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Einrichtung zum Schutz massiver Konstruktionsteile im Bereich des Statorstirn-
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Die Stärke des Streufeldes. nimmt zwar, wie sieh leicht nachweisen lässt, von der Stirnseite des wirksamen Ständereisens bis zu den Scheiteln der Wickelköpfe der Ständerwicklung gradlinig bis auf null ab, doch bleibt der Charakter des Drehfeldes auch bis zu dieser äusseren Grenze erhalten. An diesem Sachverhalt ändert sich nichts, wenn der schräge Teil eine andere Lage als die hier dargestellte einnimmt und etwa aus rechtwinklig angesetzten Evolventenbügeln besteht (vgl. Fig. 2).
Um nun den peripherische Verlauf des Strenfeldes anzudeuten, denke man sich in Richtung der Kraftlinien einen ungefähr kegelförmigen Schnitt gelegt, dessen Schnittlinie in Fig. 4 durch die Gerade 8 angedeutet ist. Den Verlauf der Kraftlinien auf einer solchen Schnittfläche zeigt Fig. 5. Die dort mit 4 bezeichneten Doppelringe entsprechen den beiden Schichten des Wickelkopfes, von wo die MME. ihren Ausgang nimmt, der Ring 6 entspricht der Rotorkappe, der Ring. 3 dem Pressdeekel und der äussere Ring dem letzten Blechpaket 2 des wirksamen Statoreisens.
Dieser dargestellte, durch die Rotorkappe 6 und das letzte Blechpaket 2 des Ständers sich schliessende zweipolige-wiederum punktiert angedeutete-Streufeld muss man sich nach dem Gesagten, und zwar nicht nur bei Drehstromgeneratoren, sondern allgemein bei mehrphasigen Maschinen, mit konstanter Geschwindigkeit rotierend vorstellen.
Da die Rotorkappe mit ihm synchron umläuft, werden in ihr keine nennenswerten Verluste entstehen, dagegen sind in den feststehenden Eisenteilen des Stators die Verluste bedeutend.
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ringes vor. um zu verme-iden. dass grössere zusammenhängende Metallfläciien (tes Ringes, wie sie durch Schweissnähte entstehen, unmittelbar dem Streufeld ausgesetzt werden.
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und gegebenenfalls mit ihm verschwei#t oder verlötet sein können. Man kann sie zugleich als Tragorgane des Ringes ausbilden und beispielsweise einen Fortsatz 15 zur Durchführung eines Schraubenbolzens an ihnen anbringen.
Die gleichen Gesichtspunkte wie für gewickelte Ringe kommen auch für Ringe in Betracht, die aus einer grösseren Anzahl konzentrischer Teilring zu einem Ringpaket geschichtet sind und als zusammenhängender Körper befestigt werden.
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Bei den im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen, beispielsweise bei den aus ein- zelnen bogenförmigen oder stegförmigen Teilen zu Ringen oder polygonen zusammengefügten Streu- flusskörpern verursachen naturgemäss die Stossfugen eine erhebliche Erhöhung des magnetischen Widerj standes über den Umfang des Ringes, und das Streufeld wird sich demzufolge in parallelen magnetischen Nebenwegen zu schliessen suchen, wie sie durch die Auflageteile und Träger des Streuflusskörpers oder die zu schützenden massiven Konstruktionsteile der Maschine selbst, z.
B. durch die Stirnplatten gebildet werden. Ähnliche Folgen sind auch zu erwarten, wenn der Streuflusskörper hoch gesättigt ist.
Um nun derartige Nachteile von vornherein auszuschliessen und die Wirkungsweise der Anordnung gemäss der Erfindung zu vervollkommnen, soll erfindungsgemäss auf der Rückseite des Streuflusskörpers für den Übertritt von Streulinien vom Streufeldkörper nach den zu schützenden Teilen hin ein hoher magnetischer Widerstand geschaffen werden, so dass der Streufluss auch dann vorwiegend im Streufluss- körper verbleibt, wenn der magnetische Widerstand des letzteren, sei es durch hohe Sättigung, durch
Vorhandensein von Stossfugen oder aus anderen Ursachen, in der Umfangsrichtung stark erhöht ist.
Dieses wird dadurch erreicht, dass man an der Rückseite des Streuflusskörpers, d. h. derjenigen Seite, die den zu schützenden massiven Konstruktionsteilen zugekehrt ist, Luftstrecken einfügt, indem man z. B. den Ringkörper in angemessenem Abstand von den zu schützenden massiven Teilen anordnet,
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tischem Material ausführt. Unter Umständen können auch diese beiden Mittel gemeinsam zur Anwendung kommen.
Die Fig. 10 zeigt einen Streuflusskörper 1 an der Stirnseite des Ständers 2 einer Wechselstrommaschine zum Schutz gegen Wirbelstromverluste in dem massiven Pressdeckel 3. Die Lamellen des eisernen Streuflusskörpers 1 verlaufen im wesentlichen in der Umfangsrichtung, doch ist er hier nicht wie bei der Fig. 7 als geschlossener Ring wiedergegeben, sondern, gemäss dem Alternativvorschlag, aus einzelnen Blechpaketen zusammengesetzt. Die Teilfugen zwischen den Stosskanten jener Pakete sind mit 16 bezeichnet. Wenn man diese Zwischenräume durch unmittelbares Anlegen der Stossflächen auch beseitigen und damit den magnetischen Widerstand des Ringkörpers herabsetzen könnte, so wird aus anderen Erwägungen heraus, z.
B. um die Reaktanz der Maschine zu erniedrigen, die Einfügung der Zwischenräume 16 von Nutzen sein.
Das Streudrehfeld, welches, um Wirbelstromverluste zu vermeiden, ausschliesslich im lamellierten Streuflusskörper verlaufen soll, wird, da der magnetische Widerstand des letzteren hier relativ gross ist, versuchen, auf der Rückseite des Körpers 1 die dort befindlichen Teile, z. B. die klammerartigen Träger 14, die Bolzen 11 und die Druckplatte 3, als Nebenbahn zu beschreiten, soweit sie magnetisch leitend sind.
Um den Verlauf der Streulinien auf solchen Nebenwegen zu erschweren, ist erfindungsgemäss zwischen
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wird man die DistanzstÜcke 18, die Klammern 14 und die Befestigungsbolzen 11, gegebenenfalls auch die Pre#platten 3 selbst, aus unmagnetischem Material ausführen, damit auf jeden Fall der Austritt der Streulinien aus dem lamellierten Ringkörper unterbleibt.
Es ist selbstverständlich, dass der gleiche Gedanke auch Anwendung findet, wenn der Streuflusskörper vor der Stirnversehalung angebracht wird. Dann kann es aus den gleichen Erwägungen von Nutzen sein, zwischen Schutzkörper und Kappe einen grösseren Luftabstand vorzusehen und die Befestigungs-
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mittel und Abstandhalter, erforderlichenfalls auch die Stirnverschalungen selbst, aus magnetisch nicht- leitendem Material auszuführen oder wenigstens eine dieser Vorkehrungen zu treffen.
Die Streufeldverluste spielen auch eine Rolle bei denjenigen Anordnungen, bei denen die Stator- zähne durch besondere Druckorgane mechanisch gesichert werden, die man entweder einzeln oder durch die übergreifende Stil1lplatte gemeinsam gegen die Zahnflanken presst. Man hat bereits, um die magnetischen
Verluste durch das Streufeld in den Zähnen und ihren Stützen gering zu halten, verschiedene Massnahmen getroffen, z. B. die Druckfinger quer zu den Ankerblechen geblättert oder besonderes Material hiefür verwendet.
Erfindungsgemäss wird für die Versteifung der Zahnflanken ein mit entsprechenden Zähnen ver- sehenes ringförmiges Joch aus lamelliertem Eisen, dessen Zähne die des Stators abstützen, verwendet.
Auf diese Weise bildet das ringförmige Versteifungsorgan einen magnetisch gut leitenden Rück- schluss für die im Bereiche der Zahnflanken zur Geltung kommenden Streulinien, da es sich in der Um- fangsrichtung, also in Richtung der Bahn des umlaufenden Streudrehfeldes erstreckt. Der Versteifung- ring verrichtet hier zugleich die Aufgabe eines Streuflusskörpers.
Um Wirbelstromverluste möglichst zu vermeiden, muss jedoch auch hier erreicht werden, dass die
Kraftlinien des Streuflusses in die Schmal-und nicht in die Breitseiten der Jochzähne eintreten, was bei den vorher beschriebenen Ausführungen durch die Art der Schichtung bewerkstelligt wurde. Die
Lamellen des Jochringes werden hier aus diesem Grunde an den Zahnflanken weitgehend treppenförmig abgestuft, was vor allem aus der Fig. 11 deutlich ersichtlich ist.
Fig. 11 zeigt wiederum den stirnseitigen Teil eines Stators in perspektivischer Darstellung, soweit er für das Wesen der Erfindung in Betracht kommt, während in Fig. 12 das gezahnte, ringförmige Joch in Ansicht und Fig. 13 eine fabrikatorisch Methode zu seinem Aufbau wiedergibt.
An die Stirnfläche des wirksamen Statoreisens 2 ist in bekannter Weise die Stirnplatte 3 gepresst.
Den Wickelkopf deutet der mit dem Wicklungsstab M verbundene Bügel 4 an. Zur Versteifung der Statorzähne dienen erfindungsgemäss die Zähne eines gezahnten ringförmigen Joches 20 aus lamelliertem Eisen, das gegen die Zahnflanken des Stators gedrückt wird. Der gezahnte Ringkörper 20 wird am einfachsten durch die Stirnplatte 3 an die Stirnfläche des Stators angepresst und befestigt. Zu diesem Zweck besitzt die Stirnplatte einen ringförmigen Wulst, dessen innerer Rand 21 Über den äusseren Umfang des Joches greift.
Um den Streulinien den Eintritt in die Schmalseiten der Lamellen der Zahnflanken zu erleichtern und um zu verhindern, dass grössere geschlossene Flächen der Endlamellen im Bereiche der Zähne von dem Streufluss durchquert werden und Wirbelstromverluste entstehen, sind die Zahnköpfe, wie bei 22 dargestellt, nach der freiliegenden Stirnseite zu abgeschrägt oder abgestuft. Hiedurch wird gleichzeitig den Zähnen der erforderliche Halt gegeben.
Die einzelnen gezahnten Lamellen sind gegebenenfalls nach Einfügung von Isolationszwischenlagen durch Nietbolzen 9 zu einem geschlossenen Ring oder zu bogenförmigen Paketen vereinigt. Man schichtet sie praktisch nach der aus Fig. 13 ersichtlichen Methode aus gleichen segmentförmigen Blechlamellen 23 zusammen und versetzt dabei die Stosskanten der in verschiedenen Ebenen sich erstreckenden Segmente gegeneinander, ähnlich wie man es beim Zusammenbau des aus Blechsegmenten gestapelten Ständerkörpers grosser Generatoren zu tun pflegt.
Anstatt den Jochkörper als geschlossenen Ring herauszustellen und aufzubringen, kann man auch bogenförmige, gezahnte Blechpaket anfertigen und sie an der Stirnfläche des Stators zu einem unterteilten Ring aneinanderlegen. Unter Umständen ist in solchen Fällen die Freilassung von Luftzwischenräumen zwischen den einzelnen Ringteilen erwünscht, besonders wenn es sich um unterteilte Gehäuse handelt oder wenn der magnetische Widerstand des Rückschlusses für das Streufeld absichtlich erhöht werden soll. Die äussere Begrenzungsfläche dieser gezahnten Blechpaket kann auch geradlinig verlaufen, so dass nach dem Zusammensetzen an der Stirnseite des Stators ein polygonales Gebilde entstehen würde.
Die praktische Ausführung des als Versteifungsorgan für die Statorzähne dienenden Joohkörpers lässt viele Modifikationen zu, während die beschriebene Konstruktion nur als besonders zweckmässiges Beispiel zu betrachten ist. An Stelle durch Nietenbolzen können die. einzelnen Lamellen auch durch Schweissnähte am äusseren Umfang oder durch gleichwertige Mittel vereinigt werden. Die Befestigung und Anpressung an die Zahnflanken braucht auch nicht durch die Stirnplatte selbst geschehen, sondern kann auch auf anderem Wege erfolgen.
Nach einer weiteren Durchbildung des Erfindungsgedankens werden die Endpakete des Ständereisens selbst als ein in der Umfangsrichtung sich erstreckender Rückschluss für den Teil des rotierenden Streuflusses, der zwischen Ständereisen und Kappen, Bandlagen oder sonstigen ausserhalb des aktiven Teiles des Läufers angebrachten Eisenmassen verläuft, dienstbar gemacht. Zu diesem Zweck werden am einfachsten die Endpakete des Ständers an den den Kappen zugekehrten Statorrändern weitgehend abgestuft oder abgeschrägt.
Die Abstufung oder Abschrägung erstreckt sich dabei nicht nur auf wenige verstärkte Endscheiben, wie etwa bei Nutenankern von Gleichstrommaschinen, wo man beabsichtigte, zu vermeiden, dass die massiven Ränder dieser verstärkten Endscheiben noch vom Nutzfluss erfasst werden, sondern auch auf
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eine beträchtliche Tiefe des Ständereisens und ist in solchem Verhältnis vorgenommen, dass das vom
Wickelkopf des Ständers verursachte Stirnstreufeld im wesentlichen an den Schmalseiten der Ständer- bleche übergeht. Auf diese Weise bilden die Bleche des Statoreisens selbst in der Umfangsrichtung einen Rückschluss für die Streulinien, ohne dass letztere Flachseite der Bleche schneiden und Wirbel- j ströme induzieren.
Die Fig. 14 und 15 veranschaulichen zwei weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens.
Es ist 2 das aus Blechpaketen geschichtete Ständereisen eines Turbogenerators, 4 der Wiekelkopf des
Ständers und. 5 der des Läufers, der durch eine Kappe 6 oder Bandage gegen die Wirkungen der Flieh- kräfte gesichert ist.
Der mit dem Wickelkopf 4 verkettete Teil des Streufeldes, um dessen Einfluss es sich bei der
Erfindung handelt, wurde in den Darstellungen gestrichelt angedeutet und mit (P St bezeichnet, während das Nutzfeld si) N, das mit dem Wesen der Erfindung nichts zu tun hat, durch ausgezogene Kraftlinien wiedergegeben ist.
Der den Wickelköpfen zugekehrte Rand des letzten Ständerblechpaketes 2'ist um eine beträchtliche Höhe und hier über die ganze Pakettiefe bei 22 abgeschrägt, indem die einzelnen Bleche treppenförmig abgestuft sind. Durch diese Abstufung tritt das vom Wickelkopf 4 hervorgerufene zwischen dem letzten
Blechpaket 2'und der Rotorkappe 6 verlaufende Streufeld (P St vorwiegend in die Sehmalseiten der ein- zelnen Bleche über und findet in der Umfangsriehtung durch die einzelnen Blechlamellen einen unsehäd- lichen Rückschluss, so dass erhebliche Wirbelstromverluste durch dieses Streufeld vermieden sind.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass sich die Abschrägung oder Abstufung 22 über die ganze
Tiefe des letzten Ständerblechpaketes 2'ausdehnt, wenn eine geringere Tiefe genügt, um eine hinreichende
Abstufung zu erzielen. Doch ist einleuchtend, dass bei Ausnutzung der gesamten Tiefe dieses Stirnpaketes für die Abschrägung der höchste Grad der Abstufung zur Geltung kommt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 erstreckt sich das wirksame Eisen 7 des Läufers nur bis zum vorletzten Ständerpaket, so dass das Endpaket 2'ausschliesslich dem Streuflussverlauf dient.
Jedoch kann sich, wie Fig. 15 erkennen lässt, das wirksame Eisen 7 des Läufers auch bis zur Stirnseite des letzten abgeschrägten Ständerblechpaketes ausdehnen. Im letzten Fall würde das Endpaket des
Ständers neben seiner Aufgabe als Streuflussrücksehluss auch als aktives Eisen wirksam sein.
Es ist noch besonders darauf hinzuweisen, dass bei den Ausführungen nach den Fig. 6,8, 9 und 10 die einzelnen Lamellen des Streuflusskörpers 1 mit der Flachseite senkrecht und bei den Ausführungen nach Fig. 11,14 und 15 parallel zur Statorstirnfläche verlaufen ; trotzdem ist bei allen Ausführungen das Kennzeichen gemeinsam, dass die kurz vor der Statorstirnfläche rechtwinklig zu ihr gerichteten Streu- linien durch die Schmalseiten der Lamellen eintreten. Bei den drei zuletzt genannten Ausführungen erfolgt dieser Eintritt, wie besonders aus den Fig. 14 und 15 ersichtlich ist, durch die mit 22 bezeichneten treppenförmig abgestuften Kanten der Lamellen.
Für die praktische Durchbildung der durch die Erfindung gekennzeichneten Anordnung der
Streuflusskörper gibt es natürlich veile konstruktive Möglichkeiten, während hier nur einige besonders zweckmässige Ausführungsbeispiele beschrieben werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schutz massiver Konstruktionsteile im Bereiche des Statorstirnstreufeldes mehrphasiger Wechselstrommaschinen gegen Wirbelstromverluste durch magnetische Streuflusskörper aus lamelliertem Eisen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die übereinandergesehichteten Lamellen der zwischen Wickelkopf (4) und den zu schützenden massiven Konstruktionsteilen (3) angeordneten
Streuflusskörper (1 bzw. 20) im wesentlichen in Richtung der Bahn des umlaufenden Streudrehfeldes erstrecken.
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