DE2417818C2 - Elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für hohe Drehzahlen, enthaltend einen Stator mit phasenverschoben ansteuerbaren elektrischen Wicklungen, einen Rotor mit radial magnetisierten Permanentmagneten sowie eine in radialer Richtung nachgiebig ausgebildete Lagerung des Rotors.

Stand der Technik

Für elektrische Maschinen, welche einen mit Permanentmagneten versehenen Rotor aufweisen, ist die Ausbildung und die Anordnung der Wicklungen auf dem Stator im Hinblick auf eine einfache Fertigung von besonderer Bedeutung. Es ist weiterhin zu beachten, daß bei hohen Drehzahlen die bekannten Eisen- und Wicklungsverluste den Wirkungsgrad der Maschine erheblich verschlechtern. Es ist aus der DE-PS 5 45 120 ein Motor bekannt, bei welchem der Rotor elastisch gelagert ist und mit Anschlägen eine Verschiebung des Rotors in radialer Richtung verhindert wird. Durch den Aufbau des Motors wird jedoch die Lagerung einer hohen Beanspruchung unterworfen, welche insbesondere bei hohen Drehzahlen sich nachteilig auswirkt.

Weiterhin ist aus der DE-PS 8 43 866 ein Wechselstrommotor bekannt, welcher jedoch für Synchronbetrieb ausgelegt ist, wobei die Eisenverluste lediglich bei dieser Betriebsart gering, aber außerhalb des Synchronbetriebs relativ groß sind. Es ist ferner aus der DE-PS 11 41 706 ein Wechselstromgenerator mit Permanentmagneten bekannt, bei weichem die Statorwicklung auf einem Ring angeordnet ist, der aus geblechten Ringsegmenten oder, be: höheren Frequenzen, aus Metallkeramik mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit bestehen kann. Eine elastische Lagerung ist durch die hierbei erzeugte Kraft zwischen Rotor und Stator nicht möglich.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochtourige Maschine mit einem hohen Wirkungsgrad zu schaffen, wobei die Lagerbelastung möglichst gering gehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst

Vorteile und Weiterbildungen

Die erfindur.gsgemäße Maschine zeichnet sich aus durch einen besonders einfachen Aufbau und arbeitet auch bei hohen Drehzahlen mit einem hohen Wirkungsgrad, da Eisenverluste vermieden werden können. Da weiterhin keine besonderen Vorkehrungen zur Umlenkung oder Führung des magnetischen Flusses der Wicklungen benötigt werden, ergibt sich ein äußerst geringes Gewicht des Stators. In Verbindung mit der vorzugsweise hohen Drehzahl bei gleichzeitig hoher Polzahl wird damit ein sehr günstiges Leistungsgewicht erzielt Eine derart aufgebaute elektrische Maschine kann als Generator oder als Motor verwendet werden, wobei die Ansteuerung der Statorwicklungen beispielsweise nach Art eines Synchronmotors, vorzugsweise jedoch nach Art eines kollektorlosen Gleichstrommotors in bekannter Weise erfolgen kann. Es hat sich weiterhin als sehr vorteilhaft erwiesen, daß auf den Rotor praktisch keine radial oder axial gerichteten Kräfte wirksam sind, so daß Lagerungsschwierigkeiten, die durch dezentrierende magnetische Radialkräfte hervorgerufen werden, wegfallen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruches 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Maschine, welche einen ringförmigen Statorkörper 1 aufweist, auf dessen Außenfläche eine Wicklung 2 angeordnet ist. Der Statorkörper ist aus keramischem Werkstoff gefertigt und weist auf einer Außenfläche Nuten auf (nicht dargestellt), welche im wesentlichen parallel zur Achse 4 verlaufen. Die genannte Wicklung ist als dreiphasige Wellenwicklung ausgebildet und ist in den genannten Nuten angeordnet und mit Klebemittel befestigt. Für die Wicklung 2 wird zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten und Verlusten durch Stromverdrängung in den Windungen anstelle eines Drahts Hochfrequenzlitze verwendet, wobei für jede Phase ein verdrilltes Bündel isolierter Drähte entsprechend der benötigten Windungszahl auf den Statorkörper aufgebracht werden, die erst nach dem Aufbringen in der gewünschten Weise durch Serien- und/oder Parallelschalten verbunden werden. Der Statorkörper 1 ist auf einem zylindrischen Dorn 9 angeordnet, welcher aus einem elektrisch höchstens schlecht leitenden und nichtmagnetisierbaren Material besteht. Die Montage

der Wicklung läßt sich sehr einfach durchführen, da lediglich der Statorkörper 1 zusammen mit der vorher bereits aufgebrachten Wicklung 2 auf den Dorn 9 aufgeschoben und in geeigneter Weise befestigt werden muß. Die genannte Wicklung 2 ist ·^;οη einem hohlzylindrischen Rotor 10 umgeben, welcher direkt mit dem anzutreibenden Bauteil, beispielsweise einer Spinnturbine 12, verbunden ist Der Rotor enthält auf seiner Innenfläche über den Umfang verteilte Nuten 13, in welchen radial magnetisierte Permanentmagnete 14 mit in Umfangsrichtung abwechselnder Polarität angeordnet sind. Die Böden der genannten Nuten 13 sind eben oder konzentrisch zur Achse 4 ausgebildet, so daß die ebenen oder kreisförmigen Rückflächen der Permanentmagnete 14 anliegen und auch bei hohen Drehzahlen des Rotors die vorzugsweise aus hartmagnetischem Ferrit oder aus Samarium-Kobalt bestehenden Permanentmagnete nicht zerstört werden. Der Rotor 10 bildet gleichzeitig den magnetischen Rückschluß der

10

15 genannten Permanentmagnete. Hierfür kann auch ein besonderer Ring vorgesehen sein, auf dem die Magnete sitzen. Eine Spinnturbine ist um die Achse 4 mittels eines Zapfenlagers drehbar gelagert, enthaltend einen Zapfen 16 sowie eine Gleitlagerbuchse 17. Die Lagerbuchse 17 ist in der Bohrung 18 des Domes 9 elastisch, zum Beispiel mittels Gummiringen 19 angeordnet, so daß die Turbine und der Rotor um die Achse des größten Trägheitsmomentes sich überkritisch drehen können. Zur axialen Festlegung der Spinnturbine ist am vorderen Ende des Domes 9 ein axial magnetisierter Permanentmagnetring 22 vorgesehen, welcher mit der Spinnturbine über den Weicheisenring 23 und das zum Beispiel ballig ausgebildete Zapfenende 20 an den Boden 21 der Sackbohrung 18 andrückt. Wie aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel hervorgeht, weist die erfincungsgemäße Maschine einen äußerst einfachen Aufbau auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: F'i'i Κ;

1. Elektrische Maschine für hohe Drehzahlen, enthaltend einen Stator mit phasenverschoben ansteuerbaren elektrischen Wicklungen, einen Rotor mit radial magnetisierten Permanentmagneten sowie eine in radialer Richtung nachgiebig ausgebildete Lagerung des Rotors, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator nur magnetisch nicht leitende und elektrisch höchstens schlecht leitende Materialien aufweist, und daß die Windungen der Wicklungen (2) aus mehreren gegeneinander isolierten und miteinander verdrillten Drähten (Hochfrequenzlitze) bestehen.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (10) eine große Anzahl von Permanentmagneten (14) aufweist, welche vorzugsweise in parallel zur Drehachse verlaufenden Nuten (13) angeordnet sind, wobei der Rotor selbst oder ein ferromagnetischer Ring den magnetischen Rückschluß der Permanentmagnete bildet

3. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorkörper (1) aus Material guter Wärmeleitfähigkeit besteht.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung als mehrphasige Wellenwicklung ausgebildet ist und die einzelnen Leiter der genannten Wicklung in Nuten des Statorkcrpers angeordnet sind, welche im wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors verlaufen.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse des Rotors und/oder des anzutreibenden Bauteiles mit der Achse des größten Trägheitsmomentes zumindest näherungsweise übereinstimmt.