DE2620984C2 - Elektrische Maschine mit Luftspaltwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei derartigen Maschinen, wie sie aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 01442 bekannt sind, treten infolge von Lastwechsel oder Kurzschluß Belastungen auf, die zur Beschädigung der Wicklung führen können. Zur Vermeidung derartiger Schaden sind bei der bekannter. Maschine zwischen dem Stator und der Wicklung in Umfangsrichtung wirkende Keile mit elastischen Einlagen über den gesamten Umfang verteilt angeordnet. Dadurch kann sich die Wicklung in einem gewissen Ausmaß frei bewegen, wobei insbesondere in radialer Richtung auftretende kleine Vibrationen von den elastischen Einlagen der Keile aufgenommen werden.

Außer den in Radialriehtung effektiven Vibrationen, denen die bekannte Anordnung entgegenwirken soll, treten bei elektrischen Maschinen der eingangs bezeichneten Gattung in der Praxis auch in Umfangsund in Axialrichtung wirkende Kräfte auf. Axialkräfte ergeben sich unter anderem aus unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der verschiedenen Maschinenteile. Die bei der bekannten Anordnung vorgesehenen Keile verhindern, jedoch Relativbewegungen zwischen Wicklung und Stator in Umfangs- und Axialrichtung.

Aus der deutschen Auslegeschrift 14 63 796 ist es zwar bekannt, die Wicklung in Axialrichtung elastisch zu haltern. Die dort gezeigte Maschine weist jedoch keine Luftspaltwicklung auf; vielmehr liegen die einzelnen Leiterstäbe der Wicklung in Nuten des Stators, so daß die Wicklung bezüglich des Stators in Umfang-srichtung starr ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Maschine der eingangs bezeichneten Gattung derart auszubilden, daß bei Laständerungen oder Kurzschlüssen die Lufcspaltwicklung nicht beschädigt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Die danach vorgesehene Halterung enthält elastische Elemente, die Relativbewegungen zwischen Wicklung und Stator in Axial- und Umfangsrichtung gestatten, so daß die Gefahr einer Beschädigung der Wicklung infolge elektrodynamischer oder thermischer Kräfte verringert ist Da die Wicklung nicht nur an ihren Enden sondern auch im axial mittleren Bereich am Stator gehaltert ist wird gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit der Anordnung erreicht

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigen

Fi g. 1 und 2 in fragmentarischer Draufsicht Beispiele, die das Prinzip der Maschine mit Spaltwicklung erläutern;

Fig.3 im axialen Teilschnitt die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung;

Fig.4 im axialen Teilschnitt den Zentralbereich des Stators eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
F i g. 5 einen Schnitt nach V-V in F i g. 4;
F i g. 6 im axialen Teilschritt einen Seitenbereich des «o Stators;

Fi g. 7 einen Schnitt nach VII-VII in F i g. 6;
Fi g. 8 im axialen Teilschnitt den zentralen Statorbereich eines weiteren Ausführungsbeispiels;

Fig.9 im axialen Teilschnitt einen Seitenbereich des Stators eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und

F i g. 10 einen Schnitt nach X-X in F i g. 9.
Anhand der F i g. 1 bis 3 ist das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip erläutert. Ein zylindrisches Statorgehäuse 1 umschließt den zylinderringförmigen Stator 2, der an der Innenseite des Gehäuses befestigt ist und keine Nuten besitzt. Konzentrisch im Stator 2 ist auf einer Rotorwelle 5 ein Rotor 3 gelagert. Die Rotoraußenfläche und die Statorinnenfläche lassen zwischen sich einen Ringspalt frei. In diesem Spalt zwischen Stator 2 und Rotor 3 ist die Ankerwicklung 4 angeordnet. Die Ankerwicklung 4 ist am Stator gehaltert. Sie kann zu diesem Zweck an Halterungen 5 befestigt sein, die am Stator 2 vorgesehen sind. Sie kann außerdem an Seitenbiechen 14 befestigt sein, die an den seitlichen Stirnflächen des Stators in der in den F i g. I und 3 gezeigten Weise befestigt sind. Die Ankerwicklung 4 kann alternativ außerdem über Träger 5 am Statorgehäuse 1 (F i g. 2) gehaltert sein.
Als Träger können elastische Federelemente verwendet werden oder auch ihrer Konstruktion nach starre Elemente, die über Federelemente am Stator oder an der Ankerwicklung angekoppelt sind und so die

Relatiwerschieblichkeit zwischen der Ankerwicklung 4 und dem Stator 2 gewährleisten.

Mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion, bei der die Ankerwicklung 4 innerhalb des Stators 2 an Trägern 5 aufgehängt ist, die am Stator 2 angelenkt sind, ί können auf die Ankerwicklung 4 einwirkende Umfangskräfte durch die elastische Verformung der Träger 5 aufgenommen werden.

Da also die Ankerwicklung 4 nicht ortsfest, sondern als Ganzes verschiebbar am Stator gehaltert ist, kann m die gesamte Ankerwicklung 4 in Umfangsrichtung aueweichen, wenn durch abrupte Laständerungen erhebliche Kräfte in Umfangsrichtung an der Ankerwicklung angreifen. Dadurch wird eine Spannungskonzentration in der Ankerwicklung 4 und eine Verformung der Wicklung oder eine Zerstörung ihrer Isolation unterdrückt

Während des Betriebes des Dynamos treten in der Ankerwicklung 4 Erwärmungen auf, die zu einer thermischen Ausdehnung der Ankerwicklung 4 führen. Bei starrer, gebräuchlicherweise an den axialen Seitenflächen vorgenommener Sicherung der Ankerwicklung am Stator treten eben an diesen axial seitlichen starren Befestigungen mechanische Verspannungen auf, die ebenfalls zu einer Verformung oder Dejustierung der Ankerwicklung 4 und zu einer Beschädigung ihrer' Isolation fähren. Diese mechanischen Kräfte werden durch die von der starren Halterung erzeugten Gegenkräfte oder Hemmkräfte hervorgerufen. Ist dagegen die Halterung der Anker- jo wicklung 4 in der vorstehend beschriebenen Weise federelastisch, so kann eine Beschädigung der Ankerwicklung 4 und ihrer Isolation durch die Verformung der federelastischen Elemente verhindert werden.

Der Kern der Erfindung liegt also darin, daß die Ankerwicklung durch Aufhängung an einem ortsfesten Element des Dynamos in der Weise gehaltert ist, daß sie in Umfangsrichtung relativverschiebbar ist, wenn auf die Ankerwicklung Tangentialkräfte einwirken.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den F i g. 4 und 5 ist eine Anordnung zur Aufhängung der Ankerwicklung 4 im axialen Zentralbereich des Stators 2 gezeigt.

Die Ankerwicklung 4 besteht aus elektrisch leitenden Stäben, die von einem Isolator 6 umhüllt sind.

Die Ankerwicklung 4 ist auf einem zylindrischen Rahmen 40 aus elektrisch isolierendem Werkstoff gehaltert. Mehrere scheibenförmige Trägereleniente 7 sind über den Umfang des Stators 2 verteilt angeordnet und mit ihrer einen, den/ Stator abgekehrten Seite durch einen Bindedraht 41 an der Ankerwicklung 4 befestigt Der Draht 41 ist mit einem gehärteten Kunstharz 42 getränkt Am gegenüberliegenden Ende ist am Träger 7 ein in den Stator 2 hineinragender Zapfen 8 angeformt. Auf dem als Gewindezapfen ausgebildeten Zapfen 8 ist eine Scheibe 9 gehaltert, die durch eine Kiemmutter 10 gehalten ist, die ihrerseits auf den Gewindezapfen 8 geschraubt ist. Die einzelnen Scheiben 9 sind in einer Ausnehmung angeordnet, die zwischen zwei Zwischenringe 11a und üb im Zentrum des Stators 2 einander gegenüberliegend ausgebildet sind. Die Ausnehmung 12 zwischen den beiden Zwischenringen 11a und 116 ist dabei so groß ausgebildet, daß die Scheibe 9 sowohl in Umfangsrichtung als auch axial in der Ausnehmung 12 verschiebbar ist. "n der Ausnehmung 12 sind weiterhin zwei Federn 13 angeordnet, die in axialer Richtung mit einander entgegengesetzter Beaufschlagung gemeinsam auf die Scheibe 9 einwirken.

In den Fig.6 und 7 ist eine Vorrichtung zur Halterung der Ankerwicklung 4 an den einznder gegenüberliegenden stirnseitigen Seiten des Stators 2 gezeigt

Mehrere über den Umfang verteilte Seitenbleche 14 sind mit Schraubbolzen 15 und Muttern 16 an der seitlichen Stirnfläche des Stators 2 befestigt Jedes der Seitenbleche 14 weist eine Umfangsnut 17 auf, in der eine in Umfangsrichtung verschiebbare Gleitführung 19 mittels eines Kugellagers 18 gelagert ist Die Gleitführung 19 weist ihrerseits eine Axialnut 20 auf, in der ein Teil des Wicklungsträgers 22 über ein Kugellager 21 axial verschiebbar gelagert ist Das freie Ende des Trägers 22 ist über einen Puffer 23 an einem Seitenteil der mit einem Isolator 6 überzogenen Ankerwicklung befestigt das axial aus dem Stator 2 herausragt Die Sicherung des Trägers 22 an der Ankerwicklung 4 ist vorzugsweise durch Aufbinden des Sicherungselementes mit Einern Band oder Draht bewirkt Das Band oder die Leine 24 besteht vorzugsweise aus Glasfasern.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion, bei der ein Zentralbereich und die einander gegenüberliegenden Seitenbereiche der Ankerwicklung 4 an entsprechenden Teilen des Stators 2 aufgehängt sind, können bei abrupt an der Ankerwicklung 4 in Umfangsrichtung angreifenden Kräften aufgrund einer abrupten Laständerung im Zentralbereich des Stators 2 die Klemm- oder Gleitscheiben 9 in den Ausnehmungen 12, die zwischen den Zwischenringen lla und 116 ausgebildet sind, zusammen mit dem Träger 7, der fest mit der Ankerwicklung 4 verbunden ist verschoben werden. Dabei wird die abrupte Verschiebung der Scheibe 9 in Umfangsrichtung durch die axial auf die Scheibe einwirkenden Federn 13 gedämpft Gleichzeitig bewegen sich die fest mit der Ankerwicklung 4 verbundenen Träger 22 beim Auftreten in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte in dieser Richtung und nehmen dabei die Gleitführung 19 mit, die relativ zu den Seitenblechen 14 in Umfangsrichtung verschoben werden. Die Gleitführung 19 wird dabei in der Umfangsnut 17 im Endblech 14 gegen die Vorspannung durch Federn 44 verschoben, die diese Verschiebung dämpfen.

Der Verschiebung der Ankerwicklung 4 in Umfangsrichtung steht also, wie vorstehend gezeigt, keine starre Halterung entgegen. Auch die seitlichen Halterungen der Ankerwicklung 4 können der im Zentralbereich stattgegebenen Verschiebung folgen. Eine Verformung der Ankerwicklung 4 oder eine Beschädigung der Isolation 6 durch, lokale Spannungskonzentration ist ausgeschlossen.

Außerdem können die bei Betrieb der Maschine dup-h Erwärmung auftretenden thermischen Längenänderungen der Ankerwicklung 4 in den Trägern 19 aufgefangen werden, relativ zu denen die Ankerwicklung 4 axial verschiebbar ist Auf diese Weise können auch axiale Verformungen in der Ankerwicklung ausgeschaltet werden.

Auf diese Weise können auch gleichzeitig auftretende Verschiebungen in Umfangsrichtung und thermische axiale Ausdehnungen der Ankerwicklung 4 aufgefangen werden, ohne daß diese verformt oder ihre Isolation beschädigt wird.

In den F i g. 8 bis 10 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt Die Fig.8 zeigt eine Trägerstruktur zur Aufhängung der Ankerwicklung 4 im Zentralbereich des Stators 2. Im Zentralbereich des Stators 2 sind Zwischenringe 11a nnrf 1 i h ρΊηυρ^^πι Λί*

einander gegenüberliegen und gemeinsam zwei getrennt übereinanderliegende Ausnehmungen 25 und 26 bilden. Jede der Ausnehmungen 26 nimmt eine Druckfeder 27 und eine Kugel 29 auf, die der Gleitlagerung des Trägers 7 dienen. Jede der Ausneh- S mungen 25 weist eine Druckfeder 13 und eine Kugel 28 auf, die ebenfalls als Gleitlager wirken. Der Träger 7 ist also zwischen den Kugelgleitlagern 29 in den Ausnehmungen 26 in den Zwischenringen 11a und 116 eingespannt. An seinem gegenüberliegenden Ende ist der Träger 7 mit einer Schnur 24 auf die Ankerwicklung 44 gebunden. Ein Gewindezapfen 8 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers 7 angeformt. Eine Gleitführung 9 ist am Zapfen 8 befestigt und durch eine Gegenmutter 10 gesichert. Die Gleitführung greift seitlich in die Ausnehmungen 25 ein, die zwischen den Zwischenringen 11a und 116 ausgebildet ist, und liegt mit ihrer Unterseite auf den Lagerkugeln 28 auf. Die oiCiiCrungSiTiUttCr iO iSi durch Citic ^iiuUng 30 iSTr

Gehäuse 1 von außen zugänglich.

Auf diese Weise können im Zentralbereich des Stators die Träger 7, die fest mit der Ankerwicklung 4 verbunden sind, relativ zum Stator in Umfangsrichtung verschoben werden. Dabei wirken die Federn 27 und 13 einspannend auf den Träger 7, während die Gleitführung 9 der Dämpfung einer abrupt auf den Träger 7 in Umfangsrichtung einwirkenden Kraft dient.

In den Fig.9 und 10 ist eine Anordnung zur Halterung der Ankerwicklung 4 an den beiden seitlichen Stirnflächen des Stators 2 gezeigt. Eine Ringführung 32 JO ist mit Umfangsnuten 31 versehen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die Ringführung 32 ist mit Schraubbolzen 15 und Sicherungsmuttern 16 auf der seitlichen Stirnfläche des Stators befestigt. Ein Dämpfungsglied 35 mit einer Feder 34 ist zwischen der Mut'er 16 auf dem Schraubbolzen 15 und der Ringführung 32 angeordnet und spannt diese gegen die Seitenfläche des Stators vor. Die Ringführung 32 ist auf den Schraubbolzen 15 verschiebbar. In jede der in der Ringführung 32 ausgebildeten Umfangsnuten 31 greift ein Träger 39 ein, der an seinem gegenüberliegenden Ende unter Zwischenschaltung eines Dämpfungselementes 23 auf der Ankerwicklung 24 befestigt ist. In der Umfangsnut 31 ist der Träger 39 zwischen gleitfähigen Lagerkugeln 33 in Umfangsrichtung verschiebbar eingespannt. Ein Gewindezapfen 8 ist an der der Ankerwicklung 4 gegenüberliegenden Seite des Trägers 39 angeformt und ragt radial durch die Ringführung 32 hindurch. Eine Unicriagschcibc 37 ist auf dem Zapfen S durch eine Sicherungsmutter 10 gesichert. Die Unterlagscheibe 37 ist über Lagerkugeln 38 auf der Ringführung 32 gelagert, um so eine leichte Verschiebbarkeit der Struktur in Umfangsrichtung zu gewährleisten.

Mit dieser Anordnung kann bei Verschiebung der Ankerwicklung in Umfangsrichtung eine entsprechende Verschiebung des Trägers 39 und der Unterlagscheibe 37 mit den Kugeln 33 und 38 erfolgen, während eine Wärn-Jiausdehnung der Ankerwicklung 4 durch eine axiale Verschiebung der Ringführung 32 auf den Schraubbolzen 15 ausgeglichen werden kann.

Hierzu 3 Blstt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine mit einer im Luftspalt zwischen dem Stator (2) und dem dazu konzentrischen Rotor (3) angeordneten Wicklung (4), die über eine elastische Elemente (13, 27, 34, 43, 44) enthaltende Halterung am Stator (2) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden axialen Enden sowie in Aussparungen (12,25,26) im axial mittleren Bereich des Stators (2) an der Wicklung (4) befestigte, radial nach außen verlaufende starre Träger (7, 22,39) vorgesehen und die eine Relativbewegung sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung zulassenden, elastischen Elemente (13, 27, 34, 43, 44) zwischen die äußeren Enden der Träger (7, 22, 39) einerseits und die Enden des Stators (2) bzw. die Innenwände der Aussparungen (12,25,26) andererseits eingefügt sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet £^ß die Träger (7,22,39) gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den axialen Enden des Stators (2) angeordneten elastischen Elementen (34, 44) an einer mit den äußeren Enden der dort vorgesehenen Träger (22, 39) gekoppelten Führungseinrichtung (19, 32) angreifen (F i g. 6, 7, 9, 10).

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung einzelne Führungsstücke (19) umfaßt, die gegenüber den Enden des Stators (2) in Umfangsrichtung und gegenüber den Trägern -'22) in Axialrichtung verschiebbar gelagert rind (F i g. 6,7).

5. Maschine nach Anspruch- 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (32) ringförmig ausgebildet und gegenüber dem Stator (2) in Axialrichtung und gegenüber den Trägern (39) in Umfangsrichtung verschiebbar gelagert ist (F i g. 9, 10).