DE2805438A1

DE2805438A1 - Elektrische maschine mit mindestens einem durch energiezufuhr bewegbaren, z.b. drehbaren teil, wie elektromotor, generator o.dgl.

Info

Publication number: DE2805438A1
Application number: DE19782805438
Authority: DE
Inventors: Hugo-Werner Geschka
Original assignee: Blum Eisen & Metallind
Current assignee: Blum Eisen & Metallind
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1979-08-16

Description

Elektrische Maschine mit mindestens einem durch
Energiezufuhr bewegbaren, z. B. drehbaren Teil, wie Elektromotor, Generator od. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit mindestens einem durch Energiezufuhr bewegbaren, z. B. drehbaren Teilt wie Elektromotor, Generator od dgl., also auf eine dynamische elektrische Ofaschine, die wenigstens einen Eisenkern, z. B. für den Stator, der aus einem wickelförmigen Abschnitt und an diesen angelegten EIsenkörper, wie Polschuhen} enthält.
Durch die DGS 2 630 608 ist ein geblechtes Ständerjoch bekannt geworden, wobei das Joch aus Blechband gewickelt ist und radial gerichtete Haupt- und Wendepole sind an der Innenkontur des gewickelten Joches angelegt.
Elektromotore mit derartigen Statoren haben jedoch einen sehr schlechten magnetiscllen bzw. elektrischen Wirkungsgrad.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und eine dynamische elektrische Maschine zu schaffen, die sich durch hohen elektrischen bzw. magnetischen Wirkungsgrad,einfache und preiswerte Herstellung und geringeres Gewicht auszeichnet.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß bei einer elektrischen Maschine der eingangs erwähiften Art der bandwickelförmige Abschnitt aufgeteilt ist in mehrere bandwickelförmige Einzelkernteile, die mit Stoßstellen versehen sind, mit denen sie auf Stoßstellen von zwischen die bandwickelförmigen Einzelkernteile eingesetzten weiteren Einzelke men, wie Polschuhen, weisen.
Der bandwickelförmige Abschnitt kann also durch mehrere Abschnitte eines aufgetrennten Bandwickels gebildet sein oder aber durch Bildung von Ausschnitten innerhalb eines Bandwickels, wobei zwischen den einzelnen bandwickelförmigen Abschnitten jeweils Einzelkerne, beispielsweise ebenfalls aus lamelliertem Blech, vorgesehen sind.
Eine derartige Ausbildung ermöglicht insbesondere bei Statoren für große elektrische Maschinen bedeutende herstellungstechnische Erleichterungen, wie dies nachstehend noch beschrieben wird, denn solche Statoren wurden bisher durch Handarbeit hergestellt, indem ein hohlzylindrischer ringförmiger Körper aus einer Vielzahl von aneinander gelegten Blechsegmenten geschachtelt wurde. Um zu vermeiden, daß an den Stoßstellen der einzelnen Blechsegmente Luftspalte entstehen, aus denen Kraftlinien austreten würden, werden diese Blechsegmente versetzt zueinander geschichtet, so daß jeder Luftspalt auf beiden Seiten von einem Segmentblech überdeckt wird. Neben dem hierfür erforderlichen komplizierten und langwierigen Schachtelvorgang ergibt dies den weiteren Nachteil, daß durch die Luftspalte zwischen zwei aneinander stoßenden Segmentblechen wegen der Spaltverluste eine erhebliche Erhitzung -entsteht, was wiederum dadurch ausgeglichen werden muß, daß mehr Eisen eingesetzt wird,als für den magnetischen Vorgang an sich erforderlich wäre.
Diese Nachteile können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zwischen den/ dadurch beseitigt werden, daß v Stoßstellen der Einzeleisenkörper ein sich verändernder magnetischer Widerstand vorgesehen wird, derart, daß im Bereich der kürzeren Kraftlinienwege der größere Widerstand vorherrscht.
Die Eisenlagen, aus denen die Einzelkernteile gebildet werden,können, wie dies nachstehend noch beschrieben wird, aus Blechlamellen zusammengesetzt oder aber aus z. B. durch Drahtbündel gebildet sein.
Durch die Bildung eines magnetischen Widerstandes in der oben beschriebenen Weise werden die Kraftlinien gezwungen , sich auf die gesamte Stoßstelle zumindest annähernd gleichmäßig zu verteilen. Dadurch werden {erdichtungen der magnetischen Kraftlinien und die damit zusammenhängenden Übersättigungen und örtliche Sberhitzung/sowie Wirbelstromverluste vermieden. Dadurch kann wiederum weniger Eisen oder aber auch weniger Kupfer eingesetzt werden.
Der sich verändernde magnetische Widerstand kann beispielsweise durch einen sich verändernden Abstand zwischen den benachbarten Stoßstellen erzielt werden, wobei im Bereich der längsten Kraftlinienwege der kleinste Abstand vorherrscht.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Produkt aus Kraftlinienxfeglänge und magnetischem Widerstand über die Tiefe der Stoßstelle in jedem Bereich derselben zumindest annähernd gleich groß ist.
Wird der magnetische Widerstand durch einen sich verändernden Abstand erzielt, so hat sich ein Winkel von 1 - 6, vorzugsweise von 1,5 - 3 Winkelninuten zwiscln den benachbarten Stoßstellen als besonders vor -teilhnft erwiesen.
Zwischen den Stoßstellen kann aber auch Premdmaterial vorgesehen sein und dieses Fremdmaterial zur Aufrechterhaltung eines definiervor/ ten bestlinniten Abstandes dienen kann.
Das Fremdmaterial kann aber auch-gegebenenfalls zusätzlich-über die Tiefe der Stoßstelle einen sich verändernden spezifischen magnetischen Widerstand besitzen und eine zumindest annähernd gleiche Stärke aufweisen, wodurch der sich verändernde Widerstand und damit eine gleichmäßige Verteilung der Kraftlinien über die Tiefe der Stoßstelle erzielbar ist.
ss kann aber auch keilförmiges Fremdmaterial als Zwischenlage verwendet werden mit gleichmäßigem spezifischen magnetischen lYiderstand und dadurch der obige Effekt erzielt werden.
Das Fremdmaterial, z. B. zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Abstandes,kann aber auch durch einen Folienstreifen gebildet sein, der sich lediglich über einen Teilbereich der Tiefe der Stoßstelle erstreckt und aus unmagnetischem oder nur schwach magnetischem E;iaterial bestehen.
Die Stoßstellenbzw.Zwischenlagen können derart ausgebildet sein, daß die Einzelkörper des Kernes im Bereich der größten Kraftlinienweglänge aneinander anstoßen.
Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung bestehen die Einzelkörper des Eisenkernes aus lamellierten Blechlagen und die Blechlagen der aneinander angrenzenden Kernteile sind derart vorgesehen, daß sie sich an der Stoßstelle gitterartig kreuzen.
wenn/ Es kann weiterhin von Vorteil sein, die Kernteile aus Blechen unterschiedlicher Permeabilität bestehen, wobei entweder Bleche unterschiederlicher Permeabilität im Einzelkernteil vorgesehen sein können und/oder die einzelnen Kernteile untereinander unterschiedliche Permeabilität besitzen können.
Bei aus Blechlagen gebildeten Kernteilen ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Kernteile fest miteinander verbunden sind.
Dies kann beispielsweise durch eine Schweißung erfolgen oder aber dadurch,daß die Blechlagen miteinander verklebt sind.
Das Herstellen kann dadurch erfolgen, daß mehrere Blechlagen gewickelt und anschließend getrennt werden, wobei die Trennstellen zu Stoßstellen bearbeitet werden.
Das Wickeln eines solchen Kernes kann beispielsweise durch schraubenlinienförmigen Wickeln eines Blechstreifens erfolgen, wobei die Streifen Breite an Breite zu liegen koimnen und die Trennung über die Breitseite der Lagen erfolgt.
Ein Blechwickel kann aber auch durch spiralförmiges Aufwickeln eines Blechstreifens gebildet werden.
Der Zusammenhalt der einzelnen Blechlagen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß ein- oder beidseitig mit Klebstoff beschichtetes Material gewickelt und vor dem Auftrennen der Klebstoff aktiviert wird, beispielsweise durch Zuführung von Hitze.
Der Eisenkörper eines Stators kann aber auch aus mindestens einem Abschnitt eines bandwickelförmigen, unterteilten Kernteiles, dessen Unterteilungsstellen als Stoßstellen ausgebildet sind, hergestellt werden, wobei diese Stoßstellen auf einen aus mehreren Einzelblechen lamellierten Polschuh weisen, der an den entsprechenden Stellen ebenfalls Stoßstellen angeformt hat. Der Polschuh ragt also zwischen die Untertailungsstellen der bandwickelförmigen Kernteileabschnitte hinein.
Dabei können der oder die bandwickelförmigen Kernteile durch spiralförmiges Wickeln und anschließendendes Trennen hergestellt sein und der oder die Polscildle, die zwischen die Stoßstellen eingeschoben werden, aus einem entsprechend geformten und hergestellten Polschuhpaket bestehen, wobei die einzelnen Blechlagen des Polschuhes rechtwinklig, also sich gitterartig kreuzend zu denen des wickelartig hergestellten Kernes angeordnet sein können.
Es hat sich weiterhin als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die durch die Materialabtragung, wie durch Schneiden, Schleifen od. dgl. an den Stoßstellen gebildeten Verbindungen zwischen den einzelnen Blechen, z. B. ein Schleifgrat, entfernt wird. Dies kann z. B. elektrolytisch erfolgen oder mechanisch durch Läppen, Scheuern od. dgl. bzw. in besonders vorteilhafter Weise durch Sandstrahlen.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung schematisch anhand eines Stators für eine dynamische elektrische Afaschine näher erläutert.
Der zu bildende Statorkörper 1 wird aus zwei verschiedenen, zusammensetzbaren Blechpaketen 2 und 3 gebildet.
Die bandwickelförmigen Blechpakete 2 eines unterteilten Wickels bestehen aus Einzelblechlagen 2 a, die durch spiralfönniges Aufwickeln eines Blechstreifens und gegebenenfalls anschließendes Verkleben aneinander liegen.
Dieser Bandwickelwirdanschließend getrennt, wobei Trenn- bzw.
Stoßstellen 2 b entstchen.
Anstatt durch Kleben können die Einzelblechlagen aber auch - gegebenenfalls zusätzlich zum Kleben - durch eine Schweißnaht 4 zusammengehalten werden.
Das Polschuh-Blechpaket 3 kann durch Stanzen der einzelnen Blechlagen 2 a und anschließende Hitzebehandlung - falls ein Blech mit Klebeschicht verwendet wird - zu einem Paket zusammengefaßt werden und gegebenenfalls zusätzlich oder aber auch alleine durch eine Schweißnaht 5 dieses Blechpaket zusammengehalten werden.
Das Blechpaket 3 hat ebenfalls Stoßstellen 3 b, die den Stoßstellen: 2 b der Blechpakete 2 gegenüberliegen, d. h. der Blechkern - Polschuh 3 ist zwischen die Trenn- bzw. Stoßstellen 2 b der bandwickelförmigen Eisenkerne 2 eingefügt. Dabei sind die Einzelbiechlagen 2 a ui£J 3 a an den Stoßstellen rec;twinklig zueinander vorgesehen, d. h. sie kreuzen sich gitterartig.
Zwischen den Stoßstellen 2 b und 3 b der einzelnen Blechpakete 2,3 ist ein sich verändernder magnetischer Widerstand vorgesehen, der hier durch einen sich entsprechend verändernden Abstand 6 erzielt wird. Der Abstand ist so bemessen, daß im Bereich der größten Kraftlinienwege der geringste Abstand und im Bereich der kleinsten Kraftlinienwege der größte Abstand vorh.uldell ist. Durch diesen sich verändernden magnetischen Widerstand werden die sich bildenden Kraftlaien gczwungea, sich gleichmäßig auf die Tiefe der Stoßstellen zu verteilen, wodurch eine Übersättigung und die damit zusammenhängenden Nachteile nicht mehr auftreten können.
Zur Einhaltung des Abstandes ist eine Folie 7 übcreinen Teilbereich der Tiefe der Stoßstelle vorgesehen. Diese Folie kann aus nicht magnetischem Material bestehen und selbstklebend sein.
Die Stoßstellen, die durch einen Materialabtragungsprozeß, wie durch Schleifen gebildet sein können, sind zweckmäßigerweise einer Behandlung untenforfen, durch die die elektrischen bzw.
magnetischen Verbindungen, die dadurch zuvor gebildet wurden, -entfern sind. Hierfür hat sich in besonders vorteilhafter WEise ein Sandstrahlprozeß geeignet.
Der sich verändernde magnetische Widerstand kann aber auch durch andere Mittel gebildet werden als durch einen sich verändernden Abstand, beispielsweise durch eine zumindest annälernd gleich-Edßig starke Zwischenlage, wobei sich der spezifische magnetische Widerstand über die Stoßstelle entsprechend verändern kann.
Die Zwischenlage kann aber auch beispielsweise durch einen Lack oder dgl. ausgefüllt sein, wobei in allen Fällen im Bereich des geringsten Abstandes bzw. im Bereich der längsten magnetischen Kraftlinienwege sich die Einzelkerne berühren können.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 0 .!Elektrische Maschine mit mindestens einem durch Energiezufuhr bewegbaren, z. B. drehbaren Teil, wie Elektromotor, Generator od. dgl., beinhaltend wenigstens einen Eiserkern z. B. für den Stator, der aus einem wickelförmigen Abschnitt und an diesen angelegten Eisenkörpern, wie Polschuhen, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der wickelförmige Abschnitt aufgeteilt ist in mehrere wickelförmige Einzelkernteile (2), die mit Stoßstellen (2 b) versehen sind, mit denen sie auf Stoßstellen (3 b) von zwischen die bandwickelförmigen Einzelkernteile eingesetzten weiteren Einzelkernteilen (3), wie Polschuhen, weisen.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenkörper (2, 3) jeweils aus mehreren Einzellagen (2 a, 3 a) gebildet sind, wobei zwischen den Stoßstellen (2 b, 3 b) ein sich verändernder magnetischer Widerstand vorhanden ist, der im Bereich der kürzeren Kraftlinienxsege am größten ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der sich verändernde magnetische Widerstand durch einen sich verändernden Abstand (5) zwischen den benachbarten Stoßstellen (2 b, 3 b) erzielbar ist, wobei im Bereich der längsten Kraftlinienwege der größte Abstand vorherrscht.
4. Elektrische ANaschinc nach Anspruch 2 oder3 , dadurch gckennzeichnet, daß das Produkt aus Kraftlinienweg und magnetischem Widerstand über die Tiefe der Stoßstelle (5, ) in jedem Bereich derselben zumindest annähernd gleich groß ist.
5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 - 4 , dadurch geker zeichnet, daß die benacilbarten Stoßstellen (2 b - 3 b ) in einem Winkel von t - 6 , vorzugsweise vor. 1,5 - 3 Minuten zueinander verlaufen.
6. Elektrische Alaschine nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stoßstellen (2 b - 3 b 3 ein Fremdmaterial (6 ) vorgesehen ist.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch Ci, dadurch gekennzeichnet, daß das Frendmaterial (6. ) zur Aufrechterhaltung des Abstandes vorgesehen ist.
8. Elektrische Shschi1le nach einem der Ansprüche 6 bzw. 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial über die Tinte der Stoßstelle (2 b - 3 b; ) einen sich verändernden spezifischen magnetischend Widerstand besitzt.
B. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 - S dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial (6) über die Tiefe der Stoßstelle (2 b - 3 b;) zumindest annähernd gleich stark ist.
19. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 5-9 , dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stärke des Fremdmaterials über die Tiefe der Stoßstelle (2 b - 3 b ) - verändert.
11 . Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche6 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdmaterial durch einen Folienstreifen (6 ) gebildet ist, der sich lediglich über einen Teilbereich der Tiefe der Stoßstelle (2 b - 3 b ) erstrecken und aus unmagnetischem oder nur schwach magnetischem Material bestehen kann
12 . Elektrische Ahschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkerne (2,35 aus lamellierten Blechlagen (2 a, 3 a) bestehen und die Blechlagen einzelner angrenzender Kernteile (2,3) an den Stoßstellen (2 b, 3 b) sich gitterartig kreuzend zueinander liegen.

13. Elektrische maschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 -12 dadurch gekennzeichnet, das die Kernteile (2, 3; ) aus Blechen unterschiedlicher Permeabilität bestehen.

14. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (2 a, 3 a) der einzelnen Kernteile zueinander fest verbunden sind.

15 Elektrische Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (2 a, 3 a) durch eine Schweißung (4,5) miteinander verbunden sind.

16 . Elektrische AEschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (2 a, 3 a ) miteinander verklebt sind.

17 . Elektrische bEschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge1ennzeiclmet, daß wenigstens einer der Kernteile (2) durch Wickeln mehrerer Lagen und durch Trennen des Wickels gebildet ist und die Trennstellen zu Stoßstellen (2 b) bearbeitet sind, über die weitere Kernteile (3) mit ebenfalls angeformten Stoßstellen (3 b) anlegbar sind.

18 . Elektrische Maschinen-nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel durch schraubenlinienförmiges Wickeln eines Blechstreifens gebildet ist und wol)ci die Streifen Breite an Breite zu liegen koninien und die Trennung über die Breitseite der Lagen erfolgt.

19 . Elektrische maschine nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel durch spiralförmiges Wickeln eines Blechstreifens (2 a) erfolgt.

20. Elektrische WEschine mit Stator , insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wie Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (1) eines Stators aus mindestens einem Abschnitt eines bandwickelförmigen, unterteilten Kernteiles (2), dessen Unterteilungsstellen als Stoßstellen (2 b) ausgebildet sind, die auf Stoßstellen (3 b) eines aus lamellierten Blechen (3 a) bestehenden Polschuhes (3) weisen, zusammensetzbar ist.

21 . Elektrische ASschine nach einem der Ansprüche I - 20, dadurch gekennzeichnct, daß die durch eine BEterialabtragung, wie durch Schleifen gebildeten Verbindungen zwischen deneinzelnen Blechen, z. B. ein Schleifgrat , an den Stoßstellen (2 b, 3 b ) entfcrnt sind.

22. Elektrische Maschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen (2 b, 3 b ) gesandstrahlt sind.