DE1588997A1 - Ankerkern fuer rotierende elektrische Maschinen - Google Patents

Description

Ankerkern für rotierende elektrische Maschinell

Die Erfindung betrifft einen lameliierten Ankerkern für eine rotierende Maschine mit hoher Leistung. Unter "hoher Leistung¹» versteht man dabei mindestens 100 kYA.

Es ist bekannt, die einzelnen Lamellen zu einem lamellierten Magnetkern zu verkleben. Eine solche Massnahme bedeutet jedoch immer einen besonderen Arbeitsgang, was an sich die Herstellung durch längere Arbeitszeit und Verbrauch an Klebstoff verteuert. Es wird folglich als wirtschaftlich notwendig angesehen, einen verklebten Magnetkern nur in gewissen Spezialfällen zu benutzen, d.h. dann, wenn durch das Verkleben ein besonderer Effekt erreicht wird und dieser im betreffenden Fall von so grosser Bedeutung ist, dass die Mehrkosten reichlich kompensiert werden. Wie im folgenden ausgeführt, sind bei verschiedenen bekannten Maschinen die Gründe für das Verkleben des Kernes und auch der angestrebte Zweck verschieden.

Bei βehr kleinen Motoren ait verklebtem Blechkern ist es möglich, die sonst ium Zusammenhalten dee Blechpaketββ verwendeten Anordnungen zu vereinfachen oder zu ersparen.

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Wenn, wie es in gewiesen Fällen wünschenswert ist, das Statorgehäuse von kleinen Motoren aus Kunststoff hergestellt wird, ist es möglich, dieses direkt auf das Statorpaket aufzuspritzen und gleichzeitig damit ein Verkleben der Statorlamellen zu erhalten.

Ein bekannter, verhältnismässig kleiner Motor ist ohne durchgehende Rotorwelle mit einem an den lotorleitern befestigten Achazapfen ausgeführt, wobei das Blechpaket von den lotorleitern zusammengehalten wird und ausserdem dadurch, dass die Blechlamellen miteinander verklebt sind.

Bs. ist auch bekannt, dass man bei sogenannten "feuchten" Pumpenmotoren, d.h. Pumpenmotoren, bei welchen der Luftspalt von einer Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, durchflossen wird, durch Verkleben des Statorkerns eine haltbare Dichtung gegen den Luftspalt erhält, so dass keine Flüssigkeit in den Stator eindringen kann.

Bei einem bekannten Wechselstromgenerator des Innenpoltyps und mit ausgeprägten Polen hat man das Verkleben angewandt, um einen aus aufeinander gestapelten dicken Stahlplatten aufgebauten Hagnetring genügend widerstandsfähig gegen die von den Polen herrührenden Zentrifugalkräfte zu machen. Man hat so ganz oder im wesentlichen Ausmale Pres«bolzen vermeiden können und folglich auch die bei den üblichen Maeohintn durch die

die verhältnismäßig gro·«· Anzahl τοη Löoherm. für Spannboletn

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Bei gewissen kleinen Motoren von einfacher Konstruktion wird der Stator- und/oder Rotorkern verklebt, um Geräusche zu reduzieren, die durch WechselstromvilDrationen in den Blechlamellen verursacht werden. Bei grösseren Maschinen, z.B. Wasserkraftgeneratoren, werden dagegen so solide und sorgfältig ausgeführte Konstruktionen zum Zusammenhalten der Magnetkerne verwendet, dass das von den Blechvibrationen kommende Geräusch kaum durch Verkleben der Kernlamellen wesentlich reduziert werden kann. Wenn man dabei das vom Gebläse oder von einer anderen angeschlossenen angetriebenen oder treibenden Maschine oder von diversen anderen Quellen erzeugte Geräusch in Betracht zieht, sieht man, dass die Reduktion des Geräusches, die eventuell bei Verkleben der Kerne erreicht wird, nicht die Mehrkosten begründen kann, die eine solche Massnahme. bei grösseren rotierenden elektrischen Maschinen mit sich bringt.

Aus Obigem geht hervor, dass ein Verkleben von Magnetkernen aus bekannten Gründen nur als in Zusammenhang mit gewissen Maschinenkategorien von Bedeutung betrachtet werden kann, während bei anderen, sehr umfassenden Kategorien keine ausreichenden Gründe für ein solches Verkleben vorliegen und auch keine Beweise, dass es zur Anwendung gekommen ist.

Durch die Erfindung wird bewiesen, dass Verkleben des Ankerkerns auch bei verhältnismässig grossen rotierenden Maschinen, die bisher nur mit ungeklebten Ankerkernen auegeführt worden sind, eine überraschend starke Wirkung haben^kann, wenn der

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Ankerkern mit radialen Kühlkanälen versehen ist, die Klebschicht aus geeignetem Material besteht und in zweckmässiger Weise aufgebracht ist.

Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, die für eine Leistung von mindestens 100 kVA vorgesehen und mit einem lamellierten Ankerkern ausgeführt ist, wobei die Blechlamellen des Ankerkerns mit Hilfe einer mechanischen Pressanordnung zusammengepresst gehalten werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerkern mit mehreren axial hintereinander angeordneten Teilen ausgebildet ist, die durch für ein Kühlmittel vorgesehene Zwischenräume getrennt sind, und dass die einander zugekehrten Flächen von aneinanderliegenden Lamellen - jedenfalls bei einer überwiegenden Anzahl von Lamellen - durch einen Kleber miteinander verklebt sind, wobei das Verkleben der auf die Lamellen aufgebrachten Klebschicht durch Erwärmung des zusammengepressten Ankerkerns oder der Teile des Kerns erreicht ist.

Es ist ersichtlich, dass keiner der in den vorgenannten bekannten Fällen erreichten Vorteile als ausreichender Grund zum Verkleben von Ankerkernen bei einer mit radialen Kühlkanälen versehenen Maschine betcsjhtet werden kann. Radiale Kühlkanäle sind aus natürlichen Gründen nicht bei kleinen Motoren zur Anwendung gekommen und auch bei "feuchten" Pumpenmotoren, die verklebt werden, um das Wasser von der Statorwicklung fernzuhalten, oder bei Motoren mit einer direkt auf das Statorblechpaket gegossenen Hülle.

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Bei einer Untersuchung in Zusammenhang mit der Erfindung hat es sich erwiesen, dass man durch zweckmässiges Verkleben der Lamellen eines Ankerkerns eine überraschend grosse Zunahme der Wärmeleitfähigkeit des Ankerkerns in Richtung winkelrecht zum Blech erhalten kann. Man hat sogar eine Wärmeleitfähigkeit in axialer Richtung erreichen können, die ca zweimal so gross ist wie der entsprechende Wert bei unverklebten, gleich stark zusammengepressten Blechpaketen. Dadurch kann der Abstand zwischen den genannten Kühlkanälen-ohne unzulässige Temperaturerhöhung - bedeutend grosser gewählt werden als der entsprechende Abstand bei optimal dimensionierten konventionellen Ankerkernen. Der dabei eingesparte Raum kann für das aktive magnetische Material benutzt und eine bedeutende Leistungssteigerung ohne Änderung der mechanischen Dimensionen der Maschine und ohne grösseren Verbrauchan Ankerkupfer erreicht werden. Der grössere Verbrauch von Ankereisen bedeutet nicht viel bezüglich der Kosten und wird ausserdem dadurch kompensiert, dass die Reduktion der Anzahl der aufgeschweissten Distanzelemente für die Kühlkanäle eine wesentliche Arbeitsersparnis bedeutet. Es hat sich gezeigt, dass die obengenannte Leistungserhöhung so gross ist, dass ein Verkleben des Ankerkerns - trotz der damit verbundenen Mehrkosten - bei Maschinen mit radialen Kühlkanälen sehr berechtigt ist, z.B. bei Wasserkraftgeneratoren der Grössenordnung von 100 MVA.

Die genannte verbindende Kunststoffschicht kann aus Thermoplast oder einem auehärtenden Kunststoff bestehen. Im ersteren Fall

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wird der Kunststoff zweckmässig auf das Blech in der Form einer Lösung aufgebracht, wobei die aufgetragene Schicht getrocknet wird, ehe die Blechlamellen aufeinander gestapelt werden. Der fertiggestellte und zusammengepresste Kern oder Kernteil wird erwärmt, wobei der Kunststoff flüssig oder plastisch wird, und die zwischen den lamellen eingeschlossene Luft wird herausgepresst oder komprimiert. Bei der nachfolgenden Abkühlung erstarrt der Thermoplast und bewirkt ein Zusammenkleben des Blechpakets.

Wenn man stattdessen einen, härtbaren Kunststoff verwendet, werden die Blechlamellen in ähnlicher Weise wie beim Thermoplast mit einer Plastschicht auf der einen oder auf beiden Seiten versehen, welche Schicht getrocknet wird, ehe das Bleoh gestapelt wird. Bei Erwärmung des zusammengepressten Blechkerns schmilzt die Plastschicht, und anstelle einer punktweisen Anlage zwischen den Lamellen erhält man einen sehr wirksamen Wärmeleitungskontakt. Unmittelbar nach dem Schmelzen setzt der Härtungsprozess ein, und ca nach 30 Minuten bei Härtetemperatur ist die Härtung in der Hauptsache vollendet. TJm Kurzschluss zwischen den verschiedenen Lamellen und daraus folgende Wirbelstromverluste zu vermeiden, wird ein Elektroblech verwendet, das im voraus mit einem isolierenden Belag versehen ist. Man kann auch nicht isolierte« Blech benutzen, wenn dem Klebstoff isolierende Partikel zugesetzt sind, z.B. in der Form von feinkörnigem Glimmer.

Das Verkleben bedeutet nicht, dass man mechanische Pressanordnungen vermeiden kann, die zum Zusammenhalten des Blechpakete vorgesehen Bind, z.B. im Statorkörper festgeschraubte Druckfinger.

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Der Grund dafür liegt teils in der Tatsache, dass der Kern mittels radialer Kühlkanäle aufgeteilt ist und in gewissen Fällen aus mehreren miteinander nicht verklebten Teilen besteht, und teils in den strengen Anforderungen, die in mechanischer Hinsicht an eine grosse Maschine gestellt werden. Bs ist jedoch möglich, bei einem erfindungsgemässen Ankerkern eine Pressanordnung zu verwenden, die einen etwas geringeren Druck ergibt, als er bei gleich grossen bekannten Maschinen üblich ist.

Bei Ankerkernen, die so gross sind, dass sie mit radialen Kühlkanälen ausgeführt werden, ist - wie erwähnt - das Verkleben hauptsächlich dadurch motoviert, dass es eine beste Ausnutzung des Materials ohne irgendeine Verschlechterung des Wirkungsgrades ergibt. Es hat sich gezeigt, dass gerade diese Faktoren stark in negativer Richtung beeinflusst werden können, wenn man einen Kleber nur in Hinblick auf seine Adhäsionsfähigkeit und seine Eigenschaften als elektrischer Isolator und wärmeleitendes Medium wählt, und dass die negative Einwirkung des Verklebens dann so gross werden kann, dass ein Verkleben sich nicht lohnt. Es ist nämlich von grosser Bedeutung, dass der Kleber nach dem Härten einen gewissen Grad von Flexibilität beibehält, so dass keine nennenswerten mechanischen Spannungen zwischen den Blechlamellen entstehen, da sie eine Erhöhung der Hystereseverluste im Blechkern verursachen.

Versuche haben gezeigt, dass gewisse, in anderer Hinsicht gut geeignete Kleber so grosee Hystereseverluste ergeben, dass sie

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nicht "benutzt werden können, wenn der Zweck der Erfindung erreicht werden soll. Ein auf einem Akrylnitrilphenolharz "basierter Kleber hat sich als in jeder Hinsicht zufriedenstellend erwiesen.

In gewissen Fällen, z.B. wenn das Volumen des vorhandenen Härtungsofens zu klein ist, um den ganzen Kern aufzunehmen, ist es zweckmässig, einen erfindungsgemassen Statorkern als eine Einheit von mehreren axial gestapelten und einzeln wärmebehandelten Teilen auszuführen, wobei jeder Teil mehrere Lamellen enthält, die während des Härtens des Teils zusammengepresst werden. In manchen Fällen müssen individuell behandelte Teile benutzt werden, die je einen Ringsektor bilden.

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Claims (3)

Patentansprüche :

1. Aus Blechlamellen zusammengesetzter und mit Hilfe einer Spannvorrichtung zusammengepresster Ankerkern für rotierende elektrische Maschinen mit einer Leistung von mindestens 100 kVA, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerkern aus mehreren Lamellenpaketen besteht, die durch Zwischenräume voneinander getrennt sind, und dass die einander zugekehrten Flächen benachbarter Lamellen jedes Paketes, zumindest bei der überwiegenden Zahl der Lamellen, durch einen Kleber miteinander verklebt sind, dessen Klebwirkung bei Erwärmung des zusammengepressten Ankerkerns eintritt.

2. Ankerkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Blechpakete für sich zusammengepresst und erwärmt sind.

3. Ankerkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber ein AkrylnitrOphenolharz ist.

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