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Dokumentenidentifikation DE19926920A1 21.12.2000
Titel Zweisträngige elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung im Außenrotor und transversaler Flußführung
Anmelder Schäfertöns, Jörn-Henrich, 46509 Xanten, DE
Erfinder Schäfertöns, Jörn-Henrich, 46509 Xanten, DE
DE-Anmeldedatum 14.06.1999
DE-Aktenzeichen 19926920
Offenlegungstag 21.12.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2000
IPC-Hauptklasse H02K 21/02
Zusammenfassung Zweisträngige elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung und transversaler Flußführung, gekennzeichnet durch die Übertragung der magnetischen Flüsse beider Stränge zwischen Rotor R und Stator S über einen gemeinsamen glatten zylindrischen Luftspalt im Zentrum der Maschine.
Die Maschine ist durch die direkte Anordnung der Magnete unempfindlich gegen Toleranzen des Luftspaltes. Der magnetische Widerstand des zentralen Luftspaltes ist durch die große Oberfläche gering, trotzdem wird für die zweisträngige Anordnung eine hohe Dichte erreicht. Der mittlere Flußleiter wird durch die Phasenverschiebung der Strangflüsse gut ausgenutzt. Dem Verzicht auf einen von zwei möglichen kraftbildenden Luftspalten stehen eine geringe Baulänge und geringere Streuflüsse aufgrund des verhältnismäßig breiten aktiven Luftspaltes unter den Magneten gegenüber. Die Fertigung ist kostengünstig.

Beschreibung[de]

Bei der Erfindung handelt es sich um eine zweisträngige elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung im Außenrotor und transversaler Flußführung, gekennzeichnet durch die Übertragung der magnetischen Flüsse beider Stränge zwischen Rotor und Stator über einen gemeinsamen glatten zylindrischen Luftspalt im Zentrum der Maschine.

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

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Maschine mit an beiden Enden innerhalb des zylindrischen Außenläufers auf in Längsrichtung verlaufenden balkenförmigen Flußleitern direkt im Luftspalt in der Polteilung angeordneten Magneten, denen im Ständer in doppelter Polteilung angeordnete Polschuhe an einem zylindrischen Luftspalt jeweils gegenüberliegen. Die Polschuhe sind als Polscheibe mit sternförmigem Blechschnitt um einen zylindrischen Eisenkern angeordnet, der fächerförmig mit in Längsrichtung orientierten und in der Höhe abgestuften Blechen gefüllt ist. In der Mitte ist auf den Eisenkernes ein scheibenförmiger Flußeiter mit eng gepaßter Bohrung aufgeschoben. Dieser Scheibe liegt getrennt durch einen glatten zylindrischen Luftspalt ein Ring gleicher Breite im Rotor gegenüber, der mit den balkenförmigen Flußleitern des Rotors verzahnt ist.

Zwischen den flußleitenden Scheiben des Stators ist getrennt Rotorscheibe jeweils ein ringförmiger Wicklungsstrang angeordnet. Den Außenmantel des Rotors bildet ein zylindrisches Profilrohr mit gezogenen Nuten in denen die balkenförmigen Flußleiter positioniert und befestigt sind. Im Bereich der Magnete sind die balkenförmigen Flußleiter durch einen Eisenring umfaßt, der den Fluß in Umfangsrichtung verteilt. Die Stege des Rotor Außenmantels sind dafür in diesem Bereich entfernt worden. Das Profilrohr weist in den Längsstegen zwischen den balkenförmigen Flußleitern offene Nuten auf, die zur Aufnahme von Befestigungsschrauben für Lagerschilde dienen.

Die Maschine ist durch die direkte Anordnung der Magnete unempfindlich gegen Toleranzen des Luftspaltes. Der magnetische Widerstand des zentralen Luftspalt ist durch die große Oberfläche gering, trotzdem wird für die zweisträngige Anordnung eine hohe Dichte erreicht. Der mittlere Flußleiter wird durch die Phasenverschiebung der Strangflüsse gut ausgenutzt. Dem Verzicht auf einen von zwei möglichen kraftbildenden Luftspalten stehen eine geringe Baulänge und geringere Streuflüsse aufgrund des verhältnismäßig breiten aktiven Luftspaltes unter den Magneten gegenüber. Die Fertigung ist kostengünstig.

Die Maschine eignet sich durch geringes Gewicht und guten Wirkungsgrad für mobile Anwendungen, besonders für viele mit Batterie gespeiste Antriebe. Sie kann z. B. als Generator oder Antriebsmotor für Zweiräder verwendet werden, wobei der Rotor direkt als Reibrad verwendet werden kann.

Mit einer entsprechend gestalteten Lagerung und hoher Polzahl eignet sich die Maschine als Direktantrieb für Räder. Für hochtourige Antriebe ist die Fliehkraft beständige Anordnung der Magnete innerhalb des Rotors vorteilhaft. Der zylindrische Mantel des Rotors kann einfach durch hochfeste Bandagen aus leichten Faserwerkstoffen für derartige Beanspruchung verstärkt werden. Der geringe Materialeinsatz und die kostengünstige Herstellung ermöglicht die Verwendung für Massenprodukte wie z. B. KFZ-Lichtmaschinen oder Kältekompressoren.

Fig. 1 zeigt die Flußführung in einem Längsschnitt durch den Magnetischen Kreis der Maschine. Um einen Stator 5 dreht sich in bekannter (hier nicht dargestellter Weise) der Rotor R. Auf dem Eisenkern 1 befinden sich außen die Polscheiben 2a und 2b die gegeneinander um einen halben Phasenwinkel verdreht sind. Der Fluß wird durch die Polschuhe vom Stator über einen Luftspalt in die Magnete 6 geführt. Die Magnete 6 sind auf den balkenförmigen Flußleitern 5 aufgeklebt, die den Fluß auf in den Ring 4 in der Mitte der Maschine leiten. Über einen glatten zylindrischen Luftspalt wird der Fluß daraus in eine Scheibe 3 des Rotors übertragen, die den Eisenkern umschließt. Damit wird der magnetische Kreis um die zwischen den Rotorscheiben angeordnete ringförmige Strangwicklung 8a bzw. 8b geschlossen.

Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht das kraftbildende Polrad 2b und gestrichelt dargestellt das dazu versetzte Polrad 2a. Jedes Polrad ist mit einer Zylindrischen Bohrung auf dem Eisenkern 1 aufgeschoben. Über jedem Polschuh und jeder Pollücke ist ein Magnet 6 angeordnet und auf einem balkenförmigen Flußleiter 5 aufgeklebt. Die balkenförmigen Flußleiter 5 werden von einem Eisenring 7 umschlossen.

Fig. 2 zeigt in einem Querschnitt durch die Mitte der Maschine die Einbettung der balkenförmigen Flußleiter 5 in die Nuten eines Profilrohres 9. Dazwischen sind in dem Profilrohr runde Nuten 10 zur Aufnahme von Befestigungselementen für die Lagerschilde angebracht. Auf dem Eisenkern, der aus den unterschiedlich hohen im Wechsel um die Bohrung 13 herum angeordneten Eisenblechen 11 und 12 zusammengesetzt ist, befindet sich in diesem Schnitt die zylindrische Statorscheibe 3 mit Schlitz 14, der in dem Blechpaket versetzt angeordnet ist. Der Statorscheibe liegt, durch einen zylindrischen Luftspalt getrennt, ein Eisenring 4 des Rotors gegenüber. Der Eisenring 4 weist am äußeren Umfang Nuten auf, in welche die balkenförmigen Flußleiter eingepaßt sind.


Anspruch[de]
  1. Zweisträngige elektrische Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung und transversaler Flußführung, gekennzeichnet durch die Übertragung der magnetischen Flüsse beider Stränge zwischen Rotor R und Stator S über einen gemeinsamen glatten zylindrischen Luftspalt im Zentrum der Maschine.






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