kleiner geworden ist.

Die Permanentmagnete 37. 38 bzw. 39. 40 induzieren während des asynchronen Anlauts Spannungen und Ströme in der Wicklung 20. Sollten diese störend sein. z. B. wegen KupplungspuKaiionen, so kann dieser Fffekt dadurch unterdrückt werden, daß die F.rregungswicklung derart erregt wird, daß die induzierten Spannungen nuli werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrische Synchronmaschine vom Gleichpoltyp mit einem Stator, der eine Drehstromwicklung und eine ringförmige Wicklung zur Erzeugung eines koaxialen Gleichfeldes aufweist, einem Rotor, dessen Welle einen verdickten Teil aufweist und dessen Pole vorspringend in axial im Abstand voneinander liegenden Rotortcilen angeordnet sind, wobei die Pole im einen Rotorteil um 180 Elektrograd gedreht zu den Polen im anderen Rotorieil liegen, und mit Permanentmagneten mit radialer Magnetisierungsrichtung zwischen diesen Polen in jedem Rotorteil, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen '5 jedem Polpaar und innerhalb einer am Außenumfang des zugehörigen Rotorteiles angeordneten Käfigwicklung ein im wesentlichen den ganzen Raum zwischen diesen Polen ausfüllender Permanentmagnet angeordnet ist und der verdickte Teil der Rotorwelle sich über die gesamte wirksame Länge erstreckt.

2. Synchronmaschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Permanentmagnete größer ist als die der Rotorpole.