DE10020946A1 - Läufer für eine Induktionsmaschine mit hohen Drehzahlen - Google Patents

Abstract

Bei Läufern für Induktionsmaschinen mit einem einteiligen Blechpaket, in das Dauermagnete eingelassen sind, treten an den Verbindungsstegen zwischen den Polen mechanische Spannungsspitzen aufgrund der Fliehkraftbeanspruchung auf. Diese Spannungsspitzen sind zu reduzieren, um den Einsatz des Läufers auch bei höheren Drehzahlen zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird daher um das einteilige Läuferblechpaket (1) eine Bandage (4) unter Vorspannung gewickelt. Mit dieser zusätzlichen mechanischen Versteifung ist der Läufer auch bei höheren Drehzahlen einsatzfähig.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Läufer für eine In­ duktionsmaschine, der ein einteiliges Blechpaket aufweist und insbesondere einen Läufer für hohe Drehzahlen.

Ein gattungsgemäßer Läufer ist aus dem Dokument DE-A- 196 20 438 bekannt. Der dort beschriebene Läufer ist Be­ standteil einer dauermagneterregten Synchronmaschine, die ei­ nen mit einer Wicklung versehenen Ständer und einen mit Dau­ ermagneten bestückten Läufer aufweist. Dadurch dass die Dau­ ermagnete in entsprechende Aufnahmeöffnungen eingesetzt wer­ den, die in dem eine geschlossene Umfangskontur aufweisenden Blechpaket des Läufers vorgesehen sind, wird ein wesentlich geringerer Fertigungsaufwand und außerdem verbesserte elekt­ rische Eigenschaften erreicht. Dabei ist die Anordnung der Dauermagnete je Pol so getroffen, dass diese in der Polmitte einen minimalen und in der Pollücke einen maximalen Abstand zum Außenumfang des Läuferblechpakets aufweisen. Weiterhin ist in jeder Pollücke ein radialgerichteter Streuschlitz vor­ gesehen. Der hier verwendete Läufer ist zwar für verhältnis­ mäßig hohe Drehzahlen geeignet, aber dennoch ist die Drehzahl aufgrund der Fliehkraftbeanspruchung soweit beschränkt, dass sie für einige Anwendungen beispielsweise im Werkzeugmaschi­ nenbau zu niedrig wäre.

Aus dem weiteren Dokument DE-U-88 16 122 ist eine Maschine bekannt, bei der die Dauermagnete am Umfang des Läuferblech­ pakets angeordnet sind. Zur sicheren Halterung der Magnete ist ein aus amagnetischem Material bestehender Zylinder über die Dauermagnete geschoben. Dies erfordert aber einen erheb­ lichen Fertigungsaufwand, da dieser Zylinder drehfest mit dem Läufer verbunden werden muss. Die über den Umfang des Läufers gleichmäßig verteilte Anordnung der Dauermagnete führt außer­ dem zu keiner optimalen elektrischen Ausnutzung der Maschine.

Aufgrund der obigen Problematik besteht die Aufgabe der vor­ liegenden Erfindung darin, einen Läufer mit einteiligem Blechpaket derart zu optimieren, dass er auch für höhere Drehzahlen als beim Stand der Technik geeignet ist. Als Maß­ gabe für die Optimierung wird geringer fertigungstechnischer Aufwand gefordert.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ei­ nen Läufer nach Anspruch 1 gelöst. Die Umfangsfläche des ein­ teiligen Blechpakets ist dabei zumindest teilweise mit einer Bandage umgeben. Die Bandage schließt sich dabei radial um den Außenumfang des Blechpakets vollständig, während die axi­ ale Erstreckung der Bandage kleiner als die axiale Erstre­ ckung des Blechpakets sein kann.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Durch die erfindungsgemäße, zusätzlich Bandage wird das Läu­ ferpaket in sich besser versteift, so dass es selbst bei sehr hohen Drehzahlen nicht zur Zerstörung des Läufers aufgrund der Fliehkraftbeanspruchung kommt. Die mechanischen Span­ nungsspitzen, die aufgrund unterschiedlicher radialer Ma­ terialstärken im Läufer auftreten, werden nämlich durch die Bandage reduziert.

Die Bandage weist somit die Funktion auf, Spannungsspitzen innerhalb des einteiligen Läuferblechpakets abzubauen. Das Material der Bandage ist in der Regel amagnetisch. Vorzugs­ weise wird für die Bandage ein elektrisch nichtleitendes Ma­ terial mit dem Vorteil verwendet, dass in der Bandage keine Wirbelstromverluste entstehen können. Geeignete Materialien für die Bandage sind beispielsweise Kunststofffasern, Titan, Edelstahl und Glasfasern.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeich­ nungen näher erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 ein Segment eines Läufers nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 ein Segment des erfindungsgemäßen Läufers mit Bandage.

Fig. 1 zeigt zunächst den Aufbau eines Läufers vom Stand der Technik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht. Das ein­ teilige Blechpaket 1 stellt einen Hohlzylinder dar, der auf eine nichtdargestellte Welle des Läufers montiert werden kann. Das Blechpaket 1 wird durch Schichten von gestanzten Einzelblechen und Verkleben mittels Backlack oder durch eine sonstige übliche Technologie gefertigt.

In dem einteiligen Blechpaket 1 sind Taschen vorgesehen in die Dauermagnete 2 eingeschoben werden. Durch das Einbringen der Dauermagnete 2 in die Taschen des umfangsmäßig geschlos­ senen Läuferblechpakets 1 sind die Dauermagnete 2 gegen die Fliehkraftwirkungen geschützt.

Die Außenkontur des Läuferblechpakets 1 ist so ausgestaltet, dass der zwischen dem Läufer und dem nicht dargestellten Ständer befindliche Luftspalt in der Polmitte am kleinsten ist und sich zu den Pollücken hin vergrößert. Dadurch wird zumindest ein annähernd sinusförmiger Verlauf des Läufer- Magnetfelds erreicht.

Aufgrund der unterschiedlichen Materialstärken ergeben sich während der Rotation des Läufers unterschiedliche mechanische Beanspruchungen innerhalb des Läuferblechpakets 1. Wie in Fig. 1 angedeutet ist, ergibt sich die höchste mechanische Span­ nung σ an den Verbindungsstegen zwischen den Polen. Die Orte, an denen die höchsten mechanischen Spannungen auftreten, wer­ den üblicherweise als "hot-spot" 3 bezeichnet. Die mechani­ sche Spannung an der Innenkante der jeweiligen Tasche, in die ein Dauermagnet 2 eingeführt wird, ist aufgrund der Kerbwir­ kung etwa um den Faktor 2 höher als die durch die Fliehkraft­ beanspruchung hervorgerufene mittlere Spannung in den Verbin­ dungsstegen. Diese mechanische Spannungsspitze führt dazu, dass eine gewisse Drehzahl nicht überschritten werden darf, überhalb der der Läufer beschädigt würde.

Erfindungsgemäße wird die Spannungsspitze an dem hot-spot da­ durch reduziert, dass gemäß Fig. 2 eine Bandage 4 am Außen­ umfang des Läuferblechpakets angebracht wird. Aufgrund der sinusförmigen Ausgestaltung des Umfangs der Läuferoberfläche liegt die Bandage 4 bei den Pollücken nicht auf der Oberflä­ che des Läuferblechpakets 1 auf. Die Erfindung ist aber nicht auf die sinusförmige Ausgestaltung des Umfangs der Läufer­ oberfläche beschränkt. Vielmehr ist der erfindungsgemäße Ein­ satz der Bandage auch bei kreisrunden Läufern vorteilhaft.

Durch die Bandage werden die Fliehkräfte, insbesondere der Außenteile des Läuferblechpakets zumindest teilweise aufge­ nommen, so dass die Spannungsspitzen an den hot-spots redu­ ziert werden. Eine deutliche Steigerung der maximalen Dreh­ zahl ist somit gegenüber dem Stand der Technik zu erzielen.

Bei einer konkreten Ausgestaltung wird eine Kohlenstofffaser- Bandage 4 unter Vorspannung um das einteilige Läuferblechpa­ ket 1 gewickelt. Die Dicke der Bandage 4 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1 mm. Das Material der Bandage ist grundsätzlich amagnetisch. Darüber hinaus haben elektrisch nichtleitende Materialen den Vorteil, dass in der Bandage 4 keine Wirbelstromverluste entstehen können. Somit eignen sich für die Bandage auch die Werkstoffe Titan, Edelstahl oder Glasfaser.

Die Bandage 4 kann auch als Hülse auf das Läuferpaket aufge­ schrumpft werden. Der fertigungstechnische Zusatzaufwand ist wie bei der gewickelten Bandage nicht hoch.

Obwohl die Dicke der Bandage 4 verhältnismäßig gering ist, muss dennoch der Luftspalt zwischen dem Ständerblech (nicht dargestellt) und dem Läuferblech 1 gegenüber der Ausführungs­ form nach Fig. 1 vergrößert werden. Diese Vergrößerung des Spalts wird zwar das Nenndrehmoment der Induktionsmaschine reduzieren, aber im Gegenzug können höhere Drehzahlen erzielt werden.

Die Technik, den Läufer mit einer zusätzlichen Bandage zu versehen, eignet sich insbesondere für dauermagneterregte Synchronmaschinen aber auch gegebenenfalls für andere Induk­ tionsmaschinen, um die Spannungsspitzen bei einteiligen Läu­ ferblechpaketen zu reduzieren.

Claims (8)

1. Läufer für eine Induktionsmaschine, der ein einteiliges Blechpaket (1) aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Außenumfangsfläche des Blechpa­ kets (1) zumindest teilweise mit einer Bandage (4) umgeben ist, wobei sich die Bandage (4) in Umfangsrichtung um das Blechpaket (1) vollständig schließt, während die axiale Erstreckung der Bandage (4) kleiner als die axiale Erstre­ ckung des Blechpakets (1) sein kann.

2. Läufer nach Anspruch 1, wobei das einteilige Blechpaket (1) Aufnahmeöffnungen für Magneteinrichtungen, insbesondere Dauermagnete (2), aufweist.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bandage (4) auf das Blechpaket (1) aufgeschrumpft oder gewickelt ist.

4. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der Bandage (4) amagnetisch ist.

5. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der Bandage (4) elektrisch nicht leitend ist.

6. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bandage (4) Kohlenstofffasern, Titan, Edelstahl und/oder Glasfasern umfasst.

7. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blechpaket (1) eine sinusförmige Umfangskontur aufweist, so dass die Bandage (4) nicht am gesamten Umfang des Blechpakets (1) anliegt.

8. Induktionsmaschine, insbesondere Synchronmaschine, mit ei­ nem Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche.