WO1990009697A1 - Permanentmagneterregte elektrische maschine - Google Patents

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WO1990009697A1
WO1990009697A1 PCT/DE1990/000023 DE9000023W WO9009697A1 WO 1990009697 A1 WO1990009697 A1 WO 1990009697A1 DE 9000023 W DE9000023 W DE 9000023W WO 9009697 A1 WO9009697 A1 WO 9009697A1
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WO
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pole
machine according
permanent magnets
rings
segments
Prior art date
Application number
PCT/DE1990/000023
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English (en)
French (fr)
Inventor
Siegfried Schustek
Dieter Schieber
Helmut HÄRER
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO1990009697A1 publication Critical patent/WO1990009697A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/125—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets having an annular armature coil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/12—Transversal flux machines

Definitions

  • the invention relates to a permanent magnet-excited electrical machine, in particular a converter-fed synchronous machine, of the type defined in the preamble of claim 1.
  • Such electrical machines are characterized by high power density and can be used in a variety of ways, e.g. as wheel hub drives in motor vehicles, as direct drives of handling machines, as steering aids or as generators, for example in motor vehicles.
  • the pole elements are U-shaped and individually placed at a distance from one pole pitch over the winding strand of the outer and inner stator that each winding strand on three Is surrounded by the pole elements and the free end faces of the U-legs forming the pole faces face the permanent magnets arranged in the rotor at the useful air gap.
  • Additional yoke elements made of soft iron are inserted between the pole elements, over which the winding strand is guided. During assembly, the yoke elements must be used individually and the pole elements placed over the winding strands. The manufacturing process is therefore extremely complex and not very suitable for industrial production.
  • the electrical machine according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it can be manufactured industrially better and more efficiently.
  • the magnetic circuit of the electrical machine has a significantly lower magnetic voltage drop, since the full cross-section in the circumferential direction is used for the magnetically highly stressed regions of the pole elements of the stator and these can be made of magnetically highly conductive material.
  • the yoke ring is constructed from sheet metal lamellae which are held together by means of an annular clamp.
  • the sheet metal fins are arranged one behind the other in the axial direction.
  • An insulating layer is present between their side edges encompassed by the annular clip and the clip. In general, an oxide layer on the inner wall of the clip is sufficient as an insulating layer. For higher insulation requirements, the inside surface of the clip is coated with insulating varnish.
  • the laminated pole rings with molded pole teeth are produced by punching elongated sheet metal strips and upright rolling the punched sheet metal cuts.
  • the width of the pole teeth measured in the circumferential direction is approximately half the pole pitch.
  • the yoke ring and the pole rings therefore have a common contact surface which is approximately twice as large as the end surface of the pole teeth at the useful air gap.
  • the magnetic voltage drop at the additional air gaps forming between the yoke ring and the pole rings is comparatively small, so that reworking of the contact surfaces of the yoke ring and Pole rings can be omitted.
  • the rotor is made of a corset or composite of soft iron segments, support rings made of magnetically non-conductive material and spacers made of magnetically non-conductive material, which is fastened axially to a hub disk by means of bolts.
  • the support rings cover the two axial end faces of the soft iron segments and permanent magnets.
  • the permanent magnets are in pockets, 'by the
  • Soft iron segments and support rings are formed, inserted from the inside. Lugs extending in the circumferential direction on the outer edges of the soft iron segments prevent the permanent magnets from escaping from the pockets in the radial direction to the outside. These structural measures make the rotor much easier to manufacture. The assembly work is simplified because the permanent magnets that have already been magnetized can be pushed individually into the corset made of magnetically conductive and non-conductive material.
  • Fig. 2 is a perspective view of a
  • FIG. 3 is a perspective view of a rotor of the synchronous machine in FIG. 1, in sections,
  • Fig. 4 is a perspective view of a
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a so-called two-strand permanent magnet-excited synchronous machine, only the part lying above the axis of rotation 10 being shown.
  • the two machine strands 11, 12 are arranged on both sides of a line of symmetry running transversely to the axis of rotation 10 and are of identical design, so that only the right machine strand 11 in FIG. 1 is described below.
  • the machine train 11 has an outer stator 13, an inner stator 14 and a rotor 15, which are arranged in an annular housing 16 with an outer shell 161 and an inner shell 162.
  • Outer stator 13 and inner stator 14 are arranged coaxially to one another while leaving a space 17 in the housing 16.
  • the ring-shaped rotor 15 rotates, which is fastened to a hub disk 18, protrudes at right angles from the latter in the axial direction and projects into the space 17.
  • the center of the hub disk 18 is aligned with the plane of symmetry of the synchronous machine.
  • the hub disk 18 is seated in a rotationally fixed manner on a hollow shaft 19 which is supported on the outer wall of the inner housing shell 161 via bearings 20, 21.
  • the machine strand 12 to the left of the hub disk 18 is composed in the same way of the outer stator, inner stator and rotor.
  • the rotor of the machine train 12 is coaxial with the rotor 15 of the machine train 11 and is fastened to the hub disk 18 in the same way.
  • the outer stator 13 is constructed in three parts and has a yoke ring 22 and two pole rings 23, 24 with molded-on pole teeth 25, 26.
  • the yoke ring 22 is made of soft magnetic composite (WMV) in order to keep the eddy currents as low as possible and is in direct contact with the inner wall of the outer shell 161 of the annular housing 16.
  • WMV soft magnetic composite
  • the yoke ring 22 carries a radially projecting, one-piece ring web 27, which has two radial contact shoulders 28, 29 for the pole rings 23, 24 on both sides.
  • the pole rings 23, 24 with molded-on pole teeth 25, 26 press against the yoke ring 22 in the radial direction and are supported in the axial direction on the two contact shoulders 28, 29 of the ring web 27.
  • the inner stator 14 is constructed in the same way as the outer stator 13. It also consists of a yoke ring 33 with an integrally formed ring web 34 and the two pole rings 35 and 36 with integrally formed pole teeth 37, 38.
  • the yoke ring 33 made of soft magnetic composite is supported on the inner wall of the inner housing shell 162 of the annular housing 16 in the radial direction, so that the inner cylindrical surface 41 of the annular web 34 faces the intermediate space 17.
  • the two pole rings 35, 36 press against the yoke ring 33 in the same radial direction and are supported in
  • a second winding half-strand 42 of the armature winding 32 is arranged between the cylinder surface 41 and the pole rings 35, 36.
  • the winding half-strand 31 and the winding half-strand 42 are connected so that the
  • the pole rings 23, 24, 35, 36 are produced as lamella packs made of magnetically highly conductive material.
  • the individual sheet metal lamellas are punched out of elongated sheet metal strips and then rolled upright to form a ring.
  • the individual sheet metal lamellae are connected to one another with the interposition of a thin insulating layer by gluing or linear welding on the side of the pole rings 35, 36 facing away from the useful air gap 48-51.
  • annular cover 43 which is screwed into the housing 16.
  • the ring cover 43 carries cooling fins 44.
  • Axial cooling fins 45 are also provided on the outer wall of the outer housing shell 161.
  • the pole rings 23, 24, 35, 36 with molded pole teeth 25, 26 and 37, 38 in the outer stator 13 and inner stator 14 can also be made Segment sheets 46 are composed, each consisting of well-insulated baked enamel sheets.
  • the segment sheets 46 extend, for example, over 1/6 of the circumference. This subdivision of the pole rings 23, 24, 35, 36 into segment sheets 46 can suppress the formation of short-circuit currents in the lamellae of the pole rings 23, 24, 35, 36, which are parallel to the winding half-strands 31, 42 through which the armature currents flow, so that the stator losses decrease significantly.
  • the rotor 15 seen in longitudinal section in FIG. 1 and in sections in FIG. 3 in perspective, has two parallel ones running at an axial distance from one another
  • the soft iron pole segments 52 consist of individual sheet metal plates 53, which are arranged one behind the other in the axial direction and are connected to one another by gluing, riveting, jamming or spot welding.
  • a sheet metal plate 53 is shown in FIG. 4.
  • the tabs 54, 55 overlap the Permanent magnets 47, so that the latter cannot move outwards in the radial direction due to the centrifugal force when the rotor 15 rotates.
  • Each row of permanent magnets 47 and soft iron pole segments 52 is covered in the axial direction on both sides by support rings 57 made of magnetically non-conductive material.
  • Spacers 58 made of magnetically non-conductive material are arranged between the two inner, mutually facing support rings 57, the axial width of which corresponds to the width of the ring webs 27, 34 on the yoke rings 22, 33. These spacers 58, like the soft iron pole segments 52, are laminated in the axial direction and have approximately the same width in the circumferential direction as the soft iron pole segments 52. As a result, radial slots 59 remain between the spacers 58, which serve for the passage of air and are used as a type of fan to cool the machine.
  • This corset is fastened to the hub disk 18 by means of the screw bolts 16.
  • the previously magnetized permanent magnets 47 are inserted from the inside of the corset into the pockets 61 formed between the soft iron pole segments 52 and the support rings 57 and glued therein.
  • the lugs 54,55 prevent the emigration
  • the yoke ring 22 'does not consist of WMV, but instead consists of a ring package consisting of radially extending, circumferentially arranged sheet-metal lamellas 62, which with Its axial side edge 63, which forms the smaller diameter of the yoke ring 22, lies close together and is clipped into an annular clamp 65 on the opposite sides 64.
  • the metal plates 62 are first clipped into the elongated clamp 65, which is then shaped into a yoke ring 22 ".
  • the sides 64 are insulated from the clip 65, which is ensured either by an oxide layer on the inside of the clip 65 or by an insulating varnish spread on the inside of the clip 65.
  • the inner stator is constructed in the same way as the outer stator described.
  • the yoke rings 22 'of outer stator 13' and inner stator 14 higher from WMV eddy current losses are to be accepted with respect to the outer stator 13 and inner stator, but smaller radial dimensions of outer stator 13 "and inner stator can be achieved due to better magnetic conductivity.
  • the yoke ring 33" for the inner stator 14 "and the outer stator can also be made solid.
  • small radial dimensions can be achieved with correspondingly higher eddy current losses be achieved.
  • the application is limited to low operating frequencies.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Eine permanentmagneterregte elektrische Maschine mit sog. Transversalfluß weist mindestens einen Außenstator (13) und mindestens einen dazu koaxialen Innenstator (14) auf, zwischen denen ein Rotor (15) umläuft, der mit zwei im Axialabstand voneinander verlaufenden parallelen Reihen von Permanentmagneten (47) bestückt ist. In Umfangsrichtung und Axialrichtung benachbarte Permanentmagnete (47) weisen verschiedene Polarität auf. Zur industriellen Fertigung einer solchen Maschine sind Außen- und Innenstator (13, 14) jeweils dreiteilig aus einem Jochring (22, 33) und zwei laminierten Polringen (23, 24, 35, 36) ausgebildet. Die Polringe (23, 24, 35, 36) tragen radial vorstehende Polzähne (25, 26, 37, 38), die in Umfangsrichtung im Abstand von jeweils einer Polteilung (τς) angeordnet sind. Die geblechten und segmentierten Polringe (23, 24, 35, 36) pressen sich in Radialrichtung an den Jochring (22, 33) an und stützen sich in Achsrichtung an einem vom Jochring (22, 33) radial vorstehenden Ringsteg (27, 34) ab. Zwischen den Polringen (23, 24, 35, 36) und dem Ringsteg (27, 34) liegt jeweils ein Wicklungshalbstrang (31, 42) einer ringförmigen Ankerwicklung (32). Die Wicklungshalbstränge (31, 42) in Außenstator (13) und Innenstator (14) bilden jeweils die Ankerwicklung (32).

Description

Permanentmagneterregte elektrische Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine permanentmagneterregte elektrische Maschine, insbesondere eine stromrichtergespeiste Synchronmaschine, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Solche elektrischen Maschinen zeichnen sich durch hohe Kraftdichte aus und können vielseitig verwendet werden, z.B. als Radnabenantriebe bei Kraftfahrzeugen, als Direktantriebe von Handhabungsautomaten, als Lenkhilfen oder als Generatoren beispielsweise in Kraftfahrzeugen.
Bei einer bekannten elektrischen Maschine der eingangs genannten Art (WO 87/02525, Fig. 6a + 10) sind die Polelemente U-förmig ausgebildet und einzeln im Abstand einer Polteilung so über den Wicklungsstrang von Außen- und Innenstator gesteckt, daß jeder Wicklungsstrang auf drei Seiten von den Polelementen umschlossen ist und die die Polflächen bildenden freien Stirnflächen der Ü-Schenkel den in dem Rotor angeordneten Permanentmagneten am Nutzluftspalt gegenüberstehen. Zwischen den Polelementen sind zusätzliche Rückschlußelemente aus Weicheisen eingelegt, über die der Wicklungsstrang hinweggeführt ist. Bei der Montage müssen die Rückschlußelemente einzeln eingesetzt und die Polelemente über die Wicklungsstränge gestülpt werden. Der Herstellvorgang ist damit extrem aufwendig und für die industrielle Fertigung wenig geeignet.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sie industriell besser und rationeller gefertigt werden kann. Außerdem besitzt der magnetische Kreis der elektrischen Maschine einen deutlich geringeren magnetischen Spannungsabfall, da für die magnetisch hochbeanspruchten Bereiche der Polelemente des Stators der volle Querschnitt in Umfangsrichtung genutzt wird und diese aus magnetisch gut leitendem Material ausgeführt werden können.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen elektrischen Maschine möglich.
Bei Verwendung eines weichmagnetischen Verbundstoffes (WMV) für den Jochring lassen sich - allerdings zu Lasten der magnetischen Leitfähigkeit - die Wirbelstromverluste minimieren.
Wird dagegen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Jochring aus Blechlamellen aufgebaut, die mittels einer ringförmigen Klammer zusammengehalten werden. so müssen etwas höhere Wirbelstromverluste zu Gunsten einer besseren magnetischen Leitf higkeit in Kauf genommen werden, wodurch sich jedoch geringere radiale Abmessungen des Außen- und Innenstators erreichen lassen. Die Blechlamellen sind dabei in Achsrichtung hintereinander dicht angeordnet. Zwischen ihren von der ringförmigen Klammer umgriffenen Seitenkanten und der Klammer ist eine Isolierschicht vorhanden. Im allgemeinen genügt als Isolierschicht eine Oxydschicht auf der Innenwand der Klammer. Bei höheren Isolationsanforderungen wird die Innenfläche der Klammer mit Isolierlack bestrichen.
Die laminierten Polringe mit angeformten Polzähnen werden gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung durch Stanzen von langgestreckten Blechstreifen und Hochkantrollen der gestanzten Blechschnitte hergestellt.
Vorteilhaft ist es auch, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Polringe in Umfangsrichtung aus Segmetblechen zusammenzusetzen, die aus gut gegeneinander isolierten Backlackblechen bestehen. Dadurch läßt sich die Ausbildung von Wirbelströmen in den
Blechlamellen der Polringe reduzieren und die Ausbildung von Strömen in den parallel zu den Wicklungssträngen verlaufenden Blechlamellen vermeiden, so daß sich die Statorverluste deutlich verringern.
Die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Polzähne ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung etwa der halben Polteilung bemessen. Der Jochring und die Polringe weisen daher eine gemeinsame Berührungsfläche auf, die etwa doppelt so groß ist wie die Stirnfläche der Polzähne am Nutzluftspalt. Dadurch ist der magnetische Spannungsabfall an den zwischen dem Jochring und den Polringen sich ausbildenden Zusatzluftspalten vergleichsweise klein, so daß eine Nachbearbeitung der Anlageflächen von Jochring und Polringen entfallen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Rotor aus einem Korsett oder Verbund von Weicheisensegmenten, Stützringen aus magnetisch nicht leitendem Material und Abstandshalter aus magnetisch nicht leitendem Material hergestellt, das bzw. der mittels Bolzen axial an einer Nabenscheibe befestigt wird. Die Stützringe bedecken dabei die beiden axialen Stirnseiten der Weicheisensegmente und Permanentmagnete. Die Permanentmagnete werden in Taschen,' die von den
Weicheisensegmenten und Stützringen gebildet werden, von innen her eingeschoben. In Umfangrichtung sich erstreckende Nasen an den äußeren Kanten der Weicheisensegmente verhindern ein Austreten der Permanentmagnete aus den Taschen in Radialrichtung nach außen. Durch diese konstruktiven Maßnahmen läßt sich der Rotor wesentlich einfacher fertigen. Die Montagearbeit wird vereinfacht, da die bereits aufmagnetisierten Permanentmagnete in das Korsett aus magnetisch leitendem und nicht leitendem Material einzeln eingeschoben werden können. Die
Schleuderdrehzahl des Rotors liegt deutlich höher als bei bekannten elektrischen Maschinen dieser Art mit nur geklebten Rotoren.
Werden die Abstandshalter in ihrer in Umfangsrichtung gesehenen Breite gleich den Weicheisensegmenten ausgeführt, so ergeben sich zwischen den Abstandshaltern radiale Schlitze, die eine gute interne Luftumwälzung bewirken und dadurch eine gute Wärmeabführung über das Gehäuse der Maschine sicherstellen. Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ausschnittweise einen Längsschnitt einer stromrichtergespeisten permanentmagneterregten Synchronmaschine,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines
Außenstators und Rotors der Synchronmaschine in Fig. 1, ausschnittweise,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Rotors der Synchronmaschine in Fig. 1, ausschnittweise,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer
Blechlamelle eines Weicheisensegments im Rotor der Synchronmaschine in Fig. 1 - 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer sog. zweisträngigen permanentmagneterregten Synchronmaschine, wobei lediglich der oberhalb der Rotationsachse 10 liegende Teil dargestellt ist. Die beiden Maschinenstränge 11,12 sind beiderseits einer zur Rotationsachse 10 quer verlaufenden Symmetrielinie angeordnet und gleichartig ausgebildet, so daß lediglich der in Fig. 1 rechte Maschinenstrang 11 im nachfolgenden beschrieben wird.
Der Maschinenstrang 11 weist einen Außenstator 13, einen Innenstator 14 und einen Rotor 15 auf, die in einem ringförmigen Gehäuse 16 mit Außenschale 161 und Innenschale 162 angeordnet sind. Außenstator 13 und Innenstator 14 sind koaxial zueinander unter Belassung eines Zwischenraums 17 im Gehäuse 16 angeordnet. Im Zwischenraum 17 läuft der ringförmige Rotor 15 um, der an einer Nabenscheibe 18 befestigt ist, rechtwinklig von dieser in Achsrichtung absteht und in den Zwischenraum 17 hineinragt. Die Mitte der Nabenscheibe 18 fluchtet mit der Symmetrieebene der Synchronmaschine. Die Nabenscheibe 18 sitzt drehfest auf einer Hohlwelle 19, die sich an der Außenwand der inneren Gehäuseschale 161 über Lager 20,21 abstützt. Der links von der Nabenscheibe 18 liegende Maschinenstrang 12 ist in gleicher Weise aus Außenstator, Innenstator und Rotor zusammengesetzt. Der Rotor des Maschinenstrangs 12 ist koaxial mit dem Rotor 15 des Maschinenstrangs 11 und ist in gleicher Weise an der Nabenscheibe 18 befestigt.
Der Außenstator 13 ist dreiteilig ausgebildet und weist einen Jochring 22 und zwei Polringe 23,24 mit angeformten Polzähnen 25,26 auf. Der Jochring 22 ist aus weichmagnetischem Verbundstoff (WMV) hergestellt, um die Wirbelströme möglichst gering zu halten, und liegt unmittelbar an der Innenwand der Außenschale 161 des ringförmigen Gehäuses 16 an. Mittig trägt der Jochring 22 einen radial vorspringenden einstückigen Ringsteg 27, der auf beiden Seiten zwei radiale Anlageschultern 28,29 für die Polringe 23,24 aufweist. Die Polringe 23,24 mit angeformten Polzähnen 25,26 pressen sich in Radialrichtung an dem Jochring 22 an und stützen sich in Achsrichtung an den beiden Anlageschultern 28,29 des Ringstegs 27 ab. Zwischen den Polringen 23,24 und der inneren Zylinderfläche 30 des Ringstegs 27 ist ein kreisringförmiger Wicklungshalbstrang 31, der eine Hälfte einer Ankerwicklung 32 dargestellt, eingeschlossen. Dieser Wicklungshalbstrang 31 weist eine Vielzahl von elektrischen Leitern auf. Der Innenstator 14 ist in gleicher Weise wie der Außenstator 13 aufgebaut. Er besteht ebenfalls aus einem Jochring 33 mit angeformtem Ringsteg 34 und den beiden Polringen 35 und 36 mit angeformten Polzähnen 37,38. Der Jochring 33 aus weichmagnetischem Verbundstoff stützt sich an der Innenwand der inneren Gehäuseschale 162 des ringförmigen Gehäuses 16 in Radialrichtung ab, so daß die innere Zylinderfläche 41 des Ringstegs 34 dem Zwischenraum 17 zugekehrt ist. Die beiden Polringe 35,36 pressen sich in gleicher Weise in Radialrichtung an den Jochring 33 an und stützen sich in
Achsrichtung an den Anlageschultern 39,40 am Ringsteg 34 ab. Zwischen der Zylinderfläche 41 und den Polringen 35,36 ist ein zweiter Wicklungshalbstrang 42 der Ankerwicklung 32 angeordnet. Der Wicklungshalbstrang 31 und der Wicklungshalbstrang 42 sind so geschaltet, daß die
Ankerströme die Wicklungsstränge 31,42 in gleicher Richtung durchfließen. Die Polringe 23,24,35,36 sind als Lamellenpakete aus magnetisch gut leitendem Material hergestellt. Die einzelnen Blechlamellen werden dabei aus langgestreckten Blechstreifen gestanzt und dann zur Ringform hochkant gerollt. Die einzelnen Blechlamellen werden unter Zwischenlage einer dünnen isolierenden Schicht durch Kleben oder linienförmiges Verschweißen an der vom Nutzluftspalt 48 - 51 abgekehrten Seite der Polringe 35,36 miteinander verbunden. Die von der Nabenscheibe 18 abgekehrte freie
Stirnseite zwischen der äußeren und inneren Gehäuseschale 161,162 des ringförmigen Gehäuses 16 ist von einem Ringdeckel 43 abgedeckt, der im Gehäuse 16 verschraubt ist. Der Ringdeckel 43 trägt Kühlrippen 44. Axiale Kühlrippen 45 sind auch auf der Außenwand der äußeren Gehäuseschale 161 vorgesehen.
Wie in der perspektivischen Darstellung in Fig. 2 strichliniert angedeutet ist, können die Polringe 23,24,35,36 mit angeformten Polzähnen 25,26 bzw. 37,38 im Außenstator 13 und Innenstator 14 auch aus Segmentblechen 46 zusammengesetzt werden, die jeweils aus gut gegeneinander isolierten Backlackblechen bestehen. Die Segmentbleche 46 erstrecken sich beispielsweise über 1/6 des Umfangs. Durch diese Unterteilung der Polringe 23,24,35,36 in Segmentbleche 46 läßt sich die Ausbildung von Kurzschlußströmen in den Lamellen der Polringe 23,24,35,36, die parallel zu den von Ankerströmen durchflossenen Wicklungshalbsträngen 31,42 liegen, unterdrücken, so daß sich die Statorverluste deutlich verringern. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Breite der Polzähne 25,26 bzw.
37,38 in Umfangsrichtung gesehen ungefähr gleich der halben Polteilung "Cp bemessen.
Der in Fig. 1 im Längsschnitt und in Fig. 3 abschnittweise in perspektivischer Darstellung zu sehende Rotor 15 weist zwei im Axialabstand voneinander verlaufende parallele
Reihen von Permanentmagneten 47 auf, die den Polzähnen 25,26 und Polzähnen 37,38 unter Belassung von insgesamt vier Nutzluftspalten 48 - 51 gegenüberliegen. In Umfangsrichtung aufeinanderfolgende,von Permanentmagnete 47 erzeugte Pole haben wechselnde Polarität, ebenso in Achsrichtung nebeneinander liegende Pole in beiden Reihen. Zwischen den Permanentmagneten 47 sind in jeder Reihe Weicheisenpolsegmente 52 angeordnet. Die Weicheisenpolsegmente 52, Permanentmagnete 47 und Polzähne 25,26,37,38 haben alle ungefähr die gleiche axiale
Abmessung. Die Weicheisenpolsegmente 52 bestehen aus einzelnen Blechlamellen 53, die in Achsrichtung hintereinander angeordnet und durch Kleben, Nieten, Verklemmen oder Punktschweißen miteinander verbunden sind. Eine Blechlamelle 53 ist in Fig. 4 dargestellt. Sie weist an ihrer den Polzähnen 25,26 der Polringe 23,24 im Außenstator 13 zugekehrten Seitenkante zwei sich entgegengesetzt in Umfangsrichtung erstreckende Nasen 54,55 und eine zentrale Bohrung 56 auf. Die Nasen 54,55 übergreifen die Permanentmagnete 47, so daß letztere bei Rotation des Rotors 15 sich nicht infolge der Fliehkraft in Radialrichtung nach außen verschieben können. Jede Reihe aus Permanentmagneten 47 und Weicheisenpolsegmenten 52 ist in Axialrichtung auf beiden Seiten von Stützringen 57 aus magnetisch nicht leitendem Material bedeckt. Zwischen den beiden inneren, einander zugekehrten Stützringen 57 sind Abstandshalter 58 aus magnetisch nicht leitendem Material angeordnet, deren axiale Breite der Breite der Ringstege 27,34 an den Jochringen 22,33 entspricht. Diese Abstandshalter 58 sind ebenso wie die Weicheisenpolsegmente 52 in Achsrichtung laminiert und besitzen in Umfangsrichtung etwa die gleiche Breite wie die Weicheisenpolsegmente 52. Zwischen den Abstandshaltern 58 verbleiben dadurch Radialschlitze 59, die dem Luftdurchtritt dienen und als eine Art Lüfter zur Kühlung der Maschine herangezogen werden.
Zur Herstellung des Rotors 15 werden die Stützringe 57, die Weicheisenpolsegmente 52 und die Abstandshalter 58 mittels Schraubenbolzen 60, die durch die Bohrungen 56 der Blechlamellen 53 der Weicheisenpolsegmente 52 und durch entsprechende Bohrungen in den Stützringen 57 und in den laminierten Abstandshaltern 58 hindurchtreten, zu einem Verbund oder Korsett aus magnetisch leitendem und magnetisch nicht leitendem Material zusammengefügt. Dieses Korsett wird mittels der Schraubenbolzen 16 an der Nabenscheibe 18 befestigt. Dann werden die vorher aufmagnetisierten Permanentmagnete 47 von der Innenseite des Korsetts her in die zwischen den Weicheisenpolsegmenten 52 und den Stützringen 57 gebildeten Taschen 61 eingeschoben und darin verklebt. Die Nasen 54,55 verhindern ein Auswandern der
Permanentmagnetsegmente 47 in Radialrichtung, so daß hohe Schleuderdrehzahlen des Rotors 15 möglich sind. Wie bereits eingangs erwähnt, ist der Maschinenstrang 12 links der Symmetrieebene der Synchronmaschine identisch dem Maschinenstrang 11 ausgebildet, so daß hier die gleiche Beschreibung gilt, jedoch ist der gesamte Maschinenstrang 12 um ein Viertel der Polteilung Tp in Umfangsrichtung gegenüber dem Maschinenstrang 11 versetzt. Zur Einsparung weiterer Zeichnungen ist in Fig. 1 der Außenstator 13" des Maschinenstrangs 12 gemäß einer Variationsmöglichkeit dahingehend abgewandelt, daß der Jochring 22' nicht aus WMV besteht, sondern aus einem Ringpaket aus sich radial erstreckenden, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Blechlamellen 62, die mit ihrer den kleineren Durchmesser des Jochrings 22 bildenden axialen Seitenkante 63 dicht aneinanderliegen und an den gegenüberliegenden Seiten 64 in eine ringförmige Klammer 65 eingeklipst sind. Die Blechlamellen 62 werden dabei zunächst in die langgestreckte Klammer 65 eingeklipst, die dann zum Jochring 22" ringförmig geformt wird. Die Seiten 64 sind gegenüber der Klammer 65 isoliert, was entweder durch eine Oxydschicht an der Innenseite der Klammer 65 oder durch einen auf die Innenseite der Klammer 65 aufgestrichenen Isolierlack sichergestellt wird. Der Innenstator wird bei dieser Variante der elektrischen Maschine in gleicher Weise wie der beschriebene Außenstator aufgebaut. Bei einer solchen Ausbildung der Jochringe 22' von Außenstator 13' und Innenstator sind gegenüber dem Außenstator 13 und Innenstator 14 aus WMV höhere Wirbelstromverluste in Kauf zu nehmen, doch lassen sich aufgrund der besseren magnetischen Leitfähigkeit geringere radiale Abmessungen von Außenstator 13» und Innenstator erzielen.
Wie für den Innenstator 14" in Fig. 1 angedeutet ist, kann der Jochring 33" für Innenstator 14" und Außenstator auch massiv ausgebildet werden. Auch hier können geringe radiale Abmessungen bei entsprechend höheren Wirbelstromverlusten erzielt werden. Die Anwendung ist jedoch auf niedrige Betriebsfrequenzen beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Permanentmagneterregte elektrische Maschine, insbesondere stromrichtergespeiste Synchronmaschine, mit mindestens einem Außenstator und mindestens einem dazu koaxialen Innenstator, mit mindestens einem mit
Permanentmagneten bestückten Rotor, die zwischen Außen- und Innenstator Magnetpole bilden, die in zwei im Axialabstand voneinander verlaufenden parallelen Reihen mit wechselnder Polarität und unter Zwischenlage von ° Polsegmenten aus magnetisch leitendem Material in Umfangsrichtung hintereinander liegen, wobei in Achsrichtung nebeneinander liegende Magnetpole der beiden Reihen unterschiedliche Polarität besitzen, mit mindestens einer Ankerwicklung, die einen im Außenstator 5 und einen im Innenstator jeweils in Umfangsrichtung sich erstreckenden Wicklungsstrang aufweist, und mit am Außen- und Innenstator angeordneten Polelementen aus magnetisch leitendem Material, welche die jeweiligen Wicklungsstränge auf drei Seiten quer zu deren Erstreckungsrichtung umgeben, und mit Polflächen unter Belassung von Nutzluftspalten den jeweils beiden Magnetpolreihen gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß Außen- und Innenstator (13,14) jeweils dreiteilig ausgebildet sind und jeweils aus einem in Achsrichtung beide Magnetpolreihen mit dem dazwischen befindlichen Zwischenraum überspannenden Jochring (22 bzw.33) mit einem den Zwischenraum überdeckenden, radial vorstehenden, vorzugsweise mit dem Jochring (22 bzw. 33) einstückigen Ringsteg (27 bzw. 34) und aus zwei laminierten Polringen (23,24 bzw. 35,36) bestehen, die sich in Radialrichtung an dem Jochring (22 bzw. 33) anpressen und in Achsrichtung an dem Ringsteg (27 bzw. 34) abstützen, daß die Polringe (23,24 bzw. 35,36) radial vorstehende laminierte Polzähne (25,26 bzw. 37,38) vorzugsweise einstückig tragen, die in Umfangsrichtung in Abstand von jeweils einer Polteilung ( l^p ) angeordnet sind und zusammen mit den Polringen (23,24 bzw. 35,36) und dem Jochring (22 bzw. 33) die Polelemente bilden, und daß die Wicklungsstränge (31 bzw. 42) in Radialrichtung an dem Ringsteg (27 bzw. 34) und in Axialrichtung an den beiden Polringen (23,24 bzw. 35,36) anliegen.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Jochring (22 bzw. 33) aus weichmagnetischem
Verbundstoff besteht.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Jochring (22*) aus sich radial erstreckenden, in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Blechlamellen (62) besteht, die mit ihrem die innere
Jochringfläche bildenden axialen Seitenkante (63) dicht aneinanderliegen und an den gegenüberliegenden
Seiten (64) in eine ringförmige Klammer (65) eingeklipst _k
sind und sich am isolierten Innenboden der Klammer (65) abstützen.
4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Klammer (65) aus einer langgestreckten Klammerschiene nach Einklipsen der Blechlamellen (62) geformt wird.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polringe (23,24 bzw. 35,36) mit angeformten Polzähnen (25,26 bzw. 37,38) durch Stanzen von Blechschnitten aus langgestreckten Blechstreifen und Hochkantrollen der gestanzten Blechschnitte hergestellt sind.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polringe (23,24 bzw. 35,36) in Umfangsrichtung aus Segmentblechen (46) aus gut gegeneinander isolierten Backlackblechen zusammengesetzt sind.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Polzähne (25,26 bzw. 35,36) und der in Umfangsrichtung gemessene Mittenabstand der Permanentmagnete (47) etwa gleich der halben Polteilung
Figure imgf000016_0001
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite der Polzähne
(25,26 bzw. 37,38) gleich der axialen Breite der Permanentmagnete (47) ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reihe von Permanentmagneten (47) mit den zwischen den Permanentmagneten (47) liegenden Segmenten (52) in Achsrichtung auf beiden Seiten von einem Stützring (57) aus magnetisch nicht leitendem Material abgedeckt ist, daß zwischen den beiden einander zugekehrten Stützringen (57) Abstandshalter (58) aus magnetisch nicht leitendem Material angeordnet sind und daß der Verbund aus Stützringen (57), Permanentmagneten (47), Segmenten (52) und Abstandshalter (58) mittels durch die Stützringe (57), Segmente (52) und Abstandshalter (58) hindurchgehenden Schraubenbolzen (60) axial an einer auf einer Welle (19) drehfest sitzenden Nabenscheibe (18) befestigt ist.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (58) in Umfangsrichtung etwa die gleiche Breite aufweisen wie die Segmente (52) zwischen den Permanentmagneten (47).
11. Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (58) in Achsrichtung geblecht bzw. laminiert sind.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (52) jeweils von einem Paket aus in Achsrichtung aneinanderliegenden Blechstanzteilen (53) gebildet sind, die an ihrer die äußere Rotorfläche bildenden Seitenkante in Umfangsrichtung vorstehende Nasen (54,55) tragen und daß die Permanentmagnete (47) von der inneren Rotorfläche mit dem kleineren Durchmesser her zwischen die Segmente (52) eingeschoben und unter radialer Anlage an den Nasen (54,55) zwischen diesen verklebt sind.
13. Maschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstanzteile (53) oder Lamellen der Segmente (52) und Abstandshalter (58) durch Kleben, Nieten, Verklemmen oder Punktschweißen
5 miteinander verbunden sind.
14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 13, gekennzeichnet durch einen im Axialabstand zu dem ersten Außenstator angeordneten zweiten Außenstator und einen zweiten Innenstator und einen dazwischenliegenden zweiten Rotor, ° die in gleicher Weise wie die ersten aufgebaut sind, wobei der zweite Außen- und Innenstator um ein Viertel der Polteilung ( • f> ) gegenüber dem ersten Außen- und Innenstator (13,14) in Umfangsrichtung verdreht sind, und daß der erste und der zweite Rotor koaxial 5 zueinander mit in Achsrichtung fluchtenden
Permanentmagneten (47) angeordnet und miteinander starr verbunden sind.
15. Maschine nach einem der Ansprüche 9 - 13 und Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein in gleicher 0 Weise wie der Verbund des ersten Rotors aufgebauter
Verbund des zweiten Rotors axial an der anderen Seite der Nabenscheibe (18) befestigt ist.
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