EP1008224A1 - Elektrische maschine, deren rotor aus dauermagneten und magnetfluss-leitstücken aufgebaut ist - Google Patents

Elektrische maschine, deren rotor aus dauermagneten und magnetfluss-leitstücken aufgebaut ist

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Publication number
EP1008224A1
EP1008224A1 EP98946432A EP98946432A EP1008224A1 EP 1008224 A1 EP1008224 A1 EP 1008224A1 EP 98946432 A EP98946432 A EP 98946432A EP 98946432 A EP98946432 A EP 98946432A EP 1008224 A1 EP1008224 A1 EP 1008224A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
permanent magnets
guide piece
electrical machine
rotor
machine according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98946432A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Ehrhart
Gerhard Reiner
Ludwig Lindner
Christian Lucas
Fritz Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
L3 Magnet Motor GmbH
Original Assignee
Magnet Motor Gesellschaft fuer Magnetmotorische Technik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magnet Motor Gesellschaft fuer Magnetmotorische Technik GmbH filed Critical Magnet Motor Gesellschaft fuer Magnetmotorische Technik GmbH
Publication of EP1008224A1 publication Critical patent/EP1008224A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine according to the preamble of claims 1, 2, 9 and 10, thus an electrical machine with a stator and a rotor, which are separated by an air gap, wherein
  • the electric machine can in particular be an electric motor or a current generator.
  • the invention relates in particular to electrical machines in which the air gap has a substantially cylindrical configuration.
  • the invention has for its object to make available electrical machines of the type mentioned, in which the guide piece arrangements are held on the rotor in a structurally simple manner, but extremely reliably.
  • the machine is characterized in that
  • the widening is in a region that is not optimal from the point of view of mechanical strength, which is narrower in the circumferential direction than further towards the head end.
  • the widening is in an area where there is the relatively least impairment of the configuration favorable for the magnetic flux management.
  • the at least one shoulder does not necessarily have to extend essentially in the tangential direction of the rotor (although this is a particularly favorable embodiment), but e.g. can also run obliquely to the tangential direction, but parallel to the rotor axis.
  • the machine is characterized in that (d) that the guide pieces each have at least one shoulder with which they are supported on a holding part against displacement in the direction of the air gap, the holding part being formed by the rotor or being fastened to the rotor.
  • the at least one shoulder is therefore no longer necessarily provided at the foot end of the guide piece in question, but can be provided at any point along the radial extent of the guide piece.
  • the respective guide piece arrangement has only one guide piece between two adjacent permanent magnets.
  • the guide piece arrangements each consist of two guide pieces, one-sided or both-sided with a shoulder. Guide piece arrangements with more than two guide pieces are also possible.
  • two guide pieces from adjacent guide piece arrangements can be connected to one another via the permanent magnet located between them. This creates a U-shaped one
  • a pocket between the two guide pieces of the relevant guide piece arrangement in which a holding rod part is arranged.
  • an area of the guide pieces is therefore used to fix them on the rotor, which is not adjacent to the permanent magnets.
  • the machine is characterized in that
  • the guide piece arrangements each consist of a guide piece which is held on the rotor with an axially extending bolt.
  • Guide piece arrangements particularly simple because no outer shoulders, pockets or the like have to be produced, but the bolt e.g. can be guided through a drilled or punched hole in the guide piece assembly. Providing the bolt in the foot end region of the guide piece is normally preferred because it is there
  • Magnetic flux guidance is least affected.
  • the machine is characterized in (d) that the rotor has a plurality of thin discs spaced in the direction of the rotor axis and that the guide piece arrangements and / or the permanent magnets are divided into partial axial lengths which are attached to the discs are.
  • the fourth solution realizes the concept of dividing the forces occurring on the guide piece arrangements and / or the permanent magnets (in particular the magnetic attractive forces in the radial direction and the centrifugal forces) over partial lengths of the guide piece arrangements and / or the permanent magnets and, as it were, removing them in portions.
  • the blanks are preferably in the rest of the rotor structure, for. B. also the bandage to be described below are defined and remove the holding forces for holding the partial lengths of the guide piece arrangements and / or the permanent magnets.
  • non-ferromagnetic material for the blanks. It is particularly preferred if the material is additionally electrically non-conductive.
  • the four solutions disclosed can be combined in pairs, in groups of three or in groups of four. So it is z. B. possible, the fourth solution (attachment of partial axial lengths to discs, which in turn are part of the rotor or are attached to this) with the first solution (shoulder support of the guide pieces on adjacent
  • Permanent magnets to combine to provide a second safety line, so to speak.
  • the blanks preferably have essentially the same radial dimensions as the guide piece arrangements and the permanent magnets or preferably have a radial projection on the side facing away from the air gap.
  • the former case too, one can proceed in terms of production technology in such a way that when the rotor is assembled, a radial protrusion of the discs is radially inward and / or radial is present outside, which then z. B. is removed by over-tightening.
  • the alternative maintenance of a radial projection of the discs on the side facing away from the air gap has the advantage that the mechanical stability of the rotor is increased, that longer rotors can be built in the axial direction and that higher speeds of the rotor can be permitted.
  • the partial lengths of the guide piece arrangements and / or the permanent magnets preferably have depressions or elevations which, for a positive connection, into corresponding elevations and
  • the "package" consisting of discs and guide piece arrangements and permanent magnets can be held together with a low clamping force, because one is not (solely) dependent on the cohesion due to the frictional forces generated by clamping.
  • the bandage to be described below is not absolutely necessary (but can be present if desired).
  • the additional thickness required for the bandage can thereby be avoided and the machine can be made smaller in the housing diameter or larger in the bore diameter.
  • the construction without a bandage also creates the prerequisite for being able to build double-sided machines without any problems, ie for providing a stator radially inside the rotor and a further stator radially outside the rotor.
  • the guide piece arrangements are preferably each symmetrical to a radial plane containing the rotor axis. This often brings with it manufacturing advantages, but also advantages in the more perfect distribution of the magnetic flux in the relevant guide piece arrangement.
  • the guide piece arrangements in each case laminated, i.e. to be built from stacked individual sheets, each lying in a plane extending at right angles to the rotor axis.
  • Another cheap alternative is the production from plastic-bound iron particles.
  • the guide piece arrangements do not necessarily have to be laminated or do not have to be laminated as thinly as the winding cores of the stator, because they are not permanently magnetized.
  • the rotor is preferably an outer rotor, the permanent magnets and the guide piece arrangements being mounted on the inside of an annular bandage, preferably made of fiber-reinforced plastic material.
  • the outer bandage is perfect for absorbing the centrifugal forces acting on the permanent magnets and the guide piece arrangements. However, it can also be used to fasten the guide piece arrangements to the rotor, as some of the exemplary embodiments will make clear.
  • a metallic layer can be provided on the outside around the bandage to absorb residual magnetic fluxes, so that no eddy currents are induced in any outer metal housing of the machine.
  • the metallic layer made of ferromagnetic and electrically conductive material is provided, the alternating fluxes that emerge in the rotor area are efficiently shielded. It is particularly preferred to use laminated material in this case in order to use the material with the shielding effect, ie. H. the eddy currents
  • the position is most advantageously formed by round sheets of stamped sheet metal which are layered in the axial direction. Depending on the strength of the metallic layer, it may be sufficient to use the annular bandage only as an insulation layer between permanent magnets and guide piece arrangements on the one hand and more metallic
  • the metallic layer additionally has the function of a load-bearing bandage.
  • the rotor has, at least on one side, axially next to the permanent magnets and the guide piece arrangements, an area used for fastening the permanent magnets and / or the guide pieces and / or the holding parts and / or the bolts. From a construction point of view, it is sometimes cheaper not to go to a larger rotor diameter for fastening the components mentioned to the rotor must, but to use the above-mentioned, axially adjacent areas.
  • the machine according to the invention is preferably constructed according to the flow concentration principle.
  • Half the flow exit area of each guide piece arrangement at the air gap should be smaller than the projection area of one of the two neighboring ones Permanent magnets, the projection surface lying in a radial plane containing the rotor axis. Because of this condition, there is a greater magnetic flux concentration at the air gap than in the permanent magnets that generate magnetic flux.
  • Figure 1 shows a part of an outer rotor of the first embodiment of an electrical machine in cross section.
  • FIG. 2 shows a part of an outer rotor of a second embodiment of an electrical machine in cross section
  • FIG. 3 shows a part of an outer rotor of a third embodiment of an electrical machine in cross section
  • FIG. 4 shows a part of an outer rotor of a fourth embodiment of an electrical machine in cross section
  • FIG. 5 shows a part of an outer rotor of a fifth embodiment of an electrical machine in cross section
  • FIG. 6 shows a partial view of the outer rotor from FIG. 5 in a view from the radial outside
  • FIG. 7 shows a part of an outer rotor of a sixth embodiment of an electrical machine in cross section
  • FIG. 8 shows a mounting frame of the outer rotor from FIG. 7 in a perspective illustration
  • Fig. 10 shows a part of an outer rotor eighth embodiment of an electrical machine in cross section.
  • the drawn rotor 2 consists essentially of an outer bandage 4 made of fiber-reinforced plastic and on the inside of the bandage 4 - in the circumferential direction 6 alternately with each other - permanent magnets 8 and magnetic flux guide piece arrangements 10.
  • the guide pieces 10 would have a trapezoidal shape with the very narrow, shorter trapezoidal side radially outside in the section considered transverse to the axis of rotation of the machine .
  • the permanent magnets 8 When viewed in the same section, the permanent magnets 8 would also have a trapezoidal shape, but with the shorter trapezoidal side, which is not quite as narrow as in the guide pieces 10, radially on the inside.
  • the area of both the permanent magnets 8 and the guide pieces 10 close to the air gap 12 is referred to in the present patent as the “head area”, while the end area (or the area adjacent to the bandage 4) is referred to as the “foot area”.
  • each guide piece arrangement 10 consists of a guide piece.
  • the remarks below will be seen lead that the relevant guide piece arrangement 10 can also consist of two guide pieces or even more guide pieces.
  • each guide piece 10 is a widening in each guide piece 10 at the radially outer foot end in
  • each guide piece 10 in the section under consideration is symmetrical with respect to the radial center plane 18 which contains the rotor axis, a shoulder 20 is hereby formed on each circumferential side.
  • the respective shoulder surface 22 serving to support the adjacent permanent magnet 8 does not run tangentially in the embodiment shown, but at an angle of approximately 70 degrees to the tangential direction.
  • the permanent magnets 8 have a complementary shape, so that the permanent magnets 8 become narrower again in the circumferential direction in their foot region.
  • each guide piece 10 is positively supported with its shoulders 20 on two adjacent permanent magnets 8 and is thus prevented from shifting radially inwards, i.e. set towards the air gap 12.
  • the permanent magnets 8 cannot shift radially inwards, since they are wedged between two adjacent guide pieces 10, as it were.
  • the bandage 4 absorbs the centrifugal forces acting on the permanent magnets 8 and the guide pieces 10. If the magnetic forces acting on the guide pieces 10 in a radially inward direction exceed the centrifugal force acting on the guide piece 10 in question radially outwards, the guide pieces 10 are held on the respectively adjacent permanent magnets 8 by an arch-like support. An attachment of the guide pieces 10 in the bandage 4 against displacement radially inward is not necessary, although such could be additionally provided.
  • the permanent magnets 8 are magnetized in the circumferential direction 6. In the guide pieces 10, the magnetic flux bends in the radial direction. Half the magnetic flux exit surface 14 of each guide piece 10 is considerably less is wide (in the circumferential direction) than the radial extent of an adjacent permanent magnet 8, so that a magnetic flux concentration of approximately 3: 1 is given.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 first of all in that the shoulders 20 of the guide pieces 10 are not formed by obliquely extending shoulder surfaces, but by shoulder surfaces 22 extending in the tangential direction.
  • Another special feature is that the circumferential width the guide pieces 10 increases radially a little further inward. It doesn't have to be that way; the shoulder 20 in question could also start from the oblique trapezoidal surface, but would then have to go a little further in the circumferential direction than in the embodiment shown.
  • guide pieces 10 are not supported on complementarily designed, adjacent permanent magnets 8, but rather on two adjacent mounting parts 24, which in turn are fastened to the rotor structure.
  • An unmodified trapezoidal permanent magnet 8 is located radially on the inside of each holding part 24.
  • the mounting parts 24 are made, for example, of plastic and are fastened to the rotor structure in any manner familiar to the person skilled in the art. On the basis of the exemplary embodiment in FIG. 2, one can imagine the possibility that no outer bandage 4 at all is present, but on both sides of the rotor 2 axially in addition to the permanent magnets 8, the guide pieces 10 and the holding parts 24, a fastening area is provided, for example in the form of an annular disc, which occupies 1/4 of the radial height of the guide pieces 10.
  • the mounting parts 24 can be fastened in these ring disks, for example by a bolt 26.
  • Embodiment according to FIG. 1 essentially in that the guide pieces 2 have a widening 28 which is almost completely circular in the section under consideration at the foot end. In other words, one could say that the shoulders 20 thus formed are curved in a circular arc. The guide pieces 10 are supported on the shoulders 20
  • Bracket parts 24 made of plastic. An outer bandage 4 is shown.
  • each guide piece arrangement 10 is divided into two guide pieces 10a and 10b along a radial plane which contains the axis of rotation of the rotor 2.
  • a guide piece 10a is connected to a guide piece 10b of an adjacent guide piece arrangement 10 radially outside via the permanent magnet 8 located therebetween.
  • This “connecting bridge” 30 the two guide pieces 10a and 10b are supported on the permanent magnet 8 lying between them.
  • An intermediate piece 32 made of plastic is located between the connecting bridge 30 and the permanent magnet there.
  • Each connecting bridge 30 can be seen as a "grown together" Imagine the transition between the shoulders of the two guide pieces 10b, 10a from two adjacent guide piece arrangements 10.
  • each guide piece 10 is held by means of an axially extending bolt 34, which in turn is fixed to the rotor structure.
  • fastening areas of the rotor 2 which are provided axially on both sides next to the permanent magnets 8 and the guide pieces 10, analogously to that described in connection with FIG. 2.
  • Fig. 6 it is shown in Fig. 6 that the relevant guide piece 10 is laminated. It is expressly pointed out that it can alternatively be provided in all the exemplary embodiments to form the guide pieces 10 in laminated form.
  • Guide piece arrangements 10 which are each divided into two guide pieces 10a and 10b between two adjacent permanent magnets along a radial plane containing the axis of rotation of the rotor.
  • a pocket 36 is incorporated, which in the section considered has the shape of a high rectangle that is narrow in the circumferential direction.
  • a holding part 24, which has a complementary shape, runs through each pocket 36 high, narrow in the circumferential direction.
  • the mounting parts 24 are each connected in pairs by means of end plates 38 to a mounting frame 40, which is shown in FIG. 8.
  • the stop plates 38 have cantilevered projections 42 with which they are fastened to the rotor structure, for example by means of
  • each guide piece arrangement 10 (which — viewed in cross section through the rotor axis — is located between a permanent magnet arrangement 8 that is adjacent on the left in the circumferential direction and a permanent magnet arrangement 8 that adjoins in the circumferential direction on the right) is divided into a plurality of partial lengths 44 stacked in the axial direction.
  • a guide piece plate which has a trapezoidal shape in the axial view.
  • a circular blank 46 which, in an axial view, has an annular shape with an inner diameter and an outer diameter.
  • Each blank 46 is made of non-ferromagnetic material, preferably plastic.
  • the entire "package" of flux guide plates 44 and round plates 46 is fastened to the rotor 2 by means of a bolt 34 which is inserted through corresponding holes in the flow guide plates 44 and round plates 46.
  • the two components are glued together at each contact surface between a flux guide plate 44 and a circular blank 46. Besides, it is as Favorably preferred to exert a clamping force on the described "package" via the bolt 34.
  • Adjacent in the circumferential direction is either a permanent magnet 8 which is continuous in the axial direction; in this case the in
  • Circumferential round blanks 46 can be excluded there accordingly. Or one also realizes a corresponding axial subdivision in the case of the permanent magnets 8 as in the case of the guide piece arrangements 10. Then the drawing also looks quite analogous there as in FIG. 9. Another piece in
  • a circumferential direction is followed by a “package” of guide piece plates 44 and round plates 46.
  • each bond between a guide piece plate 44 (or permanent magnet plate) and two adjacent round blanks 46 only has to absorb those forces which result from the relevant guide piece plate 44.
  • the openings in the guide piece plates 44 and in the round plates 46 for the bolt 34 can be made larger than the bolt diameter, but it could also be of the same size.
  • circular blanks 46 there are also circular blanks 46, in principle as described in connection with FIG. 9.
  • the circular blanks 46 have a projection 48 radially on the outside relative to the guide piece plates 44 and the permanent magnets 8 or
  • the radial overhang 48 can be used to insert several axially extending bolts (not shown) distributed through openings 50 over the circumference and to clamp the package of discs 46 and guide piece plates and / or permanent magnet plates together by means of the bolts.
  • bolts may, but need not, be provided through the guide piece plates 44, analogously to the embodiment of FIG. 9.
  • FIGS. 9 and 10 it can be seen that no enveloping or force-absorbing structure, for. B. according to the type of bandage described, is required.

Landscapes

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Abstract

Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (2), die durch einen Luftspalt (12) getrennt sind, wobei (a) der Rotor (2) mit im wesentlichen in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagneten (8) und jeweils einer Magnetfluß-Leitstückanordnung (10) aus mindestens einem Magnetfluß-Leitstück (10a; 10b) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) aufgebaut ist; (b) die Dauermagnete (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich zunehmende Umfangsbreite haben, (c) und die Leitstückanordnungen (10) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnehmende Umfangsbreite haben, dadurch gekennzeichnet, (d) daß die Leitstücke (10a; 10b) jeweils am Fußende eine Verbreiterung in Umfangsrichtung mit mindestens einer Schulter (20) aufweisen, mit der sie sich an einem benachbarten Dauermagneten (8) gegen Verlagerung in Richtung zum Luftspalt (12) abstützen.

Description

ELEKTRISCHE MASCHINE, DEREN ROTOR AUS DAUERMAGNETEN UND MAGNETFLUSS-LEITSTUCKEN AUFGEBAUT IST
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2, 9 und 10, somit eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, die durch einen Luftspalt getrennt sind, wobei
(a) der Rotor mit im wesentlichen in Umfangsrichtung magnetisierten
Dauermagneten und jeweils einer Magnetfluß-Leitstückanordnung aus mindestens einem Magnetfluß-Leitstück zwischen zwei benachbarten Dauermagneten aufgebaut ist; (b) die Dauermagnete - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich zunehmende Umfangsbreite haben; (c) und die Leitstückanordnungen zwischen zwei benachbarten
Dauermagneten - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnehmende
Umfangsbreite haben.
Bei der elektrischen Maschine kann es sich insbesondere um einen Elektromotor oder einen Stromgenerator handeln. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektrische Maschinen, bei denen der Luftspalt eine im wesentlichen zylindrische Konfiguration hat.
Bei den elektrischen Maschinen der eingangs genannten Art wirkt auf die Magnetfluß-Leitstückanordnungen jeweils eine erhebliche Magnetkraft in Richtung zum Luftspalt hin. Wenn die Maschine mit einem Innenrotor ausgebildet ist, überlagert sich beim Betrieb der Maschine der magnetischen Anziehungskraft verstärkend die auf die Magnetfluß-Leitstückanordnung wirkende Fliehkraft. Wenn die Maschine mit Außenrotor ausgebildet ist, überlagert sich beim Betrieb der Maschine der magnetischen Anziehungskraft die jetzt in umgekehrter
Richtung auf die Magnetfluß-Leitstückanordnungen wirkende Fliehkraft. Die Gesamtgeometrie der Leitstückanordnungen mit von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnehmender Umfangsbreite erschwert die sichere Festlegung der Leitstückanordnungen im Rotor noch weiter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Maschinen der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei denen die Leitstückanordnungen auf konstruktiv einfache Weise, aber äußerst zuverlässig am Rotor gehalten sind.
Nach einer ersten erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist die Maschine dadurch gekennzeichnet,
(d) daß die Leitstücke jeweils am Fußende eine Verbreiterung in Umfangsrichtung mit mindestens einer Schulter aufweisen, mit der sie sich an einem benachbarten Dauermagneten gegen Verlagerung in
Richtung zum Luftspalt abstützen.
Durch das Vorsehen der Verbreiterung am Fußende des betreffenden Leitstücks befindet sich die Verbreiterung zwar in einem unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit nicht optimalen Bereich, der in Umfangsrichtung schmaler ist als weiter zum Kopfende hin. Andererseits befindet sich die Verbreiterung in einem Bereich, wo sich die relativ geringste Beeinträchtigung der für die Magnetfluß führung günstigen Konfiguration ergibt.
Es wird darauf hingewiesen, daß die mindestens eine Schulter sich nicht unbedingt im wesentlichen in Tangentialrichtung des Rotors erstrecken muß (obwohl dies eine besonders günstige Ausführungsform ist), sondern z.B. auch schräg zu der Tangentialrichtung, aber parallel zur Rotorachse, verlaufen kann.
Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung der genannten Aufgabe ist die Maschine dadurch gekennzeichnet, (d) daß die Leitstücke jeweils mindestens eine Schulter aufweisen, mit der sie sich an einem Halterungsteil gegen Verlagerung in Richtung zum Luftspalt abstützen, wobei das Halterungsteil durch den Rotor gebildet ist oder an dem Rotor befestigt ist.
Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist somit die mindestens eine Schulter nicht mehr unbedingt am Fußende des betreffenden Leitstücks vorgesehen, sondern kann an irgendeiner Stelle der radialen Erstreckung des Leitstücks vorgesehen sein.
Bei zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung weist die jeweilige Leitstückanordnung zwischen zwei benachbarten Dauermagneten nur ein Leitstück auf. Insbesondere in diesem Fall ist es in der Regel praktisch und günstig, das jeweilige Leitstück beidseitig mit Schulter auszustatten, wiewohl es alternativ durchaus möglich ist, mit nur einseitiger Schulter des Leitstücks zu arbeiten.
Nach einer anderen, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bestehen die Leitstückanordnungen jeweils aus zwei Leitstücken, einseitig oder beidseitig mit Schulter. Es sind auch Leitstückanordnungen mit mehr als zwei Leitstücken möglich.
Vorzugsweise kann man jeweils zwei Leitstücke aus benachbarten Leitstückanordnungen über den dazwischenliegenden Dauermagneten hinweg miteinander verbinden. So entsteht eine U-förmige
Leitstückkonfiguration, die den dazwischenliegenden Dauermagneten umfaßt und sich so an ihm hält.
Ferner ist bevorzugt, zwischen den zwei Leitstücken der betreffenden Leitstückanordnung eine Tasche auszubilden, in der ein Halterangsteil angeordnet ist. Bei dieser Ausbildung wird also ein Bereich der Leitstücke zu ihrer Festlegung am Rotor benutzt, der nicht den Dauermagneten benachbart ist. In Weiterbildung ist es günstig, zwei Halterungsteile von zwei benachbarten Leitstückanordnungen zu einem gemeinsamen Halterungsrahmen zu verbinden. Dies macht zwar die Konstruktion etwas aufwendiger, führt aber zu der Möglichkeit besonders stabiler Festlegung der Halterungsteile am Rotor.
Die vorstehend mehrfach verwendete Ausdrucksweise "mindestens eine
Schulter" deckt einerseits die Möglichkeiten, daß nur an einem Umfangsende eine Schulter vorhanden ist oder daß an beiden Umfangsenden eine Schulter vorhanden ist. Andererseits werden aber auch die Möglichkeiten gedeckt, daß an der entsprechenden Stelle zwei oder gar noch mehr Schultern radial hintereinander vorgesehen sind
(z.B. ein sogenannter Tannenbaumfuß) oder nur eine Schulter ohne radial beabstandete Nachbarschulter (was der häufigste Ausführungsfall ist).
Nach einer dritten erfindungsgemäßen Lösung der genannten Aufgabe ist die Maschine dadurch gekennzeichnet,
(d) daß die Leitstückanordnungen jeweils aus einem Leitstück bestehen, das mit einem axial verlaufenden Bolzen an dem Rotor gehalten ist.
Diese Ausbildung ist hinsichtlich der Herstellung der
Leitstückanordnungen besonders einfach, weil keine äußeren Schultern, Taschen oder dergleichen hergestellt werden müssen, sondern der Bolzen z.B. durch ein gebohrtes oder ein durch Stanzung erzeugtes Loch in der Leitstückanordnung geführt werden kann. Ein Vorsehen des Bolzens im Fußendbereich des Leitstücks ist normalerweise bevorzugt, weil dort die
Magnetflußführung am wenigsten beeinträchtigt wird.
Nach einer vierten erfindungsgemäßen Lösung der genannten Aufgabe ist die Maschine dadurch gekennzeichnet, (d) daß der Rotor mehrere in Richtung der Rotorachse beabstandete, dünne Ronden aufweist und daß die Leitstückanordnungen und/oder die Dauermagnete in axiale Teillängen aufgeteilt sind, die an den Ronden befestigt sind. Die vierte Lösung verwirklicht die Konzeption, die an den Leitstückanordnungen und/oder den Dauermagneten auftretenden Kräfte (insbesondere die magnetischen Anziehungskräfte in Radialrichtung und die Fliehkräfte) auf Teillängen der Leitstückanordnungen und/oder der Dauermagnete aufzuteilen und gleichsam portioniert abzutragen. Wie nachfolgend noch deutlicher werden wird, gibt es eine Reihe bevorzugter Möglichkeiten zur Schaffung der Verbindungen zwischen den Teillängen und den Ronden, insbesondere durch Verklebung und durch Zusammenspannen. Es versteht sich, daß die Ronden vorzugsweise in der restlichen Rotorstruktur, z. B. auch der weiter unten noch zu beschreibenden Bandage, festgelegt sind und dorthin die Haltekräfte zum Halten der Teillängen der Leitstückanordnungen und/oder der Dauermagnete abtragen.
Es ist bevorzugt, für die Ronden nicht- ferromagnetisches Mateiral zu verwenden. Es ist besonders bevorzugt, wenn das Material zusätzlich elektrisch nichtleitend ist.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die offenbarten vier Lösungen, wenn gewünscht einschließlich einer oder mehrerer zugeordneter Weiterbildungen, zu zweit, zu dritt oder auch zu viert miteinander kombiniert sein können. So ist es z. B. möglich, die vierte Lösung (Befestigung von axialen Teillängen an Ronden, die ihrerseits Bestandteil des Rotors sind bzw. an diesem angebracht sind) mit der ersten Lösung (Schulter-Auflagerung der Leitstücke an benachbarten
Dauermagneten) zu kombinieren, um sozusagen eine zweite Sicherheitslinie vorzusehen.
Die Ronden haben vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Radialabmessung wie die Leitstückanordnungen und die Dauermagnete oder haben vorzugsweise an der luftspaltabgewandten Seite einen radialen Überstand. Auch im erstgenannten Fall kann man fertigungstechnisch so vorgehen, daß beim Zusammenbau des Rotors zunächst ein radialer Überstand der Ronden radial innen und/oder radial außen vorhanden ist, der danach z. B. durch Überdrehen entfernt wird. Die alternative Beibehaltung eines radialen Überstands der Ronden an der luftspaltabgewandten Seite erbringt den Vorteil, daß sich die mechanische Stabilität des Rotors erhöht, daß in Axialrichtung längere Rotoren gebaut werden können und daß höhere Drehzahlen des Rotors zugelassen werden können.
Es ist in Weiterbildung bevorzugt, das "Paket" aus Ronden und Teillängen der Leitstückanordnungen und/oder der Dauermagnete durch mehrere, über den Umfang verteilte, axial verlaufende Bolzen zusammenzuspannen. Die Bolzen kann man durch den geschilderten, radialen Überstand der Ronden gehen lassen. Dann wird das magnetischen Fluß leitende Material (Dauermagnete , Leitstückanordnungen) im Querschnitt nicht reduziert. Man kann aber auch Randausnehmungen in den Leitstückanordnungen und/oder den
Dauermagneten vorsehen und dort die Bolzen durch die Ronden und die Ausnehmungen gehen lassen, wodurch in Radialrichtung kein zusätzlicher Raum für die Bolzen benötigt wird. Schließlich ist es möglich, die Bolzen durch die Löcher in den Ronden und durch Löcher in den Leitstückanordnungen und/oder den Dauermagneten hindurchgehend zu lassen.
Vorzugsweise weisen die Teillängen der Leitstückanordnungen und/oder der Dauermagnete Vertiefungen oder Erhebungen auf, die für eine formschlüssige Verbindung in entsprechende Erhebungen und
Vertiefungen in den Ronden eingreifen. In diesem Fall kann das Zusammenhalten des "Pakets" aus Ronden und Leitstückanordnungen und Dauermagneten mit geringer Spannkraft erfolgen, weil man nicht (allein) auf den Zusammenhalt durch die mittels Zusammenspannen erzeugten Reibkräfte angewiesen ist.
Es ist generell ein großer Vorteil insbesondere der dritten und der vierten Lösung, daß die weiter unten zu beschreibende Bandage nicht zwingend erforderlich ist (aber gewünschtenfalls vorhanden sein kann). Man kann dadurch die für die Bandage benötigte Zusatzdicke vermeiden und die Maschine im Gehäusedurchmesser kleiner oder im Bohrungsdurchmesser größer bauen. Der Aufbau ohne Bandage schafft außerdem die Voraussetzung dafür, daß man problemlos zweiseitige Maschinen bauen kann, d. h. einen Stator radial innerhalb des Rotors und einen weiteren Stator radial außerhalb des Rotors vorsehen kann.
Die folgenden bevorzugten Weiterbildungen lassen sich bei allen vier Lösungen verwirklichen:
Vorzugsweise sind die Leitstückanordnungen jeweils symmetrisch zu einer die Rotorachse enthaltenden Radial ebene. Dies bringt häufig Herstellungsvorteile mit sich, aber auch Vorteile bei der perfekteren Verteilung des Magnetflusses in der betreffenden Leitstückanordnung.
In Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, die Leitstückanordnungen jeweils geblecht auszubilden, d.h. aus gestapelten Einzelblechen aufzubauen, die jeweils in einer sich rechtwinklig zur Rotorachse erstreckenden Ebene liegen. Eine ebenfalls günstige Alternative ist die Herstellung aus kunststoff gebundenen Eisenteilchen.
Die Leitstückanordnungen müssen aber nicht zwingend geblecht ausgebildet sein oder müssen nicht so dünn geblecht sein, wie die Wicklungskerne des Stators, weil sie ja nicht dauernd ummagnetisiert werden.
Vorzugsweise ist der Rotor ein Außenrotor, wobei die Dauermagnete und die Leitstückanordnungen an der Innenseite einer ringförmigen Bandage, vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, montiert sind. Die äußere Bandage ist perfekt zur Aufnahme der auf die Dauermagnete und die Leitstückanordnungen wirkenden Fliehkräfte geeignet. Sie kann aber auch der Befestigung der Leitstückanordnungen am Rotor dienen, wie einige der Ausführungsbeispiele noch verdeutlichen werden. Außen um die Bandage herum kann eine metallische Lage zur Aufnahme von Rest-Magnetflüssen vorgesehen sein, damit in einem etwaigen, äußeren Metallgehäuse der Maschine keine Wirbelströme induziert werden.
Wird die metallische Lage aus ferromagnetischem und elektrisch leitfähigem Material vorgesehen, werden die nach außen tretenden Wechselflüsse im Rotorbereich effizient abgeschirmt. Besonders bevorzugt ist es, hierbei geblechtes Material zu verwenden, um die mit dem Abschirmungseffekt, d. h. den Wirbelströmen, verbundenen
Verluste zu reduzieren. Die Lage wird dabei am günstigsten durch in Achsrichtung geschichtete Ronden aus gestanztem Blech gebildet. Je nach Festigkeit der metallischen Lage kann es ausreichend sein, die ringförmige Bandage nur noch als Isolationsschicht zwischen Dauermagneten und Leitstückanordnungen einerseits und metallischer
Lage andererseits auszubilden, d. h. sie kann extrem dünn sein. Bei nicht wesentlich lastaufnehmender Ausbildung einer derartigen Isolationsschicht erhält die metallische Lage zusätzlich die Funktion einer lastaufnehmenden Bandage.
Die Induzierung von Wirbelströmen im äußeren Metallgehäuse der Maschine kann äquivalent auch durch eine geblechte metallische Lage, die an der Innenseite des Maschinengehäuses feststehend angebracht ist, verhindert werden. Es gelten dabei dieselben vorgenannten Überlegungen, wobei jedoch zusätzlich die durch die Rotation hervorgerufenen Wechselflüsse abgeschirmt werden müssen.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist der Rotor mindestens an einer Seite axial neben den Dauermagneten und den Leitstückanordnungen einen zur Befestigung der Dauermagnete und/oder der Leitstücke und/oder der Halterungsteile und/oder der Bolzen genutzten Bereich auf. Es ist nämlich unter konstruktiven Gesichtspunkten zuweilen günstiger, zur Befestigung der genannten Bauteile am Rotor nicht zu einem größeren Rotordurchmesser gehen zu müssen, sondern sich der genannten, gleichsam axial nebengeordneten Bereiche zu bedienen.
Häufig ist es günstig, zwischen den Dauermagneten und den Leitstücken, gegebenenfalls auch zwischen den mehreren Leitstücken einer Leitstückanordnung, eine Verklebung vorzusehen. Die Verklebungen vereinigen die Dauermagnete und die Leitstücke des Rotors gleichsam zu einem integralen Ganzen. Es gibt "weiche" Kleber, die gewisse Relativverlagerungen zwischen den zwei verklebten Bauteilen erlauben bzw. aufzunehmen vermögen. Andererseits gibt es
"harte" Kleber, die dies nicht tun. In Ausführung der Erfindung kann man auch unterschiedliche Kleber an unterschiedlichen Stellen des Rotors einsetzen; ein weiter unten beschriebenes Ausfuhrungsbeispiel wird das noch mehr verdeutlichen.
Eingangs der Beschreibung ist die Ausdrucksweise "die Gesamtgeometrie (des betreffenden Dauermagneten oder der betreffenden Leitstückanordnung) betrachtet" verwendet worden. Hiermit soll zum Ausdruck gebracht werden, daß die Umfangsbreite nicht zwingend gleichmäßig oder monoton von dem Kopfbereich zu dem
Fußbereich zunehmen bzw. abnehmen muß. Es kommt auf die Gesamtkonfiguration an, wobei z.B. eine insgesamt zunehmende Umfangsbreite durchaus einmal für ein Stück abnehmen und dann wieder zunehmen kann. Ein gutes Beispiel sind auch die erfmdungsgemäßen Verbreiterungen am Fußende der Leitstücke. Obwohl bei den
Leitstückanordnungen - die Gesamtgeometrie betrachtet - die Umfangsbreite von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnimmt, deckt die gewählte Ausdrucks weise eine mehr lokale Verbreiterung in Umfangsrichtung am Fußende.
Außerdem wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Maschine vorzugsweise nach dem Flußkonzentrationsprinzip aufgebaut ist. Die halbe Flußaustrittsfläche jeder Leitstückanordnung am Luftspalt soll kleiner sein als die Projektionsfläche eines der zwei benachbarten Dauermagneten, wobei die Projektionsfläche in einer die Rotorachse enthaltenden Radialebene liegt. Aufgrund dieser Bedingung hat man am Luftspalt eine größere Magnetflußkonzentration als in den magnetfluß erzeugenden Dauermagneten.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematisiert dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Teil eines Außenrotors erster Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Querschnitt;
Fig. 2 einen Teil eines Außenrotors zweiter Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Querschnitt;
Fig. 3 einen Teil eines Außenrotors dritter Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Querschnitt;
Fig. 4 einen Teil eines Außenrotors vierter Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Querschnitt;
Fig. 5 einen Teil eines Außenrotors fünfter Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Querschnitt;
Fig. 6 eine Teilansicht des Außenrotors von Fig. 5 in Ansicht von radial außen;
Fig. 7 einen Teil eines Außenrotors sechster Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Querschnitt;
Fig. 8 einen Halterungsrahmen des Außenrotors von Fig. 7 in perspektivischer Darstellung;
Fig. 9 einen Teil eines Außenrotors siebter Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Längsschnitt;
Fig. 10 einen Teil eines Außenrotors achter Ausführungsform einer elektrischen Maschine im Querschnitt. Der gezeichnete Rotor 2 besteht im wesentlichen aus einer äußeren Bandage 4 aus faserverstärktem Kunststoff und an der Innenseite der Bandage 4 - in Umfangsrichtung 6 miteinander abwechselnd - Dauermagneten 8 und Magnetfluß-Leitstückanordnungen 10. Der
Luftspalt 12 der elektrischen Maschine (Elektromotor oder Stromgenerator), zu der der gezeichnete Rotor 2 gehört, befindet sich am radial inneren Umfang des Rotors 2. Radial innen von dem Luftspalt befindet sich der nicht eingezeichnete Stator der elektrischen Maschine, der in Umfangsrichtung eine Folge von bewickelten Statorpolen in der
Teilung der Leitstücke 10 oder einer davon leicht unterschiedlichen Teilung hat. Man erkennt, daß die radial nach innen weisenden Magnetfluß-Austrittsflächen 14 der Flußleitstücke ein kleines Stück radial weiter nach innen positioniert sind als die radial inneren Begrenzungsflächen 16 der Dauermagnete 8. Dennoch kann man den
Luftspalt 12 als im wesentlichen zylindrisch bezeichnen.
Abgesehen von der nachfolgend noch genauer zu beschreibenden Gestaltgebung der Dauermagnete 8 und der Leitstücke 10 zur Verankerung der Leitstücke 10 am Rotor 2, hätten die Leitstücke 10 in dem betrachteten Schnitt quer zur Rotationsachse der Maschine eine trapezförmige Gestalt mit der sehr schmalen, kürzeren Trapezseite radial außen. Die Dauermagnete 8 hätten, betrachtet im gleichen Schnitt, ebenfalls eine trapezförmige Gestalt, allerdings mit der kürzeren Trapezseite, die nicht ganz so schmal wie bei den Leitstücken 10 ist, radial innen. Der dem Luftspalt 12 nahe Bereich sowohl der Dauermagnete 8 als auch der Leitstücke 10 wird im vorliegenden Patent "Kopfbereich" genannt, während der von dem Luftspalt 12 entfernte Endbereich (bzw. der Bandage 4 benachbarte Bereich) als "Fußbereich" bezeichnet wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht jede Leitstückanordnung 10 aus einem Leitstück. Ausführungen weiter unten werden vor Augen führen, daß die betreffende Leitstückanordnung 10 auch aus zwei Leitstücken oder noch mehr Leitstücken bestehen kann.
Ausgehend von der angesprochenen Trapez-Grundform ist bei jedem Leitstück 10 am radial äußeren Fußende eine Verbreiterung in
Umfangsrichtung vorgesehen. Da jedes Leitstück 10 im betrachteten Schnitt symmetrisch zu der eingezeichneten, die Rotorachse enthaltenden, radialen Mittelebene 18 ist, wird hierdurch an jeder Umfangsseite eine Schulter 20 gebildet. Die jeweilige, der Absrützung am benachbarten Dauermagneten 8 dienende Schulterfläche 22 verläuft beim gezeichneten Ausführungsbeispiel nicht tangential, sondern unter einem Winkel von ca. 70 Grad schräg zur Tangentialrichtung. Die Dauermagnete 8 sind komplementär geformt, so daß die Dauermagnete 8 in ihrem Fußbereich wieder schmäler in Umfangsrichtung werden. Somit stützt sich jedes Leitstück 10 formschlüssig mit seinen Schultern 20 auf zwei benachbarten Dauermagneten 8 ab und ist auf diese Weise gegen Verlagerung nach radial innen, d.h. in Richtung zum Luftspalt 12 festgelegt. Die Dauermagnete 8 können sich nicht nach radial innen verlagern, da sie gleichsam jeweils zwischen zwei benachbarten Leitstücken 10 eingekeilt sind.
Die Bandage 4 nimmt die auf die Dauermagnete 8 und die Leitstücke 10 wirkenden Fliehkräfte auf. Wenn die auf die Leitstücke 10 anziehend nach radial innen wirkenden Magnetkräfte die auf das betreffende Leitstück 10 nach radial außen wirkende Fliehkraft übersteigen, werden die Leitstücke 10 durch eine gewölbeartige Abstützung an den jeweils benachbarten Dauermagneten 8 gehalten. Eine Befestigung der Leitstücke 10 in der Bandage 4 gegen Verlagerung nach radial innen ist nicht erforderlich, wiewohl eine solche zusätzlich vorgesehen sein könnte.
Die Dauermagnete 8 sind in Umfangsrichtung 6 magnetisiert. In den Leitstücken 10 biegt der Magnetfluß in die Radialrichtung um. Die halbe Magnetfluß-Austrittsfläche 14 jedes Leitstücks 10 ist erheblich weniger breit (in Umfangsrichtung) als die Radialerstreckung eines benachbarten Dauermagneten 8 ist, so daß eine Magnetflußkonzentration von etwa 3: 1 gegeben ist.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2, 4, 5, 7 eine äußere Bandage 4 entsprechend der in Fig. 1 gezeichneten Bandage 4 nicht eingezeichnet, aber normalerweise vorhanden ist. Andererseits wird hier darauf hingewiesen, daß eine äußere Bandage 4 nicht zwingend erforderlich ist. Im Zusammenhang mit Fig. 2 wird ausgeführt werden, wie man sich einen alternativen
Aufbau vorstellen kann.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zunächst einmal darin, daß die Schultern 20 der Leitstücke 10 nicht durch schräg verlaufende Schulterflächen gebildet sind, sondern durch in Tangentialrichtung verlaufende Schulterflächen 22. Außerdem ist eine Besonderheit, daß die Umfangsbreite der Leitstücke 10 radial ein Stück weiter innen sprunghaft zunimmt. Das muß nicht so sein; die betreffende Schulter 20 könnte auch von der schrägen Trapezfläche aus losgehen, müßte dann aber in Umfangsrichtung etwas weiter gehen als beim gezeichneten Ausführungsbeispiel.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die Leitstücke 10 sich nicht an komplementär gestalteten, benachbarten Dauermagneten 8 abstützen, sondern jeweils an zwei benachbarten Halterungsteilen 24, die ihrerseits an der Rotorstruktur befestigt sind. Radial innen von jedem Halterungsteil 24 befindet sich ein unmodifiziert trapezförmiger Dauermagnet 8.
Die Halterungsteile 24 bestehen z.B. aus Kunststoff und sind auf irgendeine dem Fachmann geläufige Weise an der Rotorstruktur befestigt. Anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 kann man sich die Möglichkeit vorstellen, daß überhaupt keine äußere Bandage 4 vorhanden ist, sondern an beiden Seiten des Rotors 2 axial neben den Dauermagneten 8, den Leitstücken 10 und den Halterungsteilen 24 ein Befestigungsbereich z.B. in Form einer Ringscheibe, die 1/4 der radialen Höhe der Leitstücke 10 einnimmt, vorgesehen ist. In diesen Ringscheiben können die Halterungsteile 24 z.B. durch einen Bolzen 26 befestigt sein.
Anhand der Fig. 2 kann man sich auch veranschaulichen, daß es alternativ möglich ist, statt eines integralen Leitstücks 10 zwischen zwei benachbarten Dauermagneten 8 eine Leitstückanordnung 10 aus zwei zueinander symmetrischen Leitstücken vorzusehen. Jedes einzelne Leitstück hätte dann nur eine einseitige Schulter 20 zur Abstützung an einem benachbarten Halterungsteil 24.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der
Ausführungsform gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Leitstücke 2 am Fußende eine im betrachteten Schnitt nahezu vollkreisförmige Verbreiterung 28 haben. Man könnte auch in anderen Worten sagen, daß die so gebildeten Schultern 20 kreisbogenförmig gekrümmt sind. Mit den Schultern 20 stützen sich die Leitstücke 10 an
Halterungsteilen 24 aus Kunststoff ab. Eine äußere Bandage 4 ist eingezeichnet.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist jede Leitstückanordnung 10 entlang einer Radialebene, die die Rotationsachse des Rotors 2 enthält, in zwei Leitstücke 10a und 10b unterteilt. Ein Leitstück 10a ist mit einem Leitstück 10b einer benachbarten Leitstückanordnung 10 radial außen über den dazwischenliegenden Dauermagneten 8 hinweg verbunden. Mit dieser "Verbindungsbrücke" 30 stützen sich die beiden Leitstücke 10a und 10b auf dem dazwischenliegenden Dauermagneten 8 ab. Zwischen der Verbindungsbrücke 30 und dem dortigen Dauermagneten befindet sich ein Zwischenstück 32 aus Kunststoff. Jede Verbindungsbrücke 30 kann man sich als "zusammengewachsenen" Übergang zwischen den Schultern der zwei Leitstücke 10b, 10a aus zwei benachbarten Leitstückanordnungen 10 vorstellen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 ist jedes Leitstück 10 mittels eines axial verlaufenden Bolzens 34 gehalten, der seinerseits an der Rotorstruktur festgelegt ist. Zum Beispiel kann man sich hierfür Befestigungsbereiche des Rotors 2 vorstellen, die beidseitig axial neben den Dauermagneten 8 und den Leitstücken 10 vorgesehen sind, analog wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. Außerdem ist in Fig. 6 dargestellt, daß das betreffende Leitstück 10 geblecht ausgebildet ist. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß bei allen Ausführungsbeispielen alternativ vorgesehen sein kann, die Leitstücke 10 geblecht auszubilden.
Es ist günstig, wenn die Bolzen 34 nach dem Zusammenbau des Rotors
2 Zugvorspannung haben. Ferner ist es günstig, die beiden aus dem Leitstück 10 vorragenden Enden des jeweiligen Bolzens 34 (bzw. den Bolzenkopf und die Bolzenmutter) mit relativ großem Durchmesser und/oder relativ großer Axiallänge auszubilden, so daß die Festlegung des Bolzens 34 in der Rotorstruktur mit relativ geringer Flächenpressung erfolgen kann, und die Scherspannung auf den Bolzen beim Übergang vom Leitstück 10 auf den axial außen befindlichen Befestigungsbereich minimiert wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 und 8 hat man wiederum
Leitstückanordnungen 10, die jeweils zwischen zwei benachbarten Dauermagneten entlang einer die Rotationsachse des Rotors enthaltenden Radialebene in zwei Leitstücke 10a und 10b unterteilt sind. Im Bereich der Teilungsebene zwischen den zwei Leitstücken 10a, 10b ist eine Tasche 36 eingearbeitet, die im betrachteten Schnitt die Gestalt eines hohen, in Umfangsrichtung schmalen Rechtecks hat. Auf diese Weise wird durch das radial äußere Ende der Tasche 36 in jedem Leitstück 10a, 10b eine schmale Schulter 20 ausgebildet. Durch jede Tasche 36 verläuft ein Halterungsteil 24, das eine komplementäre Gestalt eines hohen, in Umfangsrichtung schmalen Rechtecks hat. Die Halterungsteile 24 sind jeweils paarweise mittels Stirnplatten 38 zu einem Halterungsrahmen 40 verbunden, der in Fig. 8 gezeichnet ist. Die Stimpiatten 38 weisen in Axialrichtung ausladende Auskragungen 42 auf, mit denen sie an der Rotorstruktur befestigt sind, z.B. mittels
Schrauben von radial innen her an der nicht eingezeichneten Bandage 4. Eine andere Möglichkeit ist, daß sich die Halterungsrahmen 40 einerseits an der Bandage und andererseits an Befestigungsbereichen des Rotors 2, die beidseitig axial neben den Dauermagneten 8 und den Leitstücken 10 vorgesehen sind, abstützen.
Es wird darauf hingewiesen, daß es alternativ möglich ist, nicht zwei benachbarte Halterungsteile 24 zu einem Halterungsrahmen 40 zu verbinden, sondern einzeln in der Rotorstruktur zu befestigen, z.B. in Befestigungsbereichen des Rotors 2, die axial neben den Dauermagneten
8 und den Leitstücken 10a und 10b vorgesehen sind.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist jede Leitstückanordnung 10 (die sich - im Querschnitt durch die Rotorachse betrachtet - zwischen einer im Umfangsrichtung links benachbarten Dauermagnetanordnung 8 und einer in Umfangsrichtung rechts anschließenden Dauermagnetanordnung 8 befindet) in mehrere, in Axialrichtung gestapelte Teillängen 44 aufgeteilt, die man auch als Leitstückplättchen, die in axialer Sicht eine trapezförmige Gestalt haben, bezeichnen könnte. Jeweils zwischen zwei benachbarten Leitstückplättchen 44 befindet sich eine Ronde 46, die in axialer Sicht eine kreisringförmige Gestalt mit Innendurchmesser und Außendurchmesser hat. Jede Ronde 46 besteht aus nicht-ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus Kunststoff. Das ganze "Paket" aus Flußleitplättchen 44 und Ronden 46 ist mittels eines Bolzens 34, der durch entsprechende Löcher in den Flußleitplättchen 44 und den Ronden 46 gesteckt ist, an dem Rotor 2 befestigt. An jeder Kontaktfläche zwischen einem Flußleitplättchen 44 und einer Ronde 46 sind die beiden Bauteile miteinander verklebt. Außerdem ist es als günstig bevorzugt, über den Bolzen 34 eine Zusammenklemmkraft auf das beschriebene "Paket" auszuüben.
In Umfangsrichtung benachbart ist entweder ein in Axialrichtung durchgehender Dauermagnet 8 vorhanden; in diesem Fall müßten die in
Umfangsrichtung ja durchgehenden Ronden 46 dort entsprechend ausgenommen sein. Oder man verwirklicht auch bei den Dauermagneten 8 eine entsprechende axiale Unterteilung wie bei den Leitstückanordnungen 10. Dann sieht die zeichnerische Darstellung auch dort ganz analog wie in Fig. 9 aus. Wieder ein Stück in
Umfangsrichtung weiter folgt ein "Paket" aus Leitstückplättchen 44 und Ronden 46.
Man erkennt, daß jede Verklebung zwischen einem Leitstückplättchen 44 (bzw. Dauermagnetplättchen) und zwei benachbarten Ronden 46 nur diejenigen Kräfte aufnehmen muß, die von dem betreffenden Leitstückplättchen 44 herrühren. Man kann die Öffnungen in den Leitstückplättchen 44 und in den Ronden 46 für den Bolzen 34 größer als den Bolzendurchmesser ausführen, könnte ihn aber auch gleich groß ausführen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 hat man ebenfalls Ronden 46, im Grundsatz wie beschrieben im Zusammenhang mit Fig. 9. Allerdings haben die Ronden 46 radial außen einen Überstand 48 relativ zu den Leitstückplättchen 44 und den Dauermagneten 8 bzw.
Dauermagnetplättchen. Man kann den radialen Überstand 48 benutzen, um dort durch Öffnungen 50 über den Umfang verteilt mehrere axial verlaufende, nicht eingezeichnete Bolzen zu stecken und mittels der Bolzen das Paket der Ronden 46 und Leitstückplättchen und/oder Dauermagnetplättchen zusammenzuspannen. Zusätzlich können, müssen aber nicht, Bolzen durch die Leitstückplättchen 44 hindurch vorgesehen sein, analog Ausführungsform von Fig. 9. Insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 9 und 10 sieht man, daß keine umhüllende, bzw. kraftaufnehmende Struktur, z. B. nach Art der geschilderten Bandage, erforderlich ist.
Es ist bei allen Ausführungen in der Regel günstig, die Leitstückanordnungen 10 außerdem an der Bandage 4, sofern vorhanden, anzukleben. Verklebungen der Leitstücke bzw. Teillängen der Leitstücke mit Dauermagneten 8 und/oder Bandage 4 und/oder Ronden 46 wirkt dämpfend und erniedrigt das Geräuschniveau des Rotors 2 beim Betrieb.

Claims

ANSPRUCHE
1. Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (2), die durch einen Luftspalt (12) getrennt sind, wobei
(a) der Rotor (2) mit im wesentlichen in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagneten (8) und jeweils einer Magnetfluß-Leitstückanordnung (10) aus mindestens einem
Magnetfluß-Leitstück (10a; 10b) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) aufgebaut ist;
(b) die Dauermagnete (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich zunehmende Umfangsbreite haben;
(c) und die Leitstückanordnungen (10) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnehmende Umfangsbreite haben, dadurch gekennzeichnet,
(d) daß die Leitstücke (10a; 10b) jeweils am Fußende eine Verbreiterung in Umfangsrichtung mit mindestens einer Schulter (20) aufweisen, mit der sie sich an einem benachbarten Dauermagneten (8) gegen Verlagerung in Richtung zum Luftspalt (12) abstützen.
2. Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (2), die durch einen Luftspalt (12) getrennt sind, wobei
(a) der Rotor (2) mit im wesentlichen in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagneten (8) und jeweils einer
Magnetfluß-Leitstückanordnung (10) aus mindestens einem
Magnetfluß-Leitstück (10a; 10b) zwischen zwei benachbarten
Dauermagneten (8) aufgebaut ist; (b) die Dauermagnete (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich zunehmende Umfangsbreite haben;
(c) und die Leitstückanordnungen (10) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnehmende Umfangsbreite haben, dadurch gekennzeichnet,
(d) daß die Leitstücke (10a; 10b) jeweils mindestens eine Schulter (20) aufweisen, mit der sie sich an einem Halterungsteil (24) gegen Verlagerung in Richtung zum Luftspalt (12) abstützen, wobei das Halterungsteil (24) durch den Rotor (2) gebildet ist oder an dem Rotor (2) befestigt ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstückanordnungen (10) jeweils aus einem Leitstück (10), beidseitig mit Schulter (20), bestehen.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstückanordnungen (10) jeweils aus zwei Leitstücken (10a; 10b), einseitig oder beidseitig mit Schulter (20), bestehen.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Leitstücke (10a; 10b) aus benachbarten Leitstückanordnungen (10) über den dazwischenliegenden Dauermagneten (8) hinweg miteinander verbunden sind.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei Leitstücken (10a; 10b) der betreffenden Leitstückanordnung (10) eine Tasche (36) ausgebildet ist, in der ein Halterungsteil (24) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Halterungsteile (24) von zwei benachbarten Leitstückanordnungen ( 10) zu einem gemeinsamen Halterungsrahmen (40) verbunden sind.
8. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstücke (10a; 10b) radial hintereinander jeweils mehrere Schultern aufweisen.
9. Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (2), die durch einen Luftspalt (12) getrennt sind, wobei
(a) der Rotor (2) mit im wesentlichen in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagneten (8) und jeweils einer
Magnetfluß-Leitstückanordnung (10) aus mindestens einem Magnetfluß-Leitstück (10a; 10b) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) aufgebaut ist;
(b) die Dauermagnete (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem
Fußbereich zunehmende Umfangsbreite haben;
(c) und die Leitstückanordnungen (10) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnehmende Umfangsbreite haben, dadurch gekennzeichnet,
(d) daß die Leitstückanordnungen (10) jeweils aus einem Leitstück (10) bestehen, das mit einem axial verlaufenden Bolzen (34) an dem Rotor (2) gehalten ist.
10. Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (2), die durch einen Luftspalt (12) getrennt sind, wobei a) der Rotor (2) mit im wesentlichen in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagneten (8) und jeweils einer
Magnetfluß-Leitstückanordnung (10) aus mindestens einem Magnetfluß-Leitstück (10a; 10b) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) aufgebaut ist; b) die Dauermagnete (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem
Fußbereich zunehmende Umfangsbreite haben; c) und die Leitstückanordnungen (10) zwischen zwei benachbarten Dauermagneten (8) - die Gesamtgeometrie betrachtet - jeweils eine von dem luftspaltseitigen Kopfbereich zu dem Fußbereich abnehmende Umfangsbreite haben, dadurch gekennzeichnet, d) daß der Rotor mehrere in Richtung der Rotorachse beabstandete dünne Ronden aufweist, und daß die Leitstückanordnungen (10) und/oder die Dauermagnete (8) in axiale Teillängen aufgeteilt sind, die mit den Ronden verbunden sind.
11. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronden im wesentlichen die gleiche Radialabmessung wie die Leitstückanordnungen (10) und die Dauermagnete (8) haben.
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronden gegenüber den Leitstückanordnungen (10) und den Dauermagneten (8) auf der luftspaltabgewandten Seite einen radialen
Überstand haben.
13. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem radialen Überstand der Ronden Löcher vorgesehen sind, durch die axial verlaufende Bolzen zum Zusammenspannen der Ronden gesteckt sind.
14. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Teillängen der Leitstückanordnungen (10) und/oder der Dauermagnete (8) beidseitig mit den Ronden flächig verklebt sind.
15. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teillängen der Leitstückanordnungen (10) und/oder der Dauermagnete (8) zwischen den Ronden festgeklemmt sind.
16. Elektrische Maschine nach mindesten einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Teillängen der Leitstückanordnungen (10) und/oder der
Dauermagnete Vertiefungen oder Erhebungen aufweisen, die für eine formschlüssige Verbindung in entsprechende Erhebungen und Vertiefungen in den Ronden eingreifen.
17. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß die Teillängen der Leitstückanordnungen (10) und/oder der
Dauermagnete (8), wie auch die Ronden, Löcher aufweisen, durch die axial verlaufende Bolzen gesteckt sind.
18. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronden axial vorstehende Halterungsvorsprünge zum Hintergreifen der Teillängen der Leitstückanordnungen (10) und/oder der Dauermagnete (8) aufweisen.
19. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstückanordnungen (10) jeweils symmetrisch zu einer die Rotorachse enthaltenden Radialebene sind.
20. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstückanordnungen (10) jeweils geblecht sind.
21. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) ein Außenrotor ist; und daß die Dauermagnete (8) und die Leitstückanordnungen (10) an der Innenseite einer ringförmigen Bandage (4), vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, montiert sind.
22. Elektrische Maschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß außen um die Bandage (4) herum eine metallische Lage zur Aufnahme von Rest-Magnetflüssen vorgesehen ist.
23. Elektrische Maschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der metallischen Lage ferromagnetisch, und elektrisch leitfähig ist.
24. Elektrische Maschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Lage aus geblechtem Material ausgeführt ist.
25. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dauermagneten (8) und den Leitstückanordnungen (10) einerseits und der metallischen Lage andererseits eine Schicht vorhanden ist, die im wesentlichen nur die Funktion der elektrischen Isolation hat.
26. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mindestens an einer Seite axial neben den
Dauermagneten (8) und den Leitstückanordnungen (10) einen zur Befestigung der Dauermagnete (8) und/oder der Leitstücke (10) und/oder der Halterungsteile (24) und/oder der Bolzen (34) genutzten Bereich aufweist.
27. Elektrische Maschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Verklebungen zwischen den Dauermagneten (8) und den Leitstücken (10) vorgesehen sind.
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