DE4214038C2

DE4214038C2 - Electrical machine with tooth-rectangular or wave-shaped air gap

Info

Publication number: DE4214038C2
Application number: DE19924214038
Authority: DE
Inventors: Rolf Backhaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1993-12-16
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: DE4214038A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Elektromaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 19 14 531 bekannt ist.The invention is based on an electric machine according to the preamble of claim 1, as from the DE-OS 19 14 531 is known.

Im Elektromaschinenbau ist die Luftspaltaufweitung durch Vergrößern der Polschuhflächen, die zum An ker zeigen, bekannt. Dabei handelt es sich immer um glatte, im Kreis radial liegende und zylindri sche Flächen. In electrical engineering, the air gap is widening by enlarging the pole shoe areas that are part of the An ker show, known. It is always around smooth, radial and circular in the circle surfaces.

Sinn der Luftspaltaufweitung ist, mit oder durch Vergrößern der anliegenden Flächen von Polschuh und Anker, den magnetischen Fluß zu erhöhen oder den magnetischen Widerstand im Luftspalt delta zu verringern. So wird im gesamten magnetischen Kreis lauf der Elektromaschine vom Polschuh, dem Luft spalt und dem Anker - das Streufeld bleibt fast immer ohne Bedeutung - der Abstand im Luftspalt delta klein zwischen dem Polschuh und dem Anker bemaßt, die Polschuhfläche jedoch groß gehalten. In einem jeden Kreis steht aber nur eine bestimmte radiale Fläche zur Verfügung, die genutzt werden kann. Und hier liegt bei allen herkömmlichen Elektroma schinen die Grenze der Polschuhaufweitung.The purpose of widening the air gap is with or through Enlarging the contact areas of Polschuh and anchors to increase the magnetic flux or the magnetic resistance in the air gap delta reduce. So in the entire magnetic circuit run the electric machine from the pole piece, the air gap and the anchor - the stray field almost remains always irrelevant - the distance in the air gap delta small between the pole piece and the anchor dimensioned, but the pole shoe area kept large. In each circle there is only one particular one radial area available that can be used. And this is where all conventional electromas lie seem to limit the widening of the pole piece.

Aus der DE-OS 19 14 531 ist bereits eine elektri sche Umlaufmaschine bekannt, die in Zahn-Rechteck- oder Wellenform ausgebildete, einander gegenüber liegende Flächen von Polschuhen und Anker unter Beibehaltung eines Luftspaltes aufweist.From DE-OS 19 14 531 is an electri cal circulation machine known, which in tooth rectangular or waveform trained, facing each other lying surfaces of pole pieces and anchors underneath Maintaining an air gap.

Ähnliche Ausgestaltungen der Luftspaltbegrenzungs flächen in einer elektrischen Maschine sind auch schon aus der DE-OS 39 17 343 und der DE-OS 22 34 472 bekannt.Similar configurations of the air gap limitation surfaces in an electrical machine are also already from DE-OS 39 17 343 and DE-OS 22 34 472 known.

Aus der CH-PS 254 374 und der US-PS 16 42 448 sind bereits elektrische Maschinen bekannt, bei denen das Gehäuse teilbar ausgebildet ist und dessen mit einem Scharnier verbundene Hälften gegeneinander verschwenkbar sind.From CH-PS 254 374 and US-PS 16 42 448 are already known electrical machines in which the housing is designed to be divisible and its halves joined together by a hinge are pivotable.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elek trische Maschinen mit radial ineinanderlaufenden Flächen mit Zahn-Rechteck- oder Wellenform von Polschuhen und Anker derart auszugestalten, daß sie in einfachster Weise montiert bzw. demontiert werden können, da normalerweise durch die Verzah nung von Gehäuse und Anker ein Auseinanderziehen beider Teile in Achsrichtung nicht möglich ist.It is an object of the present invention, elek trical machines with radially merging Surfaces with a rectangular or wave shape from To design pole pieces and anchors in such a way that they can be easily assembled or disassembled can be, because normally by the tooth pulling apart the housing and armature both parts in the axial direction is not possible.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichneten Merkmale ge löst.This task is carried out by the independent Claims 1 and 2 marked features ge solves.

Ein wesentlicher Vorteil besteht in der Verringe rung des magnetischen Widerstandes im Luftspalt delta und es wird erreicht, daß sich die Übertra gung des magnetischen Flusses zwischen Polschuh und Anker erhöht, weder bestehende Gesetzmäßigkei ten geändert noch die Baugrößen von Elektromaschi nen wesentlich verändert werden, sondern daß die ge samte Stromaufnahme bzw. Stromabgabe dahingehend verändert wird, daß sich bei einem Motor die Strom aufnahme verringert und sich bei einem Generator die Stromabgabe erhöht. In beiden Fällen erhöht sich die Leistung und der Wirkungsgrad.A significant advantage is the reduction tion of the magnetic resistance in the air gap delta and it is achieved that the transfer magnetic flux between the pole piece and anchor increased, neither existing law changed the size of electrical machines nen be changed significantly, but that the ge entire power consumption or current output in this regard is changed that the current in a motor absorption reduced and with a generator the electricity delivery increases. Increased in both cases performance and efficiency.

Die Ausgestaltung ist vorgesehen für alle magneti schen Kreisläufe mit einem bestimmten Luftspalt delta beliebiger Größe, statischer und rotierender Elektro-Magnete, Elektro-Motoren und Elektro-Gene ratoren. Sie werden in Folge nur mit Elektro-Ma schine benannt. Dabei wird bei der Elektro-Maschi ne durch radial ineinanderlaufende Zahn-Rechteck- oder Wellenform der zueinanderliegenden Flächen von Polschuhen und Anker, unter Beibehaltung des Luftspaltes delta, eine Vergrößerung der zueinan derliegenden Flächen von Polschuhen und Anker, der Fläche A, erreicht, derart, daß sich die Fläche theoretisch fast verdoppelt, so daß sich der mag netische Fluß im Luftspalt durch die Verdopplung der Fläche A auch verdoppeln kann oder der magne tische Widerstand sich halbieren wird. Vorgesehen ist dabei, daß die Maschine einen aufweitbaren An ker hat, der um das Maß aufgeweitet wird, wie die Höhe der Zahn-Rechteck- oder Wellenform es erfordert.The design is intended for all magneti circuits with a certain air gap delta of any size, static and rotating Electro magnets, electric motors and electro genes rators. In a row, you will only be using Elektro-Ma named machine. The electrical machine ne through radially interlocking tooth-rectangular or waveform of the mutually facing surfaces of pole pieces and anchors, while maintaining the Air gap delta, an enlargement of each other the lying surfaces of pole pieces and anchors, the Area A, reached such that the area theoretically almost doubled, so that the likes netic flow in the air gap by doubling the area A can also double or the magne table resistance will halve. Intended is that the machine has an expandable type ker that is expanded to the extent that Height of the tooth rectangle or waveform it requires.

Erreicht wird damit, daß bei einem Motor sich die Stromaufnahme verringert, bei einem Generator sich die Stromabgabe erhöht und der Wirkungsgrad gestei gert wird.It is achieved that with an engine Current consumption decreases with a generator itself the power output increases and the efficiency increases is gert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachste hend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei gen in rein schematischen AnsichtenEmbodiments of the invention are next explained with reference to the drawing. It shows gen in purely schematic views

Fig. 1 eine Elektromaschine im Schnitt, Fig. 1 is an electrical machine in section,

Fig. 2 u. 3 Ausführungsformen einer Flächenaus gestaltung bei einer Elektromaschine gemäß Fig. 1, Fig. 2 u. 3 embodiments of a surface configuration in an electric machine according to FIG. 1,

Fig. 4 u. 5 eine erfindungsgemäße Ausführungs form der Elektromaschine in unter schiedlichen Schnittdarstellungen, und Fig. 4 u. 5 shows an embodiment of the electric machine according to the invention in different sectional views, and

Fig. 6 u. 7 eine weitere erfindungsgemäße Aus führungsform der Elektromaschine in unterschiedlichen Schnittdarstellungen. Fig. 6 u. 7 shows another embodiment of the electric machine according to the invention in different sectional views.

Fig. 1 zeigt eine Elektromaschine 100 mit äußerer Teilung des Polschuhgehäuses 7 um 180°, mit der Gehäusetrennung 10, im Gehäusescharnier 8 schwenk bar verbunden und dem Gehäuseverschluß, so daß in das Polschuhgehäuse 7 mit seiner radial verlau fenden Zahn-Rechteck- 4 oder Wellenform 5 mit ei nem korrespondierenden Anker mit Zahn-Rechteck- oder Wellenform hineinmontiert werden kann, der nach Lagerung und unter Beibehaltung des Luftspal tes 6 frei läuft. Durch die Zahn-Rechteckform 4 gemäß Fig. 3 oder Wellenform 5 gemäß Fig. 4 in der Maschine wird fast eine Verdoppelung der Fläche A erreicht, die für den Magnetfluß Φ entscheidend ist oder der Widerstand, der dem Magnetfluß ent gegensteht, wird um fast die Hälfte verringert. Dies gilt selbstverständlich auch für Fig. 2 und 3. Daraus ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungs grades sowohl für Elektromotoren als auch für Elektrogeneratoren. Fig. 1 shows an electric machine 100 with outer division of the pole shoe housing 7 by 180 °, with the housing separation 10 , in the housing hinge 8 pivot bar and the housing closure, so that in the pole shoe housing 7 with its radially expansive tooth rectangle 4 or wave shape 5 can be mounted with a corresponding anchor with a tooth-rectangular or wave shape, which runs freely after storage and while maintaining the air gap 6 . By the tooth-rectangular shape 4 of FIG. 3 or waveform 5 of FIG. 4 in the machine almost a doubling of the area A is achieved, which is crucial for the magnetic flux Φ or the resistance to the magnetic flux ent is almost the Half reduced. This naturally also applies to FIGS. 2 and 3. This results in an improvement in the degree of effectiveness both for electric motors and for electric generators.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Klauenpol-Drehstrom-Lichtma schine 200, bei der bedingt durch die Vielzahl der Kupferwindungen eine Teilung des Polschuhgehäuses kaum technisch lösbar ist. Es entstand eine Ma schine mit folgenden Besonderheiten: Fig. 4 and 5 show a claw-pole three-phase Lichtma machine 200 , in which due to the large number of copper turns, a division of the pole piece housing is hardly technically solvable. A machine was created with the following special features:

Die Klauenpole 3 sind als einzelne Pole ausgebil det mit je einem Fuß, der zur Ankerwelle 1 zeigt und sowohl zur Ankerwelle als auch zur Distanz buchse 12 und dem Außendurchmesser maßhaltig gear beitet ist. The claw poles 3 are ausgebil det as individual poles, each with a foot that points to the armature shaft 1 and bushing 12 to the armature shaft as well as to the distance and the outer diameter is true to size.

Aufgeweitet werden die Pole mit einer Zahn-Winkel- oder Wellenform, durch zwei auf der Ankerwelle 1 gegenüberliegende Keilbuchsen 11, die zur genauen Positionierung und Fluchtung, je entsprechend der Klauenpolzahl, mit Klauenpolpositionierungen 13 für die Klauenpole versehen sind. Die Keilbuchsen 11 werden links und rechts der Klauenpole 3 auf die Ankerwelle 1 gesetzt und eingepreßt bis zum vor gegebenen Maß der Distanzbuchse 12. Die Distanzbuchse 12 übernimmt dabei den Magnetfluß unter den Klauen polen 3. Gleichzeitig wird das Ineinandergreifen der Zahn-Winkel- oder Wellenform und Beibehaltung des Luftspaltes delta von Klauenpolen 3 und Polschuh gehäuse 7 erreicht, so daß der Klauenpolanker sich im Polschuhgehäuse frei drehen kann. Eingebettet zwischen den Klauenpolen 3 liegt die Erregerwick lung 2, die im aufgeweiteten Zustand des Klauenpol ankers eng an der Distanzbuchse 12 anliegt und einen Freiraum zu den Polen im Klauenpolanker gibt.The poles are widened with a tooth angle or wave shape, by two wedge bushings 11 located opposite one another on the armature shaft 1 , which are provided with claw pole positions 13 for the claw poles for precise positioning and alignment, depending on the number of claw poles. 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 given dimension of the spacer bushing 12 . The spacer 12 takes over the magnetic flux under the claws poles 3rd At the same time, the meshing of the tooth angle or wave shape and maintaining the air gap delta of claw poles 3 and pole shoe housing 7 is achieved so that the claw pole anchor can rotate freely in the pole shoe housing. Embedded between the claw poles 3 is the excitation winding 2 , which in the widened state of the claw pole anchors lies closely against the spacer bush 12 and gives free space to the poles in the claw pole armature.

Fig. 6 und 7 zeigen einen Kurzschlußläufer 300 mit aufweitbarem Anker. Der Stator weist eine Zahn-Recht eck- oder Wellenform auf, die auch mehrere Stufen haben kann. Der Anker wird mit der oberen Hälfte im aufgeweiteten Zustand gezeigt, die untere Hälfte ist nicht aufgeweitet. Das gesamte Ankerpaket besteht aus der Ankerwelle mit den Magnetblechen, die nor malerweise 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 gerichteten Teil größer sind als das Magnetblech 14, entsprechend der erforderlichen Aufweitung. FIGS. 6 and 7 show a squirrel cage rotor 300 with aufweitbarem anchor. The stator has a tooth-right corner or wave shape, which can also have several stages. The anchor is shown with the upper half expanded, the lower half is not expanded. The entire anchor package consists of the armature shaft with the magnetic sheets, which would normally not be expandable. The inventive idea is based on the special feature that the magnetic plates 15 are divided into 3 or more parts and are larger than the magnetic plate 14 with their part directed towards the armature shaft 1 , in accordance with the required expansion.

Die Magnetbleche 14, 15 haben einen Führungsschlitz 17, in den eine Führungslehre zur Montage einge führt wird. Es kann auch eine Führungsnut sein, beide sind im rechten Winkel zur Ankerwelle 1 ange ordnet. Diese Führungsschlitze 17 mit den Füh rungslehren verhindern beim Aufweiten ein radiales Kippen der Magnetbleche 15. 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 Aufweiten bereits mit der Ankerwelle 1 erfolgt. Die noch bedingt losen Magnetbleche 14, 15 werden mit Nieten oder Schrauben, den Polbefestigungen 18, zu einem festen Ankerpaket 3 verbunden, die Führungslehren werden entfernt.The magnetic sheets 14 , 15 have a guide slot 17 , in which a guide gauge is inserted for assembly. It can also be a guide groove, both are arranged at right angles to the armature shaft 1 . These guide slots 17 approximately teach the Füh prevent a radial tilt of the magnetic sheets 15 during expansion. The magnetic plates 15 are expanded in one or two stages by a spring sleeve 16 , which can be removed again after the expansion, but does not have to if the expansion is already carried out with the armature shaft 1 . The still partially loose magnetic sheets 14 , 15 are connected with rivets or screws, the pole fastenings 18 , to form a fixed anchor package 3 , the guide gauges are removed.

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

1 Ankerwelle
2 Ankerwicklung - Erregerwicklung
3 Ankerpaket - Klauenpole - Rotor
4 Rechteckluftspalt delta
5 Zahn - Wellen - Luftspalt delta
6 Feld-Statorwicklung
7 Polschuhgehäuse
8 Gehäusescharnier
9 Gehäuseverschluß
10 Gehäusetrennung
11 Keilbuchse
12 Distanzbuchse
13 Klauenpolpositionierung
14 Magnetblech
15 Magnetblech
16 Federhülse
17 Führungsnut - Führungsschlitz
18 Paketbefestigungen 1 armature shaft
2 armature winding - excitation winding
3 anchor package - claw poles - rotor
4 rectangular air gap delta
5 tooth - wave - air gap delta
6 field stator winding
7 pole shoe housing
8 housing hinge
9 housing lock
10 housing separation
11 wedge bushing
12 spacer
13 Claw pole positioning
14 magnetic sheet
15 magnetic sheet
16 spring sleeve
17 Guide groove - guide slot
18 package fastenings

Claims

1.Electrical machine ( 200 ), such as a static or rotating electro-magnet, electric motor or electric generator with radially interlocking, tooth-rectangular or wave-shaped surfaces of pole pieces and anchors while maintaining an air gap (delta), thereby characterized in that in the case of an electric machine ( 200 ) designed as a claw-pole three-phase alternator with a one-piece pole shoe housing ( 7 ), claw poles ( 3 ) are designed as individual poles, each with a foot that points to the armature shaft ( 1 ) and to the armature shaft ( 1 ) as well as the spacer bush ( 12 ) and the outer diameter is worked dimensionally, the poles, which have a tooth-angle or wave shape, through two on the armature shaft ( 1 ) opposite wedge bushings ( 11 ), for precise positioning and Alignment in accordance with the number of claw poles is provided with claw pole positions ( 13 ) for the claw poles ( 3 ), can be expanded and the wedge bushings ( 11 ) are located on the right and left of the claw poles ( 3 ) on the armature shaft ( 1 ) and can be pressed in between the armature shaft ( 1 ) and the claw pole ( 3 ) up to the intended distance of the spacer sleeve ( 12 ), so that the corresponding surfaces of the pole shoe housing ( 7 ) and Claw poles ( 3 ) interlock and that the excitation winding ( 2 ) in the expanded state of the claw pole armature fits closely to the spacer bush ( 12 ) and there is a free space to the poles in the claw pole armature.

2. Electrical machine ( 300 ), such as a static or rotating electro-magnet, electric motor or electric generator with radially interlocking, tooth-rectangular or wave-shaped surfaces of pole pieces and anchors while maintaining an air gap (delta), thereby characterized in that in the case of an electrical machine ( 300 ) designed as a short-circuit rotor, the stator and the armature have a corresponding tooth-rectangular or wave shape, which can also have several stages, the armature package ( 3 ) comprising an armature shaft ( 1 ) and magnetic sheets ( 14 , 15 ), which are divided into three or more parts and have different sizes and have the guide slots ( 17 ), into which a guide gauge can be inserted and that the magnetic sheets can be connected by rivets or screws in the expanded state.