DE2043354A1

DE2043354A1 - Elektrische Synchron Maschine mit einem Rotor mit kammformigen Polen

Info

Publication number: DE2043354A1
Application number: DE19702043354
Authority: DE
Inventors: Junpei Marumo Hitoshi Yokohama Inagaki (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1969-09-01
Filing date: 1970-09-01
Publication date: 1971-03-11
Also published as: JPS4825121B1; US3656017A

Description

PATENTANWÄLTE TELEFON: 8AMMEL-NR. 29 08 41 TELEGRAMME: ZUMPAT POSTeCHECKKONTOi MÖNCHEN BII SO

BANKKONTO: BANKHAU8 H. AUFHXU8ER

8 MONOHEN S.

Case 45489-2

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Kawasaki-shi / Japan

Elektrische Synchron-Maschine mit einem Rotor mit kartenförmigen Polen«

Die Erfindung betrifft eine elektrische Synchron-Maschine mit einem Rotor mit kammförmigen Polen· insbesondere eine solche Maschine, bei der die entgegengesetzten Endteile des Rotors durch eine Fluidschwebe-Einrichtung drehbar in den EndbUgeln der Maschine gelagert sind.

Bei einer schnell laufenden elektrischen Synchron-Maschine mit kammförmigen Rotor ist die Gleichstromerregungseinrichtung für die kammförmigen Pole des Rotors vorzugsweise auf der stationären Seite der Maschine vorgesehen, um die Grosse und das Gewicht des Rotors zu verringern. Dabei läuft ein Teil

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des magnetischen Flusses durch die Lager, die vorzugsweise als Kugel- oder Rollenlager ausgebildet sind. Bei der Rotation der Kugeln oder Rollen im magnetischen Feld kann ein elektrischer Strom in jeder Kugel oder Rolle durch Induktion fliessen und diese erwärmen, als Folge davon wird ihre Lebensdauer aufgrund der Erwärmung und der elektrolytischen Korrosion verkürzt.

Um den erwähnten Nachteil zu verringern, sollen die Lager, die Stahlkugeln oder Rollen enthalten, sich an von der Erregungseinrichtung entfernten Enden auf der Welle befinden. Bei dieser Anordnung wird die Maschine jedoch in ihrer axialen Länge grosser, wodurch ihre gesamte Grosse unvorteilhaft anwächst.

Wenn eine solche Synchron-Maschine im Meer verwendet wird, besteht ein weiteres Problem,in der Tatsache, dass Salzwasser durch die Lager in die Maschine eindringen kann und so die elektrische Isolation zerstört und die inneren Teile der Maschine korrodiert.

Demgemäss ist es Ziel der Erfindung, eine verbesserte elektrische Synchron-Maschine mit kammförmigem Rotor zu schaffen, bei der keine Lager mit Stahlkugeln oder Rollen verwendet werden, um den Rotorteil drehbar zu lagern. Weiter soll eine solche Maschine geschaffen werden, bei der die axial entgegengesetzten Enden des Rotorteils drehbar in Spulenkörpern gelagert sind, die an Bügeln der Maschine angebracht sind und um die Gleichstromerregung s spul en gewickelt sind,und bei der ein Fluid unter Druck in Zwischenräume geleitet wird, die zwischen den inneren Oberflächen der Spulenkörper und den äusseren Oberflächen der axial entgegengesetzten Endteile des Rotors vorgesehen sind, um den Rotor drehbar in einem schwebenden Zustand zu lagern.

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Erfindungsgemäss wird dies durch eine elektrische Synchron-Maschine mit einem Rotor mit kammförmigen Polen erreicht, die einen Statorkern mit einer Statorwicklung enthält, einen Rotor vom Typ mit kammförmigen Polen, der drehbar in einer Bohrung des Statorkerns angebracht ist, ein Paar zylindrische, röhrenförmige Spulenkörperteile, die an jeweiligen Endbügeln der Maschine befestigt sind und sich ringsum die entgegengesetzten Endteile des Rotors mit schmalen Zwischenräumen dazwischen befinden, und Einrichtungen zum Einleiten von Fluid unter Druck in diese Zwischenräume besitzen, und Erregerspulen, die um diese Spulenkörperteile angebracht sind, um einen magnetischen Fluss zwischen den Poloberflächen des Rotors und den inneren Oberflächen des Statorkerns zu erzeugen.

Im folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, bei der die einzige Figur eine axiale Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einerAusführungsform der Erfindung zeigt.

In der Zeichnung bezeichnet Io allgemein einen Rotor, der zwei axial getrennte Teile 11 und 12 umfasst, der eine Teil ^ besitzt axial ausgedehnte Zähne oder Polschuhe 13 und 14, und der andere Teil 12 besitzt ein ähnliches Paar von axial ausgedehnten Zähnen oder Polschuhen (nicht gezeigt), die sich zwischen den Polschuhen 13 und 14 befinden und zwischen sie eingreifen. Die zwei axial getrennten Teile 11 und 12 sind mechanisch durch ein Zwischenteil 15 durch Aufschrumpfen und Schweissen verbunden. Das Zwischenteil 15 ist vorzugsweise aus nicht-magnetischem Stahl hergestellt, um die zwei Teile 11 und 12 magnetisch zu trennen. Obwohl es nicht gezeigt ist, sind die Umfangszwischenräume zwischen aneinander anschliessenden Polschuhen mit nicht-magnetischem Material, wie z. B.

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Aluminium ausgegossen, um eine glatte Oberfläche des Rotors zu bilden. Wie gezeigt ist, schliessen die beiden Teile 11 bzw. 12 hervorstehende Teile 16 und 17 mit verhältnismässig grossem Durchmesser ein.

Der Rotor befindet sich drehbar in einer Bohrunq des Statorkerns 18, auf den eine Statorwicklung 19 gewickelt ist. Der Statorkern 18 ist in einen Rahmen 2o durch ein dazwischen gesetztes Ringteil 21 eingepasst, dass vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Stahl hergestellt ist, um den Statorkern von dem Rahmen magnetisch zu trennen.

Es sind Endbügel 22 und 23 vorgesehen, die an den axial entgegengesetzten Seiten des Rahmens befestigt sind, und diese schliessen axiale Öffnungen 24 bzw. 25 ein, um S^ulenkörperteile 26 und 27 aus magnetischem Material darin aufzunehmen. Die Spulenkörperteile 26 und 27 besitzen Flanschteile 28 und 29, um sie an die Endbügel 22 und 23 durch Schrauben zu befestigen, und axial ausgedehnte zylindrische röhrenförmige Teile 3o und 31, die die hervorstehenden Teile 16 und 17 des Rotors mit schmalen Zwischenräumen 32 und 33 dazwischen umschliessen und sich entlang der Rotorachse auf das Innere der Maschine zu erstrecken.

Um die Gleichstromerregung zu bewirken, sind Erregerspulen 34 bzw. 35 um die zylindrischen röhrenförmigen Teile 3o und 31 gewickelt und die Zuführungsdrähte 36 und 37 sind durch die Endbügel 22 und 23 nach aussen geführt.

Um Fluid unter Druck in die Zwischenräume 32 zu leiten, sind Fluidkanäle 38 und 39 in dem Spulenkörper 26 vorgesehen. Die Kanäle 38 erstrecken sich in dem Flanschteil 28 in radialer Richtung und stehet mit einer ringförmigen Rille 4o in Verbindung,

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die ringsum einen Teil des Flanschteils 28 vorgesehen ist, der mit einem Neigungswinkel gegen die innere Oberfläche der Öffnung 24 des Endbügels 22 stösst. Die radialen Kanäle 38 befinden sich in Winkelabständen rund um die Rotorachse und stehen mit einem Einlass 45 durch einen Kanal 42 in Verbindung, der jeweils in dem Endbügel 22 vorgesehen ist. Die Kanäle 39 erstrecken sich in axialer Richtung und stehen mit den radialen Kanälen 38 und Öffnungen 41, die sich zu dem Zwischenraum 32 öffnen, in Verbindung. Die Kanäle 39 sind ebenfalls ringsjum die Rotorachse in derselben Winkelverteilung, wie z. B. 9o° angeordnet, um das Fluid in allen WinkelStellungen gleichmässig in die Zwischenräume 32 zu leiten. Ein Teil des in die Zwischenräume 32 geleiteten, komprimierten Fluids wird, nachdem es seine Funktion erfüllt hat, durch einen Kanal 43 im Flansch nach aussen ausgelassen, und der andere Teil des Fluids strömt in das Innere der Maschine und dann durch eine Öffnung 44 des Endbügels 22 nach aussen.

Das andere Spulenkörperteil 27 hat in seinem Inneren ähnliche Fluidkanäle wie das eben beschriebene Spulenkörperteil 26, demgemäss sind sie nur in der Zeichnung gezeigt,und ihre Beschreibung ist unterlassen, um die Erläuterung zu vereinfachen.

In Betrieb läuft der von den Erregerspulen austretende magnetische Fluss vom Spulenkörper 26 durch den Zwischenraum 32, den hervorstehenden Teil 16 des Teils 11, die Polschuhe 13 und 14 des Teils 11, einen Luftspalt, den Statorkern 18, den vorhergenannten Luftspalt, die anderen Polschuhe des Teils 12, den vorstehenden Teil 17 des Teils 12, den ringförmigen Zwischenraum 33, das andere Spulenkörperteil 27, den Endbügel 23, den Rahmen 2o und den Bügel 22 zum Spulenkörperteil 26. Wenn die Statorspule 19 an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen wird, wird die Maschine als Synchron-Motor betrieben. Selbst-

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verständlich kann die Maschine auch ein Wechselstromgenerator sein,

Während des Betriebs der Maschine wird ein Fluid, das vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Öl ist, unter Druck in die Zwischenräume 32 und 33 durch Einlasse 45, Kanäle 42, 38 und 39 eingeleitet. Das unter Druck zu den hervorstehenden Teilen 16 und 17 des Rotors Io eingeleitete Fluid bewirkt, dass die Rotorachse entlang der axialen Mittellinie der Spulenkörper 26 und 27 gehalten wird, und sorgt gleichzeitig für die Schmierung der hervorstehenden Teile.

Wenn elektrisch isolierendes Öl als Schmiermittel verwendet wird, kann ein Teil davon in das Innere der Maschine fliessen, ohne dass die Gefahr eines Zusammenbrechens der Isolation

besteht. Es wird z. B. ein Öldruck von 15 kg/cm gewählt. Wenn die Maschine im Meer verwendet wird, wird der Druck,mit dem das Öl in die Zwischenräume 32 und 33 geleitet wird, in einer Grosse gewählt, bei der der Umgebungsdruck so zu dem oben erwähnten Druck addiert wird, dass das Salzwasser am Eindringen in das Innere der Maschine gehindert wird.

Natürlich kann auch ein gasförmiges Medium, wie z. B. Luft oder Ähnliches als Schmiermittel des Zwischenraumes verwendet werden, wenn es erwünscht ist. In diesem Fall wird die Luft

2 auf einen Druck in der Grössenordnung von 6kg/cm komprimiert.

Da erfindungsgemäss das komprimierte Fluid gleichmässig rings um die axial entgegengesetzten hervorstehenden Teile des Rotors von den Spulenkörpern eingeleitet wird, wird die axiale Mittelachse des Rotors in eine Linie mit der Mittelachse der Spulenkörper gezwungen, so dass der Rotor seine Drehbewegung im

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schwebenden Zustand durch den Pluidfilm ausführt. Daher ist es möglich, die Reibungsverluste zu vernachlässigen, die zwischen den inneren Oberflächen der Spulenkörper und den Oberflächen der hervorstehenden Teile des Rotors entstehen können. Da es erfindungsgemäss nicht nötig ist, Lager mit Stahlkugeln oder Rollen zu verwenden, kann eine elektrische Synchron-Maschine für höhere Drehzahlen leicht mit einer langen Lebensdauer hergestellt werden. Weiter kann die axiale Länge der Maschine Wegen des Wegfallens der oben erwähnten herkömmlichen Lager leicht wirkungsvoll verringert werden, um eine Haschine mit kleinen Abmessungen zu bauen. Wenn eine erfindungsgemässe Maschine im Meer verwendet wird, dringt das Salzwasser nicht durch die Zwischenräume zwischen den inneren Oberflächen der Spulenkörper und den Oberflächen der hervorstehenden Teile des Rotors in das Innere der Maschine ein.

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Claims

Patentansprüche

I)J Elektrische Synchron-Maschine mit einem Rotor mit kammförmigen Polen, mit einem Stator mit Statorwicklung und
einem Rotor von der Art mit kammförmigen Polen, der drehbar in einer Bohrung des Statorkerns angebracht ist, gekennzeichnet durch zwei zylindrische, röhrenförmige Spulenkörperteile, die jeweils an Endbügeln der Maschine angebracht sind und sich rings um die axial entgegengesetzten Endteile des Rotors mit schmalen Zwischenräumen dazwischen befinden und eine Einrichtung zum Einleiten von komprimiertem Fluid in diese Zwischenräume haben, um zu bewirken, dass die Rotorachse mit der Mittelachse der Spulenkörperteile ausgerichtet ist, und durch Erregerspulen, die sich rings um die Spulenkorperteile befinden, um einen magnetischen Fluss zwischen den Poloberflächen des Rotors und der inneren Oberfläche des Stators zu erzeugen.
2) Elektrische Synchron-Maschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Fluid, das in die Zwischenräume zwischen den inneren Oberflächen der Spulenkörperteile
und den Oberflächen der axial entgegengesetzten Endteile des Rotors eingeleitet wird, komprimiertes, elektrisch
isolierendes Öl ist, wobei ein Teil von diesem Öl in das Innere der Maschine geleitet wird und dann von dort ausgelassen wird.
3) Elektrische Synchron-Maschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Fluid, das in die Zwischenräume

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zwischen den inneren Oberflächen der Spulenkörperteile und den Oberflächen der axial entgegengesetzten Endteile.· des Rotors eingeleitet wird, ein komprimiertes gasförmiges Medium ist.
4) Elektrische Synchron-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das komprimierte Fluid von den inneren Oberflächen der Spulenkörperteile so zu den axial entgegengesetzten Endteilen des Rotors eingeleitet wird, dass es die axiale Mittelachse des Rotors auf die axiale Mittelachse dieser Spulenkörperteile ausrichtet.
5) Elektrische Synchron-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Fluss, der durch die Erregerspulen, die sich rings um die Spulenkorperteile befinden, erzeugt wird, durch diese Zwischenräume zwischen den Innenseiten der Spulenkörperteile und die axial entgegengesetzten Endteile des Rotors läuft und dann zwischen die Poloberflächen des Rotors und die innere Oberfläche des Stators geführt wird.

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