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Elektrische Axialluftspaltmaschine Die Erfindung bezieht sich auf
eine elektrische Axialluftspaltmaschine, deren Anker mit seinem äußeren Umfang im
Inneren eines hohlzylindrischen Teils befestigt ist, das drehbar auf einer Buchse
gelagert ist, die auf einer feststehenden Achse befestigt ist, und deren Erreger
auf der Buchse befestigt ist und mit einem den Anker zu beiden Seiten von innen
umfassenden U-förmigen Querschnitt ausgebildet ist.
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Bei bekannten Axialluftspaltmaschinen dieser Art besteht der Anker
aus einer Anzahl gewickelter Flachspulen, und der Erreger enthält zwei Scheiben,
zwischen denen die Feldspule liegt, und die am Umfang mit einer Reihe von Polschuhen
versehen sind. Die Spulen sind einzeln zwischen diese Polschuhe eingesteckt und
an der Innenwand des hohlzylindrischen Teils befestigt. Die Herstellung solcher
Maschinen ist daher mühsam und teuer.
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Es sind andrerseits viele Arten von Radialluftspaltmaschinen mit Außenläufer
bekannt, die beispielsweise zum Einbau in Trommeln, Walzen od. dgl. bestimmt sind
oder dort angewendet werden, wo das größere Trägheitsmoment des Außenläufers gegenüber
demjenigen eines Innenläuferrnotors gleicher Leistung ausgenutzt werden soll.
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Radialluftspaltmaschinen haben aber zwangläufig eine beträchtliche
Bauhöhe, d. h. Ausdehnung in axialer Richtung. Für bestimmte Anwendungsfälle
wären jedoch Außenläufermaschinen mit möglichst geringer Bauhöhe und kleinem
Trägheitsmoment des Läufers erwünscht. Dies gilt beispielsweise für Magnetspeicher
für elektronische Rechengeräte, bei denen die scheibenförinigen Aufzeichnungsträger
sehr schnell in Drehung versetzt und wieder angehalten werden müssen. Für solche
Zwecke wäre ein Axialluftspaltmotor günstiger als ein Radialluftspaltmotor.
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Es sind andrerseits inzwischen elektrische Axialluftspaltmaschinen
mit sogenannten »gedruckten Wicklungen« bekanntgeworden. Diese Maschinen enthalten
eine dünne ringfönnige Ankerscheibe aus Isoliermaterial, auf deren beiden Seiten
die Wicklungsleiter nach Art der sogenannten »gedruckten Schaltungen« in Form von
dünnen Flachleitern gebildet sind. Leitende Durchführungen durch die isolierende
Trägerscheibe hindurch verbinden die gedruckten Wicklungsleiter zu der vollständigen
Wicklung. Diese Ankerscheibe dreht sich in einem schmalen Luftspalt zwischen zwei
permanenten Erregerpolkränzen. Solche Axialluftspaltmaschinen sind sehr einfach
und billig in Massenfertigung herzustellen, weil die ganze Wicklung in einem Arbeitsgang
geformt wird, vorzugsweise mit automatischen Einrichtungen. Außerdem kann der Anker
mit einem sehr geringen Trägheitsmoment ausgebildet werden.
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Solche Axialluftspaltmaschinen mit gedruckten Wicklungen wurden bisher
nur als Innenläufermaschinen ausgebildet, weil es eine wesentliche Voraussetzung
für die Herstellung der gedruckten Wicklung ist, daß die ringförmige Ankerscheibe
aus einem Stück besteht. Dagegen konnte der die permanenten Erregermagnete enthaltende,
etwa dosenförmige Ständer beispielsweise entlang einem Durchmesser geteilt werden,
so daß die beiden Hälften seitlich über die Ankerscheibe geschoben werden konnten.
Eine Unterteilung des Ständers in einer senkrecht zur Maschinenachse durch den axialen
Luftspalt verlaufenden Ebene ist nicht zweckmäßig, weil dadurch ein Teil der remanenten
Magnetisierung der Permanentmagnete verlorengeht. Es ist daher nicht möglich, die
gewickelten Spulen der zuvor erwähnten Außenläufer-Axialluftspaltmaschine einfach
durch eine gedruckte Ankerscheibe zu ersetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialluftspaltmaschine
der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß sie einfacher und billiger herzustellen
ist und einen günstigeren Wirkungsgrad hat als die bekannten Maschinen dieser Art.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Anker aus einer
beidseitig mit einer gedruckten Wicklung versehenen ringförmigen isolierenden Trägerscheibe
besteht und daß der Erreger aus einstückigen U-förmigen Perinanentmagneten zusammengesetzt
ist, die mit radial nach außen ragenden Schenkeln in die Mittelöffnung der Ankerscheibe
eingesetzt sind.
Die Erfindung ermöglicht die Verwendung der in
üblicher Weise hergestellten Ankerscheiben mit gedruckten Wicklungen in einem Außenläufermotor,
indem das Problem der Einführung der einstückigen Ankerscheibe in den nach außen
offenen axialen Luftspalt gelöst ist. Diese Lösung besteht darin, daß der Erreger
aus getrennten U-förmigen Permanentmagneten zusammengesetzt ist, die einzeln in
die Mittelöffnung der Ankerscheibe eingeführt und von da über die Ankerscheibe geschoben
werden. Dadurch ist es möglich, Erregerpole mit verhältnismäßig großer radialer
Ausdehnung mit einer Ankerscheibe mit verhältnismäßig kleiner Mittelöffnung zusammenzubauen,
so daß ein großer Teil der Ankerscheibe elektromagnetisch wirksam ausgenutzt werden
kann. Dadurch lassen sich eine im Verhältnis zu den Abmessungen große Leistung und
ein guter Wirkungsgrad erzielen.
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Die Verwendung von U-förmigen Magneten ermöglicht eine Sättigungsmagnetisierung
der Magnetpole vor dem Einbau. Zur Durchführung dieser Sättigungsmagnetisierung
ohne Luftspalt braucht lediglich ein magnetisches Zwischenstück zwischen die Pole
eingesetzt zu werden. Dann erfolgt die Magnetisierung, und nach dem Entnehmen des
Zwischenstücks sind die Magnete mit dem endgültigen Luftspalt der Maschine bis zur
Sättigung magnetisiert.
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Die nach der Erfindung ausgebildete Maschine weist alle Vorteile der
bekannten Axialluftspaltmaschinen mit gedruckten Wicklungen insbesondere hinsichtlich
der einfachen Fertigung und der geringen Bauhöhe auf. Ferner hat der Anker ein kleines
Trägheitsmoment, da er praktisch nur aus der dünnen bedruckten Trägerscheibe besteht.
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Bei einem großen Radius der Trägerscheibe kann es vorkommen, daß ihre
eigene Steifigkeit nicht ausreicht, um ein Verwerfen des inneren Randes mit Sicherheit
zu verhindern. Es wäre zwar möglich, die Trägerscheibe durch Aufkleben auf eine
steifere Stützscheibe zu verstärken, doch würde dies einerseits eine Verbreiterung
des Luftspalts erfordern und andrerseits das Trägheitsmoment vergrößern. Gemäß einer
Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird daher der innere Rand der Trägerscheibe
dadurch gestützt, daß an dem Erreger Führungsglieder derart angeordnet sind, daß
sie einander paarweise gegenüber an einem nahe dem inneren Umfang liegenden ringförmigen
Abschnitt der Ankerscheibe anliegen.
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Diese Führungsglieder müssen nicht alle zusätzlich angebracht werden,
denn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind sie wenigstens zum Teil die Bürsten
der Maschine.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Maschine, dessen rechte Hälfte
in der Richtung a und dessen linke Hälfte in der Richtung b von F i
g. 2 verläuft, und F i g. 2 einen Querschnitt durch die Maschine,
dessen eine Hälfte in der Richtung c und dessen andere Hälfte in der Richtung
d von F i g. 1 liegt.
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Bei dem dargestellten Beispiel ist die Ankerscheibe am Umfang ihres
isolierenden Trägers 1, der die eigentliche doppelseitige Wicklung 2 trägt,
an einem Kranz 3 befestigt, der an der Innenseite des anzutreibenden Organs
geformt ist. Diese Befestigung erfolgt beispielsweise mittels Bolzen oder Schrauben
5.
Das anzutreibende Organ kann beispielsweise aus zwei Scheiben
6, 7 bestehen, die durch Querglieder oder einen Ring 4 im Abstand voneinander
gehalten werden.
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Die Scheiben 6, 7 sind drehbar um eine feststehende Achse 12
mittels Lagern 10 und 11 gelagert, die an den Endbuchsen von zwei
Naben 8
und 9 anliegen. Diese Naben sind auf die Achse aufgesteckt,
und ihr Abstand wird durch die dazwischen eingeklemmten U-förmigenMagnete13 gewährleistet.
Das Festklemmen erfolgt mittels Gewinderingen 14 und 15 an den beiden Enden
der Naben; diese Ringe halten die Laufringe der Wälzlager fest. Nach dem Zusammenbau
können Keile eingesetzt werden, um die Naben fest mit der Achse zu verbinden.
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Die Naben 8 und 9 tragen Platten 16 und
17, die beispielsweise angeformt sind. Vorzugsweise sind in diesen Platten
sektorförmige Ausnehmungen für die Führung der U-förmigen Magnete gebildet. Diese
Magnete müssen durch die Mittelöffnung der Ankerscheibe eingesetzt werden (nachdem
diese Scheibe an der Felge befestigt worden ist und eine der Naben, beispielsweise
die Nabe 8, mit der zugehörigen Scheibe, in diesem Fall der Scheibe
6, zusammengefügt sind, während die anderen Elemente noch fehlen). Je weniger
Pole die Maschine hat, um so schwieriger ist das Einsetzen der Magnete, weil die
Mittelöffnung der Ankerscheibe für einen vorgegebenen Außendurchmesser nicht zu
groß bemessen werden darf, weil sonst der elektrotechnische Wirkungsgrad der Maschine
unzulässig herabgesetzt wird. Zur Erleichterung des Zusammenbaus ist es deshalb
vorgesehen, für jedes Polpaar zwei U-fönnige Magnete zu verwenden, die so bearbeitet
sind, daß sie sich in den sektorförnügen Vertiefungen zusammenfügen, wie in F i
g. 2 erkennbar ist, aus der ersichtlich ist, daß jeder Magnet 13 von
F i g. 1 in Wirklichkeit aus zwei zusammengefügten Magneten 131 und
132 besteht.
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In der nach der Richtung d von F i g. 1 verlaufenden
Halbansicht von F i g. 2 ist als Beispiel eine achtpolige Wellenwicklung
mit 41 Leitern je Seite dargestellt. Die Linien begrenzen die Leiterverläufe,
die so ausgebildet sind, daß sie sich auf der isolierenden Oberfläche aneinanderschließen.
Der Verlauf auf der anderen Seite ist identisch, wobei jedoch die sich an die beiden
Enden der Halbwindungsleiter anschließenden geneigten Abschnitte entgegengesetzt
zu den auf der sichtbaren Seite vorhandenen Leitern gerichtet sind. Dagegen decken
sich die etwa radial liegenden sektorförmigen Abschnitte auf den beiden Seiten der
Ankerscheibe. Die Punkte an den Enden der Halbwindungsleiter markieren die Stellen
der Metallisierungen, die durch das Isoliermaterial hindurchgehen und die Verbindungen
von der einen zur anderen Seite für den vollständigen elektrotechnischen Wicklungsverlauf
gewährleisten; der Wicklungsschritt ist durch die Neigung der Endabschnitte der
Halbwindungsleiter bestimmt. An Stelle einer Wellenwicklung könnte ebensogut eine
Schleifenwicklung gebildet werden.
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Eine derart ausgebildete Ankerscheibe weist insbesondere bei verhältnismäßig
großen Abmessungen im Betrieb eine gewisse Neigung zum Verwerfen auf. Deshalb sind
Führungsglieder vorgesehen, die auf den beiden Seiten der Scheibe an einander paarweise
gegenüberliegenden Stellen nahe dem inneren Umfang anliegen. Diese mit Kugeln oder
mit Graphitschmierung
ausgestatteten Anschläge werden beispielsweise
von den Platten 16 und 17 getragen und sind mit 18 bzw.
19 bezeichnet. Sie gehen zwischen den Magnetpolen hindurch. Da die Maschine
wenigstens ein Bürstenpaar erfordert (bei einer Wellenwicklung, während bei einer
Schleifenwicklung ebenso viele Bürstenpaare wie Polpaare vorhanden sind), können
diese Bürsten, die im Abstand von einem Polschritt oder von einem ungradzahligen
Vielfachen des Polschritts liegen müssen, dann vorzugsweise gleichzeitig als Führungsglieder
für die Ankerscheibe dienen; dies ist als Beispiel an der Stelle 20 (F i
g. 1) dargestellt, wo eine der Bürsten erkennbar ist.