DE3011079A1

DE3011079A1 - Verfahren zur herstellung eines magnetankers geteilten aufbaus und anker nach diesem verfahren

Info

Publication number: DE3011079A1
Application number: DE19803011079
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Beau
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1979-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1980-09-25
Also published as: FR2452167B1; DE3011079C2; CA1124998A; GB2046142B; FR2452167A1; GB2046142A; US4347449A; JPH0137843B2; JPS55127859A

Description

Verfahren zur Herstellung eines Magnetankers geteilten Aufbaus und Anker nach diesem Verfahren

Die Erfindung betrifft einen Anker von geteiltem Aufbau für eine elektromagnetische Vorrichtung und das Verfahren zu dessen Herstellung, und insbesondere im Hinblick auf dessen Anwendung in kinetischen Schwungrädern. Die Anwendung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, denn derartige Anker können hiernach mit hoher elektromagnetischer Ausbeute und relativ geringem Volumen geschaffen werden.

Es ist bekannt, daß es zur Vermeidung der Bildung von Wirbelströmen in den Ankern elektromagnetischer Vorrichtungen und zu deren Ertragserhöhung erforderlich ist, diese Anker zu unterteilen, und das diese dann gewöhnlich aus dünnen Blättern oder Lamellen gebildet werden, die isoliert und übereinanderliegend zu einem Schichtaufbäu zusammengestellt werden. Ein derartiger Aufbau führt zu guten Ergebnissen, wenn der Anker eine einfache, beispielshalber als Parallelepipedform ausgebildeter Ausgestalung aufweist, wobei jedoch bei einer komplizierten Gestaltung des Ankers der Laminataufbau oft relativ mittelmäßig elektromagnetische Ausbeuten bedingt und sogar schwierig herzustellen ist. Dies ist zum Beispiel bei ringförmigen Ankern der Fall, die eine konzentrische Ausnehmung aufweisen, und demnach einen Ankerquerschnitt von zumindest annähernd u-förmiger Gestalt besitzen. Derartige Ringanker mit konzentrische Ausnehmung oder Nut sind verhältnismäßig weit verbreitet und insbesondere bei elektrischen Drehmaschinen anzutreffen, v/o sie entweder als Motor oder Generator betrieben werden und einen Rotor aufweisen, der das kinetische Schwungrad bildet.

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Diese Maschinen sind heute als kinetische Räder (kinetic wheels) bekannt und werden aufgrund ihres geringen ^ewichts und ihrer kleinen Abmessungen oft an Bord von künstlichen Satellitten verwendet. Der Rotor der kinetischen Räder wird im allgemeinen freilaufend um seine Drehachse mintiert und seine Axialstellung auf dieser Achse oder Welle wird durch eine Aufhängung mit Magnetlagern gehalten, die für die Beibehaltung von Luftspalten von im wesentlichen gleichbleibender Weite zwischen dem Rotor und den feststehenden mit der Welle befestigten feilen sorgen, wobei sich diese Luftspalte in, zwischen den Luftspalten im rechten Winkel liegenden Ebenen befinden. Demgemäß ist der Rotor zwischen den Luftspalten aufgehängt. Eine derartige Aufhängung ist jedoch verhältnismäßig unstabil, so daß es für die Konstanthaltung der Weite der Luftspalte unerläßlich ist, ringförmig ausgebildete Elektromagnete zu verwenden, die konzentrisch zur Rotorachse angeordnet sind und deren Speisestrom geregelt wird.

Ist im Bedarfsfalle ein derartiger ringförmiger Anker mit konzentrischer Rille zu erstellen und mit einem Laminataufbau auszubilden, so dürfte sich das Verfahren des Zuschneidens, Isolierens und Zusammensetzens der übereinanderliegenden Blätter als schwierig erweisen. Der am wenigsten verwickelte Vorgang bestände darin, den Anker durch zwei konzentrische laminierte Ringe zu bilden, die die dazwischenliegende Rille bilden, die dann von einem laminierten Flachring geschlossen werden würde, wodurch die konzentrischen Ringe an einem ihrer Enden verbunden werden. Dies würde Jedoch zu einer Diskontinuität der magnetischen Kraftlinien zwischen den konzentrischen Ringen und dem Flachring führen, was die Bildung von störenden Luftspalten auf diesem Niveau sowie eine Herabsetzung der elektromagnetischen Ausbeute (vgl. Fig. 2) zur Folge hätte.

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Eine weitere Möglichkeit besteht in der Ausbildung des Eingankers mit konzentrischer Nut durch Aneinanderlagerung mehrerer identischer Sektoren. Ein derartiges Herstellungsverfahren ist jedoch sehr kostenaufwendig, und zwar insbesondere aufgrund der maschinellen Bearbeitung, der Isolierung und Zusammensetzung der Sektoren. Darüber hinaus ist die Effektivität der auf diese Weise gewonnenen Lamellenschichtung aufgrund der Dicke der Sektoren relativ begrenzt, die nicht leicht unter 1 mm liegen können (vgl. Fig. 3).

Ein Anker dieser Art kann auch aus geformten Ferrit hergestellt werden. In diesem Falle würde bei gleichwertigen elektromagnetischen Eigenschaften das Volumen des Ankers sehr viel größer sein, da Ferrit bei Sättigung eine magnetische Induktion aufweist, die gegenüber herkömmlichen FerromagnetvTerkstoffen viel niedriger liegt (4000 ü-auss für Ferrit anstelle von 21 000 Gauss für Weicheisen).

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, einen derartigen Anker zu schaffen, der einen geteilten Aufbau bei optimaler elektromagnetischer Ausbeute besitzt und der keine Diskontinuität seiner magnetischen Kraftlinien aufweist. Hierbei ist ein solcher Anker kleinräumig und kann kostengünstig hergestellt werden.

Zur Lösung der Aufgabe zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Magnetankers von geteiltem Aufbau in Ringform mit konzentrischer ETut dadurch aus, daß auf einen ringförmigen Dorn, von dem zumindest ein Teil des auf einer Seite einer im rechten Winkel zur Achse des Doms liegenden Abschnitts der Nutform entspricht, ein Fadenmagnetmaterial aufgewickelt wird, bis sich eine Wick-

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lung ergibt, dessen auf der gleichen Seite der Ebene liegende Teil zumindest annähernd der äußeren Gestalt entspricht, die für den Anker angedreht wird, wonach die Wicklung mit einem Härtungsmaterial imprägniert wird, durch die die verschiedenen Windungen der Wicklung miteinander verbunden werden und dann nach dem Aushärten des Materials die Wicklung längs der Ebene geschnitten wird.

Somit erhält man einen geteilten Anker, der sich aus Wicklungsteilen aus Drähten zusammensetzt, wobei jeder Wicklungsteil annähernd u-förmig gebildet ist. Das zum Wickeln verwendete Magnetmaterial kann beispielshalber Weicheisendraht sein, wobei der verwendete Draht vorzugsweise einen äußeren elektrisch isolierten Überzug aufweist, so daß sich für den derart erstellten Anker vorteilhafte magnetische -Eigenschaften ergeben. Es kann aus Weicheisen sein, das mit Email überzogen ist. Dieser Draht kann von kreisförmigem Querschnitt sein. Um jedoch für die Wicklung einen günstigen Püllkoeffizienten zu bekommen, kann der Querschnitt des Drahtes quadratisch, rechtwinkelig oder dgl. sein.

Der verwendete Dorn kann zur gleichen Zeit mit der Wicklung geschnitten oder gesägt werden, wobei für den Fall, daß er als Wegwerfteil gedacht ist, auch aus Holz, Wachs usw gefertigt sein kann. Andererseits kann die Wicklung gesägt werden, so daß der Dorn rückgewonnen werden kann, weshalb letzterer dann aus Stahl gefertigt sein kann.

Der Dorn ist vorzugsweise symmetrisch zu seiner Equatorialebene ausgebildet, so daß jede Wicklung nach der Imprägnierung und dem Schnitt zwei identische Anker ergibt. Das Imprägnierte Material wird zweckmäßig isoliert. Es kann magnetisch oder nicht magnetisch sein und aus einem polymerisierbarem Harz wie Epoxydharz bestehen.

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Darüber hinaus ist es aufgrund der Erfindung möglich, baugleiche effektive Wicklungsteile für die inneren und äußeren konzentrischen Ringteile des Ankers nach der Erfindung zu erhalten. Zu diesem Zweck ist unter Berücksichtigung der Tatsache, daß in einem sektorförmigen Abschnitt des Ankers nach der Erfindung dessen innerer Ringteil im Umfang weniger Breit ist als der entsprechende äußere Ringteil, die radiale Dicke des inneren Ringteils größer ausgebildet als die Radialdicke des entsprechenden äußeren Ringteils, wobei sich ergibt, daß der äußere und der innere Ringteil die gleiche Anzahl von Windungen aufweist.

Gleichermaßen ist es für den Teil des Ankers nach der Erfindung, der die äußeren und inneren konzentrischen Ringteile verbindet, um einen effektiven Wicklungsteil zu ergeben, der mit letzterem baugleich ist, zweckmäßig, dem Dorn eine derartige Gestalt zu geben, daß die Dicke dieses verbindenden Teils auf der inneren Ringteilseite größer ist als auf der äußeren Ringteilseite.

Die Erfindung wird anhand der nächstfolgenden Beschreibung einer in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Hierbei zeigen;

Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines magnetischen Aufhängeelements für kinetische Räder unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ankers,

Figur 2 und 3 bekannte Verfahren zur Herstellung eines torischen Magnetankers mit konzentrisch ringförmiger Nut,

Figur 4- eine Perspektivansicht eines Abschnitts des erfindungsgemäßen Ankers,

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Figuren 5 und 6 die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

!figur 7 äea Zusammenbau eines nach der Erfindung geschaffenen Ankers.

Nach den Zeichnungen gehört der in Fig. 1 dargestellte Abschnitt des Rotors 1 zu einem kinetischen Rad, der freilaufend zur Welle 2 montiert ist. Die Axialstellung des Rotors 1 zur Welle 2 wird durch Magnetlager bestimmt, die aus einem magnetisieren Ring 3·, der mit dem Rotor 1 fest verbunden ist und gegenüber der Welle 2 konzentrisch liegt, auf der er zentriert ist, und aus zwei ringförmigen Elektromagneten 4 und 5 besteht, die an der Welle 2 liegen, auf der sie zentriert sind. Die Ringmagnete 4 und 5 sind beiderseits des Ringes 3 angeordnet, so daß auf jeder dieser Seiten für die Aufhängung ein Luftspalt 6 bzw. 7 gebildet wird.

Jeder Elektromagnet 4- oder 5 besitzt einen Anker 4a oder 5a von ringförmiger Gestalt und bietet eine konzentrische Hut zur Aufnahme einer elektromagnetischen Spule 4b oder 5b. Es ist Gegenstand der Erfindung einen derartigen Anker 4a oder 5a auszubilden.

Die Fig. 2 zeigt eine bekannte Ausführungsform eines ähnlichen Ankers, der zwei konzentrische laminierte Ringe 8 und 9 besitzt, die durch einen ebenfalls laminierten Flachring 10 verbunden sind. Wie bereits erwähnt, ist eine derartige Ausführungsform nicht zufriedenstellend, und zwar insbesondere aufgrund der Diskontinuität der Kraftlinien sowie der magnetischen Streuflüsse, die sich hier an der Verbindungsstelle der konzentrischen Ringe 8 und 9 und dem Flachring 10 ergeben.

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Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der im wesentlichen u-förmige Segmente 23 aneinandergelagert sind. Ein derartiges Verfahren ist kostenaufwendig und läßt keine sehr dünne Schichtbildung zu.

Zur Beseitigung dieser Nachteile in den bekannten Verfahren sieht die Erfindung (vgl. Fig. 4) vor einen derartigen Anker zu schaffen, indem mehrere Fadenelemente 11 zusammengestellt werden von denen jedes die Form eines Stapels hat. Die magnetischen Kraftlinien erleiden hier eine Diskontinuität. Der so geschaffene Anker umfaßt demnach zwei konzentrishe Ringe, einen Aussenring 15, und den anderen Innenring 16, die beide durch einen Flachring 17 verbunden sind.

Zur Herstellung eines Ankers 4a oder 5a mit der Fadenstruktur der Fig. 4 wird zunächst ein Ringdorn 12 (vgl. Fig. 5) hergestellt, dessen Schnitt auf Jeder Seite seiner Äquatorialebene 13 der Form der Ringnut entspricht, die zur Aufnahme der Spule 4b oder 5b vorgesehen ist.

Hiernach wird ein aus magnetischem Material bestehender Draht auf dem Dorn 12 derart gewickelt, daß entsprechend dem zu erstellenden Anker Windungen 14 gebildet werden, die aneinander- und/oder übereinandergelagert und in den Axialebenen zum Dorn angeordnet sind. Nach der Fertigstellung der Wicklung wird diese imprägniert mit einem härtenden magnetischen oder nichtmagnetischen Isoliermaterial und nach Aushärtung wird die Wicklung der Windungen 14 längs der Iquatorialebene 13 geschnitten. Es ergeben sich dann zwei Fadenanker 4a oder 5a, die dann maschinell weiterbearbeitet werden können, beispielshalber zur Ausarbeitung der erforderlichen Schultern, Vertiefungen usw.

Der zur Herstellung der Wicklungen verwendete Draht kann ein reiner Eisendraht kreisförmigen, quadratischen, recht-

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winkeligen oder hexagonalen Querschnitts sein; er kann durch einen magnetischen oder nichtmagnetischen elektrischen Überzug isoliert werden. Hierbei kann das Imprägniermaterial ein polymerisationsfähiges Harz wie Epoxyharz sein.

Aufgrund der Erfindung ist es möglich, baügleiche effektive Querschnitte für den äußeren (15) und den inneren (16) konzentrischen Ring des Ankers zu gewinnen. Wie Fig. 6 zeigt, ist in einem sektorförmigen Abschnitt des Ankers das Teil 19 des Außenringes 15 breiter als das entsprechende Teil 20 des Innenrings 16. Für diese Teile 19 und 20 ist es nötig, falls sie den gleichen effektiven Querschnitt haben sollen, daß sie die gleiche¹ Anzahl von Fadenelementen (45 in dem Beispiel der Fig. 6) aufweisen. Darüber hinaus muß auch beim ersten Ring 17, falls dieser den Teilen 15 und 16 gleichwertigen effektiven Querschnitt darbieten soll, dieser so ausgebildet sein, daß er auf der Ring(16)seite dicker ist als auf den Ring(15)seite, indem der Dorn 12 passend ausgebildet ist.

Die ^ig. 7 zeigt, daß ein erfindungsgemäßer Anker 21 mit einer Spule 22 und eingesetzt in einem Magnetlager gegenüber einem drehenden magnetischen Ring 24 im Bedarfsfalle in einen ringförmigen Rahmen eingebaut werden kann, wo er seine Leistung entfalten kann.

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Claims

Meissner & Meissner

PAT EN TAN WALTS BÜRO

BERLIN - MÖNCHEN

PATENTANWÄLTF

DIPL-ING. W. MEISSNER DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt — Professional Representatives before the European Patent Office

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom IInsere Zeichen HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33

SNIAS 910 20.03.1980

Societe Nationale Industrielle Aerospatiale F '- 75016 Paris

Patentansprüche

'. Verfahren zum Herstellen eines Magnetankers von geteiltem Aufbau in Ringform und mit konzentrisch ringförmiger Nut,dadurch gekennzeichnet, daß auf einen ringförmigen Dorn (12), von dem zumindest ein Teil des auf einer Seite einer im rechten Winkel zur Achse des Dorns liegenden Abschnitts der Nutform entspricht, ein Fadenmagnetmaterial aufgewickelt wird, bis sich eine Wicklung ergibt, dessen auf der gleichen Seiten der Ebene anliegende Teil zumindest annähernd der äußeren Gestalt entspricht, die für den Anker angestrebt wird,wonach die Wicklung mit einem Härtungsmaterial imprägniert wird, durch die die verschiedenen Windungen (14-) der Wicklung miteinander verbunden werden und dann nach dem Aushärten des Materials die Wicklung längs der Ebene (15) geschnitten wird.

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^{(§ 28 PaO) TELEX:} TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO:

,( 1-856 44 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG. W. MEISSNER, BLN-W

¹MOo INVENd BERLIN 030/89160 37 BERLIN 31 122 82-109

030/892 23 82 3695716000
2. Verfahren nach. Anspruch "!,dadurch gekenn--ze lehnet, daß das Fadenmaterial einen magnetischen oder nichtmagnetischen Isolierüberzug aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Fadenmaterials quadratisch, rechtwinkelig oder hexagonal ist.
4. Verfahren nach -Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn im Hinblick auf seine Äquatorialelbene symmetrisch ist, so daß nach dem Imprägnieren und Schneiden zwei baugleiche Wicklungen ergibt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß als Imprägniermaterial magnetisches oder nichtmagnetisches Isoliermaterial verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermaterial ein polymerisationsfähiges Harz ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Radialdicke des inneren Ringteils ^20) des Ankers größer gewählt ist als die Radialdicke des entsprechenden konzentrischen äußeren Eingteils (19)» so daß diese äußeren und inneren Teile die gleiche Anzahl von Windungen aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d adur c h g ^e kennze ich η et, daß der Dorn so gestaltet ist,

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daß die Dicke des verbindenden Teils zwischen den konzentrischen inneren und äußeren Ringteilen auf der inneren Ringteilseite größer ist als auf der äußeren Ringteilseite.
9. Magnetanker nach Durchführung der Verfahrensstufen der Ansprüche 1 bis. 8.
10. Elektromagnetische Vorrichtung und insbesondere ein Magnetlager, gekennzeichnet durch einen Anker nach Anspruch 9·
11. Verfahren zur Herstellung eines Magnetankers von geteiltem -"-ufbau, gekennzeichnet im wesentlichen durch die in der Beschreibung gemachten Angaben und durch die Darstellung der Zeichnungen.

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