DE2331801C2 - Synchronmaschine - Google Patents

Description

25

Die Erfindung betrifft eine Synchronmaschine, deren Rotor aus mehreren ringförmigen und axial magnetischen Permanentmagneten besteht, welche längs der Rotorachse angebracht und zwischen Polstücken angeordnet sind die Polschuhe aufweisen, welche sich längs des Rotors über die Permanentmagnete erstrekken, so daß die Polarität del Polschuhe längs des Rotorumfanges wechselt

Synchron- oder Wechselstromm-schinen, die derartige Rotoren mit Permanentmagneten aufweisen, werden insbesondere als Generatoren für Kraftfahrzeuge verwendet

Die Permanentmagnete für derartige Maschinen sind in der Regel scheibenförmig ausgebildet und durch scheibenförmige Führungsmittel voneinander getrennt, welche radial zur Rotorachse verlaufen, wobei die Polschuhe von diesen Bauteilen getragen werden, die den magnetischen Ruß der gewünschten Polarität führen, so daß die Polaritäten der Polschuhe wechseln können. Andere Permanentmagnete weisen ähnlich wie die scheibenförmigen Permanentmagnete in der magnetischen Achsenrichtung eine kurze Abmessung, jedoch eine große Polfläche auf, weichen aber sonst von der Scheibenform ab. Es gibt auch in Gruppen angeordnete längere Permanentmagnete, die um die Rotorachse so angeordnet sind, daß ihre Längs- und Magnetachsen parallel zur Rotorachse liegen. Kürzere, um die Rotorachse angeordnete Permanentmagnete, deren magnetische Achsen parallel zur Rotorachse verlaufen, können zu einer Gruppe zusammengefaßt in Kunstharz eingegossen werden, um so eine Verbundscheibe zu bilden, die dann anstelle eines scheibenförmigen Permanentmagneten verwendet wird.

Es sind bereits Synchron- oder Wechselstrommaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. So ist in der FR-PS 11 98 011 eine Wechselstrommaschine beschrieben, deren Rotor aus Permanentmagneten besteht, wobei jedem axial magnetisierten Permanentmagnetring Führungsmittel zugeordnet sind, durch welche der axiale Permanentmagnetfluß in Polschuhe geleitet wird, so daß längs des Rotorumfanges

Wechselpole entstehen.

Aus der FR-PS 11 64 391 ist eine Dynamomaschine bekannt, deren aus Permanentmagneten bestehender Rotor Polstücke aufweist die paarweise mit einem Permanentmagneten in Form eüicr Scheibe zwischen jedes Paar eingeschaltet sind. Jedes Paar der Polsfücke kann um eine gemeinsame Welle angeordnet sein, um die gewünschte Gesamtlänge des Rotors zu erhalten.

Bei Verwendung von nur einem Permar.entmagneten ist die Polzahl begrenzt Bei zwei auf Abstand 5ängs der Rotorachse gehaltenen Permanentmagneten sind die Polteile des einen Permanentmagneten in axialer Richtung mit den Spalten zwischen den Polteilen des anderen Permanentmagneten ausgerichtet wobei die Permanentmagnete in radialer Richtung magnetisiert sind.

Ein Nachteil bei dieser bekannten Ausführung besteht darin, daß die Permanentmagnete einen komplizierten Aufbau haben und sich bei Betrieb entmagnetisieren können, wenn nicht teure Metallmagnete mit hoher Koerzitivkraft benutzt werden. Wegen des Auftretens von Zentrifugalkräften können jedoch billigere keramische Permanentmagnete, die z. B. aus Bariumferrit bestehen, nicht eingesetzt werden.

Da Motoren der eingangs genannten Art nicht selbststartend sind, haben sie den großen Nachteil, daß ihre Betriebsgeschwindigkeit nicht stabil gehalten werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchronmaschine vorzuschlagen, die bei Motorbetrieb den Selbstanlauf sicherstellt und dabei die Drehzahl stabilisiert und bei Generatorbetrieb lastbedingte Pendelungen des Rotors verringert

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die Erfindung geht hierbei von einer Wechselstrommaschine aus, die einen an seinem Innenumfang mit Nuten versehenen Stator aufweist, wobei die Nuten Leiter einer Verteilerwicklung aufnehmen, und deren Rotor so angeordnet ist. daß sein Außenumfang gegenüber dem Innenumfang des Stators umläuft und die mehrere Permanentmagnete lafweist, die längs der Rotorachse des Motors in Abständen angeordnet sind, so daß die Richtung ihrer Magnetisierung parallel zur Achse verläuft, und daß der Rotor auf Abstand gehaltene Polschuhe am Rotorumfang aufweist.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht im wesentlichen darin, daß die erfindungsgemäße Synchronmaschine bei Motorbetrieb den Selbstanlauf sicherstellt und die Drehzahl dabei stabilisiert und bei Generatorbetrieb lastbedingte Pendelungen des Rotors verringert

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Stirnansicht eines Rotors gemäß der erfindungsgemäßen Synchronmaschine zusammen mit einem schematischen Querschnitt des Stators;

Fig. 2 einen Längsschnitt des Rotors gemäß Fig. 1;

F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht des Rotors der F i g. 1 und 2 und

Fig.4 eine schaubildliche Ansicht einer anderen Ausführungsform des Rotors.

Der in den Fig. 1, 2, und 3 dargestellte Rotor hat 16 Pole und enthält drei scheibenförmig ausgebildete Permanentmagnete 1, 2 und 3, die in axialer Richtung magnetisiert sind. Die scheibenförmigen Polstücke 4, 5, 6 und 7 zu beiden Seiten der Magnete berühren die

Magnete an ihren Polflächen und sind auf einer Welle 8 aus rostfreiem Stahl montiert und durch eine Keilverbindung mit ihr verbunden. Die äußeren Polstflcke 4 und 7 sind dünner als die übrigen Polstücke 5 und 6, da sie nur einen geringeren Magnetfluß tragen. Die Polstücke überlappen die Magnete um einen kleinen Betrag, der aber ausreicht, r.m die Magnete festzuhalten. Die Polteile 9, 10, 11 und 12, welche entweder von den Polstücken herausragen oder Teile von Polschuhen 13, 14 bilden, verbinden die Polstücke mit den Polschuhen in magnetischer Hinsicht. Es werden daher in den Polschuhen Polaritäten entsprechend den magnetischen Permanentmagneten induziert, mit denen sie über die Polstücke gekoppelt sind. Jeder Polschuh ist mit jedem zweiten Polstück entlang dem Rotor verbunden, so daß die Polaritäten auf den Polschuhen rund um den Umfang des Rotors abwechseln. Der Aufbau der Magnetscheiben wird zwischen einem Flansch 15 an einem Ende des Rotors und einer Mutter oder einer anderen Einspannvorrichtung 16 am anderen Ende des Rotors eingespannt Die Polschuhe können mit Hilfe von Schrauben 17, 18, 19 und 20 oder durch andere Befestigungsmittel angebracht werden.

Da die Permanentmagnete eine verhältnismäßig große kombinierte Polfläche aufweisen und der magnetische Fluß an einer Anzahl von verhältnismäßig kleinflächigen Polteilen austritt, kann ein billiges magnetisches Material, z. B. Bariumferritscheiben, benutzt werden.

Die Permanentmagnete können in Epoxydkunstharz eingegossen werden, um sie gegenseitig zu verankern.

Die Polstücke, Polteile und Polschuhe können auch einstückig ausgebildet werden, vorausgesetzt, daß die Polschuhe entsprechend den gestrichelten Linien 22 unterteilt sind. Jede Scheibe hat dann etnstückige Polstücke und Polschuhe in abwechselnder Lage.

Der Rotor kann selbstverständlich im Bedarfsfalle in axialer Richtung verlängert und in Verbindung mit einem Stator eines üblichen Synchronmotors benutzt werden, der eine verteilte Wicklung aufweist, wobei die Leiter über die gesamte Länge des Rotorumfanges in den Nuten des Statorumfanges angeordnet sind, so daß sich ein Synchrongenerator oder ein Synchronmotor ergibt. Ein solcher Stator ist schematisch im Querschnitt in F i g. 1 mit Nuten 26 und Leitern 27 gezeigt Die Statorwicklung sollte natürlich die gleiche Anzahl von Polen wie der Rotor aufweisen.

Die Wirkungsweise der Maschine entspricht der von Maschinen mit einem Rotor mit Permanentmagneten und wird nicht ausführlicher beschrieben.
Eine in Obereinstimmung mit den Fig. 1, 2 und 3

κι aufgebaute Maschine kann als Synchronmotor nicht ohne weiteres anlaufen, sondern nur, wenn sie auf die synchrone Drehzahl gebracht oder die Frequenz zum Anlassen herabgesetzt wird.

Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß

ι j dadurch überwunden, daß das Polstück 7 Fortsätze dort aufweist wo ein Polschuh des anderen Polstückes in der aus F i g. 4 ersichtlichen Weise an der Stelle 28 gekürzt ist Das Polstück 7 mit den Fortsätzen 28 wirkt wie ein massiver Stahlrotor, der eine Anlaufwirkung hat

•20 ähnlich wie bei den bekannten Motoren mit massivem Läufer. Bei Betrieb läuft die Maschine asynchron an und erreicht dann die SynchrondrehzahL

Durch die Bildung eines gezahnten Rades (7,28) wird auch die Drehzahl des Motors stabilisiert und

« Schwankungen des Polradwinkels infolge von Belastungen im Generatorbetrieb vermindert Die Ausführungsforni nach Fig.4 kann als Generator mit einem geringen Verlust an Wirkungsgrad benutzt werden und besitzt verbesserte Stabilität

Die Polstücke können mit Polschuhen einstückig ausgebildet sein, wobei die Polschuhe an denselben Stellen wie beim Rotor der F i g. 3 getrennt sein können.

Wie aus Fi g. 3 und 4 hervorgeht, sind die Polschuhe

in bezug auf die Rotorachse geneigt. Hierdurch werden

harmonische Schwingungen in der Statorwicklung vermindert, da diese Maßnahme einer besseren Verteilung der Statorwicklungen analog ist. Das Polstück 7 und die Fortsätze 28, die zusammen ein Zahnrad bilden, können aus magnetisch hartem

Material, z. B. Alniko, hergestellt werden, so daß der Rotor dann durch Hystere-Wirkung anläuft.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Synchronmaschine, deren Rotor aus mehreren ringförmigen und axial magnetischen Permanentmagneten besteht, weiche längs der Rotorachse angebracht und zwischen PolstCcken angeordnet sind, die Polschuhe aufweisen, welche sich längs des Rotors über die Permanentmagnete erstrecken, so daß die Polarität der Polschuhe längs des Rotorumfanges wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe der einen Polarität (14), die sich über die Permanentmagnete (1, 2,3) erstrecken, an dem einen Ende des Rotors gekürzt sind und dafür das betreffende Polstück (7) Fortsätze (28) aufweist, die unter Einschaltung von Luftspalten zu den _f5 benachbarten Polschuhen in die verbleibenden Zwischenräume ragen.

2. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe der einen Polarität (14), die sich über die Permanentmagnete (1, 2, 3) e. -,trecken, um mehr als die Breite des an dem einen Ende des Rotors liegenden Polstückes (7) gekürzt sind.