DE102014003956A1 - Electric machine. especially for aircraft - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (20), die einen Ständer (30) als eine erste Baugruppe (24) und einen relativ zu dem Ständer (30) um eine Drehachse (28) drehbar angeordneten Läufer (2) als eine zweite Baugruppe (26) aufweist, wobei ein Luftspalt (32) zwischen den Baugruppen (24, 26) gebildet ist. Um eine Maschine mit erhöhter Kraftdichte und erhöhter Drehmomentdichte in einfacher Weise herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Baugruppen (24, 26) mehrere Segmente (36) aufweist, die den Luftspalt (32) begrenzen, und dass eine Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung (34) zum Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts (32) vorgesehen ist, die eine Lagereinrichtung (38) zum radial beweglichen Lagern wenigstens eines der Segmente (36) aufweist.The invention relates to an electric machine (20) comprising a stator (30) as a first assembly (24) and a rotor (2) rotatable about a rotation axis (28) relative to the stator (30) as a second assembly (26 ), wherein an air gap (32) between the modules (24, 26) is formed. In order to be able to produce a machine with increased force density and increased torque density in a simple manner, it is proposed that at least one of the assemblies (24, 26) has a plurality of segments (36) delimiting the air gap (32) and a gap width maintaining device (34 ) is provided for maintaining a gap width of the air gap (32) having a bearing means (38) for radially movably supporting at least one of the segments (36).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die einen Ständer und einen relativ zu dem Ständer um eine Drehachse drehbar angeordneten Läufer aufweist. Der Ständer und der Läufer bilden Baugruppen der elektrischen Maschine; zwischen den Baugruppen ist ein Luftspalt gebildet.The invention relates to an electric machine comprising a stator and a rotor rotatable relative to the stator about a rotation axis. The stator and the rotor form assemblies of the electrical machine; between the modules, an air gap is formed.
Eine derartige elektrische Maschine ist beispielsweise aus der
Eine elektrische Maschine ist eine in der elektrischen Energietechnik eingesetzte Maschine. Der Begriff „elektrische Maschine” wird als Oberbegriff für Energiewandler, welche zwischen elektrischer Energie und mechanischer Energie wandeln, verstanden. Zu den elektrischen Maschinen gehören insbesondere Elektromotoren oder Generatoren.An electric machine is a machine used in electric power engineering. The term "electrical machine" is understood as a generic term for energy converters which convert between electrical energy and mechanical energy. The electric machines include in particular electric motors or generators.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet rotorierender elektrischer Maschinen mit einem Ständer (auch als Stator bezeichnet) und einem um eine Drehachse drehbar angeordneten Läufer (auch als Rotor bezeichnet). Zu derartigen rotierenden elektrischen Maschinen gehören insbesondere Elektromotoren und elektrische Generatoren.The invention is in the field of rotary electric machines with a stator (also referred to as a stator) and a rotatable about a rotational axis arranged rotor (also referred to as a rotor). Such rotary electric machines include in particular electric motors and electric generators.
Im Zuge der Diskussion der Verringerung von Treibhausgasen werden alternative Antriebe und Energiekonzepte immer wichtiger. Es wird intensiv an neuen elektrischen Maschinen für unterschiedliche Anwendungen geforscht. Die Erfindung wendet sich insbesondere elektrischen Maschinen zu, die in oder an Luftfahrzeugen einzusetzen sind.In the course of discussing the reduction of greenhouse gases, alternative drives and energy concepts are becoming increasingly important. There is intensive research on new electrical machines for different applications. The invention is particularly directed to electric machines to be used in or on aircraft.
Ein interessantes Konzept einer permanentmagneterregten Flux-Switching-Maschine ist in der
Die hier vorliegende Erfindung wendet sich dem Problem der Herstellbarkeit derartig neuer Antriebskonzepte für praktische Anwendungen, insbesondere die industrielle Großserienfertigung derartiger elektrischer Maschinen, mehr insbesondere zur Verwendung in oder an Luftfahrzeugen, zu.The present invention addresses the problem of the manufacturability of such new drive concepts for practical applications, in particular the industrial mass production of such electrical machines, more particularly for use in or on aircraft.
Obwohl die auf das Volumen bezogenen Drehmoment- und Leistungsdichten derzeitiger Technologien elektrischer Maschinen gut als Luftfahrzeugvortriebsdirektantrieb geeignet wären, ist die Herstellbarkeit für diesen Zweck vielversprechendsten Architekturen von elektrischen Maschinen ein Hindernis dafür, dass diese Maschinen in derartigen Anwendungsfällen, insbesondere als Direktantrieb zum Vortrieb oder als Antrieb in Luftfahrzeugen, wie Flugzeugen oder Hubschraubern oder dergleichen, eingesetzt werden.Although the volumetric torque and power densities of current electric machine technologies would be well suited as aircraft propulsion direct drive, manufacturability for this purpose of most promising electrical machine architectures is an obstacle to these machines in such applications, particularly as a direct drive to propulsion or as a propulsion in aircraft such as airplanes or helicopters or the like.
Zwei Beispiele für derartige neuartige Architekturen, die für Anwendungen in der Luftfahrzeugtechnik besonders vielversprechend sind, sind die permanentmagneterregten Transversalflussmaschinen (TFPM für „Transverse-Flux Permanent Magnet machines” und die permanentmagneterregten Flux-Switching-Maschinen (FSPM für „Flux-Switching Permanent Magnet machines”).Two examples of such novel architectures, which are particularly promising for applications in aircraft technology, are the permanent magnet excited transverse flux machines (TFPM for "trans-flux permanent magnet machines" and the permanent magnet excited flux-switching machines (FSPM) for "flux-switching permanent magnet machines ").
Ein Problem bei vielen neuartigen Architekturen von elektrischen Maschinen, die sich durch eine sehr hohe Luftspalt-Kraftdichte auszeichnen, ist, dass der Luftspalt zwischen den Baugruppen in extrem engen Maßen gehalten werden soll, um sehr hohe Luftspalt-Kraftdichten zu erzielen. Ein Wunsch ist es, die Breite eines Luftspaltes zwischen den elektromagnetischen Strukturen von Läufer und Ständer in der Größenordnung von Mikrometern zu halten. Bei den bekannten Technologien müssen daher die Fertigungstoleranzen sehr gering gehalten werden, so dass eine sehr hochqualitative Fertigung der Baugruppen notwendig ist.A problem with many novel architectures of electric machines characterized by a very high air-gap power density is that the air gap between the assemblies should be kept to extremely tight dimensions to achieve very high air-gap power densities. One desire is to maintain the width of an air gap between the rotor and stator electromagnetic structures on the order of microns. In the known technologies, therefore, the manufacturing tolerances must be kept very low, so that a very high quality production of the modules is necessary.
Dieses Problem verschärft sich mit der erwünschten Vergrößerung der Durchmesser der Baugruppen, um allein durch die Vergrößerung der Durchmesser der Baugruppen ein höheres Drehmoment erhalten zu können. Wünschenswert wären Durchmesser von größer als 50 cm und mehr insbesondere mehr als 1 m und darüber.This problem is exacerbated by the desired increase in the diameter of the assemblies in order to obtain a higher torque solely by increasing the diameter of the assemblies. It would be desirable to have diameters greater than 50 cm and more particularly more than 1 m and above.
Zum Beispiel stellen elektrische Antriebe für Hubschrauber eine Alternative zum konventionellen Antrieb mit Verbrennungsmaschinen dar. Bei derzeitigen Verbrennungsmaschinen, wie z. B. Turbomaschinen, ist zur Reduktion der Drehzahl der Abtriebswelle ein mechanisches Zwischengetriebe erforderlich, welches zusätzlich Gewicht und auch Fertigungskosten beinhaltet. Dieses Getriebe sowie die Antriebsmaschine oder die Antriebsmaschinen können durch einen Direktantrieb ersetzt werden. Ein derartiger Direktantrieb umfasst einen Langsamläufer-Elektromotor, insbesondere einen Hochdrehmoment-Langsamläufer-Elektromotor.For example, electric drives for helicopters represent an alternative to the conventional drive with internal combustion engines. In present-day combustion engines, such as e.g. B. turbomachinery, a mechanical intermediate gear is required to reduce the speed of the output shaft, which also includes weight and manufacturing costs. This transmission and the prime mover or the prime movers can be replaced by a direct drive. Such a direct drive comprises a slow-speed electric motor, in particular a high-torque slow-speed electric motor.
Zum Stand der Technik bezüglich derartiger Antriebe für Rotorwellen von Luftfahrzeugen und insbesondere von Hubschraubern wird auf die
Besonders interessant ist die Verwendung von Elektromaschinen-Architekturen mit sehr hohen Luftspalt-Kraftdichten, wobei zum Erreichen einer hohen Performance ein möglichst geringer Luftspalt erreicht werden sollte.Particularly interesting is the use of electrical machine architectures with very high air gap power densities, to achieve a high performance the smallest possible air gap should be achieved.
Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Maschinen derart zu verbessern, dass ein kleiner Luftspalt auch mit geringeren Anforderungen an die Toleranzen bei der Herstellung der elektrischen Maschine erreichbar ist.The object of the invention is to improve such machines such that a small air gap can be achieved even with lower demands on the tolerances in the production of the electrical machine.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an electric machine according to
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Vorteilhafte Verwendungen der elektrischen Maschine sind in den weiteren Nebenansprüchen angegeben.Advantageous uses of the electrical machine are specified in the additional claims.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine elektrische Maschine, die einen Ständer als eine erste Baugruppe und einen relativ zu dem Ständer um eine Drehachse drehbar angeordneten Läufer als eine zweite Baugruppe aufweist, wobei ein Luftspalt zwischen den Baugruppen gebildet ist, wobei wenigstens eine der Baugruppen mehrere Segmente aufweist, die den Luftspalt begrenzen, und dass eine Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung zum Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts vorgesehen ist, die eine Lagereinrichtung zum radial beweglichen Lagern wenigstens eines der Segmente aufweist.According to a first aspect, the invention provides an electrical machine having a stator as a first assembly and a rotor rotatable relative to the stator about a rotation axis as a second assembly, wherein an air gap is formed between the assemblies, wherein at least one of the assemblies a plurality of segments defining the air gap, and that a gap width maintaining device for maintaining a gap width of the air gap is provided, which has a bearing means for radially movably supporting at least one of the segments.
Es ist bevorzugt, dass die Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung zum Beaufschlagen des wenigstens einen radial beweglich gelagerten Segments mit einer Gegenkraft, die entgegen einer radial auf das Segment einwirkenden Magnetkraft wirkt, aufweist.It is preferred that the gap width maintaining device comprises a force storage and / or generating means for applying the at least one radially movably mounted segment with a counterforce acting against a magnetic force acting radially on the segment.
Es ist bevorzugt, dass die eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung wenigstens ein elastisches Element zum Erzeugen einer elastischen Gegenkraft auf das wenigstens eine radial bewegliche Segment zum ausbalancierten Aufrechterhalten einer Spaltbreite des Luftspalts aufweist.It is preferred that the one energy storage and / or generating means comprises at least one elastic element for generating a counter-elastic force on the at least one radially movable segment for maintaining a balanced gap width of the air gap.
Es ist bevorzugt, dass die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung wenigstens ein Gaslager zwischen dem radial beweglich gelagertem Segment und der anderen Baugruppe aufweist.It is preferred that the energy storage and / or generating means comprises at least one gas bearing between the radially movably mounted segment and the other assembly.
Es ist bevorzugt, dass die Lagereinrichtung wenigstens ein in radialer Richtung wirkendes Linearlager und/oder Gleitlager aufweist.It is preferred that the bearing device has at least one linear bearing and / or slide bearing acting in the radial direction.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens der den Luftspalt begrenzende Bereich des Ständers in mehrere mittels der Lagereinrichtung relativ zu dem Läufer radial beweglich gelagerte Ständersegmente aufgeteilt ist.It is preferred that at least the region of the stator bounding the air gap is divided into a plurality of stator segments mounted so as to be radially movable relative to the rotor by means of the bearing device.
Es ist bevorzugt, dass die Ständersegmente mittels der Lagereinrichtung radial verschiebbar, aber tangential unbeweglich gelagert sind.It is preferred that the stator segments by means of the bearing means are radially displaceable, but are mounted tangentially immovable.
Es ist bevorzugt, dass die Lagereinrichtung mehrere in Radialrichtung wirkende Linearlager und/oder Gleitlager für die Ständersegmente aufweist.It is preferred that the bearing device has a plurality of radially acting linear bearings and / or plain bearings for the stator segments.
Es ist bevorzugt, dass die Ständersegmente jeweils eine Ständerelektromagnetiksektion und der Läufer wenigstens eine Läuferelektromagnetiksektion derart aufweisen, dass magnetische Anziehungskräfte über den Luftspalt hinweg zwischen jedem Ständersegment und dem Läufer wirken, und dass jedes Ständersegment in radialer Richtung durch wenigstens ein Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement mit einer gegen die magnetischen Anziehungskräfte wirkenden Gegenkraft beaufschlagbar ist.It is preferred that the stator segments each have a stator electromagnetics section and the rotor at least one rotor electromagnetics section such that magnetic attraction forces act across the air gap between each stator segment and the rotor, and that each stator segment in the radial direction by at least one energy storage and / or generating element can be acted upon by an opposing force acting against the magnetic attraction forces.
Es ist bevorzugt, dass das wenigstens eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement ein elastisches Element ist, mittels dem eine elastische Kraft als Gegenkraft erzeugbar ist.It is preferred that the at least one energy storage and / or generating element is an elastic element, by means of which an elastic force can be generated as a counterforce.
Es ist bevorzugt, dass zum Bilden der elastischen Elemente zwischen jedem Ständersegment und dem Läufer ein oder mehrere mit unter Druck gesetztem Gas beaufschlagbare(s) Gaslager vorgesehen ist.It is preferred that to form the elastic elements between each stator segment and the rotor one or more pressurized with pressurized gas (s) gas bearing is provided.
Vorzugsweise ist die elektrische Maschine ausgebildet als permanentmagneterregte Transversalflussmaschine und/oder permanentmagneterregte Flux-Switching-Maschine.Preferably, the electric machine is designed as a permanent magnet-excited transverse flux machine and / or permanent magnet-excited flux-switching machine.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine nach dem ersten Aspekt oder deren vorteilhafte Ausgestaltungen.According to a further aspect, the invention relates to an aircraft comprising an electric machine according to the first aspect or its advantageous embodiments.
Die elektrische Maschine wird in ein Luftfahrzeug vorzugsweise als Generator zum Erzeugen elektrischer Energie und/oder als Elektromotor eingesetzt.The electric machine is preferably used in an aircraft as a generator for generating electrical energy and / or as an electric motor.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb für ein Luftfahrzeug, umfassend eine derartige elektrische Maschine nach dem ersten Aspekt oder deren vorteilhafte Ausgestaltungen.According to a further aspect, the invention relates to a hybrid drive for an aircraft, comprising such an electric machine according to the first aspect or its advantageous embodiments.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Hubschrauber, umfassend einen derartigen Hybridantrieb.According to yet another aspect, the invention relates to a helicopter comprising such a hybrid drive.
Aber auch zum Vortrieb anderer Luftfahrzeuge, wie z. B. Propellerflugzeuge oder dergleichen, ist die elektrische Maschine als Direktantrieb sehr interessant. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Luftspalt-Steuermechanismus oder Luftspaltregelmechanismus für elektrische Maschinen, mit dem die Breite eines Spaltes zwischen Läufer und Ständer geregelt oder gesteuert werden kann. Insbesondere soll die Breite eines Luftspaltes konstant – und möglichst auf geringem Niveau – gehalten werden.But also for the propulsion of other aircraft, such. As propeller aircraft or the like, is the electric machine as a direct drive very interesting. In particular, the invention relates to an air gap control mechanism or air gap control mechanism for electric machines, with which the width of a gap between rotor and stator can be controlled or controlled. In particular, the width of an air gap should be kept constant - and if possible at a low level.
Besonders bevorzugt ist ein Luftspaltregel- oder -steuermechanismus für elektrische Maschinen unter Verwendung von Gaslagern, wie z. B. Luftlagern, vorgesehen.Particularly preferred is an air gap control or control mechanism for electric machines using gas bearings, such as. B. air bearings provided.
Die Gaslager, wie beispielsweise Luftlager, sind bevorzugte Ausgestaltungen von elastischen Elementen, die elastische Kräfte zum Aufrechterhalten oder Konstanthalten einer Spaltbreite liefern. Die Gaslager sind außerdem bevorzugte Ausführungsbeispiele für Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtungen, die Radialkräfte zwischen Läufer und Ständer zum Aufrechterhalten von erwünschten Luftspaltbreiten liefern.The gas bearings, such as air bearings, are preferred embodiments of elastic members that provide elastic forces for maintaining or maintaining a gap width. The gas bearings are also preferred embodiments of power storage and / or generation devices that provide radial forces between the rotor and stator to maintain desired airgap widths.
Besonders bevorzugt wirken derartige radiale Kräfte als Gegenkräfte zu zwischen dem Läufer und dem Ständer wirkenden Magnetkräften. Zum Beispiel wirkt bei besonders engen Luftspalten bei zumindest einigen Architekturen von elektrischen Maschinen in dem Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer eine magnetische Anziehungskraft. Die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung dient vorzugsweise zum Erzeugen von Gegenkräften für derartige magnetische Anziehungskräfte, so dass zwischen dem Läufer und dem Ständer im Luftspalt ein Kräftegleichgewicht wirkt.Particularly preferably, such radial forces act as counter forces to magnetic forces acting between the rotor and the stator. For example, in particularly narrow air gaps, in at least some architectures of electrical machines, magnetic attraction acts in the air gap between the stator and the rotor. The energy storage and / or generating device is preferably used to generate counter forces for such magnetic attraction forces, so that acts between the rotor and the stator in the air gap, a balance of power.
Um eine hervorragende Anpassung der radialen relativen Dimensionen zwischen Läufer und Ständer auch bei thermischen Ausdehnungen und/oder pulsierenden Kräften zu erreichen, weist wenigstens eine der Baugruppen Läufer und Ständer mehrere Segmente auf, die entsprechend in radialer Richtung beweglich gelagert sind und mittels der Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung zum Ausgleichen solcher Abweichungen bewegbar sind.In order to achieve an excellent adaptation of the radial relative dimensions between rotor and stator even with thermal expansions and / or pulsating forces, at least one of the assemblies rotor and stator has a plurality of segments, which are mounted correspondingly movable in the radial direction and by means of the gap width maintaining device for balancing Such deviations are movable.
Vorzugsweise wird hierzu das voranstehend bereits kurz erläuterte Kräftegleichgewicht zwischen zu erzeugender Kraft und magnetischer Anziehungskraft eingesetzt.Preferably, for this purpose, the above already briefly explained balance of power between force to be generated and magnetic attraction is used.
Bei bekannten Architekturen von elektrischen Maschinen, wie insbesondere den TFPM-Maschinen oder FSPM-Maschinen sind sehr hohe Qualitätsansprüche an die Toleranzen während der Herstellung zu stellen. Insbesondere wenn der Luftspalt sehr klein gehalten werden soll, beispielsweise unterhalb von 1,0 mm, mehr insbesondere unterhalb von 0,5 mm und mehr insbesondere 0,1 mm oder darunter, sind derartige Toleranzen nur mit sehr hohem Fertigungsaufwand zu erreichen.In known architectures of electrical machines, in particular the TFPM machines or FSPM machines, very high quality demands are to be placed on the tolerances during production. In particular, if the air gap is to be kept very small, for example below 1.0 mm, more particularly below 0.5 mm and more especially 0.1 mm or below, such tolerances can be achieved only with very high production costs.
Auch ist es schwierig, Kontroll- oder Regelmechanismen an den entsprechend engen Luftspalten anzubringen.Also, it is difficult to attach control or regulating mechanisms to the correspondingly narrow air gaps.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es insbesondere möglich, auch physikalische Phänomene wie thermische oder mechanische Ausdehnung und Auslenkungen aufgrund pulsierender normaler und tangentialer Kräfte ausgleichen zu können.The inventive design makes it possible in particular to be able to compensate for physical phenomena such as thermal or mechanical expansion and deflections due to pulsating normal and tangential forces.
Ein Vorteil besonders bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist, elektrische Maschinen mit sehr hohen Anforderungen an geringe Luftspaltbreiten mit vernünftigem Aufwand herstellen zu können, während gleichzeitig das durch die Wärmeausdehnung der Läuferstruktur und der Statorstrukturen sowie das Problem von Vibrationen bei derartig eng zusammen angeordneten Baugruppen und der mechanischen Ausdehnung des Rotors aufgrund von Zentrifugalkräften vermieden oder zumindest verringert wird.An advantage of particularly preferred embodiments of the invention is to be able to produce electrical machines with very high demands on low air gap widths with reasonable effort, while at the same time by the thermal expansion of the rotor structure and the stator structures and the problem of vibration in such close together arranged assemblies and the mechanical Expansion of the rotor due to centrifugal forces is avoided or at least reduced.
Dadurch erhält man eine größere Vielfalt von unterschiedlichen Gestaltungsmöglichkeiten für neuartige Architekturen von elektrischen Maschinen, die für viele Anwendungsfälle geeignet sind, einschließlich Vortrieben von Luftfahrzeugen.This provides a greater variety of different design options for novel architectures of electrical machines that are suitable for many applications, including aircraft propulsion.
Es ist aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik bekannt, dass in verschiedenen Arten von Anwendungen in der Luftfahrtindustrie Elektromotoren zur Erzeugung von Elektrizität oder zu Antriebszwecken verwendet werden. Die Elektromotoren können insbesondere aufgrund einer Verwendung von Eisenmaterialien in ihrem Kern potentiell eine hohe Kraftdichte im Luftspalt bis zu dem durch magnetische Sättigung und durch Kühlung ermöglichten Ausmaß erzeugen. Dabei ist die Luftspaltbreite ein wichtiger Parameter bei elektrischen Maschinen, da die Luftspaltbreite direkt den Betrag der Luftspaltkraftdichte beeinflusst, der vor Eintritt der Sättigung und bevor Leitungsverluste zu hoch werden, erreicht werden kann. Die Anwendungsregel für diesen Aspekt ist einfach: Je kleiner die Luftspaltbreite ist, desto höhere Luftspaltkraftdichte kann mit einem bestimmten Phasenstrom erreicht werden.It is known from the prior art mentioned at the outset that electric motors are used for generating electricity or for driving purposes in various types of applications in the aviation industry. The electric motors, in particular due to the use of iron materials in their core, can potentially produce a high force density in the air gap up to the extent permitted by magnetic saturation and cooling. Air gap width is an important parameter in electric machines because the air gap width directly affects the amount of air gap force density that can be achieved before saturation occurs and before line losses become too high. The application rule for this aspect is simple: the smaller the air gap width, the higher the air gap power density can be achieved with a given phase current.
Wenngleich einige Maschinentypen weniger sensitiv auf das Erfordernis der Luftspaltbreite als andere sind, ist diese Luftspaltbedingung dennoch auf alle Typen von elektrischen Maschinen anwendbar. Diejenigen Architekturen von elektrischen Maschinen, die die höchstens Luftspaltkraftdichten erreichen, sind unter denjenigen, die am empfindlichsten auf die Luftspaltbreite reagieren. Dies ist insbesondere bei TFPM-Maschinen und FSPM-Maschinen der Fall.While some types of machines are less sensitive to the requirement of air gap width than others, this air gap condition is nevertheless applicable to all types of electrical machines. Those architectures of electrical machines that achieve the maximum air gap force densities are among those that are most sensitive to the air gap width. This is especially the case with TFPM machines and FSPM machines.
Nachteile bisheriger elektrischer Maschinen hinsichtlich der Luftspaltbreitenerfordernisse sind:
- – Eine sehr kleine Luftspaltbreite ist bei vielen Maschinentypen erforderlich, um eine verbesserte Performance oder Leistung gegenüber dem bisher nach dem Stand der Technik Möglichen zu erreichen.
- – Wärmeausdehnung und pulsierende Kräfte in der Normalrichtung machen es sehr schwierig, einen schmalen Luftspalt zu erreichen, selbst wenn die erforderliche Herstellungstoleranz erzielt werden kann. Dieses Problem vergrößert sich, je größer der Durchmesser der Maschine ist.
- - A very small air gap width is required for many types of machines to achieve improved performance or performance over what has been possible in the prior art.
- - Thermal expansion and pulsating forces in the normal direction make it very difficult to achieve a narrow air gap, even if the required manufacturing tolerance can be achieved. This problem increases as the diameter of the machine increases.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
In den Figuren ist eine elektrische Maschine
Der Elektromotor
Zwischen dem Läufer
Weiter weist die elektrische Maschine
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Lagereinrichtung
Weiter weist die Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung
Die Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtung
In der dargestellten Ausgestaltung ist das wenigstens eine Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselement
Als elastisches Element
Als Gaslager
Die in den
Die elektrische Maschine
Der Ständer
Jedes Ständersegment
Jedes Statorsegment
In dem dargestellten Beispiel ist eine Ständerelektromagnetiksektion
Die Gleitlager
Der Läufer
In den dargestellten Beispielen ist eine Läuferelektromagnetiksektion
Die Läuferelektromagnetiksektion
In den nicht näher dargestellten Elektromagnetiksektionen
Insbesondere sind die Elektromagnetiksektionen
In einem dargestellten Beispiel sind die Ständersegmente
Da die Ständersegmente
Wenngleich Gleitlager
Das elastische Element
Einige Vorteile der hier dargestellten Ausgestaltung der elektrischen Maschine sind:
- – Durch die Spaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtung
34 bzw. den Luftspaltsteuer- oder -regelmechanismus 50 ist eine erhöhte Kraft- oder Leistungsdichte und eine erhöhte Drehmomentdichte, d. h. ein erhöhter Kilowatt-Wert pro Kilogramm und ein erhöhter Newton-Meter-Wert pro Kilogramm, aufgrund einer verbesserten Performance durch die Möglichkeit eines kleineren Luftspaltes ermöglicht. - – Dies bietet eine effektive Lösung für durch thermische und mechanische Ausdehnung sowie durch Vibrationen und unbalancierte Magnetkräfte verursachte Probleme.
- - By the gap
width maintaining device 34 or the air gap control or regulatingmechanism 50 is an increased power or power density and increased torque density, ie an increased kilowatt value per kilogram and an increased Newton meter per kilogram, due to improved performance by the possibility of a smaller air gap allows. - This provides an effective solution to problems caused by thermal and mechanical expansion as well as by vibration and unbalanced magnetic forces.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ständersegmentestator segments
- 22
- Läuferrunner
- 33
- Gleitlagerbearings
- 44
- Tangentialrichtungtangential
- 55
- StänderelektromagnetiksektionStänderelektromagnetiksektion
- 66
- Luftlagerair bearing
- 77
- mechanische Verbindung (Ständer)mechanical connection (stand)
- 88th
- LäuferelektromagnetiksektionLäuferelektromagnetiksektion
- 99
- LuftlagerabstützsektionLuftlagerabstützsektion
- 1010
- mechanische Verbindung (Läufer)mechanical connection (runner)
- 1111
- magnetische Anziehungskraftmagnetic attraction
- 1212
- abstoßender Druckrepulsive pressure
- 2020
- elektrische Maschineelectric machine
- 2222
- Elektromotorelectric motor
- 2424
- erste Baugruppefirst assembly
- 2626
- zweite Baugruppesecond module
- 2828
- Drehachseaxis of rotation
- 3030
- Ständerstand
- 3232
- Luftspaltair gap
- 3434
- SpaltbreitenaufrechterhaltungsvorrichtungGap width maintaining means
- 3636
- Segmentsegment
- 3838
- LagereinrichtungStorage facility
- 4040
- Linearlagerlinear bearings
- 4242
- Kraftspeicher- und/oder -erzeugungseinrichtungPower storage and / or generating device
- 4444
- Kraftspeicher- und/oder -erzeugungselementPower storage and / or generating element
- 4646
- elastisches Elementelastic element
- 4848
- Gaslagergas storage
- 5050
- Luftspaltsteuer- oder -regelmechanismusAir gap control or regulating mechanism
- 5252
- BasisBase
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102011121174 A1 [0013] DE 102011121174 A1 [0013]
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