DE3901295C1 - Electrical machine having permanent-magnet excitation and charging winding - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbeson­ dere einen Scheibenläufermotor, erregt durch 2p oder 4p Dauermagneten, die mittels stromdurchflossener und je einen magnetischen Pol zugeordneter Ladespulen magnetisiert sind.

Bei Scheibenläufermotoren mit Dauermagnet-Erregung ist es üblich, erst nach vollendetem Zusammenbau des Motors die Dauermagneten in deren geschlossenem Magnetkreis zu magne­ tisieren und dann die hierfür verwendeten Magnetisierungs­ spulen wieder zu entfernen (vgl. DE-AS 11 47 306) oder vor der Demontage eines Motors in reversibler Weise die Dauer­ magneten zu entmagnetisieren. Als Material für derartige Dauermagneten wird bevorzugt Aluminium-Nicke-Kobalt verwendet. Durch den nachträglichen Auf- bzw. vorherigen Entmagnetisierungsvorgang werden folgende Vorteile erzielt:
Wenn die Dauermagnete erst im geschlossenen Magnetkreis magnetsiert werden, erreicht man eine bis zu 20% höhere, magnetische Induktion. Bei unmagnetischen Magnetkernen kann die Montage bzw. Demontage ohne störende, magnetische Zug- und Abstoßkräfte erfolgen, welche bei größeren Motoren aufwendige Hilfseinrichtungen erforderlich machen würden.

Zur Erzielung der Magnetisierung im geschlossenen Magnet­ kreis sind mäanderförmig um die Magnetkerne gelegte Erre­ gerwicklungen bekannt. Diese müssen allerdings mit relativ hohem Montageaufwand in das fertige Magnetsystem einge­ wickelt werden. Aufgrund der mäanderförmigen Wicklungs­ weise, bei der die Wicklungsdrähte den Umfang der Magnet­ kerne nicht vollständig umlaufen, sind außerordentlich hohe Ströme, z. B. 1000 A und mehr, notwendig, um die Magnetkerne mit ausreichender magnetischer Induktion zu polarisieren.

Bei elektrischen Maschinen und Gleichstrom-Motoren mit Per­ manenterregung etwa der eingangs genannten Art ist es schließlich bekannt (vgl. AEG-Mitteilungen 53/1963, Heft 11/12, S. 400; GB-PS 9 61 632), die auf jedem Pol zur Auf­ magnetisierung dienende Wicklung auch zum Nachmagnetisieren zu benutzen, wenn eine irreversible Abnahme der Magnetisie­ rung durch Anker-Ausbau bei Wartungsarbeiten oder infolge von Kurzschlüssen erfolgt. Die entsprechenden Ladespulen sind allerdings durchweg in Reihe geschaltet, wobei ledig­ lich je eine Anschlußklemme der ersten und letzten Spule der Reihe am Chassis extern zugänglich ausgebildet ist. Damit besteht allerdings keine Möglichkeit, die Verschal­ tung der einzelnen Ladespulen untereinander je nach Anwen­ dung zu modifizieren und insbesondere ihren Gesamt-Innen­ widerstand flexibel an diverse Magnetisierungsstromquellen anzupassen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elek­ trische Maschine so weiterzubilden, daß die freien Anschlüsse der Ladewicklungen eine Mehrzahl unterschied­ licher Schaltungskonfigurationen und infolgedessen auch eine Anpassung an Magnetisierungsstromquellen mit unter­ schiedlicher Betriebscharakteristik zulassen. Gleichzeitig soll eine billige Herstellung und einfache Montage der Magnet-Ladewicklungen sowie eine starke Polarisierung der Magnetkerne bei wählbarer Stromaufnahme durch die Ladewick­ lungen gewährleistet sein.

Zur Lösung wird bei einer elektrischen Maschine mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Ladespulen mit ihren jeweils ersten Klemmenenden über das Maschinengehäuse, ein magnetisches Rückschluß-Joch und/oder sonstige Verbindungsmittel miteinander elektrisch leitend zu verbinden, und ihre zweiten (entgegengesetzten) Klemmenenden bzw. Anschlußseiten jeweils voneinander iso­ liert und am Maschinengehäuse extern zugänglich auszu­ bilden.

Mit anderen Worten, die der Anzahl der Pole im Magnetsystem entsprechenden Ladespulen liegen jeweils mit ihrer einen Anschlußseite zueinander parallel, indem diese miteinander galvanisch verbunden sind. Ihre anderen entgegengesetzten Anschlußseiten sind voneinander jeweils isoliert ausgeführt und können - je nach Option - z. B. zur Konfiguration der einzelnen Ladespulen in Serie oder parallel zueinander oder auch seriell-parallel verbunden werden. Mit diesen Konfigu­ rationsmöglichkeiten läßt sich der Innenwiderstand der gesamten Magnet-Ladewicklung der elektrischen Maschine flexibel an Leistung und Spannung der jeweiligen Strom­ quelle zur Lieferung des Magnetisierungsstromes anpassen, so daß eine optimale Magnetisierung erzielt wird.

Erfindungsgemäß sind die ersten Klemmenenden bzw. Anschluß­ seiten der Ladespulen miteinander elektrisch leitend ver­ bunden. Zur Realisierung dieser Verbindung bestehen im Rahmen der Erfindung viele Möglichkeiten: so kann besonders vorteilhaft das Maschinengehäuse oder ein magnetisches Rückschluß-Joch des Magnetsystems der elektrischen Maschine zusätzlich als Verbindungsmittel für die Ladespulen an ihrer einen Anschlußseite fungieren. Gesonderte Verbin­ dungsmittel zur Kontaktierung der ersten Klemmenenden bzw. Anschlußseiten der Ladespulen sind dann nicht mehr notwen­ dig.

Die flexible Verschaltbarkeit bzw. die Bildung unterschied­ licher Ladespulen-Konfigurationen über die zweiten vonein­ ander isolierten Klemmenenden läßt sich nach einer Weiter­ bildung der Erfindung dadurch realisieren, daß die zweiten Klemmenenden als an einem oder beiden stirnseitigen Lager­ schilden des Maschinengehäuses zugängliche elektrische Ver­ bindungsteile ausgebildet sind. Je nach Stromquelle lassen sich dann durch Steckkontakte oder wirkungsgleiche Mittel die zweiten Anschlußseiten der Ladespulen über deren Ver­ bindungsteile miteinander kontaktieren.

Es ist eine Magnetisierung bis zur Sättigung des unmittel­ bar nach dem Zusammenbau der elektrischen Maschine noch magnetisch neutralen Magnetwerkstoffes zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, sind die Polkerne von den Ladespulen vollständig umfaßt, so daß eine optimale Wirkungsverbindung des Magnetwerkstoffes mit den stromdurchflossenen Spulen­ drähten besteht. Diese Erfindungsausbildung läßt sich noch dahingehend weiterführen, daß die Windungen der Ladespulen in einer kompakten vorgefertigten Spule angeordnet sind. Damit ergibt sich ein einfacher Aufbau und eine leichte Montage; zudem wird, indem die Spulendrähte eng aneinander­ liegend angeordnet sind, eine geringe Drahtlänge und damit ein geringer ohmscher Widerstand, verbunden mit geringen Verlusten, erzielt.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die ge­ nannten ersten Klemmenenden der Ladespulen an das (solchen­ falls) elektrisch leitende Maschinengehäuse, vorzugsweise an eines oder beide stirnseitige Lagerschilde von innen und symmetrisch über die Gehäuseinnenfläche verteilt ange­ bracht. Hierdurch wird den Ladespulen, die nach erfolgter Aufmagnetisierung des Systems für den eigentlichen Betrieb der elektrischen Maschine ohne Nutzfunktion wären, vorteil­ haft die Rolle zugewiesen, über das gesamte Maschinengehäu­ se einen Potentialausgleich herbeizuführen; dies setzt na­ türlich voraus, daß die isoliert ausgeführten zweiten Klem­ menenden der Ladespulen, nachdem diese von der Stromquelle nach erfolgter Aufmagnetisierung getrennt sind, mit dem Schutzleiter der Anlage elektrisch leitend verbunden sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt

eine hälftig geschnittene Seitenansicht einer elektrischen Maschine mit erfin­ dungsgemäßer Magnet-Ladewicklung.

Der darin abgebildete Gleichstrom-Scheibenläufermotor weist einen (gestrichelt angedeuteten) scheibenförmigen Läufer 1 auf, der von einem gehäuseförmig ausgebildeten Ständer 2 umgeben ist. Durch den Läufer 1 und den Ständer 2 führt ei­ ne Welle 3, auf die der dargestellte Scheibenläufer mittels einer Hohlwelle 4 aufgesteckt ist.

Gemäß der aufgeschnittenen Darstellung in der unteren Hälf­ te der Zeichnung sitzen an zwei gegenüberliegenden Joch­ wänden 5 a, 5 b, die als Rückschluß im magnetischen Kreis dienen, etwa zylinderförmig ausgeprägte Magnetpole 6 a und 6 b, die zusammen ein Polpaar bilden. Sie begrenzen mit ihren gegenüberliegenden Stirnseiten einen Spalt 7, in den der scheibenförmige Läufer 1 mit schmalem Querschnitt hin­ eintaucht. Jeder der beiden Magnetpole 6 a, 6 b ist mit einer Magnet-Ladespule 8 a, 8 b versehen, deren vorzugsweise mehre­ re Windungen die Zylindermantelflächen der Magnetpole 6 a, 6 b vollständig umgreifen. Jede der beiden Ladespulen 8 a, 8 b besitzt ein erstes Klemmenende 9 a, 9 b und ein zweites Klemm­ enende 10 a, 10 b. Die ersten Klemmenenden 9 a, 9 b sind jeweils mittels Schraubmittel 11 an die Innenseite derjenigen (elektrisch leitfähigen) Jochwand 5 a bzw. 5 b an­ gepreßt, an die der jeweils zur entsprechenden Ladespule 8 a bzw. 8 b gehörige Magnetpol 6 a bzw. 6 b angebaut ist. Über den in axialer Richtung 12 verlaufenden Gehäusering 13 des Ständers 2 wird eine elektrische Verbindung der jeweils ersten Klemmenenden 9 a, 9 b der beiden Ladespulen 8 a, 8 b untereinander hergestellt. Deren zweite Klemmenenden (10 a, 10 b) sind durch Isolierhülsen 14 a, 14 b aus dem Inneren des Ständers 2 extern zugänglich herausgeführt. Die weitere Verschaltbarkeit der zweiten Klemmenenden 10 a, 10 b wird durch für diesen Zweck gebildete Anschlußstifte 15 a, 15 b ermöglicht.

Die beispielsweise als Alnico-Magnetkerne ausgeführten Mag­ netpole 6 a, 6 b befinden sich nach beendetem Zusammenbau des Ständers 2 noch im magnetisch neutralen, das heißt nicht polarisierten Zustand. Um beispielsweise den einen Magnet­ pol 6 a als Nordpol N und den anderen Magnetpol 6 b als Süd­ pol S zu polarisieren, sind die Anschlußstifte 15 a, 15 b der dazugehörigen Ladespulen 8 a, 8 b in entsprechender elektri­ scher Polung an eine Stromquelle (nicht dargestellt) anzu­ schließen. Diese Stromquelle prägt den Ladespulen 8 a, 8 b kurzzeitig einen Magnetisierungsstrom ein, für den aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung Werte unter 500 A ausrei­ chend sind. Dabei dient die Gehäusewand 13 gleichsam als Schaltverbindung zwischen den beiden jeweiligen ersten Klemmenenden 9 a, 9 b der beiden Ladespulen 8 a, 8 b.

Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein ma­ gnetisches Polpaar 6 a, 6 b sichtbar. Die obigen Ausführungen gelten jedoch entsprechend für eine elektrische Maschine mit einer Mehrzahl von Polpaaren.

Claims (4)

1. Elektrische Maschine, insbesondere Scheibenläufermo­ tor, erregt durch 2p oder 4p Dauermagneten, die mittels stromdurchflossener und je einem magnetischen Pol (6 a, 6 b) zugeordneter Ladespulen (8 a, 8 b) magne­ tisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade­ spulen (8 a, 8 b) mit ihren ersten Klemmenenden (9 a, 9 b) über das Maschinengehäuse (2) und/oder ein magne­ tisches Rückschluß-Joch (5 a, 5 b) und/oder sonstige Verbindungsmittel miteinander elektrisch leitend ver­ bunden, und ihre zweiten Klemmenenden (10 a, 10 b) je­ weils voneinander isoliert (14) und am Maschinen­ gehäuse (2) extern zugänglich ausgebildet sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladespulen (8) als Zylinderspulen auf zylindri­ schen Polkernen (6) angeordnet sind.

3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der zweiten Klemmenenden (10) der Ladespulen (8) als Erdungsklemme gekenn­ zeichnet und für den Anschluß eines Schutzleiters vorgesehen ist.

4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweiten Klemmenenden (10) der Ladespulen (8) als an einem oder beiden stirnseitigen Lagerschilden des Maschinengehäuses (2) zugängliche Klemmen (15 a, 15 b) ausgebildet sind.