DE1488664C

DE1488664C - Process for the production of a bell-shaped rotor for an electric radial air gap machine

Info

Publication number: DE1488664C
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Kawakami Hiroshi Tatsumi Juichi Yukuhashishi Katsuki (Japan)
Original assignee: Photocircuits Corp, Glen Cove, NY (V St A )
Publication date: 1971-08-19

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines glockenförmigen Rotors für eine elektrische Radialluftspaltmaschine, bei welchem die vorgefertigte Wicklung in eine Form eingebracht und in dieser unter Beifügung eines wärmehärtbaren Bindemittels verfestigt wird.The invention relates to a method for manufacturing a bell-shaped rotor for a electric radial air gap machine, in which the prefabricated winding is placed in a mold and is solidified in this with the addition of a thermosetting binder.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 021466) werden die Wicklungsdrähte mit klebendem Lack versehen und zu Flachspulen geformt, die in die erforderliche Spulenform gebracht und zu einem hohlzylindrischen Läuferkörper zusammengefügt werden. Der Läuferkörper wird dann mit Kunstharz versetzt und in einer Spezialform unter Druck und Hitze in die endgültige Form gebracht. . . »5In a known method of this type (German Auslegeschrift 1 021466), the winding wires are provided with adhesive varnish and form flat coils shaped, brought into the required coil shape and into a hollow cylindrical rotor body be joined together. The rotor body is then mixed with synthetic resin and in a special shape brought into its final shape under pressure and heat. . . »5

Es ist ferner aus der deutschen Patentschrift 843 441 bekannt, Wicklungen dieser Art gleich in der Endform auf einen abgepaßten Dorn zu wickeln und durch Lackanstrich, Bandagen od. dgl. zu versteifen. Schließlich ist es aus dem deutschen Gebrauchsmuster ao 1827 875 bekannt, eine vorgeformte, hohlzylindrische Wicklung mit einem scheibenförmigen Wicklungsträger aus spritz- oder preßfähigem Kunststoff entweder während des Spritz- oder Preßvorgangs oder nachträglich durch Kleben fest zu verbinden. asIt is also known from German Patent 843 441, windings of this type in the same To wrap the final shape on a matched mandrel and stiffen it by painting it with varnish, bandages or the like. Finally, it is known from the German utility model ao 1827 875, a preformed, hollow cylindrical Winding with a disc-shaped winding support made of injection-molded or pressable plastic to be firmly connected either during the injection or pressing process or subsequently by gluing. as

Da solche glockenförmigen Rotoren eisenlos ausgeführt sind, soll die radiale Dicke der Wicklung möglichst klein sein, damit der Luftspalt der Maschine nicht zu groß wird. Mit den bekannten Verfahren ist es aber nicht möglich, bei entsprechend dünnen Wicklungen eine ausreichende mechanische Festigkeit zu erhalten, so daß sie sich unter den im Betrieb auftretenden elektromagnetischen Kräften, Fliehkräften und thermischen Beanspruchungen nicht unzulässig verformen. Rotoren dieser Art konnten daher im allgemeinen nur bei Maschinen mit kleinen . Leistungen und geringen Drehzahlen verwendet werden. Since such bell-shaped rotors are ironless, the radial thickness of the winding should be be as small as possible so that the air gap of the machine does not become too large. With the known method is however, it is not possible to achieve sufficient mechanical strength with correspondingly thin windings to get so that they are under the electromagnetic forces occurring during operation, centrifugal forces and thermal loads do not deform inadmissibly. Rotors of this type could therefore generally only for machines with small ones. Powers and low speeds are used.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs angegebenen Art, mit welchem glockenförmige Rotoren hergestellt werden können, die bei dünnem Aufbau eine große mechanische Festigkeit aufweisen und daher auch in Maschinen größerer Leistung und bei hohen Drehzahlen betriebssicher arbeiten.The object of the invention is to create a method of the type specified above, with which Bell-shaped rotors can be made which, while being thin in construction, have a large mechanical Have strength and therefore also in machines with higher performance and at high speeds work reliably.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wicklung in einer oder mehreren Leiterschichten um eine zylindrische Innenform gelegt wird, deren Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige des Leitermaterials der Wicklung ist, daß um die Wicklung, ein isolierendes Band so gewickelt wird, daß es im wesentlichen die ganze frei liegende Oberfläche der Wicklung bedeckt, und daß anschließend um die durch das Band festgelegte Wicklung eine Außenform angeordnet wird.According to the invention, this object is achieved in that the winding in one or more Conductor layers are placed around a cylindrical inner shape, the coefficient of thermal expansion of which is greater than that of the conductor material of the winding is that around the winding, an insulating tape is so wound becomes that it covers substantially all of the exposed surface of the winding, and that an outer shape is then placed around the winding defined by the tape.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dehnt sich die Innenform bei der Erhitzung aus, wodurch die Wicklung während des Aushärtens gegen die Innenwand der Außenform gepreßt wird und das die Wicklung umgebende Band eine Vorspannung erhält, die auch nach dem Aushärten der Wicklung erhalten bleibt. Wicklung und Band werden dabei zu einem einzigen festen Körper verbunden, der insbesondere gegen die Auswirkungen der Zentrifugalkraft und gegen Wärmeausdehnung sehr widerstandsfähig ist. • Die Form der Wicklung wird durch die Innenwand der Außenform genau bestimmt.In the method according to the invention, the inner shape expands when heated, whereby the Winding is pressed against the inner wall of the outer mold during curing and that the winding surrounding tape receives a bias that is maintained even after the winding has hardened remains. Winding and tape are connected to a single solid body, in particular is very resistant to the effects of centrifugal force and to thermal expansion. • The shape of the winding is precisely determined by the inner wall of the outer shape.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert, deren einzige Abbildung einen Schnitt durch die Hälfte eines Rotors während der Herstellung zeigt.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, the only one Illustration shows a section through half of a rotor during manufacture.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Wicklungsträger 1 die Form einer Scheibe, die innen einen Flansch 11 aufweist, mit dem sie später auf der Welle einer rotierenden Maschine befestigt werden kann, während sie am Rand einen Flansch 12 hat, dessen Umfangsfläche das eine Ende einer Wicklung 3 stützt, Eine innere Form 2, die einen inneren wellenförmigen Teil 21 und einen äußeren zylindrischen Teil 22 aufweist und aus einem Material gebildet ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige des Leitermaterials der Wicklung ist, ist gleichachsig zu dem Wicklungsträger angeordnet, beispielsweise in der Weise, daß der wellen^ förmige Teil 21 in den Flansch 11 des Wicklungsträgers eingepaßt wird. Die Umfangsfläche des Flansches 12 des Wicklungsträgers hat den gleichen Durchmesser wie der zylindrische Teil 22 der inneren Form 2. Bei einer Wicklung aus Kupferleitern wird beispielsweise für die innere Form 2 ein Material gewählt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als 1,5·10~⁵ pro Grad Celsius ist, beispielsweise Aluminium oder eine Zinklegierung.In the illustrated embodiment, the winding support 1 is in the form of a disc which has a flange 11 inside, with which it can later be attached to the shaft of a rotating machine, while at the edge it has a flange 12, the peripheral surface of which is one end of a winding 3 supports, an inner form 2, which has an inner undulating part 21 and an outer cylindrical part 22 and is formed from a material whose thermal expansion coefficient is greater than that of the conductor material of the winding, is arranged coaxially to the winding support, for example in the manner that the wave-shaped part 21 is fitted into the flange 11 of the winding support. Has the peripheral surface of the flange 12 of the winding carrier of the same diameter as the cylindrical portion 22 of the inner mold 2. In the case of a winding of copper conductors is selected, for example, a material for the inner mold 2, whose thermal expansion coefficient greater than 1.5 x 10 ^-5 per degree Celsius, for example aluminum or a zinc alloy.

Die Wicklung 3 ist bei dem dargestellten Beispiel durch zwei Schichten von gedruckten Spulenseitenleitern gebildet, die von der einen zur anderen Schicht miteinander verbunden sind. Die beiden Schichten sind voneinander isoliert, beispielsweise durch einen isolierenden dünnen Zylinder. Vorzugsweise wird die zunächst in flachem Zustand hergestellte Wicklung auf den Trägerzylinder aufgelegt, der durch den Flansch 12 des Wicklungsträgers 1 und den zylindrischen Teil 22 der inneren Form 2 gebildet wird. Falls erforderlich, wird eine dünne isolierende Schicht zwischen der Wicklung und dem Trägerzylinder eingefügt. Die Wicklungsleiter können auch in mehreren Schichten angeordnet sein.In the example shown, the winding 3 is formed by two layers of printed coil side conductors which are connected to one another from one layer to the other. The two Layers are isolated from one another, for example by an insulating thin cylinder. Preferably the winding, initially produced in a flat state, is placed on the carrier cylinder, that by the flange 12 of the winding support 1 and the cylindrical part 22 of the inner mold 2 is formed. If necessary, put a thin insulating layer between the winding and the Carrier cylinder inserted. The winding conductors can also be arranged in several layers.

Nach dem Auflegen wird die Wicklung 3 durch ein isolierendes Band 4 festgelegt, das um die Wicklung gewickelt wird. Vorzugsweise hat dieses Band eine große mechanische Zugfestigkeit; es besteht beispielsweise aus einem Glasfasergewebe. Anschließend wird eine äußere Form 5 um die so festgelegte Wicklung angeordnet. Diese Form besteht vorzugsweise aus mehreren Teilen, die zusammen einen Zylinder bilden, der die Wicklung umgibt undeinen vorgegebenen Innendurchmesser hat. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials dieser äußeren Form kann kleiner als derjenige der inneren Form und der Wicklung sein; beispielsweise besteht diese Form aus Stahl.After laying on the winding 3 is fixed by an insulating tape 4, which is around the winding is wrapped. Preferably this tape has a high mechanical tensile strength; there is for example made of a fiberglass fabric. An outer mold 5 is then placed around the winding thus defined. This form preferably exists of several parts which together form a cylinder surrounding the winding and a predetermined one Has inside diameter. The coefficient of thermal expansion of the material of this external shape can be smaller than those of the inner shape and winding; for example, this shape consists of Steel.

Die so erhaltene Anordnung wird im Vakuum mit einem wärmehärtbaren Harz imprägniert, beispielsweise einem Epoxydharz, und anschließend in einem Ofen erhitzt. Da das Material der inneren Form einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Wicklung hat, wird die Wicklung während des Aushärtens des Harzes gegen die Innenwand der äußeren Form gepreßt. Das Band steht somit unter einer mechanischen Spannung. Dies hat zur Folge, daß die in das Harz eingebettete Wicklung nach dem Aushärten eine große mechanische Festigkeit gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft und der Wärmeausdehnung hat, so daß sie betriebssicher ist und eine große Lebensdauer hat. Im Verlauf des Aushärtens werden ferner die Wicklung und der Wick-The assembly thus obtained is impregnated in a vacuum with a thermosetting resin, for example an epoxy resin, and then heated in an oven. As the material of the inner shape has a greater coefficient of thermal expansion than the winding, the winding will be during the Curing the resin pressed against the inner wall of the outer mold. The tape is thus subject to a mechanical tension. This has the consequence that the winding embedded in the resin after Hardening has great mechanical strength against the effects of centrifugal force and thermal expansion has, so that it is reliable and has a long service life. In the course of curing the winding and the winding

lungsträger zu einem einzigen Block zusammengefügt. Nach dem Abkühlen können die äußere Form und die innere Form leicht entnommen werden, und zwar die äußere Form auf Grund ihrer Unterteilung und die innere Form auf Grund der Zusammen-Ziehung bei der Abkühlung.Lung support joined together to form a single block. After cooling, you can use the outer shape and the inner shape can be easily extracted, the outer shape due to its division and the internal shape due to contraction on cooling.

Der Rotor wird anschließend dadurch vervollständigt, daß der Flansch 11 des scheibenförmigen Wicklungsträgers 1 auf die Welle der Maschine aufgesetzt wird und daß erforderlichenfalls an der Außenseite dieses scheibenförmigen Wicklungsträgers 1 ein Kollektor angebracht wird, der aus Segmenten 6 besteht, die auf einem Träger 7 angeordnet werden, wobei die Segmente Endabschnitte 8 aufweisen, die den Enden der Wicklungsleiter gegenüberliegen und mit diesen verbunden werden.The rotor is then completed by that the flange 11 of the disc-shaped winding support 1 is placed on the shaft of the machine is and that, if necessary, on the outside of this disc-shaped winding support 1, a collector is attached, which consists of Segments 6, which are arranged on a carrier 7, the segments end sections 8 have, which are opposite the ends of the winding conductors and are connected to them.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of a bell-shaped rotor for an electric radial air gap machine, in which the prefabricated winding is placed in a mold and in this with the addition of a thermosetting binder is solidified, characterized in that that the winding is placed in one or more conductor layers around a cylindrical inner shape, the coefficient of thermal expansion greater than that of the conductor material of the winding is that around the winding then a insulating tape is wound so that it has substantially all of the exposed surface of the winding covered, and that then around the winding defined by the tape Outer shape is arranged.

2. The method according to claim 1, characterized in that a material is used for the inner mold whose thermal expansion coefficient is greater than 1.5 x 10 ^-5 per degree Celsius.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a tape made of a material with great mechanical tensile strength is used.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for the Outer shape a material is used, the thermal expansion coefficient of which is smaller than that of the conductor material of the winding.

1 sheet of drawings