DE3490396T1

DE3490396T1 - Läufer für Dauermagnetgenerator

Info

Publication number: DE3490396T1
Application number: DE19843490396
Authority: DE
Inventors: Raymond N. Rockford Ill. Olson
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1983-09-06
Filing date: 1984-07-30
Publication date: 1985-08-22
Also published as: GB2155702A; US4486678A; SG43887G; EP0156819A1; IT1178405B; EP0156819A4; GB2155702B; GB8511230D0; IT8448801A1; CA1209188A; IL72667A; IT8448801A0; JPS60502134A; EP0156819B1; WO1985001160A1; IL72667A0

Description

Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 61125, V.St.A.

Läufer für Dauermagnetgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dauermagnetgenerator, insbesondere eine Läuferkonstruktion für einen solchen Generator, wobei der magnetische Streufluß im Läufer zur Änderung der Betriebsspannung des Generators einstellbar ist.

Die Betriebsspannung eines Dauermagnetgenerators ist eine Funktion der Koerzitivkraft der Magnete. Die Koerzitivkraft-Toleranz von Magneten ist typischerweise größer als die annehmbare Spannungstoleranz für den Generator. Bei einigen Magnetwerkstoffen können die Magnete teilweise entmagnetisiert werden, wodurch die Generatorspannung einstellbar ist. Bei anderen Werkstoffen wie etwa Samariumcobalt ist jedoch eine teilweise Entmagnetisierung nicht möglich.

Ferner ist es bekannt, den magnetischen Widerstand einer magnetischen Streuflußbahn im Ständer einzustellen, um dadurch den Betriebs-Kraftlinienfluß des Generators und die erzeugte Spannung zu vermindern. Dieses Vorgehen erlaubt jedoch keinen Austausch von Läufern zwischen verschiedenen Ständern. Bei einem Austausch des Läufers ist eine Neueinstellung erforderlich.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Läufer eines Dauermagnetgenerators einen Träger aus nichtmagnetischem Werksteoff aufweist, wobei der Träger ein Element aus Magnetwerkstoff trägt, um parallel zu der äußeren Magnetbahn, die mit den Ständerwicklungen gekoppelt ist, eine Magnetbahn auszubilden. Der Kraftlinienfluß in der äußeren Bahn wird durch den Kraftlinienfluß in der parallelen Bahn verringert, wodurch die erzeugte Spannung vermindert wird.

Insbesondere ist der nichtmagnetische Träger mit Löchern ausgebildet, die in Läuferlängsrichtung verlaufen. Stäbe aus Magnetwerkstoff sind in eines oder mehrere Löcher eingesetzt und bilden die parallele Bahn für Streufluß aus. Die Stäbe aus Magnetwerkstoff bzw. Stäbe aus nichtmagnetischem Werkstoff mit gleicher Dichte werden symmetrisch in Löcher im Träger eingesetzt, um den Läufer im Gleichgewicht zu halten.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß der Läufer einen radialen Magnetaufbau mit einer Mehrzahl von gleichbeabstandeten Magneten, die radial magnetisiert sind, aufweist. Zwischen jeweils benachbarten Magneten sind nichtmagnetische Abstandsorgane positioniert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein tangentialer Magnetaufbau vorgesehen mit mehreren voneinander beabstandeten Magneten, die in Umfangsrichtung magnetisiert sind. Eine Trägernabe aus nichtmagnetischem Werkstoff ist radial innerhalb der Magnete positioniert und weist in Längsrichtung verlaufende Löcher zur Aufnahme von Magnetstäben auf, die in Radialrichtung mit den Magneten ausgerichtet sind.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Dauermagnetgenerator mit radialer Magnetkonstruktion; und

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Dauermagnetgenerator mit tangentialer Magnetkonstruktion.

Die Zeichnungen zeigen schaubildlich einen radialen bzw. einen tangentialen Dauermagnetgenerator, wobei die Einstellung des Streuflusses durch eine im Läufer vorgesehene Bahn möglich ist. Einzelheiten der Ständerwicklungen, der Läuferwellenlager und des Läuferantriebs sind nicht dargestellt.

In Fig. 1 besteht der Ständer 10 des Generators aus Ständerblechen 11 aus geeignetem Magnetwerkstoff. Nuten 12 erstrecken sich in Längsrichtung um den Innenumfang der Ständerbleche und enthalten die Wicklungen, in denen eine Spannung induziert wird.

Der Läufer 15 hat eine Welle 16, die drehbar in Lagern gelagert ist und von einer Antriebsmaschine angetrieben wird. Eine auf der Welle 16 sitzende Nabe 17 trägt vier Magnete 18, 19, 20 und 21, die um den Läufer herum gleichbeabstandet angeordnet sind. Die Polarität benachbarter Magnete ist in der gezeigten Weise umgekehrt. Die Nabe 17 besteht aus einem Magnetwerkstoff und bildet ein inneres Joch für die Magnete. Ein zylindrischer Tragring 24 aus nichtmagnetischem Werkstoff umschließt den Läufer.

Die Magnete erzeugen einen Induktionsfluß in einer Mehrzahl von Primärwegen durch den Ständer, wie durch die Strichlinien 26 angedeutet ist. Dieser Induktionsfluß verbindet die Wicklungen in den Nuten 12. Wenn der Läufer angetrieben wird, schneidet der Induktionsfluß in den Primärbahnen die Wicklungen, und es wird eine Ausgangsspannung erzeugt.

Wenn die Koerzitivkraft eines oder mehrerer Dauermagnete zu hoch ist, ist die Ausgangsspannung des Generators zu hoch. Gemäß der Erfindung weist der Läufer Abstandsorgane 28 zwischen jeweils benachbarten Magneten auf, die in ihrer Lage auf dem Läufer durch den Tragring 24 gehalten sind. Die Abstands-

organe 28 bestehen aus nichtmagnetischem Werkstoff, z. B. Aluminium, und dienen als Träger für magnetische Elemente. In jedem Abstandsorgan sind mehrere in Längsrichtung verlaufende Löcher 29 ausgebildet. Stabähnliche Elemente 30 aus Magnetwerkstoff sind in ausgewählte Löcher 29 eingesetzt zur Ausbildung eines Induktionsflußwegs entsprechend der Strich-Punkt-Linie 32 parallel zu dem äußeren Induktionsflußweg 26, wodurch das Magnetfeld im äußeren Flußweg und die in den Ständerwicklungen induzierte Spannung vermindert werden. Die Anzahl der verwendeten Stäbe sowie ihre Lage hängen von der Festigkeit der Magnete und der gewünschten Spannungsverminderung ab. Wenn die Magnete angepaßt sind, sind die Magnetwerkstoffstäbe symmetrisch auf dem Läufer angeordnet, und der Läufer befindet sich im Gleichgewicht. Wenn die Magnete nicht angepaßt sind, kann es sein, daß Anzahl und Lage der Stäbe 30 aus Magnetwerkstoff nicht symmetrisch sind. In diesem Fall werden weitere Stäbe aus nichtmagnetischem Werkstoff, deren Masse im wesentlichen gleich derjenigen der Stäbe aus Magnetwerkstoff ist, in geeignete Löcher eingesetzt, um den Läufer auszugleichen.

Fig. 2 zeigt einen Dauermagnetgenerator mit tangential em Magnetaufbau. Der Ständer des Generators nach Fig. 2 kann mit dem Ständer von Fig. 1 identisch sein. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht im einzelnen erläutert. Der Läufer 40 weist eine Welle 41 auf, auf der eine Nabe 42 aus nichtmagnetischem Werkstoff montiert ist. Vier voneinander beabstandete Magnete 43, 44, 4 5 und 46 auf der Nabe sind von einem Tragring 47 umschlossen. Die Magnete sind umfangsmagnetisiert, und die Polarität jeweils benachbarter Magnete ist in der gezeigten Weise umgekehrt. Abstandsorgane 50 zwischen jeweils benachbarten Magneten bestehen aus einem Magnetwerkstoff und dienen als Polstücke für den Läufer. Der Betriebsindukstionsflußweg, der die Wicklungen in den Nuten des Ständers verbindet, ist durch die Strichlinien 51 angedeutet.

Die Nabe aus nichtmagnetischem Werkstoff weist in Längsrichtung verlaufende Löcher 52 auf, die in Radialrichtung mit jedem Magnet ausgerichtet sind. Der Kraftlinienfluß des Magnetfelds im Ständer wird dadurch vermindert, daß Stäbe 53 aus Magnetwerkstoff in geeignete Löcher 52 des Trägers eingesetzt werden. Die Magnetstäbe bilden eine Magnetbahn entsprechend den Strich-Punkt-Linien 54 durch die Polstücke 50 und die Nabe 42 parallel zu der Betriebsinduktionsflußbahn 51 im Ständer. Wie vorstehend im Zusammenhang mit dem radialen Magnetaufbau erläutert wurde, sind bei angepaßten Magneten 43, 44, 45 und 46 die Stäbe 53 aus Magnetwerkstoff im Träger 42 symmetrisch angeordnet, und der Läufer ist im Gleichgewicht. Wenn die Magnete nicht angepaßt sind, wird die Symmetrie dadurch erreicht, daß Stäbe aus nichtmagnetischem Werkstoff in geeignete Löcher im Träger 42 eingebracht werden.

Der Kraftlinienfluß im Läufer wird bevorzugt dadurch eingestellt, daß der Läufer ohne irgendwelche Stäbe in den Trägern in ein Simulationszwecken dienendes Ständertestgestell eingebracht wird. Der Magnetfluß jedes Polstücks bei der tangentialen Konstruktion wird gemessen. Durch Vergleich des gemessenen Magnetflusses mit dem für die erwünschte Ausgangsspannung notwendigen Magnetfluß wird der überschüssige Magnetfluß bestimmt. Eine geeignete Anzahl Stäbe aus Magnetwerkstoff wird eingelegt, um den Magnetfluß auf den erwünschten Pegel zu verringern. Wenn dieser Vorgang in einer symmetrischen Anordnung von magnetischen Stäben resultiert, ist damit die Läufereinstellung beendet. Wenn keine Symmetrie vorliegt, werden weitere Stäbe aus nichtmagnetischem Werkstoff an geeigneten Stellen in Löcher im Träger eingesetzt, um eine Symmetrie zu erzielen.

Auf diese Weise justierte Läufer von Generatoren können ausgetauscht werden, und die erwünschte Generatorspannung wird ohne eine Neujustierung der Läufer erreicht.

Claims

Patentansprüche

1. Läufer für Dauermagnetgenerator, mit

einem Dauermagnet (18-21; 43-46), der in einer Bahn außerhalb des Läufers (15; 40) ein Magnetfeld ausbildet zur Kopplung mit Ständerwicklungen, um in diesen eine Spannung zu induzieren, gekennzeichnet durch

- einen Träger (28; 42) aus nichtmagnetischem Werkstoff auf dem Läufer; und

ein vom Träger gehaltenes Element (30; 53) aus Magnetwerkstoff, das eine zu der äußeren Bahn parallele Magnetbahn ausbildet, wodurch das Magnetfeld in der äußeren Bahn verringert und die in den Ständerwicklungen induzierte Spannung reduziert wird.

2. Läufer nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

eine Vielzahl Magnete (18-21; 43-46), eine Vielzahl von Magnetfeldbahnen außerhalb des Läufers (15; 40) sowie eine Vielzahl von zu den äußeren Bahnen parallelen Magnetbahnen.

3. Läufer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

572-B01653-Schö

daß in dem Träger (28; 42) ein Loch (29; 52) ausgebildet ist, das in Läuferlängsrichtung verläuft, und daß das Element aus Magnetwerkstoff ein in dem Loch positionierter Stab (30; 53)

4. Läufer nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß auf dem Läufer (15; 40) mehrere Stäbe (30; 53) symmetrisch positioniert sind.

5. Läufer nach Anspruch 1 mit radialem Magnetaufbau, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere Magnete (18-21) gleichbeabstandet um den Läufer (15) herum angeordnet sind, daß jeder Magnet in radialer Richtung magnetisiert ist, daß zwischen jeder Gruppe aneinandergrenzender Magnete mehrere Träger (28) aus nichtmagnetischem Werkstoff angeordnet sind, und daß wenigstens ein Träger (28) ein Element (30) aus magnetischem Werkstoff trägt.

6. Läufer nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch

mehrere Elemente (30) aus Magnetwerkstoff, die symmetrisch von mehreren Trägern (28) auf dem Läufer (15) getragen werden.

7. Läufer nach Anspruch 1 mit tangentialem Magnetaufbau, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere Magnete (4 3-46) gleichbeabstandet um den Läufer (40) herum angeordnet sind, daß jeder Magnet in einer Umfangsrichtung magnetisiert ist, daß zwischen benachbarten Magneten magnetische Polstücke (50) angeordnet sind, und daß radial innerhalb der Magnete (43-46) eine Trägernabe (42) aus nichtmagnetischem Werkstoff vorgesehen ist.

8. Läufer nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch

mehrere Elemente (53) aus Magnetwerkstoff, die symmetrisch auf der Trägernabe (42) angeordnet sind.

9. Läufer nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Element (53) aus Magnetwerkstoff in Radialrichtung mit einem der Magnete (43-46) ausgerichtet ist.

10. Läufer nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere in Längsrichtung verlaufende Löcher (52) in der Trägernabe (42) ausgebildet sind, wobei wenigstens ein Loch mit jedem Magnet ausgerichtet ist, um ein Element (53) aus Magnetwerkstoff aufzunehmen.

11. Läufer für Dauermagnetgenerator, mit einer Welle und mit einer auf der Welle sitzenden Nabe,
gekennzeichnet durch

- mehrere Magnete (18-21; 43-r46) auf der Nabe (17; 42), die ein Magnetfeld in außerhalb des Läufers (15; 40) verlaufenden Bahnen ausbilden zur Kopplung mit Ständerwicklungen, um in diesen eine Spannung zu induzieren; einen um die Magnete verlaufenden Umfangstragring (24; 47); zwischen jeweils benachbarten Magneten vorgesehene Abstandsorgane (28; 50), wobei entweder die Nabe oder die Abstandsorgane als Träger für nichtmagnetisches Material dienen; und

wenigstens ein von dem Träger (28; 42) getragenes Element (30; 53) aus Magnetwerkstoff zur Ausbildung einer Magnetbahn, die parallel zu der äußeren Bahn verläuft, wodurch das Magnetfeld in der äußeren Bahn und die in den Ständerwicklungen induzierte Spannung reduzierbar sind.

12. Läufer nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Träger (28; 42) ein Loch (29; 52) ausgebildet ist, das in Läuferlängsrichtung verläuft, und daß das Element aus Magnetwerkstoff ein in dem Loch befindlicher Stab (30; 53) ist.

13. Läufer nach Anspruch 11 mit radialem Magnetaufbau, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Magnet (18-21) in einer Radialrichtung magnetisiert ist, daß die Abstandsorgane (28) zwischen den Magneten Träger aus nichtmagnetischem Werkstoff sind, und daß die Nabe (17) ein Joch aus Magnetwerkstoff ist.

14. Läufer nach Anspruch 11 mit tangentialem Magnetaufbau, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Magnet (43-46) in einer Umfangsrichtung magnetisiert ist, daß die Abstandsorgane (50) zwischen jeweils benachbarten Magneten aus Magnetwerkstoff bestehen und Polstücke bilden, und daß die Nabe (42) der Träger aus nichtmagnetischem Werkstoff ist.