DE2503625A1 - Synchronmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Mit der Erfindung wird ein Permanentmagnet-Synchronmotor geschaffen, bei dem ein scheibenartiger Permanentmagnet-Rotor im Inneren einer hermetisch abgeschlossenen Kammer angeordnet ist, während sich eine scheibenförmige Wechselstromwicklung und ein magnetischer Kreis bzw. ein Eisenkreis außerhalb der Kammer befinden.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind in einem Synchronmotor mit axial verlaufendem Spalt zu sehen, der im wesentlichen aus einer hermetisch abgeschlossenen Umhüllung bzw. Kapsel bzw. Kammer besteht, in der ein scheibenförmiger Permanentmagnet-Rotor drehbar gelagert ist, wobei sich eine scheibenförmige Wechselstromwicklung und Einrichtungen, welche einen Magnetkreis bilden, im Außenraum der Kammer befinden. Auf dem Läufer ist eine Mehrzahl von in

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axialer Richtung ausgerichteten Permanentmagnet-Polstücken angebracht. Die Polstirnflächen dieser Permanentmagnete liegen auf einer ringförmigen Fläche, die in axialer Richtung gesehen in einem Abstand von einer entsprechenden inneren Oberfläche eines Wandungsbereichs der Kammer liegt. Die Wicklung besteht aus einer Mehrzahl sich in ringförmiger Anordnung überlappender Spulen, die mit einem harzartigen Material zu einer einheitlichen Struktur verbunden sind. Diese Wicklungsstruktur weist einen ringscheibenförmigen Bereich auf, der die Spulenseiten enthält, sowie einen inneren und einen äußeren Ringbereich, der die Spulen-Endköpfe enthält. Die Wicklungsstruktur ist so gehaltert, daß ihr ringscheibenförmiger Bereich der Außenfläche des Wandungsbereichs gegenüberliegt. Die einen magnetischen Kreis bildende Einrichtung ist benachbart zu dem ringscheibenförmigen Bereich der Wicklung gehaltert, so daß dieser zwischen den Wandungsbereich und die einen magnetischen Kreis bildende Einrichtung zu liegen kommt. Diese den magnetischen Kreis bildende Einrichtung sowie eine weitere einen magnetischen Kreis bildende Einrichtung an dem Rotor sind magnetisch mit den Polstücken gekoppelt. Sie liefern Kraftliriienwege für die Polstücke und die Wicklung.

Im folgenden sollen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht von einem erfindungsgemäßen Synchronmotor.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht von einer scheibenförmigen Wicklungsstruktur, welche sich zur Verwendung in dem Synchronmotor von Fig. 1 eignet.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht von einer Konstruktion zur Erzeugung eines permanenten Magnetfelds, die sich für eine Verwendung in dem in Fig. 1 gezeigten Synchronmotor eignet.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Synchronmotors, der im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der in Fig. 1 dargestellte Synchronmotor aufweist.

Fig. 5 zeigt eine.Schnittansicht von einem weiteren erfindungsgemäßen Synchronmotor.

Der in Fig. 1 dargestellte Synchronmotor enthält einen Rotor 11, der im Inne-

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ren einer hermetisch abgeschlossenen Kammer 12 gehaltert ist. Die hermetisch abgeschlossene Kammer 12 bildet auch die Grundkonstruktion für den Stator. Der Rotor besteht im wesentlichen aus einer Welle 13, einer auf der Welle gehalterten Nabe 14 und einem auf der Nabe befestigten scheibenförmigen Teil 15. Die" Welle 13 des Rotors 11 ist mit einem Verbraucher 16 gekoppelt, welchen sie antreibt. Dieser Verbraucher ist ebenfalls im Inneren der hermetisch abgeschlossenen Kammer 12 angebracht. Er und der Rotor 11 können beispielsweise eine Kompressoreinheit in einem abgeschlossenen Kühlsystem bilden. Der Rotor 11 kann um eine Achse 17 gedreht werden, die entweder in eigenen Lagern geführt ist oder die, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Verlängerung der Verbraucherwelle bildet. In dem zuletzt genannten Falle werden der Primärrotor des Verbrauchers und der· Rotor des Motors von einem Lagersatz gehaltert. Das scheibenförmige Teil 15 des Rotors bildet einen Teil von einer Permanentmagnet-Anordnung, die eine Anzahl von Polstücken 18 enthält, welche in Polstirnflächen 19 enden. Diese Stirnflächen liegen auf einer ringförmigen Fläche, die senkrecht zur Achse 17 und koaxial zu dieser verläuft. Die Permanentmagnet-Anordnung wird weiter ur.-t-f>n noch näher beschrieben.

Die Kammer 12 besteht, wie aus Fig. 1 hervorgeht, aus einem schüsselartigen Gehäuseteil 20 und einer Deckelwandung 21, die ein getrenntes Teil bildet und iiit dem schüsselartigen Gehäuseteil 20 an der Stelle 22 verschweißt ist. Die Deckelwandung 21 ist relativ dünn, wobei sie vorzugsweise aus einem schlecht oder nicht magnetisierbaren Material besteht. Dieses schlecht oder nicht magnetisierbare Material ist ein Material von einer Sorte, bei der Wirbelströme nicht ieicht induziert werden, z. B. ein- dünnes Blech aus einem korrosionsfesten Stahl. Die Deckelwandung 21 ist mit einem flachen, ringförmigen Bereich 23 versehen, der den Polstirnflächen 19 in einem geringen axialen Abstand direkt gegenübersteht. Der ringförmige Bereich 23 wird von zwei ringförmigen Bereichen 24 und 25 begrenzt, die gegenüber dem ringförmigen Bereich 23 nach innen versetzt sind, sowie durch einen ringförmigen Bereich 26, der nach außen versetzt ist. Die vier vorstehend genannten ringförmigen Bereiche verlaufen im wesentlichen koaxial zur Achse 17. Die ringförmigen Bereiche 23, 24 und 25 legen eine ringförmige Ausnehmung in der Deckelwandung 21 fest, welche dazu dient, eine ringscheibenförmige Wicklungsstruktur 27 aufzunehmen. Der ringförmige Bereich 26 bildet in der Deckelwandung 21 einen ringförmigen Knick, der eine Temperaturkompensation für den

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ringförmigen Bereich 23 dieser Wandung bildet und damit bewirkt, daß der ringförmige Bereich 23 auch bei Temperaturänderungen innerhalb bestimmter Grenzen an seiner Lage verbleibt.

Die ringscheibenförmige Wicklungsstruktur 27 enthält eine Wechselstromwicklung, die im folgenden noch anhand von Fig. 2 näher erläutert wird. Diese Wicklung dient dem gleichen Zweck und übt die gleiche Wirkung aus, wie die bei einem herkömmlichen Synchronmotor verwendete Wechselstromwicklung. Die Wicklungsstruktur 27 enthält einen ringscheibenartigen Bereich 28, sowie einen inneren Ringbereich 29 und einen äußeren Ringbereich 30, die alle koaxial zueinander verlaufen. Die Wicklungsstruktur befindet sich außerhalb der Kammer 12 in der von den ringförmigen Bereichen 23, 24 und 25 in der Dekkelwandung 21 festgelegten Ausnehmung, wobei sich ihr ringscheibenartiger Bereich 28 eng an den ringförmigen Bereich 23 anlegt, während der innere Ringbereich 29 und der äußere Ringbereich 30 eng an den Bereichen 24 und 25 der Deckelwandung anliegen. Diese Ausnehmung lagert die Wicklungsstruktur koaxial zur Achse 17.

Ein ringförmiger geschichteter Magnetkern 31 ist im Außenbereich der Kammer 12 zwischen dem inneren Ringbereich 29 und dem äußeren Ringbereich 30 der Wicklungsstruktur eng an dem ringscheibenartigen Bereich 28 derselben angebracht. Der Magnetkern kann ein Streifen aus einem magnetischen Stahlblech gleichmäßiger Breite sein, der spiralförmig in eine kompakte Wicklung mit ringförmiger Gestalt gewickelt ist. Eine Kante dieses Stahlbands bildet eine ebene Oberfläche 32, die an der Oberfläche des ringscheibenartigen Bereichs 28 der Wicklungsstruktur anliegt.

Die Wicklungsstruktur und der Magnetkern können an der Deckelwandung 21 mittels eines ringförmigen Teils 33, wie in Fig. 1 gezeigt, befestigt sein. Es ist jedoch auch möglich,die Wicklungsstruktur an die Wand zu kleben sowie den Magnetkern an die Wicklungsstruktur zu kleben, was jeweils mittels eines Klebstoffes erfolgen kann, wie beispielsweise eines Epoxydharzes, das ein gutes Wärmeleitvermögen aufweist. Bei Verwendung des Teiles 33 fertigt man dieses aus einem Material, bei dem Wirbelströme nicht leicht induziert werden, wie beispielsweise aus einem Plastikmaterial. Das Teil 33 kann an der Deckel-

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wandung 21 über Schraubenbefestigungen 34 und 35 gehaltert werden. In diesem zuletzt genannten Fall kann eine dünne Schicht von einer wärmeleitenden Compoundierung zwischen die Wand und die Wick lungs struktur eingebracht werden, so daß die beiden Flächen bezüglich der Wärmeübertragung in innige Berührung gebracht werden. Bestimmte Silikongummiverbindungen haben für diesen Anwendungszweck geeignete thermische und physikalische Eigenschaften. Die Einbringung eines wärmeleitenden Mediums zwischen die Wicklungsstruktur und die Deckelwandung bewirkt eine Hitzeabführung von der Wicklung zu einer kühleren Umgebung im Inneren der Kammer. Wenn jedoch das Gebiet im Inneren der Kammer zu heiß wird, als daß es die Wicklung abkühlen könnte, muß die Wicklungsstruktur durch externe Maßnahmen gekühlt werden, wobei es in einigen Fällen notwendig ist, sie thermisch von der Wandung zu isolieren.

In Fig. 2 ist eine scheibenartige Wicklungsstruktur 36 von einer Bauart dargestellt, die sich als Wechselstromwicklung bei dem in Fig. 1 dargestellten Synchronmotor eignet. Diese scheibenförmige Wicklungsstruktur 36 kann auch in einfacher Weise so angepaßt werden, daß sie sich für d^ü in Fig. 4 dargestellten Motor eignet. Die in Fig. 2 dargestellte spezielle =Wicklungsstruktur enthält symmetrisch ausgebildete Ringbereiche 38 und 39, während die in Fig. 4 dargestellte Wicklungsstruktur asymmetrische Ringberexche trägt. Ansonsten sind die beiden Wicklungsstrukturen hinsichtlich-ihres Aufbaus und ihrer Funktion gleich. Die Wicklungsstruktur 36 besteht im wesentlichen aus einer Mehrzahl von mit mehreren Windungen versehenen Spulen 4O, die in einer flachen kreisförmigen Anordnung ausgelegt sind, wobei die Spulenseiten 41 die Spulenseiten 42 überdecken bzw. überlappen und wobei die äußeren Endköpfe 43 und die inneren Endköpfe 44 jeweils miteinander verschachtelt sind. Die Spulen sind identisch zueinander oder zumindest nahezu identisch, soweit dies her-, stellungsmäßig möglich ist, wobei ihre Gestalt derart gewählt ist, daß der Kupferverbrauch minimal gehalten wird und daß sie gleichzeitig gut ineinander in einer kompakten Wicklung passen. Die Gestalt und die Lage der Spulen, wie sie sich während des Wicklungsvorganges zeigt, ist in Fig. 2 dargestellt. Sobald die Spulen ihre Lage in der Wicklung eingenommen haben.

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werden ihre Seiten zusammengepreßt, so daß eine speziell festgelegte Seitendicke für die Spulen entsteht. Die gesamte Wicklung wird dann in einem harzartigen Material 45 eingeschlossen oder eingekapselt, beispielsweise in ein Epoxydharz, das zwischen die einzelnen Leiter hineinfließt.

Das Harz kann mit Glasfasern in ausgewählten Bereichen verstärkt werden, um die eingeschlossene Struktur zu verstärken. Das erhaltene Produkt liefert eine scheibenförmige Wicklungsstruktur, bei der die elektrischen Leiter mittels eines harzartigen Materials verbunden sind. Diese Struktur ist ausreichend steif und fest, so daß sie nur einer geringen oder keiner Unterstützung von ihrer Halterung bedarf und sich vorzugsweise während des Betriebs selbst trägt. Die durch das Harz zusammengeklebte bzw. verbundene Wicklungsstruktur weist eine Gestalt auf, bei der ein ringscheibenartiger Bereich 37 zwischen einem vergrößerten inneren Ringbereich 38 und einem vergrößerten äußeren Ringbereich 39 angebracht ist, wobei die drei Bereiche koaxial zueinander verlaufen. Der scheibenartige Bereich 37 ist relativ dünn. Er enthält die Spulenseiten 41 und 42 der Spulen 40, die in radialer Richtung mit einem Öffnungswinkel 46 verlaufen, der annähernd einer Polteilung entspricht, wobei diese Polteilung die Spanne zwischen zwei benachbarten Polen des Synchronmotors ist, wie dies in Fig.- 3 mit dem Bn.y.ugszeichen 47 angedeutet ist. Die Spulenköpfe 43 an den divergierenden Enden der Spulenseiten befinden sich in dem äußeren Ringbereich 39. Die Spulenköpfe 44 an den konvergierenden Enden der Spulenseiten befinden sich in dem inneren Ringbereich 38. Derartige Wicklungsstrukturen sind im einzelnen in der kanadischen Patentanmeldung Nr. 188 535 vom 19.12.1973 beschrieben.

Das scheibenförmige Teil 15 des Rotors .11 besteht aus einem gut magnetisierbaren Material wie Weicheisen. In den Fig. 1 und 3 ist es als ringförmiges Glied 48 dargestellt, das sechs von der Scheibenebene vorstehende Bereiche 49 aufweist, die sich in Richtung auf die Wicklungsstruktur erstrecken. Die Bereiche 49 weisen voneinander gleiche Abstände auf, wie dies in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 5O dargestellt ist. Desweiteren sind sie auch in gleichen Abständen von der Achse 17 angeordnet. Sie enthalten schließlich ebene Außenflächen 51, die in.einer senkrecht zur Achse 17 verlaufenden Ebene liegen. Auf jedem Bereich 49 des Rotors ist ein Permanentmagnet 52 angebracht. Jeder

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dieser Permanentmagnete besteht aus einem relativ dünnen Stück, das zwei fläche und zueinander parallele Oberflächen 53 und 54 aufweist. Eine dieser Oberflächen, die Oberfläche 53, liegt an der ebenen Außenfläche 51 an. Die andere Oberfläche, die Oberfläche 54, bildet eine Polstirnfläche, d. h. die vorstehend bereits erwähnte Polstirnfläche 19. Die Polstirnflächen 54 liegen in einer senkrecht zur Achse 17 verlaufenden Ebene, wobei sie einen axialen Abstand von der inneren Oberfläche des ringförmigen Bereichs 23 der Deckelwandung aufweisen, so daß ein enger Spalt 55 zwischen ihnen und dieser Wandung verbleibt. Die Permanentmagnete können an dem Rotor mittels einer Klebstoffschicht befestigt werden, die sich zwischen den Oberflächen 51 und 53 befindet, beispielsweise mittels eines Films aus einem Epoxydharz oder mittels einer Tieftemperatur-Lötlegierung bzw. Hartlötlegierung. Man erkennt aus Fig. 3, daß jeder Magnet und seine Halterung von vorne betrachtet als Sektor von einem Ring erscheint.

Zur Erzielung einer guten Leistungsfähigkeit des Motors müssen die Permanentmagnete 52 von einer Bauart sein, die in der Lage ist, ein starkes Magnetfeld in einem relativ breiten, nicht magnetischen Spalt zu erzeugen, d. h. in dem Spalt, der von den Polstirnflächen 54 zu der Oberfläche 32 des Magnetkerns reicht, wobei dieser Spalt den eigentlichen Spalt 55, den ringförmigen Bereich 23 sowie den ringscheibenartigen Bereich 28 der Wicklungsstruktur enthält. Desweiteren muß dieses Material einer Entmagnetisierung standhalten, die durch das magnetische Wechselfeld in diesem Spalt von der. Wechselstromwicklung erzeugt wird. Kobalt-seltene-Erden-Magnete erfüllen diese Bedingungen. Auch bestimmte Keramikmagnete, z. B₁ Ferrite, eignen sich für einige Anwendungsgebiete. Bei sehr kleinen Motoren sind die Magnete 52 einzelne Permanentmagneteinheiten. Bei den größeren Maschinen, kann jedoch jeder der Magnete 52 aus einem Mosaik von einzelnen Permanentmagneten in der Art sein, wie dies in der kanadischen Patentanmeldung Nr. 181 935 vom 24.9.1973 beschrieben ist. Die Magnete 52 sind wesentlich parallel zur Achse 17 ausgerichtet, wobei ihre Polstirnflächen 54, wie in Fig. 3 dargestellt, alternierend Nord- oder Südpole enthalten. Sie können direkt auf einer flachen Scheibe gehaltert werden, oder wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, auf Abstandshaltern, wie den genannten vorstehenden Bereichen 49. Da die Kobalt-seltene-Erden-Verbindungen teuer sind, versucht man die Menge des in einem Magneten verwendeten Materials dadurch so klein wie möglich zu halten, indem man den Magnet möglichst dünn

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macht. Die Bereiche 49 und die darauf befestigten Magnete wirken gleichzeitig als Ventilatorflügel,um zwischen der Wicklung und dem Rotor während des Betriebs des Synchronmotors ein Kühlmedium radial nach außen strömen zu lassen. Das Kühlmedium fließt auf der anderen Seite des Rotors zurück und strömt durch Bohrungen 56, die in dem ringförmigen Glied 48 angebracht sind.

Bei dem vorstehend beschriebenen Motor werden Kraftlinienwege mit niedriger Reluktanz für die Permanentmagnet-Pole in folgender Weise geschaffen: Man erzeugt erste Kraftlinienwege durch das ringförmige Glied 48 des Rotors sowie zweite Kraftlinienwege auf der anderen Seite der Wechselstromwicklung 27 durch den geschichteten Kern 31. Der magnetische Kreis enthält desweiteren den von den Polstirnflächen 54 zu der Oberfläche 32 des Kerns führenden Spalt mit großer Reluktanz, in dem eine Wechselwirkung des von dem Permanentmagneten ausgehenden Magnetflusses mit den Leitern der Wicklung entsteht. Wenn die Wicklung mit einer geeigneten Wechselstromquelle verbunden wird, erzeugt sie ein mit dem Feld der Permanentmagneten in Wechselwirkung stehendes magnetisches Drehfeld, was dazu führt, daß der Motor als Synchronmotor arbeitet. Der für den Betrieb des Synchronmotors benötigte Wechselstrom ist im wesentlichen der gleiche, wie er bei herkömmlichen Synchronmotoren benötigt wird.

Der in den Fig. 1 und 3 dargestellte Motor kann auch mit einer Dämpferwicklung 57 versehen sein, wie dies bei Synchronmofcoren üblicherweise der Fall ist. Diese Dämpferwicklung 57 dient in beiden Fällen für den gleichen Zweck. Die Dämpferwicklung 57 eignet sich, um den Motor auf die Geschwindigkeit zu bringen, bei der er als Synchronmotor arbeitet, d. h. sie bewirkt, daß der Motor nach Art eines Asynchronmotors anläuft. Das ringförmige Glied 48 kann bis zum gewissen Grad als Dämpferwicklung für Anlaufzwecke dienen, wobei sie für ein Ingangsetzen bei einer lfeichten Belastung ausreichen kann. Für ein Ingangsetzen bei einer schweren Belastung benötigt man jedoch üblicherweise eine eigentliche Dämpferwicklung. Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Dämpferwicklung 57 wird von einer leitenden Hülse gebildet, die die einzelnen vorstehenden Bereiche der Rotorscheibe umgibt.

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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der Rotor 11 bei dieser speziellen Maschine ist der gleiche wie der bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel. Es besteht lediglich hinsichtlich der Struktur der Wandung und der Wicklung ein Unterschied. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist mit dem Gehäuseteil 2O an der Stelle 59 eine Wandung 58 verbunden. Diese Wandung ist mit einer ringförmigen Ausnehmung 6O versehen, welche eine scheibenförmige Wicklungsstruktur 61 aufnimmt. Die Ausnehmung enthält eine flache Bodenwandung 62, die in axialer Richtung gesehen in einem kleinen Abstand 63 von den Polstirnflächen 19 und normal zur Achse 17 verläuft. Die Wicklungsstruktur 61 liegt mit einer flachen Seite an dem Wandungsbereich 62 an, wobei eine Ausnehmung auf ihrer anderen Seite einen Magnetkern 64 enthält. Ein Klemmstück 65 hält die Wicklungsstruktur in der von der Wand gebildeten Ausnehmung und den Magnetkern in der Ausnehmung der Wicklungsstruktur. Man erkennt deutlich aus Fig. 4, daß bei der Wicklungsstruktur 61 die Ringbereiche 66 und 67 von dem scheibenartigen Bereich 68 ganz nach rechts verschoben sind. Ansonsten entspricht diese Wicklungsstruktur hinsichtlich ,ihres Aufbaus und ihrer Wirkungsweise vollständig der in Fig. 1 dargestellten Wicklungsstruktur. Eine derartige asymmetrische Wicklungsstruktur, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, wird im einzelnen in der vorstehend genannten kanadischen Patentanmeldung 188 535 beschrieben.

Fig. b zeigt eine weitere AusfOhrungsform des in Fig. 1 dargestellten Synchronmotors. Bei diesem Motor sind der Rotor 11, die hermetisch abgeschlossene Kammer 12, die Wandung 21 und die Wicklungsstruktur 27 in der gleichen Weise wie dort ausgebildet. Dieser Motor unterscheidet sich jedoch dadurch, daß anstelle des Magnetkerns 31 ein weiterer Rotor 69 angebracht ist. Dieser andere Rotor 69 befindet sich außerhalb der Kammer 12. Der Rotor 69 ist unabhängig von dem Rotor 11 gelagert, wobei er sich jedoch um die gleiche Achse 17 drehen kann. Er ist mit einem ringförmigen Glied 70 versehen, auf dem eine Mehrzahl von Polstücken 71 den Polstücken 18 in einem axialen Abstand gegenüberliegend angebracht ist. Jedem Polstück 18 entspricht ein Polstück 71. Die Polstücke sind im wesentlichen die gleichen. Jedes Polstück 71 enthält einen Permanentmagnet 72 bzw. ein Mosaik aus Permanentmagnet-Einheiten, die eine ebene Polstirnfläche 73 liefern. Die Polstirnflächen 73 befinden sich in axialer Richtung

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gesehen in einem kleinen Abstand 74 von dem ringscheibenartigen Bereich der Wicklungsstruktur. Die Polaritäten der Polstücke 18 und 71 sind derart gewählt, daß sie zueinander komplementär sind, so daß ein Magnetfluß in den nicht magnetischen Spalten zwischen ihren Polstirnflächen 19 und 73 entsteht. Die ringförmigen Glieder 48 und 70, die aus einem magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Weicheisen, bestehen, schließen den magnetischen Kraftlinienweg.

Die Wicklungsstruktur 27 ist im wesentlichen die in Fig. 3 dargestellte. Ihre Halterung an der Wand 21 kann durch ein Klebemittel und ein Klemmstück 75 erreicht werden. Das'Klemmstück 75 haltert desweiteren eine Schutzplatte 76.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Motor bildet das ringförmige Glied 48 einen Teil des magnetischen Kreises, der mit den Polstücken gekoppelt ist, während der Magnetkern einen anderen Teil desselben bildet, so daß für· die Permanentmagnete und die Wicklungen Kraftlinienwege entstehen. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Motor ist der Magnetkern 31 durch ein weiteres ringförmiges Glied. 70 ersetzt, das entsprechend ausgebildet ist, wie das ringförmige Glied 48. Das Glied 70 bildet nunmehr einen weiteren Teil des Magnetkreises, d. h. des Kraftlinienweges, wobei es gleichzeitig zu dem Permanentmagnetfeld beiträgt.

Die in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellten Motoren sind von einer Bauart, bei der der Ro.tor leicht von dem Rest des Motors durch eine Wandung abgetrennt werden kann, wie beispielsweise durch die in den Fig. 1 und 5 gezeigte Wandung 21 sowie die in Fig. 4 dargestellte Wandung 58. Diese Wandung ist vorzugsweise gerade so dick, daß sie die auf sie wirkenden mechanischen und Druckunterschieds-Belastungen aushalten kann. Die Wandung trägt umso weniger zu der Breite des nicht magnetischen Spalts zwischen den Stirnflächen der Permanentmagnet-FoIe und des Kerns bei, je dünner sie ist. Da der nichtmagnetische Spalt bei dieser Art von Motor auch ohne die Wandung relativ breit ist, übt die kleine Verbreiterung des Spalts, die auf die Wandung zurückzuführen ist, keine merkbare Wirkung auf den Betrieb des Motors aus, d. h. sie verschlechtert den

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Motor nur wenig. Die Wand wird aus einem Material gefertigt, das mechanisch sehr fest ist und eine hermetische Abdichtung über eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten kann. Das Material weist vorzugsweise schlechte magnetische Eigenschaften auf oder es ist nicht magnetisch, wobei es derart gewählt sein" sollte, daß in ihm durch den alternierenden Magnetfluß, .der von den der Wandung benachbarten Windungen erzeugt wird, nicht ohne weiteres Wirbelströme hervorgerufen werden. Geeignete Materialien für die Wandung sind korrosionsfeste Stähle, wie sie nunmehr in herkömmlichen "abgeschlossenen" Motoren verwendet werden, oder nicht metallische Materialien, wie von Glasfasern verstärkte harzartige Materialien.

Wenn dieser Motortyp zum Antrieb eines Kompressors in einer hermetisch abgedichteten Einheit für ein Kälteerzeugungssystem verwendet wird, bildet das Material der Wandung eine ausreichend gute Ableitung für die Hitze. Man kann eine gute Motorkühlung erwarten, wenn eine große Wicklungsoberfläche in gutem Wärmeaustausch mit der Wandung steht und wenn der Rotor über die innere Oberfläche der Wandung ein Kühlmittel umpumpt. Bei dieser Bauart einer Kompressoreinheit sind alle beweglichen Teile im Inneren der Kammer angeordnet, während sich alle elektrischen Leiter und die Isolation außerhalb der Kammer befinden. Man benötigt daher keine Abdichtungen für Leiter, da keine Leiter in die hermetisch abgedichtete Kammer eintreten. Es sind somit die Materialien, z. B. Sie elektrischen Isolationsmaterialien, die chemisch von dem Kühlmittel angegriffen werden, vvjii diesen getrennt. Darüber hinaus lassen sich die Kammer, die Wandung und der Rotor in einfacher Weise aus chemisch inerten Materialien herstellen, die von dem Kühlmittel nicht angegriffen werden.

Hermetisch abgedichtete Motoren der beschriebenen Bauart eignen sich desweiteren gut für bestimmte Anwendungsgebiete, bei denen Fluide gepumpt werden. Bei diesen Anwendungsgebieten wird die Pumpeinheit im Inneren der Kammer angebracht und an den Rotor angekoppelt. Falls das Fluid heiß ist, was leicht der Fall sein kann, wird die elektrische Wicklung thermisch von der Wandung isoliert und-extern gekühlt. Die Wandung, kann. auch., so .ausgebildet--sein, daß. sie.-einen- ■■ schlechten Wärmeleiter bildet.

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Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung ist der eine Rotor im Inneren der hermetisch abgedichteten Kammer, der andere außerhalb dieser Kammer angeordnet. Der zweite Rotor 69 könnte jedoch auch im Inneren einer zweiten hermetisch abgeschlossenen Kammer angebracht sein, welche eine Wandung, wie beispielsweise die Wandung 21 zwischen ihm und der Wicklungsstruktur enthalten würde, d. h. der Rotor 69 würde von einer Kammer umgeben, die gleich der Kammer 12 für den Rotor 11 ist. Ein Anwendungsbeispiel für den in Fig. 5 dargestellten Motor stellt eine hermetisch abgeschlossene Kühleinheit dar, bei der der abgekapselte Rotor einen Kompressor antreibt und bei der der äußere Rotor einen Ventilator oder ein Gebläse für eine Luftumwälzung antreibt. Die von den beiden Rotoren benötigten Drehmomente können bei Nennlast unterschiedlich groß sein, wobei der Unterschied dadurch erhalten wird, daß man die Permanentmagnete unterschiedlich stark macht. Da die beiden Rotoren aufgrund ihrer entsprechenden Permanentmagnet-Polstrukturen magnetisch miteinander verblockt sind, drehen sie sich in einem, d. h. mit synchroner Geschwindigkeit.

Bei der beschriebenen scheibenförmigen Wicklungsstruktur liegen die Oberflächen des scheibenartigen Bereichs in zueinander parallelen Ebenen. Dies ist jedoch nicht notwendig. Eine dieser Flächen oder beide Flächen können auch die Form eines flachen Kegels aufweisen. Der scheibenartige Bereich der Wicklungsstruktur muß darüber hinaus auch nicht gleichmäßig dick sein. Er kann beispielsweise an dem inneren Ringbereich dicker sein als an dem äußeren Ringbereich. Bei diesen Gestaltungen entsprechen die Stirnflächen der Permanentmagnete selbstverständlich der Wicklungsoberfläche in einer Weise, daß in dem nichtmagnetischen Spalt die erwünschte Flußverteilung erhalten wird. Wie im Falle von herkömmlichen Synchronmotoren hängt die Zahl der verwendeten Pole von der Größe und der Geschwindigkeit des Motors ab. Dies bedeutet, daß auch eine andere Polzahl als die in Fig. 3 dargestellte von 6 verwendet werden kann.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   f 1. synchronmotor mit axial verlaufendem Spalt, gekennzeichnet durch eine

   rmetisch abgeschlossene Kammer (12) mit einem relativ dünnen ringförmigen Wandungsbereich (23) von wesentlich gleichförmiger Dicke j einem scheibenförmigen Permanentmagnet-Rotor (11), der im Inneren der Kammer (12) so gehaltert ist, daß er sich um eine Achse (17) drehen kann, die mit der Achse des ringförmigen Wandungsbereiches (23) zusammenfällt, wobei der Rotor (11) eine erste magnetische Einrichtung (48) enthält, die in magnetischer Wechselwirkung mit einer Mehrzahl von Permanentmagnet-Polstücken (18) steht, die in Abständen über einen Ringbereich verteilt sind, der zu der Drehachse (17) koaxial verläuft, und wobei die Polstücke (18) magnetisch axial ausgerichtet sind und alternierend Nordpol- und Südpolstirnflächen enthalten, die in einer ringartig verlaufenden Oberfläche liegen, welche nahe an der inneren Oberfläche des ringförmigen Bereichs (23) angeordnet ist und dieser entspricht, wobei diese ringförmige Fläche jedoch einen gewissen axialen Abstand von dieser einnimmt, durch eine ringförmige Reihe von einander überlappenden Spulen (40), die durch ein Bindemittel zusammengehalten sind, so daß sie eine einheitliche, scheibenförmige Wicklungsstruktur bilden, welche einen ringscheibenartigen Bereich (28) aufweist, der die Spulenseiten (41, 42) enthält, sowie einen inneren und einen äußeren Ringbereich (29, 30), welche die Spulen-Endköpfe enthalten, wobei in jeder der Spulen (4O) die Spulenseiten (41, 42) allgemein radial verlaufend angeordnet sind und einen Winkel (46) einschließen, der annähernd einem Polschritt (47) entspricht, und wobei die Spulen als Wechselstromwicklung miteinander verbunden sind, durch eine Einrichtung zur Halterung der Wicklungsstruktur (27) außerhalb der Kammer (12) in einer zu der Drehachse (17) koaxialen Lage und in Anlage mit einer Seite an der Außenfläche des ringförmigen Wandungsbereiches (23), sowie durch eine zweite magnetische Einrichtung (31; 64; 70), die auf der anderen Seite des ringscheibenartigen Bereichs (28) angebracht ist und magnetisch mit der Wicklungsstruktur (27) in Wechselwirkung steht, wobei die erste magnetische Einrichtung (48) und die zweite magnetische Einrichtung (31; 64; 70) Kraftlinienwege für die Polstücke und die Wicklung liefern.

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2. 2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) ein scheibenartiges Teil (15) aus einem magnetischen Material ist und daß die Polstücke (18) an dem Teil (15) befestigt sind, wobei das Teil (15) die Kraftlinienwege der ersten magnetischen Einrichtung liefert.
3. 3. Synchronmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite magnetische Einrichtung einen ringförmigen Kern (31) enthält, der eine glatte Oberfläche (32) aufweist, welche an der anderen Seite des ringscheibenartigen Bereichs (28) anliegt, sowie eine Einrichtung (33), welche dazu dient, die Wicklungsstruktur (27) und den Kern (31) an der Kammer (12) zu halten.
4. 4. Synchronmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kern (31) einen Streifen aus einem magnetischen Stahl von gleichmäßiger Breite enthält, der in eine kompakte Spirale gewickelt ist.
5. 5". Synchronmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite magnetische Einrichtung einen scheibenförmigen Rotor (69) aus magnetischem Material enthält, der drehbar auf der gemeinsamen Achse (17) befestigt ist, daß eine weitere Mehrzahl von Permanentmaghet-Polstücken (72) an dem scheibenförmigen Rotor (69). befestigt ist, wobei die Zahl dieser Magnet-Polstücke (72) gleich der Zahl der Magnet-Polstücke (18) ist, und wobei die Magnet-Polstücke (72) entsprechend wie die Magnet-Polstücke (18) ausgebildet sind, wobei die Stirnflächen (73) der anderen Pölstücke (71) neben der anderen Seite des scheibenartigen Bereichs (28) angeordnet sind und in axialer Richtung den entsprechenden, in der ringförmigen Oberfläche gelegenen Polst&rnflachen (19) gegenüber stehen, und wobei die anderen Polstücke (71) magnetisch in axialer Richtung ausgerichtet sind, so daß sie die Wirkung der Polstücke (18) unterstützen.
6. 6. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Polstücke eine magnetische Struktur mit einer darauf befindlichen flachen Oberfläche enthält und daß eine Mehrzahl von flachen Einheitsmagneten Kante an Kante liegend mit einer Seite auf die Oberfläche gelegt und an dieser befestigt ist, wobei die eine gleichmäßige Dicke auf-

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   weisenden Einheitsmagnete mit gleicher Polarität orientiert sind und auf ihrer anderen Seite die Polstirnfläche bilden.
7. 7. Synchronmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bereich (23) ein dünnes Blatt aus einem Material ist, das schlechte magnetische Eigenschaften und niedrige Wirbelstromverluste aufweist.
8. 8. Synchronmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Wandungsbereich (23) ein dünnes Blech aus korrosionsfestem Stahl ist.

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