NO305190B1 - Elektrisk maskin - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrisk maskin, særlig en strømrettermatet synkronmaskin i henhold til transversalfluksprinsippet og som angitt i innledningen til patentkrav 1. En maskin som er oppbygget i samsvar med denne virkemåte er kjent fra DE-patent nr. 37 05 089.

Det såkalte transversalfluksprinsipp beror på det forhold at mangnetiseringen av statorfeltet ikke finner sted i maskinens lengderetning, nemlig parallelt med rotorens dreieakse, men i stedet i omfangsretningen, hvilket vil si i bevegelsesretningen under rotorens omdreiningsbevegelse. Rotoren omfatter da minst en polstruktur bestående av to innbyrdes inntilliggende rekker av permanentmagneter som langs omfangsretningen er magnetisert vekselvis i den ene og annen retning, samt mellomliggende bløtjerns-elementer, idet de to magnetrekker er innbyrdes adskilt av et mellomlegg av magnetisk og elektrisk ikke-ledende material. Denne polstruktur har i prinsippet en trommel-lignende utforming.

Statoren består hovedsakelig av to deler, nemlig en ytterstator anordnet radialt på utsiden av polstrukturen og en innerstator anordnet radialt på innsiden av polstrukturen. Hver av statordelene oppviser ankerelementer av bløtt jern og som hovedsakelig er utført i U-form, hvis åpne grenender over en luftspalte befinner seg rett overfor rotorens magneter, henholdsvis radialt innenfra og radialt utenfra. For magnetisering oppviser denne kjente maskin for hver statordel en ringvikling som forløper i omfangsretningen.

Ved hjelp av denne anordning som kjennetegnes ved enkel viklingsoppbygning samt en magnetisk fluksretning på tvers av bevegelsesretningen, er det mulig å oppnå høy krafttetthet, særlig når det velges liten poldeling. De elektriske tilledninger til de to ringviklinger på statorhalvdelene må imidlertid føres gjennom ankerelementene. For bortføring av den varme som utvikles i viklingene står likeledes bare mellomrommet mellom ankerelementene til disposisjon. Ved innerstatoren er imidlertid avstandene mellom ankerelementene vesentlig mindre enn ved ytterstatoren med samme poltall og mindre radius. Plassforholdene er derfor særlig ugunstige ved innerstatoren, hvilket fører til problemer med hensyn til utformingen av ledningsføringen, viklingsoppbyggingen og innerstatorens montering.

Det er da et formål for oppfinnelsen å forbedre viklingsoppbygningen og magnetiseringen for en elektrisk maskin av innledningsvis angitt art, således at ledningsføringen, varmebortføringen og monteringen gjøres lettere.

Dette oppnås i henhold til det karakteriserende særtrekk i patentkrav 1 ved at statorens magnetisering konsentreres i en eneste ringvikling som forløper i omfangsretningen, idet denne eneste ringvikling bare er anbragt på denne ene av de to statorhalvdeler. Den annen statorhalvdel er da fri for ringvikling og derved ikke magnetisk aktiv. Denne statorhalvdel danner da en magnetisk kortslutning mellom de to permanentmagnetrekker i rotorens polstruktur. Denne utførelse medfører en betydelig forenkling av maskinens viklingsoppbygning samt en betraktelig forenklet montering, sammen med øket driftssikkerhet, særlig med hensyn til isolasjonens bestandighet ved den forventede varmebelastning.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i underkravene. Særlig fordelaktig er det å anbringe den eneste ringvikling i ytterstatoren, således at innerstatoren kan være fri for vikling. I henhold til krav 3 er da ankerelementene på den viklingsfrie statordel utformet som ombøyde kortslutningselementer, særlig som lamellblikkjerne, samt anordnet med en innbyrdes avstand i omfangsretningen som tilsvarer den dobbelte poldeling på rotorens polstruktur. I henhold til patentkrav 4 er ankerelementene på den statordel som opptar ringviklingen også utformet som lamellblikkjerne, som med U-form omslutter ringviklingen på tre sider. I henhold til patentkrav 5 kan rotoren oppvise to polstrukturer som er symmetrisk anordnet på hver sin side av den midtre skive, idet de to tilhørende statorer er oppbygget slik at de tilhørende eneste ringviklinger er anordnet i tilsvarende statordeler, altså enten på innerstatoren eller fortrinnsvis på ytterstatoren. Dette konstruksjonstrekk sikrer at maskinen løper rolig og svingningsfritt.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt gjennom den elektriske maskin, og fig. 2 viser skjematisk et oppriss av rotor-polstrukturen og de statorelementer som

omgir denne.

Den maskin som er skjematisk vist i snitt i fig. 1 omfatter et statorhus 1, hvori en rotor 2 med sin aksel 3 er dreibart opplagret. Rotoren består av en midtskive 4 på hvis ytre område og symmetrisk på begge sider koaksialt med dreieaksen for aksen 3, det er anordnet to polstrukturer 12. Disse polstrukturer omfatter permanentmagneter 13, som er anordnet i to rekker i omfangsretningen og slik at elementer ved siden av hverandre oppviser forskjellig polaritet og er adskilt av bløtjernselementer 14, idet samtlige deler er skilt fra hverandre av elektrisk og magnetisk ikke-ledende material, fortrinnsvis plastmaterial 15.

Ved sin innleiring i plastmaterial danner skiven 4 sammen med polstrukturen 12 samt magnetene 13 og bløtjernselementene 14 (vist i fig. 2) et i seg selv avstivet dreielegeme. Polstrukturen 12 befinner seg imidlertid adskilt over en luftspalt 11, rett overfor en stator 5, som utgjøres av en radialt utenforliggende ytterstator 6 og en radialt innenforliggende innerstator 7. Ytterstatoren 6 omfatter U-formet utførte ankerelementer 9 hvis åpne grenender befinner seg rett overfor permanentmagnetene 13 i rotorens polstruktur 12. Innenfor grenendene av ankerelementene 9 befinner det seg, omsluttet på tre sider, en ringvirkning 8 som forløper i omfangsretningen. Innerstatoren 7 er fri for ringvikling og danner mellom permanentmagnetene 13, på deres radiale innside, en magnetisk kortslutning for stator-magnetiseringen, nemlig i et radialt plan (transversalfluksprinsippet).

Fig. 2 viser i skjematisk oppriss og i utstrukket stilling et utsnitt av rotorens polstruktur 12 og de statordeler 6, 7 som omgir denne. Her er også vist de to rekker av permanentmagneter som er anordnet bak hverandre, samt bløtjernselementene 14, som alle holdes sammen ved hjelp av et magnetisk og elektrisk ikke-ledende skillesjikt 15 i omfangsretningen. Permanentmagnetene 13 i den ene rekke er polrettet i forskjellig retning fra magnetene i den annen rekke således at det opptrer en magnetisk fluksretning i samsvar med retningspilen P. De to rekker av permanentmagneter 13 med bløtjerns-elementer 14 er også på tvers av omfangsretningen innbyrdes adskilt av magnetisk og elektrisk ikke-ledende material, fortrinnsvis kunststoff (ikke vist), men er likevel bærende forbundet med hverandre.

Videre bør det bemerkes at ytterstatoren 6 oppviser anker-elementer 9 av bløtt jern og som er anordnet med innbyrdes avstand 2T i omfangsretningen. Ankerelementene 9 er utført som lamellblikkjemer 10, altså sammensatt av tynnblikk. Dette gjelder også ankerelementene på innerstatoren som er anordnet radialt på innsiden av polstrukturen 12, slik som vist i fig. 1. Ankerelementene 9 på ytterstatoren er overfor innerstatorens ankerelementer forskjøvet med poldelingen T i omfangsretningen. Poldelingen T er gitt ved tykkelsen av permanentmagnetene 3 og bløtjernselementene 14 samt de tilhørende isolasjonsskjikt 15.

Også ankerelementene på innerstatoren 7 er anordnet i innbyrdes avstand med dobbel

poldeling T, hvilket ved den mindre radius for ankerelementene på innerstatoren tilsvarer en mindre absoluttverdi av mellomrommet. Det er da en fordel å anordne ringviklingen 8 på ytterstatoren 6, således at de elektriske tilledninger 16 til denne ringvikling fortrinnsvis kan føres inn gjennom det radialt ytre område mellom ankerelementene 9. På denne

måte er det mulig å utføre maskinen med små verdier for poldelingen T, og dermed høye krafttettheter. Videre unngås det med denne utførelse monteringsvanskeligheter, komplisert viklingsoppbygning på innerstatoren samt høy varmebelastning.

Claims (5)

1. Elektrisk maskin, særlig strømrettermatet synkronmaskin med følgende konstruksjonstrekk: a) en rotor (2) som omfatter en rotorakse (3) opplagret i et statorhus (1) og påført en dreiestivt festet, sirkelrund midtre skive (4), som har hovedsaklig radial utstrekning og på hvis radialt ytre omkrets det er anordnet minst en ringformet polstruktur (12) koaksialt med rotorens dreieakse, b) hver polstruktur (12) omfatter, ved siden av hverandre og innbyrdes adskilt av mellomlegg av magnetisk og elektrisk ikke-ledende material, to rekker av omvekslende magnetiserte permanentmagneter (13) langs omkretsretningen og med mellomliggende bløtjernselementer (14), c) hver polstruktur (12) på rotoren (2) befinner seg rett overfor en stator (5) som består av to deler, nemlig en ytterstator (6) anordnet radialt på utsiden av polstrukturen (12) og en innerstator (7) radialt på innsiden av polstrukturen (12), d) magnetiseringen av statoren (5) finner sted ved hjelp av en ankervikling og hver statordel (6, 7) omfatter ankerelementer (9) som hovedsakelig er utført i U-form og er vendt med sine åpne grenender mot rotorens polstruktur (12),karakterisert vedat: e) magnetiseringen av statorens ankerelementer (9) er konsentrert til en eneste ringvikling (8) i en av de to statordeler (ytterstator 6, innerstator 7), mens den annen statordel er helt fri for magnetiseringsvikling.

2. Elektrisk maskin som angitt i krav 1, karakterisert vedat ringviklingen (8) er anbragt på ytterstatoren (6).

3. Elektrisk maskin som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedat den viklingsfrie statordel oppviser blikkformede kortslutningselementer som er utformet som lamellbåndkjerner (10) samt anordnet med en avstand i omfangsretningen som tilsvarer den dobbelte poldeling (T) på rotorens polstruktur.

4. Elektrisk maskin som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert vedat den statordel som opptar ringviklingen (8), oppviser som ankerelementer og med utstrekning i omfangsretningen, en rekke av laminerte blikkjemer (10) som omslutter ringviklingen (8) U-formet på tre sider.

5. Elektrisk maskin som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert vedat rotoren oppviser symmetrisk anordnet på hver sin side av den midtre skive (4), polstrukturer (12), mens de to tilhørende statorer (5) begge er oppbygget slik at de har sin eneste ringvikling (8) anordnet på samme statordel (6).