DE2655399A1

DE2655399A1 - Im luftspalt einer elektrischen maschine angeordnete staenderwicklung

Info

Publication number: DE2655399A1
Application number: DE19762655399
Authority: DE
Inventors: Masaki Sato; Miyoshi Takahashi; Noriyoshi Takahasi; Mashatoshi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-12-25
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS5279202A; SU1268117A3; US4137471A; DE2655399C2

Description

Im Luftspalt einer elektrischen Maschine angeordnete Ständerwicklun.^

Die Erfindung bezieht sich auf den Aufbau einer Ständerwicklung, die im Luftspalt zwischen Ständerkern und Läuferkern einer umlaufenden elektrischen Maschine angeordnet ist. Eine derartige Ständerwicklung ist an der Innenfläche des Ständerkerns iin allgemeinen über die einzel- ;. nen Spulen tragende Stützelemente montiert, die an der Innenfläche des Ständerkerns in radialer Richtung herausragen.

Eine solche im Luftspalt angeordnete Ständerwicklung v/ird vom Hauptmagnetfluß direkter beeinflußt als eine in Nuten an der Innenfläche des Ständerkerns angeordnete Wicklung. Daher v/erden für elektrische Maschinen mit Luftspalt-Wicklung gewöhnlich feine Drähte von etwa 1,0 mm Durchmesser für die Stränge verwendet, die zu den einzelnen Standerwicklungsstäb en miteinander gebündelt werden. Jeder Wicklungsstab ist an seinem Umfang mit einer Isolation bedeckt. Mehrere solcher Wicklungsstäbe sind ferner zusammengefaßt und unter Bildung einer Standerspule an der gesamten Oberfläche mit einer geerdeten Isolation versehen. Die so gebildeten Ständerspulen sind mit Hilfe der Stützelemente an der Innenfläche des Ständers montiert.

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In der USA-Patentschrift 3 405 297 ist ein Beispiel für einen derartigen Aufbau einer Ständerwicklung gezeigt, wobei die Wicklung mehrere Ständerspulen umfaßt, deren jede aus mehreren jeweils von einem geeigneten Isoliermaterial umgebenen und miteinander gebündelten Wicklungsstäberi besteht. Die einzelne Ständerwicklung ist ferner durch ein geeignetes umgebendes Isoliermaterial verfestigt und an der Innenfläche des Ständerkerns mit Hilfe jeweiliger Stützelemente montiert, die an der Innenfläche des Ständerkerns herausragen.

Ein weiteres Beispiel aus dem Stand der Technik bildet die USA-Patentschrift 3 082 337, bei der die Ständerwicklung mehrere Ständerspulen umfaßt, die in einem an der Innenfläche des Ständerkerns abnehmbar befestigten Zylinder aus geeignetem Gießharz, beispielsweise Epoxyharz, eingebettet sind.

Wie oben beschrieben, werden jedoch die in den Statorspulen von dem Hauptmagnetfluß in dem Luftspalt erzeugten elektromagnetischen Kräfte sehr groß. Da ferner die Ständerwicklung direkt am Luftspalt angeordnet ist, greifen die elektromagnetischen Kräfte direkt an den Spulen an und bewirken in diesen Vibrationen mit unterschiedlichen Schwingungsmodi. Die Stärke, Phase und Richtung der Vibrationen sind in den einzelnen Ständerspulen verschieden, so daß jede Ständerspule mit Vibrationen unterschiedlicher Stärke, Phase und Richtung oszilliert. Die somit unterschiedlich am Ständerkern angreifenden elektromagnetischen Kräfte bilden in der elektrischen Maschine eine Quelle von Vibrationen.

Der Ständerkern ist also mit Vibrations-Spannungen, abnormalen örtlichen Oszillationen und Geräuschen behaftet. Durch die Vibrations-Spannungen werden auch die die einzelnen Statorspulen umgebenden elektrischen Isolationen merklich verschlechtert, und außerdem treten örtliche Verluste und erhöhte Temperaturen auf.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile bei vergleichbaren elektrischen Maschinen nach dem Stand der Technik mindestens teilweise zu beseitigen. In Anbetracht des oben geschilderten Standes der Technik kann eine

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speziellere Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, eine im Luftspalt einer elektrischen Maschine angeordnete Ständerwicklung zu schaffen, bei der die durch die elektromagnetischen Kräfte hervorgerufenen Vibrationen reduziert sind. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es auch, eine derartige Ständerwicklung vorzusehen, die eine größere Lebensdauer hat und einfach herzustellen ist.

Die erfindungsgemäße im Luftspalt zwischen Ständerkern und Läuferkern einer elektrischen Maschine angeordnete Ständerwicklung ist in mehrere Spulengruppen unterteilt, wobei jeweils e ine oder mehrere dieser Spulengruppen gemeinsam in eine Umhüllung eingekapselt ist bzw. sind. Die einzelnen Umhüllungen sind an der Innenfläche des Ständerkerns durch Stützeinrichtungen befestigt, so daß von den elektromagnetischen Kräften in der Umhüllung erzeugte Vibrationen verringert und vergleichmäßigt werden. Vorzugsweise besteht die Umhüllung aus einem festen Gehäuse, das einen über eine elastische Folie an der Innenfläche des Ständerkerns befestigten äußeren Mantelteil und einen diesen verschließenden inneren Mantelteil umfaßt. Vorzugsweise ist das Gehäuse ferner im Innern ebenfalls mit einer elastischen Folie ausgekleidet.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Ständerwicklungs-Aufbau

gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung des die Ständerwicklung nach Figur 1 umhüllenden Gehäuses; und

Figur 3 einen Querschnitt durch einen Ständerwicklungs-Aufbau gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf eine einlagige Luftspalt-Wicklung, bei der eine Ständerspule 100 sowie die (nur teilweise gezeigten) benachbarten Ständerspulen an der Innenfläche eines

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Ständerkerns 10 innerhalb des vom Ständerkern 10 und einem (nicht gezeigten) Läuferkern gebildeten Luftspalts montiert sind.

Jeder Wicklungsstab 11 bis 16 besteht aus einem Bündel von feinen Drähten 17 als Strang und einer diesen umgebenden Isolation 18. Durch jeden Wicklungsstab 11 bis 16 verläuft längs den feinen Drähten 17 ein Kühlrohr 19. Die so gebildeten sechs Wicklungsstäbe 11 bis 16 sind als Gruppe zusammengefaßt und bilden eine Ständerspule 100, wobei die Gruppe von Wicklungsstäben 11 bis 16 von einer geerdeten Isolierschicht 20 umgeben ist. Auf der Außenseite der Ständerspule 100 ist weiterhin eine elastische Folie 21 zur Absorption von Vibrationen der Ständerspule vorgesehen. Die mit der geerdeten Isolierschicht 20 und der elastischen Folie 21 bedeckte Ständerspule 100 ist einstückig in einem festen Gehäuse 30 gehalten und fixiert. Das Gehäuse 30 ist seinerseits durch Stützschienen und 23, die in Radialrichtung in den Luftspalt ragen, an der Innenfläche des Ständerkerns 10 angebracht und fixiert.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Gehäuse 30 von zwei Teilen gebildet, nämlich einem äußeren Mantelteil 301, der mit der Innenfläche des Ständerkerns 10 in Berührung steht, und einem inneren Mantelteil 302, der den äußeren Mantelteil 301 verschließt. Die Einzelheiten des Gehäuses 30 werden weiter unten anhand von Figur 2 beschrieben. In einem Zwischenraum zwischen dem äußeren Mantelteil 301 und dem Ständerkern 10 ist ferner eine weitere elastische Folie 24 vorgesehen, um Vibrationen der Ständerspule 100 zu absorbieren. Endabschnitte der beiden Mantelteile 301 und 302 sind in an den Stützschienen 22, 23 vorgesehene Nuten 25 und 26 eingepaßt und darin befestigt.

Durch die Verwendung des festen Gehäuses 30 werden die elektromagnetischen Kräfte, die in der in diesem Gehäuse befindlichen Ständerspule erzeugt werden und unterschiedliche Stärken, Phasen und Richtungen aufweisen, zu einer einzelnen Vibrationsquelle zusammengefaßt, wodurch die Vibrations-Stärken, -Phasen und -.Richtungen vergleichmäßigt werden. Die Ver-

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wendung der elastischen Folien 21, 24 an der Innenseite und/ oder der Außenseite des Gehäuses 30 gestattet ferner eine Absorbierung der elektromagnetischen Kräfte, woraus sich eine Abschwächung dieser Kräfte ergibt.

Die einzelnen in den Jeweiligen Wicklungsstäben 11 bis erzeugten elektromagnetiscnen Kräfte greifen also nicht direkt am Ständerkern 10 sondern in der Weise an, daß die verschiedenen Vibrationsquellen unter Abschwächung und Vergleichmäßigung zu einer einzigen Vibration zusammengefaßt werden.

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Gehäuses 30 nach Figur 1, das, wie gesagt, in Radialrichtung in zwei Mantelteile 301 und 302 zerlegt ist, um den Einbau der Ständerspule 100 zu erleichtern. Beim Einbau wird zunächst die mit der elastischen Folie 21 umhüllte Ständerspule 100 in den äußeren Mantelteil 301 eingelegt. Sodann wird der innere Mantelteil 302 am äußeren Mantelteil 301 an den Verbindungsflächen 51, 52 befestigt, und das so gebildete Gehäuse wird in die Nuten 25, 26 an den Stützschienen 22, 23 eingefügt und befestigt, nachdem die elastische Folie 24 auf der Außenseite des äußeren Mantelteils 301 angeordnet worden ist.

Das Gehäuse 30 läßt sich gemäß Figur 2 auch so herstellen, daß es in Axialrichtung in zwei oder mehrere Mantelteile zerlegt wird, um den Einbau der Ständerspule 100 weiter zu erleichtern. Die äußeren Mantelteile 301, 303 und die inneren Mantelteile 302, 304 werden nach dem Einbau der Ständerspule 100 an den Verbindungsflächen 51, 52 und 53 miteinander verklebt oder in sonstiger Weise verbunden.

Da das Gehäuse 30 die Aufgabe hat, die verschiedenen Vibrationen der Ständerspule zu vergleichmäßigen, soll es vorzugsweise eine gewisse mechanische Festigkeit gegen die elektromagnetischen Kräfte und gegen Wärmeeinwirkungen aufweisen. Das Material des Gehäuses ist vorzugsweise ferner nicht-magnetisch und verformbar; beispielsweise handelt es sich um verstärktes Kunststoff material wie etwa FFlP.

Da ferner die elastischen Folien 21, 24 die Aufgabe haben, Vibrationen zu reduzieren und absorbieren, weisen diese

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Folien vorzugsweise eine anhaltender Ermüdung widerstehende Elastizität und Dauerhaftigkeit sowie Isolationseigenschaften auf; vorzugsweise bestehen die Folien aus mit synthetischen Harzen oder Lacken imprägnierten Teflon-Vliesstoffen oder aus zu Wellplatten geformten Glas-Polyesterlaminaten.

Bei dem in Figur 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine doppellagige Wicklung. Ist der Wicklungsfaktor kleiner als 1,0, so können die Schwingungsmodi der beiden übereinander liegenden Spulen unterschiedlich voneinander sein, und die Schwingungsmodi, denen der Ständerkern ausgesetzt ist, können kompliziert werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind eine obere Ständerspule 101 und eine untere Ständerspule 102 zusammengefaßt und in einem Gehäuse 31 untergebracht; ähnlich sind eine obere Ständerspule 103 und eine untere Ständerspule 104 miteinander in einem Gehäuse 32 untergebracht. Die folgende Beschreibung nimmt nur auf die Ständerspulen 101, 102 und das feste Gehäuse 31 nach Figur 3 Bezug. Das Gehäuse 31 besteht wiederum aus einem äußeren Mantelteil 311 und einem inneren Mantelteil 312. Der Spielraum innerhalb des Gehäuses 31 ist mit einer elastischen Folie 41 ausgekleidet, um die in den Ständerspulen 101 und 102 erzeugten Vibrationen zu absorbieren. Ferner ist das Gehäuse 31 auch auf seiner Außenseite mit einer elastischen Folie 42 bedeckt, um die auf den Ständerkern 10 übertragenen Vibrationen zu absorbieren. Das so gebildete, mit der elastischen Folie 42 umhüllte Gehäuse 31 ist mit Hilfe von Stützschienen 27, 28, die an der Innenfläche des Ständerkerns 10 radial herausragen, an dieser Fläche angebracht und fixiert. Zur Fixierung dient ferner eine Stützplatte 43, die in an den Stützschienen 27, 28 vorgesehene Nuten eingesetzt ist.

Wie gesagt, haben bei einer doppellagigen Wicklung die obere und die untere Ständerspule gewöhnlich unterschiedliche elektrische Phasen. Erfindungsgemäß werden jedoch die in den Ständerspulen 101, 102 gebildeten Vibrationsquellen durch das

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feste Gehäuse 31 zu einer einzelnen Vibrationsquelle zusammengefaßt. Vorzugsweise werden die in ein gemeinsames Gehäuse eingebetteten Standerspulen derart gewählt, daß die obere und die untere Spule im gleichen Gehäuse die gleiche elektrische Phase aufweisen, um die Stärke der Vibrationen möglichst klein zu machen und Phase und Richtung der Vibrationen zu vereinheitlichen.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind die obere Ständerspule und die untere Ständerspule unter gegenseitiger Flächenberührung zusammengefaßt und in dem Gehäuse untergebracht. Vorzugsweise wird allerdings zwischen die Berührungsflächen der Ständerspulen eine geeignete elastische Schicht oder Folie eingefügt, um die Reibung zwischen den beiden Ständerspulen innerhalb des Gehäuses zu reduzieren. Von Vorteil ist es ferner, die jeweiligen Ständerspulen in einzelnen festen Gehäusen unterzubringen. In diesem Fall kann zwischen die beiden Gehäuse eine elastische Folie eingefügt werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind die elastischen Folien 41, 42 auf der Außenseite einer die Wicklungsstäbe umgebenden geerdeten Isolation 44 bzw. auf der Außenseite des festen Gehäuses 31 angeordnet; fast die gleichen Effekte lassen sich jedoch auch dann erzielen, wenn eine der beiden elastischen Folien 41 oder 42 weggelassen wird. Ferner kann die innere elastische Folie 41 auch innerhalb der geerdeten Isolation 44 vorgesehen werden, wobei die Isolation 44 in diesem Fall die elastische Folie 41 umgibt. Ferner können die innerhalb und außerhalb des Gehäuses 41 vorgesehenen elastischen Folien 41 , 42 geteilt und in Form mehrerer unzusammenhängender Stücke oder Schichten eingefügt sein. Eine verstärkte Wirkung der elastischen Folien 41, 42 läßt sich dadurch erreichen, daß Materialien verwendet werden,die entsprechend den Vibrationsmodi der Ständerspulen unterschiedliche Elastizitätsmoduln aufweisen. Die Form des festen Gehäuses hängt von der Form der Standerspulen, der Anordnung der Stützschienen, der Phasen- und Lagenzahl der Ständerspulen und der Größe der elektrischen Maschine ab.

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Wie oben im einzelnen beschrieben, werden erfindungsgemäß die verschienen Vibrationsquellen, die über die gesamte Ständer spule bzw. über die gesamte Ständerwicklung unterschiedliche Stärken, Phasen und Richtungen aufweisen, mit Hilfe der jeweiligen festen Gehäuse 2u einer einzelnen Vibrationsquelle zusammengefaßt, wobei die Vibrationen reduziert und vergleichmäßigt werden. Infolge dieser Verringerung der Vibrationen werden Beeinträchtigungen der elektrischen Isolierschichten und des Ständerkerns durch Vibrations-Spannungen und -Beanspruchungen weitgehend beseitigt, woraus sich ein dauerhafter Ständerwicklungs-Aufbau ergibt. Erfindungsgemäß wird ferner ein im Hinblick auf die Fabrikation zweckmäßiger vereinfachter Ständerwicklungsaufbau erreicht.

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Claims

P atentansprüche

1. J Ständerwicklung, die in dem zwischen Ständerkern und Läuferkern gebildeten zylindrischen Luftspalt einer elektrischen Maschine angeordnet und über eine Stützeinrichtung an der Innenfläche des Ständerkerns befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklung mehrere Spulengruppen (100; 101.-.104) umfaßt, wobei mindestens jeweils eine Spulengruppe" in einer von der Stützeinrichtung (22, 23; 27,28) getragenen Umhüllung (30; 31, 32) eingeschlossen ist.

2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Umhüllung ein festes Gehäuse (30; 31, 32) aus mehreren abnehmbaren Mantelteilen (301...304, 311, 312) umfaßt.

3. Wicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb und/oder außerhalb der Umhüllung (30; 31, 32) Vibrationsabsorbierende Mittel (21, 24; 41, 42) angeordnet sind.

4. Wicklung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede Spulengruppe (100; 101...104) mit einer elektrischen Isolation (20; 44) bedeckt ist.

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5. Wicklung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß jede Umhüllung (31 , 32) Spulengruppen (101...104) gleicher elektrischer Phase enthält.

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