DE2655399C2

DE2655399C2 - Im Luftspalt einer elektrischen Maschine angeordnete Ständerwicklung

Info

Publication number: DE2655399C2
Application number: DE2655399A
Authority: DE
Inventors: Masaki Sato; Miyoshi Hitachi Ibaraki 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: 1986-07-10
Also published as: JPS5279202A; US4137471A; SU1268117A3; DE2655399A1

Description

Die Erfindung betrifft eine im Luftspalt einer elektrischen Maschine -ngeordnete Ständerwicklung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine derartige Ständerwicklung isf aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 00 149 bekannt Die jeweils Gruppen von Wicklungsstäben umschließenden nichtmagnetischen Gehäuse haben bei der bekannten Anordnung in erster Linie die Funktion einer Isolierung und sind mit Hilfe von Verbindungselementen und Dichtungen in an der Innenfläche des Ständers vorgesehenen Aussparungen befestigt.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der US-Patentschrift 34 05 297 bekannt, bei der mehrere Wicklungsstäbe mit einem Isoliermaterial umgeben, zu einer starren Einheit verfestigt und über Stützelemente am Statorkern befestigt sind.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 73 01 078 ist eine weitere Luftspalt-Ständerwicklung bekannt, bei der sämtliche Wicklungsstäbe mittels eines gemeinsamen Isolierstoff-Wicklungsträgers zu einer einzigen, im wesentlichen starren zylindrischen Wicklung verbunden sind. Diese Wicklung ist über Keile gegenüber dem Statorkern abgestützt, wobei in den Keilen an der Wicklung anliegende elastische Einlagen enthalten sind. Dadurch soll erreicht werden, daß insbesondere in radialer Richtung auftretende kleine Vibrationen von den elastischen Einlagen aufgenommen werden, während bei Auftreten größerer Kräfte die Luftspalte zwischen den Keilen und dem Wicklungsträger zusammengedrückt werden, so daß die Ständerwicklung dann mit dem Ständerkern starr verbunden ist und die in diesem Fall auftretenden großen Schwingungen des Ständerkerns ungedämpft auf den Ständerkern übertragen werden.

Gegenüber einer Ständerwicklung, bei der die einzelnen Wicklungsstäbe in Nuten an der Innenfläche des Statorkerns eingebettet sind, wird eine Luftspaltwicklung vom Hauptmagnetfluß stärker beeinflußt, so daß die auftretenden elektromagnetischen Kräfte sehr groß werden. Diese Kräfte bewirken dabei in den einzelnen Wicklungsstäben Vibrationen unterschiedlicher Schwingungsmoden. Stärke, Phase und Richtung der Vibrationen sind in den einzelnen Wicklungsstäben verschieden. Diese Vibrationen erzeugen mechanische Spannungen, welche die die einzelnen Wicklungsstäbe umgebenden elektrischen Isolationen beeinträchtigen und zu Temperaturerhöhungen führen.

Der Erfindung liegt dia Aufgabe zugrunde, di2 beim Betrieb einer elektrischen Maschine mit einer Ständerwicklung der eingangs bezeichneten Gattung auftretenden elektromagnetischen Kräfte und die dadurch hervorgerufenen Vibrationen zu reduzieren.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im K.ennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Durch die danach vorgesehene Zusammenfassung solcher Wicklungsstäbe, die elektromagnetische Kräfte unterschiedlicher Stärken, Phasen und Richtungen erzeugen, wird erreicht, daß sich diese elektromagnetischen Kräfte innerhalb jeder Gruppe mindestens teilweise gegeneinander aufheben. Die zunächst von einer gemeinsamen Isolierschicht umgebene einzelne Wicklungsstab-Gruppe bildet somit eine kombinierte Schwingungsquelle, deren Schwingung aufgrund der teilweisen gegenseitigen Auslöschung geringer ist als die Schwingung eines einzlenen Wicklungsstabes. Die so mit der gemeinsamen Isolierschicht zusammengefaßte Gruppe ist innerhalb eines Kunststoff-Gehäuses ferner von einer vibrations-absorbierenden elastischen Folie umgeben, die dazu dient, die bereits reduzierten Schwingungen der zusammengefaßten Wicklungsstab-Gruppe zu dämpfen, so daß etwaige auf das Gehäuse übertragene Restschwingungen weiter verkleinert werden. Eine weitere Reduzierung dieser vom Gehäuse ausgeführten Restschwingungen wird durch eine jedes Geräusch umgebende weitere vibrations-absorbierende elastische Folie gedämpft.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ständerwicklung

gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig.2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung des die Ständerwicklung nach F i g. 1 umgebenden Gehäuses, und

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Ständerwicklung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Ständerwicklung sind eine Wicklungsstab-Gruppe 100 sowie die (nur teilweise gezeigten) benachbarten Wicklungsstab-Gruppen an der Innenfläche eines Ständerkerns 10 innerhalb des vom Stünderkern 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 100 zusammengefaßt, wobei die Gruppe von Wicklungsstäben 11 bis 16 von einer geerdeten Isolierschicht 20 umgeben ist. Auf der Außenseite der Wicklungsstab-Gruppe 100 ist weiterhin eine elastische Folie 21 zur Absorption von Vibrationen der Wicklungsstab-Gruppe vorgesehen. Die mit der geerdeten Isolierschicht 20 und der elastischen Folie 21 bedeckte Wicklungsstab-Gruppe 100 ist einstückig in einem festen Gehäuse 30 gehalten und fixiert. Das Gehäuse 30

ist seinerseits durch Stützschien.en 22 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 F i g. 2 beschrieben. In einem Zwischenraum zwischen dem äußeren Mantellteil 301 und dem Ständerkern 10 ist ferner eine weitere elastische Folie 24 vorgesehen, um Vibrationen der Wicklungsstab-Gruppe 100 zu absorbieren. Endabschnitte der beiden Mantelteiie 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 Wicklungsstab-Gruppe erzeugt werden und unterschiedliche Stärken, Phasen und Richtungen aufweisen, zu einer einzelnen Vibrationsqueile zusammengefaßt, wodurch die Vibrations-Stärken, -Phasen und -Richtungen vergleichmäßigt werden. Die Verwendung 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 16 erzeugten elektromagnetischen 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.

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Gehäuses 30 nach F i g. i, das, wie gesagt, in Radialrichtung in zwei Mantelteile 301 und 302 zerlegt ist um den Einbau der Wicklungsstab-Gruppe 100 zu erleichtern. Beim Einbau wird zunächst die mit der elastischen Folie 21 umhüllte Wicklungsstab-Gruppe 100 in den äußeren Mantelteil 301 eingelegt Sodann wird der innere Manlelteil 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 d« elastische Folie

24 auf der Außenseite des äußeren Mantelteils 301 angeordnet worden ist.

Das Gehäuse 30 läßt sich gemäß F i g. 2 auch so herstellen, daß es in Axialrichtung in zwei oder mehrere Mantelteüe zerlegt wird, um den Einbau der Wicklungsstab-Gruppe 100 weiter zn erleichtern. Die äußeren Mantelteiie 301, 303 und die inneren Mantelteiie 302, 304 werden nach dem Einbau der Wicklungsstab-Gruppe 100 an den Verbindungsfiächen 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 Kunststoffmaterial wie etwa faserverstärkten Kunststoff.

Da ferner die elastischen Folien 21, 24 die Aufgabe haben. Vibrationen zu reduzieren und absorbieren, weisen diese Folien vorzugsweise eine anhaltender Ermüdung widerstehende Elastizität und Dauerhaftigkeit sowie Isolationseigenschaften auf; vorzugsweise bestehen die Folien aus mit synthetischen Harzen oder Lacker, imprägnierten Teflon-Vliesstoffen oder aus zu Wellplatten geformten Glas-Polyesterlaminaten.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine doppellagige Wicklung. Ist der Wicklungsfaktor kleiner als 1,0, so können die Schwingungsraoden der beiden übereinan-

!0 derliegenden Spulen unterschiedlich voneinander sein, und die Schwingungsmoden, denen der Ständerkern ausgesetzt ist, können kompliziert werden.

In dem Ausführungsbeispie! nach Fig.3 sind eine obere Wicklungsstab-Gruppe 101 und eine untere Wicklungsstab-Gruppe 10!2 zusammengefaßt und in einem Gehäuse 31 untergebracht; ähnlich sind eine obere Wicklungsstab-Gruppe 103 und eine untere Wicklungsstab-Gruppe 104 miteinander in einem Gehäuse 32 untergebracht Die folgende Beschreibung nimmt nur auf die Wicklungsstab-Gruppen 101,102 und das feste Gehäuse 31 nach F i g. 3 Bezug. Das Gthiiuse 31 besteht wiederum aus einem äußeren Manteiteil 311 und einem inneren Mantelteil 312. Der Spielraum innerhalb des Gehäuses 31 ist mit einer elastischen Folie 41 ausgekleidet, um die in den Wicklungsstab-Gruppe 101 und 102 erzeugter¹- Vibrationen zu absorbieren. Ferner ist das Gehäuse 31 auch auf seiner Außenseite mit einer elastischen Folie 42 bedeckt, urn die auf den Ständerkern 10 übertragenen Vibrationen zu absorbieren. Das so gebildete, mit der elastischen Folie 42 umhüHie 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: Wicklungsstab-Gruppe gewöhnlich unterschiedliche elektrische Phasen. Hier werden jedoch die in den Wiclklungsstab-Gruppen lOi« 102 gebildeten Vibrationsquelilen durch das feste Gehäuse 31 zu einer einzelnen Vibrationsquelle zusammengefaßt. Vorzugsweise werden die in ein gemeinsames Gehäuse eingebetteten Wicklungsstab-Gruppen derart gewählt, daß die obere und die untere WickiVngsstab-Gruppe im gleichen Gehäuse die gleiche elektrische Phase aufweisen, um die Stärke der Vibrationen möglichst klein zu machen und Phasen und Richtung der Vibrationen zu vereinheitlichen.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind die obere Wicklungsstab-Gruppe und die untere Wicklungsstab-Gruppe unter gegenseitiger Flächenberührung zusammengefaßt und in dem Gehäuse untergebracht. Vorzugsweise wird allerdings zwischen die Berührungsflächen d-jr Wicklungsstab-Gruppen eine geeignete elastisehe Schicht oder Folie eingefügt, um die Reibung zwischen den beiden Siändenspulen innerhalb deä Gehäuses zu reduzieren. Von Vorteil ist es ferner, die jeweiligen Wicklungsstab-Gruppe in einzelnen festen Gehäusen unterzubringen. In die:sem Fall kann zwischen die beiden Gehäuse eine elastische Folie eingefügt werden. Die innerhalb und außerhalb des Gehäuses 41 vorgesehenen elastischen Folien 41, 42 können 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 Vibrationsmoden der Wi'cklungsstab-Gruppen unterschiedliche Elastizitätsmoduln aufweisen. Die Form des

festen Gehäuses hängt von der Form der Wicklungsstab-Gruppen, der Anordnung der Stützschienen, der Phasen- und Lagenzahl der Wicklungsstab-Gruppen und der Größe der elektrischen Maschine ab.

Wie oben im einzelnen beschrieben, werden die verschiedenen Vibrationsquellen, die über die gesamte Wicklungsstab-Gruppe bzw. über die gesamte Ständerwicklung unterschiedliche Stärken, Phasen und Richtungen aufweisen, mit Hilfe der jeweiligen festen Gehäuse zu 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. Auch wird ein im Hinblick auf die Fabrikation zweckmäßiger vereinfachter Ständerwicklungsaufbau erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

25

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Claims

Patentanspruch-

Ständerwicklung, die in dem zwischen Ständerkern (10) und Läuferkern gebildeten zylindrischen Luftspalt einer elektrischen Maschine angeordnet ist und mehrere über Stützelemente (22,23; 27, 28) an der Innenfläche des Ständerkerns (10) befestigte, von jeweils einem festen nicht-magnetischen Gehäuse (30; 31, 32) umschlossene Gruppen (100; 101 ... 104) von Wicklungsstäben (11 ... 16) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gruppe (100; 101... 104) solche Wicklungsstäbe (11 ... 16) zusammengefaßt sind, die im Betrieb der Maschine elektromagnetische Kräfte unterschiedlicher Stärken, Phasen und Richtungen erzeugen,
daß jede Gruppe (100; 101... 104) von Wicklungsstäben (11 ... 16) zunächst von einer gemeinsamen isolierschicht (20; 44) und diese innerhalb des Gehäuses (30; 31,32) von einer vibrations-absorbierenden elastiscöen Folie (21; 41) umgeben ist,
daß die Gehäuse (30; 31, 32) aus faserverstärktem Kunststoff bestehen und

daß außerhalb jedes Gehäuses (30; 31,32) eine weitere vibrations-absorbierende elastische Folie (24; 42) angeordnet ist