DE1488733A1 - Permanenterregte elektrische Maschine mit Dauermagnetbloecken im Laeufer - Google Patents

Description

• Fermanenterregte elektrische Maschine mit Dauermagnetblöcken im Läufer Für die optimale Auslegung von permanenterregten Maschinen ist bekanntlich die Bemessung der Streupfade von besonderer Bedeutung. Diese erfolgt unter den verschiedensten Gesichtspunkten, z.B. im Hinblick auf Ausbaufähigkeit des Läufers, Kurzschlußfestigkeit der Maschine, asynchronen Hochlauf und Synchronisieren bei selbstanlaufenden Motoren u.dgl. Um die Magnete nicht zu gefährden, darf in keinem betriebemäßig vorkommenden Fall eine über den Knickpunkt der Entmagnetisierungekurve hinausgehende Feldstärke auftreten. Es muß daher für den Magnetfluß.die Möglichkeit bestehen, bei Gegendurchflutung über entsprechend ausgebildete Streupfäde auszuweichen.
• Bei herkömmlicher Anordnung der Magnetblöcke im Läufer schliessen sich die Streukraftlizien von der Stirnstreuung in den Paketenden abgesehen - im wesentlichen in senkrecht zur Achse stehenden Ebenen. Die Streuwege sind als Spalte oder Trennfugen zwischen gegenpoligen läuferteilen ausgebildet. Daneben ist es auch bekannt, dünne Verbindungestege zwischen benachbarten Polen anzuordnen. Die sich ergebende magnetische Sättigung dieser Streustege bewirkt einen definierten Streufluß. (DBP 1 173 178).
• Bei derartigen Ausführungen ist die Größe des Streuflusses im wesentlichen durch die Gestaltung des Blechschnittes festgelegt und kann nicht ohne weiteres geändert werden. Bei geänderten Arbeitabedingungen der Maschine oder für Einsatz eines Dauermagnetwerkstoffes mit anderer Entmagnetisierungskurve ist zur Erzielung optimaler Verhältnisse eine teuere Änderung oder eine aufwendige Nachbearbeitung des Blechechnittes unvermeidlich. Äußerdem ist es ungünstig, daß sowohl der Nutzfluß als auch der Streufluß in den gleichen (senkrecht zur Achse stehenden) Ebenen verlaufen. Dadurch werden die von beiden Flüssen durchsetzten Läuferzonen in magnetischer Hinsicht stärker beansprucht und müssen, um örtliche Sättigungen zu vermeiden, entsprechend reichlich dimeneioniert sein.
• Ziel der Erfindung ist es, derartige Nachteile zu vermeiden und bei unverändertem Blechschnitt einen in weiten Grenzen varhierbaren Läuferstreufluß zu ermöglichen, um diesen den unterschiedlichen Betriebebedingungen der Maschinen - z.B..Verwendung als Generator oder Motor - sowie der Verwendung verschiedenartiger ]Lagnete anpassen zu können. Dies wird dadurch erreicht, daß im Läufer zur Erzielung eines im wesentlichen axialen Streuflussee jedem Polpaar nur ein ]#auermagnet zugeteilt und diese Magnete ausschließlich unter gleichnamigen Polen angeordnet sind und daß ferner das Läuferpaket-in an sich bekannter Weise in Teilpaketä aufgeteilt iste wobei in den hintereinanderliegenden Teilpaketen die Magnete jeweils um eine Polteilung versetzt angeordnet sind. Der Poletraufluß verläuft dann wie gesagt im wesentlichen axial, d.h. senkrecht zur eleche#ene und durch die Welle. Der in den gleichen Ebenen wie der Nutzfluß verlaufende Streüfluß ist sehr gering.
• Dieser axiale#Streufluß kann nun da/durch verändert werden, daß man das Läuferpaket in mehr oder weniger Teilpakete aufteilt.Ohne Aufteilung ist der genannte Streuflup praktisch gleich Null, während er mit wachsender Zahl von Teilpaketen zunimmt. Eine weitere Veränderungist durch Einfügen von unmagnetischen Scheiben zwischen die Teilpakete und Veränderung# von deren Stärke oder Anzahl möglich. Ferner ist es auch durch magnetisches Isolie±-en der Welle oder Einsetzen einer amagnetisehen Welle möglich, den Streufluß erheblich zu beeinflussen. Die zusätzliche Belastung des mag petischen Kreises durch den Streufluß.ist sehr gering. Nutzfluß und axialer Streufluß,ver-, laufen in aufeinander-sänkrechtetehenden Ebenen.' Der für die magnetische Beanspruchung maßgebende Cesamtfluß ergibt sich also aus der geometrischen Addition dieser beiden Flüsse.'Die magnetische Belastung ist daher, insbesondere bei höherer Sättigungg erheblich niedriger al s bei herkömmlicher Ausbildung der Streupfade, wo sich die beiden Flüsse zu je-dem Zeitpunkt algebraisch summieren.
• Die erfindungegemäße Ausbildung von permanentmagnetischen Läufern mit axialen Streupfaden ist im folgenden in einigen Ausführungebeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar: Pig. 1 den Läufer einer 4oligen Synchronmaschine im Querschnitt, Fig. 2 eine Explosionszeichnung dieses Läufers, Fig. 3 einen 2poligen Läufer, Fig. 4 einen 6poligen Läufer jeweils im Querschnittg Fig. 5 den Längsschnitt durch einen 2- oder 6poligen Läufer gemäß den Fig. 3 und 4, sowie Fig. 6 eine Oolige Läufervariante.
• Der Läufer nach Fig. 1 besteht aus dem mittleren, auf der Welle 1 befestigten Paketteil 2, und zwei Paketeegmenten 3 und 4. Zwischen dem mittleren Teil und den Segmenten ist je ein Dauermagnet 5 und 6 angeordnet, so daß sich ein 4Poliger Läufer ergibt. Dabei weisen die Pole unterschiedliche tangentiale Breiten auf, was zwar ungleiche Luftspaltinduktionen zur Folge hat, jedoch hinsichtlich der Spannungekurve (insbesondere bei Synahrongeneratoren) vorteilhaft ist. Der in der Blechebene verlaufende magnetische Streufluß ## in den Pollücken ist bei einer derartigen Läuferausbildung sehr klein.
• Werden nun, wie Fig. 2 zeigt, zwei oder auch mehrere solcher Teilpakete 7, 8 derart hintereinander">angeordnet, daß sie jeweils um eine Bol,tellung gegeneinander versetzt sind, so kommen Blechpaket-Mittelteile verschiedener Polarität hintereinander zu liegen. Es bildet sich daher ein Polstreufluß aus, der seinen Verlauf innen axial,.zum Großteil durch die Welle und außen quer zur Blechebene vom Mittelt eil des einen über die amagnetisehe Zwis-chenscheibe 9 zu den Polochuhen des anderen Paketes nimmt. (Vgl. hierzu auch obere Hälfte der Fig. 5).
• Wie bereits erwähnt, läßt sich dieser Streufluß durch die Stärke der Zwischenscheibe 9, durch Unterteilung des.Läufers in mehrere Teilpakete und/oder durch magnetisches Isolieren der Welle oder Einsetzen einer amagnetischen Welle in großem Maße relativ einfach variieren. Schichtet man das ganze Blechpaket nur in eine Lage, dann ist der axiale Streufluß praktisch null. Er erreicht einen umso größeren Wert, je mehr gegenseitig versetzte Teilpakete man anordnet und je dünner die amagnetisehen Zwischenscheiben dimensioniert worden. Ein magnetisches Isolieren der Welle hat wieder eine Verringerung zur Folge.
• Bei am gnetiecher Welle muß z.B. der Streufluß nach innen quer zur Blechebene und axial über die Zwischenscheibe verlaufen und ist dementsprechend kleiner.
• Die Fig.-3 und 4 zeigen als weitere Beispiele Querschnitte von einem 2poligen und einem 6poligen Läufer. In Fi.g. 3 ist der zwischen den beiden Paketteilen 10 und 11 angeordnete Dauermagnet aus konstruktiven Gründen in drei Teile 12, 13 und 14 unterteilt, wirkt aber als ein einziger Magnetblock. In Fig. 4 bezeichnen 15/16, 17/18 und 19/20 drei Polpaare, wobei wiederum jedem Paar ein Magnetblock 21 bzw. 22 oder 23 zugeordnet ist. Auch diese Läufer sind so ausgebildet, daß ihr in der Schnittebene verlaufender Poletreufluß relativ gering ist. Die Läufer sind, wie aus Fig. 5 ersichtlicht in drei Teilpakete unterteilt und diese Teilpakete wiederum um eine Polteilung versetzt geschichtet. Das mittlere breite Paket wird dabei von zwei schmaleren Paketen flankiert. Diese Aufteilung hat den Vorteil, daß eine Unwucht, die in den Teilpaketen eines 2poligen Läufere gemäß Fig. 3 naturgemäß vorhanden ist, nach außen nicht in Erscheinung tritt. Daneben ergibt sich auch eine symmetrische Streuflußaufteilung. Die Streuflußpfade sind gestrichelt eingezeichnet.
• Fig.' 5 zeigt gleichzeitig auch den konstruktiven Läuferaufbau.-Die Polschuhe werden von den Stäben 24 eines Dämpfer- bzw. Aiilaufkäfige gehalten. Diese Stäb'e reichen durch die mit entsprechenden Bohrungen versehenen amagnetiächen Scheiben 9 zwischen den Teilpaketen 25, 269 27 hindurch und sind an den Stirn--

  seiten des Läuferpaketes über dort angeordnete Scheiben 28,

  29 zu einem geschlossenen Dämpfer- bzw.'Anlaufkäfig zusammen-

  gefaßt. Gemeinsam mit den direkt auf der Welle befestigten

  Mittelteilen der Ble:chpakete bewirken diese Scheiben (durch

  welche die Käfigstäbe geführt sind, welche die Polschuhe bzw.

  die Magnete-,tragen) einen robusten'und relativ einfachen

  Läuferaufbau.

  Bei dem Ooligen Blechschnitt nach Fig. 6 eincL an Stelle je

  eines Nagnetblockes zwei parallel wirkende, winkelig zueinander

  angeordnete Blockmagnete 30, 301 und 319 311 vorgesehen. Auf

  diese Weise ist die Unterbringung einen höheren Magnetvolumene.

  ermöglicht. Bei dem Bieohaqhnitt nach Pig. 6 sind ferner an

  sich bekannte Stege 32 zwischen den einzelnen Polen vorgesehen.

  Dadurch ergibt sieh ein in diesen Verbindungestegen ver-

  laufender zusätzlicherStreufluß. Derartige Streustege könnte

  man bei mehreren parallel wirkenden Magneten nicht nur i n der

  Pollücke, sondern auch zwischen den eizelnen Blockmagneton

  anordnen. Das Vorhandensein solcher Stege ist u.U. vorteilhaft

  für die Fertigung. BB ist dann ein zusammenhängender Blech-

  schnitt vorhandenpund das gesonderte Schichten der Polschuhe,

  wie es bei#den Beispielen nach Fig. 19 3 und 4 notwendig istt

  entfällt. Die Magnetblöcke werden jeweils in die einzelnen.

  Teilpakete nach dem Schichten der Bleche axial eingeachoben.

  Gegebenenfalls können die Verbindunge'stege 32 nach Fertigstellung

  des Läufers auch entfernt werden.
• Eine weitere Erleichterung für die Fertigung bringen an sich bekannte, in der Wellenbohrung des Läuferpaketes angeordnete Schichtnuten 33. Wenn man diese, wie in den Fig. 1 und 4 eingezeichnet, über die Winkelhalbierende zweier benachbarter Polabheen legt, so können sämtliche Teilpakete-trotz gegenaeitigen Versatzes auf einen Pädeldorn geschichtet werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: Fermanenterregte elektrische Na schine mit Dauermagnetblöcken im Läufer, dadurch g ekennzeichnet, daß im Läufer zur Erzielung eines axial verlaufenden Streuflusses jedem Polpaar (2/39 2/4-9#>10/119 15/169 17/189 19/20) nur ein Dauermagnet (5p 6,->-;-12-14i 219 22-9 23) zugeteilt und diese Magnete ausschließlich unter gleichnamigen Polen angeordnet sind und daß ferner das Läuferpaket in an sich bekannter Weise in Teilpakete (7, 89 259 269 27) aufgeteilt ist, wobei in den hintere inanderliegenden Teilpaketen die Magnete jeweils um eine Polteilung versetzt angeordnet sind.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwisehen den Teilpaketen des Läufers in an sieh bekannter Weise unmagnetische Scheiben (9) von wahlweise veränderbarer Stärke oder Anzahl angeordnet sind.
3. 3. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 29 gekennzeichnet durch eine an sich bekannte magnetische Isolierung der Läuferwelle (1). 4.' Maschine nach den Ansprüchen 1 und 27 gekennzeichnet durch i die an sich bekannte Verwendung einer amagnetischen Läuferwelle. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet jedes Polpaares innerhalb des ilm: aufnehmenden Poles in Teilblöcke (12, 139'149 309 3019 319 311) aufgeteilt ist. -