DE4439181A1 - Mehrphasige, dauermagneterregte elektrische Maschine synchroner Bauart mit erhöhter Sicherheit gegen bleibende Abmagnetisierung - Google Patents

Description

Mit der Entwicklung und Markteinführung moderner Hochleistungsdauermagnete auf Selten-Erd-Basis hat die dauermagneterregte elektrische Maschine stark an Bedeutung gewonnen. Der Fortfall der stromdurchflossenen Läuferwicklung führt zu einer erheblichen Energieeinsparung aber auch zur Vereinfachung der Verlustwärmeabfuhr, da elektrische Verlustleistung praktisch nur mehr im Ständer auftritt.

In der Zwischenzeit wird die dauermagneterregte Maschine sowohl in der Antriebstechnik als auch zur Erzeugung elektrischer Energie z. B. auf dieselelektrischen Fahrzeugen eingesetzt.

Derartige Maschinen werden i. A. mit ihren Klemmen direkt mit dem vor- bzw. nachgeschalteten Halbleiterumrichter verbunden. Damit ist die Gefahr verbunden, daß bei einem Klemmenkurzschluß - z. B. infolge Kurzschluß des Gleichstromzwischenkreises oder Durchlegieren einzelner Halbleiterelemente des Umrichters - im magnetischen Kreis der Maschine Amperwindungen auftreten, die zu einer bleibenden Abmagnetisierung der Dauermagnete führen.

Nach dem heutigen Stand der Technik ist der magnetische Kreis so bemessen, daß zwar bei betriebsmäßigen Ständerströmen ein Entmagnetisieren mit großer Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Wollte man dies auf den oben beschriebenen Störfall ausdehnen, müßte die Maschine bezüglich des (sehr teuren) Magnetmaterials um ein Vielfaches überdimensioniert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine ausreichende Sicherheit gegen Abmagnetisieren durch eine entsprechende Gestaltung und Aufbau des Maschinenläufers ohne die beschriebene Überdimensionierung zu erreichen. Dabei ist zu beachten, daß der Verlauf der Ständerströme i. A. aus einem zeitlich veränderlichen sowie einem eingeschwungenen Abschnitt besteht.

In der EPS 0 363 405 B1 ist z. B. eine Läuferanordnung beschrieben, die zur Lösung der gestellten Aufgabe beitragen kann: Durch Anordnung mindestens eines zusätzlichen Läuferabschnittes aus Weicheisenmaterial jedoch ohne Dauermagneten und mit verkleinertem Luftspalt - entsprechend Fig. 3 in EPS 0 363 405 B1 - wird die Luftspaltinduktivität in der magnetischen Längsachse stark erhöht und damit der Dauerkurzschlußstrom auf einen Wert reduziert, der nur wenig über dem Betriebsstrom liegen kann.

Für diese Aufgabe ist nicht nur die in der vorgenannten EPS beschriebene Ausführung des Weicheisenteiles entsprechend Fig. 3 geeignet, sondern als eine Alternative auch ein in bekannter Weise axial geblechtes Blechpaket mit entsprechend ausgestanzten Pollücken.

Diese Maßnahme zur Reduzierung des Dauerkurzschlußstromes ist zur Lösung der gestellten Aufgabe zwar notwendig aber nicht ausreichend: Bis zum Zeitpunkt des eingeschwungenen Zustandes könnte die Maschine durch transiente Kurzschlußströme vom Vielfachen des Dauerkurzschlußstromes bereits abmagnetisiert sein.

Erfindungsgemäß wird deshalb als zweite Maßnahme im Bereich der Dauermagnete und in einer Ebene quer zur Flußrichtung eine Ausgleichswindung bzw. Ausgleichswicklung aus elektrisch gut leitendem Material angeordnet, welche plötzliche Änderungen des Flusses verhindern und damit die entmagnetisierende Wirkung des transienten und subtransienten Kurzschlußstromes verhindern, zumindest aber stark reduzieren sollen.

Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Anordnung zeigen Fig. 1 und Fig. 2 in prinzipieller Darstellung.

Fig. 1 stellt dabei ausschnittweise den Querschnitt des Läufers in abgewickelter Form dar, während Fig. 2 die dazugehörige Sicht auf die Läuferoberfläche zeigt.

Dem, im einzelnen nicht dargestellten Ständer mit über Stromrichter gespeister bzw. auf Stromrichter belasteter Mehrphasenwicklung (1) liegt - getrennt durch den Luftspalt (2) - der Läufer gegenüber, bestehend aus einem Weicheisenjoch (3) sowie den Dauermagneten (4).

Die Dauermagneten - in Fig. 1 gekreuzt schraffiert - jedes Poles sind von einer in sich elektrisch geschlossenen Ausgleichswindung (5) aus elektrisch gut leitendem Material umgeben, welche in Fig. 1 einfach schraffiert dargestellt ist; diese Ausgleichswindung soll im folgenden als Polkragen bezeichnet werden und kann auf sehr einfache und kostengünstige Weise aus einem oder mehreren Blechen aus Aluminium oder Kupfer und von der aus Fig. 2 ersichtlichen Kontur bestehen.

Alle Polkrägen eines Läufers können jedoch auch miteinander elektrisch und/oder mechanisch verbunden sein und im Extremfall ein Teil (Hohlzylinder) aus magnetisch nicht leitendem und elektrisch gut leitendem Material mit entsprechenden Ausnehmungen für die Magnete bilden.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, zwischen Magneten und darunterliegendem Läuferjoch eine durchgehende dünne Schicht aus elektrisch gut leitendem Material vorzusehen.

Natürlich könnte als vierte Möglichkeit in der Außenkontur des Läuferjoches in bekannter Weise ein Dämpferkäfig in entsprechenden Nuten und mit Kurzschlußringen angeordnet werden.

Die drei letztgenannten Möglichkeiten sind wegen der Einfachheit bzw. des Bekanntheitsgrades für den Fachmann nicht bildlich dargestellt.

Bei gleichzeitiger Anwendung beider Maßnahmen kann der Aufwand für das Magnetmaterial und/oder das Maschinenvolumen insgesamt erheblich verringert werden.

Claims (4)

1. Mehrphasige, dauermagneterregte elektrische Maschine synchroner Bauart mit erhöhter Sicherheit gegen bleibende Abmagnetisierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer in mindestens zwei unterschiedlich aufgebaute, axial hintereinander liegende Abschnitte unterteilt ist, von denen nur der erste Abschnitt mit Dauermagneten versehen ist, während der zweite Abschnitt lediglich Flußführungselemente aus Weicheisen für den von der Ständerwicklung vorzugsweise in der magnetischen Längsachse erzeugten Magnetfluß aufweist und daß im ersten Abschnitt Dämpfungseinrichtungen angeordnet sind, welche plötzliche Flußänderungen im Bereich der Dauermagnete verhindern bzw. stark reduzieren.

2. Mehrphasige, dauermagneterregte Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung aus einem oder mehreren um die Magnete (4) gelegten und aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellten ringförmigen Blechen (5) besteht.

3. Mehrphasige, dauermagneterregte Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Bleche (5) eines Läufers miteinander elektrisch und mechanisch so verbunden sind, daß sie einen Hohlzylinder mit entsprechenden Ausnehmungen für die Magnete bilden.

4. Mehrphasige, dauermagneterregte Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung aus einem Hohlzylinder aus Material hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, der zwischen Außenkontur des Läuferweicheisens und den Dauermagneten angebracht ist und welcher in Umfangsrichtung unterbrochen sein kann.