DE60030402T2

DE60030402T2 - Rotorscheibe für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE60030402T2
Application number: DE60030402T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Alan Cramlington Wilkin
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: EP1122859B1; EP1122859A3; GB0001121D0; US6741010B2; US20010008356A1; EP1122859A2; DE60030402D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotorscheibe zur Benutzung bei einer elektrischen Maschine, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Konstruktion eines aktiven Reifens auf der Rotorscheibe.
Elektrische Maschinen, die gemäß den Querflussprinzipien arbeiten, weisen eine Ankerwicklung in Form einer Ringspule auf, die koaxial zum Rotor angeordnet ist. Der Rotor weist einen oder mehrere aktive Reifen auf, die aus mehreren Magneten und lamellierten Polen bestehen, die an der Rotorscheibe befestigt sind. Die Ankerwicklung verkettet den Fluss, der durch die Permanentmagnete am Reifen der Rotorscheibe erzeugt wird, über eine Reihe von Statorkernen.
Die Rotorscheibe kann mehrere Rotorreifen tragen, die im typischen Fall paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe angeordnet sind. Jeder Rotorreifen verläuft in Umfangsrichtung und besteht aus einer einzigen Reihe von Magneten und Polstücken.
Das europäische Patent EP-B-0779695 (Rolls-Royce Power Engineering plc) beschreibt eine Anordnung, bei der die Schichten in jedem Polstück über einen oder mehrere Bolzen geklemmt werden. Die Bolzen stehen durch den Schichtenstapel und die Rotorscheibe hindurch. Es ist notwendig, die Rotorpole, die aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise einer Silizium-Eisen-Legierung, bestehen, elektrisch von den Bolzen zu isolieren, die durch die Rotorpole hindurchstehen, um Leistungsverluste infolge von Wirbelströmen zu minimieren.
Die üblichen Verfahren zur Erreichung der erforderlichen Isolierung umfassen die Erzeugung eines Isolierüberzuges auf der Oberfläche des Bolzens, oder es wird der Bolzen mit einem Isolierrohr überzogen. Die Anordnung eines Überzuges auf dem Bolzen ist kostspielig, wobei der Überzug beim Zusammenbau überdies noch beschädigt werden kann, und es ist ein zusätzlicher Zwischenraum erforderlich, der nachteilig die Genauigkeit des Zusammenbaus beeinträchtigt.
Die US-A-3693035 beschreibt eine Anordnung zum Befestigen eines lamellierten Feldkerns an einem Gehäuse, wobei Fixierungsbolzen 14 benutzt werden, die eine Isolierhülse 24 tragen, die aus einem Band aus Mylar bestehen kann. Zwei Isolier-Unterlegscheiben 22, 23, die jedem Bolzen zugeordnet sind, halten einen Zwischenraum zwischen dem Feld und dem Bolzen aufrecht, um präzise das Feld zu lokalisieren und eine Beschädigung der Integrität der Isolierhülse während des Aufbaus zu verhindern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein isoliertes Polstück zu schaffen, das günstig herzustellen ist, eine geeignete Isolierintegrität besitzt und genauer das Polstück relativ zu der Scheibe positioniert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Rotorscheibe vorgesehen, wie sie im Anspruch 1 oder im Anspruch 11 gekennzeichnet ist.
Vorzugsweise sind die Schichten konzentrisch auf dem Bolzen mit einem radialen Abstand gehaltert, um den Isolierzwischenraum zu gewährleisten. Dies vereinfacht den Aufbau des Rotorreifens, da keine dichte Anpassung zwischen den lamellierten Polstücken und dem Bolzen erforderlich ist.
Die Schichten können miteinander verbunden werden, um einen Stapel zu erzeugen. Der Stapel aus verbundenen Schichten wird konzentrisch auf dem Bolzen mit radialem Abstand zu diesem montiert. Die Verbindung der Schichten zu einem Stapel ergibt ein diskretes Bauteil, das einfacher zu montieren ist.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Stapel aus verbundenen Schichten konzentrisch auf dem Bolzen mit radialem Abstand montiert, indem isolierende Ringkörper an beiden Enden des Stapels vorgesehen werden. Die isolierenden Ringkörper können an beiden Enden abgesetzt sein, um den Isolierzwischenraum über den größten Teil der Stapellänge zu minimieren und um den Zusammenbau mit einem geringen radialen Spiel zu erleichtern.
Vorzugsweise sind die isolierenden Ringkörper elastisch ausgebildet und aus einem elastomeren Material hergestellt, das eine Zusammenpressung in die Absetzungen ermöglicht und eine genaue Positionierung des Polstückes relativ zur Rotorscheibe gewährleistet.
Die lamellierten Polstücke können zusammengepresst werden. Vorzugsweise sind elastische Mittel, wie Muttern und Tellerfedern, auf dem Bolzen angeordnet, um die lamellierten Polstücke zusammenzupressen. Die Muttern und Tellerfedern halten die richtige Kompressivkraft auf die lamellierten Polstücke im Betrieb aufrecht.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 zeigt eine Schnittansicht eines Transversalfluss-Motors mit einem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Rotor;
2 zeigt in größerem Maßstab einen Teil eines in 1 dargestellten Rotorreifens mit lamellierten Polstücken;
3 zeigt in größerem Maßstab einen Schnitt eines der in 2 dargestellten lamellierten Polstücke, die nach den Lehren der vorliegenden Erfindung montiert sind.
Gemäß 1 weist einen allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Transversalfluss-Motor, einen Rotoraufbau und einen Statoraufbau auf.
Der Rotoraufbau besteht aus vier Rotorscheiben 14, die mit Bolzen an Flanschen 13 einer Hohlwelle 12 festgelegt sind. Jede Rotorscheibe 14 besitzt vier ringsum laufende Rotorreifen 16, die die aktiven Rotorkomponenten für vier Motorphasen tragen.
Jeder Reifen 16 besteht aus einer einzigen Reihe von Polstücken 18, die mit Permanentmagneten 20 abwechseln, wie dies aus 2 ersichtlich ist. Geeignete Magnetmaterialien sind die energiereichen Magnete aus Materialien seltener Erden, beispielsweise aus Samariumkobalt und Neodym-Eisen-Bor.
Die Polstücke 18 sind lamelliert und vorher zu einem Stapel miteinander verbunden. Die vorherige Verbindung der Schichten zu einem Stapel ergibt ein zusammenhängendes Einzelbauteil, das leichter auf dem Rotor 14 zu montieren ist. Durch ein Bolzenloch 21 ist ein Bolzen 22 geführt, um den aus den Schichten bestehenden Stapel auf der Rotorscheibe 14 gemäß 3 festzulegen.
Auf das lamellierte Polstück 18 wird über zwei Ringkörper 24 und 26 aus mit Glasfaser verstärktem Plastikmaterial eine Kompressivkraft ausgeübt. Der äußere Ringkörper 26 wird unter Benutzung von Muttern 28 und einer Anzahl von Tellerfedern 30 vorgespannt.
Die Tellerfedern 30 sind elastisch, so dass die richtige Kompressivkraft auf das Polstück 18 aufrecht erhalten wird, unabhängig von einer Lockerung im Lamellenstapel und unabhängig von einer unterschiedlichen Ausdehnung der Rotorkomponenten. Dadurch, dass eine Kompressivkraft auf den lamellierten Stapel aufrecht erhalten bleibt, wird auch die erforderliche strukturelle Steifheit aufrecht erhalten und es werden Auslenkungen der Polstücke 18 im Betrieb minimiert.
Die Polstücke 18 sind konzentrisch auf dem Bolzen 22 mit radialem Abstand derart montiert, dass ein Zwischenraum 23 zwischen dem Bolzen 22 und den Polstücken 18 erzeugt wird. Der Zwischenraum 23 bewirkt eine Isolierung des Bolzens 22 gegenüber den Polstücken 18, die aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise einer Silizium-Eisen-Legierung bestehen.
Die Polstücke 18 werden radial beabstandet auf dem Bolzen 22 montiert, wobei isolierende Ringkörper 27 an beiden Enden angeordnet werden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Ringkörper 27 O-Ringe, die aus einem elastischen Material, beispielsweise einem Elastomer, bestehen. Die O-Ringe 27 sind selbstzentrierend und gewährleisten, dass die Schichten konzentrisch verbleiben.
Die O-Ringe 27 sind abgesetzt in Ausnehmungen an den Enden der Polstücke 18 eingesetzt, um einen kleinen Zwischenraum 23 zwischen dem Bolzen 22 und den Polstücken 18 aufrecht zu erhalten. Es ist nur ein kleiner Zwischenraum 23 erforderlich, weil die elektrischen Isolationserfordernisse relativ gering sind. Der Zwischenraum 23 muss eine Isolation gegenüber einer Spannung in der Größenordnung von 1 Volt gewährleisten, um die Leistungsverluste infolge von Wirbelströmen zu begrenzen. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung genügt ein Zwischenraum 23 in der Größenordnung von 0,25 mm, um gegenüber einer Spannung von 1 Volt zu isolieren, wobei ein geeigneter Zwischenraum verbleibt, um die auftretenden Stöße und Vibrationen des Transversalfluss-Motors aufnehmen zu können.
Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt den Vorteil eines einfacheren Zusammenbaus und liefert eine gute und betriebssichere Konzentrizität, wobei die Notwendigkeit enger Toleranzen eliminiert wird.

Claims

Rotorscheibe (14) zur Verwendung in einer elektrischen Maschine (10) mit wenigstens einem auf der Rotorscheibe umfangsmäßig verlaufenden Rotorreifen (16), der wenigstens eine Reihe von Magneten (20) aufweist, die mit lamellierten Polstücken (18) abwechseln, wobei die Schichten in jedem Polstück (18) von wenigstens einem Bolzen (22) getragen werden, der durch die Rotorscheibe (14) hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenraum (23) als einzige elektrische Isolation zwischen den Schichten und dem hindurchlaufenden Bolzen (22) vorgesehen ist.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (23) dadurch hergestellt wird, dass die Schichten konzentrisch auf dem Bolzen (22) mit einem radialen Abstand montiert werden.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten miteinander verbunden sind, um einen Stapel zu bilden.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus verbundenen Schichten konzentrisch auf dem Bolzen (22) mit radialem Abstand dadurch festgelegt wird, dass Ringkörper (27) isolierend an beiden Enden des Stapels vorgesehen werden.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Ringkörper (27) abgesetzt in die beiden Enden des Stapels eingefügt sind.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Ringkörper (27) elastisch ausgebildet sind.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkörper (27) aus einem elastomeren Material bestehen.
Rotorscheibe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (30) auf dem Bolzen (22) vorgesehen sind, um die lamellierten Polstücke (18) zusammenzupressen.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Zusammenpressen der lamellierten Polstücke (18) derart elastisch sind, dass die richtige Kompressivkraft auf den Polstücken (18) im Betrieb aufrecht erhalten bleibt.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Zusammenpressen der lamellierten Polstücke aus Muttern (28) und Tellerfedern (30) bestehen.
Rotorscheibe (14) zur Verwendung in einer elektrischen Maschine (10) mit wenigstens einem auf der Rotorscheibe umfangsmäßig verlaufenden Rotorreifen (16), der wenigstens eine Reihe von Magneten (20) aufweist, die mit lamellierten Polstücken (18) abwechseln, wobei die Schichten in jedem Polstück (18) von wenigstens einem Bolzen (22) getragen werden, der durch die Rotorscheibe (14) hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten miteinander verbunden sind, um einen Stapel zu bilden, wobei der aus den verbundenen Schichten bestehende Stapel konzentrisch auf dem Bolzen (22) mit radialem Abstand durch isolierende elastische O-Ringe (27) montiert ist, die in beiden Enden des Stapels vertieft eingesetzt sind, wodurch ein Zwischenraum (23) erzeugt wird, der elektrisch die Schichten gegenüber dem hindurchlaufenden Bolzen (22) isoliert.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die O-Ringe (27) aus einem elastomeren Material bestehen.
Rotorscheibe (14) nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (30) auf dem Bolzen (22) vorgesehen sind, um die lamellierten Polstücke (18) zusammenzupressen.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Zusammenpressen der lamellierten Polstücke (18) derart elastisch sind, dass die richtige Kompressivkraft auf die lamellierten Polstücke (18) im Betrieb aufrecht erhalten bleibt.
Rotorscheibe (14) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Zusammenpressen der lamellierten Polstücke aus Muttern (28) und Tellerfedern (30) bestehen.