DE29712973U1

DE29712973U1 - Elektrische Maschine

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Publication number: DE29712973U1
Application number: DE29712973U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2007-07-23
Also published as: WO1999005773A1; AU8862598A

Description

Dr. rer. nat. Rolf Strothmann, 66123 Saarbrücken

&ldquor;Elektrische Maschine"

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer fremderregten Feldmagnetanordnung für die Erzeugung von in der Läuferbewegungsrichtung aufeinanderfolgenden, jeweils ganzen magnetischen Perioden entsprechenden Magnetfeldern und mit entlang der Feldmagnetanordnung angeordneten, jeweils eine Polwicklung und einen die Polwicklung tragenden Polkopf aufweisenden Magnetpolen, wobei auf eine magnetische Periode eine von einer ganzen Zahl abweichende Zahl von Magnetpolen entfällt.

Aus der WO 96/27940 ist eine derartige elektrische Maschine bekannt, bei der die Symmetrie zwischen Läufer und Stator in der oben beschriebenen Weise gebrochen ist. Dabei kann der Läufer die Feldmagnetanordnung und der Stator die Magnetpole oder umgekehrt enthalten. Im Unterschied zu einer herkömmlichen elektrischen Maschine wechselt in einer solchen Maschine mit gebrochener Symmetrie die Phasenposition der Magnetpole zu den einzelnen Magnetfeldern von Periode zu Periode. Durch diese Aufhebung der Symmetrie, bei der sich keine Phasenposition zwischen einem Magnetpol und einer Magnetfeldperiode wiederholt, ist gegenüber herkömmlichen symmetrischen Maschinen das Rastmoment wesentlich verringert.

Die in der obengenannten WO 96/27940 beschriebene elektrische Maschine weist Polköpfe mit einem in Richtung der Hauptfeldlinien des Poles T-förmigen Querschnitt auf, wodurch an dem der Feldmagnetanordnung zugewandten Ende des Polkopfes ein Absatz gebildet ist, an welchen die auf dem Polkopf sitzende Polwicklung mit einer Stirnseite angrenzt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Maschine dahingehend zu verbessern, daß bei erhöhtem Wirkungsgrad der zu ihrer Herstellung erforderliche Aufwand

verringert ist.

Die diese Aufgabe lösende elektrische Maschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Polköpfe eine zur Bildung der Magnetpole durch Aufstecken der Polwicklungen auf die Polköpfe geeignete Form aufweisen.

Gegenüber dem Stand der Technik wird durch die Möglichkeit zum Aufstecken vorgefertigter Polwicklungen eine wesentliche Herstellungsvereinfachung mit dem zusätzlichen Vorteil erreicht, daß durch den Wegfall der T-förmigen Querschnittsform der Polköpfe in einer Maschine der obengenannten Art keine merkliche Verschlechterung des EMK- bzw. Drehmomentenverlaufs der elektrischen Maschine auftritt, wie ersieh in diesem Fall bei einer herkömmlichen, symmetrischen Maschine ergeben würde. Im Falle einer Maschine der eingangs erwähnten Art erfolgt durch den Symmetriebruch eine geeignete Mittelung, so daß sich ohne T-Querschnitt der Polköpfe ein annähernder Sinusverlauf der EMK bzw. des Motordrehmoments ergibt, der bei symmetrischen Maschinen durch T-förmige Querschnitte oder Schrägung der Polköpfe erreicht werden kann. Da die Polwicklungen extern herstellbar sind, können sie im Hinblick auf die Polgeometrie und eine weitgehend vollständige Ausfüllung von zwischen den Polköpfen vorhandenen Zwischenräumen optimal gewickelt werden, woraus eine Erhöhung des Motorwirkungsgrades resultiert.

Mit dem nachteilslosen Wegfall der T-förmigen Polköpfe wird auch die damit verbundene Tendenz zum Kurzschließen des Flusses benachbarter Magnete gemindert.

Zur Erleichterung des Aufsteckens können sich die Polköpfe in Richtung zu der Feldmagnetanordnung zumindest geringfügig verjüngen, wobei selbst dann wegen des Symmetriebruchs keine merkliche Beeinträchtigung des EMK- bzw. Drehmomentenverlaufs eintritt.

Als weitere, das Aufstecken der Polwicklungen erleichternde Maßnahme kann vorgesehen sein, daß die Polköpfe am Rand ihrer der Feldmagnetanordnung zugewandten Stirnfläche abgeschrägt oder/und abgerundet sind. Auch durch diese Maßnahme ergibt sich aus den genannten Gründen keine weitere Verschlechterung des EMK- bzw. Drehmomentenveriaufs.

Zur Stabilisierung einer insbesondere als Läufer verwendeten Magnetpolanordnung können die Polwicklungen gegen Verschiebung auf den Polköpfen gesichert und daran befestigt sein, z.B. durch eine Verklebung oder einen Preßsitz.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Polwicklungen einen röhrenförmigen, auf die Polköpfe aufsteckbaren Trägerkern aufweisen, welcher insbesondere aus einem hochpermeablen Material besteht. Durch einen solchen röhrenförmigen hochpermeablen Trägerkern läßt sich unter weiterer Erhöhung des Motorwirkungsgrades eine optimale Polgeometrie erzielen, wobei Kern- und Spulenmaterial zueinander in optimalem Verhältnis stehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein durch die Abweichung von der ganzen Zahl variierender Versatz zwischen den Magnetfeldperioden und den Polen wenigstens teilweise durch eine entsprechend zeitversetzte Speisung der Polwicklungen ausgeglichen ist. Damit werden bei wesentlich verbessertem Rastverhalten durch den Symmetriebruch bedingte Beeinträchtigungen der Motorlaufeigenschaften weitgehend aufgehoben.

Zur zeitversetzten Speisung können Schaltungen vorgesehen sein, die aus einer mehrphasigen Speisespannung weitere Speisespannungen erzeugen, wobei diese Schaltungen durch geeignete Schaltung von Statorpolwicklungen z.B. in Stern- oder/und Dreiecksschaltungen gebildet sein können.

Entsprechend einem anderen Konzept kann eine zeitverzögerte Speisung basierend auf einer Bestimmung der momentanen Position von Läufer und Stator vorgesehen sein, wobei eine solche Positionen verarbeitende Antriebssteuerung geeignet zeitversetzte Antriebsspannungen für die elektrische Maschine bereitstellt.

Vorzugsweise ist die Feldmagnetanordnung durch Permanentmagnete gebildet.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf dieses Ausfuhrungsbeispiel beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer schematischen Seitenansicht,

Fig. 2 die elektrische Maschine von Fig. 1 in einer Draufsicht, Fig. 3 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Polkopfform, und Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Polkopfform.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der Fig. 1 eine als Läufer dienende Feldmagnetanordnung bezeichnet, welche durch in Läuferbewegungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnete Permanentmagnete 2 und 3 gebildet sind, wobei sich ein einen Nordpol bildender Permanentmagnet 2 einer magnetischen Periode und ein einen Südpol bildender Permanentmagnet 3 einer magnetischen Periode einander abwechseln.

Mit dem Bezugszeichen 4 ist in den Fig. 1 und 2 eine an einem Stator vorgesehene Polanordnung mit Polköpfen 5 bezeichnet, welche in zueinander gleichen Abständen entlang der Feldmagnetanordnung 1 angeordnet sind. In der in den Fig. 1 und 2 ausschnittsweise dargestellten Maschine stehen insgesamt neun, jeweils einen Permanentmagneten 2 und 3 aufweisenden magnetischen Perioden siebenundzwanzig Statorpole gegenüber, wobei anhand der Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, daß in jeder der drei dort sichtbaren magnetischen Perioden eine andere räumliche Konstellation zwischen den Permanentmagneten 2, 3 und den Statorpolköpfen 5 vorliegt.

Mit dem Bezugszeichen 6 sind in den Fig. 1 und 2 Polwicklungen bezeichnet, wobei in der Reihe von Statorpolen jeweils jede dritte Polwicklung mit der gleichen Phase einer dreiphasigen Speisespannung verbunden und diese Polwicklungen untereinander in Reihe geschaltet sind. Die Poiwicklungen 6 sind mit den Polköpfen 5 jeweils verklebt.

Im Unterschied zu der gezeigten Linearanordnung von Rotor und Stator könnte auch eine Rotationsanordnung vorgesehen sein.

Zur Herstellung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten elektrischen Maschine werden die Polwicklungen 6 komplett vorgefertigt und auf die Polköpfe 5 aufgesteckt, wobei ein in der Papierebene und senkrecht dazu jeweils rechteckiger Querschnitt gegenüber einem herkömmlichen T-förmigen Querschnitt ein solches Aufstecken zuläßt. Mit dieser Gestaltung der Polköpfe ist in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Maschine keine Beeinträchtigung des EMK- oder Drehmomentenverlaufs verbunden, da durch die erwähnte Ungleichmäßigkeit der Anordnung der Polköpfe in bezug auf die magnetischen Perioden des Feldes, insbesondere die unterschiedliche Position der durch die gleiche Phase gespeisten Polköpfe, eine entsprechende Mittelung erfolgt.

Durch die Möglichkeit der Vorfertigung der Polwicklungen unabhängig von den Polköpfen können die Polwicklungen unter Erhöhung des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine optimal hergestellt werden. Insbesondere lassen sich Zwischenräume zwischen den Polköpfen nahezu vollständig für die Unterbringung von Polwicklungen nutzen.

Wie in der Fig. 3 etwas übertrieben dargestellt ist, könnten die Polköpfe in einem Schnitt in der Papierebene und/oder einer dazu senkrechten Ebene eine Trapezform derart aufweisen, daß sich die Poiköpfe in Richtung zu der Feldmagnetanordnung hin verjüngen, wodurch das Aufstecken der Polwicklungen erleichtert wird. Eine solche Erleichterung ergäbe sich auch durch eine in der Fig. 4 gezeigte Abschrägung 7 am Stimflächenrand eines Polkopfes 5b.

Claims

Ansprüche:

1. Elektrische Maschine, mit einer fremderregten Feldmagnetanordnung (2,3) für die Erzeugung von in Läuferbewegungsrichtung aufeinanderfolgenden, jeweils ganzen magnetischen Perioden entsprechenden Magnetfeldern und mit entlang der Feldmagnetanordnung (2,3) angeordneten, jeweils eine Polwicklung (6) und einen die Polwicklung (6) tragenden Polkopf (5) aufweisenden Magnetpolen, wobei auf eine magnetische Periode eine von einer ganzen Zahl abweichende Zahl von Magnetpolen entfällt, dadurch gekennzeichnet, daß die Polköpfe (5) eine zur Bildung der Magnetpole durch Aufstecken der Polwicklungen (6) auf die Polköpfe (5) geeignete Form aufweisen.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Polköpfe (5a) in Richtung zu der Feldmagnetanordnung (2,3) zumindest geringfügig verjüngen.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polköpfe (5b) am Rand ihrer der Feldmagnetanordnung zugewandten Stirnfläche abgeschrägt oder/und abgerundet sind.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polwicklungen (6) gegen Verschiebung auf den Polköpfen (5), insbesondere durch eine Befestigung an den Polköpfen, gesichert sind.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen an den Polköpfen durch Verklebung oder Preßsitz befestigt sind.

6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polwicklungen einen röhrenförmigen, auf die Polköpfe aufsteckbaren Trägerkern, insbesondere aus einem hochpermeablen Material, aufweisen.

7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Abweichung von der ganzen Zahl variierender Versatz zwischen den Magnetfeldperioden und den Polen wenigstens teilweise durch eine entsprechend zeitversetzte Speisung der Polwicklungen (6) ausgeglichen ist.

8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zurzeitversetzten Speisung Schaltungen zur Erzeugung weiterer Speisespannungsphasen aus einer mehrphasigen Speisespannung vorgesehen sind.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zeitversetzte Speisung basierend auf einer Bestimmung der momentanen Position von Läufer und Stator vorgesehen ist.

10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldmagnetanordnung durch Permanentmagnete (2,3) gebildet ist.