DE19840149A1 - Läufer einer elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Ein Läufer einer elektrischen Maschine besteht aus einer Welle sowie einem von dieser getragenen Blechpaket, an dessen Umfang axiale Nuten angeordnet sind. In diesen Nuten sind Spulen einer Wicklung eingelegt, deren Enden an Kollektorlamellen elektrisch leitend verbunden sind. Um die Lebensdauer des Läufers zu verbessern, ist an der dem Blechpaket zugewandten Stirnseite des Kollektors ein ringartig die Welle konzentrisch umgebendes Element vorgesehen, mit dem die den Anfang und das Ende der jeweiligen Spulen bildenden Drahtabschnitte fest verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer einer elektrischen Maschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Als elektrische Maschinen werden sowohl Generatoren als auch Motoren bezeichnet, die im wesentlichen aus einem Sta­ tor und einem darin gelagerten Läufer bestehen. Der Läufer weist ein von einer Welle getragenes Blechpaket aus Elek­ troblech auf, an dessen Umfang sich in Achsrichtung der Welle erstreckende Nuten befinden. In den Nuten liegen Spulen der Läuferwicklung, deren einen Anfang und ein Ende der Spulen bildenden Drahtabschnitte an unterschiedlichen Fahnen von Kollektorlamellen eines an einer Stirnseite des Blechpaketes befindlichen Kollektors elektrisch leitend meist durch Löten oder Warmpressen der Fahnen angeschlossen sind. Häufig befindet sich auf der Welle noch ein Lüfter­ rad, um die beim Betrieb der Maschine entstehende Wärme hauptsächlich durch im Blechpaket laufende Wirbelströme mit Hilfe eines Kühlluftstromes abzuführen. Die elektrische Kontaktierung zum Läufer erfolgt durch Bürsten, die auf die aus den Stegen der voneinander isolierenden Kollek­ torlamellen gebildeten Umfangsfläche gleiten.

Bei bestimmten Arten von elektrischen Maschinen werden die Läufer mit Drehzahlen von über 50 000 min^-1 betrieben. Die dabei entstehenden Fliehkräfte und die gegebenenfalls auf­ tretenden Erschütterungen müssen die Anschlüsse der Spulen an den Fahnen aushalten können. Um dies zu ermöglichen, werden sie in Lack getränkt oder mit lösungsmittelfreiem Kunstharz beträufelt. Beim Trocknen entsteht dann eine Ver­ steifung der Drähte in der gewünschten Position. Die Lebensdauer der Läufer ist meistens von der Qualität der Versteifung der Drähte bestimmt. Mit der Zeit können Risse in dem versteifenden Mantel der Drähte nicht vermieden werden. Verursacht werden sie hauptsächlich von den Schwin­ gungen, denen die Drähte in ihren in der Luft gespannten Abschnitten besonders ausgesetzt sind. Diese Risse können bis zum Bruch der Drähte führen. Hinzu kommt, daß bei Kollektoren, bei denen die Lamellen in einer Preßmasse aus Gießharz verankert sind, sich das dafür verwendete Harz nicht gut mit dem zum Beträufeln verwendeten Harz ver­ bindet. Dies vermindert in erheblichem Maße die Lebensdauer des Läufers, da die Drähte der Läuferwicklung im Draht­ abschnitt zwischen den Fahnen des Kollektors und der Spule im Blechpaket einer ständigen mechanischen Belastung ausge­ setzt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun­ de, einen gattungsgemäßen Läufer derart weiterzubilden, daß dessen Lebensdauer wesentlich verlängert wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Läufer mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die wesentlichen Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind darin zu sehen, daß die Drähte zwischen den Spulenköpfen und den Fahnen des Kollektors nicht mehr frei in der Luft gespannt sind, sondern an dem Element anliegend befestigt oder in dieses eingebettet sind. Dadurch können keine oder nur sehr geringe Schwingungen bei der Drehung des Läufers an den Drähten entstehen.

Nachdem die Wicklungen vollständig in Nuten des Blech­ paketes eingelegt wurden und die Anschlüsse der jeweiligen Spulen mit den Fahnen des Kollektors durch Warmpressen der Fahnen durchgeführt wurden, erfolgt eine Verfestigung der Spulen und auch der Anschlüsse am Kollektor. Der Kollektor weist an der Stirnseite, die den Spulenköpfen der Läufer­ wicklung zugewandt liegt, eine Aufnahme auf, in die das Element zur Aufnahme der Drahtabschnitte eingesetzt wird. Bevorzugt ist die die Aufnahme bildende Stirnseite abge­ schrägt, wobei die Schräge in Richtung auf das Blechpaket und zur Welle hin verläuft. Das Element wird bei der Her­ stellung des Kollektors einfach in die Aufnahme eingesetzt und richtet sich dementsprechend an der die Aufnahme bildenden Stirnseite aus.

Die aus den Spulenköpfen zu den Fahnen der Kollektor­ lamellen führenden, den Anfang und das Ende der Spulen der Läuferwicklung bildenden Drahtabschnitte werden zur Anlage an dem Element gebracht bzw. in dieses an der Oberfläche eingebettet. Zweckmäßig besteht das Element aus einem filz­ artigen Material, das fähig ist, die aushärtende Flüssig­ keit aufzusaugen. Die an dem Element liegenden und teil­ weise eingebetteten Drahtabschnitte werden mit einem aus­ härtenden Kunstharz beträufelt. Das Material des Elementes saugt sich voll Kunstharz und bildet somit einen festen Verbund mit den Drähten. Ein wesentlicher Vorteil des aus einem Filz bestehenden Elementes gegenüber dem Stand der Technik ist darin zu sehen, daß weniger Träufelmaterial benötigt wird, da nur eine Grundbeträufelung durchzuführen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Läufer einer elektrischen Maschine,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Kollektors,

Fig. 3 eine axiale Ansicht des Kollektors nach Fig. 2 der dem Blechpaket zugewandten Stirnseite,

Fig. 4 eine Hälfte der Ansicht nach Fig. 3 mit den an Fahnen des Kollektors befestigten Drahtabschnitten der Spulenenden,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4 mit vereinfachter Darstellung des Verlaufs des Draht­ abschnittes.

Die Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Läufer 1 einer elektrischen Maschine. Der Läufer 1 umfaßt eine Welle 2, auf die eine aus Kunststoff hergestellte Nabe 3 bis zum Aufschlag an einem von einem Sicherungsring 4 an der Welle 2 gehaltenen Gleitlager 5 aufgepreßt ist. An dem dem Gleit­ lager 5 entgegengesetzten Ende der Nabe 3 ist ein Lüfterrad 6 auf einer mit der Nabe 3 konzentrisch liegenden Büchse 7 angeordnet. Die Schaufeln 8 des Lüfterrades 6 erzeugen einen Kühlluftstrom über ein von der Nabe 3 getragenes Blechpaket 9 mit einer darin befindlichen Wicklung. Die dem Lüfterrad 6 zugewandten Spulenköpfe 11 der Wicklung sind von der Büchse 7 getragen. In die Nuten des Blechpaketes 9 sind die Spulen eingelegt, wobei die Nuten mit einer Iso­ lation 12a, 12b ausgebildet sind, die zu beiden Seiten des Blechpaketes aus den Nuten herausragen, um damit die Wick­ lung vor den scharfen Kanten des Blechpaketes zu schützen.

Die dem Gleitlager zugewandten Spulenköpfe 13 der Wicklung sind von einer mit der Nabe 3 konzentrisch verlaufenden Büchse 14 getragen. An dem freien Ende dieser Büchse 14 liegt in unmittelbarer Nachbarschaft der Spulenköpfe 13 eine Schulter 23 eines Kollektors 15. Der Kollektor 15 be­ steht aus einer mit der Nabe 3 konzentrisch verlaufenden Kollektorbüchse 16, an der ein Träger 17 befestigt ist, der aus einer elektrisch isolierenden Preßmasse 21 hergestellt ist. In dem Träger 17 sind die Kollektorlamellen 18 mit ihren dem Blechpaket 9 zugewandt angeordneten Fahnen 19 verankert.

In Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Kollektors 15 dargestellt. Daraus sind die sich in axialer Richtung erstreckenden Stege 20 der Kollektorlamellen 18 zu er­ kennen, die voneinander durch die elektrisch isolierende Preßmasse 21 (Fig. 3) auf der Mantelfläche des Trägers 17 des Kollektors 15 getrennt sind. Die Stege 20 bilden eine glatte Umlauffläche, auf der Bürsten, üblicherweise Kohle­ bürsten, zur elektrischen Kontaktierung gleiten. Die Fahnen 19 der Kollektorlamellen 18 bestehen jeweils aus einem Haken, der an einem Ende des Stegs 20 herausragt und, bevor die Drähte der Spulenenden daran befestigt werden, nach außen dem Steg 20 zugewandt leicht gekrümmt ist.

Aus der Fig. 3 ist die gleichmäßige Verteilung der Kollek­ torlamellen über den Umfang des Trägers 17 zu sehen. Der Träger 17 weist unmittelbar unterhalb der Fahnen 19 eine ringförmige Aufnahme 20 auf, deren innerer Umfang von der Schulter 23 begrenzt ist.

Die Fig. 4 zeigt eine Hälfte der axialen Ansicht der dem Blechpaket 9 zugewandten Stirnseite des Kollektors 5. Dar­ gestellt sind einige Drähte 24, die das Ende bzw. den An­ fang von Spulen der Wicklung bilden. Diese Drähte 24 sind mit den Fahnen 19 verbunden und weisen Drahtabschnitte 24' auf, die von den Fahnen 19 radial einwärts verlaufen. Um die Verbindung der Drähte 24 an diesen Fahnen 19 herzu­ stellen, wird die hakenförmige Fahne in Richtung auf den jeweiligen Steg 20 verformt und durch Warmpressen ver­ bunden. Dabei wird der Draht 24, der den Anfang bzw. das Ende einer Spule bildet, in die zusammengepreßte Fahne 19 geklemmt und elektrisch leitend mit dieser verbunden. Die Warmpressung verursacht neben der festen Klemmung der Drähte 24 auch das Schmelzen der zur elektrischen Iso­ lierung dienenden Lackierung der Drähte 24, so daß ein separates Entfernen des Drahtlacks entfällt und gleich­ zeitig eine elektrische Kontaktierung der Drähte 24 mit den jeweiligen Fahnen 32 gewährleistet ist. Aus der Fig. 4 wird die Anordnung eines filzartigen Elementes 25 deutlich. Dieses wird in die ringförmige Aufnahme 22 (Fig. 3) des Trägers 17 eingesetzt. Die Fixierung des Elementes 25 er­ folgt zunächst an ihrem Außenumfang durch die Fahnen 19 und später beim fertigen Läufer durch die aus den Spulenköpfen 13 zu den Fahnen 19 führenden Drahtabschnitte 24'.

Die Fig. 5 zeigt einen axialen Schnitt durch den Kollektor 15 entlang der Linie V-V in Fig. 4, wobei aus Gründen der einfachen Darstellung der Drahtabschnitt 24' in der Schnittebene verlaufend gezeigt ist. Die Kollektorlamellen 8 sind mit ihren Füßen 26 in der den Träger 17 bildenden Preßmasse 21 festgehalten. Die Preßmasse 21 umgibt seitlich etwa zur Hälfte - wie mit der gestrichelten Linie 29 skizziert - den Steg 20 der Kollektorlamelle 18. Frei von jeder Preßmasse 21 bleibt die der Fahne 19 entgegengesetzte Stirnseite 30 des Stegs 20 der Kollektorlamelle 18. Die Preßmasse 21 weist dabei einen ringförmigen Absatz 31 auf. In der Nähe des die Verbindung des Steges 20 zum Fuß 26 bildenden verjüngten Abschnittes 27 der Kollektorlamelle 18 befinden sich auf beiden Seiten in der Preßmasse 21 einge­ bettet zwei Verstärkungsringe 28. Sie liegen konzentrisch zu dem Träger 17 und dienen zur Armierung der Preßmasse 21. Der Träger 17 weist am inneren Umfang der Preßmasse 21 ein Gewinde auf, mit dem er auf die Kollektorbüchse 16 ge­ schraubt ist.

Wie Fig. 5 verdeutlicht, besteht die Aufnahme 22 des Elementes 25 im wesentlichen aus einer den Drahtabschnitten 24' zugewandten, abgeschrägten Stirnseite 33, die bezogen auf die Achse 10 der Welle 2 einen zu den Kollektorlamellen 18 offenen Winkel von vorzugsweise etwa 60° bildet. Am inneren Umfang ist das ringförmige Element 25 von der Schulter 23 der Preßmasse 21 begrenzt. Dank dieser schrägen Lage des Elementes 25 können die Drahtabschnitte 24' bei der Herstellung der Wicklung zum Teil in das Element 25 eingedrückt werden.

Nachdem alle Spulen der Wicklung des Läufers 1 in den Nuten des Blechpaketes 9 eingelegt und die Enden der Drähte 24 mit den Fahnen 19 des Kollektors 15 elektrisch verbunden sind, wird die Versteifung der in das aus Filz bestehende Element 25 eingebetteten Drahtabschnitte 24' vorgenommen. Hierfür wird Kunstharz auf die Drahtabschnitte 24' entlang des Elementes 25 geträufelt, das sich dabei vollsaugt und durch das Trocknen des Kunstharzes verfestigt wird. Dadurch werden die Drahtabschnitte 24' erschütterungs- bzw. schwin­ gungsfrei in dem Element 25 gehalten. Allenfalls ein mini­ maler Abschnitt der Drähte 24 befindet sich außerhalb des Kunstharzes, so daß keine nennenswerten Schwingungen in den Drahtabschnitten 24' entstehen können. Diese Anordnung er­ gibt einen Läufer, der besonders langlebig ist. Dank der ringförmigen Symmetrie des Elementes 25 tritt eine Unwucht des Läufers 1 nicht auf.

Claims (7)

1. Läufer einer elektrischen Maschine, bestehend aus einer Welle (2), die ein Blechpaket (9) trägt, an dessen Um­ fang entlang der Achse (10) der Welle (2) sich Nuten befinden, die mindestens eine Spulenseite einer Läufer­ wicklung enthalten, wobei der Anfang und das Ende von Drähten (24) der jeweiligen Spulen an Fahnen (19) von Kollektorlamellen (18) eines an einer Stirnseite des Blechpaketes (9) befindlichen Kollektors (15) elek­ trisch leitend angeschlossen sind und mit einem aus­ härtbaren Mittel beträufelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Blechpaket (9) zugewandte Stirnseite des Kollektors (15) ein ringartig die Welle (2) konzentrisch umgebendes Element (25) vorgesehen ist, mit dem die den Anfang und das Ende der jeweiligen Spulen bildenden Drahtabschnitte (24') fest verbunden sind.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringartige Element aus einem verformbaren Material besteht und die Draht­ abschnitte (24') mindestens teilweise darin eingebettet sind.

3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (25) aus einem mit dem aushärtbaren Mittel tränkbaren Material be­ steht.

4. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (25) aus einem filzartigen Material besteht.

5. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (17) der Kollek­ torlamellen (18) unterhalb der Fahnen (19) eine ring­ förmige Aufnahme (22) für das Element (25) aufweist.

6. Läufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (22) eine dem Blechpaket (9) zugewandte abgeschrägte Stirnseite (33) aufweist, die bezogen auf die Achse (10) der Welle (2) einen zu den Kollektorlamellen (18) offenen Winkel von weniger als 90°, vorzugsweise 60°, bildet.

7. Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (25) an der Stirnseite des Kollektors (18) mittels eines Klebers befestigt ist.