DE4023791A1

DE4023791A1 - Double rotor electric motor with annular stator winding - induces co-operative currents in short-circuit windings of rigidly coupled internal and external rotors

Info

Publication number: DE4023791A1
Application number: DE19904023791
Authority: DE
Inventors: Shyamal-Krishna Ghosh
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1992-01-30

Abstract

The concentric rotors (5, 6) fixed to a common shaft (4) rotate respectively within and around a stator (7) which is bolted (8) to a bearing plate and has an annular winding laid in grooves around its outer and inner edges. The rotors (5, 6) carrying cage windings (15, 16) in corresp. grooves (14) have equal numbers of poles,a nd their torques are added together. On the edges of the stator (7), poles of opposite polarity are arranged in alternate sequence. USE/ADVANTAGE - Max. power is obtainable at min. cost of material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem Innen- und Außenläufer und einem konzentrisch zwischen diesen beiden Läufern angeordneten Ständer.The invention relates to an electrical machine an inner and outer rotor and one concentric between stands arranged on these two runners.

Eine solche Maschine ist durch die DE-PS 17 51 388 bekannt. Bei dieser Maschine, die als Antriebsmotor für einen Ölbrenner dient, ist der Innenläufer mit der Pumpe des Ölbrenners ver bunden und der Außenläufer treibt das Gebläse des Brenners an. Beide Läufer arbeiten somit unabhängig voneinander, wie es die Betriebseigenschaft für die Pumpe und das Gebläse eines Öl brenners erfordern.Such a machine is known from DE-PS 17 51 388. At this machine that acts as a drive motor for an oil burner serves, the inner rotor is ver with the pump of the oil burner bound and the external rotor drives the blower of the burner. Both runners work independently of each other, like they do Operating characteristic for an oil pump and blower require burner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine so zu gestalten, daß mit möglichst geringem Material aufwand eine möglichst hohe Maschinenleistung erreichbar ist.The invention has for its object an electrical To design the machine so that as little material as possible the highest possible machine performance can be achieved.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die beiden Läufer gemeinsam drehfest auf der Welle der Maschine angeordnet sind und der Ständer mit einer sowohl auf den Innen- als auch Außenläufer wirkenden Ring wicklung versehen ist. Durch die vom Strom durchflossene Ringwicklung werden sowohl am Außen- als auch am Innenumfang des Ständers magnetische Flüsse erzeugt, die den Antrieb des Außen- und des Innenläufers bewirken. Der Materialaufwand für eine solche Ringwicklung ist insbesondere wegen der sehr kurzen Wickelköpfe nur unwesentlich höher als für eine Trommelwick lung, wie sie bei nur einen Innen- oder Außenläufer aufwei senden Maschinen üblich ist. The problem is solved according to the invention in that the two runners rotate together on the Shaft of the machine are arranged and the stand with a ring acting on both the inner and outer rotor winding is provided. Because of the current Ring winding are on both the outer and inner circumference of the stator generates magnetic fluxes that drive the Cause outer and inner rotor. The cost of materials for Such a ring winding is particularly because of the very short Winding heads only slightly higher than for a drum winder such as that with only one internal or external rotor send machines is common.

Zur besseren Ausnützung der Maschine ist es weiterhin vorteil haft, daß der Ständer an seinem dem Außenläufer zugewandten Außenumfang und an seinem dem Innenläufer zugewandten Innen umfang mit die Ringwicklung aufnehmenden Nuten versehen ist. Die Ringwicklung kann mehrphasig ausgeführt werden.It is still an advantage for better use of the machine holds that the stand on its facing the external rotor Outside circumference and on its inside facing the inner rotor circumference is provided with grooves receiving the ring winding. The ring winding can be carried out in multiple phases.

Werden die Anschlüsse der Ringwicklung auf eine Schaltplatine herausgeführt, dann besteht die Möglichkeit durch entsprechende Verschaltung die Polzahl der Wicklung zu verändern und damit die Drehzahl der Maschine. Eine Ringwicklung eignet sich ins besondere für solche zusätzlich herausgeführten Anschlüsse und es können viele Polzahlen geschaltet werden, so daß eine gut gestufte Drehzahlveränderung erreichbar ist.The connections of the ring winding on a circuit board led out, then there is the possibility by appropriate Interconnection to change the number of poles of the winding and thus the speed of the machine. A ring winding is suitable especially for such additional connections and Many pole numbers can be switched, so that one is good graded speed change is achievable.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:Based on an exemplary embodiment shown in the drawing The subject of the application will be explained in more detail below described. It shows:

Fig. 1 eine elektrische Maschine in schematischer Darstellung im Längsschnitt, Fig. 1 shows an electrical machine in a schematic representation in longitudinal section;

Fig. 2 die Maschine im Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows the machine in cross section along the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine dreiphasige Ringwicklung für eine vierpolige Maschine. Fig. 3 shows a three-phase ring winding for a four-pole machine.

Mit 1 ist das Gehäuse einer elektrischen Maschine bezeichnet, mit deren in den beiden am Gehäuse 1 befestigten Lagerschilden 2 und 3 drehbar gelagerten Welle 4 sowohl ein Innenläufer 5 als auch ein Außenläufer 6 drehfest verbunden ist. Konzentrisch zwischen den beiden Läufern 5 und 6 ist ein Ständer 7 einge fügt, der mittels entsprechender Tragbolzen 8 an dem einen Lagerschild 3 befestigt ist und von diesem getragen wird. Der Ständer 7 ist sowohl an seinem Außenumfang als auch an seinem Innenumfang mit Nuten 9 bzw. 10 versehen, in denen eine Ring wicklung 11 eingebracht ist. Zwischen den beiden Nutgruppen ergeben sich an den Stirnseiten des Ständers 7 relativ kurze Wickelköpfe 12. Sowohl der Innen- als auch der Außenläufer 5 bzw. 6 weist einen in entsprechenden Läufernuten 13 bzw. 14 eingegossenen Kurzschlußkäfig 15 bzw. 16 auf. 1 with the housing of an electrical machine is designated, with which in the two bearing plates 2 and 3 attached to the housing 1 rotatably mounted shaft 4, both an inner rotor 5 and an outer rotor 6 are rotatably connected. A stand 7 is inserted concentrically between the two runners 5 and 6, which is fastened to the one end shield 3 by means of corresponding support bolts 8 and is carried by the latter. The stand 7 is provided on both its outer circumference and on its inner circumference with grooves 9 and 10 , in which a ring winding 11 is introduced. Arising between the two groove groups on the end faces of the stator 7 relatively short end windings 12th Both the inner and outer rotors 5 and 6 have a short-circuit cage 15 and 16 cast into corresponding rotor grooves 13 and 14, respectively.

Die Ringwicklung 11 ist am Außen- und Innenumfang des Ständers 7 so angeordnet, daß eine gleiche Polteilung besteht. Somit ist für beide Läufer 5 und 6 die gleiche Polzahl gegeben.The ring winding 11 is arranged on the outer and inner circumference of the stator 7 so that there is an equal pole pitch. Thus, the same number of poles is given for both rotor 5 and 6 .

Wird die Ringwicklung 11 über Anschlußklemmen 17 an Spannung gelegt und somit von einem Strom durchflossen, so wird sowohl am Innen- als auch am Außenumfang jeweils ein magnetisches Feld erzeugt, das auf den jeweiligen Läufer 5 bzw. 6 wirkt. Hierdurch wird in dem Kurzschlußkäfig 15 bzw. 16 des jeweiligen Läufers 5 bzw. 6 eine Spannung induziert, die einen entsprechenden Strom zur Folge hat, so daß ein Drehmoment gebildet wird, welches die beiden Läufer 5 und 6 in Drehbewegung versetzt. Die Drehmomente der beiden Läufer 5 und 6 addieren sich.If the ring winding 11 is connected to voltage via terminals 17 and thus a current flows through it, a magnetic field is generated both on the inner and outer circumference, which acts on the respective rotor 5 or 6 . As a result, a voltage is induced in the short-circuit cage 15 or 16 of the respective rotor 5 or 6 , which results in a corresponding current, so that a torque is formed which sets the two rotor 5 and 6 in rotary motion. The torques of the two runners 5 and 6 add up.

In Fig. 3 ist der in abgewickelter Darstellung gezeigte Ständer 7 mit einer dreiphasigen Ringwicklung 11 versehen. Diese Ring wicklung 11 weist zwölf Ringspulen 18 auf, deren Windungen in den am Außen- und Innenumfang vorgesehenen Nuten 9 und 10 liegen. Jeder Strang besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus vier Ringspulen, die so miteinander verschaltet sind, daß sich vier Pole ergeben. Die drei Stränge sind räumlich um 120° el zueinander versetzt. Fließen in den Strängen zeitlich um 120° phasenverschobene Ströme, dann ergeben sich am Außen- und Innenluftspalt 19 und 20 des Ständers 7 zwei gleichsinnige Drehfelder, die entsprechend mit der Käfigwicklung des Innen bzw. Außenläufers 5 bzw. 6 verkettet sind. Es wird in den Kurz schlußkäfigen 15 und 16 jeweils eine Spannung induziert, die einen Grundwellenstrom im Läuferkäfig treibt. Der Grundwellen strom der Läufer erzeugt im Zusammenwirken mit dem Grund wellenfluß des Ständers 7 das Grundwellendrehmoment. In Fig. 3, the stator 7 shown in a developed view is provided with a three-phase ring winding 11 . This ring winding 11 has twelve ring coils 18 , the turns of which are in the grooves 9 and 10 provided on the outer and inner circumference. In this exemplary embodiment, each strand consists of four toroidal coils which are interconnected in such a way that four poles result. The three strands are spatially offset from one another by 120 ° el. If currents that are phase-shifted by 120 ° flow in time in the strands, then at the outer and inner air gap 19 and 20 of the stator 7 there are two rotating fields in the same direction, which are correspondingly linked to the cage winding of the inner or outer rotor 5 or 6 . A voltage is induced in the short-circuit cages 15 and 16 , which drives a fundamental wave current in the rotor cage. The fundamental wave current of the rotor generates the fundamental wave torque in cooperation with the basic wave flow of the stator 7 .

Bei einer Ringwicklung lassen sich leicht Anschlüsse für einzelne Spulen oder Spulengruppen herausführen. Damit können leicht verschiedene Polzahlen geschaltet werden. Eine solche Verschaltung der Anschlüsse ist mittels Schaltplatinen möglich, so daß die Drehzahl der Maschine leicht verändert werden kann.With a ring winding, connections for are easy bring out individual coils or groups of coils. So that can slightly different numbers of poles can be switched. Such The connections can be connected using circuit boards, so that the speed of the machine can be easily changed.

Ein weiterer Vorteil einer Ringwicklung sind die relativ kleinen Wickelköpfe. Damit ergibt sich ein erheblich kleinerer Widerstand für die Ständerwicklung und die Verluste werden somit geringer.Another advantage of a ring winding are the relative small end winders. This results in a considerably smaller one Resistance to the stator winding and the losses will be therefore lower.

Claims

1. Electrical machine with an inner and outer rotor and a stator arranged concentrically between these two rotors, characterized in that the two rotors ( 5 and 6 ) are arranged together in a rotationally fixed manner on the shaft ( 4 ) of the machine and the stator ( 7 ) is provided with a ring winding ( 11 ) acting on both the inner and outer rotor ( 5 or 6 ), which is so switched that poles of different polarity are formed in alternating sequence on the inner and outer circumference of the stator ( 7 ).

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the stator ( 7 ) on its outer circumference ( 6 ) facing outer circumference and on its inner circumference ( 5 ) facing inner circumference with the ring winding ( 11 ) receiving grooves ( 9 or 10 ) is provided.

3. Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that the ring winding ( 11 ) is carried out in multiple phases.

4. Electrical machine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that connections of the ring winding ( 11 ) are led out on a circuit board.