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Anordnung der Erregerwicklung auf Polrädern großer, mechanisch hoch
beanspruchter, elektrischer Synchronmaschinen Eine Steigerung der elektrischen Grenzleistuni
von Synchronmaschinen hängt in hohem Maße vor der mechanischen Festigkeit des Polrades
ab. Dic Beanspruchbarkeit des Polrades durch die Fliehkraft begrenzt daher oft eine
Steigerung der elektrischen Leistung. Die kritische Stelle hinsichtlich dei Beanspruchung
durch die Fliehkraft ist im allgemeinen die Befestigung der Erregerwicklung und
der Polschuhe an den Polkernen, die durch die Fliehkraft des Polschuhgewichtes sowie
durch die Fliehkraft der Erregerwicklung hoch beansprucht werden. Im Rahmen der
Erfindung wird eine Möglichkeil gezeigt, die eine höhere mechanische Belastung des
Polrades erlaubt, indem auf eine lösbare Befestigung zwischen Polschuh und Polkern
verzichtet wird.
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Es ist bekannt, Polschuh und Polkern in lamellierter oder nichtlamellierter
Form aus einem Stück herzustellen. Die Erregerwicklung wird dann von innen her auf
den Polkern aufgeschoben, wobei diese dann gegen die Fliehkraft durch den Polschuh
gesichert ist. Der Pol selbst wird in bekannter Weise durch Hammerkopfansätze, Bolzen
oder andere Mittel am Jochkörper befestigt. Diese Befestigungsmittel sind aber dann
mechanisch mit der Fliehkraft des ganzen Pols zusammen mit der der Erregerspule
beansprucht. Deshalb sind auch bei einer solchen Konstruktion, die sich in bestimmten
Bereichen bewährt hat, Grenzen gesetzt, womit auch eine weitere Vergrößerung der
elektrischen Leistung verhindert ist.
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Es ist bei kleinen Motoren, beispielsweise für Raumventilatoren, bekannt,
aus fertigungstechnischen Gründen die nicht rotierende Ständerwicklung mäanderförmig
zwischen die Pole des Ständers einzulegen. Bei größeren Maschinen jedoch, insbesondere
aber bei denen mit hohen Drehzahlen rotierenden, hoch beanspruchten Polrädern großer
Maschinen, ist eine derartige Anordnung noch nicht bekanntgeworden.
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Bei anderen Anordnungen ist es bekannt, Erregerwicklungen vorher fertigzuwickeln
und dann deren Windungen einzeln über den Polschuh zu streifen. Dabei bestehen die
Windungen aus isoliertem Kupferband; sie sitzen auf einem Spulenrahmen auf, der
außerdem eine Isolation darstellt. Die Befestigungsart der Wicklung ist dabei relativ
kompliziert, da sie sich gegen die Polschuhe abstützt und außerdem durch ein Spannband
gehalten werden muß.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung der Erregerwicklung auf
Polrädern großer, mechanisch hoch beanspruchter, elektrischer Synchronmaschinen,-wobei
zumindest Polschuh und Polkern flächenmäßig aus einem Stück bestehen. Erflndungsgemäß
ist die Erregerwicklung mittig zu den benachbarten Polen gleichsinnig mäanderförmig
durch die Pollücken und außerhalb der Pollücke entlang einer Stirnseite jedes Pols
mit Abstand von den Polkernen und ohne Isolation gegenüber diesen geführt.
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Es sind wohl schon mäanderförinige Erregerwicklungen bekanntgeworden.
In einem Fall handelt es sich jedoch um eine Anordnung im feststehenden Teil der
Maschine mit dem Zweck, die Zwischenräume zwischen den Polen vollständig mit leitendem
Material auszufüllen, wobei außerdem noch eine Isolation vorgesehen werden muß.
Bei der vorliegenden Erfindung soll dagegen der Zwischenraum als solcher erhalten
bleiben, um unter anderem eine bessere Kühlung zu ermöglichen und die Wicklung unisoliert
auszubilden. Außerdem kann bei der bekannten Anordnung überhaupt keine Beanspruchung
durch Fliehkräfte auftreten, während deren Berücksichtigung wesentlicher Bestandteil
der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung ist.
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In einem anderen Fall, bei dem im Prinzip dieselben Nachteile wie
oben angedeutet, auftreten, kommt noch hinzu, daß der mäanderförmige Leiter als
Dämpferwicklung verwendet wird und schon deswegen eng an den Polen anliegen muß;
deswegen wird er auch gleichzeitig zur Halterung und Distanzierung der relativ sehr
kleinen Pole verwendet.
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Der Aufbau eines Polrades gemäß der Erfindung entlastet nun den übergangsquerschnitt
zwischen dem Polschuh einerseits und dem Polkern andererseits, wobei dieser Querschnitt
jetzt nicht mehr zusätzlich durch die Fliehkraft beansprucht wird. Denn die Befestigung
der Wicklung kann in den Pollücken am Jochring oder an den Polkernen, an der Stimseite
der Pole dagegen auf zwei stimseitig umlaufenden Ringen oder Preßplatten erfolgen.
Es wird
durch die mäanderförmige Wicklungsanordnung auch eine erleichterte
Montage erreicht, wobei die Pole seitlich montiert werden können, ohne daß bei Reparaturen
die Erregerwicklung, die unabhängig vom Pol befestigt ist, entfernt oder in einer
anderen Weise einem Arbeitsvorgang unterworfen werden muß.
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Das Polrad gemäß der Erfindung kann auch insgesamt einteilig, z. B.
aus Blechen oder aus Platten oder als Schmiedestück, hergestellt sein.
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Da die Erregerwicklung nur noch gegen ihre Halterung elastisch isoliert
werden muß, nicht aber gegen die Pole, läßt sie sich besonders wirksam durch einen
Luftstrom kühlen, der in an sich bekannter Weise zwischen der Polkernwand und der
Erregerspule hindurchgeleitet wird. Die Kühlluft für die Erregerspule wird dabei
durch Schlitze dem Jochring zugeführt und strömt zu beiden Seiten der Erregerspule
in den Luftspaltraum. Die Schlitze ergeben sich durch das Einschichten von Blechen
kleinerer Abmessungen, wie später noch gezeigt werden wird.
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Die Montage der Erregerwicklung gestaltet sich besonders einfach,
wenn die Pole in bekannter Weise mittels Schwalbenschwanz oder Hammerkopf am Jochring
befestigt sind. In diesem Fall kann die gesamte Erregerwicklung auf dem Jochring
befestigt werden, noch ehe die Pole aufgebracht worden sind. Danach können die Pole
jeweils nach Lage der Wicklung an der entsprechenden Stelle von der Seite her in
den Jochring eingeschoben und gesichert werden. Zieht man bei Reparaturen die Pole
seitlich ab, so kann der Pol ausgetauscht oder aber auch die Erregerwicklung als
ganze oder in Teile abgenommen werden. Diese Bauart ist nicht nur für Reparaturen,
sondern auch für den Transport des Polrades günstig, da es an der vorgesehenen Stelle
einfach wieder zusammengesetzt werden kann. Für diese Art der Befestigung (Schwalbenschwanz,
Hammerkopf) der Pole am Jochring wird nur im Zusammenhang mit der nach Anspruch
1 vorgeschlagenen Wicklungsanordnung Schutz beansprucht.
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In den Figuren sind an Ausführungsbeispielen Einzelheiten des Polrades
mit der Wicklungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Teil des hier beispielsweise als massiv
angegebenen Jochringes mit eingesetzten Polen mit Wicklungen und F i g. 2
die Draufsicht auf dasselbe vom Umfang her gesehen.
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Nach F i g. 1 bilden der Polkern 1 und der Polschuh
2 eine Einheit. An den Pollücken 6 sind je-
weils Zuganker
7 am Jochring 9, beispielsweise mit Schwalbenschwanzbefestigung
8, verankert. Diese Zuganker 7 halten die aus mehreren Lagen bestehende
Erregerwicklung 10, die mäanderförinig zwischen den Polen um das Polrad herumgeführt
ist und zwischen zwei Isolierplatten 11 und 12 liegt. Die Zentrifugalkraft
der Erregerwicklung 10 wird über Deckplatten 13 von den Muttern 14
auf den Zuganker 7 übertragen.
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Ein fabrikatorischer Vorteil ergibt sich beim Gegenstand der Erfindung
in der Weise, daß, da die Erregerwicklung nicht mehr am Polkern anliegt, die Bearbeitung
des Polkernes vereinfacht werden kann. So können die Umrisse des Pols bis auf die
Befestigungsnuten, beispielsweise aus Platten, ohne Nacharbeit durch Brennschneiden
ausgeschnitten werden. Der erfindungsgemäß ermöglichte große Abstand zwischen den
Polkernen 1 und den Windungen der Erregerwicklung 10 kann dann zu
einer wirksamen Kühlung der Erregerwicklung 10 ausgenutzt werden. Zusätzlich
können im Jochring 9 dabei radiale Luftführungskanäle geschaffen werden,
durch die Kühlluft vom Jochring her in Richtung 17 zum Polradumfang durch
die Zwischenräume 16 strömen kann. Die Radialluftführungskanäle
15 innerhalb des Jochringes können dadurch geschaffen werden, daß im Falle
eines lamellierten Jochringes zwischen die Blechlamellen jeweils einige Lamellen
geschichtet werden, die am Umfang 18 so verkürzt sind, daß sich radiale Luftkanäle
nach der Schichtung ergeben. Diese Anordnung ist in F i g. 1 gestrichelt
angedeutet. Bei einem massiven Jochring werden einfache radial gerichtete Bohrungen,
die hier nicht dargestellt sind, vorgesehen.
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F i g. 2 zeigt die Befestigung der in Mäanderform eingelegten
Erregerwicklung 10 und die zweckmäßige Aufteilung der Deckplatten
13, 19,20 und 21. Die Erregerwicklung 10 umgibt danach jeden der Pole
22 nur auf drei Seiten. Die vierte Polseite bleibt frei. Die stirnseitigen Abschnitte
der Erregerwicklung 10 sind an den Ringen 23 und 24 befestigt.
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Mit der Erfindung wird eine fliehkraftgünstige Bauform eines Polrades
einer mechanisch stark beanspruchten, großen, elektrischen Synchronmaschine ermöglicht,
bei der die günstige Wicklungsanordnung sehr hohe Beanspruchungen zuläßt.