КОЛЬЦЕВОЙ МОТОР
ANNULAR MOTOR

Изобретение относится к кольцевому мотору в качестве прямого привода, в частности для рудной мельницы или барабанной шаровой мельницы со статором и ротором, выполненным как вращающийся мельничный каркас.
При так называемых мельничных приводах, таких как применяемые для размалывания цемента или руды, в частности медной руды, с давних пор используется непосредственный привод размещенного лежа мельничного каркаса. Для этого размещают динамоэлектрический приводной мотор концентрично мельничному каркасу, причем ротор и статор имеют сравнительно большие поперечники, в диапазоне более 5 метров (US 3 272 444).
Вал ротора при этом сам образован мельничным каркасом, который снабжен кольцевым фланцем для крепления активных роторных деталей. При этом ротор имеет несколько сегментов, которые несут один или несколько магнитных полюсов. Каждый из этих сегментов снабжен несущей перемычной, проходящей в окружном направлении ротора, которая механически связана с кольцевым фланцем мельничного каркаса.
Главная деталь подобного кольцевого мотора, статор, предусмотрен для обтекания электрическим током. Для этого он имеет систему обмоток, распределенную по пазам статора. Вторичная деталь имеет выполненные сверху отдельные роторные сегменты, которые снабжены постоянными магнитами или обтекаемыми током обмотками. Тем самым кольцевой мотор имеет первичную деталь и вторичную деталь с, соответственно, активными магнитными средствами, которые используются для генерации магнитного поля. Активные магнитные средства представляют собой, например, обтекаемые током обмотки, постоянные магниты или обмотки, в которых посредством индукции может вызываться электрический ток, причем посредством вызванного электрического тока может вырабатываться магнитное поле.
Недостатком, в частности, ввиду сравнительно больших габаритов этих прямых приводов, является монтаж на месте, так как компоненты, такие как статор и ротор, не могут транспортироваться как целый узел. Также поэтому статор и ротор прямого привода следует разделять на сегменты, чтобы обеспечить подходящие габариты для транспортировки. Поэтому монтаж на месте реализуется соответственно затруднительным образом, так как преобладающая часть системы обмоток должна на месте укладываться в пазы статора, изолироваться и проверяться. Также манипулирование позиционированием активных магнитных средств на роторе требует обстоятельного и, следовательно, сопряженного с большими временными затратами монтажа.
Ввиду, в том числе, повышенных диэлектрических требований к системе обмоток монтаж пригодной для эксплуатации изоляции вне производства, ввиду высокой запыленности среды, также проблематичен.
Исходя из вышеизложенного в основе изобретения лежит задача создать кольцевой мотор, который прост в изготовлении, транспортировке и может монтироваться в установке без больших затрат на монтажные работы. При этом все электрические испытания должны проводиться на заводе, не требуя укладки в установку дополнительных обмоток и их проверки. Кроме того, монтаж роторных полюсов должен быть упрощен, чтобы облегчить намагничивание на месте или монтаж уже предварительно намагниченных деталей.
Решение поставленной задачи достигнуто в кольцевом моторе в качестве прямого привода, в частности для рудных мельниц или барабанных шаровых мельниц со статором и выполненным в виде вращающегося мельничного каркаса ротором, причем статор имеет, по меньшей мере, две различные системы возбуждения, а мельничный каркас имеет зубчатую структуру, которая с системами возбуждения статора электромагнитным образом взаимодействует и, тем самым, вызывает вращение мельничного каркаса.
Посредством соответствующей изобретению конструкции кольцевого мотора статор теперь имеет две различные системы возбуждения, которые до сих пор разделялись на статор и ротор. Вследствие этого исключается трудоемкое манипулирование и монтаж с предварительно намагниченными полюсами на мельничный каркас и/или также намагничивание этих роторных сегментов на месте.
В другой предпочтительной форме выполнения статор снабжен системой обмоток, которая выполнена как система катушек зубцов, причем каждый зубец или, при рассмотрении в окружном направлении, каждый второй зубец статора имеет свою собственную шаблонную катушку. Тем самым электрические испытания системы обмоток сегмента статора могут окончательно проводиться уже на заводе.
При этом предпочтительным образом точки деления статорных сегментов предусматриваются в пазу, предпочтительно в середине паза, так что при сборке статорных сегментов не возникают изменения потока из-за отсутствующих катушек зубцов.
В случае, когда обмоткой снабжен каждый второй зубец, точка деления предусмотрена в зубце без обмотки.
Предпочтительным образом зубчатая структура ротора выполнена массивной (сплошной) и устанавливается на мельничный каркас простым способом, например с помощью винтовых соединений. Намагничивание или монтаж с уже предварительно намагниченными полюсными элементами на мельничный каркас, таким образом, больше не требуется.
В другой форме выполнения зубчатая структура, чтобы избежать вихревых токов, выполняется из листового материала. При этом предпочтительным образом листы или участки листов уложены слоями по оси.
В другом предпочтительном варианте выполнения система зубцов на мельничном каркасе выполнена скошенной в осевом направлении, чтобы избежать или, по меньшей мере, уменьшить явления застопоривания между полюсами ротора и статором, которые в противном случае проявляются как колебания вращающего момента в приводной системе.
Изобретение, а также другие предпочтительные варианты осуществления далее поясняются более подробно на основе схематично представленных примеров выполнения, при этом на чертежах показано следующее:
Фиг. 1 - пространственное принципиальное представление прямого привода барабанной шаровой мельницы,
Фиг. 2 - принципиально представленная система обмоток,
Фиг. 3 - система обмоток согласно уровню техники,
Фиг. 4 - система обмоток с зубчатыми катушками согласно изобретению,
Фиг. 5-8, 12, 14-18 - различные принципиально представленные формы выполнения статора и ротора,
Фиг. 9, 10, 11, 13 - представления для пояснения физической взаимосвязи соответствующей изобретению конструкции.
На фиг. 1 в схематичном пространственном представлении показаны основные элементы кольцевого мотора 1 с его стационарной частью, в которой находится статор, и вращающейся частью, в которой находится ротор 12 на не показанном более подробно мельничном каркасе 10.
Статор 6, который имеет аксиально шихтованные слои, закреплен на раме 2 с помощью опорных элементов 5, которые служат в качестве опор для вращающего момента, а также для демпфирования колебаний. Торцевые стороны статора 6 снабжены крышками 3, чтобы между лобовой частью обмотки системы 4 обмоток и крышкой 3 образовать охлаждающий канал 7, который предпочтительно пригоден для воздушного охлаждения, в частности лобовых частей обмотки. При этом воздушный поток вырабатывается одним или более вентиляторами, которые размещены по окружности статора 6.
Фиг. 2 показывает кольцевой мотор 1 в принципиальном представлении в поперечном сечении, причем кольцевой мотор 1 опирается двумя опорными поверхностями на фундамент 15, так что статор 6 кольцевого мотора 1 свободно подвешен над фундаментом 15. Мельничный каркас 10 через не показанные подробно опоры связан с фундаментом, которые не существенны для понимания изобретения и поэтому не изображены более подробно.
На мельничном каркасе 10 находится также ротор 12 зубчатой структуры 20. Ротор 12, таким образом, при рассмотрении в окружном направлении, разделен на отдельные роторные сегменты 21, которые, соответственно, могут просто транспортироваться и монтироваться на мельничном каркасе 10. Роторные сегменты 21 являются массивными, также цельными или многослойными и/или, что касается аксиального расположения зубчатой структуры 20, выполнены скошенными относительно оси 33.
За счет скошенной ориентации зубчатой структуры 20 уменьшается неравномерность вращающего момента, так что обеспечивается равномерное вращение мельничного каркаса 10.
Кроме того, статор 6 выполнен закрытым крышкой 3 и, чтобы иметь возможность целенаправленно отводить тепло, отдельные вентиляторы 22 могут быть распределены в окружном направлении.
Эти вентиляторы 22 представлены схематично и обеспечивают, по отношению к центрально размещенному вентилятору, ввиду их количества, выравнивание охлаждающей мощности.
Крышка 3 защищает, в частности, статор 6 от загрязнения, которое могло бы ухудшить диэлектрическую прочность системы 4 обмоток.
Стационарная часть роторного мотора 1 разделена, например, на четыре статорных сегмента 23, причем отдельные статорные сегменты 23 через точки 24 деления могут механически связываться друг с другом. Статор 6 кольцевого мотора 1, согласно фиг. 2, разделен на четыре статорных сегмента 23, так как статор 6 как целое, ввиду его габаритов, больше не может транспортироваться и поэтому должен подразделяться на отдельные сегменты.
Система 4 обмоток предпочтительно сформирована посредством катушек 25 зубцов. При этом катушки 25 зубцов включают в себя, соответственно, только один зубец 27, так что как представлено на фиг. 2, на каждый паз 26 имеется только один прямой или обратный проводник катушки 25 зубца. При этом получаются зубцы 27, которые окружены катушкой 25 зубца, и имеются зубцы 28, которые не окружены катушкой 25 зубца. Таким образом, в окружном направлении происходит чередование зубцов с обмоткой и без обмотки. Точка 24 деления проходит, таким образом, через зубец 28 без обмотки.
Постоянные магниты, расположенные в этом примере выполнения в воздушном зазоре, по причинам наглядности, не представлены на фиг. 2.
При этом зубцы без обмотки, что касается их стороны, обращенной к воздушному зазору, имеют ширину, равную ширине зубцов без обмотки или уже. Кроме того, зубцы без обмотки выполнены заодно с листом соответствующего статорного сегмента или как отдельная деталь, так что она может быть позиционирована в заднике ярма статорного сегмента.
В другой форме выполнения каждый зубец 27 снабжен обмоткой, так что в каждом пазу 26 находятся прямой и обратный проводник различных катушек 25 зубцов. Если каждый зубец 27 имеет катушку 25 зубца, то точка 24 деления позиционирована таким образом, что она проходит посредине через паз 26, и, таким образом, в этом разделяющем пазу в смонтированном состоянии кольцевого мотора 1 находятся прямой и обратный проводники различных катушек 25 зубцов.
Посредством соответствующих изобретению выполнений системы обмоток статорных сегментов теперь не нужно в установке на месте вставлять системы 4 обмоток в пазы, смежные с точками 24 деления.
Тем самым, вся система 4 обмоток укладывается в соответствующий статорный сегмент 23 на заводе, заливается, испытывается и затем транспортируется на установку.
Укладка обмоток в окружающие точки 24 деления пазы 26 статора 6 согласно фиг. 3 больше не требуется. Вследствие этого испытание изоляции на установке становится ненужным.
Согласно фиг. 3 значительное число шаблонных катушек уложено таким образом, что они продолжаются над точкой деления и поэтому могут укладываться только на месте.
На установке необходимо только проводить электрическую коммутацию отдельных статорных элементов 23, предпочтительно с известным 12-импульсным полупроводниковым преобразователем электроэнергии.
Тем самым, каждый статорный сегмент 23 уже на заводе полностью снабжается системой 4 обмоток в пазах и постоянным(и) магнитом(ами) в/на статоре 6 и там подвергается проверке качества и изоляции.
В последующих изображениях, по причинам наглядности представления, выбрана прямая, то есть не криволинейная форма представления, которая, однако, в технико-физическом аспекте не отличается от криволинейной формы, которая лежит в основе кольцевого мотора 1.
Для того чтобы дополнительно упростить монтаж кольцевого мотора 1, ротор 12 в соответствии с изобретением имеет зубчатую структуру 20 согласно фиг. 5, которая как в области основного корпуса 29 ротора, так и в области фиксатора 30 выполнена из листов. Кроме того, для дополнительного упрощения монтажа кольцевого мотора постоянные магниты 31 размещены на статоре 6 или статорном сегменте 23. Размещение постоянных магнитов 31 на статорном сегменте 23 в плоскости воздушного зазора, в частности, выполнено в полосовой форме. Постоянные магниты 31 в этом варианте с продольным потоком, по существу, ориентированы параллельно фиксаторам 30, которые функционируют как элементы проводника потока. Для снижения неравномерностей вращающего момента постоянные магниты 31 могут быть целенаправленно позиционированы по типу наклонного положения к их собственно осевому прохождению.
Это скашивание определяется формой листа и, тем самым, осевым прохождением пазов 26.
В другом предпочтительном варианте выполнения зубчатая структура 20 изготовлена из листов, которые по осевой длине ротора 12 уложены в стопку друг за другом. При этом соответствующие листы роторного сегмента 21 с основным корпусом 29 ротора и фиксатором 30 выполнены из одной детали, то есть за одно целое. Посредством укладывания листов в стопку друг за другом возникает зубчатая структура 20 роторного сегмента 21 с фиксаторами 30. Вид многослойной структуры показан на фиг. 5.
Зубчатая структура 20 ротора 12 в окружном направлении сформирована посредством роторных сегментов 21, так что роторный сегмент 21 примыкает к следующему роторному сегменту 21. Подобные другие в направлении перемещения, то есть в окружном направлении, примыкающие роторные сегменты 21 в представлении на фиг. 5 не показаны. Представление согласно фиг. 5 показывает также постоянные магниты 31. Постоянные магниты являются N-S постоянными магнитами или S-N постоянными магнитами. Эти постоянные магниты 31 продолжаются, например, по всей осевой ширине пакета 61 листов статора 6. Для того чтобы снизить магнитное рассеяние, предусмотрены межполюсные промежутки 62.
Статор 6 в другой форме выполнения по фиг. 6 выполнен таким образом, что он имеет полюсный наконечник 55, обращенный к воздушному зазору. Полюсные наконечники 55 расширяют опорную поверхность для постоянных магнитов 31. За счет этого повышается выход энергии кольцевого мотора 1.
Другие ветви (фазы) мотора (например, V и W) сформированы аналогичным образом. В представленном положении постоянные магниты 31 вырабатывают магнитные потоки возбуждения, сумма которых образует потокосцепление ψ системы 4 обмоток.
о
Каждая ветвь U, V, W предусмотрена для одной фазы трехфазной сети. Требуемый сдвиг фазы достигается посредством геометрического сдвига ветвей. Геометрический сдвиг Δх электрически соответствует при этом 120 для, например, трехфазной машины. Каждая ветвь U, V, W не только соответствует катушке 25 зубца системы 4 обмоток, но и две или более катушек 25 зубцов предусмотрены для соответствующей ветви U, V, W кольцевого мотора 1.
Зубчатая структура 20 при этом выполнена на каждый роторный сегмент 21 как одно целое.
Представление согласно фиг. 7 показывает в явном виде кольцевую форму кольцевого мотора 1, возможного согласно изобретению. Кольцевой мотор 1, который может быть выполнен как синхронный мотор, имеет статор 6 и ротор 12. Ротор 12 является поворотным относительно оси 33, которая в этом случае также является осью не показанного более подробно мельничного каркаса 10. Статор 6 содержит размещенные вокруг зубцов катушки 25 зубцов с полюсными наконечниками 55 и постоянными магнитами 31. Статорные сегменты 23 примыкают друг другу в точках 24 деления и там механически связаны друг с другом.
Представление по фиг. 8 показывает детальный фрагмент из представления по фиг. 7. На фиг. 8 представлено позиционирование постоянного магнита 31 у воздушного зазора, физически следуя предыдущим формам выполнения.
Представление согласно фиг. 9 показывает фрагмент статорного сегмента 23 и зубчатой структуры 20 роторного сегмента 21. Этот фрагмент схематично воспроизводит, каким образом магнитные поля в статоре 6 могут распределяться, причем выбрана форма вида сбоку. На фиг. 9 показана обмотка системы 4 обмоток. Кроме того, показано, что фрагмент статора 6, а также зубчатая структура 20 могут разделяться на секции. Статор 6 имеет первичные секции 50, 51, 52 и 53, причем эти первичные секции относятся к постоянным магнитам 31. Эти секции являются областями, в которых соответственно направлению намагничивания постоянных магнитов 31 магнитный поток проходит либо от роторного сегмента 21, либо к роторному сегменту 21. Ход показан стрелками 28.
Сумма всех сцепленных с системой 4 обмоток магнитных потоков образует поток ψ сцепления. Поток сцепления вырабатывается в основном постоянными магнитами, которые могут образовывать замыкание магнитного потока через роторный сегмент 21. Имеющие разную длину стрелки 36, 37 потока показывают для каждого постоянного магнита 31 поток, сцепленный с системой 4 обмоток (катушкой зубца). Роторный сегмент 21 также имеет, соответственно имеющимся фиксаторам 30, секции. Эти вторичные секции 40, 41, 42 и 43 соответствуют фрагментам, в которых фиксатор 30 имеется или не имеется. Посредством фиксатора 30 может проводиться магнитный поток. Магнитный поток возбуждения, который, например, вызывается постоянным магнитом север-юг, замыкается через фиксатор 30 и статор 6 в секции 50 в соединении с секцией 40. При этом статор 6 имеет, например, за первым постоянным магнитом север-юг (N-S-постоянным магнитом) другой постоянный магнит, который намагничен в противоположном направлении, так что он является S-N-постоянным магнитом. Однако подобный постоянный магнит не показан на фиг. 9, так как он размещен сзади.
В положениях, где фиксатор 30 противолежит постоянному магниту 31, возникает узкий воздушный зазор 35. В соседних положениях без фиксатора 30 возникает другой воздушный зазор 35. За счет того, что воздушные зазоры 35, 37 не одинаковы, в секциях 50, 52 и 51, 53 посредством постоянных магнитов 31 вырабатываются различные по величине магнитные потоки 36 и 37. Результирующий поток 62 получается как сумма всех потоков 36 и 37.
М
М
Представление согласно фиг. 9 показывает магнитный поток возбуждения 36, 37 во времени к моменту времени и для положения статорного сегмента 22 и роторного сегмента 21, при котором поток в системе 4 обмоток имеет переход через нуль. Зависимый от положения ход магнитного потока возбуждения или индуцированное напряжение в обмотке и преобразованная при этом мощность мотора, обтекаемого током, представлены на фиг. 11. Для показанного на фиг. 9 положения роторного сегмента 21 Х=0 получается отрицательный поток ψ сцепления, а для положения Х=τ, которое показано на фиг. 10, - положительный поток ψ. Представление согласно фиг. 10 показывает роторный сегмент 21 в его положении Х=τ. Если роторный сегмент 21 перемещается на один магнитный шаг полюсов, то тем самым сцепление 63 потока катушки 25 зубца (системы 4 обмоток) постепенно изменяется от отрицательного к положительному значению.
На то, каким образом происходит изменение, можно оказывать влияние посредством геометрических параметров, таких как ширина постоянного магнита, воздушный зазор, ширина зубца (ширина фиксатора 30) и т.д. В предпочтительном варианте выполнения по возможности стремятся к синусоидальному изменению.
el, Str
М
i
el, Str
Представление на фиг. 11 показывает на трех графиках магнитный поток ψ сцепления, получаемое отсюда индуцированное напряжение U и электрическую мощность Pветви/обмотки, в зависимости от времени. Временное изменение представлено через указание положения фазы напряжения. Изменение потока ψ также воспроизводит изменение магнитного поля, которое может вырабатываться, например, посредством постоянных магнитов 31. Для оптимального формирования усилия ветви ток должен прикладываться в фазе с индуцированным напряжением. Кроме того, показаны положения Х=0 и Х=τ, причем эти положения взаимосвязаны с другими представленными характеристиками изменения потока ψ, напряжения U и электрической мощности Pна символическом представлении согласно фиг. 9 и 10. Из третьего графика, на котором нанесена электрическая мощность, видно, что для постоянной мощности (~ усилия) число ветвей m (фаз) мотора должно быть больше и/или равно двум. Предпочтительным образом выбираются три ветви, так как трехфазные полупроводниковые преобразователи требуют меньше полупроводниковых вентилей, чем двухфазные или многофазные.
Однако для применений в кольцевых моторах также могут использоваться и многофазные системы.
Представление согласно фиг. 13 служит для наглядной иллюстрации технического принципа и показывает выработку усилия F. Чтобы представить образование усилия в окружном направлении кольцевого мотора 1 более наглядным образом, представляется вспомогательная модель. Постоянный магнит 31 замещается токами на относящейся к нему поверхности оболочки. Постоянный магнит 31 можно также, например, представить мысленно в виде прямоугольного параллелепипеда, причем на боковых поверхностях параллелепипеда 44, как показано, протекает ток. В модели 45 можно также постоянный магнит 31 представить обмоткой, причем согласно модели, направление тока внутри обмотки представлено с помощью точки 48 или крестика 47. В представлении 2D постоянный магнит сводится к поперечному сечению проводника эквивалентных токов. Если подставить на виде сбоку статора постоянные магниты, то отсюда получается следующая конфигурация.
М/2
Выработанное системой 4 обмоток магнитное поле концентрируется в воздушном зазоре 35 в местах фиксаторов 30, которые служат проводниками потока, так как здесь магнитное сопротивление самое низкое. Фиктивные проводники лежат, таким образом, в поле фазной катушки, усиливают его на одной стороне и ослабляют на другой стороне. Проводники «смещаются» в область меньшей напряженности поля, что представлено направлением действующей на статор силы F на фиг. 13. Эта взаимосвязь описывается также «правилом правой руки», при котором ток, магнитное поле и сила F находятся под прямым углом. В показанном на фиг. 13 положении Х=τ статора 6 и роторного сегмента 21 друг к другу фазный ток, то есть ток через обмотку, то есть катушку 25 зубца, достигает своего максимума.
Представление согласно фиг. 12 показывает статорный сегмент 23 и роторный сегмент 21, которые показывают схематизированную часть кольцевого мотора 1.
Роторный сегмент 21 согласно фиг. 12 выполнен из листов как в зоне основного корпуса 29 ротора, так и в зоне фиксатора 30. Конфигурация постоянных магнитов 31 в плоскости воздушного зазора имеет форму полос. Постоянные магниты 31 в этом варианте с продольным потоком ориентированы по существу параллельно фиксаторам 30 (проводникам потока). Для уменьшения неравномерностей вращающего момента постоянные магниты 31 и, тем самым, расположение пазов 26 могут быть скошенными под заданным углом относительно их осевой ориентации.
Деталь статорного сегмента 23 имеет катушку 25 зубца, постоянные магниты и прямые, т.е. выполненные параллельными боковыми сторонами пазов, зубцы 27 с обмотками.
Постоянные магниты 31 являются N-S-постоянными магнитами или S-N-постоянными магнитами. Эти постоянные магниты 31 продолжаются, например, на всю ширину 77 пакета листов статора 6. Постоянные магниты 31 могут также, в принципе, в своей осевой протяженности и/или протяженности в окружном направлении быть подразделены на несколько частичных магнитов. Это особенно предпочтительно, чтобы уменьшить вихревые токи внутри постоянных магнитов 31.
Представление согласно фиг. 14 показывает схематично другую возможную форму выполнения кольцевого мотора 1. Статорный сегмент 23 имеет при этом полюсные наконечники 55. Полюсные наконечники 55 расширяют плоскость контакта для постоянных магнитов 31. За счет этого можно увеличить выход энергии электрической машины. Так как за счет увеличения плоскости для позиционирования постоянных магнитов 31, например по сравнению с формой выполнения по фиг. 12, сужается зона, в которой может быть уложена система 4 обмоток, в частности катушка 25 зубца в статоре 6 или статорном сегменте 23, зубец предпочтительно выполняется с намоточным каркасом 56.
Намоточный каркас 56 имеет как полюсный наконечник 55, так и намоточную шейку 57. Вокруг намоточной шейки 57 может наматываться обмотка или может позиционироваться предварительно изготовленная катушка 25 зубца, причем снабженный обмоткой намоточный каркас 56 затем может позиционироваться в статорном сегменте 23. Намоточный каркас 56 фиксируется на статорном сегменте 23 предпочтительным образом с помощью выступа или элементов типа ласточкина хвоста.
На фиг. 14 показана обмотка в виде ветви (фазы) U кольцевого мотора 1. Другие фазы мотора (например, V и W) могут быть реализованы посредством одинаковым образом сформированных статорных сегментов 23, однако не показаны. В представленном положении постоянные магниты 31 вырабатывают магнитные потоки возбуждения, сумма которых образует поток ψ сцепления катушки 25 зубца.
В другой форме выполнения намоточный каркас 56 также разделен на две части, чтобы обеспечить возможность простого монтажа катушек зубцов на статорном сегменте 23. При этом намоточная шейка 57 с задником 65 ярма образуют единый блок, и полюсный наконечник 55 после монтажа катушки 25 зубца на намоточной шейке 57 посредством вышеназванного средства крепления позиционируется и фиксируется на намоточной шейке 57.
На фиг. 15 в схематичном изображении показана часть статорного и роторного сегмента 21 кольцевого мотора 1 с магнитным контуром продольного потока. Это соответствует представлению по фиг. 14, причем только намоточный каркас 56 как единое целое связан со статорным сегментом 23. Следствием этого является то, катушка 25 зубца через прорезь 64 паза должна помещаться в паз 26.
Представление согласно фиг. 16 показывает многофазную конфигурацию кольцевого мотора 1. Каждая ветвь (фаза) предусмотрена для фазы многофазной токовой сети, например трехфазной сети. Требуемый сдвиг фаз реализуется посредством геометрического смещения ветвей относительно друг друга. Геометрический сдвиг Δх соответствует при этом 120° электрически для представленной трехфазной машины. Каждой фазе U, V и W статорного сегмента 23 в этом представлении соответствуют две катушки 25 зубцов. Число фаз и/или число катушек 25 зубцов на фазу при этом, в принципе, не ограничено, но посредством практической выполнимости ограничено сверху.
Представление по фиг. 17 показывает другое выполнение кольцевого мотора 1, причем здесь в качестве постоянных магнитов 31 применяются магниты зубцов. Магниты 58 зубцов, которые также являются постоянными магнитами, находятся между, например, листами мягкого железа. Вырабатываемое магнитами 58 зубцов другое магнитное поле 54 обозначено линиями со стрелками. Направление 59 намагничивания постоянных магнитов 31 также обозначено стрелками. Магниты зубцов позиционированы, по существу, посредине в зубце и проходят, по существу, параллельно оси катушки 25 зубца. Зубец 27 окружен катушкой 25 зубца. Магнитное поле возбуждения является указанным другим магнитным полем, которое возбуждается посредством магнита 58 зубца. Это конструктивное выполнение ведет к концентрации потока в воздушном зазоре. Концентрация потока определяется геометрией магнитного контура. Параметрами влияния являются при этом, например, размеры постоянных магнитов 31 и геометрические размеры листа. Направление 59 намагничивания магнитов 58 зубцов (магнит зубца является постоянным магнитом 31) главным образом параллельно плоскости воздушного зазора.
Шаг зубцов роторного сегмента 21 кольцевого мотора 1 по фиг. 17 не является целым кратным шага магнитов статорного сегмента 23. Это особенно справедливо для среднего значения, в случае если шаг зубцов или магнитов не является постоянным.
Система 4 обмоток, в частности конфигурация катушек 25 зубцов, также выполнена одно- или многофазной. Соотнесение катушек 25 зубцов с отдельными фазами мотора зависит от выбранного соотношения шага зубцов между статором 6 и ротором 12. Представление согласно фиг. 17 показывает, в случае зубцов 27 статора 6, другой шаг зубцов, чем в случае зубцов ротора 6, которые образованы фиксаторами 30.
При этом многофазный кольцевой мотор 1 может быть реализован как с одинаковым или неодинаковым шагом зубцов у статора 6 и ротора 12. Одинаковый шаг зубцов представлен, например, на фиг. 14 и фиг. 15.
Представление согласно фиг. 18 отличается от представления согласно фиг. 17, по существу тем, что вместо магнитов 58 зубцов теперь используются магниты 60 ярма в качестве другого средства для генерации других магнитных полей. Магниты 60 ярма являются также постоянными магнитами 31 и позиционированы в зоне ярма. Ярмо служит для соединения зубцов 27. Из позиционирования этих магнитов в варианте по фиг. 18, по сравнению с фиг. 17, получается также другое поле возбуждения.
Представление согласно фиг. 17, 18 показывает статор 6 кольцевого мотора 1, который сформирован из отдельных зубцов, причем каждый зубец имеет катушку зубцов, и при этом элементы зубцов связаны посредством элементов магнита. Тем самым поток может усиливаться, и никакие постоянные магниты или другие электрические системы возбуждения не требуется предусматривать на мельничном каркасе 10. Там имеется только зубчатая структура 20.
Как показано на фиг. 14 или 15, на каждую головку зуба может приходиться также несколько постоянных магнитов 31. Но при этом при расширении головки зуба возникает проблема, чтобы разместить катушки 25 зубцов в имеющихся пазах 26. Эта проблема может быть преодолена тем, что намоточная шейка 57 зубца как целое со своими постоянными магнитами предварительно оснащается катушкой зубца и позиционируется посредством соединения типа ласточкина хвоста в заднике 65 ярма.
И в этом случае предпочтительным образом между постоянным магнитом 31 и полюсным наконечником 55 с различным направлением намагничивания предусмотрены элементы блокирования 32 потока, чтобы предотвратить «магнитные короткие замыкания».
В соответствии с изобретением кольцевой мотор 1 как прямой привод для рудной мельницы или барабанной шаровой мельницы выполнен сегментированным, что касается как статора 6, так и ротора 12 в окружном направлении.
Ротор в собранном состоянии, то есть когда роторные сегменты 21, смонтированные друг с другом, находятся на мельничном каркасе 10, имеет только зубчатую структуру 20.
Эта зубчатая структура 20 образована посредством основного корпуса 29 ротора и на нем фиксатора 30, радиально ориентированного в направлении воздушного зазора кольцевого мотора. Зубчатая структура 20 каждого роторного сегмента 21 выполнена как единый сплошной элемент, образуя так называемую единую деталь.
Кроме того, зубчатая структура 20 роторного сегмента 21 также может создаваться расположенными друг за другом по оси листами. Каждый лист выполнен при этом единым, причем основной корпус 29 ротора и фиксатор 30 листа образуют единую деталь.
Кроме того, как фиксатор 30, так и основной корпус 29 ротора могут выполняться как отдельные детали, независимо от того, выполнен ли роторный сегмент 21, то есть отдельные части основного корпуса ротора и фиксатор 30, сплошными и/или листовыми.
Тем самым, могут быть выполнены следующие варианты роторного сегмента 21. Основной корпус 29 ротора и в качестве отдельной детали фиксатор 30 выполнены из листов. Основной корпус 29 ротора выполнен сплошным, а фиксатор 30 - листовым. Основной корпус 29 ротора выполнен листовым, а по меньшей мере, фиксатор 30 - сплошным.
Статор 6 кольцевого мотора 1 создан из статорных сегментов 23, причем каждый статорный сегмент 23 имеет катушки 25 зубцов. По меньшей мере, одна катушка 25 зубца находится на каждом зубце или на каждом втором зубце. Зубцы, таким образом, все обмотаны, по меньшей мере, одной катушкой 25 зубца, или, при рассмотрении в окружном направлении, либо каждый второй зубец обмотан, по меньшей мере, одной катушкой 25 зубца.
Статорный сегмент 23 выполнен либо листовым, либо спеченным.
Пазы статора 6 либо имеют параллельные боковые стенки, либо, по меньшей мере, зубцы с обмотками имеют в направлении воздушного зазора расширение полюсных наконечников 55.
Монтаж катушек 25 зубцов на зубцах статорного сегмента 23 осуществляется от будущей стороны воздушного зазора через полюсные наконечники и при суженных прорезях 64 пазов путем постепенного ввода или за счет того, что зубец в качестве намоточного каркаса 56 выполнен составным. При этом либо полюсный наконечник 55 может позиционироваться на намоточной шейке 57, либо намоточная шейка 57 может позиционироваться на заднике 65 ярма.
Постоянные магниты 31 находятся на обращенной к воздушному зазору стороне или в статоре 6 в зубцах 27 в качестве магнита 58 зубцов или в заднике ярма в качестве магнита 60 ярма и могут выполняться либо как одна деталь, либо как составные. При этом направление намагничивания постоянных магнитов 31 может предусматриваться свободно выбираемым в зависимости от конфигурации элементов 32 блокирования потока.
Шаг зубчатой структуры 20 ротора 12 является при этом целым кратным шага магнитов статора 6, как, например, представлено на фиг. 14 и фиг. 15, или зубчатая структура 20 ротора 12 отличается от этого целого кратного шага магнитов статора 6, как, например, на фиг. 16.
Тем самым заданная неравномерность вращающего момента является целенаправленно выбираемой или также в соответствии с этим может устраняться.
Кроме того, зубчатая структура 20 между фиксаторами 30 заполнена подходящим материалом, например пластиком, чтобы избегать отложений загрязнений.
Зубчатая структура 20 может быть образована посредством дистанцированных фиксаторов 30, причем имеющиеся между фиксаторами 30 зазоры соответствуют ширине фиксаторов 30. Эти зазоры могут быть также меньшими или большими, чем ширина фиксаторов 30.
Кроме того, также возможно, в окружном направлении, реализовать разные расстояния между фиксаторами. Это реализуется, в частности, отдельными роторными сегментами 21 с соответственно определенными различными расстояниями между фиксаторами.
Тем самым за счет смены роторных сегментов 21 с помощью других расстояний между фиксаторами можно создать другие свойства мотора.
Эти приведенные варианты статора 6, статорных сегментов 23, форм выполнения зубцов статора 6, ротора 12, роторных сегментов 21, зубчатой структуры 20, материалов статора 6 и ротора 12, форм выполнения постоянных магнитов 31, материала и расстояний между фиксаторами 30 и т.д., при реализации кольцевого мотора 1 в МВт-диапазоне (от нескольких МВт до 20 МВт) представленные формы выполнения могут быть реализованы в любой комбинации.