DE4214038A1

DE4214038A1 - Electric machine with rectangular teeth in magnetic circuit - reduces reluctance in path of magnetic flux between stator and rotor by interdigitation of pole pieces

Info

Publication number: DE4214038A1
Application number: DE19924214038
Authority: DE
Inventors: Rolf Backhauss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: DE4214038C2

Abstract

The surface area of the pole pieces (7) and armature faces is increased by the provision of square (or triangular) teeth without any change in the air gap (4). Theoretically the area can be double or the magnetic reluctance in the gap can be halved. In very small machines the halves of the pole pieces may be welded together instead of being hinged (8) and clasped (9) on opposite sides of the rotor axis. ADVANTAGE - Increased magnetic flux transmission enhances power and efficiency, achieving lower current consumption in motor, or higher output from generator.

Description

State of the art

Im Elektromaschinenbau ist die Luftspaltaufweitung, durch Ver größern der Polschuhflächen die zum Anker zeigen, bekannt. Dabei handelt es sich immer um glatte im Kreis radial liegen de und zylindrische Flächen. Sinn der Luftspaltaufweitung ist, mit oder durch Vergrößern der anliegenden Flächen von Polschuh und Anker, den magneti schen Fluß zu erhöhen oder den magnetischen Widerstand im Luftspalt δ zu verringern.In electrical engineering, the air gap widening is by Ver larger of the pole shoe surfaces facing the anchor. These are always radial in the circle de and cylindrical surfaces. The purpose of widening the air gap is with or by enlarging the adjacent surfaces of the pole piece and anchor, the magneti to increase the flux or the magnetic resistance in the To reduce air gap δ.

So wird im gesamten magnetischen Kreislauf der Elektromaschi ne vom Polschuh, dem Luftspalt und dem Anker - das Streufeld bleibt fast immer ohne Bedeutung - der Abstand im Luftspalt δ klein zwischen dem Polschuh und dem Anker bemaßt, die Polschuh fläche jedoch groß gehalten.This is how the electric machine works in the entire magnetic circuit ne of the pole piece, the air gap and the anchor - the stray field remains almost irrelevant - the distance in the air gap δ dimensioned small between the pole piece and the anchor, the pole piece however, the area was kept large.

In einem jeden Kreis steht aber nur eine bestimmte radiale Flä che zur Verfügung, die genutzt werden kann. Und hier liegt bei allen herkömmlichen Elektromaschinen die Grenze der Polschuh aufweitung.In each circle there is only a certain radial area che available that can be used. And here is included the limit of the pole shoe for all conventional electrical machines widening.

Einer Offenlegungsschrift aus dem Jahre 1974 mit der Nr. P 24 60 062 möchte ich gleich widersprechen, die als Grundlage des erfinderischen Gedankens das Leistungsgewicht vertritt, jedoch keinerlei Grundlagen der Elektrotechnik beinhaltet. Ziel meines erfinderischen Gedankens ist die Verringerung des magnetischen Widerstandes im Luftspalt δ.A published application from 1974 with the number P 24 60 062 I would like to contradict immediately, which is the basis of the inventive power represents the weight to performance ratio, however contains no fundamentals of electrical engineering. The aim of my inventive idea is to reduce the magnetic resistance in the air gap δ.

Patent application

Hiermit wird ein Patent angemeldet und beantragt, das die Über tragung des magnetischen Flusses zwischen Polschuh und Anker erhöht, weder bestehende Gesetzmäßigkeiten ändert noch die Bau größen von Elektromaschinen wesentlich verändert, sondern die gesamte Stromaufnahme bzw. Stromabgabe dahingehend verändert, daß bei einem Motor sich die Stromaufnahme verringert, bei ei nem Generator sich die Stromabgabe erhöht. In beiden Fällen er höht sich die Leistung und der Wirkungsgrad. A patent is hereby registered and applied for, which the Über Carrying the magnetic flux between the pole piece and anchor increased, neither existing laws change nor the construction sizes of electrical machines changed significantly, but the total power consumption or power output changed in such a way that the current consumption of an engine is reduced, for egg the generator increases the power output. In both cases, he performance and efficiency increase.

In Anspruch wird die Priorität des Gebrauchsmusters G 91 05 648.9 genommen. The priority of the utility model G 91 05 648.9 taken.

description

Zeichnung 1. Sie zeigt eine Maschine mit äußerer Teilung des Polschuhgehäuses um 180°, mit der Gehäusetrennung (10), im Ge häusescharnier (8) schwenkbar verbunden und dem Gehäusever schluß (9), so daß in das Polschuhgehäuse mit seiner radial verlaufenden Zahn-Rechteck oder Wellenform mit einem korres pondierendem Anker mit Zahn-Rechteck oder Wellenform hinein montiert werden kann, der nach Lagerung und unter Beibehal tung des Luftspaltes 6 frei läuft. Drawing 1. It shows a machine with outer division of the pole shoe housing by 180 °, with the housing separation ( 10 ), in the Ge housing hinge ( 8 ) pivotally connected and the housing lock ( 9 ), so that in the pole shoe housing with its radially extending tooth Rectangle or waveform with a corres ponding anchor with a tooth rectangle or waveform can be mounted inside, which runs freely after storage and while maintaining the air gap 6.

Hier sei gleich angemerkt, daß für Kleinstmaschinen anstatt des Gehäusescharniers (8) und des Gehäuseverschlusses (9) ei ne Verschweißung der Polschuhhälften in Frage kommt, wenn es sich um Maschinen handelt, die aus Kostengründen nicht repa riert werden sollen.It should be noted here immediately that for miniature machines instead of the housing hinge ( 8 ) and the housing closure ( 9 ) egg ne welding of the pole shoe halves comes into question if it concerns machines that should not be repaired for cost reasons.

Durch die Zahn-Rechteck oder Wellenform in der Maschine wird fast eine Verdoppelung der Fläche A erreicht, die für den Ma gnetfluß Φ entscheidend ist, oder der Widerstand, der dem Ma gnetfluß entgegensteht, wird um fast die Hälfte verringert. Dies gilt selbstverständlich auch für Abbildung 2 und 3. Daraus ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades so wohl für Elektromotore als auch für Elektrogeneratoren.Through the tooth rectangle or waveform in the machine almost doubled the area A, which for the Ma gnetfluss Φ is decisive, or the resistance that the Ma gnet flow is reduced by almost half. Of course, this also applies to Figures 2 and 3. This results in an improvement in efficiency probably for electric motors as well as for electric generators.

Zeichnung 2. Sie zeigt eine Klauenpol-Drehstrom-Lichtmaschine, bei der bedingt durch die Vielzahl der Kupferwindungen eine Teilung des Polschuhgehäuses kaum technisch lösbar ist. Es entstand eine Maschine mit folgenden Besonderheiten. Die Klauenpole (3) sind als einzelne Pole ausgebildet, mit je einem Fuß, der zur Ankerwelle (1) zeigt und sowohl zur Anker welle als auch zur Distanzbuchse (12) und dem Außendurchmes ser maßhaltig gearbeitet ist. Drawing 2. It shows a claw-pole three-phase alternator in which, due to the large number of copper windings, a division of the pole shoe housing is hardly technically possible. A machine was created with the following special features. The claw poles ( 3 ) are designed as individual poles, each with a foot that points to the armature shaft ( 1 ) and to the armature shaft as well as to the spacer sleeve ( 12 ) and the outer diameter water is worked dimensionally.

Aufgeweitet werden die Pole, mit einer Zahn-Winkel oder Wellen form, durch zwei auf der Ankerwelle (1) gegenüberliegende Keil buchsen (11), die zur genauen Positionierung und Fluchtung, je entsprechend der Klauenpolzahl, mit Klauenpolpositionierungen (13) für die Klauenpole versehen sind.The poles are expanded, with a tooth angle or wave shape, by two wedge bushings ( 11 ) opposite each other on the armature shaft ( 1 ), which for precise positioning and alignment, depending on the number of claw poles, are provided with claw pole positions ( 13 ) for the claw poles are.

Die Keilbuchsen (11) werden links und rechts der Klauenpole (3) auf die Ankerwelle (1) gesetzt und eingepreßt bis zum vorgege benen Maß der Distanzbuchse (12). Die Distanzbuchse (12) über nimmt dabei den Magnetfluß unter den Klauenpolen (3). Gleich zeitig wird das Ineinandergreifen der Zahn-Winkel oder Wel lenform und Beibehaltung des Luftspaltes δ von Klauenpolen (3) und Pohlschuhgehäuse erreicht (7), so daß der Klauenpol anker sich im Polschuhgehäuse frei drehen kann. Eingebettet zwischen den Klauenpolen (3) liegt die Erreger wicklung (2), die im aufgeweiteten Zustand des Klauenpolan kers eng an der Distanzbuchse (12) anliegt und einen Freiraum zu den Polen im Klauenpolanker gibt.The wedge bushings ( 11 ) are placed on the left and right of the claw poles ( 3 ) on the armature shaft ( 1 ) and pressed in up to the specified dimension of the spacer bush ( 12 ). The spacer ( 12 ) takes on the magnetic flux under the claw poles ( 3 ). At the same time the interlocking of the tooth angle or Wel lenform and maintaining the air gap δ of claw poles ( 3 ) and pole shoe housing is reached ( 7 ), so that the claw pole can rotate freely in the pole shoe housing. Embedded between the claw poles ( 3 ) is the excitation winding ( 2 ), which lies closely against the spacer bushing ( 12 ) in the expanded state of the claw polan and gives free space to the poles in the claw pole armature.

Zeichnung 3. Sie zeigt einen Kurzschlußläufer mit aufweitba rem Anker. Der Stator weist eine Zahn-Rechteck oder Wellenform auf, die auch mehrere Stufen haben kann. Der Anker wird mit der oberen Hälfte im aufgeweiteten Zustand gezeigt, die unte re Hälfte ist nicht aufgeweitet. Drawing 3. It shows a short-circuit rotor with an expandable armature. The stator has a tooth rectangle or wave shape, which can also have several stages. The anchor is shown with the upper half in the expanded state, the lower half is not expanded.

Das gesamte Ankerpaket besteht aus der Ankerwelle mit den Ma gnetblechen, die normaler Weise nicht aufweitbar wären. Der erfinderische Gedanke geht von der Besonderheit aus, daß die Magnetbleche (15) in 3 oder mehrere Teile geteilt werden und mit ihrem zur Ankerwelle (1) gerichtetem Teil größer ist, als das Magnetblech (14), entsprechend der zu erfolgenden Auf weitung.The entire anchor package consists of the armature shaft with the Ma gnetblechen, which would normally not be expandable. The inventive idea is based on the peculiarity that the magnetic sheets ( 15 ) are divided into 3 or more parts and with their part directed towards the armature shaft ( 1 ) is larger than the magnetic sheet ( 14 ), according to the expansion to be carried out.

Die Magnetbleche (14 u. 15) haben einen Führungsschlitz (17), in den eine Führungslehre zur Montage eingeführt wird. Es kann auch ein Führungsnut sein, beide sind im rechten Winkel zur An kerwelle angeordnet (1). Diese Führungsschlitze (17) mit den Führungslehren verhindern beim Aufweiten ein radiales Kippen der Magnetbleche (15).The magnetic sheets ( 14 and 15 ) have a guide slot ( 17 ) into which a guide gauge is inserted for assembly. It can also be a guide groove, both are arranged at right angles to the kershaft ( 1 ). These guide slots ( 17 ) with the guide gauges prevent the magnetic plates ( 15 ) from tilting radially when expanded.

Die Aufweitung der Magnetbleche (15) erfolgt in ein oder zwei Stufen durch eine Federhülse (16), die nach der Aufweitung wieder entfernt werden kann, aber nicht muß, wenn das Aufwei ten bereits mit der Ankerwelle (1) erfolgt.The expansion of the magnetic sheets ( 15 ) is carried out in one or two stages by a spring sleeve ( 16 ), which can be removed after the expansion, but not if the expansion is already done with the armature shaft ( 1 ).

Die noch bedingt losen Magnetbleche (14 u. 15) werden mit Nie ten oder Schrauben, den Polbefestigungen (18), zu einem festen Ankerpaket (3) verbunden, die Führungslehren werden entfernt. The still partially loose magnetic sheets ( 14 and 15 ) are connected with rivets or screws, the pole fasteners ( 18 ), to a fixed anchor package ( 3 ), the guide gauges are removed.

Summary

Entscheidend für die Maschinen in Zeichnung 1, 2 und 3 ist die Vergrößerung der Fläche A der zueinanderzeigenden Pol schuh und Ankerflächen durch Zahn - Rechteck oder Wellenform, unter Beibehaltung des Luftspaltes d, woraus theoretisch eine Verdoppelung der Fläche A entsteht oder der magnetische Wider stand im Luftspalt sich fast um die Hälfte verringert. Die Konstruktion der Maschinen erfordert eine besondere Sorg falt dahingehend, daß die axiale Lagerung NULL sein sollte, so daß die Maschinen frei auch unter Temperaturen laufen. So werden wohl nur kleinere Maschinen hierfür in Frage kommen, die geringen Platzbedarf und einen hohen Wirkungsgrad haben werden.
Decisive for the machines in drawing 1, 2 and 3 is the enlargement of the area A of the facing pole shoe and anchor surfaces by tooth - rectangle or waveform, while maintaining the air gap d, which theoretically results in a doubling of the area A or the magnetic resistance was in Air gap is reduced by almost half. The design of the machines requires special care in that the axial bearing should be ZERO, so that the machines run freely even under temperatures. For this reason, only smaller machines that have a small footprint and high efficiency will probably be considered.

Claims

The following claims explain the special features for all magnetic circuits with a certain air gap δ of any size, static or rotating electro magnets, electric motors and electric generators. As a result, they are only named with electrical machines.

1. The electrical machine is characterized by a radially interlocking tooth-rectangle or waveform of the mutually facing surfaces of pole pieces and anchors, while maintaining the air gap δ.
2. Characterized by the inventive idea of the resulting enlargement of the mutually lying surfaces of pole pieces and anchors, the surface A, which the oretically almost doubles.
3. Characterized by 1 and 2, the magnetic flux in the air gap can also double by doubling the area A or the magnetic resistance will be halved.
4. The electrical machine is characterized by a divisible pole housing in order to mount the machine, or the machine has an expandable anchor which is expanded to the extent required by the height of the tooth rectangle or wave shape. Figures 1, 2 and 3.
5. The electrical machine is characterized in that the power consumption of a motor is reduced, the power output of a generator is increased, the efficiency is increased.