<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen mit temperaturbeständiger Isolierschicht versehenen Spulenkörper aus ferromagnetischem Metall für rotierende elektrische Wicklungen.
Elektrische Wicklungen können frei gewickelt und verfestigt werden, oder sie benötigen einen
Spulenkörper. Insbesondere bei konzentrischen Wicklungen, die Eisenkerne umfassen, sind Spulenkörper zweckmässig. Spulenkörper werden aus Hartpapier, aus Thermoplasten, oder bei grösseren Abmessungen, aus einzelnen Isolierteilen aufgebaut. Im allgemeinen werden an die Spulenkörper keine Grenzbelastungen hinsichtlich Temperaturbeständigkeit oder mechanische Festigkeit gelangen.
Bei Synchronmaschinen mit Innenpolen-dazu gehören die derzeit verbreitesten Erzeuger elektrischer
Energie-rotiert das Polrad, dessen Wicklungen hohen thermischen wie mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. In den meisten Anwendungsfällen bildet eben dieses Polrad mit seinen Wicklungen den kritischen Punkt der
Maschine.
Fertigungstechnisch besteht das Problem darin, die Wicklung auf das Polrad zu bringen und im eingebauten
Zustand gegen die Fliehkraft so weit abzusichern, dass keine schädlichen Einwirkungen stattfinden. Bei
Grossgeneratoren mit Flachkupferwicklungen sind die Probleme mit ebenen Isolierteilen und Abstützelementen zu beherrschen. Bei ganz kleinen Maschinen, etwa unter 0, 5 kW, lässt sich die Polradisolierung mit elastischen
Isolierfolien aufbauen. Es sind dort nämlich zufolge kleiner Maschinenabmessungen auch nur geringere Kräfte im
Spiel.
Bei Maschinen in der Grössenordnung von 1.... 10 kW jedoch ist die Bauart mit elastischen Bändern absolut unzureichend, und die Bauart der grossen Maschinen zu teuer. Überdies lässt die billigste Art, den
Eisenkörper des Polrades aufzubauen, nämlich aus fertig gestanzten ankerförmigen Blechen, keine Möglichkeit für einen einfachen, aufschiebbaren Spulenkörper zu. Die Folge war eine teuere Ausbildung des Polrades mit nachträglich zu befestigenden Polschuhen.
Den bisher bekanntgewordenen zwei- oder mehrteiligen Spulenkörpern haftet der Nachteil an, dass sie aus thermoplastischen Formteilen aus Kunststoff bestehen, welche nur sehr begrenzten mechanischen Belastungen standhalten, wodurch sie auch nicht als selbsttragende Abstützelemente verwendet werden. Ausserdem sind diese
Spulenkörper ferromagnetisch unaktiv.
Weitere bekanntgewordene Spulenkörper bestehen aus Metall (Metallnetze, Gitternetze usw. ), wobei die
Metallteile der Klammerung und Halterung von zusätzlich aufgebrachten Isolierteilen oder Körpern dienen.
Allenfalls sollen damit auch einwirkende Kräfte abgefangen werden. Diesen Körpern haftet der Nachteil an, dass sie in der bekanntgewordenen Art nicht auf den Hals eines Polrades mit mitgestanztem Polkopf aufgebracht werden können. Ausserdem müsste in herkömmlicher Art eine zusätzliche Isolierschicht aufgebracht werden. Die
Isolierschicht besteht aus vorgefertigtem Flächenmaterial und ist an den Stossstellen, insbesondere bei geringer
Auftragsstärke, meist unhomogen und daher kriechstrom-und überschlagsempfindlich. Das Aufbringen solcher Isolierstoffe ist bei komplizierter Formgebung der Spulenkörper daher oft nicht oder nur unbefriedigend zu lösen.
Die Erfindung schlägt vor, dass der Spulenkörper aus zwei gleichartigen, beiseitig an die Polschenkel aufbringbaren Formhälften aus magnetisch gut leitendem Kernmaterial mit hoher mechanischer Festigkeit besteht, das mit einer allseitig anhaftenden vollisolierenden Schicht aus sinterfähigem, nachträglich gebranntem Werkstoff versehen ist.
Die erfindungsgemässen Spulenkörper vermeiden zufolge ihrer Beschaffenheit, Formgebung und insbesondere auch Isolierbeschichtung die Mängel der bisher bekanntgewordenen Spulenkörper bei Verwendung in rotierenden, mechanisch hoch belasteten Systemen.
Zweckmässigerweise wird zur Herstellung des erfindungsgemässen Spulenkörpers ein in Form und Stärke entsprechendes Eisenblech im Tiefziehverfahren zu einer Rinne mit abgebogenen Enden verformt und voll isolierbeschichtet.
Die Formteile, auf das Polrad aufgebracht, bilden somit einen Spulenkörper, der durch das Aufbringen der Wicklung am Polhals angedrückt, selbsthaltend wirkt (Toleranzspalt an den Stirnseiten) und sich gegen die einwirkende Fliehkraft am Polkopf abstützt. Stirnseitig ragt der Spulenkörper mit seinen abgebogenen Enden über den Polkörper vor, wodurch an den Stossstellen eine entsprechend grosse Luft- und Kriechstrecke gegen Masse erreicht und gleichzeitig eine gute Belüftung des Spulenkopfes erzielt wird. In entsprechend starker Ausführung des Spulenkörpers wird damit auch an den vorstehenden Wickelköpfen ein sicheres Abstützen der Wicklung erreicht und durch die allseits überzogene Isolierauflage die Vorteile eines zur Gänze aus Isolierteilen aufgebauten Spulenkörpers auch für komplizierte Formgebung ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Spulenkörpers aus Eisenteilen ermöglicht es, den billigsten und mechanisch günstigsten Aufbau des Polradeisenkörpers aus komplett gestanzten Eisenbleche einzusetzen, wodurch die Probleme und Kosten zum nachträglichen Befestigen der Polschuhe wegfallen. Das Beschichten der Metallteile des Spulenkörpers mit einer Isolierschicht kann durch ein geeignetes Beschichtungsverfahren vollisolierend erfolgen. Es lassen sich auf diese Weise mechanisch sehr widerstandsfähige und hochtemperaturbeständige Isolierschichten aufbauen. Geeignete Verfahren sind z. B. das Emaillieren, Wirbelsintern oder elektrostatische Pulverbeschichtverfahren. Dadurch ergibt sich als einen weiteren Vorteil auch ein geringer Wärmewiderstand.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Funktion einer Spule ist es im allgemeinen, magnetische Felder zu erregen, die, wieder in der Mehrzahl aller Anwendungsfälle, durch Gleichstrom oder relativ niedrig frequente Ströme hervorgerufen werden und daher in Eisen verlaufend ausgebildet werden. Verwendet man für den metallischen Spulenkörper Eisenblech, so ist es möglich, günstigere räumliche Verhältnisse zu schaffen : Der sonst von einem aus Isolierteilen aufgebauten Spulenkörper benötigte Raum wird nach der erfindungsgemässen Ausbildung ferromagnetisch erfüllt. Besonders bei Polrädern spielt dieser Gewinn an elektromagnetisch aktivem Volumen eine entscheidende Rolle.
An Hand der Zeichnungen wird der erfindungsgemässe Spulenkörper am Beispiel einer Synchronmaschine näher erläutert, da gerade beim Polrad einer Synchronmaschine die Vorteile der erfindungsgemässen Spulenkörper am deutlichsten zu Tage treten : hohe mechanische Festigkeit, Spule mit Spulenkörper ohne zusätzliche Befestigung, selbsttragend haltend, billige und doch hochtemperaturbeständige (Keramik) fugenlose Vollisolation, einfach gestanzte Polradbleche und kein Verlust an ferromagnetisch leitfähigem Querschnitt wie bei Isolierstoffkörpern.
Fig. l zeigt ein gestanztes Polblech mit Polschuhen. Der Spulenkörper muss in diesem Falle aus zwei Hälften bestehen, die stirnseitig zusammenstossen. Am einfachsten wird ein Eisenblechstreifen zu einer Art Rinne mit vorgebogenen Enden tiefgezogen. Eine solche Hälfte zeigt Fig. 2 in perspektivischer Sicht. Nach Beschichten mit einem der bekannten Verfahren ist diese Spulenkörperhälfte vollständig mit einer Isolierschicht überzogen.
Beidseitig an die Polkerne des Polrades angelegt, entsteht der zweiteilige Spulenkörper bzw. der Wickelraum für die Polradwicklung, die mittels einer Vorrichtung aufgebracht wird. Fig. 3 zeigt einen Pol des aus Blechen nach Fig. l aufgebauten Polradeisenkörpers mit den beiden Spulenkörperhälften. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind neben andern Polrädern die Polräder von als Schweissgeneratoren arbeitenden Synchronmaschinen, weil letztere gewöhnlich in jenem Leistungsbereich liegen, in welchem keine der bekannten Polspulenkörper befriedigen.