DE1513993A1

DE1513993A1 - Elektrische Maschine in Scheibenbauweise mit speichenradfoermigem Laeufer

Info

Publication number: DE1513993A1
Application number: DE1966L0052690
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bering; Hartwig Beyersdorf
Original assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date: 1966-01-26
Filing date: 1966-01-26
Publication date: 1970-02-19
Also published as: BE693243A; DE1513993B2; US3432706A; GB1171187A; FR1510312A; CH479189A; AT263916B

Description

LLOYD DYHAMOWESKE G.M.B.H. Bremen, Hae-cedter Osterdeisn 250

E-Nr. 55/016 18. 1. 1%6

My/ki.

"Elektrische Maschine in Scheieenbauweise mit speichenradförmlgem Läufer"

Die Erfindung betrifft- eine elektrische Maschine in Scheibenbauweise, die in mindestens drei Seilscheiben aufgeteilt ist, von denen wiederum mindestens eine Wechselstromwickiungen brägt und einer Statorfunktion zugeordnet ist j mindestens eine andere, einer Rotorfunktion zugeordnete Teilscheibe weist dann in axialer Richtung eine unterschiedliche magnetische Leitfähigkeit auf, mit der für eine Veränderung dee von einer gleichstromgespeisten, ringförmigen Erregerwicklung erzeugten Flusses gesorgt wird.

Die für solche Maschinen bisher bereite vorgeschlagenen, einer Rotorfunktion zugeordneten Teilacheiben sind bisher so beschaffen, daß auch die Zonen geringer magnetischer Leitfähigkeit In axialer Richtung immer noch eine gewisse Schicht aus aktivem Eisen aufweisen. Diese als Karen bezeichneten Zonen werden in das artive Eisen eingefräst.

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Auch, bei elektrischen Waschinen anderer Konstruktion werden Wege unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit durch Zähne und Nuten dargestellt. Hierzu sind bei der Herstellung relativ umfangreiche Arbeitsvorgänge erforderlich, und die Bearbeitung bereits einer einzigen Teilacheibe dauert sehr lange. Dies erschwert vor allem eine Serienfertigung, da die Vorfertigung einzelner ieile nicht möglich ist.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Herstellung der einer Rotorfunktion zugeordneten keilscheibe für eine elektrische Maschine der beschriebenen Art zu vereinfachen und gleichzeitig auch eine Einsparung an !Material und damit eine Kosten- und Gewichtsverminderung zu erzielen.

Nun ist eine elektrische Maschine bekannt, deren umlaufender, wicklungsloser !eil sternförmig ausgebildet ist und bei der die erforderlichen iPlußänderungen ebenfalls dadurch erzielt werden, daß die Flußwege unterschiedliche magnetische Leitfähigkeit haben. Die aus magnetisierbarem Material bestehenden Speichen bedingen bei der bekannten Konstruktion einen Piußweg größerer magnetischer Leitfähigkeit, während die zwischen den Speichen liegenden freien Zonen Flußwege kleinerer magnetischer Leitfähigkeit ergeben» Eine solche Ausführung eines scheibenförmigen Maschinenteils der be-

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kannten elektrischen !faschine weist jedoch viel ungenütztes Material auf, da die vom magnetischen Fluß zurückzulegenden Wege sehr

groß sind; hierdurch erhält die Maschine insgesamt eine sehr ungünstige Ausnutzung, und zwar eine wesentlich schlechtere Ausnut sung, als sie bei der elektrischen Haschinen in der üblichen zylindrischen Bauweise erzielbar ist.

Ferner ist diese Konstruktion deshalb nachteilig, weil bereits kleinste Abweichungen der Luftspalte unterschiedliche Induktionen ergeben. Wegen der quadratischen. Abhängigkeit hiervon wirkt sich dies auf die auftretenden Kräfte verstärkt aue. £s entstehen einseitige axiale Kräfte, die von den Lagern aufgenommen werden nüssen. Diese Kräfte sind aber außerdem Ursache für Durchbiegungen und Eigenschwingungen in den Sternarmen, die man konstruktiv nicht ausreichend beherrschen kann. Auch ist mit der für die Stern-Arne angegebenen Form keine maxiale Leistung zu erzielen.

Demgegenüber wird zur Lösung der bereits genannten Aufgabe für die Ausführung einer eine Rotorfunktion erfüllenden Teilscheibe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß diese speichenradförmig ist, wobei die Zonen großer magnetischer Leitfähigkeit durch die magnetisierbar en Speichen und die Zonen kleiner magnetischer Leitfähigkeit durch die zwischen den Speichen liegenden Lufträume gebildet

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werden, jedoch derart, daß jede Speiche in Höhe de« Durchmessers der Erregerwicklung eine amagnetieche !trennschicht aufweist und daß die durch diese Trennschicht gebildeten Speichenteile unterschiedliche Polarität erhalten.

Sie sich bei einem Vergleich mit der vorbekannten Konstruktion ergebenden Vorteile bestehen darin, daß die Ausnutzung der Maschine um ein vielfaches besser ist und da& auch die in diesen Zusammenhang genannten weiteren konstruktiven und elektrischen Jchwieriekelten vollständig beseitigt sind, .- - ■

Was die bereits vorgeschlagene Ausführung einer elektrischen Maschine in Sclieibenbauweise betrifft, so sind auch hier durch die Erfindung noch weitere Verbesserungen gegeben· Xft Vergleich, zu den bereits vorgeschlagenen AusfÜhrunseaöglichlceiten für Botor-Teilechelben ist eine wesentliche Verbesserung in der (Jewichtetiasparung tu sehen, die ihrerseits wi?dtr wirtschaftliche und hin~ sichtlich der Auslegung von Welle und Lagerung auch konstruktive Vorteile mit sich bringt. Außerdem gilt für dae magnetische Verhalten eine wesentlich größere Nuttiefe, die eine Vergrößerung de« olaechlnemoAentee bewirkt· Durch die Speichenraäau«ftthruns der rotierenden Teilscheibe erhält diese ferner die Wirkung eines Dufter«, so daß sich optimale luhlverhältniese ergeben.

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Soll die elektrische Maschine naoh der Erfindung als footör arbeiten, so ist für den Anlauf das relativ niedrige Gewicht der Eotorttii« . eaheibe günstig. Bas Anlaufverhalten kann gegebeaenfalls noch durch oinen Anlaufkäfig verbessert werden» dessen Stäbe radial oder angenähert radial verlaufen,.

Nachfolgend werden weitere Maßnahmen euf Auegestaltung der Erfin-. dung vorgeschlagen* Konstruktiv vorteilhaft ist es,.wenn die amagnetische Trennschicht zwischen den Speichenteilen Üpeil eines aiimt^ lioha opoiclien etwa in Höhe des Durchmessers der ErreGerwicklitng erfassenden amagnetischon.Binges ist· Diase Maßnahme wirkt sich guns tic; "bei der Herstellung aus, da da3 Zusammensetzen der Speichen— teile einfacher wird« Vergrößert wird die mechanische Stabilität dor !Peilscheibe, da ein durchgehender Ring wie eine Versteifung wirktp Auch erfüllt ein solcher Ring zugleich die Funktion eines Dämpferringos»

Was die Ausführung der Speichen betrifft, so ist es günstig, wenn die Kanten der Speichen im wesentlichen radial verlaufene Die vom magnetischen 3¹IuB durchsetzten Querschnitte der äußeren und der inneren Speichenteile erhalten hierdurch einen Verlauf, der <4uer>~ QChnittsuiitorschiede zwischen der Maschinenmitte und dem äußeren Umfang kontinuierlich ausgleicht, so daß man keine Verluste duroh ©ine plötzliche QuorschnittsverSnderung an einor Stelle in Kauf noHmen rauß,

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Bei Ausführung der Speichen aus« aaeeivem Material werden ihre dem Luftspalt zugewandten Flächen vorteilhaft mittels dee Verfahrens der Funkenerosion geschlitzt, B«i massivem Material let es ■■=* möglich, einen kleineren luftspalt zu wählen« Deehalb erhält man einen größeren PIuBbchwankungafaktor (. d£___ max» « opannung)*

d~t Andererseits sind zwar üblicherweir.e bei massivem Üaterial die Oberflächenverluate sehr groß, diese werden jedoch dann durch die ochlitzung mit der Funkenerosion vermieden.

Eine andere Ausführungeform der Speichen besteht darin, daß ihr aktives Material geblecht ist, und zwar derart, daß die Blechflächen in einer Ebene liegen, die zwischen einem radialen und einem axialen Richtungsvektor aufgespannt; iet„ Die so geblechten Speichenteile werden vorteilhaft in Vertiefungen eines scheibenförmigen Nabenkörpers eingesetzt, der auf der Maechinenwelle sitzt: Zwischen diesen Vertiefungen können dann Lüftungskanäle in dem scheibenförmigen Nabenkörper vorgesehen «ein, die an seiner Stirnf la ehe etwa radial verlaufen und die Kühlung der elektrischen Maschine verbessern« Demselben Zweck dienen auch stirnseitige radiale Kanäle an den entsprechenden Steilen des amagnetischen Ringes* Auch wird die Kühlung zusätzlich verbessert durch Lüfter-· flügel, die jeweils etwa in der Mitte zwischen zwei Speichen am amagnetischen Ring befestigt sind,

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PUr die Befestigung der Speicheateile am amagnetischen Bins wird weiterhin erfindungegemäS vorgeschlagen, daß die an den amagnetischen Sing grenzenden Enden der Speiohenteile schwalbensöhwans«- artl^e Anaütie aufweiten, daß der «magnetische Hing in axialer Richtung zweiteilig ausgeführt ist und daß die Querschnitte der beiden amagnetischen Bingtelie so auf die schwalbenschwansartlgen Ansätze abgestimmt find, daß von jed^c Seite der Ansätze je ein Singteil anliegt,und eine Befestigung der Speichenteile durch «Ine Verbindung der Blngteile erfolge.

Bs ist ferner denkbar, daß die «wischen des Nabenkörper und dem «magnetischen Hing eltsenden Speichenteile aus einer Schicht von Blechen bestehen, die an ihrer Seite von aus magnetischem Material bestehenden Balterungeplatten susammeogehalten werden· Zum Luftspalt hin behält man dann die Vorteile eines geblechten aktiren Bisen« im wesentlichen bei, während die an der Seite liegenden Halttrungeplatten eine Vergrößerung der mechanischen Stabilität uad «Ine Erleichterung bei der Verbindung der einzelnen Bleche be« wirken.«

Bin Ausführung* be !spiel wird nachfolgend tür Brläuterung der Erfindung an Hand einer Zeichnung beschrieben. Bine elektrische liaachine hat die feststehenden Trilniheiben 10 und 11 und die «wischen diesen liegende, auf der Kanshinenwelle 12 umlaufende

CTiJTi)/ Mittelteilacheibe 1Jd THe Teilscheiben 10 und 11 haben ewei koaxiale

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Hingbandkerae 14 und 15 bzw, 16 und 17« «Ich«, ei« bestehen insoweit aua geblechtem Material» Der magnetische fiückschluß erfolgt in dem dahinterllegenden nanr,iven Material 13 bzw, 19« Diese« ist durch Abrundungen an den Weg des magnetischen Flusses angepaßt-, Zwischen den Ringbandkernen 14- und 15 bzw« 16 und 17 liegt jeweils eine hier zweiteilig ausgeführte ringförmige Erregerwicklung 21 bzw. 22, Auf einem Teil ihrer axialen Länge an den den Luftapalten 22 bzw. 23 zugewandten Seiten werden die Ringbandkern« 14 bis von radial verlaufenden Hüten 24- und 25 durchsetzt, in die eine ifechselstromwicklung 26 bzw, 27 eingelegt ist. Diese ist hler einphasig gezeichnet; sie kann natürlich auch mehrphasig sein* Dies 1st im einzelnen zu entnehmen der Teildareteilung A in Fig_e 2« die einen Blick von dem Luftspalt 23 auf die Teilscheibe 11 zeigt» Ein Blick von dem Luftspalt 22 auf die Teilscheibe 10 sieh« entsprechend ausο Die Teileoheiben 10 und 11 haben an den Stirnflächen in der Nähe der ttaschincnwelle 12 Lufteintritteöffnungen 2G und 29 (Fig* 1)· Die Kühlluft strömt durch die Luftspalte und 23 und durch Kühlkanäle 30 und 31 in der iiittelteilecheibe 13» Durch die Öffnungen 32 tritt die erwärmte Luft wieder, aue (Fig·»- 2)₍ Die llaschinenwelie 12 ist mit Lagern 44 in amaenetischen Lagerbüchsen 45 gelagert, die ebenso wie ihre Auflagefläche in den, Teilscheibon 10 und 11 Gewinde haben, mit denen die Luftspalte und 23 leicht symmetriert werden können»

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Die liittolfceilscheibe I3 nach Fig„ 1 iot hi or aus sv/e:L Gv.ßstückon gefertigt, von denen das innere die scheibenförmige Habe 33» die inneren Spcdohenfceile 34 und eine Veri;teiiun:;ovei*bindung 35 auaamme.nfaßto Hierauf ist dann ein amagnetiochor Mittelring ?a auf-gebracht« Uach außen schließt das zweite Gußstück an. das innere Versteifunä'svorbindungon 37, öit äußeren Speicheritoile 30 und einen äußeren !Tragring 39 umfaßt*> Dem Blick \rom Lufuspalt 22 auf die Mittel Geilscheibe Yj> entspricht dia Darotelluns B in Fig., 2, in der außerdem die Öffnungen 40 zu erkennen sind, die aowohi eine lunlrtion als Zone kleiner magnetischer Loitfc.higlcoit als auch Belüftunsafuülctionen erfüllen-·

Die T©ilanr>ichi> C zeigt einen Blink auf dio Toilaeheibe 10, wobei auch der ffiasniv«, den magnetischen HöckachluÖ daretellende ständer· teil 13 aichtbar ist« Auf diadem sind zur Verboao'erung der Viarooabfuhr Kühlrippen 41 befestigt (s· auch Figo 1)_ö

Nachfolgend wird ein anderer Aufbau der Mittelteilscheibe I3 beschrieben, wie er in Pig_e 3 gezeigt ist ν Auf der iiaschinenwelle. 12 eifczi eine scholbenförmige Habe 42, die Vertiefungen 43 aufweiefc, in die die untreren Enden der inneren Spoichentoile 44 eingepaßt eindc Die oberen Endon der inneren Speichenteile 44 haben ßchvmlboiic ■♦twanaföraiige Ansätzo 45, die in eine entoprechendo Hut deo εηιαί^ιο L-iGchen Mittel ringes 46 pan^en« -\us Fi^₀ 3 iat ersicht-

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Hch, daß der amngnetische Mittelring 45 aus awei Teilen 47 und 48 besteht in die jeweils oin halber Hr;enquerschnitt eowohl für die oberen Enden der inneren Epeichsnteilo 44 als auch für die unteren Sndtiii der äußeren Speichenfcoile 49 oingefräet ist die in derselben Art befestigt eifli. Dia oberen Enden der äußeren Speichentüilß 49 worden durch einen Außanring 50 gehalten, der an aeiner Irnenneita Vertiefungen 51 aim Einsetzen dieser Enden aufweißπ. Deo ZusammenBetsen der MitteIteilscheibe IJ kann bei der Fertigung dann sehr einfach so erfolgen, daß «üerot die unteren Enden der inneren Speichenteile 44 in die Vertiefungen 45 der seheibenförraigen JTaba 42 und die oberen Enden der äußeren Speichenteile49 in die Vertiefungen 51 des Auäonring:3 50 eingesetzt wercon; dann werden die veile 47 -ani 48 dee amagne ti sehen Mittelringes 46 auf die acüv/albenochwanzföroigen Ansätze der inneren Speichenteile 44 und der äußeren Spsichenteil© 49 von beiden Seiten aufgeleg·;. Als einziges Befeatig-jngsnittel oind dann nur die Schraubverbindungen 52 durch die Teile 4? und 48 des »magnetischen Mittelringes 46 erforderlich. Sine Seitenansicht zu Pig. ist entsprechend der 'J-eildarstellung S in ?igur 2 au sehen. Hier yerden eusätalich erkennbar die Halterungaplatten 53 und 54 an den Seiten der inneren apeichenteile 44, Die Bleche eines solchen Speichenteiles und die Haltorungsplatten 55 und 54 werden dann durch eine Nietverbindung 55 Kusammengeialten. CIe Vertiefungen 4J in der Nabe 42 sind so groß, daß auch die unteren Enden der Böilterungsplfitten 55 und 5^ in sie hineinpassen. Die inneren Speichen-

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teile 44 und die äußeren Speichenteile 49 sind jewoilo untereinander gleich und werden vor dien Eintau

Die leile 47 und 48 dee amagnet.iochen Mi; telringcG 46 haben on ihren Stirnflächen jeweils zwischen.den Speichen!eilen EinfräBungen en den Stellen 56, die etwa radial verlaufen und zar Führung von Kühlluft dienen- Auch die Bleche dea äuicijn Cf,oi:heirU:ila 49 werden durch zwei allerdings relativ dünne HtIt e.rungsplr.tten und 58 und durch eine Eie!verbindung 59

Zur Herntellung des Gehäuacreila 60, das die JeJ lache LIol. 10 und 11 konstruktiv verbindet., eignet sich vorteilhaft Aluminium, und zwar unrer anderen auch deehalt, weil der ^eiaperatjr-Auud3l~m<ngakoeffizient von /Juninium größer ist alö der de?; Kaa.;liinenei8ens, so daß ein thermisch bedingtes Zuwachsen der tuftnpa'Ke 22 und 2J vermieden vird. Auiierdom können StreaflüsGu danr. nich. einen Weg zwischen di.n i-eilcicheiten 10 und 11 über dan .^nnchinon^'iLausc nehmen. Eine Regulierung der Svunme der l.ä·;^«? beider Luft £ pe 1^r ict durch Unterlagen finden Verbindongeatel^ou .:v:iaohc-n der. .eb au.: st ei 60 eineroeits und einer der leilßcheiber? 10 de·.·· 1' andereraei<-o möglich.

11 Seiten Eescf.r?ib;.ng

11 Patenten ?prüc:.r

1 Blatt Zeioii..,r. ni':- 5 Fif-'i'cii

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Claims

Patentansprüche:

1« Elektrische Maschine in Scheibenbauwaiso, die in mindestens drei CTeilscheiben aufgeteilt ist, von denen mindestens eine Wechselstrorwicklungen trägt- und eine Gt atorfunktion augeordnet ist und von denen mindestens eine ändert einer Rotorfunktion zugeordnet ist und durch urdsrEchiecJLiohe magnetische Leitfähigkeit in axialer Richtung für eine Veränderung des von einar gleishstroiagespeicten, rir.gfc'rmißon Erregerwicklung erzeugten FJ.iic3ec sorgt, dadurch gekennzeichnet; daß die einer

j Rotori'unktion zugeordnete loilscbeibo opeichonradförmig ausgebildet i3t, wobei die Zonen großer magnetischer LoitfähiG-keit durch die magnetisierbaren Speichen und die Zonen kleiner magnetischer Leitfähigkeit, durch die zwiuchen den Speichen liegenden Lufträume gebildet werden, jedoch derart, daß jede Spidchο in Höhe des Durchmessers der Erregerwicklung eine amag-

j netischs trennschicht oufweist und daß die durch diese Trenn-

ί schicht gebildeten Speichenteilo untersch^edlichö Polarität erhalten.

2. Elelct-i»i r,cho Maochina nach Anoprueli 1, dadurch gekennceichnot, daß die araagne sieche Trennschicht: sKiachein den ßptichonleileu Teil einen set· liehe Speichen etwa i::. Hclio de:i Durchmosserc der Erregerwicklung erfassenden omaene«..J ncfcan Pingee ißt.

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- Elektrische Maschinο nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Spei, chin i» wesentlichen radial verlaufen.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausführung der Speichen aus massiv·» Material ihre dem Luftspalt zugewandten Flächen mittels des Verfahrens der Funkenerosion geschlitzt aind.

5· Elektrische Haschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Material der Speichen gebltcht let, und »war derart , daß die Blechflächen in einer Ebene Hosen, die ewischen einem radialen und einoa axialen Bichbungsvektor aufgespannt ist. _f

c. Elektrische Maschine nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Masehineawelle ein scheibenförmiger nabenkörper 3itzr, der an seiner Vafangafläche Bit Vertiefungen auj| Einsetzen dar geblechten Speichenteile versehen ist. J

?. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der aoheibenförmige Nabenkörper an den awisehen dtn Ver- I tiefiinfeön zum Ei na et 3 en der Spei^hentei Ie liegenden Stellen ' seiner Stirnfläche etwa radial verlaufende leitungskanal^ auf-* weiot.

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A . - _M:

8. Elektrische Maschine nach Anspruch Ί und 2, dadurch gefcann* -»elchnet, daß der anagnefciaehe Hing aa den suiecnen dan Speichen liegenden Stallen «tirnseitlg radial verlaufend· Aus» nehnungon aufweist.

9> Elektrische Haschina nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den amagneciachen Hing grenzenden Enden der Speichenteile ßchwalbonechwanaartlge Anaätsa aufweisen, daß der amagne ti sehe Ring in axialer Bichtting zweiteilig ausgeführt ist und daß dio Quer schnitte der beiden anagne~ tlGohen Hingtoile so auf* die echwalbenschwansartigen Ansätie abgestimmt sind, daß von jeder Seite der AnBätt-e Je ein Hingteil anliogt und eine Befaacigung der ßpeichonteile durch eine Verbindung der Hingteile erfolgt,

10. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn*-. Belehnet, daß an «magnetischen Ring Luft or fluge J. jeweils etwa in der Mitte zwischen swei Speichen befestigt sind. |

11. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zwischen den nabenkörper und dem amagnetischen Ring sitzenden Speichentelle aus einer Schicht von Blechen bestehen, die an ihrer Seite von aus magnetischem Material beetoüenden Halterungsplatten zusammengehalten werden.

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