DE2263169A1

DE2263169A1 - PERMANENTLY EXCITED ROTATING ELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: DE2263169A1
Application number: DE19722263169
Authority: DE
Inventors: Heinrich Prof Dr Ing Frohne; Erwin Prof Dr Ing Ueckert
Original assignee: Masing & Co KG Dr
Current assignee: Masing & Co KG Dr
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1974-06-27

Description

Permanenterregte rotierende elektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine permanenterregte rotierende elektrische Maschine mit flachen Permanentmagnetplatten, die großflächig an Eisenpolkernen anliegen.Permanent magnet rotating electrical machine The invention relates to a permanently excited rotating electrical machine with flat permanent magnet plates, which are in contact with iron pole cores over a large area.

Werden derartige Maschinen, insbesondere GIeichstrom-Servo-Motore, mit Permanentmagnetplatten hoher Xoerzitivfeldstärke und relativ geringer Remanenzinduktion erregt, sso muß die Magnetfläche wesentlich größer gewählt'werden als die Luftspaltfläche, wenn man hohe Luftspaltinduktionen erreichen will Bei einer Verwendung von Magnetplatten aus neuzeitlichen Magnetwerkstoffen,wie z.B. Oxydmagnete eignen sich hierbei schon verhältnismäßig dünne Platten, deren Anordnung an den Eisenpolkernen Jedoch schwierig ist. Werden die Magnetplatten senkrecht zur Polrichtung hinter den Polkernen angeordnet, kommt man zu KonstruRtionen, die nur kleine Magnetflächen ermöglichen oder die hohe StreuflUsse ergeben, sodaß nur eine schlechte Ausnutzung des Magnetmaterials möglich ist. Um größere Magnetflächen unterbringen zu können ist es bekannt (siehe OS 1 763 876), den Polfuß nach hinten keilförmig auszubilden und Je zwei Magnetplatten Je Pol -an den keilförmigen Polschäften anzuordnen. Hierdurch läßt sich zwar die Magnetf che erhöhen, Jedoch ergeben sich auch hier hohe Streuflüsse.If such machines, especially DC servo motors, with permanent magnet plates of high Xoercive field strength and relatively low remanent induction excited, so the magnetic surface must be chosen to be significantly larger than the air gap surface, if you want to achieve high air gap inductions When using magnetic disks Made of modern magnetic materials, such as oxide magnets, are already suitable here relatively thin plates, but difficult to arrange on the iron pole cores is. If the magnetic plates are arranged perpendicular to the pole direction behind the pole cores, one comes to constructions that allow only small magnetic surfaces or the high one Stray fluxes result, so that only poor utilization of the magnetic material is possible is. It is known to be able to accommodate larger magnetic surfaces (see OS 1 763 876), the pole foot to be wedge-shaped towards the rear and two magnetic plates each Per pole to be arranged on the wedge-shaped pole shafts. This allows the Increase the magnetic area, however, there are also high leakage fluxes here.

Eine noch weitergehende Vergrößerung der MagnetflEchen wird möglich, wenn die Magnetplatten radial zwischen den Polkernen angeordnet werden. Hierbei entstehen Jedoch noch größere, im Außenraum verlaufende StreuflUsse, die sich allerdings in bekannter Weise (siehe DAS 1 174 418) durch zusätzliche Magnete an den Polfttßen kompensieren lassen. Ein derartiger Aufbau bedingt Jedoch entweder eine hohe Polzahl, oder eine schlecht ge.-nutzte Vergrößerung des Außendurchmessers der Maschine.A further enlargement of the magnetic surfaces is possible, when the magnetic plates are arranged radially between the pole cores. Here However, even larger leakage fluxes occur in the outer space, which, however, spread in familiar Way (see DAS 1 174 418) with additional magnets have it compensated on the pole cups. However, such a structure requires either a high number of poles, or a poorly used enlargement of the outer diameter the machine.

Diese Nachteile lassen sich weitgehend vermeiden, wenn gemäß der Erfindung an stark verbreiterten Polfüßen kurzer Polkerne senkrecht zur Polrichtung großflächig Hauptmagnetplatten anliegen, die Schäfte der Polkerne benachbarter Pole weitgehend parailele Ebenen aufweisen, und an diesen Ebenen Im Streuraum zwischen den Polkernen Je eine zusätzliche Magnetplatte mit kleineren Magnetflächen angeordnet ist. Hierdurch werden die sonst zwischen den Polkernen auftretenden StreuflUsse nicht nur vermieden, sondern auch noch die sich bei kurzer Pollänge durch die Verbreiterung der Pol fuße ergebenden Polschaftflächen ausgenutzt, sodaß sich ein sehr günstiges Verhältnis von Magnetfläche zu Luftspaltfläche bei geringen Außenabmessungen ergibt, wobei gieichzeitig der Streufluß zwischen den Polen weitgehend und der Streufluß außerhalb des Gehäuses nahezu vollständig unterbunden wird.These disadvantages can largely be avoided if according to the invention at greatly broadened pole feet of short pole cores perpendicular to the pole direction over a large area Main magnetic plates are in contact, the shafts of the pole cores of adjacent poles largely have parallel planes, and at these planes in the litter space between the pole cores An additional magnetic plate with smaller magnetic surfaces is arranged in each case. Through this the stray fluxes that otherwise occur between the pole cores are not only avoided, but also those with a short pole length due to the widening of the pole The resulting pole shaft surfaces are used, so that a very favorable ratio from magnetic surface to air-gap surface with small external dimensions, whereby At the same time the leakage flux between the poles largely and the leakage flux outside the housing is almost completely prevented.

Da es sich bei Magnetplatten aus neuzeitlichen Magnetwerkstoffen, wie keramische Magnetwerkstoffe, um sehr spröde Platten handelt, die sich nur schwer bearbeiten lassen und leicht brechen, ist es schwierig, die großen Magnetflächen allseits mit geringen magnetischen ObergangswiderstEnden an den Poilcernen und im Maschinengehäuse anzuordnen. Weiterhin ergeben sich bei der Herstellung der Magnetplatten große Toleranzen in den Abmaßen.Since magnetic plates made of modern magnetic materials, like ceramic magnetic materials, they are very brittle plates that are difficult to move Can be machined and break easily, it is difficult to use the large magnetic surfaces on all sides with low magnetic transition resistances on the poles and in the To arrange machine housing. Furthermore, arise in the manufacture of the magnetic disks large tolerances in dimensions.

Durch besondere Herstellungsverfahren oder ein entsprechendes Planschleifen der Magnetflächen können diese Schwierigkeiten zwar teilweise vermieden werden, Jedoch lassen sich die Toleranzen schwerlich soweit verringern, daß amine radiale Anordnung einer größeren Anzahl Magnetplatten (gemäß der deutschen Patentanmeldung AS 1 174 418) in einem geschlossenen Maschinengehäuse möglich wird, ohne daß hierbei an unbestimmbaren Stellen größere magnetische übergangswiderstände entstehen, die unter anderem eine störende Unsymmetrie bewirken -können. Auch bei gut eingepaßten Bauteilen ist ein Ablösen der Magnetplatten nur schwer zu vermeiden, da bei hoher Wärmebeanspruchung' mit örtlich unterschiedlicher Kühlung durch die unterschiedliche Ausdehnung und Ausdehnungskoeffizienten ein Lockern nicht immer vermieden-werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung mit nur wenigen Magnetplatten zwischen den Polkernen in Maschinen mit kleiner Polzahl können die Toleranzen hingegen wesentlich leichter derart klein gehalten werden, däß z.B. ein Aufschrumpfen des Maschinengehäuses möglich wird.Through special manufacturing processes or a corresponding surface grinding of the magnetic surfaces, these difficulties can be partially avoided, However, the tolerances can hardly be reduced to such an extent that amines are radial Arrangement of a larger number of magnetic disks (according to the German patent application AS 1 174 418) in a closed machine housing becomes possible without any greater magnetic contact resistance at indeterminable points arise which, among other things, can cause a disruptive asymmetry. Also at With well-fitted components, it is difficult to prevent the magnetic plates from becoming detached, because with high heat stress' with locally different cooling by the different expansion and expansion coefficients a loosening not always can-be avoided. Due to the arrangement according to the invention with only a few magnetic disks between the pole cores in machines with a small number of poles, however, the tolerances can be kept so small that, for example, the Machine housing is possible.

Durch den erfindungsgeinäßen Aufbau werden weiterhin die FluR-wege weitgehend gleichmäßig beansprucht, sodaß sich eine sehr günstige Material- und Volumenausnutzung ergibt. Durch die nahezu völlige Abdeckung der Polkernfüße mit Magnetplatten wird dabei ein störender Streufluß weitgehend unterbunden.Due to the structure according to the invention, the flow paths are still largely uniformly stressed, so that a very cheap material and Volume utilization results. Due to the almost complete coverage of the pole core feet with Magnetic disks a disruptive leakage flux is largely prevented.

Bei einer Verwendung von gleichaxtigem Magnetmaterial für die Haupt- und Zusatzmagnetplatten wird eine besonders günstige Magnetflußverteilung erzielt, wenn die Zusatzmagnetplatten annähernd die doppelte Stärke wie die Hauptmagnetplatten aufweisen. Um auch bei größeren Maschinen und größeren Toleranzen eine Auflage der Magnetflächen unter annShernd gleichmäßig verteiltem Druck zu bewirken, kann es von Vorteil sein, das Gehäuse in Achsrichtung der Maschine zu teilen, wobei die Stoßstellen der Gehäuseteile annähernd in der Mitte entlang der Hauptmagnet platten verlaufen. Bei entsprechender Ausbildung insbesondere des Gehäuses kann dann z.B. durch eine Verschraubung ein entsprechender Auflagedruck bewirkt werden, ohne daß ein Brechen oder Splittern des spröden Magnetmaterials erfolgt.When using magnetic material of the same axis for the main and additional magnetic plates, a particularly favorable magnetic flux distribution is achieved, when the additional magnetic plates are approximately twice as thick as the main magnetic plates exhibit. In order to have an edition of the It can do magnetic surfaces under almost evenly distributed pressure It may be advantageous to divide the housing in the axial direction of the machine, whereby the Joints of the housing parts approximately in the middle along the main magnet plates get lost. With an appropriate design, in particular of the housing, e.g. a corresponding contact pressure can be brought about by a screw connection without breakage or splintering of the brittle magnetic material occurs.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausbildungenwerden * anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Maschine, Fig. 2 ein teilbares Gehäuse für eine sechspolige Maschine, Fig. 3 ein Teilquerschnitt durch eine vierpolige'Maschine und Fig. 4 einen Schnitt durch ein Gehäuseteil.The invention as well as further advantageous developments are * based on the embodiments shown in the drawing explained in more detail. They show: FIG. 1 a partial cross section through a machine according to the invention, FIG. 2 shows a divisible housing for a six-pole machine, FIG. 3 shows a partial cross-section through a four-pole machine and FIG. 4 shows a section through a housing part.

In einem sechseckigen Gehäusezylinder 1 sind an sechs gleichförmigen Innenwandebenen 2 sechs Hauptmagnetplatten 3 mit wechselseitiger Polung angelegt, auf denen tangential stark verbreitert ausgebildete Fußflächen sechs kurzer Eisenpolkerne 4 aufliegen. Die inneren Enden der Polkerne 4 sind in bekannter Weise derart ausgebildet, daß sich zwischen dem Rotor 5 und den Polenden der erforderliche Luftspait ergibt. Die seitlichen Schaftflächen benachbarter Polkerne 4 bilden parallele Ebenen, deren Zwischenraum voneinander durch Je eine weitere kleinere Magnetpiatte 7 aus gleichem Material mit annähernd doppelter Stärke oder Je zwei Magnetplatten gleicher Stärke wie die Hauptmagnetplatten weitgehend ausgefüllt wird. Die dem Jeweiligen Polkern zugewandte Magnetfläche weist die gleiche Polung auf wie die jeweilige Hauptmagnetplatte. Bei entsprechend kleinen Toleranzen der Piattenstärken - insbesondere der kleineren Magnetplatten 7, die z.B. durch ein entsprechendes Planschleifen der Magnetflächen erzielt werden können - sowie einer formgetreuen Ausbildung der Polkerne kann bewirkt werden, daß ein vorerwärmter Gehäusemantel, über die M.agnet- und Polanordnung geschoben, nach dem Abklfhlen'einen beständigen auf alle Magnetplatten verteilten Druck ausübt.In a hexagonal housing cylinder 1 there are six uniform Inner wall levels 2 six main magnetic plates 3 laid out with alternating polarity, on which tangentially strongly broadened foot surfaces six short iron pole cores 4 rest. The inner ends of the pole cores 4 are designed in a known manner in such a way that that there is the required air gap between the rotor 5 and the pole ends. The lateral shaft surfaces of adjacent pole cores 4 form parallel planes, their Space from each other by a further smaller Magnetpiatte 7 of the same Material with almost twice the thickness or two magnetic plates each of the same thickness how the main magnetic plates are largely filled. The respective pole core facing magnetic surface has the same polarity as the respective main magnetic plate. With correspondingly small tolerances of the panel thickness - especially the smaller ones Magnetic disks 7, for example by corresponding flat grinding of the magnetic surfaces can be achieved - as well as a true-to-shape formation of the pole cores can be effected that a preheated housing jacket is pushed over the magnet and pole arrangement, after cooling down, apply constant pressure distributed over all magnetic disks.

Bei stark unterschiedlic-her Wärmebeanspruchung und größeren Maschinen kann es von Vorteil sein, das Gehäuse 1 ziB. entsprechend dem teilbaren Gehäuse in Fig. 2 auszubilden. Das Gehäuse für eine sechspolige Maschine ist-hier in drei gleichförmige Teile 21; 22; 23 aufgeteilt, wobei die Stoßstellen 24 längs der Maschinenachse entlang der Mitte Jeder zweiten Hauptmagnetplatte (3) verlaufen. Durch eine entsprechende Verschraubung in vom Gehäuse etwas abstehende Laschen 25 können nicht nur Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, sondern auch z.B. mittels Federscheiben Ausdehnungsschwankunge,n ausgeglichen werden. Um eine. gleichmäßigere Druckverteilung zu erhalten, können die nichtgeteilten Innenflächen 26 des Gehäuses vor der Montage leicht nach innen vorgebogen und nach einer Verschraubung zweier Gehäuseteile die Innenfläche der zusammengefügten Stoßstelle nachgearbeitet werden. Durch einen entsprechenden Abstand der Verschraubstelle 27 vom Gehäuse kann dann ein Druck in Richtung zum GehäIiseinnern auch in StoRstellennähe bewirkt werden. Damit kein Verschieben der Stoßstellen möglich ist und zur Montageerleichterung können die Stoßstellen mit Führungsstiften (76) gestiftet sein, entsprechende Vorsprünge aufweisen oder die Verschraubung mit Paßschråuben erfolgen.With widely differing heat loads and larger machines it can be advantageous to use the housing 1 ziB. according to the divisible housing in Fig. 2 to train. The housing for a six-pole machine is here in three uniform parts 21; 22; 23 divided, the joints 24 along the machine axis run along the middle of every other main magnetic plate (3). With a corresponding Screwing into tabs 25 protruding somewhat from the housing can not only allow manufacturing tolerances be compensated, but also e.g. expansion fluctuations by means of spring washers, n be balanced. To a. to get more even pressure distribution, can the non-split inner surfaces 26 of the housing slightly inwards prior to assembly pre-bent and, after two housing parts have been screwed together, the inner surface of the joined joint can be reworked. With an appropriate distance the screwing point 27 of the housing can then apply pressure in the direction of the interior of the housing can also be effected in the vicinity of the incident. This means that the joints cannot be moved and to facilitate assembly, the joints can be fitted with guide pins (76) be donated, have corresponding projections or the screw connection with fitting screws take place.

In Fig. 3 ist eine vierpolige Maschine mit zweigeteiltem Gehäuse 30 dargestellt, welche die gleiche Mågnetplatten- und Polkernanordnung aufweist. Auch hier unterbinden kleinere, zusätzliche Magnetplatten 31 ein inneres Streufeld zwischen den Polkernen und vergrößern gleichzeitig die wirksame Magnetfläche.3 shows a four-pole machine with a two-part housing 30 shown, which has the same magnet plate and pole core arrangement. Even here, smaller, additional magnetic disks 31 prevent an internal stray field between the pole cores and at the same time increase the effective magnetic area.

Die Hauptmagnetplatten 32 sind entlang der Gehäusestoßstelle 33 in zwei gleichartige Magnetplatten aufgeteilt oder mit einer schlitzartigen Sollbruchstelle versehen, die ein eventuelles Brechen der Hauptmagnetplatten bei der Montage entlang der Stoßstelle sicherstellt. Durch einen an gleicher Stelle entlang der Gehäusestoßstelle 33 im Polkern 34 vorgesehenen kleinen Schlitz 35 kann auch der Polkern einen Teil der Fertigungstoleranzen und Ausd ehnungsunterschi ede aufnehmen.The main magnetic plates 32 are along the housing joint 33 in divided into two magnetic plates of the same type or with a slot-like predetermined breaking point the possible breakage of the main magnetic plates during assembly the joint ensures. By one at the same point along the housing joint 33 provided in the pole core 34 small slot 35 can also be a part of the pole core the manufacturing tolerances and record expansion differences.

In Fig. 4 ist ein Schnitt durch ein Gehäuseteil 40 dargestellt, das durch ausgewölbte Gehäuseecken 41 und plangeachliffene Innenwandflächen eine flache Auflage der gleichfalls pXangeschliffenen Magnetplatten erleichert.In Fig. 4 is a section through a housing part 40 is shown, the due to curved housing corners 41 and flat-ground inner wall surfaces a flat one Support of the magnetic plates, which are also ground with pX, made easier.

Die sich durch Toleranzen bei der Montage ergebende unter.The resulting from tolerances during assembly under.

schiedliche Lage und/oder Form der Luftspaltflächen der Polkerne kann durch ein nachträgliches Ausdrehen oder Honen leicht ausgeglichen werden.different position and / or shape of the air gap surfaces of the pole cores can can be easily compensated for by subsequent turning or honing.

Die Befestigung der Magnetplatten und Polkerne kann auch durch ein Verkleben z.B. durch Einspritzen eines aushärtenden Klebers in die äußeren Hohlräume erfolgen. Insbesondere bei gr¢ßeren Maschinen können die Hauptmagnetplatten 3; 32 auch aus mehreren Teilplatten bestehen, die in einer Ebene zu einer Gesamtp atte zusammengefügt sind. Hierbei können dann die Außenkanten der einzelnen Teilplatten insbesondere an ihren Ecken derart ausgebildet sein, daß sich zwischen den Fügestellen Aussparungen ergeben, durch weiche Defestigungselemente wie w.B. Schrauben von außen in die Polkerne eingreifen, die eine sichere Befestigung der Polkerne und Maynetpiatten ermöglichen.The attachment of the magnetic plates and pole cores can also be done by a Gluing e.g. by injecting a hardening adhesive into the outer cavities take place. In particular in the case of larger machines, the main magnetic plates 3; 32 also consist of several sub-panels, which in one level form an overall panel are joined together. The outer edges of the individual sub-panels can then be used be designed in particular at their corners so that between the joints Result in recesses, through soft fastening elements such as w.B. Screws from the outside engage in the pole cores, which ensure a secure attachment of the pole cores and Maynetpiatten enable.

Claims

(1.) Permanent magnet rotating electrical machine with flat Permanent magnet plates which are in contact with large areas of iron core, characterized in that that short pole cores (in; 34) are perpendicular to tangentially widened pole feet the main magnetic plates (3; 32) bear against the pole direction over a large area, the shafts of the Pole cores (4; 54) of adjacent poles have largely parallel planes and on these Levels in the litter space between the pole cores (4; 34) One additional magnetic plate each (7; 31) is arranged with smaller magnetic surfaces.

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the additional magnetic plate (7; 3i) made of the same material as the main magnetic plates (3; 32) and approximately twice the strength of the main magnetic plates having.

3. Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that that the main magnetic plates (3; 72) from a hollow cylindrical iron housing (1; 3o) are surrounded by an at least in the interior angular cross-section, the number of corners corresponds to the number of poles, and on the flat wall surfaces inside the housing the magnetic surfaces of the main magnetic plates facing away from the pole cores (4; 34) bear.

4. Electrical machine according to claim 3, characterized in that the housing (21; 22; 23 or 3o) is divided in the machine axis direction, and the joints (24; 33) of the housing parts approximately in the middle along the main magnetic plates (32) get lost.

5. Electrical machine according to claim 4, characterized in that the main magnetic plates (32) have a predetermined breaking point along the joints (33).

6. Electrical machine according to claim 4, characterized in that that the main magnetic plates (32) are longitudinally divided along the joints (33).

7. Electrical machine according to one of claims 4 to 6, characterized characterized, ^ that the housing parts (21; 22; 23) by screw connections (27; 57) together are connected, which allow a compression of the housing joints (24; 33).

8. Electrical machine according to claim 7, characterized in that that in the vicinity of the joints (24; 33) protruding screw eyes (25) are provided that a pressure when the joints are pressed together at the same time cause in the direction of the housing interior.

9. Electrical machine according to one of claims 4 to 8, characterized characterized in that the joints (33) have pins (76) or guide lugs, which prevent an offset of the inner surfaces of the housing at the joints.

lo. Electrical machine according to one of Claims 3 to 9, characterized characterized in that the flat wall surfaces in the housing interior are ground flat are.

11. Electrical machine according to one of claims 1 to lo, characterized characterized in that the surfaces of the pole cores (4; 54) facing the air gap the assembly of the pole cores (4; 34) and the magnetic plates (3 and 7; 31 and 32) in the housing (l; do) are corrected by turning or honing.

12. Electrical machine according to one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the main magnetic plates (3; 32) consist of several sub-plates, which are joined together in one plane to form total magnetic plates, and that the individual Partial plates have recesses on an outer edge, in particular at a corner, through which breakthroughs are made through the entire magnetic plate after joining for fasteners.

L e r s e i t e