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Tragkörper für das Läuferblechpaket elektrischer Außenpolmaschinen
Die Erfindung betrifft einen Tragkörper für das Läuferblechpaket elektrischer Außenpolmaschinen,
vorzugsweise für große, langsam laufende Gleichstrommotoren, mit großem Drehmoment
und relativ großer Läuferlänge im Verhältnis zum Läuferdurchmesser, und zwar einen
Läuferkörper, dessen Läuferarme einen in der Axialrichtung des Läufers liegenden
stabförmigen und mit dem lamellierten Eisenkern des Läufers verbundenen Träger aufweisen.
Die Verbindung des Eisenkerns mit dem Träger erfolgt dabei durch Vorsprünge an den
Blechen, die in eine Nut der stabförmigen Träger eingreifen, und durch in dieser
angeordnete Keile.
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Bei Läufertragkörpern der beschriebenen Art ist es wesentlich, innerhalb
des Eisenblechpaketes einen großen freien Querschnitt für die Kühlluft zu schaffen,
die axial zwischen den Läuferarmen von einem oder beiden Enden des. Läufers her
in diese eingeführt und durch Kanäle im Eisenkern abgeführt wird, und weiter die
Läuferarme so auszuführen, daß die vom Drehmoment herrührenden Zugspannungen immer
kleiner bleiben als die Druckspannungen, die durch das Aufschrumpfen des Eisenkerns
auf die Läuferarme erzeugt werden. Das ist von großer Bedeutung, da die vom Drehmoment
in einem Läuferarm verursachte Biegespannung eine Druck- oder Zugspannung sein kann,
je nachdem, ob die eine oder andere Drehrichtung vorliegt: Es ist auch von Bedeutung,
daß der Tragkörper so ausgeführt wird, daß das Drehmoment von den Läuferarmen zur
Läuferwelle verhältnismäßig gleichmäßig längs der ganzen Läufernabe übertragen wird,
daß die einzelnen Teile leicht zusammengeschweißt werden können und daß der Materialverbrauch
und damit das Gewicht des Körpers gering werden.
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Diese Bedingungen werden durch die Erfindung erfüllt. Erfindungsgemäß
ist der Läuferträger so ausgebildet, daß der zum Läuferarm gehörige und in der Axialrichtung
des Rotors liegende stabförmige Träger an der Läufernabe mittels längs des Läufers
paarweise angeordneter Stäbe befestigt ist und die beiden Stäbe eines Paares in
Richtung auf die Nabe zu gespreizt sind.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, wobei Fig. 1 einen Radialschnitt und Fig. 2 einen Axialschnitt des
Läufers zeigt.
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In den Figuren bezeichnet 1 die Läuferwelle, 2 die Läufernabe und
3 den Eisenkern. Jeder Läuferarm besteht aus den Stäben 5 und 6, die paarweise längs
der Läufernabe angeordnet und in Richtung auf die Nabe zu gespreizt sind. Die Stäbe
sind in axialer Richtung unterteilt, und der Abstand zwischen jedem Paar ist so
breit, daß er Platz für Stäbe der benachbarten Läuferarme bietet. Sämtliche Stäbe
5 und G eines Läuferarmes sind mit einem stabförmigen Träger 4 verbunden, der in
der Achsrichtung des Läufers liegt. Dieser Träger hat eine Längsnut zur Aufnahme
der radialen Vorsprünge 9 an den Blechen des Eisenkernes 3. In den Nuten der Träger
4 liegen Keile 12 zum Verspannen des Eisenkernes. In der Zeichnung sind die den
Teilen 4, 5, 6 und 9 entsprechenden Teile der benachbarten Arme mit 11, 7, 8 und
10 bezeichnet.
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Die Nabe 2 hat axiale Nuten 14, deren Tiefe in Richtung des das Drehmoment
übertragenden Endes der Läuferwelle abnimmt, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in der dieses
Ende der Welle rechts liegt. Es wird so eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Momentverteilung
auf die verschiedenen Stabpaare längs der Welle erreicht. Wenn Nabe und Welle durch
Schrumpfen verbunden werden, ist es vorteilhaft, die Nabe 2 an dem das Moment übertragenden
Ende der Welle zu verlängern, um eine erhöhte Sicherheit für die Momentübertragung
zwischen Nabe und Welle an dieser kritischen Stelle zu erreichen.
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Durch die Aufteilung eines jeden Läuferarmes in Stabpaare, die längs
der Nabe mit Abstand voneinander angeordnet sind, können die Stäbe benachbarter
Arme auf der Nabe in einer Linie angeordnet werden, so daß ein großer freier Querschnitt
für die
Kühlluft erhalten wird. Die Läufernabe, der stabförmige
Träger und die Stäbe jedes Läuferarmes bilden eine Rahmenkonstruktion großer Festigkeit
bei geringem Platzbedarf, die auch für die radial gerichteten Kühlluftströme große
freie Querschnitte ergib. Um die Kontrolle der Werkstoffe und die Bearbeitung des.
Läufertragkörpers zu erleichtern, wird vorzugsweise eine geschweißte Konstruktion
verwendet, bei der es leicht ist, die Stäbe mit der Nabe und dem Träger durch Schweißen
zu verbinden, und zudem der Materialverbrauch gering wird. Die Stäbe und der stabförmige
Träger oder nur die Stäbe können auch an die Nabe angegossen werden, aber die Bearbeitung
und die Werkstoffkontrolle werden dann wesentlich erschwert.
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Durch Anordnung der Stabpaare längs der Nabe und durch die Einhaltung
von axialen Abständen kann der Winkel zwischen den beiden Stäben eines Paares innerhalb
eines größeren Bereiches gewählt werden. Wenn die Abstände zwischen zwei zu demselben
stabförmigen Träger gehörenden Stabpaaren hinreichend groß gemacht werden, kann
der Zwischenraum am Umfang der Nabe zwischen den Fußpunkten der beiden Stäbe eines
Paares einen Maximalwert erreichen, der dem Quotienten zwischen dem ganzen Umfang
der Nabe und der halben Anzahl der stabförmigen Träger entspricht. Wenn man kleinere
oder keine axialen Abstände läßt, wird der entsprechende Bogen gleich dem Quotienten
zwischen dem Umfang und der Anzahl der Träger, also nur die Hälfte. Wenn man die
Möglichkeit hat, einen großen Winkel zwischen den Stäben zu wählen, hat man damit
auch die Möglichkeit, durch eine günstige Wahl dieses Winkels ein solches Verhältnis
zwischen den vom Drehmoment und den von der Schrumpfung herrührenden Stabkräften
zu wählen, daß die gesamte Beanspruchung eines Stabes mit den zugehörigen SchweißverbindungenimmereineDruckbeanspruchung
ergibt, die sich auch bei Umkehr der Drehrichtung des Motors nur wenig ändert.
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Weil die Arme, die Nabe und die Welle des Läufers bis zu einem gewissen
Maß elastisch sind, ist die Momentübertragung vom Eisenkern, der als verdrehungssteif
betrachtet werden kann, nicht konstant längs des Läufers, und bei den üblichen Konstruktionen
ist es schwer zu vermeiden, daß das spezifische Moment (pro Zentimeter Länge) für
den an dem das Drehmoment übertragenden Ende der Welle liegenden Teil des Systems
größer als der Mittelwert ist. Es ist das Verhältnis zwischen der Verdrehungssteifheit
und der Welle mit der Nabe K1 und der Biegesteifheit der Arme K" sowie die axiale
Länge l der Arme, die bestimmend sind. Je größer der Wert 1F K2 # l ist,
desto ungleichmäßiger ist die Momentverteilung. Wenn man in Richtung auf das das
Drehmoment übertragende Ende der Motorwelle schrittweise oder kontinuierlich den
Außendurchmesser der Nabe vergrößert, wird dadurch auch die Steifheit der Nabe und
der Welle K1 vergrößert; wenn man dabei die Steifheit der Arme K, konstant hält
oder vernfindert, wird die Größe II' . l reduziert und eine gleich-KI mäßige
Momentverteilung längs der Nabe erreicht werden. Die Steifheit K, der Arme kann
durch eine Verminderung der Plattendicke der Stäbe oder durch eine Verminderung
des Winkels zwischen den beiden Stäben eines Stabpaares verringert werden. Die Steifheit
K2 der Arme ist auch von der axialen Länge der unterteilten Stabpaare abhängig.
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Die Nabe kann auch mit axialen Nuten zwischen den paarweise angeordneten
Stäben versehen werden, deren Tiefe kontinuierlich in Richtung auf das drehmomentübertragende
Ende der Läuferwelle abnimmt. Die Stäbe der Läuferarme werden dann an die zwischen
den Nuten liegenden erhöhten Bereiche der Nabe angeschweißt. Man kann bei dieser
Ausbildung der Nabe eine konstante Armsteifheit und doch eine gleichmäßige Momentverteilung
erhalten, weil die Steifheit der Nabe und Welle in Richtung auf das drehmomentübertragende
Wellenende zunimmt.