DE2803068A1 - ROTARY ELECTRIC MACHINE - Google Patents
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Description
.as Industries Limited
lreat Kin-j Street
':5-3irmin;ham 20. Januar 1978.as Industries Limited
lreat Kin-j Street
': 5-3irmin; ham January 20, 1978
itotatioins-Elektromaschineitotatioins electric machine
Die >Jrfindun;; betrifft eine Rotations-Elektromaschine mit einen "J-ehäuse, einem Läufer, bestehend aus einem Körper aus raa Tietisierbaren Material, wobei der Läufer sich axial erstreckende Schlitze in seiner Peripherie hat, und einer auf den Läufer ,sitzenden ersten ^/icklung.The> Jrfindun ;; relates to a rotary electric machine a "J-ehäuse, a runner made up of a body raa Tietisable material, with the rotor extending axially Has slits in its periphery, and a first winding that sits on the runner.
jj's ist wünschenswert, daß Rotations-Elektromaschinen, die zur Verwendung im Flugwesen vorgesehen sind, so kompakt und leicht wie möglich sind. Ein hoher Leistungsausgang, entweder ein elektrischer Ausgang im Falle eines 3-enerators, oder ein i.aeclianischer Ausgang im Falle eines Motors, können mittels einer relativ kleinen Maschine erreicht v/erden, indem nan die Maschine mit hoher Drehzahl laufen läßt. In einem speziellen Beispiel rotiert ein Zweipol-'j-enerator zur Erseujunj eines 400-IIz-Ausgangs mit 324.000 UpM.jj's is desirable that rotary electrical machines that intended for use in aviation, so compact and are as light as possible. A high power output, either an electrical output in the case of a 3-enerator, or an i.aeclianic output in the case of an engine, can be done by means of A relatively small machine can be achieved by running the machine at high speed. In one special example a two-pole'j-enerator rotates to the Erseujunj a 400 IIz output at 324,000 rpm.
Schwieri :keit, die bei relativ kleinen Maschinen auftritt, ist die, daß die großen Stromstärken, die mit einem hohen Leistun:saus jan.r einhergehen, zu einem nicht annehmbaren Temperaturanstieg führen, insbesondere innerhalb der Läuf erwicklun .,en, die normalerweise von den Ständerwicklungen umschlossen sind und von denen die yärmeableitung gewöhnlich jerin; ist.Difficulty that occurs with relatively small machines is that the great currents that go hand in hand with a high output turn into an unacceptable one Rise in temperature, especially within the rotor windings, normally caused by the stator windings are enclosed and from which the heat dissipation usually occurs jerin; is.
Der Erfindun;· liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotations-L'lektr omas chine zu schaffen, die Maßnahmen enthält, um ein The invention; · The object is to create a rotary electric machine which contains measures to a
ya/_Ii - 5 -ya / _Ii - 5 -
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Kühlmittel direkt an die Läuferv/icklung heranzuführen.Bring coolant directly to the rotor winding.
In einer bevorzugten Anordnung wird Kühlmittel direkt an jede Windung der Läuferi-ackluii; hsran,;efülirt.In a preferred arrangement, coolant is applied directly every turn of the runner-ackluii; hsran,; efülirt.
Eine Rotations-KLektromaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich axial erstreckende Partien der Wicklung innerhalb der Schlitze liegen, eine starre Hülse aus nicht magnetischen Material den Läufer umschließt und diesen abstützt, Lager die Hülse in dem Gehäuse drehbar lagern und ein Fließweg für ITuid in der Hülse zwischen einen axialen Ende des Läufers und dessen anderem axialen Ende vorgesehen ist, wobei der Fließweg imieih alb der Schlitze vorgesehen ist.A rotary electric machine according to the invention is characterized in that axially extending parts of the winding lie within the slots, a rigid sleeve made of non-magnetic material surrounds the rotor and supports it, bearings support the sleeve rotatably in the housing and a flow path for ITuid is provided in the sleeve between one axial end of the rotor and its other axial end, the flow path being provided in the form of the slots.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführmigsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:The invention is illustrated below by means of an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the drawings. In the drawings are:
I1Ig. 1 eine schematische Darstellung eines bürstenlosen Stromgenerat ors,I 1 Ig. 1 is a schematic representation of a brushless power generator,
S1Xg. 2 ein Längsschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Generator, S 1 Xg. 2 is a longitudinal section through the generator shown in FIG. 1,
I1Xg. 3 ein Längsschnitt im größeren Maßstab des Läufers des in Pig. 2 gezeigten Generators,I 1 Xg. 3 is a longitudinal section, on a larger scale, of the runner of the in Pig. 2 generator shown,
Pig. 4 iein Schnitt im größeren Maßstab an der Linie 4-4 derPig. 4 iin a section on a larger scale on line 4-4 of the
Pig. 5, 6 und 7 Schnitte an den entsprechenden Linien inPig. 5, 6 and 7 cuts on the corresponding lines in
Fig-· 3 und
Pig. 8 eine Gleichrichterschaltung für den Generator.Figs. 3 and
Pig. 8 a rectifier circuit for the generator.
Wie in I1Xg. 1 dargestellt, hat ein Generator eine Läuferwelle 10, die eine erste Wicklung 11 und eine zweite Wicklung trägt. I>ie Wicklungen 11 und 12 rotieren mit der Welle Die Welle 10 trägt ferner einen Permanentmagneten 13. Der Magnet arbeitet mit einer Ständerwicklung 14 zusammen, umAs in I 1 Xg. 1, a generator has a rotor shaft 10 which carries a first winding 11 and a second winding. I> he windings 11 and 12 rotate with the shaft. The shaft 10 also carries a permanent magnet 13. The magnet works together with a stator winding 14 to
809831/0757 _ s _809831/0757 _ s _
— O —- O -
einen Piloterre er-ViecIaselstrorajenerä; or 15 zu bilden. i;ine v/eitere StänderwickluxL; 16 wirkt rait der zweiten icldun.3 12 zusaraiien, lan einen :IcAipterre:;er--;fecliselstron;ieiierator 17 zu bilden. Die Uieldim : 16 wird durch. Strom von der Tvicklun:J-14 des Pilot-~..Fechselstroj;i;enerators 15 erregte v/echselstrom von der zweiten ^ficklun--; 12 des ϊ-Iaupterre ;er-¥echselstron generators 17 wird der ersten Wicklung 11 über eine ^leichriclTberanordnun;; 1S zujeleitet. Die erste liicklun/j; 11 wirkt rait einer 3tänderwicklun;r 19 zusammen, um einen Hauptwechselstroia/jenerator 20 zu bilden. Sin ¥ecliselstromaush;an,j' von der Maschine eis Ganzes wird von der 3tanderwicklung 19 an einer leitung 21 erbracht.a piloterre er-ViecIaselstrorajenerä; or 15 to form. i; ine v / eitere StänderwickluxL; 16 acts rait the second icldun. 3 12 together to form a: IcAipterre:; er -; fecliselstron; ieiierator 17. The Uieldim: 16 is going through. Current from the Tvicklun: J -14 of the pilot ~ .. F echselstroj; i; 15 enerators excited v / echselstrom ficklun-- of the second ^; 12 of the external current generator 17 is connected to the first winding 11 via a light-weight arrangement; 1S forwarded. The first liicklun / j; 11 cooperates with a three-stage winding 19 to form a main alternating stream 20. Sin ¥ ecliselstromaus h ; an, j 'from the machine ice whole is provided by the 3tander winding 19 on a line 21.
In der in Fi-;;. 2 bis 8 ^ezei-jten Anordnung haben die verschiedenen 'Teile des 'fenerators die gleichen Bezugszahlen wie die entsprechenden -Teile in ]?i:;. 1 erhalten.In the in fi - ;;. In the 2nd to 8th arrangement, the various parts of the generator have the same reference numerals as the corresponding parts in]? I : ;. 1 received.
ite? -J-enerator hat ein Ständer gehäuse 22, in dem die Ständerwicldun^en 14, 16, 19 sitzen. Der Läufer 23 ist im G-ehäuse mittels Lager 24, 25 /;elajert und hat eine Wellenpartie 10, die dichtend von einem linde des G-ehäuses 22 vorsteht.ite? -J-enerator has a stator housing 22 in which the stator coils 14, 16, 19 seated. The rotor 23 is elajert in the housing by means of bearings 24, 25 /; and has a shaft section 10, which protrudes sealingly from a linden tree of the G-ehäuses 22.
Wie in j?i,;·:. 3 und 4 dargestellt ist, weist der Läufer 23 einen ilaniellierten ¥eicheisenicern 30 auf, der mit diametral ,je/jemiberlie^enden Län^sschlitzen 31, 32 ausgebildet ist. Der Kern 10 hat ferner zehn periphere Schlitze, durch die sich Kupferdämpfungsstäbe 33 erstrecken. Die betreffenden linden der Stäbe 33 sind an Kupferendplatten 34, 35 am Kern 30 befestigt· Spulenstützblocke ^6, 37 sitzen an iie/;enüb-erliet:;enden linden des Kerns 30 und haben Quernuten zur Aufnahme der Windungen der Wicklung 11, Die Blocke 36_} 37 sind am Kern durch vier Sehrauben 47 "(Us· A) befestigt, die axial durch den Kern 30 ^ehen.As in j? I,; · :. 3 and 4, the runner 23 has an ilaniellierte ¥ eicheisenicern 30, which is formed with diametrically extending longitudinal slots 31, 32 each. The core 10 also has ten peripheral slots through which copper damping rods 33 extend. The respective linden of the rods 33 are attached to copper end plates 34, 35 on the core 30 Coil support blocks ^ 6, 37 sit at iie /; enüb-erlie t :; ends of the core 30 and have transverse grooves for receiving the turns of the winding 11, the Blocks 36 _ } 37 are attached to the core by four vise 47 "(Us · A) axially through the core 30 ^.
Die Wicklung 11 besteht aus 130 'iindungen aus Draht rechteckigen Quersclmitts, und d.ie i.:indungen sind, wie deutlich in Έ1&. The winding 11 consists of 130 'turns of wire of rectangular cross-sections, and the i.d. : indings are, as clearly shown in Έ1 &.
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4- ;ezei ;t ist, in zwei Abschnitten angeordnet. Jeder Abschnitt ist in fünf Säulen angeordnet, wobei sich in jeder Säule dreizehn :-v/induii;-;en befinden. Ein freies Ende des einen Abschnitts ist an einen freien Ende des anderen Abschnitts befestigt, wie "bei 38 in Pi.;. 6 ;ezei :t ist. Die freien Zünden 39, 40 der "liickluir; 11 als Ganzes sind axial zum Läufer durch Schlitze in Stützbloek 36 geführt. Die sich axial erstreckenden 'feile der ^icklun:; 11 lie,;-:en innerhalb der Hüten 31, 32 und werden duereh Klemmen 41, 4-2 in der vorgesehenen La;e gehalten, die durch Sclxrauben 43 aro Sem 30 befestigt sind. Die Außenflächen der Klemmen 41, 4-2 lie } en bündi ; zur Peripherie des Kerns 30. Die Klemmen 41, 42 haben jeweils eine Zun;;e 44, die die beiden Abschnitte der l/icklun^swindun^en innerhalb der Hut en 31, 32 distanziert. An den Läuferenden sind die \Ί1 cklun, j s ab schnitte "durch jeweilige Abstandshalter 45, 4-6 distanziert, und die Säulen der ".findun;j,en sind selbst durch Abstandshalter 43 distanziert. Die Abstandshalter 43 erstrecken sich nicht diametral über die Boden der Schlitze 31, 32 im Kern 30 hinaus. Damit sind innerhalb der Schlitze 31, 32 eine Anzahl von Kanälen gebildet, die zwischen den Säulen der '/icklun;; 11 liefen und die sich axial zum Kern 30 zwischen dessen Enden erstrecken. 4-; ezei; t is arranged in two sections. Each section is arranged in five columns, with thirteen: -v / induii; -; en in each column. A free end of one section is attached to a free end of the other section, as is "at 38 in Pi.;. 6; ezei: t. The free ignitions 39, 40 of the"liickluir; 11 as a whole are guided axially to the rotor through slots in support block 36. The axially extending 'file of the ^ icklun :; 11 lie,; -: s inside the hats 31, 32 and are held in the intended position by clamps 41, 4-2, which are fastened by screws 43 aro Sem 30. The outer surfaces of the terminals 41, 4-2 lie} en Buendi; to the periphery of the core 30. The clamps 41, 42 each have an incline 44 which separates the two sections of the l / icklun ^ swindun ^ en within the hat en 31, 32. At the runner ends, the "1 cklun, js sections" are separated by respective spacers 45, 4-6, and the columns of the ".findun; j, s" are themselves separated by spacers 43. The spacers 43 do not extend diametrically beyond the bottoms of the slots 31, 32 in the core 30. A number of channels are thus formed within the slots 31, 32, which passages between the columns of the '/ icklun ;; 11 and which extend axially to the core 30 between its ends.
An Stützblock 36 ist ein Teil 50 befestigt, der eine axiale Jjohrunj 51 hat. Der Beil 50 trä/-;t eine Platte 52, an der die in Eij. 1 .^ezei^te •.rleichrichteraxLordiiuh^· 18 sitzt, die atis sechs stift;;elajerten Dioden 53 besteht, welche" auf ■ einem Teilkreis sitzen, wie in Έί.?· 7 dargestellt. Ein Anschluß jeder der Dioden 53 ist mit der 'V/icklun'-j 12 verbunden, und die ander en Anschlüsse der Dioden 53 sind mit der vficklun.'- 11 verbünden. Pi;. 8 zeijt die Schaltung der ''ileichrichteDranordnun ■· 18. Der Aus ,an; der "//icklun ; 12 des Ha.upterre.'.er-Vechselstron- ;enerators 17 ist ein Dreiphasen-Strom. Die Dioden 53 sind in zwei Jruppen aus jev/eils dreien angeordnet, und die La;-erstifte der Dioden in einer .fruppe bilden AnοdenanSchlüsse, während die La crstifte der Dioden in der anderen 'Jruppe Kathodenan-A part 50, which has an axial joint 51, is fastened to the support block 36. The ax 50 carries a plate 52 on which the in Eij. 1. ^ Ezei ^ te • .rrichtrichteraxLordiiuh ^ · 18 sits, the atis six pins ;; elajerten diodes 53, which "sit on ■ a pitch circle, as shown in Έί.? · 7. One connection of each of the diodes 53 is with of the 'V / icklun'-j 12, and the other connections of the diodes 53 are connected to the vficklun'-11. Pi;. 8 shows the circuit of the''ileichrichteDranordnun ■ · 18. The off , on ; the "// icklun; 12 des Ha.upterre. '. Er-Vechselstron- enerator 17 is a three-phase current. The diodes 53 are arranged in two groups of three, and the pins of the diodes in one group form anode connections, while the pins of the diodes in the other group form cathode connections.
809831/0757 "- ο -809831/0757 "- ο -
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Schlüsse "bilden. Die Gleichrichteranordnung 18 ist mit der Wicklung 11 mittels deren freien Enden 39, 40 verbunden, nnd zwei Kondensatoren 48 sind in Reihe zu den Enden 39, 40 parallelgeschaltet, wobei die Verbindung zwischen den Kondensatoren 48 an Hasse angelegt ist.Form conclusions ". The rectifier arrangement 18 is with the Winding 11 connected by means of their free ends 39, 40, and two capacitors 48 are connected in series to the ends 39, 40 in parallel, the connection between capacitors 48 being applied to Hasse.
Der Kern 30, die Wicklung 11 und die Klemmen 41 und 42 sind von einer aufgeschrumpften zylindrischen nicht magnetischen Hülse 54 umschlossen. Einen festen Bestandteil der Hülse 54 bildet eine abgestufte Endpartie 55, die am Stützblock 37 befestigt ist und die an denLagern 25 (Fig. 2) angreift. Die Partie 55 hat Innenkerbverzahnung 56» die in komplementäre Kerbverzahnung an der Läuferwelle eingreift. Eine weitere abgestufte Hülse 57 fluchtet axial mit der Hülse 54 an deren Ende, das von der Partie 55 abgewandt ist. Die Hülse 57 besteht aus nicht magnetischem Material und ist an die Hülse 54 angeschweißt . Eine Bohrung der Hülse 57 legt sich dichtend gegen den Seil 50, und die Hülse 57 umschließt die Gleichrichteranordnung 18, und Stromzuführungen 58 von den Dioden 53 gehen dtirch Löcher in der Hülse 57· Innerhalb des freien Endes der Hülse 57 befnüet sich eine Lagerbüchse 59, und das Lager 24 sitzt außen an der Hülse 57 an der Buchse 59. Die Hülsen 54, 57 bestehen beide aus nichtrostendem Stahl und haben eine erhebliche festigkeit. Die Hülsen 54, 57 ermöglichen eine Lagerung des Läufers als einen einfachen Träger zwischen den Lagern 24, 25, ohne die Lamellen des Kerns 30 unter Spannung gesetzt werden. Der Untermaßsitz der Hülse 54 auf dem Kern 30 sorgt auch für eine treibende Verbindung zwischen der WelleThe core 30, the winding 11 and the terminals 41 and 42 are enclosed by a shrunk-on cylindrical non-magnetic sleeve 54. An integral part of the sleeve 54 forms a stepped end portion 55 that attaches to the support block 37 and which engages the bearings 25 (Fig. 2). the Part 55 has internal serration 56 »which is complementary Serration engages on the rotor shaft. Another stepped sleeve 57 is axially aligned with the sleeve 54 at its end, facing away from lot 55. The sleeve 57 consists of a non-magnetic material and is welded to the sleeve 54. A hole in the sleeve 57 lies against it in a sealing manner the rope 50, and the sleeve 57 encloses the rectifier arrangement 18, and power supply lines 58 go from the diodes 53 dtirch holes in the sleeve 57 · Inside the free end of the Sleeve 57 contains a bearing bush 59 and the bearing 24 sits on the outside of the sleeve 57 on the socket 59. The sleeves 54, 57 are both made of stainless steel and have a considerable strength. The sleeves 54, 57 enable storage of the rotor as a simple carrier between the bearings 24, 25, without the lamellae of the core 30 being put under tension. The undersized fit of the sleeve 54 on the core 30 also provides a driving connection between the shaft
10 und dem Kern 30. Die Blöcke 36, 37 sind durch die Wicklung10 and the core 30. The blocks 36, 37 are through the winding
11 und auch durch die .Schrauben 47f veranlaßt, sich mit dem Kern 30 zu drehen. Die .Anordnung beseitigt die Notwendigkeit, eine mittig sitzende Lagerwelle innerhalb des Läufers vorziisehen, und die Hülse 54, 57 bildet außerdem einen Behälter, innerhalb dessen Kühlmittel axial im Läufer fließen kann.11 and also caused by the .Screws 47f, with the To rotate core 30. The arrangement eliminates the need to provide a centrally seated bearing shaft within the rotor, and the sleeve 54, 57 also forms a container within which coolant can flow axially in the rotor.
Die Buchse 59 stützt ein Ende eines Rohrs 60 ab, dessen ande-The socket 59 supports one end of a tube 60, the other
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res Ende eine- Zapfenpartie des Teils 50 umschließt. Ξπίη weiteres Rohr 61 ist mit einem Ende am Ständergehäuse 22 befestigt und steht mit einem Kanal 62 in der Endwand des Ständer- - gehäuses 22 in Verbindung. Das andere Ende des Rohrs 61 sitzt im: Lauf sitz innerhalb der Buchse 59. Ein dem Kaiaal 62 zuge.leites Jj1IuId kann deshalb durch das Rohr 61, 60 und durch die Bohrung 51 in eine Zone am Ölstützgblock 36 fließen. Dieses ITluicl kann dann nach unten durch die Schlitze 31, 32 und durch die Kanäle fließen, die zwischen aufeinanderfolgenden Säulen der Vilcklung 11 gebildet sind.res end a pin section of the part 50 encloses. Another tube 61 is fastened at one end to the stator housing 22 and is connected to a channel 62 in the end wall of the stator housing 22. The other end of the tube 61 is seated in: a running fit within the sleeve 59. A Kaiaal the 62 zuge.leites Jj 1 IUID can therefore through the pipe 61, 60 and through the bore 51 in a zone at 36 Ölstützgblock flow. This fluid can then flow downward through the slots 31, 32 and through the channels formed between successive columns of the Vilcklung 11.
Diametral zum Läufer erstreckt sich am Stützblock 36 ein Rohr 63, das zur Peripherie der Hülse 54 öffnet. Das Rohr 63 hat Querkanäle 64, so daß in die Kanäle 64 gelangendes Pluid radial nach außen durch die Drehung des Läufers gedrückt werden kann und für eine Kühlung eines Teils der Ständerwicklxm., 19. des Haüptwechselstromgenero.tors 20 sorgt. Zwei weitere Rohre 65 -erstrecken sich diirch die abgestufte. Partie 55 der" Hülse.. .. 54, so daß JTluiel in einer Zone am Stützblock 37 radial n.ach außen, gedruckt werden kaiin, um einen anderen "Teil der Ständerwieklung 19 des Hauptwechselstromgenerators au kühlen.A tube extends diametrically to the rotor on the support block 36 63, which opens to the periphery of the sleeve 54. The pipe 63 has Transverse channels 64, so that fluid entering the channels 64 is pressed radially outward by the rotation of the rotor can and for cooling part of the stator winding., 19. of the main alternating current generator 20 provides. Two further tubes 65 extend diirch the stepped one. Part 55 of the "sleeve .. .. 54, so that JTluiel in a zone on the support block 37 radially after outside, printed kaiin to another "part of the stand weight 19 of the main alternator cool down.
Die Verbindung zwischen dera Rohr 60 und dem ^apfenende des Teils50 ist so angeordnet, daß ein Teil des Kühlmittels inheralb des Rohrs 60 radial nach .außen fließen kann, tua. die Dioden 53 zu kühlen. Dieser Teil des Kühlmittels- kann auch zur Wicklung 12 gehen, und. von da. a.us zur Ständerwicklung 16. Ein. Hantel 66 umschließt die Wicklung 12, wirkt aber nicht so, daß das Entweichen von JTluid verhindert wird.The connection between the pipe 60 and the end of the apex of the Part 50 is arranged to have part of the coolant therein of the tube 60 can flow radially outwards, tua. the To cool diodes 53. This part of the coolant can also go to winding 12, and. from there. a.us for stator winding 16. A. Dumbbell 66 surrounds winding 12, but does not act to prevent fluid from escaping.
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L e e r s e i t eL e r s e i t e
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