DE2200122C2

DE2200122C2 - Magnetpol für dynamoelektrische Maschinen

Info

Publication number: DE2200122C2
Application number: DE19722200122
Authority: DE
Inventors: Walter Francis Los Angeles Calif. Boesel
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1971-01-04
Filing date: 1972-01-03
Publication date: 1982-09-23
Also published as: FR2121562A1; DE2200122A1; FR2121562B1; CH560478A5; GB1371090A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetpol nach ^M dem Oberbegriff des Anspruches 1. Um bei dynamoelektrischen Maschinen mit Kompensationswicklungen eine optimale Leistung zu erzielen, sind teilweise oder vollständig geschlossene Nuten mit einem sättigbaren Abschnitt erforderlich, weil offene Nuten eine hohe Welligkeilsspannung, magnetisch' Geräusche und Vibrationen verursachen. Bei Magnetpolen mit geschlossenen Nuten treten jedoch Herstellschwierigkeiten auf, die zu hohen Arbeitskosten führen, da die Wicklungen in den Nuten untergebracht werden müssen. Nach der <o herkömmlichen Methode werden Wicklungen in geschlossene Nuten in der Weise eingesetzt, daß starre isolierte Stäbe verwendet werden, die axial in die Nuten eingeschoben werden, und daß dann die Enden der Stäbe mit Stirnverbindungsleitern zur Ausbildung der gewünschten Wicklungen verbunden werden. Es ist jedoch praktisch bei den bisherigen Ausführungsformen von Magnetpolen nicht möglich, kleine litzenartige Leiter von der Seite in die Nuten einzuschieben, da diese Leiter keine ausreichende Eigenstabilität besitzen. so

Aus der DE-PS 9 35 983 sind mit einer Kompensationswicklung ausgerüstete Polschuhe von Gleichstrommaschinen bekannt, bei denen ein Teil des Polschuhs in Umfangsrichtung in zwei Teile unterteilt ist, an denen die Nuten zur Aufnahme der Kompensationswicklung vorgesehen sind. Diese Nuten sind auf der dem Luftspalt zugewandten Seite vollständig offen.

Die DE-OS 15 38 895 zeigt eine elektrische Maschine mit mehreren Erregerspulen, deren Flüsse in der Phase gegeneinander verschoben sind. Die die Erregerspulen aufnehmenden Nuten werden zwischen den Erregerpolkernen durch das Maschinengehäuse geschlossen. Es handelt sich hierbei somit nicht um einen Magnetpol mit in Nuten angeordneten Kompensationswicklungen, sondern um Erregerpolkerne, um die Spulen gewickelt sind; des weiteren ist hierbei keine Teilung von Polschuhen zum Zwecke des Einbringens von Kompensationswicklungen zu entnehmen.

Bei einer Gleichstrommaschine nach der DE-PS 9 22 781 sollen Kompensationswicklungen eines Motors in ringförmiger Anordnung gewickelt und dann in den Rahmen eingesetzt sowie mit dem Polkörper befestigt werden. Ein derartiger Vorschlag hat sich als praktisch nicht durchführbar herausgestellt, da der zweite Luftspalt für den Ring instabile Zustände ergibt und der magnetische Zug der Hauptpole und des Ankers den Ring verziehende tangentiale und radiale Kräfte erzeugt Werden hierbei zusätzliche Ringe aus magnetischem oder nichtmagnetischem Material verwendet, wird wegen des dünnen Abschnittes des Ringes am Luftspaltteil an den Kompensationsnuten nur eine minimal höhere Festigkeit erzielt Mit nichtmagnetischen Ringen wird die Längenabmessung des Motors vergrößert mit magnetischen Ringen werden die Polflächenverluste erhöht, und der Streufluß zwischen den Hauptpolen und zwischen den Nebenpolen wird unzulässig hoch. Um eine auswechselbare Kompensationswicklung zu erhalten, wurden einzelne Polflächenstücke mit geschlossenen Nuten am Luftspalt und auf der Polkörperseite versehen und mit dem Polkörper mittels Schrauben in der Mitte des Polkörpers zusammengebaut und befestigt Damit wurde eine ausreichende Festigkeit für die Polfläche erzielt der Vorteil, daß vollständige Spulen in die Polfläche eingesetzt werden konnten, ging dabei jedoch verloren. Auch ergibt die breitere Nutteilung der Polflächenwicklung an den Mittelschrauben eine schlechte Kompensation der Ankerreaktion, und die Überlastbarkeit wird durch diese Begrenzung bestimmt.

Schließlich ist aus der US-PS 12 55 607 eine dynamoelektrische Maschine mit Magnetpolen mit lösbaren Hauptpolschuhen und Nuten zur Aufnahme von vorgeformten, isolierten Kompensationswicklungen bekannt bei der die Polschuhe als selbständige Einsatzbauteile im Stator ausgebildet und die Nuten in den Polschuhen so angeordnet sind, daß die Ebenen durch die Mittelachsen der Nuten parallel zueinander verlaufen. Die Nuten sind hierbei an der Stelle, an der sie zum Polschuh geöffnet sind, verengt-, sie sind jedoch von dem Polstück auf drei Seiten ganz umschlossen und auf der vierten, dem Luftspalt zugewandten Seite geöffnet. Des weiteren ist der Polschuh nicht teilbar, so daß das Einführen der Wicklungen vom Luftspalt her vorzunehmen ist und damit diese Seite geöffnet sein muß.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Magnetpol der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß die Kompensationswicklung eines jeden Nutenpaares kontinuierlich und isoliert sowie anschließend auf dem Polstück aufgebracht werden kann, um ein Einsetzen der Wicklung zu erreichen, ohne daß die Wicklung im Polstück durch Offnungen gefädelt werden muß.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Nuten in dem Polschuh auf der dem Luftspalt zugewandten Seite geschlossen sowie auf der dem Polkern zugewandten Seite offen ausgebildet sind, und daß der Polkern im eingesetzten Zustand des Polschuhs in den Polkern den Verschluß der Nuten darstellt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß die Nuten zur Aufnahme der Kompensationswicklungen am Luftspalt vollständig geschlossen und auf der dem Polkörper zugewandten Seite offen sind, wobei die Nuten an dieser Seite von dem Polkörper nach dem Einbringen der Kompensationswicklungen verschlossen

werden, so daß bei abgenommenem Polkörper ein einfaches Einsetzen der Kompensationswicklung gewährleistet und ein Herausfallen der Wicklungen sicher verhindert wird sowie ein einwandfreier Verschluß der Nuten erzielt wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist des weiteren gewährleistet, daß die Nutteilung der Polfläche gleichförmig und vollständig gewickelt ist und isolierte Spulen verwendet werden können. Die Herstellung einer dynamoelektrischen Maschine mit Magnetpolen nach der Erfindung ergibt Ό sowohl im Hinblick auf die erzielte Leistung der Maschine als auch die Herstellkosten ausgezeichnete Resultate.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen '5 erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer dynamoelektrischen Maschine, bei der die Seitenschalen entfernt sind, um die Statorerregeranordnung sichtbar zu machen, und der Anker nur angedeutet dargestellt ist,

F i g. 2 eine Aufsicht auf die Erregeranordnung nach F i g. 1 mit Blick in radialer Richtung von der Rotationsachse des Ankers,

F i g. 3 einen Magnetpol längs der Schnittlinie 3-3 der F i g. 2 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung in einer Ansicht ähnlich der nach F i g. 3, und

Fig.5 eine Teilansicht einer dynamoelektrischen Maschine ähnlich Fig. 1. mit einem Werkzeug für den Zusammenbau.

In F i g. 1 ist eine dynamoelektrische Maschine 10 mit einem Rahmen 12 dargestellt, der (nicht gezeigte) Seitenschalen aufnehmen kann. Die Maschine 10 weist eine Statorerregeranordnung 14, die im Rahmen 12 angebracht ist, und eine Rotorankeranordnung 16 auf einer in den Seitenschalen gelagerten Welle 18 auf. Der Rotor 16 ist lediglich schematisch dargestellt.

Der Stator 14 weist ein Joch 20 auf. das einen Pfad für den Magnetfluß zwischen den ausgeprägten Polen 22, 24, 26 und 28 aufbaut. In der Zeichnung ist eine <o vierpolige Maschine dargestellt, die Erfindung kann jedoch ebensogut auf Maschinen mit 2n Polen angewendet werden. Über jedem der Pole 22, 24, 26 u. 28 in der Nähe des Joches 20 sind die entsprtchenden Erregerwicklungen 30, 32, 34 und 36 angeordnet, die « entweder selbsterregt oder mit getrennter Erregung betrieben werden.

Über den Erregerwicklungen sind die Kompensationswicklungen 38, 40, 42 und 44 angeordnet, die die ausgeprägten Pole in bekannter Weise verketten, und so zwar die Wicklung 38 die Pole 22 und 24, die Wicklung 40 die Pole 24 und 26, die Wicklung 42 die Pole 26 und 28 und die Wicklung 44 die Pole 28 und 22, wie am besten der F i g. 2 entnommen werden kann.

Die Erregerwicklungen 30, 32, 34 und 36 sind so angeordnet, daß s^:e miteinander und mit einer Erregerstromquelle über (nicht dargestellte) Stromleiter gekoppelt sind. In ähnlicher Weise können die Kompensationswicklungen 38, 40 und 42, 44 so angeordnet sein, daß sie den Strom im Anker 16 führen, indem sie mit ihm und miteinander über (nicht dargestellte) Stromleiter gekoppelt sind.

Wie die F i g. 2 zeigt, weisen die Kompensationswicklungen jeweils zwei Spulen auf; die Anzahl der verwendeten Spulen kann jedoch auch eine andere sein. -⁵ Die Wicklung 38 besitzt eine äußere Spule 46 und eine innere Spule 48. Ähnlich weisen die Wicklungen 40, 42 und 44 äußere und inner? Spulen 50 und 52, 54 und 56 sowie 58 und 60 auf. Während die Erregerwicklungen die ausgeprägten Pole umschließen, treten die Spulen der Kompensationswicklungen in die Pole ein und aus ihnen aus. Die Anordnung und Beziehung der Wicklungen und Pole ergibt sich am besten in Verbindung mit Fig.3, die die erfindungsgemäße Anordnung mit ausgeprägten Polen darstellt

In F i g. 3 weist der Pol 24 einen Polschuh 62 und einen unteren Polkern 64 auf, der sich in radialer Richtung von dem Joch 20 der Erregeranordnung 14 nach innen erstreckt, vorzugsweise soweit, daß er eine Einstellvorrichtung für die Erregerwicklung 32 darstellt die den Pol umschließt Abgestufte Teile 66 und 68 auf dem Polschuh sind vorgesehen, um eine Deckung mit entsprechenden abgestuften Teilen 70 und 72 auf dem Polkern 64 zu erzielen, damit eine exakte Einstellung der Polteile gewährleistet ist. Der Polschuh 62 weist eine glatte Polfläche 74 auf, die so ausgebildet ist, daß sie einen Luftspalt mit dem benachbarten Anker 16 bildet sowie eine entgegengesetzte Rückfläche /6, die mit einer zugehörigen Fläche 78 des Polkernes 64 ausgerichtet ist

Paraiiei nebeneinander Hegende Nuten -SO, 82,84 und 86 verlaufen von der Stirnseite 76 in den Polschuh 62 und nehmen die entsprechenden Wicklungsspulen 48, 46, 50 und 52 auf. Der Polkern 64 ist mit parallel nebeneinander liegenden Nuten 88, 90, 92 und 94 versehen, die mit den entsprechenden Nuten 80, 82, 84 und 86 auf dem Polschuh 62 ausgerichtet sind. Die Nuten im Polkern 64 sind weniger tief als die im Polschuh 62, und sind lediglich von Bedeutung, wenn die Kompensationswicklungen 46, 48, 50 und 52 in eine exakte Lage auf dem Joch 20 voreingestellt werden sollen, bevor der Polschuh 62 mit dem Polkern 64 zusammengebaut wird. Die Erregerwicklung 32 wird in ihre den Polkern 64 umschließende Lage gebracht, bevor die Kompensationswicklungen in die Nuten des Polkernes eingesetzt werden.

Schrauben 96 in versenkten Bohrlöchern werden in Schraubgewinden im Polschuh 62 aufgenommen, &i daß der Polschuh 62 auf dem Polkern 64 in seiner Lage gehalten und die Wicklung 32 festgelegt wird sowie die Wicklungen 46, 48, 50 und 52 innerhalb der Polschlitze eingeschlossen werden. Die Anzahl von Schrauben 96 wird entsprechend der Konstruktion gewählt, wobei die Länge des Poles in axialer Richtung und die Breite des Poles an der Grenzfläche von Polschuh und Polkern zu berücksichtigen sind.

Vorzugsweise ist die gesamte Magnetfeldanordnung in an sich bekannter Weise lamelliert. Hierzu ist der Polschuh 62 zu einer einteiligen Magnetanordnung ausgebildet, wobei die Lamellen beispielsweise durch Nieten 97 und 98 befestigt sind. In ähnlicher Weise können die Lamellen des Joches 20 und der Polkernver-Iän.7,eri;,i&64 über Nieten 99 befestigt sein.

Die Böden der Nuten 80, 82,84 und 86 konvergieren von den parallelen Seiten zu verringerten Abschnitten der Polschuhe 62. Beispielsweise konvergiert die Nut 84 von den parallelen Seitenwandungen zur Linie 100, die mit der Polschuhfläche 74 einen durch Magnetfluß sättigbaren Abschnitt des Polschuhes 62 in bezug auf die Wicklung 50 festlegt. Dies ist in der Praxis bekannt, um eine glatte Polfläche zu erzielen und um gleichzeitig zu gewährleisten, daß ein größerer Teil des Flusses, der von der Wicklung 50 erzeugt wird, den Luftspalt und das Eisen des Ankers 16 durchdringt, damit der Kompensationseffekt der Wicklung 50 erzielt wird. Es wird nur ein sehr kleiner Teil des Flusses gewissermaßen durch der.

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Polschuhabschnitt zwischen der Polfläche 74 und der Nut 92 kurzgeschlossen. Die Nutenräume zwischen den Bilden der Nuten und den Wicklungen können mit nichtmagnetischem Nutenfüllmatcrial gefüllt werden, daimit gewährleistet ist, daß die Wicklungen in den Nuten gegen Vibration oder Bewegung gesichert sind.

Die Polanordnung in der vorbeschriebenen Form zeigt eine Anordnung mit Nuten im Polkern zur Aufnahme wenigstens eines kleinen Teiles der Kompensalionswicklungen. In den Fällen, in denen im Polkern keine Nuten vorgesehen sein sollen bzw. dürfen, um die Kompensationswicklungen festzulegen, kann eine etwas einfachere Poldarslellung verwendet werden, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.

Fig.4 zeigt ausschnittweise ein Joch 120 einer dynamoelektrischen Maschine mit einem ausgeprägten Pol 124, der aus einem Polschuh 162 und einem Polkern 164 besteht. Der Polschuh 162 weist eine glatte Polfläche 174 auf, die den Luftspalt zwischen dem „,.r,«r>r«ni»n P«->1 194 nnrt Hpiti inirht H

benachbarten Anker definiert. Der Polschuh 162 ist auch mit einer Befestigungsrückseite 176 versehen, die entgegengesetzt zu der vorderen Polkernfläche 174 angeordnet ist. Die Rückseite 176 ist so ausgebildet, daß sie mit der Befestigungsfläche 178 auf dem Polkern 164 zusammenpaßt.

Von der Rückseite 176 gegen die Vorderseite 174 verlaufen Wicklungsnuten 180, 182, 184 und 186, die ähnlich denen nach F i g. 3 sind. Diese Nuten weisen eine Tiefe von der Spitze bis zum Boden auf, die so bemessen ist, daß die (nicht dargestellten) Kompensationswicklungen aufgenommen werden; da die Vorderfläche 174 gewölbt ist, weicht die Projektion der Spitzen der Nuten 180 und 186 von der Projektion der Spitzen der Nuten 182 und 184 ab. Somit liegen die Spitzen aller Nuten nicht in einer einzigen Ebene und die Befestigungsflächen 174 und 176 sind so geformt, wie in der Zeichnung dcirgestellt. Eine derartige Anordnung ergibt die größte Menge an magnetischem Material für den magnetischen Fluß. Die Grenzflächenausbildung kann entsprechend den Erfordernissen der Konstruktion gewählt werden und ist nicht auf die spezielle Ausbildung nach F i g. 4 beschränkt.

Die Nuten 180, 182, 184 und 186 sind parallel zueinander angeordnet und die Böden der Nuten in der N ähe der Polfläche 174 konvergieren von den parallelen Seiten zu Linien in der Nähe der Flächen 174. Die Linien definieren somit zusammen mit der Fläche 174 sättigbare Abschnitte des Schuhs, ähnlich wie in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben.

Vorstehend wurde erwähnt, daß die Befestigungsflächen der Polschuhe und/oder die Befestigungsflächen der Polkerne mit einem härtbaren Bindemittel überzogen sein können, damit die Polschuhe in ihrer Lage festgelegt werden. Auch ist in Verbindung mit F i g. 3 die Befestigung der Pols< huhe mit Hilfe von Schrauben erörtert worden.

Eine derartige Befestigung kann aber auch auf magnetischem Wege erfolgen, z. B. am einfachsten und zweckmäßigsten durch Erregung der Erregerwicklungen der dynamoelektrischen Maschine. Vorzugsweise π wird eine magnetische Vorrichtung verwendet, um den Flußpfad zwischen den Polen zu vervollständigen.

In F i g. 5 ist beispielsweise eine magnetische Vorrichtung 301 gezeigt, die auf den Flächen der Pole 324 und 326 angeordnet ist. Nachdem die Oberflächen des Polsrhiihes oder des Polkernes mit einem vorstehend angegebenen Überzug versehen worden sind, und die Polschuhe in die richtige Lage gebracht sind, wobei alle Erregerwicklungen und Kompensationswicklungen in geeigneter Weise zusammengebaut und angeordnet

sind, wird die Magnetvorrichtung 301 über die Flächen der Pole 324 und 326 in der in F i g. 5 gezeigten Weise aufgebracht. Gleichzeitig oder unmittelbar vorher werden die Schrauben, wie die Schraube 96 der F i g. 3, festgelegen und anschließend die Erregerfeldwicklun-

gen erregt. Bei Erregung einer oder beider Erregerwicklungen 332 und 334 wird ein magnetisches Feld durch die Vorrichtung 301. die Pole 324 und 326 und den Zwischenteil 321 des Joches 320 aufgebaut. Das aufgebaute Magnetfeld ist gleichförmig über den

Grenzflächen der Polschuhe und Polkerne, und diese Tatsache trägt dazu bei, daß alle Teile der Befestigungsflächen der Polschuhe in einen sehr innigen Kontakt mit den Befestigungsflächen der Polkerne kommen, wobei das überschüssige und nicht erforderliche Bindemittel aus den Grenzflächen ausgetrieben wird.

Vorzugsweise wird das Magnetfeld aufrechterhalten, bis die Aushärtung des Bindemittels abgeschlossen ist oder das Bindemittel in anderer Weise erstarrt ist. Auf diese Weise bringt das Magnetfeld die Teile noch näher zueinander entgegen dem Widerstand, der durch das viskose Bindemittel eingeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetpol für dynamoelektrische Maschinen mit lösbaren Polschuhen, die als selbständige Einsatzbauteile im Stator bzw. Rotor ausgebildet sind, und mit isolierte Kompensationswicklungen aufnehmenden Nuten, deren Mittelachsen parallel zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (80, 82, 84, 86) in dem Polschuh auf der dem Luftspalt zugewandten Seite geschlossen sowie auf der dem Polkern (64) zugewandten Seite offen ausgebildet sind, und daß der Polkern (64) im eingesetzten Zustand des Polschuhs in den Polkern den Verschluß der Nuten darstellt

2. Magnetpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (80,82, 84,86) im Polschuh Gegennuten (88, 90, 92, 94) im Polkern (64) aufweisen.

3. Magnetpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Polschuh und Polkern miteinander mechanisch mittels einer Schraubverbindung (96) und/oder magnetisch mittels eines magnetischen Werkzeugs in Verbindung mit einem härtbaren Bindemittel (301) verbunden sind.