DE10027307A1 - Für ein kühlbares Ständerblechpaket einer elektrischen Drehstrom-Maschine vorgesehene Elektroblechlamelle - Google Patents

Abstract

Elektroblechlamelle für ein kühlbares Ständerblechpaket einer elektrischen Drehstrom-Maschine, welche Lamelle bezüglich einer gedachten Läufer-Drehachse achsparallel durchsetzt ist von wenigstens einer koaxial angeordneten Reihe radial verlaufender Wicklungs-Aussparungen zur Bildung von Wicklungsnuten, die an einer dem Luftspalt zum Läufer zugeordneten Innenkante angrenzen, und von Kühl-Durchbrüchen im äußeren Randbereich zur Bildung nebeneinander achsparallel durch das Elektroblechpaket verlaufender Kühlkanäle, welche voneinander durch Trennstege abgegrenzt sind, durch eine Anordnung aller Kühl-Durchbrüche relativ zu wenigstens einem Teil der Wicklungs-Aussparungen, derart, dass ein radialer Verlauf jedes Trennstegs zwischen zwei Kühl-Durchbrüchen mit einem radialen Verlauf jeweils einer Wicklungs-Aussparung und/oder ein radialer Verlauf jedes Kühl-Durchbruchs mit einem radialen Verlauf jeweils eines der Stator-Zahnbereiche zwischen zwei Wicklungs-Aussparungen fluchtet beziehungsweise auf einer gemeinsamen Linie liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektroblechlamelle für ein kühlbares Ständerblechpaket einer elektrischen Drehstrom-Maschine. Die Lamelle ist bezüglich einer gedachten Läufer-Drehachse von wenigstens einer koaxial angeordneten Reihe mit radial verlaufenden Wicklungsaussparungen zur Bildung von Wicklungsnuten durchsetzt. Jede Wicklungsaussparung grenzt an einer dem Luftspalt zum Läufer zugeordneten Innenkante der Lamelle an. Ferner ist die Lamelle im äußeren Randbereich von Kühl-Durchbrüchen zwecks nebeneinander achsparallel durch das Elektroblechpaket verlaufender Kühlkanäle durchsetzt, welche voneinander durch je einen Trennsteg abgegrenzt sind.

Eine Elektroblechlamelle etwa dieser Art ist aus DE 37 35 734 C2, Fig. 4, im Zusammenhang mit einer Asynchronmaschine bekannt. Diese ist gebildet aus Rotor- und Stator-Blechpaketen, wobei die einzelne Stator-Blechlamelle des Stator-Blechpakets eine in etwa quadratische Umrißgestalt besitzt. Konzentrisch bzw. koaxial zur Läufer-Drehachse sind Lüftungs-Durchbrüche mit ihrer Längsrichtung nach radial innen verlaufend angeordnet. Die Lüftungs- Durchbrüche, die sich in den Eckbereichen des quadratischen Umrisses befinden, besitzen die größte Längenausdehnung nach radial innen. An der am Luftspalt angrenzenden Innenkante einer Blechlamelle ist eine konzentrische Reihe mit Aussparungen für Ständer-Wicklungsnuten ausgestanzt. Zwischen den Wicklungs-Aussparungen und den Lüftungs-Durchbrüchen steht Eisenmasse für einen magnetischen Jochfluß zur Verfügung. Allerdings liegen an gewissen Bereichen der Ständer-Blechscheibe bzw. Blechlamelle die Wicklungs- Aussparungen und die Lüftungs-Durchbrüche einander derart gegenüber, daß in dem dazwischen liegenden Jochbereich eine Engstelle für den magnetischen Fluß entsteht. Dabei wird das Eisenmaterial derart magnetisch belastet, daß es leicht in die magnetische Sättigung gerät. Dies ist vor allem bei Anwendungen mit magnetischem Dreh- bzw. Wechselfeld im Ständer hinsichtlich erzielbarem Drehmoment und Ausnutzung der vorhandenen Eisen-Gesamtmasse ineffektiv bzw. nachteilig. Zur Abhilfe könnte man die radial verlaufende Länge der einzelnen Lüftungs-Durchbrüche verkürzen, was sich aber wiederum mindernd auf die Kühlungseffektivität und die damit verbundene Maschinenleistung auswirkt. Indem die Lüftungs-Durchbrüche einerseits und die Wicklungs-Aussparungen andererseits einander jeweils unregelmäßig gegenüberliegen und so mehr oder weniger enge "Flaschenhälse" für den magnetischen Fluß durch den Stator- Jochbereich bilden, ergibt sich ein nachteilig unruhiger bzw. ungleichmäßiger Betriebsverlauf für den Asynchronmotor aufgrund der mit den genannten Unregelmäßigkeiten verbundenen Schwankungen der Betriebs- und Leistungsparameter.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben angesprochenen Nachteile eine Elektroblechlamelle in ihrer Form so zu gestalten, daß unter Beibehaltung oder gar Verbesserung einer hohen Kühleffizienz der magnetische Kreis in seinem Ständer-Jochbereich optimiert wird. Insbesondere sind die radiale Höhe des Ständerjoches und/oder der magnetisch wirksame Außendurchmesser des Ständers zumindest virtuell bzw. fiktiv und damit das erzielbare Motor-Drehmoment bzw. die entsprechende Motorleistung zu erhöhen.

Zur Lösung wird bei einer Elektroblechlamelle mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, alle Kühl-Durchbrüche relativ zu wenigstens einem Teil der Wicklungs-Aussparungen derart anzuordnen, daß ein radialer Verlauf jedes Trennstegs zwischen zwei Kühl-Durchbrüchen mit einem radialen Verlauf jeweils einer der Wicklungs-Aussparungen und/oder ein radialer Verlauf jedes Kühl-Durchbruchs mit einem radialen Verlauf jeweils eines der Stator-Zahnbereiche zwischen zwei Wicklungs-Aussparungen fluchtet bzw. auf einer gemeinsamen Linie liegt.

In Umfangsrichtung um die Läufer-Drehachse werden also die Wicklungs- Aussparungen und Kühl-Durchbrüche gegeneinander versetzt angeordnet, und zwar möglichst regelmäßig und/oder symmetrisch. In diesem Sinne besteht eine besondere Ausbildung der Erfindung darin, daß eine Symmetrie- bzw. Mittelachse des Kühl-Durchbruchs mit der radialen Symmetrie- bzw. Mittelachse des Stator- Zahnbereichs und/oder eine radiale Symmetrie- bzw. Mittelachse der Wicklungs- Aussparung mit der des Trennstegs radial fluchtet oder auf einer gemeinsamen Linie liegt.

Auf der Basis des Erfindungskonzepts läßt sich leicht eine relativ große Anzahl von Trennstegen bilden, welche zu einer Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche der Kühlkanäle und damit zu einer gesteigerten Effizienz des Kühlsystems für die Drehstrommaschine führen. Da erfindungsgemäß jeder Trennsteg radial mit einer Wicklungs-Aussparung fluchtet, werden die Trennstege vorteilhaft auch zur magnetischen Entlastung des Ständer-Jochbereichs genutzt. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß für die Trennstege eine Doppelfunktion erreicht wird: einmal Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche und zum anderen Entlastung des magnetischen Jochbereichs.

Insbesondere können die Trennstege Pfade für magnetische Feldlinien bilden, welche so nicht nur im Ständer-Jochbereich, sondern auch in äußersten Randbereichen der Elektroblechlamelle, radial gesehen noch hinter den Kühl- Durchbrüchen, wirksam werden. Also wird es mit der Erfindung ermöglicht, daß auch noch in der Ständerperipherie angrenzend am Ständer-Außenmantel das Elektro- bzw. Dynamoblech als magnetisierbares Weicheisenmaterial magnetisch zur Wirkung kommt. Daraus resultiert eine fiktive bzw. virtuelle Vergrößerung der radialen Jochhöhe und des magnetisch wirksamen Durchmessers. Dieser wird mit Hilfe der Erfindung gleichsam nach radial außen verschoben bzw. die radiale Jochhöhe wird vergrößert. Die trotz Kühlkanälen noch vorhandene Masse an magnetisierbarem Eisen wird auf der Basis der Erfindung besser ausgenutzt. Mit den in großer Anzahl vorhandenen Trennstegen ergibt sich zwangsläufig eine entsprechend erhöhte Anzahl an Kühlungskanälen, was zu einer Erhöhung des Volumenstroms bzw. Durchflusses an Kühlmittel führt.

Um den magnetischen Fluß bzw. Feldlinien im Joch zum Zwecke einer möglichst wirksamen magnetischen Entlastung einen stetigen Verlauf um die Wicklungs- Aussparungen und um die dazu in Umfangsrichtung versetzten Kühl-Durchbrüche zu ermöglichen, ist nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß wenigstens alle Durchbrüche jeweils eine Erweiterung aufweisen, welche in Richtung zur Läufer-Drehachse vorspringt. Entsprechendes kann, wie an sich schon bekannt, auch für die Enden der Wicklungs-Aussparungen bzw. -Nuten nach radial außen in Richtung zu den peripheren Kühlkanal-Bereichen gelten. Da die magnetischen Feldlinien danach streben, sich gegenseitig abzustoßen, wird den an den Kühl-Durchbrüchen und Wicklungsaussparungen angrenzenden Feldlinien ein mäanderartiger Verlauf um die radial äußeren Enden der Wicklungs-Aussparungen und radial inneren Enden der Kühl-Durchbrüche erteilt. Der Mäander- bzw. Wellenverlauf in Umfangsrichtung wird natürlich durch die erfindungsgemäße Versetzung von Wicklungs-Aussparungen und Kühl- Durchbrüchen in Umfangsrichtung gegeneinander unterstützt. Im Rahmen der Erfindung liegen als Formen für die Erweiterungen rundliche oder kreisbogenartige Ausbauchungen, eckig vorspringende Enden oder auch Kombinationen von rundlichen Verläufen mit Eckpunkten dazwischen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung und den Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß gestaltete Elektroblechlamelle zur Bildung eines Ständerblechpakets nebst einer darin aufgenommenen Blechronde für ein Innenläufer-Bleckpaket,

Fig. 2 einen hälftigen, vergrößerten Ausschnitt von Fig. 1 mit veranschaulichtem Magnet-Feldbild, eine Fig. 2 entsprechende Darstellung des Magnetfeldbildes einer Motoren-Komplettronde nach dem vorbekannten Stand der Technik.

Gemäß Fig. 1 ist die für das Ständerblechpaket vorgesehene Elektroblechlamelle 1 mit einem Außenumriß 2 gestaltet, der einer rechteckig quadratischen Grundform entspricht. In den vier Eckbereichen 3 sind Eckkantenabschrägungen 4 sowie kreisrunde Befestigungslöcher 5 ausgebildet. Letztere sind symmetrisch zu den Diagonalachsen DA angeordnet.

Gemäß Fig. 1 sind im jeweiligen Eckbereich 3 symmetrisch zu jeder Seite der Diagonalachse DA jeweils vier Kühl-Durchbrüche 6 ausgestanzt und längs einer zur Läuferdrehachse 7 koaxialen Umfangslinie 8 aneinander gereiht. Eine koaxial durchgehende Umfangsreihe bilden die zur Schaffung von Wicklungsnuten vorgesehenen Wicklungs-Aussparungen 9 der Elektroblechlamelle 1. Ihre radial innen liegenden Enden grenzen an einem (schematisch gezeichneten) Luftspalt 10 zum Läufer an. Für diesen sind eine Vielzahl aufeinanderzulegender Läufer- Blechronden 11 vorgesehen, von denen in Fig. 1 eine dargestellt und von der komplementären Elektroblechlamelle 1 zur Bildung des Ständer-Blechpakets umgeben ist. Zwischen der Reihe mit Wicklungs-Aussparungen 9 und den vier Gruppen bzw. Reihen von Kühl-Durchbrüchen 6 in den vier Eckbereichen 3 sind jeweils Ständer-Jochbereiche 12 gebildet. Diese gehen über in Stator- Zahnbereiche 13 jeweils zwischen zwei Wicklungs-Aussparungen 9 und Trennwandungen bzw. Trennstege 14, welche zwischen den Längsseiten zweier Kühl-Durchbrüche 6 radial (ebenso wie die Stator-Zahnbereiche 13) verlaufen.

Erfindungsgemäß sind die Kühl-Durchbrüche 6 und die Wicklungs-Aussparungen 9 in Umfangsrichtung entsprechend der Umfangslinie 8 gegeneinander derart versetzt angeordnet, daß die jeweilige radiale Mittellinie einer Wicklungs- Aussparung 9 mit der radialen Mittellinie eines Trennstegs 14 auf einer gemeinsamen, radialen Linie 15 liegt. Der Versatz in Umfangsrichtung entspricht etwa der Breite eines Trennsteges 14 oder einer Wicklungs-Aussparung 9. Analog erstrecken sich die jeweiligen radialen Mittellinien eines jeden Kühl-Durchbruchs 6 und des radial gegenüber liegenden Stator-Zahnbereichs 13 ebenfalls auf einer gemeinsamen, radialen Linie 16. Die Kühlungs-Durchbrüche 6 sind alte an ihren radial innen liegenden Enden mit Erweiterungen versehen, die im gezeichneten Beispiel jeweils mit zwei Seitenkanten 17, 18 gebildet sind, welche schräg konvergieren und in einem gemeinsamen, spitzwinkligen Eckpunkt 19 enden. Durch diesen Eckpunkt verläuft die genannte gemeinsame Linie 16, welche gleichzeitig die symmetrische Mittellinie für einen Stator-Zahnbereich 13 bildet.

Gemäß Fig. 2 ergibt die erläuterte, erfindungsgemäße Gestaltung der Elektroblechlamelle folgende Wirkungsweise für den magnetischen Kreis einer vierpoligen Drehstrom-Maschine:

In jedem der vier Eckbereiche der Lamelle 1 schließen sich eine Vielzahl magnetischer Feldlinien 20 auf einem magnetischem Weg bzw. Kreis über einen Läufer-Jochbereich, der innerhalb einer koaxialen Reihe aus Läufer- Wicklungsnuten 21 liegt, über zwischen jeweils zwei Läufer-Wicklungsnuten 21 liegende Läuferzähne 22, über den Luftspalt 10, über die Ständer-Zahnbereiche 13 und den Ständer-Jochbereich 12. Ein Teil 20a der magnetischen Feldlinien erstreckt sich auch in den Eckbereichen 3 radial außerhalb der jeweiligen vier Reihen mit Kühl-Durchbrüchen 6. Insbesondere wird ein weiterer Magnetfeldlinienteil 20b an Stellen des Ständer-Jochbereichs 12, wo die Dichte magnetischer Feldlinien besonders hoch ist, besonders stark nach radial außen gedrückt. Entlastung in dieser Hinsicht schaffen erfindungsgemäß die Trennstege 14, und der Magnetfeldlinienteil 20b kann sich durch einen solchen Trennsteg 14 hindurch in den äußeren Eckbereich erstrecken. Damit wird ein Teil der vorhandenen Trennstege als Eisen in den magnetischen Kreis mit einbezogen und magnetisch mit ausgenutzt. Indem erfindungsgemäß - in radialer Richtung von der Läuferdrehachse aus gesehen - sich hinter jedem Ende einer Wicklungs- Aussparung 9 nach dem Jochbereich 12 ein Trennsteg 14 in mit der Aussparung 9 übereinstimmender, radialer Flucht anschließt und, in Umfangsrichtung mit regelmäßiger Teilung gegenüber dem Trennsteg 14 versetzt, ein Ende eines Kühl- Durchbruchs 6 dem Ständer-Zahnbereich 13 radial gegenüberliegt, sind für den Ständer-Jochbereich 12 magnetische Entlastungsmöglichkeiten geschaffen. Die magnetischen Feldlinien 20, 20b können in das Eisen eines jeweiligen Trennstegs 14 oder eines Ständer-Zahnbereichs 13 einmünden und gegebenenfalls sogar den Trennsteg 14 vollständig durchsetzen. Die schräg aufeinander zulaufenden Seitenkanten 17, 18 mit Eckpunkt 19 tragen dazu bei, daß die dort entlang laufenden magnetischen Feldlinien einen annähernd mäanderartigen Verlauf einnehmen. Dabei wird insbesondere die Wirkung erzielt, daß die mäanderförmig verlaufenden Feldlinien stets in Bereiche des Trennsteges 14 eintreten, was zu einer virtuellen bzw. fiktiven Vergrößen des magnetisch wirksamen Außendurchmessers Dm führt. Gleichzeitig tragen die erweiternden Enden 17, 18, 19 der jeweiligen Kühl-Durchbrüche 6 zu einer Vergrößerung des Volumenstroms des Kühlmittels im Kühlkanal bei. Ferner wird das magnetisch beanspruchte Eisen im Jochbereich 12 entlastet. Der Vergrößerung des magnetisch wirksamen Durchmessers Dm dient ferner derjenige magnetische Feldlinienteil 20a, welcher sich unter Umgehung des genannten Jochbereichs 12 von den Ständer- Zahnbereichen 13 ausgehend im Bereich der Hauptachse HA sogleich in die äußeren Eckbereiche 3 der Lamelle 1 erstreckt, sowie derjenige magnetische Feldlinienteil 20b, welcher sich von dem Jochbereich 12 ausgehend vollständig durch Trennstege 14 hindurch in die äußeren Eckbereiche 3 erstreckt. Dies kann zusammen mit dem mäanderartigen Verläufen magnetischer Feldlinien 20 entlang der spitzwinklig erweiterten Enden der Kühl-Durchbrüche 6, wobei die Feldlinien immer in Bereiche der Trennstege 14 hinein- und ausmünden, zu einer derartigen Vergrößerung des magnetisch wirksamen Außendurchmesser Dm führen, daß nach praktischen Erprobungen mit einer Motorleistungssteigerung in der Größenordnung von 10 bis 15% zu rechnen ist. Mit der Erfindung wird also ein optimaler Kompromiß zwischen einer möglichst großen Breite des Ständer-Joches und einer möglichst großen Durchströmungsfläche in den Kühl-Durchbrüchen bzw. -Nuten erzielt, wobei die Trennwände bzw. -stege 14 der Kühl-Durchbrüche bzw. -Nuten magnetisch im Sinne einer virtuellen bzw. fiktiven, radialen Erhöhung des Ständer-Jochbereichs 12 ausgenutzt werden.

Eine Darstellung eines von der Anmelderin vorbenutzten Ständer/Läufer- Blechpakets in Fig. 3 zeigt im Vergleich zu Fig. 2, daß für magnetische Feldlinien an sich im Jochbereich erheblich weniger Ausweichmöglichkeiten bestehen, was zu einer nachteiligen Belastung des Jochbereichs führen kann. Ferner sind die Trennstege und die Eckbereiche von magnetischen Feldlinien erheblich weniger durchsetzt. Daraus resultiert ein geringerer, magnetisch wirksamer Außendurchmesser für den Ständer der elektrischen Drehstrommaschine.

Bezugszeichenliste

1

Elektroblechlamelle

2

Außenumriß

3

Eckbereich

4

Eckkantenabschrägung
DA Diagonalachse
HA Hauptachse

6

Kühldurchbruch

7

Läuferdrehachse

8

Umfangslinie

9

Wicklungs-Aussparung

10

Luftspalt

11

Läufer-Blechronden

12

Ständer-Jochbereich

13

Ständer-Zahnbereich

14

Trennsteg

15

gemeinsame Linie

16

gemeinsame Linie

17

Seitenkante

18

Seitenkante

19

Eckpunkt

20

,

20

a,

20

b Magnetfeldlinienteile

21

Läufer-Wicklungsnut

22

Läufer-Zähne

Claims (7)

1. Elektroblechlamelle (1) für ein kühlbares Ständerblechpaket einer elektri­ schen Drehstrom-Maschine, welche Lamelle (1) bezüglich einer gedachten Läufer-Drehachse (7) achsparallel durchsetzt ist von wenigstens einer koa­ xial angeordneten Reihe radial verlaufender Wicklungs-Aussparungen (9) zur Bildung von Wicklungsnuten, die an einer dem Luftspalt (10) zum Läu­ fer zugeordneten Innenkante angrenzen, und von Kühl-Durchbrüchen (6) im äußeren Randbereich zur Bildung nebeneinander achsparallel durch das Elektroblechpaket verlaufender Kühlkanäle, welche voneinander durch Trennstege (14) abgegrenzt sind, gekennzeichnet durch eine Anordnung aller Kühl-Durchbrüche (6) relativ zu wenigstens einem Teil der Wicklungs- Aussparungen (9) derart, dass ein radialer Verlauf jedes Trennstegs (14) zwischen zwei Kühl-Durchbrüchen (6) mit einem radialen Verlauf jeweils ei­ ner Wicklungs-Aussparung (9) und/oder ein radialer Verlauf jedes Kühl- Durchbruchs (6) mit einem radialen Verlauf jeweils eines der Stator- Zahnbereiche (13) zwischen zwei Wicklungs-Aussparungen (9) fluchtet be­ ziehungsweise auf einer gemeinsamen Linie (15, 16) liegt.

2. Elektroblechlamelle (1) nach Anspruch 1, gestaltet mit einer mehreckigen Grundform, wobei die Kühl-Durchbrüche (6) ausschließlich in den Eckbe­ reichen (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Eckbe­ reichen (3) jede Wicklungs-Aussparung (9) mit einem radialen Verlauf eines der Trennstege (14) und/oder jeder Stator-Zahnbereich (13) mit einem ra­ dialen Verlauf eines der Kühl-Durchbrüche (6) fluchtet beziehungsweise auf einer gemeinsamen Linie (15, 16) liegt.

3. Elektroblechlamelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige radiale Verlauf beziehungsweise die jeweils gemeinsame Linie (15, 16) einer Symmetrieachse des Kühl-Durchbruchs (6), der Wick­ lungs-Aussparung (9), des Trenn-Stegs (14) und/oder des Stator- Zahnbereichs (13) entspricht.

4. Elektroblechlamelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass alle Kühl-Durchbrüche (6) jeweils in einer zur Drehachse (7) vorspringenden Erweiterung enden.

5. Elektroblechlamelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung mit zwei Seitenkanten (17, 18) gebildet ist, die eine spitz­ winklige Ecke (19) bilden, welche auf einer bezüglich der Läuferdrehachse (7) radialen Linie (16) liegen.

6. Elektroblechlamelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung als rundliche oder kreisbogenartige Ausbauchung gestaltet ist.

7. Elektroblechlamelle (1) nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, dass der am weitesten vorspringende Scheitel- oder Eckpunkt (19) der Erweiterung (17, 18, 19) jeweils auf einer radialen Symmetrie- oder Mittellinie (16) des Stator-Zahnbereichs (13) liegt.