EP1927178A1 - Electrical drive machine - Google Patents

Electrical drive machine

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Publication number
EP1927178A1
EP1927178A1 EP06791836A EP06791836A EP1927178A1 EP 1927178 A1 EP1927178 A1 EP 1927178A1 EP 06791836 A EP06791836 A EP 06791836A EP 06791836 A EP06791836 A EP 06791836A EP 1927178 A1 EP1927178 A1 EP 1927178A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive machine
primary
magnetic poles
machine according
stator windings
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Withdrawn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
EP06791836A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Militzer
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP1927178A1 publication Critical patent/EP1927178A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the invention relates to a three-phase electric drive machine comprising a static primary part with a series of stator slots, in which stator windings of the three phases are arranged, so that a current flow through the stator windings generates primary part magnetic poles, and a secondary part, on a predetermined path of travel relative is movable to the primary part and are arranged on the permanent magnet so that each one of the poles facing the primary part, and in the direction of movement results in a series of secondary magnetic poles, wherein by interaction of the current flow resulting primary magnetic poles with the secondary part Magnetic poles a movement of the secondary part is effected on the movement path.
  • Rotary drive machines with these features are in particular rotating field motors with permanent magnetization.
  • the invention relates in particular to drives for elevators and other applications in which similar requirements exist as elevators. In such drives, shaking forces and load pulsation moments have long been a problem. These lead to Power losses, and disturbing noise.
  • Known noise sources in this sense are in particular current-independent effects and cogging torques as well as current-dependent phenomena that lead to unequal radial and tangential forces in the machine.
  • stator windings can be arranged overlapping in more than two stator slots as so-called distributed windings. Windings of different stator windings are wound around stator teeth between the individual stator slots. However, this leads to a higher total electrical resistance and thus to a reduced efficiency of the prime mover.
  • magnets such as cup or trapezoidal magnets.
  • a rotor is used in drive machines according to the prior art as a secondary part, in which the permanent magnets are arranged in rows of magnets that do not run parallel to the axis, but are aligned at a small angle of a few degrees obliquely to the axial direction of the rotor.
  • This object is achieved in that the ratio of the number of the primary part facing the secondary magnetic poles to the number of opposite them in a given position of the secondary primary part -Magnetpole 19:12.
  • this ratio is optimal in terms of performance and compensation of noise sources, in particular shaking forces and load pulsation moments.
  • shaking forces and load pulsations can be largely avoided, so that even without the use of expensive magnets form a low-noise operation is possible lent and the advantages of low manufacturing costs and low power losses can be used.
  • This is all the more surprising as it has been assumed in the literature that it is favorable to choose the number of secondary magnetic poles and the number of primary magnetic poles Part that they differ only slightly, in particular only one or two.
  • the stated ratio is not only optimal for drive machines in which the secondary part is a rotor, but also leads to improved results in linear drives.
  • a linear drive of course, the number of windings of the static primary part and consequently the number of primary part magnetic poles in principle not limited and essentially determined only by the maximum displacement of the movable abutment.
  • only a subset of the total of the existing primary part magnetic poles is always opposite the secondary part magnetic poles.
  • the stated ratio of 19:12 refers only to those primary magnetic poles which, in a given position of the secondary part, oppose it and are therefore effective for the power development of the electric machine.
  • a low-noise engine with low power losses of the type mentioned above can be achieved in particular by the fact that at least two stator windings at least one phase have an opposite sense of winding.
  • Such a machine represents a further aspect of the invention, which has an independent meaning in any number of primary and secondary magnetic poles.
  • Fig. 1 shows an embodiment of an inventive
  • Fig. 2 shows the interconnection of the stator windings of the embodiment shown in Figure 1.
  • FIG. 3 is a stator tooth of the embodiment shown in Fig. 1.
  • FIG. 1 shows, as an exemplary embodiment of an electric drive machine 1, a synchronous machine which, for the sake of simplicity, is shown without stator windings.
  • the stator windings 4 and their interconnection are shown in FIG.
  • the prime mover 1 comprises a static primary part 2 with a sequence of 48 stator slots 3.
  • stator windings 4 of the three phases U, V, W are arranged as concentrated windings in the stator slots 3. This means that substantially all windings of a winding 4 are wound around a single stator tooth 8 and adjacent windings 4 do not overlap.
  • all turns of a given winding 4 are wound around a single stator tooth 8.
  • the individual windings 4 of the phase U are each connected in series and form a winding strand.
  • the windings 4 of the phases V, W are each connected in series.
  • the lines of the phases U, V, W are drawn on circles around the primary part 2 around.
  • the affiliation of the individual windings 4 to the phases U, V, W additionally characterized by the corresponding letters.
  • On the outermost circle lines of the phase U are shown in dashed lines.
  • lines of phase V are shown with solid lines and on the innermost circle lines of phase W are shown in phantom. It is also possible, some or to switch all windings 4 of a phase U, V, W in parallel.
  • the illustrated prime mover is an internal rotor machine.
  • the primary part 2 surrounds a secondary part 5 designed as a rotor, which is movable relative to the primary part 2 on a predetermined path of movement, namely rotating about the common axis of the parts 2, 5.
  • a secondary part 5 designed as a rotor, which is movable relative to the primary part 2 on a predetermined path of movement, namely rotating about the common axis of the parts 2, 5.
  • cuboid permanent magnets 6 are arranged so that in each case one pole of the permanent magnets 6 faces the primary part 2.
  • the permanent magnets 6 are therefore radially magnetized relative to the axis of rotation. In the direction of motion results in this way an alternating sequence of secondary magnetic poles.
  • the permanent magnets 6 are arranged in alignment on the secondary part 5 in rows of magnets which extend in its axial direction.
  • the ratio of the number of primary part 2 facing the secondary part magnetic poles to the number of primary magnetic poles opposite them is 19:12 in the illustrated embodiment.
  • Especially powerful and quiet are internal rotor synchronous machines in which each thirty-eight primary part 2 facing secondary magnetic poles are opposite twenty-four primary part magnetic poles. In the case of the synchronous machine 1 shown in FIG a total of twenty-four stator windings 4, that is twenty-four primary magnetic poles, totaling thirty-eight secondary magnetic poles.
  • the number of primary magnetic poles usually coincides with the number of magnet rows (ie the number of permanent magnets 6 arranged in a cross-sectional plane as shown in FIG. 1), this does not necessarily have to be the case .
  • the number of magnetic poles coincides with the number of magnet rows.
  • the same result can be achieved, for example, by using twice as many rows of magnets, each half as wide, with two adjacent rows of magnets each forming a magnetic pole, i. both with their north pole radially outward or both with their
  • North Pole are aligned radially inwardly. Therefore, the effect is not dependent on the number of magnets but on the number of magnetic poles formed by them and facing the other part.
  • stator windings 4 at least one phase have an opposite sense of winding.
  • the winding sense of the stator windings 4 is indicated by the letters L and R.
  • half of the stator windings 4 of one phase have a first winding sense L and the other half have an opposite winding sense R. This means that in each case one half of the stator windings 4 in a clockwise direction and the other half in an anti-clockwise direction.
  • Figure 2 also shows that in the circumferential direction between two stator windings 4 a given phase, for example, the phase U, in each case at least one stator winding 4 of a different phase, for example, the phase V or W is arranged.
  • two stator windings 4 of a phase form a pair of windings, wherein the two stator windings 4 of a pair of windings each have an opposite winding sense and between them exactly one stator winding 4 of another phase is arranged.
  • power losses can be reduced to a minimum and, at the same time, shaking forces can be minimized particularly well.
  • a stator winding 4 occupies two adjacent stator slots 3, respectively.
  • Stator teeth 8 are arranged between the individual stator slots 3. This means that around each second stator tooth 8, a stator winding 4 is wound.
  • This geometry is advantageous both in terms of manufacturing technology and in terms of magnetic flux guidance, but in principle it is also possible to wind a stator winding 4 around each stator tooth 8 so that the number of stator slots 3 coincides with the number of stator windings 4.
  • stator teeth 8 carry at their free end a head 9 whose width is greater at its end facing the secondary part 2 than at its end facing the primary part 5.
  • a stator tooth 8 of the drive machine 1 shown in FIG. 1 is shown in FIG.
  • the head 9 sits on a himself to his free end towards tapering, substantially trapezoidal tooth 8.
  • the head 9 itself is also trapezoidal. It is particularly favorable if the lateral surfaces of the head 9 extend to the nearest lateral surface of the tooth 8 at an angle ⁇ of 20 to 30 °, preferably 24 to 26 °.
  • the total number of permanent magnets and electrical windings used in an electric drive machine according to the invention vary widely, for example, because a plurality of adjacent permanent magnets together each form a secondary part magnetic pole facing the primary part and / or several windings together form a secondary part facing the secondary part magnetic pole, in the case of a rotary machine (electric motor), the primary part (stator) and the secondary part (rotor) have integral multiples of 24 or 38 (effective) magnetic poles facing each other on their circumference, - a plurality of magnetic poles respectively facing the other part in rows are arranged in the direction transverse to the predetermined path of movement of the secondary part.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

The invention describes a three-phase electrical drive machine comprising a stationary primary part (2) having a series of stator slots (3), in which stator windings (4) of the three phases (U, V, W) are arranged, with the result that a current flow through the stator windings (4) produces primary-part magnet poles, and a secondary part (5), which is capable of moving on a predetermined movement path in relation to the primary part (2) and on which permanent magnets (6) are arranged such that in each case one of their poles faces the primary part (2) and a series of secondary-part magnet poles results in the movement direction, wherein, owing to the interaction of the primary-part magnet poles, resulting from the current flow, with the secondary-part magnet poles, a movement of the secondary part (5) on the movement path is brought about. The invention provides for the ratio of the number of secondary-part magnet poles facing the primary part (2) to the number of primary-part magnet poles which are opposite them in a predetermined position of the secondary part (5) to be 19:12.

Description

Elektrische Antriebsmaschine Electric drive machine
Die Erfindung betrifft eine dreiphasige elektrische Antriebsmaschine umfassend ein statisches Primärteil mit einer Folge von Statornuten, in denen Statorwicklungen der drei Phasen angeordnet sind, so daß ein Stromfluß durch die Statorwicklungen Primärteil-Magnetpole erzeugt, und ein Sekundärteil, das auf einem vorgegebenen Bewe- gungsweg relativ zu dem Primärteil beweglich ist und auf dem Permanentmagnete so angeordnet sind, daß jeweils einer von deren Pole dem Primärteil zugewandt ist, und sich in Bewegungsrichtung eine Folge von Sekundärteil- Magnetpolen ergibt, wobei durch Wechselwirkung der aus dem Stromfluß resultierenden Primärteil-Magnetpole mit den Sekundärteil-Magnetpolen eine Bewegung des Sekundärteils auf dem Bewegungsweg bewirkt wird.The invention relates to a three-phase electric drive machine comprising a static primary part with a series of stator slots, in which stator windings of the three phases are arranged, so that a current flow through the stator windings generates primary part magnetic poles, and a secondary part, on a predetermined path of travel relative is movable to the primary part and are arranged on the permanent magnet so that each one of the poles facing the primary part, and in the direction of movement results in a series of secondary magnetic poles, wherein by interaction of the current flow resulting primary magnetic poles with the secondary part Magnetic poles a movement of the secondary part is effected on the movement path.
Derartige Antriebsmaschinen sind seit geraumer Zeit bekannt. Rotations-Antriebsmaschinen mit diesen Merkmalen sind insbesondere Drehfeldmotoren mit Dauermagnetisierung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Antriebe für Aufzüge sowie andere Anwendungen, bei denen gleichartige Anforderungen wie bei Aufzügen bestehen. Bei derartigen Antrieben sind Rüttelkräfte und Lastpulsa- tionsmomente seit langem ein Problem. Diese führen zu Leistungsverlusten, und störender Geräuschentwicklung. Bekannte Geräuschquellen in diesem Sinne sind insbesondere stromunabhängige Effekte und Rastmomente sowie stromabhängige Phänomene, die zu ungleichen Radial- und Tangentialkräften in der Maschine führen.Such drive machines have been known for some time. Rotary drive machines with these features are in particular rotating field motors with permanent magnetization. The invention relates in particular to drives for elevators and other applications in which similar requirements exist as elevators. In such drives, shaking forces and load pulsation moments have long been a problem. These lead to Power losses, and disturbing noise. Known noise sources in this sense are in particular current-independent effects and cogging torques as well as current-dependent phenomena that lead to unequal radial and tangential forces in the machine.
Im Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um eine gleichförmigere Kraftentwicklung zu erreichen und die Geräuschentwicklung zu minimieren. Beispielsweise können die Statorwicklungen überlappend in mehr als zwei Statornuten als sogenannte verteilte Wicklungen angeordnet werden. Um Statorzähne zwischen den einzelnen Statornuten sind dabei Windungen von verschiedenen Statorwicklungen gewickelt. Dies führt jedoch zu einem höheren elektrischen Gesamtwiderstand und damit zu einem reduzierten Wirkungsgrad der Antriebsmaschine.In the prior art, various measures are known to achieve a more uniform force development and to minimize the noise. For example, the stator windings can be arranged overlapping in more than two stator slots as so-called distributed windings. Windings of different stator windings are wound around stator teeth between the individual stator slots. However, this leads to a higher total electrical resistance and thus to a reduced efficiency of the prime mover.
Um Rüttelkräfte und Lastpulsationsmomente zu minimieren, ist es ferner bekannt, als Permanentmagnete Formmagnete, beispielsweise schalen- oder trapezförmige Magnete, zu verwenden. Zudem wird bei Antriebsmaschinen nach dem Stand der Technik als Sekundärteil ein Rotor verwendet, bei dem die Permanentmagnete in Magnetreihen angeordnet sind, die nicht achsparallel verlaufen, sondern unter einem kleinen Winkel von wenigen Grad schräg zu der Axialrichtung des Rotors ausgerichtet sind.In order to minimize jarring forces and Lastpulsationsmomente, it is also known to use as permanent magnets form magnets, such as cup or trapezoidal magnets. In addition, a rotor is used in drive machines according to the prior art as a secondary part, in which the permanent magnets are arranged in rows of magnets that do not run parallel to the axis, but are aligned at a small angle of a few degrees obliquely to the axial direction of the rotor.
Durch diese Maßnahmen läßt sich zwar eine Kompensation von Rüttelkräften und Lastpulsationsmomenten erreichen und die Geräuschentwicklung reduzieren, jedoch sind sie mit erheblichen Leistungsverlusten und insbesondere bei Verwendung von Formmagneten wesentlich erhöhten Herstellungskosten verbunden. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen besseren Weg aufzuzeigen, wie bei einer elektrischen Antriebsmaschine der eingangs genannten Art mit geringeren Leistungs- verlusten Rüttelkräfte, Lastpulsationsmomente und damit verbundene Geräuschquellen minimiert werden können.Although these measures can be a compensation of vibration forces and Lastpulsationsmomenten achieve and reduce the noise, but they are associated with significant power losses and in particular when using magnet shape significantly increased manufacturing costs. The object of the invention is therefore to show a better way, as in an electric drive machine of the type mentioned with lower power losses Rüttelkräfte, Lastpulsationsmomente and associated noise sources can be minimized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verhältnis der Anzahl der dem Primärteil zugewandten Sekundärteil-Magnetpole zu der Anzahl der ihnen in einer gegebenen Position des Sekundärteils gegenüberliegenden Primärteil -Magnetpole 19:12 beträgt.This object is achieved in that the ratio of the number of the primary part facing the secondary magnetic poles to the number of opposite them in a given position of the secondary primary part -Magnetpole 19:12.
Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß dieses Verhältnis optimal ist hinsichtlich Leistung und Kompen- sation von Geräuschquellen, insbesondere Rüttelkräften und Lastpulsationsmomenten. Bei einer erfindungsgemäßen Antriebsmaschine lassen sich Rüttelkräfte und Lastpulsationen weitgehend vermeiden, so daß auch ohne die Verwendung teuerer Formmagnete ein geräuscharmer Betrieb mög- lieh ist und die Vorteile geringer Herstellungskosten und geringer Leistungsverluste genutzt werden können. Dies ist umso überraschender als in der Literatur bisher davon ausgegangen wurde, daß es günstig ist, die Anzahl der Sekundärteil-Magnetpole und die Anzahl der Primärteil- Magnetpole so zu wählen, daß sich diese nur wenig, insbesondere nur um eins oder zwei, unterscheiden.In the context of the invention, it has been found that this ratio is optimal in terms of performance and compensation of noise sources, in particular shaking forces and load pulsation moments. In a drive machine according to the invention, shaking forces and load pulsations can be largely avoided, so that even without the use of expensive magnets form a low-noise operation is possible lent and the advantages of low manufacturing costs and low power losses can be used. This is all the more surprising as it has been assumed in the literature that it is favorable to choose the number of secondary magnetic poles and the number of primary magnetic poles Part that they differ only slightly, in particular only one or two.
Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß das angegebene Verhältnis nicht nur für Antriebsmaschinen optimal ist, bei denen das Sekundärteil ein Rotor ist, sondern auch bei Linearantrieben zu verbesserten Ergebnissen führt. Bei einem Linearantrieb ist selbstverständlich die Anzahl der Wicklungen des statischen Primärteils und folglich die Anzahl der Primärteil-Magnetpole prinzipiell nicht beschränkt und im wesentlichen nur durch den maximalen Verschiebeweg des beweglichen Sekundärteils bestimmt. In einer gegebenen Position des Sekundärteils liegt jedoch stets nur eine Teilmenge der insgesamt vor- handenen Primärteil-Magnetpole den Sekundärteil-Magnetpolen gegenüber. Das angegebene Verhältnis von 19:12 bezieht sich nur auf jene Primärteil -Magnetpole, die in einer gegebenen Position des Sekundärteils diesem gegenüberliegen und deshalb für die Kraftentwicklung der elek- trischen Maschine wirksam sind.In the context of the invention, it has been found that the stated ratio is not only optimal for drive machines in which the secondary part is a rotor, but also leads to improved results in linear drives. In a linear drive, of course, the number of windings of the static primary part and consequently the number of primary part magnetic poles in principle not limited and essentially determined only by the maximum displacement of the movable abutment. In a given position of the secondary part, however, only a subset of the total of the existing primary part magnetic poles is always opposite the secondary part magnetic poles. The stated ratio of 19:12 refers only to those primary magnetic poles which, in a given position of the secondary part, oppose it and are therefore effective for the power development of the electric machine.
Eine geräuscharme Antriebsmaschine mit geringen Leistungsverlusten der eingangs genannten Art läßt sich insbesondere auch dadurch erreichen, daß mindestens zwei Statorwicklungen mindestens einer Phase einen entgegengesetzten Wicklungssinn haben. Eine derartige Maschine stellt einen weiteren Aspekt der Erfindung dar, der bei beliebiger Anzahl der Primärteil- und Sekundärteil- Magnetpole eine eigenständige Bedeutung hat.A low-noise engine with low power losses of the type mentioned above can be achieved in particular by the fact that at least two stator windings at least one phase have an opposite sense of winding. Such a machine represents a further aspect of the invention, which has an independent meaning in any number of primary and secondary magnetic poles.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Die darin dargestellten Besonderheiten können einzeln oder in Kombina- tion verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen zu schaffen. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the accompanying figures. The features illustrated therein may be used singly or in combination to provide preferred embodiments. Show it:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßenFig. 1 shows an embodiment of an inventive
Antriebsmaschine im Querschnitt (ohne Stator- Wicklungen) ;Drive machine in cross section (without stator windings);
Fig. 2 die Verschaltung der Statorwicklungen des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.Fig. 2 shows the interconnection of the stator windings of the embodiment shown in Figure 1.
Fig. 3 einen Statorzahn des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels . Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebsmaschine 1 eine Synchronmaschine, die zur Vereinfachung ohne Statorwicklungen dargestellt ist. Die Sta- torwicklungen 4 und ihre Verschaltung sind in Figur 2 dargestellt. Die Antriebsmaschine 1 umfaßt ein statisches Primärteil 2 mit einer Folge von 48 Statornuten 3. Wie Figur 2 zeigt, sind in den Statornuten 3 Statorwicklungen 4 der drei Phasen U, V, W als konzentrierte Wicklungen angeordnet. Dies bedeutet, daß im wesentlichen sämtliche Windungen einer Wicklung 4 um einen einzigen Statorzahn 8 gewickelt sind und benachbarte Wicklungen 4 nicht überlappen. Bevorzugt sind alle Windungen einer gegebenen Wicklung 4 um einen einzigen Statorzahn 8 gewickelt. Hin- sichtlich der erzeugten Magnetfelder ergeben sich jedoch praktisch keine Unterschiede, wenn einige wenige Windungen einer Statorwicklung 4, beispielsweise drei von hundert, um einen zweiten Statorzahn 8 gewickelt sind, der eine benachbarte Wicklung 4 trägt, so daß auch derartige Fälle als konzentrierte Wicklungen angesehen werden können.Fig. 3 is a stator tooth of the embodiment shown in Fig. 1. FIG. 1 shows, as an exemplary embodiment of an electric drive machine 1, a synchronous machine which, for the sake of simplicity, is shown without stator windings. The stator windings 4 and their interconnection are shown in FIG. The prime mover 1 comprises a static primary part 2 with a sequence of 48 stator slots 3. As shown in FIG. 2, stator windings 4 of the three phases U, V, W are arranged as concentrated windings in the stator slots 3. This means that substantially all windings of a winding 4 are wound around a single stator tooth 8 and adjacent windings 4 do not overlap. Preferably, all turns of a given winding 4 are wound around a single stator tooth 8. However, with respect to the generated magnetic fields, there are practically no differences when a few turns of a stator winding 4, for example three out of one hundred, are wound around a second stator tooth 8 carrying an adjacent winding 4, so that even such cases are considered as concentrated windings can be.
Die einzelnen Wicklungen 4 der Phase U sind jeweils in Reihe geschaltet und bilden einen Wicklungsstrang. In entsprechender Weise sind auch die Wicklungen 4 der Phasen V, W jeweils in Reihe geschaltet. Die Leitungen der Phasen U, V, W sind auf Kreisen um das Primärteil 2 herum gezeichnet. Zur Verdeutlichung ist in Figur 2 die Zugehörigkeit der einzelnen Wicklungen 4 zu den Phasen U, V, W zusätzlich durch die entsprechenden Buchstaben gekennzeichnet. Auf dem äußersten Kreis sind Leitungen der Phase U gestrichelt dargestellt. Auf einem mittleren Kreis sind Leitungen der Phase V mit durchgezogenen Linien und auf dem innersten Kreis Leitungen der Phase W gestrichelt dargestellt. Möglich ist es aber auch, einige oder alle Wicklungen 4 einer Phase U, V, W parallel zu schalten.The individual windings 4 of the phase U are each connected in series and form a winding strand. In a corresponding manner, the windings 4 of the phases V, W are each connected in series. The lines of the phases U, V, W are drawn on circles around the primary part 2 around. For clarity, in Figure 2, the affiliation of the individual windings 4 to the phases U, V, W additionally characterized by the corresponding letters. On the outermost circle lines of the phase U are shown in dashed lines. On a middle circle, lines of phase V are shown with solid lines and on the innermost circle lines of phase W are shown in phantom. It is also possible, some or to switch all windings 4 of a phase U, V, W in parallel.
Die dargestellte Antriebsmaschine ist eine Innenläufer- Maschine. Das Primärteil 2 umgibt ein als Rotor ausgebildetes Sekundärteil 5, das auf einem vorgegebenen Bewegungsweg, nämlich rotierend um die gemeinsame Achse der Teile 2,5, relativ zu dem Primärteil 2 beweglich ist. Auf dem Sekundärteil 5 sind quaderförmige Permanentmagnete 6 so angeordnet, daß jeweils ein Pol der Permanentmagnete 6 dem Primärteil 2 zugewandt ist. Die Permanentmagnete 6 sind also radial, bezogen auf die Rotationsachse, magne- tisiert. In Bewegungsrichtung ergibt sich auf diese Weise eine alternierende Folge von Sekundärteil-Magnetpolen. Durch Wechselwirkung der aus einem Stromfluß durch die Statorwicklungen 4 resultierenden Primärteil-Magnetpole mit den Sekundärteil -Magnetpolen wird eine Bewegung des Sekundärteils 5, nämlich eine Rotation, auf dem Bewegungsweg bewirkt. Auf diese Weise wird ein Drehmoment erzeugt, das von dem Sekundärteil 5 auf eine Welle übertragen wird, die mit einer Feder in eine Nut 7 des Sekundärteils 5 eingreift.The illustrated prime mover is an internal rotor machine. The primary part 2 surrounds a secondary part 5 designed as a rotor, which is movable relative to the primary part 2 on a predetermined path of movement, namely rotating about the common axis of the parts 2, 5. On the secondary part 5 cuboid permanent magnets 6 are arranged so that in each case one pole of the permanent magnets 6 faces the primary part 2. The permanent magnets 6 are therefore radially magnetized relative to the axis of rotation. In the direction of motion results in this way an alternating sequence of secondary magnetic poles. By interaction of the primary part magnetic poles resulting from a current flow through the stator windings 4 with the secondary part magnetic poles, a movement of the secondary part 5, namely a rotation, is effected on the movement path. In this way, a torque is generated, which is transmitted from the secondary part 5 to a shaft which engages with a spring in a groove 7 of the secondary part 5.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Perma- nentmagnete 6 auf dem Sekundärteil 5 in Magnetreihen fluchtend angeordnet, die in dessen Axialrichtung verlaufen. Das Verhältnis der Anzahl der dem Primärteil 2 zugewandten Sekundärteil -Magnetpole zu der Anzahl der ihnen gegenüberliegenden Primärteil-Magnetpole beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 19:12. Besonders leistungsstark und geräuscharm sind Innenläufer- Synchronmaschinen, bei denen jeweils achtunddreißig dem Primärteil 2 zugewandten Sekundärteil -Magnetpolen vierundzwanzig Primärteil-Magnetpole gegenüber liegen. Bei der in Figur 2 dargestellten Synchronmaschine 1 liegen insgesamt vierundzwanzig Statorwicklungen 4, also vierundzwanzig Primärteil-Magnetpolen, insgesamt achtunddreißig Sekundärteil -Magnetpole gegenüber.In the illustrated embodiment, the permanent magnets 6 are arranged in alignment on the secondary part 5 in rows of magnets which extend in its axial direction. The ratio of the number of primary part 2 facing the secondary part magnetic poles to the number of primary magnetic poles opposite them is 19:12 in the illustrated embodiment. Especially powerful and quiet are internal rotor synchronous machines in which each thirty-eight primary part 2 facing secondary magnetic poles are opposite twenty-four primary part magnetic poles. In the case of the synchronous machine 1 shown in FIG a total of twenty-four stator windings 4, that is twenty-four primary magnetic poles, totaling thirty-eight secondary magnetic poles.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist, daß die Anzahl der Primärteil -Magnetpole zwar im Regelfall mit der Anzahl der Magnetreihen (d.h. der Anzahl der in einer Querschnittsebene, wie in Figur 1 dargestellt, angeordnete Permanentmagnete 6) übereinstimmt, dies jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß. Haben benachbarte Magnetreihen, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, jeweils eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung, so stimmt die Anzahl der Magnetpole mit der Anzahl der Magnetreihen überein. Hinsichtlich der Geometrie des erzeugten Magnetfeldes läßt sich jedoch dasselbe Ergebnis beispielsweise dadurch erreichen, daß doppelt so viele Magnetreihen verwendet werden, die jeweils nur halb so breit sind, wobei zwei benachbarte Magnetreihen jeweils einen Magnetpol bilden, d.h. jeweils beide mit ihrem Nordpol radial auswärts oder jeweils beide mit ihremIt is important in this context that, although the number of primary magnetic poles usually coincides with the number of magnet rows (ie the number of permanent magnets 6 arranged in a cross-sectional plane as shown in FIG. 1), this does not necessarily have to be the case , Have adjacent rows of magnets, as in the illustrated embodiment, each having an opposite direction of magnetization, the number of magnetic poles coincides with the number of magnet rows. However, with respect to the geometry of the generated magnetic field, the same result can be achieved, for example, by using twice as many rows of magnets, each half as wide, with two adjacent rows of magnets each forming a magnetic pole, i. both with their north pole radially outward or both with their
Nordpol radial einwärts ausgerichtet sind. Deswegen ist die Wirkung nicht von der Anzahl der Magnete, sondern von der Anzahl der von diesen gebildeten dem jeweils anderen Teil zugewandten Magnetpole abhängig.North Pole are aligned radially inwardly. Therefore, the effect is not dependent on the number of magnets but on the number of magnetic poles formed by them and facing the other part.
Zur Minimierung von Rüttelkräften und Lastpulsationsmo- menten ist es günstig, wenn mindestens zwei Statorwicklungen 4 mindestens einer Phase einen entgegengesetzten Wicklungssinn haben. In Figur 2 ist der Wicklungssinn der Statorwicklungen 4 jeweils durch die Buchstaben L bzw. R bezeichnet . Jeweils die Hälfte der Statorwicklungen 4 einer Phase haben einen ersten Wicklungssinn L und die andere Hälfte einen entgegengesetzten Wicklungssinn R. Dies bedeutet, daß jeweils eine Hälfte der Statorwicklun- gen 4 im Uhrzeigersinn und die andere Hälfte entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelt ist.To minimize vibration forces and Lastpulsationsmo- elements, it is advantageous if at least two stator windings 4 at least one phase have an opposite sense of winding. In Figure 2, the winding sense of the stator windings 4 is indicated by the letters L and R. In each case half of the stator windings 4 of one phase have a first winding sense L and the other half have an opposite winding sense R. This means that in each case one half of the stator windings 4 in a clockwise direction and the other half in an anti-clockwise direction.
Figur 2 zeigt auch, daß in Umfangsrichtung zwischen zwei Statorwicklungen 4 einer gegebenen Phase, beispielsweise der Phase U, jeweils mindestens eine Statorwicklung 4 einer anderen Phase, beispielsweise der Phase V oder W angeordnet ist. Jeweils zwei Statorwicklungen 4 einer Phase bilden dabei ein Wicklungspaar, wobei die beiden Statorwicklungen 4 eines Wicklungspaares jeweils einen entgegengesetzten Wicklungssinn haben und zwischen ihnen genau eine Statorwicklung 4 einer anderen Phase angeordnet ist. Auf diese Weise können Leistungsverluste auf ein Minimum reduziert werden und zugleich Rüttelkräfte beson- ders gut minimiert werden.Figure 2 also shows that in the circumferential direction between two stator windings 4 a given phase, for example, the phase U, in each case at least one stator winding 4 of a different phase, for example, the phase V or W is arranged. In each case, two stator windings 4 of a phase form a pair of windings, wherein the two stator windings 4 of a pair of windings each have an opposite winding sense and between them exactly one stator winding 4 of another phase is arranged. In this way, power losses can be reduced to a minimum and, at the same time, shaking forces can be minimized particularly well.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel belegt eine Statorwicklung 4 jeweils zwei benachbarte Statornuten 3. Zwischen den einzelnen Statornuten 3 sind jeweils Stator- zahne 8 angeordnet. Dies bedeutet, daß um jeden zweiten Statorzahn 8 eine Statorwicklung 4 gewickelt ist. Diese Geometrie ist sowohl fertigungstechnisch als auch und hinsichtlich der magnetischen Flußführung vorteilhaft, jedoch ist es prinzipiell auch möglich, um jeden Stator- zahn 8 eine Statorwicklung 4 zu wickeln, so daß die Anzahl der Statornuten 3 mit der Anzahl der Statorwicklungen 4 übereinstimmt.In the illustrated embodiment, a stator winding 4 occupies two adjacent stator slots 3, respectively. Stator teeth 8 are arranged between the individual stator slots 3. This means that around each second stator tooth 8, a stator winding 4 is wound. This geometry is advantageous both in terms of manufacturing technology and in terms of magnetic flux guidance, but in principle it is also possible to wind a stator winding 4 around each stator tooth 8 so that the number of stator slots 3 coincides with the number of stator windings 4.
Für eine optimale magnetische Flußführung ist es ferner günstig, wenn die Statorzähne 8 an ihrem freien Ende einen Kopf 9 tragen, dessen Breite an seinem dem Sekundärteil 2 zugewandten Ende größer als an seinem dem Primärteil 5 zugewandten Ende ist. Ein Statorzahn 8 der in Figur 1 dargestellten Antriebsmaschine 1 ist in Figur 3 dargestellt. Der Kopf 9 sitzt auf einem sich zu seinem freien Ende hin verjüngenden, im wesentlichen trapezförmigen Zahn 8. Der Kopf 9 selbst ist ebenfalls trapezförmig. Besonders günstig ist es, wenn die seitlichen Flächen des Kopfes 9 zu der nächstliegenden seitlichen Flä- che des Zahns 8 unter einem Winkel α von 20 bis 30°, bevorzugt 24 bis 26°, verlaufen.For optimum magnetic flux guidance, it is also advantageous if the stator teeth 8 carry at their free end a head 9 whose width is greater at its end facing the secondary part 2 than at its end facing the primary part 5. A stator tooth 8 of the drive machine 1 shown in FIG. 1 is shown in FIG. The head 9 sits on a himself to his free end towards tapering, substantially trapezoidal tooth 8. The head 9 itself is also trapezoidal. It is particularly favorable if the lateral surfaces of the head 9 extend to the nearest lateral surface of the tooth 8 at an angle α of 20 to 30 °, preferably 24 to 26 °.
Bei der beschriebenen Antriebsmaschine handelt es sich um eine Innenläufer-Synchronmaschine, die insbesondere für Aufzüge geeignet ist und die ein besonders wichtigerIn the described drive machine is an internal rotor synchronous machine, which is particularly suitable for elevators and a particularly important
Anwendungsfall der Erfindung ist. Wie bereits dargelegt, sind zahlreiche Varianten der erfindungsgemäßen Lehre möglich, wobei diese insbesondere auch bei Linearantrieben sowie bei Außenläufer-Rotationsmotoren eingesetzt werden kann.Application of the invention. As already explained, numerous variants of the teaching according to the invention are possible, and this can also be used in particular for linear drives and for external rotor rotary motors.
Dabei kann die Gesamtzahl der in einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsmaschine verwendeten Permanentmagnete und elektrischen Wicklungen in großem Umfang variieren, beispielsweise weil mehrere benachbarte Permanentmagnete gemeinsam je einen dem Primärteil zugewandten Sekundärteil-Magnetpol und/oder mehrere Wicklungen gemeinsam einen dem Sekundärteil zugewandten Primärteil -Magnetpol bilden, - im Falle einer Rotationsmaschine (Elektromotor) das Primärteil (Stator) und das Sekundärteil (Rotor) auf ihrem Umfang ganzzahlige Vielfache von 24 bzw. 38 dem jeweils anderen Teil zugewandte (wirksame) Magnetpole aufweisen, - eine Mehrzahl von jeweils dem anderen Teil zugewandten Magnetpolen reihenförmig in Richtung quer zu dem vorgegebenen Bewegungsweg des Sekundärteils angeordnet sind. Jedenfalls ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis der einander zugewandten Magnetpole der beiden Teile, deren Wechselwirkung den Antrieb bewirkt, in dem angegebenen Verhältnis steht . Ihr Abstand in der Bewegungsrichtung steht dann im umgekehrten Verhältnis. In this case, the total number of permanent magnets and electrical windings used in an electric drive machine according to the invention vary widely, for example, because a plurality of adjacent permanent magnets together each form a secondary part magnetic pole facing the primary part and / or several windings together form a secondary part facing the secondary part magnetic pole, in the case of a rotary machine (electric motor), the primary part (stator) and the secondary part (rotor) have integral multiples of 24 or 38 (effective) magnetic poles facing each other on their circumference, - a plurality of magnetic poles respectively facing the other part in rows are arranged in the direction transverse to the predetermined path of movement of the secondary part. In any case, it is advantageous if the ratio of the mutually facing magnetic poles of the two parts whose interaction causes the drive is in the specified ratio. Their distance in the direction of movement is then in inverse proportion.

Claims

Ansprüche claims
1. Dreiphasige elektrische Antriebsmaschine umfassend ein statisches Primärteil (2) mit einer Folge von Statornuten (3), in denen Statorwicklungen (4) der drei Phasen (U, V, W) angeordnet sind, so daß ein Stromfluß durch die Statorwicklungen (4) Primärteil- Magnetpole erzeugt, und ein Sekundärteil (5) , das auf einem vorgegebenen Bewegungsweg relativ zu dem Primärteil (2) beweglich ist und auf dem Permanentmagnete (6) so angeordnet sind, daß jeweils einer von deren Polen dem Primärteil (2) zugewandt ist und sich in Bewegungsrichtung eine Folge von Sekundärteil -Magnetpolen ergibt, wobei durch Wechselwirkung der aus dem Stromfluß resultierenden Primärteil -Magnetpole mit den Sekundärteil-Magnetpolen eine Bewegung des Sekundärteils (5) auf dem Bewegungsweg bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Anzahl der dem Primärteil (2) zugewandten Sekundärteil-Magnetpole zu der Anzahl der ihnen in einer gegebenen Position des Sekundärteils (5) gegenüberliegenden Primärteil -Magnetpole 19:12 beträgt .1. A three-phase electric drive machine comprising a static primary part (2) with a series of Statornuten (3) in which stator windings (4) of the three phases (U, V, W) are arranged, so that a current flow through the stator windings (4) Primary part generates magnetic poles, and a secondary part (5) which is movable in a predetermined path relative to the primary part (2) and on the permanent magnet (6) are arranged so that each one of the poles of the primary part (2) faces and in the direction of movement results in a sequence of secondary magnetic poles, wherein by interaction of the current flow resulting from the primary magnetic poles with the secondary magnetic poles a movement of the secondary part (5) is effected on the path of movement, characterized in that the ratio of the number of the secondary part magnetic poles facing the primary part (2) are opposite to the number of them in a given position of the secondary part (5) the primary part is magnetic poles 19:12.
2. Antriebsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Statorwicklungen (4) mindestens einer Phase (U, V, W) einen entgegengesetzten Wicklungssinn (L, R) haben. 2. Drive machine according to the preamble of claim 1, characterized in that at least two stator windings (4) at least one phase (U, V, W) have an opposite sense of winding (L, R).
3. Antriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen drei Phasen (U, V, W) jeweils mindestens zwei Statorwicklungen (4) einen entgegen- gesetzten Wicklungssinn (R, L) haben.3. Drive machine according to claim 2, characterized in that in all three phases (U, V, W) in each case at least two stator windings (4) have an opposite winding sense (R, L).
4. Antriebsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Hälfte der Statorwicklungen (4) einer Phase (U, V, W) einen ersten Wick- lungssinn (R, L) und die andere Hälfte einen entgegengesetzten Wicklungssinn (L, R) hat.4. Drive machine according to claim 2 or 3, characterized in that in each case one half of the stator windings (4) of one phase (U, V, W) a first winding sense (R, L) and the other half an opposite winding sense (L, R) has.
5. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangs- richtung zwischen zwei Statorwicklungen (4) einer gegebenen Phase (U, V, W) jeweils mindestens eine Statorwicklung (4) einer anderen Phase (U, V, W) angeordnet ist .5. Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that in the circumferential direction between two stator windings (4) of a given phase (U, V, W) in each case at least one stator winding (4) of a different phase (U, V, W) is arranged.
6. Antriebsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Statorwicklungen (4) einer Phase (U, V, W) ein Wicklungspaar bilden, wobei die beiden Statorwicklungen (4) eines Wicklungspaares jeweils einen entgegengesetzten Wicklungssinn (R, L) haben und zwischen ihnen genau eine Statorwicklung (4) einer anderen Phase (U, V, W) angeordnet ist.6. Drive machine according to claim 5, characterized in that in each case two stator windings (4) of a phase (U, V, W) form a pair of windings, wherein the two stator windings (4) of a pair of windings each have an opposite winding sense (R, L) and between them exactly one stator winding (4) of another phase (U, V, W) is arranged.
7. Antriebstnaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundär- teil (5) ein Rotor ist, und jeweils 38 dem Primärteil zugewandten Sekundärteil-Magnetpolen 24 Primärteil- Magnetpole gegenüberliegen.7. Antriebstnaschine according to any one of the preceding claims, characterized in that the secondary part (5) is a rotor, and each 38 facing the primary part secondary magnetic poles 24 are arranged opposite primary magnetic poles.
8. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Statornuten (3) Statorzähne (8) angeordnet sind, die an ihrem freien Ende einen Kopf (9) tragen, dessen Breite an seinem dem Sekundärteil (5) zugewandten Ende größer als an seinem dem Primärteil (2) zuge- wandten Ende ist.8. Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that between the Statornuten (3) Statorzähne (8) are arranged, which carry at its free end a head (9) whose width at its the secondary part (5) facing end is greater than at its the primary part (2) end facing.
9. Antriebsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (9) einen trapezförmigen Querschnitt hat.9. Drive machine according to claim 8, characterized in that the head (9) has a trapezoidal cross-section.
10. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (6) quaderförmig sind.10. Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (6) are cuboid.
11. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Synchronmaschine ist.11. Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that it is a synchronous machine.
12. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklungen (4) als konzentrierte Wicklungen ausgeführt sind.12. Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the stator windings (4) are designed as concentrated windings.
13. Antriebsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärteil (2) das Sekundärteil (5) umgibt.13. Drive machine according to one of the preceding claims, characterized in that the primary part (2) surrounds the secondary part (5).
14. Verwendung einer Antriebsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen Aufzug. 14. Use of a drive machine (1) according to one of the preceding claims for an elevator.
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