DE8905355U1

DE8905355U1 - Heteropolar excited synchronous machine

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Publication number: DE8905355U1
Application number: DE8905355U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1990-02-22
Anticipated expiration: 1999-04-28

Description

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Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Heteropolar erregte Synchronmaschine 5Heteropolar excited synchronous machine 5

Die Erfindung bezieht sich auf eine heteropolar erregte Synchronmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs Ij eine derartige Synschronmaschins ist z.B, durch day Buch "Elektrische Maschinen" von Bödefeld-Sequenz, 6. Auflage, Seite 402 bekannt.The invention relates to a heteropolar excited synchronous machine according to the preamble of claim Ij. Such a synchronous machine is known, for example, from the book "Electrical Machines" by Bödefeld-Sequenz, 6th edition, page 402.

Die bekannte statorerregte Synchronmaschine arbeitet nach dem Prinzip der Luftspaltfeldmodulation mittels eines am Außenumfang gezahnten, aus Blech lamellen geschichteten Rotors. Die Gleichstivaii-ErtegsTwicklung ist in yesoncierten halb geschlossenenThe well-known stator-excited synchronous machine works on the principle of air gap field modulation by means of a rotor with teeth on the outer circumference and made of sheet metal laminations. The DC output winding is in synchronized half-closed Nuter; untergebracht, zwischen denen die Nuten der üblichen Arbeitswacklung angeordnet sind. Bei Drehung des Rotors modulieren die Rotorzähne das durcii die; Arbeitswicklungen im Stator hindurcr/:retende statorseitige Erregerfeld und erzeugen die für die Funktion des kotors notwendige Wechselspannung in denThe rotor is housed in grooves between which the grooves of the usual working windings are arranged. When the rotor rotates, the rotor teeth modulate the stator-side excitation field passing through the working windings in the stator and generate the alternating voltage required for the functioning of the rotor in the

Arbeitswicklungen.Working windings.

GemsS Aufgabe vorliegender Erfindung soll bei zumindest gleichbleibender oder sogar verminderter Baugröße des Motors der Aufwand für die statorseitige Erregung reduziert werden; die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die Lehre des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.According to the object of the present invention, the effort for the stator-side excitation should be reduced while at least keeping the size of the motor the same or even reducing it; this object is achieved by the teaching of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Bei der erfindungsgemäOen Konstruktion mit der um das Statorjoch gewickelten Erregerwicklung und dem entsprechend im Stator joch gebündelten Luftspaltfluß kann im Vergleich zur vorgenannten bekannten Ausführung einer statorerregten Synchronmaschine der Erregerleistungsbedarf wegen der erfindungsgemäß erzielbaren wesentlich kürzeren Erregerwicklungs-Wihdungslängen bereits in vorteilhafter Weise gemindert werden; durch dieIn the design according to the invention with the excitation winding wound around the stator yoke and the air gap flux bundled accordingly in the stator yoke, the excitation power requirement can be reduced in an advantageous manner compared to the aforementioned known design of a stator-excited synchronous machine due to the significantly shorter excitation winding winding lengths that can be achieved according to the invention;

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Anordnung von tangential magnetisierenden Dauermagneten an den Trennstellen der Stator-Sektoren mit einer zur Magnetisierung der benachbarten Erregerwicklung jeweils entgegengesetzten Magnetisierung kann die radiale Bauhöhe des Statorjoches sowie die unerwünschte magnetische Streuung und damit der notwendige Erregerleistungsbedarf noch weiter gemindert werden, da die magnetische Spannung der Dauermagnete dem elektrisch erregten Streufeld entgegenwirkt und soger iu einer magnetischen Entlastung der Statorjochabschnitte im Bereich der Erregerwickjungen beiträgt.By arranging tangentially magnetizing permanent magnets at the separation points of the stator sectors with a magnetization that is opposite to the magnetization of the adjacent excitation winding, the radial height of the stator yoke as well as the undesirable magnetic scattering and thus the necessary excitation power requirement can be reduced even further, since the magnetic voltage of the permanent magnets counteracts the electrically excited stray field and even contributes to a magnetic relief of the stator yoke sections in the area of the excitation windings.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert.The invention and further advantageous embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a schematically illustrated embodiment in the drawing.

Die Zeichnung zeigt die axiale Draufsicht auf ein aus zwei Stator-Sektoren 1 bzw.2 zusammengesetztes bewickeltes Statorsystem einer 2p = 4-poligen Maschine, in dessen Rotorbohrung ein Rotor 7 mit luftspaltseitigen Rotorzähnen 71 angeordnetThe drawing shows the axial top view of a wound stator system of a 2p = 4-pole machine composed of two stator sectors 1 and 2, in whose rotor bore a rotor 7 with rotor teeth 71 on the air gap side is arranged ist. Pro Polpaar bzw. Stator-Sektor 1 bzw.2 sind tangential mittig in Nuten 11 bzw.21 die die Stator-Sektoren 1 bzw.2 umschlingenden Erregerwicklungen 3 bzw.4 eingebracht. An den Trennungsstellen zwischen dem ersten Stator-Sektor 1 und dem zweiten Stator-Sektor 2 sind jewfils Dauermagnete 5 bzw.6For each pole pair or stator sector 1 or 2, the excitation windings 3 or 4 that wrap around the stator sectors 1 or 2 are inserted tangentially in the middle of slots 11 or 21. Permanent magnets 5 or 6 are located at the separation points between the first stator sector 1 and the second stator sector 2. angeordnet, deren tangentiale Magnetisierungsrichtung der der Erregerwicklungen 3,4 entgegengesetzt ist.whose tangential magnetization direction is opposite to that of the excitation windings 3,4.

Eine gleichzeitig fertigungstechnisch vorteilhafte und kleinbauende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen SynchronmaschineA simultaneously manufacturing-technically advantageous and small-scale design of the synchronous machine according to the invention ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Segmente 1 bzw.2 im Bereich der umschlingenden Erregerwicklungen 3 bzw.4 unter Beibehaltung eines annähernd gleichen Querschnitts unter Bildung einer Statornut 11 bzw.21 für die Erregerwicklung 3 bzw.4 nach radial innen verlaufend ausgebildet sind.is characterized in that the stator segments 1 and 2 in the area of the surrounding excitation windings 3 and 4 are designed to run radially inwards while maintaining an approximately identical cross-section and forming a stator slot 11 and 21 for the excitation winding 3 and 4.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung 1st der Rotor 7 mit dem Schwungrad oder disr Kupplungsscheibe eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, integriert. In vorteilhafter Weise kann der freie Rotorraum radial innerhalb des Rotors 7 für Kupplungsbauteile verwendet werden. Insbesondere bei der Integrierung des Rotors mit Schwungrad und/oder Kupplungsscheibenteilun eines Verbrennungsmotors und somit der Verwendung der erfindungsgemäßen Synchronmaschine als Motor oder Generator kann e« zweckmäßig sein, daß sich die Stator-Sektoren nur über einnn Teil des Umfangs erstrecken, so daß die freibleibenden statorueitigen Zwischenräume für weitere konstruktive Befestigunguteile, z.B. Verbindungsbolzen zwischen der Verbrennungsmaschine und dem kupplungsseitigen angekoppelten Getriebe benutzbar sind.According to one embodiment of the invention, the rotor 7 is integrated with the flywheel or the clutch disc of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle. The free rotor space radially inside the rotor 7 can advantageously be used for clutch components. In particular, when integrating the rotor with the flywheel and/or clutch disc part of an internal combustion engine and thus using the synchronous machine according to the invention as a motor or generator, it can be expedient for the stator sectors to extend only over part of the circumference, so that the remaining free spaces on the stator side can be used for further structural fastening parts, e.g. connecting bolts between the internal combustion engine and the gearbox coupled on the clutch side.

Die in Umfangsrichtung gegeneinander wirkenden Magnetfeider von Dauermagneten und Erregerwicklungen sddieren sich im Luftspalt funktionell vorteilhaft und schaffen im gezeigten Beispiel ein kräftiges trotz des Einsatzes der Dauermagnete dennoch voll einstellbares LuftspaJt-Erregerfeldsystem. Bei abgeschaltetem Erregerstrom tritt nämlich das Dauermagnetfeld nicht in den Luftspalt der Maschine ein, sondern schließt sich entlang dem Umfang der Maschine. Wird ein luftspaltfeldfreier Zustand nicht gefordert, dann darf der von den Dauermagneten gelieferte FeIdbeitrag sogar größer sein als der der Erregerwicklungen.The magnetic fields of permanent magnets and excitation windings, which act against each other in the circumferential direction, combine in a functionally advantageous way in the air gap and, in the example shown, create a powerful air gap excitation field system that is fully adjustable despite the use of permanent magnets. When the excitation current is switched off, the permanent magnetic field does not enter the air gap of the machine, but closes along the circumference of the machine. If an air gap field-free state is not required, the field contribution provided by the permanent magnets can even be greater than that of the excitation windings.

In vorteilhafter Weise läßt sich die axiale Baulänge der Maschine bei einer Wicklungsstrangzahl m=2 oder 4 und einer Nutenzahl je Pol und Wicklungsstrang q=l für die Arbeitswicklung dadurch verringern, daß die Statorzähne 14 bzw.15 wechselweise nach links bzw. nach rechts gegenüber der radialen Symmetrielinie S im Sinne von sich wechselweise zum Nutgrund bzw. zur Nutöffnung erweiternder Querschnittsbreite der Statornuten 12 bzw.13 schräggestellt sind. Aus der Zeichnung istThe axial length of the machine can be advantageously reduced with a number of winding phases m=2 or 4 and a number of slots per pole and winding phase q=1 for the working winding by the stator teeth 14 and 15 being inclined alternately to the left and right with respect to the radial line of symmetry S in the sense of the cross-sectional width of the stator slots 12 and 13 expanding alternately towards the slot base and slot opening. From the drawing,

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ist erkennbar, daß z.B. der Wicklungsstrang 9 in den zumIt can be seen that, for example, the winding phase 9 in the Nutprund erweiterten Nuten 12 und der Wicklungsstrang 8 in den zur Nutbffnung erweiterten Nuten 13 derart untergebracht werden 'tonnen, daß sich eine gute radiale Verteilung der WickelköpfeSlot base and expanded slots 12 and the winding strand 8 in the slots 13 expanded to the slot opening are accommodated in such a way that a good radial distribution of the winding heads im Sinne gering axial ausladender Wickelkopfkreuzungen ergibt.in the sense of slightly axially projecting winding head crossings.

Die erfindungsgema'ße statorerregte Synchronmaschine läßt sich sowohl als Motor wie auch als Generator in der gleichen Antriebseinheit verwenden; im Falle eines Gleichstromnetzes, wie z.B. einem Kraftfahrzeug-Bordnetz werden die Arbeitswicklungen dabei über elektronische Kommutierungsschaltung an das Gleichstromnetz angeschlossen.The stator-excited synchronous machine according to the invention can be used both as a motor and as a generator in the same drive unit; in the case of a direct current network, such as a motor vehicle electrical system, the working windings are connected to the direct current network via an electronic commutation circuit.

Claims

Protection claims

1. Heteropolar excited synchronous machine with an excitation winding (3 or 4) arranged in the stator, with a working winding (winding strands θ or 9) and with a windingless, laminated rotor (7) with teeth on the air gap side, characterized by a stator divided into sectors (1 or 2), each of which is wrapped by at least one excitation winding (3 or 4) and has tangentially magnetizing permanent magnets (5 or 6) at its tangential separation points, the magnetic fields (3 or 4) of which are directed opposite to those of the adjacent excitation windings.

2. Heteropolar excited synchronous machine according to claim 1, characterized in that the sectors (1 or 2) with the permanent magnets (5 or 6) arranged between them extend only over a part of the stator circumference.

3. Heteropolar excited synchronous machine according to claim 1 and/or 2, characterized in that the rotor (7) is a component of a flywheel and/or a clutch disc of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle.

4. Heteropolar excited synchronous machine according to at least one of claims 1 to 3, characterized by a connection of the working windings (8 or 9) of the stator to a converter circuit for a DC motor and/or DC generator.

5» Heteropolar excited synchronous machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sectors (1 or 2) in the area of the encircling excitation windings (3 or 4) while maintaining

Bk 2 Th / 28.06.1989

of approximately the same cross-section, forming a stator slot (11 or 21) for the excitation winding (3 or 4) extending radially inwards.

6. Heteropolar excited synchronous machine with a working winding (winding phases 8 or 9) with a number of winding phases m=2 or m=4 and an optional number of slots per pole and winding phase q=1 according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the stator teeth (14 or 15) are alternately inclined to the left or right with respect to the medial line of symmetry (S) in the sense of a cross section of the stator slots (12 or 13) which alternately widens towards the slot base or the slot opening.