DE4010569A1 - Laeufer fuer eine elektrische maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für eine elektri­ sche Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Läufer ist durch die US-A-35 31 670 bekannt. Bei diesem Läufer ist zur Sicherung der Permanentmagnete gegen die bei hohen Drehzahlen entsprechend großen Fliehkräfte eine Muffe aus nichtmagnetischem Material über die Permanentmagnete geschoben. Um einen ausreichend festen Sitz dieser Muffe zu erreichen, wird diese aufgeschrumpft. Die für das Aufschrumpfen notwendige Erwärmung der Muffe kann zu einer mehr oder weniger starken Abmagnetisierung der Permanentmagnete führen.

Durch die US-A-24 32 436 ist es bekannt, auf den aus Permanent­ magneten bestehenden Läuferkern aufgesetzte Polsegmente sowie auf diesen angeordnete Schienenteile zur Leitung eines elektri­ schen Stromes bzw. eines magnetischen Flusses mittels eines darüber gewickelten Drahtes zu sichern.

Eine Sicherung der am Außenumfang eines Läuferkernes angeord­ neten Permanentmagnete mittels einer derartigen Drahtumwick­ lung ist bei entsprechend hohen Drehzahlen nicht mehr möglich, da die Fliehkräfte die Festigkeit des Drahtes übersteigen.

Es ist ferner bekannt, daß mineralische Fasern, insbesondere Kohlenstoffasern eine weit höhere Festigkeit als Stahldrähte besitzen. Diese Fasern haben jedoch einen wesentlich höheren Dehnungskoeffizienten als die zum Aufbau eines Läuferkernes verwendeten Materialien. Bei einem bloßen Ersatz der Stahl­ drähte durch derartige Fasern, würde mit steigender Drehzahl des Läufers die Bandage zusammen mit den Magneten vom Läufer­ kern abheben, was zu einer Gefährdung der Drehmomentübertragung und einer unkontrollierten Vergrößerung der Massenunwucht führen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Läufer für eine elektrische Maschine zu schaffen, bei dem die Permanentmagnete auch gegen die bei hohen Drehzahlen auftretenden starken Flieh­ kräfte ausreichend gesichert sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im Kenn­ zeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. Infolge der Anordnung der Permanentmagnete auf den gegenüber dem Läufer­ kern radial beweglichen Tragsegmenten ist sichergestellt, daß auch bei einer durch die hohen Fliehkräfte bedingten starken Dehnung der Bandage kein Lösen derselben von den Permanent­ magneten erfolgt und darüber hinaus eine einwandfreie Dreh­ momentübertragung und eine hohe Wuchtgüte erhalten bleibt. Durch die Fliehkräfte werden nämlich die Tragsegmente radial nach außen gedrückt, so daß die Permanentmagnete stets an der Bandage anliegen. Durch die Zentriervorrichtung wird ein zu Unwuchten führendes ungleichmäßiges Abheben der Tragsegmente verhindert.

Eine formschlüssig wirkende Zentriervorrichtung in konstruk­ tiv einfacher Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß an beiden Stirnseiten des Läuferkerns jeweils eine auf der Läufer­ welle axial verschieblich angeordnete Zentrierscheibe vorge­ sehen ist, die an einem zum Läuferkern gerichteten Axialvor­ sprung eine Schräge aufweist, mit der sie in Anlage an einer stirnseitigen Anschrägung der Tragsegmente gehalten ist.

Die stetige Anlage der Schräge der Zentrierscheiben an der Abschrägung der Tragsegmente wird vorteilhafterweise durch eine auf die jeweilige Zentrierscheibe in axialer Richtung wirkende Federkraft sichergestellt. Zur Erzeugung dieser Federkraft kann eine nur wenig Raum beanspruchende aus Tellerfedern bestehende Federanordnung vorgesehen werden.

Um ein Verklemmen zwischen der Schräge der Zentrierscheiben und der Abschrägung der Tragsegmente zu vermeiden, werden diese steiler als 45° ausgebildet.

Zweckmäßigerweise wird die Anzahl der Tragsegmente gleich der Polzahl des Läufers gewählt. Damit können jeweils die zu einem Pol gehörenden Permanentmagnete auf einem Tragsegment angeord­ net werden.

In vorteilhafter Weise wird mittels einer paßfederartigen Verbindung der Tragsegmente mit dem Läuferkern einerseits die erforderliche radiale Beweglichkeit der Tragsegmente und andererseits deren in Umfangsrichtung wirksame Koppelung mit dem Läuferkern erreicht.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Läufer im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Läufer im Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Mit 1 ist der auf einer Läuferwelle 2 angeordnete, z. B. aus einem Blechpaket bestehende Läuferkern des Läufers einer elektrischen Maschine bezeichnet. Läuferkern 1 und Läufer­ welle 2 können auch als massiver, einstückiger Körper ausge­ bildet sein. Dies ist insbesondere zur Beherrschung von Biegeschwingungen vorteilhaft. Am Umfang des Läuferkerns 1 sind entsprechend der Polzahl der Maschine vier bogenförmige Trag­ segmente 3 angebracht, die mittels einer Paßfeder 4, die jeweils eine am Läuferkern 1 und am entsprechenden Tragsegment 3 vorgesehene Nut 5 bzw. 6 eingreift, in Umfangsrichtung fest mit dem Läuferkern 1 gekoppelt und in radialer Richtung gegen­ über diesem beweglich sind.

Am Außenumfang der Tragsegmente 3 sind aus einzelnen Blöcken bestehende Permanentmagnete 7 angeordnet, die durch eine aus mineralischen Fasern bestehende Bandage 8 gegen Fliehkraft­ beanspruchung gesichert sind. Unter mineralischen Fasern werden insbes. auch Kohlenstoffasern verstanden, die sich durch eine sehr hohe Festigkeit auszeichnen.

Zu beiden Stirnseiten des Läuferkernes 1 ist jeweils eine Zentrierscheibe 9 axial verschiebbar auf der Läuferwelle 2 angeordnet. Im Bereich ihres Außenumfanges weisen die Zentrier­ scheibe 9 einen zum Läuferkern 1 gerichteten Axialvorsprung 10 auf, an dem eine Schräge 11 angeformt ist, die eine an jeder Stirnseite der Tragsegmente 3 ausgebildete Anschrägung 12 über­ greift und an dieser anliegt. Durch zwischen jeder Zentrier­ scheibe 9 und einem in einer Ringnut 13 der Läuferwelle 2 eingesetzten Segerring 14 eingespannte Tellerfeder 15 werden die Zentrierscheiben 9 jederzeit mit ihrer Schräge 11 in Anlage an der Anschrägung 12 der Tragsegmente 3 gehalten.

Rotiert der Läufer mit einer hohen Drehzahl, dann erfolgt durch die an den Tragsegmenten 3, den Permanentmagneten 7 und der Bandage 8 auftretende hohe Fliehkraft eine entsprechende Dehnung der Bandage 8. Da der Dehnungskoeffizient des Bandagen­ materials größer als der Dehnungskoeffizient des Materials des Läuferkernes 1 ist, heben die Tragsegmente 3 infolge ihrer radial beweglichen Anordnung vom Außenumfang des Läuferkernes 1 ab. Bei einem solchen radialen Abheben gleitet die Abschrägung 12 der Tragsegmente 3 an der Schräge der Zentrierscheibe 9 ent­ lang. Die Zentrierscheiben 9 werden dabei entsprechend dem Maß der Abhebung der Tragsegmente 3 axial gegen die Kraft der Tellerfedern 15 verschoben. Dadurch, daß die Abschrägung 12 der Tragsegmente 3 stets an der Schräge 11 der Zentrierscheibe 9 anliegt, wird eine Zentrierung der Tragsegmente 3 auch im abgehobenen Zustand sichergestellt und damit das Auftreten von Unwuchten, die besonders bei hohen Drehzahlen zu Störungen führen können, vermieden. Bei Reduzierung der Drehzahl vermindert sich das Maß der Abhebung, so daß die Zentrier­ scheiben 9 durch die Tellerfedern 15 wieder auf den Läufer­ kern 1 zu verstellt werden und die Schräge 11 in Anlage an der Anschrägung 12 verbleibt. Somit ist eine Zentrierung der Tragsegmente 3 in allen Bereichen der Abhebung sichergestellt.

Aufgrund der konstruktiven Gestaltung des beschriebenen Läufers ist die von der elektrischen Seite her erwünschte Anordnung der Permanentmagnete am Außenumfang des Läuferkernes auch bei hochtourigen Läufern möglich.

Claims (10)

1. Läufer für eine elektrische Maschine, bei dem am Außen­ umfang seines mit der Läuferwelle (1) verbundenen Läufer­ kernes (2) Permanentmagnete (7) angeordnet und durch einen aus nichtmagnetischem Material bestehenden Umschluß (8) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (7) auf mindestens zwei gegenüber dem Läuferkern (1) gesonderten Tragsegmenten (3) angeordnet sind, die ihrerseits gegenüber dem Läuferkern (1) in radialer Rich­ tung verschiebbar und in tangentialer Richtung unverschiebbar am Außenumfang des Läuferkerns angeordnet sind, daß der Umschluß (8) aus einem Material besteht, das gegenüber dem Material des Läuferkerns (1) einen höheren Dehnungskoeffizien­ ten aufweist und daß ferner durch eine formschlüssig wirkende Zentriervorrichtung (9) ein zumindest annähernd gleichmäßiges radiales Abheben der Tragsegmente (3) sichergestellt ist.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zentriervorrichtung an beiden Stirnseiten des Läufer­ kerns (1) jeweils eine auf der Läuferwelle (2) axial verschieb­ lich angeordnete Zentrierscheibe (9) vorgesehen ist, die an einem zum Läuferkern (1) gerichteten Axialvorsprung eine Schräge (11) aufweist, mit der sie in Anlage an einer stirn­ seitigen Anschrägung (12) der Tragsegmente (3) gehalten ist.

3. Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheiben (9) durch eine in axialer Richtung wirkende Federkraft in Anlage an der Anschrägung (12) der Tragsegmente (3) gehalten sind.

4. Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheiben (9) durch eine aus Tellerfedern (15) bestehende Federanordnung in Anlage an der Anschrägung (12) der Tragsegmente (3) gehalten sind.

5. Läufer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschrägung (12) der Tragsegmente (3) und die Schräge (11) der Zentrierscheiben (9) steiler als 45° ausgebildet sind.

6. Läufer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschluß durch eine aus mineralischen Fasern bestehen­ den Bandage gebildet ist.

7. Läufer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Tragsegmente (3) gleich der Polzahl des Läufers ist.

8. Läufer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsegmente (3) durch eine paßfederartige Verbindung (4) mit dem Läuferkern (1) gekoppelt sind.

9. Läufer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragsegmente (3) durch zylinderförmige, mit ihrer Achse in Abheberichtung der Tragsegmente weisende Paßstifte mit dem Läuferkern (1) gekoppelt sind.

10. Läufer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Läuferkern (1) und Läuferwelle (2) einstückig ausge­ bildet sind.