DE2351877A1

DE2351877A1 - Anordnung mit magnetisch leitfaehigem, mit ringwicklung versehenem kern

Info

Publication number: DE2351877A1
Application number: DE19732351877
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing Rosenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-10-16
Filing date: 1973-10-16
Publication date: 1975-04-30
Also published as: BE821009A; FR2247793A1; SE7412679L; FR2247793B1; IT1022718B; JPS5066703A

Description

Anordnung mit magnetisch leitfähigem, mit Ringwicklung versehenem Kern.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit magnetisch leitfähigem, vorzugsweise aus geblechtem Eisen bestehenden ringförmigen Kern und auf diesen aufgebrachter, Wechselstrom führender Ringwicklung, insbesondere für Ständer oder Läufer elektrischer Maschinen. Die an sich bekannte Ringwicklung ist infolge Ausbildung großer Streufelder für den Betrieb mit Wechselstrom, insbesondere in elektrischen Maschinen, von Haus aus nachteilig bzw. ungeeignet. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil durch induktive Dämpfung der Streufelder zu vermeiden und die dafür vorgesehene Anordnung auch zur Halterung des bewickelten Kernes sowie zur Wärmeabfuhr heranzuziehen. Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch einen außerhalb der Wicklung befindlichen amagnetischen Metallmantel, vor- "" zugsweise aus Leichtmetall, der sich zumindest über einen Teil des nicht von magnetischen Nutzflüssen durchsetzten Wicklungsbereiches erstreckt und gleichzeitig zur Streufelddämpfung, Halterung des bewickelten Kernes und Abfuhr der Verlustwärme ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der bewickelte Kern an der dem Metallmantel zugekehrten Oberfläche mit die Wicklung durchsetzenden Rippen versehen, die den Sitz im Metallmäntel vermitteln. Die Erfindung gestattet es, die Vorteile der Ringwicklung, nämlich:

Ersparnis an Wicklungsmetall und Vermeidung weit ausladender Wickelköpfe bei niedrigpoligen und scheibenförmigen Maschinen sowie Möglichkeit, ein' und dieselbe Wicklung auf beliebige Polzahlen umschaltbar auszuführen,

auf breiter Basis für elektrische Maschinen nutzbar zu ma-

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Die erfindungsgemäße Anordnung ist anhand der Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Asyn-■ chronmaschine mit Käfigläufer und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ständer und das Gehäuse dieser Maschine;

Fig. 3 im Längsschnitt und

Fig. 4 im Querschnitt einen scheibenförmigen erfindungsgemäßen Asynchronmotor als Kompressorantrieb, dessen fliegend angeordneter Käfigläufer gleichzeitig als Schwungrad ausgebildet ist;

Fig. 5 eine sowohl im Ständer als auch im Läufer mit Ringwicklung versehene Erregermaschine im Längsschnitt und

Fig. 6 diese Maschine im Querschnitt; Fig. 7 einen Längsschnitt und

Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Ständer, bei dem der Metallmantel durch direkten Umguß des bewickelten Blechpakets mit einem niedrigschmelzenden Metall gebildet ist.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, besitzt des innen genutete Ständerblechpaket 1 am äußeren Umfang sechs Rippen 2, die durch an der Blechkontur vorgesehene Nasen gebildet sind. Die Ringwicklung 3 ist im Innenteil des Paketes 1 in den Nuten untergebracht und am äußeren Umfang in den Sektoren zwischen den Rippen 2 annähernd gleichmäßig verteilt. Die stirnseitige Verteilung der Wicklung vom Austritt aus den Nuten bis zum äußeren Umfang des Paketes 1 ist in Fig. 2 durch ge-

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strichelte Linien angedeutet. Das Paket ist mit den Rippen 2 in ein Leichtmetallrohr 4 eingepreßt, das seinerseits in einem herkömmlichen gerippten, oberflächenbelüfteten Motorgehäuse 5 - z.B. aus Grauguß- angeordnet ist.

Zu beiden Seiten des Ständerpaketes sind zwei ringförmige Leichtmetallscheiben 6, die zweckmäßig bis zum Bohrungsdurchmesser des Paketes 1 nach innen reichen^ im Rohr 4 angeordnet, und zwar vorteilhaft eingepreßt, -gelötet oder -geschweißt. Sie bilden zusammen mit diesem Rohr den erfindungsgemäßen amagnetischen Metallmantel, der auf Grund der guten elektrischen Leitfähigkeit des Leichtmetalls die Streu-felder der Ringwicklung durch induzierte Wirbelströme zum Großteil abdämpft, wobei das Rohr 4 auch die Halterung des bewickelten Paketes 1 besorgt und die Abfuhr der Ständerverlustwärme an das Gehäuse 5 vermittelt. TJm den Wärmeübergang von Paket 1 und Wicklung 3 an die Teile 4 und 6 zu verbessern, ist der Raum zwischen Kern, Wicklung und Metellmantel erfindungsgemäß zumindest teilweise mit Gießharz 7 ausgefüllt, vorzugsweise mit einem, dessen Wärmeleitfähigkeit durch geeignete Füllstoffe, wie z. B. Quarz, Aluminiumoxyd, Graphit oder Metallpulver erhöht ist. Bei geeigneter Ausbildung der Wicklungsisolation kann anstelle des Gießharzes auch mit niedrigschmelzenden Metallegierungen - es gibt solche Legierungen mit von 6O⁰C aufwärts feinstufig wählbarem Schmelzpunkt - vergossen werden, wodurch eine besonders gute Leitung der Verlustwärme zum Metallmantel erzielt wird. Fallweise kann ein-solcher Verguß aus Metall bzw. Gießharz auch die Halterung des bewickelten Paketes im Metallmantel 4 u. 6 übernehmen,.also die Rippen 2 entfallen lassen.

Um bei Preßsitz der Scheiben 6 einen für die Wirbelstromdämpfung der Streufelder vorteilhaft klänen elektrischen Übergangswiderstand zum Rohr 4 nach dem Einpressen aufrechtzuerhalten, d. h. eine fortschreitende Spaltkorrosion an den Sitzflächen zu unterbinden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Sitzfugen 8 mit Lack abzudecken.

Die Anschlußleitungen der Wicklung 3 sind durch eine Bohrung

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9 in einer der Scheiben 6 herausgeführt.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung eines besonderen Leichtmetallrohres 4 im Gehäuse 5 kann für den Pail wirtschaftlich vorteilhaft sein, daß vorhandene - nicht amagnetische - Gehäuse anderer Motoren für erfindungsgemäße Maschinen Verwendung finden können. Besteht jedoch das Gehäuse 5 aus einem amagnetischen Metall, insbesondere Leichtmetall, so kann es selbst einen Teil des erfindungsgemäßen Metallmantels bilden, d. h. die Scheiben 6 sitzen dann unter Fortfall des Rohres 4 unmittelbar im Gehäuse 5· Sind die in Fig. 1 mit 10 bezeichneten Lagerschilde aus Leichtmetall, so können sie erfindungsgemäß in geeigneter Ausführung, d. h. möglichst nahe an die Stirnseite der Wicklung herangerückt, mit den Scheiben 6 vereinigt sein.

In der Ständerbohrung des Motors nach Fig. 1 und 2 ist beispielsweise ein Käfigläufer üblicher Ausführung angeordnet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen erfindungsgemäßen Antriebsmotor für einen Kolbenkompressor, wobei der Motorläufer gleichzeitig das zur Übernahme der Drehmomentpulsationen erforderliche Schwungred bildet. Das innen genutete Ständerpaket 11 trägt die Ringwicklung 12 und weist am äußeren Umfang acht Rippen auf, die durch aufgeschweißte Leisten 13 gebildet sind. ■ Diese Leisten verbinden einerseits die einzelnen Bleche des Paketes miteinander und vermitteln andererseits den Sitz in einem Leichtmetallgehäuse 14· Dieses an den angetriebenen Kompressor angeflanschte Gehäuse ist mit einem Bord 1 5 ausgebildet, der hinsichtlich Streufelddämpfung eine der Scheiben 6 der Anordnung nach Fig. 1 ersetzt. Der erfindungsgemäße Metallmantel wird durch eine gelochte oder geschlitzte Stirnplatte 16 aus Leichtmetall vervollständigt, die gleichzeitig Berührungsschutz gibt. Zur Erleichterung der Ausbildung streuf eiddämpf ender Wirbelströme ist die Stirnplatte in derder Wicklung 12 gegenüberliegenden Ringzone 17 mit vergrößerter Wandstärke ausgeführt. Diese Stirnplatte könnte auch durch einen aus Leichtmetall bestehenden Lagerschild, in dem dann die Kompressorwelle 21 gelagert wäre, ersetzt sein.

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Der Aktivteil des Läufers "besteht aus dem genuteten Blechpaket 18 mit dem Kurzschlußkäfig 1 9· Das Paket sitzt auf dem Kranz 20 eines fliegend auf der Kompressorwelle befestigten Rades 22, dessen axial vorgezogene Speichen 23 im Betrieb als Lüfterflügel wirken. Sie erzeugen ein Druckgefälle, das Luft durch die Öffnungen 24 der Stirnplatte 16 axial ansaugt. Diese Luft strömt, wie in Fig. 3 durch Pfeile angedeutet, zunächst radial nach außen, wird dann vom Gehäuse 14 axial umgelenkt, durchsetzt den ringförmigen Raum zwischen Wicklung 12 und dem Gehäuse 14 und tritt durch die Öffnungen 25 der Stirnplatte wieder aus. Dadurch, daß bei dieser durchzugsbelüfteten Maschine ein Teil des Raumes zwischen Ringwicklung und Metallmantel für den Durchsatz eines Kühlmittels - hier Luft - herangezogen ist, wird eine gute Abfuhr sowohl der Eisen- und Wicklungsverluste als auch der durch die Wirbelströme in den Teilen 14 und 16 erzeugten Wärme erzielt.

Die Maschine ist ausgeprägt scheibenförmig gestaltet, um einen für die angestrebte Schwungradwirkung des Läufers ausreichend großen Durchmesser zu erzielen. Die mit einer üblichen Trommelwicklung des Ständers zwangsläifig verbundene sehr große axiale Wickelkopfausladung - mit entsprechendem Mehraufwand an Wicklungsmetall - ist durch die Anordnung mit Ringwicklung vermieden.

Mit den Fig. 5 und 6 ist eine erfindungsgemäße Ausbildung einer entgegen dem Drehfeld betriebenen Induktionsmaschine dargestellt, die in an sich bekannter Weise zur bürstenlosen Erregung von Synchronmaschinen verwendet wird und sowohl im Ständer als auch im Läufer bewickelt ist.

Das innen genutete Ständerpaket 26 sitzt mittels aufge-. schweißter Leisten 27 im Leichtmetallgehäuse 28, das am Lagerschild 29 der (nichi^ezeichneten) Hauptmaschine angeflaisdit ist. Die beispielsweise mit Drehstrom gespeiste'Ringwicklung 30 des Ständers induziert in der Ringwicklung 31 des Läufers Spannungen, die in bekannter Weise dur.ch mitrotierende Dioden (nicht gezeichnet) gleichgerichtet und durch eine Axialbohrung der Welle 32. der Läuferwicklung der Hauptmaschine

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zugeführt werden. Die Ringwicklung 31 ist auf einem außen genuteten Blechpaket 33 angeordnet, das mittels aufgeschweißter Leisten 34 auf dem aus Leichtmetall bestehenden Läuferkranz

35 sitzt. Dieser Kranz ist mit einem nach außen gerichteten Bord 36 versehen, der die Lüfterschaufeln 37 trägt. Die Läufernabe 38 ist mit dem Kranz 35 durch Speichen 39 verbunden und sitzt fliegend auf der Welle 32 der Hauptmaschine.

Das Gehäuse 28 ist mit einem sich auch über die Stirnseite der Läuferwicklung nach innen erstreckenden Bord 40 ausgebildet' und weist auf der anderen Seite des Ständerpaketes eine eingepreßte - oder -gelötete - Leichtmetallscheibe 41 auf.

Der streufelddämpfende Metallmantel für die Ständerwicklung 30 wird durch das Gehäuse 28, dessen Bord 40 und die Scheibe 41 gebildet.Der Gehäueebord 40 ist auch ein Teil des Metallmantels zur Streufelddämpfung der Läuferwicklung 31· Der übrige Teil dieses Mantels besteht aus dem Läuferkranz 35 und dem Läuferbord 36.

Die Maschine ist stirnseitig durch ein am Gehäüsebord 40 befestigtes Gitter 42 abgeschlossen, durch das Kühlluft angesaugt wird, die sich gemäß den eingezeichneten Pfeilen in drei Parallelströme verzweigt. Ein Teil durchströmt den Raum zwischen den Läuferspeichen 39» um dann in den Lüfterschaufelkranz 37 einzutreten. Ein anderer Teil durchsetzt den Raum zwischen Läuferwicklung 31 und Läuferkranz 35 sowie Bord 36. Der dritte Zweigstrom fließt zunächst zwischen einer Stirnseite der Läuferwicklung 31 und dem Gehäusebord 40 und dann zwischen der StänderwidcLung 30 und den Teilen 40, 28 und 41· Im ringförmigen Raum zwischen den Teilen 41 und

36 vereinigen sich die beiden letztgenannten Kühlluftströme und treten dann in den Schaufelkranz 37 ein. Die gesamte Kühlluft gelangt aus diesem Schaufelkranz durch die Öffnung 43 in die Hauptmaschine.

Bei in radialer Richtung gedrängten Platzverhältnissen können unter Fortfall des Kranzes 35 sowie der Speichen 39 und

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Verzicht auf den diese Speichen durchsetzenden Kühlluftstrom die Leisten 34 des Läuferpaketes 33 auch auf der Läufernabe 38 sitzen, die dann einen Teil des streufelddämpfenden Metallmantels bildet.

In den Fig. 7 und 8 ist eine vorzugsweise für kleinere Maschinen geeignete Variante der Erfindung dargestellt. Das Ständerpaket 44 mit seiner Ringwicklung 45 wird in einer geeigneten Form derart mit einer niedrigschmelzenden Metallegierung umgössen, daß sich das außen gerippte, topfförmige Gehäuse 46 ergibt, das den streufelddämpfenden Metallmantel bildet, eine allseitige Verankerung von Ständerpaket und Wicklung liefert und die Verlustwärme mit guter Wärmeleitfähigkeit abführt. Eine Stirnseite des Gehäuses 46 ist als Lagerschild ausgebildet, während auf der Gegenseite ein gesonderter Lagerschild 47 (aus beliebigem Werkstoff) vorgesehen ist. Der Läufer üblicher Ausführung ist nicht eingezeichnet.

18 Patentansprüche
8 Figuren

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Claims

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Pa tentansprüche

Anordnung mit magnetisch leitfähigem, vorzugsweise aus geblechtem Eisen bestehenden ringförmigem Kern und auf diesen aufgebrachter, Wechselstrom führender Ringwicklung, insbesondere für Ständer oder Läufer elektrischer Maschinen, gekennzeichnet durch einen außerhalb der Wicklung befindlichen amagnetischen Metallmantel, vorzugsweise aus Leichtmetall, der sich zumindest üoer einen Teil des nicht von magnetischen Nutzflüssen durchsetzten Wicklungsbereiches erstreckt und gleichzeitig zur Streufelddämpfung, Halterung des bewickelten Kernes und Abfuhr von Verlustwärme ausgebildet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewickelte Kern (1,11,26,33) an der dem Metallmantel zugekehrten Oberfläche mit die Wicklung durchsetzenden, den Sitz im Metallmantel vermittelnden Rippen (2,13,27, 34) versehen ist.
3· Anordnung nach Anspruch 2 mit geblechtem Kern, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen durch an der Blechkontur vorgesehene Nasen (2) gebildet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2 mit geblechtem Kern, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen durch auf den Kern geschweißte Leisten (1 3) gebildet sind.
5· Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4 für den Ständer

elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Metallmantels aus einem im Maschinengehäuse (5) angeordneten Rohr (4) besteht.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4 für den Ständer elektrischer Maschinen, dadurch gekennezichnet, daß zumindest ein Teil des Metallmantels dur,ch das Maschinengehäuse (46) gebildet ist.

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7· Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4 für den Läufer elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Metallmantels durch eine Läufernabe (38) gebildet ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4 für den Läufer elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Metallmantels durch einen besonderen Läuferkranz (35) gebildet ist.
9- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel einen Bord aufweist, der sich zumindest teilweise über den an einer Stirnseite des Kernes befindlichen Wicklungsbereich erstreckt.
10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest gegenüber-einer Stirnseite des Kernes eine Metallscheibe (6), insbesondere aus Leichtmetall, vorgesehen ist, die vorzugsweise mit dem übrigen Metallmantel (4) durch Lötung, Schweißung oder Preßsitz leitend verbunden ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10 mit zumindest einer durch Preßsitz mit dem übrigen Metallmantel leitend verbundenen Metallscheibe, gekennzeichnet durch eine Lackabdeckung der Sitzfugen (8).
12. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10 für elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord des Metallmantels bzw. zumindest eine der stirnseitigen Metallscheiben als Lagerschild ausgebildet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10 für elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord (36) des Metallmantels (35) bzw. zumindest eine der stirnseitigen Metallscheiben eis Lüfter (37) ausgebildet ist.
14· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Kern (1), Wicklung (3)

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und Metallmantel (4,6) zumindest teilweise mit Gießharz (7) vergossen ist, vorzugsweise mit einem, dessen Wärmeleitfähigkeit durch Füllstoffe wie z. B. Quarz, Aluminiumoxyd, Graphit oder Metallpulver erhöht ist.
15· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Kern, Wicklung und Metallmantel zumindest teilweise mit einem niedrig schmelzenden Metall vergossen ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Raumes zwischen Wicklung und Metallmantel für den Durchsatz eines Kühlmittels herangezogen ist.
17· Anordnung nach Anspruch 14 oder 1.5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verguß zumindest teilweise auch die Halterung von Kern und Widiung im Metallmantel bewirkt.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Metallmantels durch einen aus niedrig schmelzendem Metall bestehenden, die Wicklung (45) von außen bedeckenden Uinguß (46) gebildet ist.

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