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Dokumentenidentifikation DE19924114A1 30.11.2000
Titel Elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung und transversaler Flußführung
Anmelder Schäfertöns, Jörn-Heinrich, Dipl.-Ing., 38108 Braunschweig, DE
Erfinder Schäfertöns, Jörn-Heinrich, Dipl.-Ing., 38108 Braunschweig, DE
DE-Anmeldedatum 26.05.1999
DE-Aktenzeichen 19924114
Offenlegungstag 30.11.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2000
IPC-Hauptklasse H02K 21/02
Zusammenfassung Elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung und transversaler Flußführung, gekennzeichnet durch einen zentral angeordneten Flußleiter (3) mit H-förmigem Querschnitt und mindestens an einer Seite an den Enden der Schenkel (5) dieses zentralen Flußleiters (3) mit ihrem Rücken diesem zugewandt angeordneten Flußleiterschienen (6) mit zueinander weisenden zahnförmigen Polen (7), deren Polteilung in Dickenrichtung des H-förmigen Querschnittes verläuft und zwischen deren Polen jeweils eine Erregerschiene (2) angeordnet ist.
Mehrphasige Maschinen entstehen in blockweiser linearer oder ringförmiger Anordnung mehrerer solcher Flußleiter, deren Steg jeweils mit der Phasenwicklung (4) umwunden ist. Für Linearmotore mit großem Hub können die Erregerpol-Leisten (2) über der Wicklung zwischen den Schenkeln (5) des zentralen Flußleiters angeordnet und mit diesem fest verbunden werden. Der Läufer enthält dann nur Flußleiter (6) in Form von gezahnten Schienen aus gestanzten Blechen. Die Herstellung der Erregerpol-Leisten (2) erfolgt durch schichtweises Fügen von Magneten und gestanzten Flußleiterstreifen zu einer Platte mit Schachbrettmuster und anschließendem Abtrennen der Erregerpol-Leisten.
Für rotatorische Maschinen ergibt sich eine vorteilhafte 2-phasige Anordnung durch die ringförmige Anordnung des zentralen Flußleiters in polbildenden Gruppen (5a) und gezahnten Polringen (6a), die die inneren Schenkel (5b) des Flußleiters umschließen. Die Erregerpol-Ringe ...

Beschreibung[de]

Bei der Erfindung handelt es sich um eine elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung und transversaler Flußführung, gekennzeichnet durch einen zentral angeordneten Flußleiter mit H-förmigem Querschnitt.

Die erfindungsgemäße Ausführung ist mit geringen Modifikationen sowohl für rotatorische wie für translatorische Maschinen geeignet.

Ziel der Erfindung ist die Weiterbildung bekannter Bauformen von Transversalflußmaschinen bezüglich einer kostengünstigen Herstellung.

Fig. 1 zeigt den Aufbau am Beispiel eines Segmentes eines einfachen Linearmotors.

H-förmige Dynamobleche sind für jeden Phasenabschnitt zu einem Paket laminiert, das den zentralen Flußleiter 3 bildet. Um den mittleren Steg des Blechpaketes ist die Phasenwicklung 4 gewunden. An allen Schenkeln 5 des H-Profiles sind innen gezahnte Leisten als Flußleitschienen 6 aus Dynamoblechlaminat mit ihrem Rücken angebracht, deren Zähne ausgeprägte Pole 7 bilden, die einander um eine Polteilung versetzt und mit einem Zwischenraum gegenüberliegen. In dem Zwischenraum ist durch Luftspalte getrennt und tangential beweglich gelagert eine stabförmige Anordnung von zu Erregerpol-Leisten 2 aneinandergefügten dauermagnetischen Polen angeordnet. Dabei werden die Pole durch Abschnitte mit Flußleitstücken 9 gebildet (vorzugsweise aus Blechlaminat hergestellt), die durch Magnetscheiben 8 in abstoßender Anordnung getrennt werden.

In einem Linearmotor sind vorzugsweise die Erregerpol-Leisten 2 am Fundament befestigt und mehrere (z. B. 2 oder 3) Phasenabschnitte 1 sind in einem auf dem Fundament gelagerten Läufer hintereinander und um den Phasenwinkel versetzt angeordnet.

Diese Bauform eignet sich für Linearmotore mit kurzem Hub.

Eine Weiterbildung dieser Bauform, die für große Hübe besser geeignet ist, zeigt Fig. 2 in einem Querschnitt. Hierbei sind die gezahnten Flußleiterschienen 6 am Fundament 17 angebracht und sind durch einen zusätzlichen Luftspalt am Rücken von dem zentralen Flußleiter 3 getrennt.

Die stabförmigen Erregerpol-Leisten 2 sind dagegen zwischen den Schenkeln des H-profils über der Wicklung 4 angeordnet und über ein Tragprofil 10 fest mit dem Läufer verbunden. Die teuren Dauermagnete sind deshalb nur entsprechend der Läuferlänge erforderlich, während an der Fahrbahn nur die preiswerten gezahnten Flußleiterschienen 6 aus Dynamoblech vorhanden sind.

Durch eine Füllung der Zahnlücken 13 mit nicht magnetisierbarem Werkstoff können glatte Schienen mit geringer Remanenz gebildet werden, die wenig Eisenstaub anziehen, gut abzudichten und leicht zu reinigen sind. Fig. 2 zeigt weiterhin eine zweckmäßige Anordnung der elektromagnetischen Teile in einem steifen Trägerprofil 16 mit einer Kugel- Schienenführung 15, 16 und das Fügen der Blechpakete durch Verschweißen mit den Platten 11 und 12 zu einem Läufer.

Fig. 3 zeigt die Zuordnung von Stator und Läufer einer Phase A, während Fig. 4 die entsprechende Zuordnung einer zweiten Phase B zum gleichen Zeitpunkt darstellt.

Fig. 5 zeigt einen Vorschlag für die einfache Herstellung der Erregerpol-Leisten.

Die Flußleitstücke werden aus Schnittband durch Ausstanzen der Nuten 18 hergestellt zu Streifen 21 laminiert, zuammengeklebt und ggf. auf Maß flachgeschliffen. Auf die Streifen 21 werden nun Magnete 8 mit wechselnder Polung aufgeklebt, die sich durch die Anziehende Anordnung nebeneinander gut halten. Aufbau der späteren Längsrichtung der Erregerpol- Leisten 2 erfolgt nun Schicht um Schicht durch Magnete 8 und Flußleitstücke 9 und deren Verklebung.

Das verklebte Schachbrett wird dann an den Nuten 18 z. B. durch Sägen getrennt. Dadurch entstehen die Polleisten.

Fig. 6 zeigt am Beispiel eines Radnabenmotors eine Weiterbildung zu einer rotatorischen Anordnung. Aufgrund des unterschiedlichen Umfanges kann hier eine gezahnte Flußleitschiene am äußeren Umfang entfallen. Die Pole werden direkt durch die H-förmigen Dynamobleche 3 gebildet, die in gleichmäßiger Polteilung zu Gruppen 3a mit entsprechenden Lücken zusammengefaßt sind. Am inneren Umfang wird dagegen eine gezahnte Flußleitschiene angebracht, die entsprechend der runden Bauform zu einem gezahnten Flußleitring 6a entartet.

Eine weitere Änderung ergibt sich in der Ausbildung der Phasen, die hier durch zwei kreisringförmige Wicklungen 4a und 4b gebildet werden, die hinter den gegeneinander um den Phasenwinkel verdrehten gezahnten Erregerpol-Ringen 2a zwischen den Schenkeln des zentralen Flußleiters angeordnet sind.

Der Radnabenmotor wird durch die zur Gewichtsreduktion hohlgebohrten Achse 28 mit Bohrung 27 zur Durchführung der Anschlußkabel und die darauf mit Wälzlagern 26 gelagerten Flanschscheiben 26 vervollständigt. Die Flanschscheiben 26 werden durch ein Mantelrohr 25 verbunden und tragen innen die zu Erregerpol-Ringe 2a und außen das Rad z. B. mit Speichen.

Die Herstellung der Erregerpol-Ringe 2a bei sehr kleiner Polteilung erfolgt dadurch, daß zunächst die keilförmigen Zwischenstücke 22 in einer Form fixiert werden und damit eine Matrix mit exakter Teilung bilden, in deren Lücken jeweils ein auf ein Blechstück 9a aufgeklebter Magnet 8a eingesetzt wird.

Das Fügen erfolgt in einer Vorrichtung, die einen entsprechenden Ringspalt als Negativ- Form bildet. Die Pol-Ringe werden dann mit den Fanschscheiben 26 zentrisch zu den Lagersitzen verschraubt oder verklebt, oder gleich in einer Einheit mit ihnen hergestellt. Aus Festigkeitsgründen empfiehlt es sich, die Erregerpol-Ringe 2a am äußeren Umfang durch eine dünnwandige Bandage aus Faserverbundwerkstoff zu fixieren.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung und transversaler Flußführung, gekennzeichnet durch einen zentral angeordneten Flußleiter (3) mit H-förmigem Querschnitt, mit mindestens an einer Seite an den Enden der Schenkel des zentralen Flußleites 1 diesem mit ihrem Rücken zugewandt angeordnete Flußleiterschienen (6), mit zueinander weisenden zahnförmigen Polen (7) deren Polteilung in Dickenrichtung des H-förmigen Querschnittes verläuft.
  2. 2. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Anzahl von Phasen zu Blöcken (1) geschichtete und mit einer Leiterspule (4) umwickelte zentrale Flußleiter (3) in einer linearen oder ringförmigen Anordnung hintereinander und um den Phasenwinkel tangential versetzt angeordnet sind.
  3. 3. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer linearen Anordnung der Phasen zum Läufer eines Linearmotors eine schichtweise Anordnung von Erregermagneten (8) und Flußleiterabschnitten (9) in magnetisch abstoßender Anordnung zu stabförmigen Erregerpol-Leisten (2) vorgesehen ist, die zwischen den Schenkeln (5) des H-förmigen zentralen Flußleites (3) oberhalb der Phasenwicklung (4) auf einem Träger (10) angeordnet sind und mit diesem eine bauliche Einheit bilden, so daß zwischen den Erregerpol-Leisten (2) und den Schenkeln (5) des zentralen Flußleiters (3) beidseits zwei Nuten vorhanden ist, in der beidseits zwei gezahnte Flußleiterschienen (6), die hier dem Stator des Linearmotors zugeordnet sind, durch Luftspalte getrennt, tangential verschoben werden können.
  4. 4. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 2 oder 3 gekennzeichnet durch die Herstellung der Erregerpol-Leisten (2) durch schichtweises Fügen von gestanzten Blechstreifen (21) mit noch durch kleine Stege (18) verbundenen Flußleitstücken (9) und Magneten (8) in wechselnder Polung zu einer Platte mit schachbrettartigen Muster (20) von der nach einer Verklebung die Erregerpol-Leisten (2) streifenweise an den durch die Nuten vorgegebenen Trennlinien (19) abgetrennt werden.
  5. 5. Elektrisch Synchronmaschine nach Anspruch 1 in einer ringförmigen Anordnung des Flußleiters (3) dadurch gekennzeichnet, daß die H-förmigen Bleche gruppenweise mit gleichmäßiger Teilung angeordnet sind, so daß deren äußere Schenkel (5a) Pole bilden und daß die inneren Schenkel (5b), die in Richtung Zentrum der ringförmigen Anordnung dicht aneinander liegen, jeweils durch einen Polring (6a) um schlossen werden der die entsprechenden Gegenpole als Polzähnen (7a) aufweist. In dem ringförmigen Spalt zwischen den äußeren Schenkeln (5a) des zentralen Flußleiters (3) und dem Polzähnen (7a) des Polringes (6a) ist die zu einem Erregerpol-Ring (2a) geformte Erregerpol-Leiste tangential beweglich angeordnet.
  6. 6. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 5 gekennzeichnet durch die Herstellung des Erregerringes aus einer schichtweisen Anordnung von Magneten (9a), Flußleitern (8a) und Tragelementen (22), indem zunächst ein unmagnetischer Tragkörper mit einer ringförmigen Anordnung von dünnen Stegen (22) in gleichmäßiger Teilung hergestellt wird, die als Trenn- und Befestigungselement dienen, des weiteren je ein Magnet (9a) und ein Flußleitstück (8a) zusammengefügt werden, und schließlich die einzeln vorbereiteten Elemente in einer teilbaren Stützform zusammengeklebt werden.






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