<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine rotierende elektnsche Maschine, Insbesondere für eine Schenkel pol maschine bzw. für einen Trommelläufer mit verteilter Erregerwicklung, wobei der Jochring aus einzelnen geschichteten Blechen besteht und über In Drehnchtung voreilende Stege an der Rotomabe befestigt ist Es sind prinzipiell für derartige Maschinen zwei Läufertypen bekannt.
Der erste Läufertyp ist der normale geschweisste Läufer, bei dem auf eine Scheibe der Jochring aufgeschweisst ist. Die Scheibe kann für den Kühlluftdurchtritt Ausnehmungen und/oder Versteifungsrippen aufweisen. Auf dem Jochring werden die Pole befestigt Diese Befestigung kann über Schwalbenschwanz- oder Hammerkopf-Befestigung erfolgen. Auch aufgeschraubte Pole können Verwendung finden.
Dieser Läufertyp wird nur eingesetzt bzw ist wirtschaftlich von Vorteil, wenn nur ein geringeres Schwungmoment erforderlich ist. Das geringe Schwungmoment ist gleichbedeutend mit einer geringen Jochringstärke.
Der zweite bekannte Läufertyp ist der sogenannte Blechkettenläufer. Bei diesem Läufertyp ist der Rotorarmstem sehr kompliziert und massiv ausgeführt. Üblicherweise wird die Blechkette auf den Armstem aufgeschrumpft. Diese Aufschrumpfung erfolgt insbesondere bei horizontalachsigen Maschinen.
Bei vertikalachsigen Maschinen kann auf die Schrumpfung der Blechkette gegebenenfalls verzichtet werden und nur eine zentrische Führung über die Armsteme erfolgen.
Diese Art des Rotors wird vorzugsweise bei hohen Schwungmomenten als die wirtschaftliche Lösung verwendet. Nachteilig bei diesem Läufertyp ist aber immer die schwere Konstruktion des Armstemes.
Darüber hinaus ist aus der DE 47 072 C ein eingangs beschriebener Rotor bekannt, der einen Jochring aus einzelnen geschichteten Blechen aufweist, die beidseitig auf einer Rotornabe angeordnet sind. Die Rotomabe ist ihrerseits auf der Rotorwelle angeordnet und die geschichteten Bleche werden mittels Spannbolzen, die durch die
<Desc/Clms Page number 2>
Rotomabe laufen, zusammengespannt. Bei dieser Konstruktion ist es nachteilig, dass hohe radiale Zug- und Druckkräfte auftreten Weiters ist aus der DT 24 59 235 A ein Trommelläufer mit am Umfang verteilter Wicklung, sowie Stege zwischen der Rotorwelle und dem geschichteten Jochnng bekannt.
Durch die Anschlussstücke der Stege ist ein aufwendiger Aufbau gegeben Aus der DE 896 388 C ist ein Trommelläufer mit verteilten Nuten in einem geschichteten Jochring für eine verteilte Erregerwicklung bekannt. Bei dieser Konstruktion sind zwischen den Armanschlussstücken magnetische Unterbrechungen.
In der US 4 128 780 A ist ein Rotor einer drehenden elektrischen Maschine beschrieben, der den Jochring mittels Doppelsteg an der Rotorwelle befestigt.
Ebenso ist aus der FR 2 441 088 A ein energiespeichemdes Schwungrad bekannt, das über bewegliche Stege mit der Rotorwelle verbunden ist. Durch die Vielteiligkeit der Konstruktionen ist ein grosser Aufwand erforderlich.
Weiters ist in der US 725 773 ein Rotor für einen Generator beschrieben, welcher aus zwei Gussteilen aufgebaut ist, wobei jede Hälfte und eine hohle Halbnabe und hohle Arme aufweist. An den Enden der Arme ist ein für die Bleche ein zylindrischer Flansch vorgesehen, welcher herstellungsbedingt bei jeder Hälfte einen Spalt aufweist. Dieser Läufer ist ebenso aufwendig herzustellen und aufgrund der mehrteiligen Herstellung nicht ausreichend stabil.
In der US 582 481 ist ein Läufer für eine elektrische Maschine, wie Generatoren oder Motoren, mit kleinen Abmessungen beschrieben, bei welchen der einteilige Rotor eine zylindrische Aussenfläche mit einem seitlich angeordneten, radialen, umlaufenden Flansch aufweist, auf welche die einstückigen Bleche aufgeschoben werden können.
Die Bleche werden durch einen aus Federstahl gefertigten Ring gehalten, der in eine seitliche Nut der zylindrischen Aussenfläche eingesetzt wird.
Weiters ist in der US 971 868 ein Rotor beschrieben, welcher eine im wesentlichen zylindrische Aussenfläche aufweist, an welcher die Pole der Feldmagneten aus geschichteten Blechen aufgebaut sind, die über Schwalbenschwanzverbindungen
<Desc/Clms Page number 3>
radial und mittels zwei seitlichen Ringflanschen, die mit dem Rotor verschraubt sind, seitlich gehalten werden Eine Blechkette ist bei diesem Rotor nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einerseits die obigen Nachteile zu vermeiden und anderseits eine noch bessere wirtschaftliche Lösung für hohe Schwungmomente für Insbesondere horizontalachsige Maschinen zu erzielen.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Der erfindungsgemässe Rotor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotomabe und die Stege einstückig als brenngeschnittene Scheibe ausgebildet sind, dass die geschichteten Bleche beidseitig auf der Scheibe angeordnet sind, wobei die Scheibe bis an den Aussenrand der geschichteten Bleche reicht und mit diesen den Jochring bildet, und dass die Scheibe Ausnehmungen aufweist, durch welche sich die in Drehrichtung voreilenden Stege ergeben, deren Stegstärke in Abhängigkeit von einer radialen Aufweitung der geschichteten Bleche bei Nennbetrieb ausgebildet sind.
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, die Vorteile der beiden bekannten Läufertypen zu vereinen. Einerseits wird die komplizierte Armstemkonstruktion vermieden und durch eine brenngeschnittene, billige Scheibe ersetzt, anderseits sind die Vorteile der für hohe Schwungmomente geeigneten Blechkette gegeben. So sind auch die Einzelbleche leichter herzustellen und auch leichter zu transportieren.
Darüber hinaus hat die Blechkettenkonstruktion eine höhere Festigkeit. Die Scheibe übernimmt die zentrische Führung des geschichteten Jochringes.
Die Erfindung kann auch bei horizontal - wie auch vertikalachsigen Maschinen eingesetzt werden. Ebenso können die Pole beim erfindungsgemässen Rotor über Schwalbenschwanz- oder Hammerkopf-Befestigungen angebracht werden.
Der gravierende Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Scheibe Bestandteil der Blechkette ist. Durch die Ankopplung der Blechkette an die Scheibe sind keine radialen Zug- oder Druckkräfte gegeben, sondern es treten Scherkräfte aus den Haftreibungskräften auf, die eine Relativbewegung zwischen Scheibe und Blechkette vermeiden.
<Desc/Clms Page number 4>
Durch die Integration der Scheibe in die Blechkette, insbesondere bis zum Aussenrand der Blechkette, Ist ein axial lückenloser magnetischer Kreis gegeben. Darüber hinaus Ist die Scheibe am Aussenrand radial relativ weich und weist dadurch in etwa die gleiche Steifigkeit wie die Blechkette auf. Dadurch ist aber bei einer radialen Aufweitung aus Fliehkräften bzw. Temperaturerhöhung praktisch keine Relativbewegung zwischen Scheibe und Blechkette möglich. Durch die variantenreichen Möglichkeiten der Gestaltung der Ausnehmungen können sehr dünne Stege erzielt werden. Die unterschiedlichen Aufweitungen der Scheibe und der Blechkette werden minimiert.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die geschichteten Bleche über Spannbolzen, die auch durch die Scheibe verlaufen, zusammengespannt.
Dadurch wird eine noch höhere Kontinuität des magnetischen Kreises im Jochring erreicht.
Die radiale Belastung der Blechkette ist durch die Eigenfliehkraft sowie durch die Fliehkraft der Pole und die im Betrieb gegebene Erwärmung gegeben. Auch die Scheibe geht im Betrieb durch die Fliehkraft auf, jedoch nicht im gleichen Ausmass wie die geschichteten Bleche.
Um nun das Ziel zu erreichen, nämlich dass die Scheibe eine gleiche radiale Aufweitung wie die geschichteten Bleche aufweist, werden durch Ausnehmungen in der Scheibe von innen nach aussen in Drehrichtung voreilende Stege geschaffen.
Durch die Krümmung dieser Arme bzw. Stege wird im Betrieb eine der Blechkette angepasste Aufweitung erreicht. Wie ja allgemein bekannt, wirkt das mechanische Moment in Drehrichtung und das elektrische Moment entgegen der Drehrichtung. Um nun die Erweiterung des Aussenumfanges der Scheibe zu erreichen, wird die Drehmomentenübertragung ausgenützt, da sich die voreilenden Stege mehr oder weniger verbiegen. Im Nennbetrieb kann das Ziel der gleichen Aufweitung erreicht werden. Mit der Arm-oder Stegstärke wird die Torsionssteifigkeit und damit die Aufweitung unter Drehmomentübertragung definiert.
Die Blechkettenstärke wird aus dem Schwungmoment definiert. Rechnerisch wird dann die radiale Aufweitung der geschichteten Bleche ermittelt. Über eine Finite-
<Desc/Clms Page number 5>
Elemente-Rechnung kann dann die Konstruktion bzw. die Abmessungen der Scheibe bestimmt werden.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt den Rotor mit seinen Ausnehmungen und die Flg. 2 einen Schnitt durch die Fig. 1 mit den geschichteten Blechen.
Gemäss der Flg. 1 und 2 ist die Scheibe 1 auf der Rotorwelle 2 angeordnet. Der die - nicht dargestellten - Pole tragende Jochring 3 besteht aus einzeln geschichteten Blechen 4 Diese segmentierten Bleche 4 werden überlappend geschichtet und beidseitig auf der Scheibe 1 vorgesehen. Diese geschichteten Bleche 4 werden mit einem Spannbolzen 5, der auch durch die Scheibe geführt ist, zusammengespannt.
Die Scheibe 1 ist einstückig ausgebildet, wodurch eine grosse Homogenität durch das Material von der Rotorwelle 2 bis zum Aussenrand der Blechkette erreicht wird Diese Homogenität und die Erstreckung der Scheibe 1 bis zum Aussenrand der geschichteten Bleche 4 bringt einen axial lückenlos geschlossenen magnetischen Kreis mit sich.
Die Scheibe 1 weist Ausnehmungen 6 auf. Die Form dieser Ausnehmungen wird so gewählt, dass in Drehrichtung gesehen von innen nach aussen voreilende Stege 7 gebildet werden.
Um eine annähernd gleiche Aufweitung der Scheibe 1, wie die geschichteten Bleche 4 des Jochringes 3 aufweisen, zu erreichen, verformen sich im Betrieb der Maschine diese Stege 7. Die Verformung erfolgt in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung Es kommt also zu einer grösseren Aufweitung als bei einer Vollscheibe bzw. bei geraden radialen Stegen.