DE4328774A1 - Magnet arrangement for an electrical machine - Google Patents
Magnet arrangement for an electrical machineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Magnetanordnung für eine elektri sche Maschine, bei der die Wicklung in einer ersten Ebene verläuft und bei der Polelemente im Abstand voneinander in zweiten Ebenen, senkrecht zu der ersten Ebene vorgesehen sind, wobei die Polelemente im wesentlichen mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet sind und ihre hohlen Innenräume von der quer verlaufenden Wicklung durchsetzt werden.The invention relates to a magnet arrangement for an electri cal machine in which the winding is in a first plane runs and with the pole elements spaced from each other in second levels, perpendicular to the first level are, the pole elements substantially U-shaped Cross-section are formed and their hollow interiors by the transverse winding are interspersed.
Derartige Magnetanordnungen für elektrische Maschinen sind in verschiedenen Versionen bekannt und werden beispielsweise bei Transversalflußmaschinen oder elektrischen Maschinen der Gleichpolbauart verwendet, bei denen es erwünscht ist, eine kleine Polteilung zu erreichen. Zu diesem Zweck wird eine Bauform verwendet, bei der die Wicklung nicht quer, sondern parallel zur Bewegungsrichtung des Läufers verläuft. Bei Ra dialflußmaschinen und Axialflußmaschinen, sogenannten Schei benläufer-Maschinen verläuft die Wicklung dann in Umfangs richtung.Such magnet arrangements for electrical machines are in different versions are known and are for example at Transverse flux machines or electrical machines of the Same pole design used, where it is desirable to have a to achieve small pole pitch. For this purpose, a Design used in which the winding is not transverse, but runs parallel to the direction of movement of the rotor. At Ra dial flow machines and axial flow machines, so-called Schei benläufer machines, the winding then runs in circumference direction.
Derartige Maschinen sind beispielsweise aus der DE 37 05 089 C2 bekannt.Such machines are for example from the DE 37 05 089 C2 known.
Bei solchen Maschinen verläuft der für die Kraftbildung maß gebliche magnetische Fluß nur so lange in der Längsebene der Maschine, bis er den jeweiligen Statorzahn verlassen hat und im Rückenbereich in axialer oder radialer Richtung um die je weilige Wicklung geführt wird.In such machines, the measure for the power generation runs usual magnetic flux only as long in the longitudinal plane of the Machine until it has left the respective stator tooth and in the back area in the axial or radial direction winding is performed.
Um diesen magnetischen Fluß bei höheren Ummagnetisierungs frequenzen verlustarm zu führen, werden die Weicheisenele mente des Stators üblicherweise aus geblechten Materialien aufgebaut, da diese sich durch niedrige Ummagnetisierungs verluste auszeichnen. Insbesondere sind in diesem Zusammen hang Schnittbandkerne, Ringbandkerne oder gestanzte Ringe mit einem aufgesetzten Rückschluß geeignet.To this magnetic flux at higher magnetic reversal The soft iron soul becomes low-loss elements of the stator usually made of laminated materials built up because these are characterized by low magnetic reversal mark losses. In particular are in this together Hang cut cores, toroidal cores or punched rings with an applied conclusion.
Die Situation ist schematisch in Fig. 1 der Zeichnungen dar gestellt, in der man eine Wicklung 10 erkennt, die senkrecht zur Zeichenebene durch ein Polelement 12 verläuft, das bei spielsweise von den Blechlamellen eines Schnittbandkernes ge bildet wird. Die Wicklung 10 sitzt dabei in einem hohlen In nenraum 14 eines U-förmigen Polelementes und erzeugt durch den senkrecht zur Zeichenebene fließenden elektrischen Strom IW ein magnetisches Hauptfeld BH, das schematisch mit den Pfeilen 18 angedeutet ist. Allerdings wird in dem Innenraum 14 gleichzeitig auch ein Nutquerfeld BN ausgebildet, das mit den Pfeilen 16 schematisch angedeutet ist.The situation is shown schematically in Fig. 1 of the drawings, in which one can see a winding 10 which extends perpendicular to the plane of the drawing through a pole element 12 , which is formed by the sheet metal lamellae of a cutting tape core for example. The winding 10 sits in a hollow inner space 14 of a U-shaped pole element and generates a magnetic main field B H , which is schematically indicated by the arrows 18 , by the electrical current I W flowing perpendicular to the plane of the drawing. However, a transverse groove field B N is also formed in the interior 14 , which is indicated schematically by the arrows 16 .
Bei derartigen Bauformen tritt somit in dem Innenraum 14 ein Nutquerfeld BN auf, das vom Nutinneren nach außen anwächst und in den Leitern der Wicklung 10 einen Skin-Effekt erzeugt. Durch dieses Nutquerfeld werden zumindest in den "senkrech ten" Randbereichen der Nut, bezogen auf die gewählte zeich nerische Darstellung, Wirbelströme erzeugt, die eine uner wünschte Erwärmung zur Folge haben, insbesondere bei höheren Ummagnetisierungsfrequenzen von geblechten Polelementen des Stators.In such designs, a transverse slot field B N thus occurs in the interior 14 , which grows outwards from the inside of the slot and produces a skin effect in the conductors of the winding 10 . Through this transverse groove field, eddy currents are generated at least in the "perpendicular" edge regions of the groove, based on the selected drawing, which result in undesired heating, in particular at higher magnetic reversal frequencies of laminated pole elements of the stator.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Magnet anordnung für eine elektrische Maschine anzugeben, bei der dieses Nutquerfeld auch bei hohen Frequenzen verlustarm ge führt werden kann, um eine Erwärmung der Polelemente zu ver meiden.The invention is therefore based on the object of a magnet to specify arrangement for an electrical machine in which this transverse groove field with low losses ge even at high frequencies can be performed to ver heating the pole elements avoid.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Magnetanord nung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß zwischen der Wicklung und dem jeweiligen Polelement ein Nutschirm mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt eingesetzt ist, der aus weichmagnetischem Pulververbundwerkstoff oder aus weich magnetischen Lamellen besteht, die in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Wicklung liegen.The solution according to the invention consists of a magnet arrangement tion of the type mentioned in such a way that between a slot screen with the winding and the respective pole element is used essentially U-shaped cross section made of soft magnetic powder composite or soft magnetic slats, which are perpendicular in one plane to the longitudinal direction of the winding.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Aufgabe in zu friedenstellender Weise gelöst, denn der Nutschirm verhindert das Eindringen des Nutquerfeldes in das umgebende Polelement des Stators.With the arrangement according to the invention the task in solved peacefully, because the grooved screen prevents the penetration of the transverse groove field into the surrounding pole element of the stator.
Vorzugsweise besteht der Nutschirm gemäß der ersten Alterna tive aus weichmagnetischem Pulverbundwerkstoff, der in allen drei Raumachsen elektrisch isoliert. Gemäß der zweiten Alter native ist für diese Zwecke auch ein geblechtes Material ge eignet, sofern die im wesentlichen U-förmigen Bleche in Um fangsrichtung der Maschine geschichtet sind und damit eine gegenüber den Statorzähnen oder Polelementen um 90° gedrehte Blechung aufweisen. The grooved screen preferably consists according to the first alternative tive made of soft magnetic powder composite, which in all three spatial axes electrically isolated. According to the second age A laminated material is also native for these purposes is suitable, provided the essentially U-shaped sheets in Um direction of the machine are layered and thus a rotated by 90 ° with respect to the stator teeth or pole elements Have laminations.
Der Pulververbundwerkstoff besitzt zwar einen Freiheitsgrad mehr, um den Streufluß in dem Nutschirm einzusammeln, jedoch hat eine geblechte Ausführungsform eine durchaus ausreichende Wirkung für die hauptsächlichen Streukomponenten und bietet eine bessere Feldführung. Mit diesem Nutschirm wird somit in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Streufluß des Nutquer feldes in dem Nutschirm zirkuliert und nicht nach außen in den jeweiligen Schnittbandkern des Polelementes austritt.The powder composite material has a degree of freedom more to collect the leakage flux in the slot screen, however a laminated embodiment is quite sufficient Effect for the main scattering components and offers better field guidance. With this grooved umbrella is thus in advantageously achieved that the leakage flux of the Nutquer field circulates in the slot screen and not to the outside in the respective cutting tape core of the pole element emerges.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgese hen, daß der Nutschirm in dem Zwischenraum zwischen der Wick lung und der Aussparung in dem Polelement sitzt und derart in seiner Dicke dimensioniert ist, daß der im Nutschirm verlau fende magnetische Streufluß unterhalb der magnetischen Sät tigung liegt. Die Dimensionierung hängt dabei von der Strom- und Feldbelastung ab.In a further development of the arrangement according to the invention, it is provided hen that the slot screen in the space between the wick tion and the recess in the pole element and so in its thickness is such that it remains in the slot screen Magnetic stray flux below the magnetic seed is lying. The dimensioning depends on the current and field load.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Magnetanordnung ist vorgesehen, daß der Nutschirm an den stirnseitigen Enden sei ner Schenkel eine Materialverdünnung, insbesondere eine von der Wicklung weg weisende Abschrägung aufweist. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß ein Eintritt des Haupt feldes in den Nutschirm erschwert wird, so daß im wesentli chen nur das Nutquerfeld in dem Nutschirm eingesammelt wird.In a further development of the magnet arrangement according to the invention provided that the grooved screen was at the front ends ner thigh a material thinning, especially one of has a bevel pointing away from the winding. With that, in advantageously achieved that entry of the main Field is difficult in the slot screen, so that in essence Chen only the cross groove field is collected in the groove screen.
Bei einer derartigen Bauform der Magnetanordnung erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Abschrägung gegenüber der Längserstreckung der Schenkel des Nutschirmes einen Winkel bildet, der kleiner als 60°, insbesondere kleiner als 45° ist.With such a design of the magnet arrangement, it proves proved to be useful if the bevel is opposite the Longitudinal extension of the legs of the slot screen at an angle forms that is less than 60 °, in particular less than 45 ° is.
In den meisten Fällen erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Nutschirm in Längsrichtung der Wicklung die gleichen Längsabmessungen wie das jeweilige Polelement hat und bündig mit den Stirnflächen des Polelementes abschließt. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform mit glatten Flächen.In most cases it is useful if the slot screen in the longitudinal direction of the winding is the same Has longitudinal dimensions like the respective pole element and is flush ends with the end faces of the pole element. Thereby there is a particularly compact design with smooth Surfaces.
Bei einer alternativen Bauform kann es jedoch erwünscht sein, daß der in die Aussparung des jeweiligen Polelementes einge setzte Nutschirm die Stirnflächen des Polelementes teilweise überlappt, um das Streufeld des Nutquerfeldes in zuverlässi ger Weise einzufangen.With an alternative design, however, it may be desirable that the in the recess of the respective pole element slot screen partially set the end faces of the pole element overlaps to the stray field of the groove cross field in reliably engaging way.
Bei einer speziellen Bauform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß der Nutschirm in Form eines Jochringes mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist, dessen Rücken in Längsrichtung der Wicklung durchgehend ausgebildet ist und der außen neben seinen Schenkeln ange setzte Polelemente aufweist, die an die Schenkel angrenzen und in Längsrichtung der Wicklung beabstandet sind. Bei die ser Bauform ist dann der Jochring praktisch als Träger für die jeweiligen Polelemente oder Statorzähne ausgebildet.With a special design of the arrangement according to the invention it is provided that the slot screen in the form of a yoke ring is formed with a substantially U-shaped cross section, the back of which runs continuously in the longitudinal direction of the winding is trained and the outside next to his legs has set pole elements that adjoin the legs and are spaced in the longitudinal direction of the winding. At the This design is then the yoke ring practical as a carrier for the respective pole elements or stator teeth are formed.
Schließlich erweist es sich als zweckmäßig, wenn bei der er findungsgemäßen Anordnung die jeweiligen Polelemente als Schnittbandkerne, Ringbandkerne oder gestanzte Ringe, gegebe nenfalls mit aufgesetztem Rückschluß ausgebildet sind.Finally, it turns out to be useful if he arrangement according to the respective pole elements as Ribbon cores, toroidal cores or punched rings, given are designed with an attached yoke.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen inThe invention is set out below with respect to others Features and advantages, based on the description of exec example and with reference to the enclosed Drawings explained in more detail. The drawings show in
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch die wesentli chen Komponenten einer Magnetanordnung mit einer Wicklung quer zu einem U-förmigen Polelement; Figure 1 is a schematic cross section through the wesentli Chen components of a magnet assembly with a winding transverse to a U-shaped pole element.
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ma gnetanordnung; Fig. 2 is a schematic representation for explaining a first embodiment of the magnetic arrangement according to the invention;
Fig. 3 und 3a eine schematischen Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Magnetanordnung gemäß der Erfindung; und in FIGS. 3 and 3a is a schematic diagram for explaining a second embodiment of the magnet assembly according to the invention; and in
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Magnetanordnung. Fig. 4 is a schematic representation of a third embodiment of the magnet arrangement according to the invention.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Magnetanordnung für eine elektrische Maschine, bei der eine Wicklung 10 in einer ersten Ebene verläuft und bei der ein Polelement 12 in einer zweiten Ebene, senkrecht zu der ersten Ebene vorgesehen ist, wobei das Polelement 12 im wesentlichen mit U-förmigem Quer schnitt ausgebildet ist und in seinem hohlen Innenraum 14 von einer querverlaufenden Wicklung 10 durchsetzt ist. Fig. 1 shows schematically the structure of a magnet arrangement for an electrical machine, in which a winding 10 runs in a first plane and in which a pole element 12 is provided in a second plane, perpendicular to the first plane, the pole element 12 essentially with U-shaped cross section is formed and is penetrated in its hollow interior 14 by a transverse winding 10 .
Ausgehend von einer derartigen Anordnung ist in Fig. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetanordnung dargestellt, bei der ein Polelement 12 in U-förmiger Bauart vorgesehen ist. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Schnittbandkern, Ringbandkern oder einen gestanzten Ring han deln. Im Innenraum 14 dieses Polelementes 12 erkennt man eine schematisch dargestellte Wicklung 10, deren Windungen ledig lich schematisch angedeutet sind und deren Anzahl dem Ein satzzweck entsprechend gewählt ist. Zwischen dieser Wicklung 10 und dem Polelement 12 erkennt man in der Aussparung 14 einen im wesentlichen U-förmigen Nutschirm 20, der bei dieser Ausführungsform aus einem weichmagnetischen Pulververbund werkstoff besteht, der in Richtung von sämtlichen drei Raum achsen elektrisch isoliert. Dieser Nutschirm 20 hat einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und schließt bei dieser Ausführungsform bündig mit den Stirnflächen des Polelementes 12 ab. An den stirnseitigen Enden der Schenkel des Nutschir mes 20 sind Abschrägungen 22 eingezeichnet, die von der Außenfläche der Wicklung weg zu den Schenkeln des Polelemen tes 12 hin verlaufen, um den Eintritt des Hauptmagnetfeldes in den Nutschirm 20 zu verhindern oder zumindest zu erschwe ren.Starting from such an arrangement, a first embodiment of the magnet arrangement according to the invention is shown in FIG. 2, in which a pole element 12 is provided in a U-shaped design. This can be, for example, a cutting tape core, ring tape core or a punched ring. In the interior 14 of this pole element 12 can be seen a schematically illustrated winding 10 , the turns of which are only schematically indicated and the number of which is chosen according to the intended use. Between this winding 10 and the pole element 12 one can see in the recess 14 a substantially U-shaped slot screen 20 , which in this embodiment consists of a soft magnetic powder composite material, which electrically insulates axes in the direction of all three space. This grooved screen 20 has an essentially U-shaped cross section and, in this embodiment, is flush with the end faces of the pole element 12 . At the front ends of the legs of the Nutschir mes 20 bevels 22 are drawn, which extend away from the outer surface of the winding to the legs of the Polelemen tes 12 to prevent the entry of the main magnetic field into the slot screen 20 or at least to complicate ren.
Eine ähnliche Ausführungsform ist in Fig. 3 und 3a darge stellt. Der Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besteht darin, daß es sich hier um einen Nutschirm 20 aus einer Vielzahl von geblechten Lamellen 24 handelt, die Schenkel 28 aufweisen, die stirnseitig mit den bereits er wähnten Abschrägungen 22 versehen sind. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß die Lamellen dieses U-förmigen Nutschirmes in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine aufgeschichtet sind und dabei eine Blechung aufweisen, die gegenüber der Blechung der Polelemente bzw. Statorzähne um 90° gedreht ist. In diesem Zusammenhang sind die bereits beschriebenen Abschrägungen 22 sehr wichtig, da diese das Eindringen des Hauptfeldes in den Nutschirm 20 erschweren. In Fig. 3a der Zeichnungen ist dabei dieser Nutschirm 20 in vergrößerter Weise schematisch dargestellt.A similar embodiment is shown in Figs. 3 and 3a Darge. The difference to the embodiment according to FIG. 2 is that it is a grooved screen 20 made of a plurality of laminated lamellae 24 which have legs 28 which are provided with the bevels 22 already mentioned on the end face. It is important in this context that the lamellae of this U-shaped grooved screen are stacked in the circumferential direction of the electrical machine and have a sheet metal that is rotated by 90 ° with respect to the sheet metal of the pole elements or stator teeth. In this context, the bevels 22 already described are very important, since they make it difficult for the main field to penetrate into the slot screen 20 . In Fig. 3a of the drawings, this grooved screen 20 is shown schematically in an enlarged manner.
Eine weitere Bauform ist schließlich in Fig. 4 dargestellt. Der Nutschirm 20 ist dabei in Form eines Jochringes 26 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt ausgebildet und besteht aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff. Der Rücken dieses Jochringes 26 verläuft dabei durchgehend in Längsrichtung der Wicklung 10. Zwischen den Schenkeln 28 des Nutschirmes 20 ist die Wicklung 10 aufgenommen. An der Außen seite neben den Schenkeln 28 sind Polelemente 12 angesetzt, die an die Schenkel 28 angrenzen und die in Längsrichtung der Wicklung beabstandet sind. Im übrigen ist diese Bauform des Nutschirmes in gleicher Weise ausgebildet wie die anhand von Fig. 2 beschriebene Ausführungsform.Another design is finally shown in FIG. 4. The slot screen 20 is in the form of a yoke ring 26 with a substantially U-shaped cross section and consists of a soft magnetic powder composite material. The back of this yoke ring 26 runs continuously in the longitudinal direction of the winding 10 . The winding 10 is received between the legs 28 of the slot screen 20 . On the outer side next to the legs 28 , pole elements 12 are attached which adjoin the legs 28 and which are spaced apart in the longitudinal direction of the winding. Otherwise, this design of the slot screen is designed in the same way as the embodiment described with reference to FIG. 2.
Claims (8)
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| DE19934328774 DE4328774A1 (en) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | Magnet arrangement for an electrical machine |
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| DE (1) | DE4328774A1 (en) |
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