DE3045820A1

DE3045820A1 - Elektrische maschine

Info

Publication number: DE3045820A1
Application number: DE19803045820
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ing.(grad.) 1000 Berlin Bredthauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1982-07-01

Description

Elektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, bei der innerhalb des eine Drehstromwicklung tragenden Ständers jeweils konzentrisch zwei getrennt voneinander gelagerte Läufer liegen, von denen der Außenläufer sowohl auf der dem Ständer als auch auf der dem Innenläufer zugewandten Seite Jeweils eine Wicklung trägt und auch der Innenläuf er mit einer Wicklung versehen ist. Eine derartige elektrische Maschine ist aus der DE-OS 15 13 831 bekannt.
Diese bekannte elektrische Maschine mit zwei konzentrischen Läufern ist eine Sonderbauform und wird als elektrisches Getriebe verwendet. Sie wird besonders eingesetzt, wenn zwischen einer Antriebs- und einer Arbeitsmaschine unterschiedlicher Drehzahl große Leistungen übertragen werden müssen, bei denen pulsierende Drehmomente auftreten können, da diese ein mechanisches Getriebe zu hoch beanspruchen würden. Die bekannte Maschine besteht aus einer Kaskadenschaltung von zwei in Reihe geschalteten Synchronmaschinen, von denen die eine als Motor und die andere als Generator arbeitet. Der Innenläufer ist das Polrad der als Generator arbeitenden Vordermaschine, während der Ständer die Erregerpole der als Motor arbeitenden Hintermaschine trägt. Die induzierten Wicklungen beider Maschinen liegen auf dem Außenläufer und haben ein gemeinsames Blechpaket. Sie können insbesondere als hintereinandergeschaltete Käfigwicklungen ausgebildet sein. Bei der bekannten Maschine ist der Innenläuf er mit der Welle einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Turbine, verbunden, während der Außenläufer mit der Arbeitsmaschine, hier mit einem Generator, gekoppelt ist. Der Einsatz einer derartigen elektrischen Maschine als Getriebe ist verhältnismäßig aufwendig, man wird daher meist mechanische Getriebe verwenden, wenn die Drehzahl der Antriebsmaschine von der Drehzahl der Arbeitsmaschine abweicht. Dies ist z. B. bei dem Antrieb von Turboverdichtern und Turbopumpen durch elektrische Asynchronmotoren der Fall. Ein derartiger Wellenstrang, gebildet aus Antriebsmotor und Arbeitsmaschine nebst mechanischem oder elektrischem Getriebe, erfordert stets ein großes Bauvolumen. Meist sind der Antriebsmotor und die Arbeitsmaschine auch auf separaten Fundamenten auf gestellt. Dabei können Betriebsprobleme mit der Laufruhe sowie mit Biege- und Torsionsschwingungen auftreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine als Asynchronmotor arbeitende elektrische Maschine, deren Drehzahl größer als die in einem 50- bzw. 60-Hz-Netz gegebene Grenzdrehzahl von 3000 bzw. 3600 U/min ist, zu schaffen, damit die Drehzahl des Asynchronmotors in die Größenordnung der Drehzahl der Arbeitsmaschine kommt, so daß die Verwendung eines Getriebes überflüssig wird.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei der als Motor asynchroner Bauart arbeitenden Maschine der eingangs beschriebenen Art der als Massivläufer mit einer Käfigwicklung ausgebildete Innenläuf er direkt mit einer Arbeitsmaschine verbunden ist und daß der Außenläufer aus einem Stahlring mit seitlichen Glocken besteht, der auf der Innenseite ein Blechpaket mit einer dreiphasigen, zweipoligen Drehstromwicklung und auf der Außenseite eine Käfigwicklung oder eine Synchronerregerwicklung sowie Schleifringe zur Stromzuführung für die Drehstromwicklung trägt.
Ein derartiger Asynchronmotor mit Doppelläufer hat einen normalen Ständer mit einer dreiphasigen Drehstromwicklung, die zwei-, vier- oder sechspolig sein kann. Auch der Innenläufer ist einfach ausgebildet: ein Massivläufer mit Käfigwicklung, wodurch Schwierigkeiten einer Stromzuführung vermieden sind. Tragendes Bauelement des Außenläufers ist ein mit seitlichen Glocken für die Lager ausgebildeter Stahlring, der genügend steif ist, um auf beiden Seiten die Wicklungen und dafür erforderliche Blechpakete oder MassivJoche zu tragen. Auf seiner Innenseite liegt das Blechpaket für die zweipolige, dreiphasige Drehstromwicklung, deren Strom über Schleifringe zugeführt wird.
Mit einem derartig mit zweipoligem Jnnenläufer ausgebildeten Asynchronmotor lassen sich folgende Drehzahlen erreichen: 50-Hz-Netz 60-Hz-Netz Polzahl des Außenläufers 4000 min 1 4800 mi n~1 6 4500 min 5400 min4 4 6000 min-1 1 7200 min 1 2 Dies ist aber bereits der Drehzahlbereich von Turboverdichtern und Turbopumpen, so daß der Asynchronmotor gemäß der Erfindung zum Direktantrieb für derartige Arbeitsmaschinen geeignet ist. Außerdem hat dieser Asynchronmotor noch den Vorteil, unempfindlich gegen Drehmomentpulsationen zu sein.
Diesem Ständer zugewandte Wicklung des Außenläufers kann als Käfigwicklung ausgebildet sein, was neben einem einfachen konstruktiven Aufbau den Vorteil hat, daß eine Stromzuführung entfällt. Sie kann aber auch als Synchronerregerwicklung ausgebildet sein. Dies ergibt eine Kompensationsmöglichkeit für den Blindstrombedarf des Asynchronmotors, wobei insbesondere die äußere Synchron- maschine so übererregt betrieben werden kann, daß sich insgesamt ein Leistungsfaktor von 1 für den Asynchronmotor einstellt. Es empfiehlt sich weiterhin, bei einer derartigen Synchronerregerwicklung des Außenläufers diese über rotierende Gleichrichter von der Ständerwicklung zu speisen.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in der Figur schematisch als Längsschnitt dargestellten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert.
Der zum direkten Antrieb eines nicht dargestellten 6000-tourigen Turboverdichters dienende Asynchronmotor 1 hat einen Ständer 2 mit dem im Ständergehäuse 3 angeordneten Blechpaket 4, das die zweipolige, dreiphasige Drehstromständerwicklung 5 trägt. Im Ständer 2 sind konzentrisch der Außenläufer 6 und der Innenläuf er 7 angeordnet. Der Außenläufer 6 weist einen Stahlring 8 mit seitlichen, teilbar ausgebildeten Glocken 9 als tragendes Bauelement auf. Auf diesem Stahlring 8 ist auf der dem Ständer 2 zugewandten Außenseite 10 das Blechpaket 11 mit der Käfigwicklung 12 angeordnet. Auf der Innenseite 13 des Stahlringes 8 liegt, über unmagnetische Stahlrippen 14 eingeschrumpft, das Blechpaket 15 mit der zweipoligen,-dreiphasigen Drehstromwicklung 16. Der Innenläufer 7 weist ein einteilig zur Läuferwelle 17 ausgebildetes massives LäuferSoch 18 auf, in dem die Käfigwicklung 19 liegt.
Der Außenläufer 6 ist über nur schematisch angedeutete Lager 20 in nicht dargestellter Weise im Ständergehäuse 3 gelagert, desgleichen, davon unabhängig, über Lager 21 die Welle 17 des Innenläufers 7.
Bei dem somit mit zwei zweipoligen, dreiphasigen Drehstromwicklungen 5 und 16 versehen« Asynchronmotor 1 läuft die Welle 17 des Innenläufers 7 mit 6000 U/min um. Dabei muß der zweipoligen, dreiphasigen Drehstromwicklung 16, die über auf dem Außenläufer 6 angeordnete Schleifringe 22 gespeist wird, Jeweils die halbe der an der Welle 17 abgenommenen Nennleistung als Leistung eingespeist werden, die andere Hälfte der Leistung wird der zweipoligen, dreiphasigen Drehstromwicklung 5 des Ständers2 zugeführt.
Die Belüftung des Asynchronmotors 1 kann wahlweise in radialer oder axialer Richtung, einseitig oder zweiseitig ausgebildet sein. In den Blechpaketen 4, 11 und 15 sind zur Erleichterung der Abführung der Verlustwärme jeweils radiale Kühlkanäle 23 vorgesehen.
1 Figur 3 Ansprüche

Claims

Patentansrüche 1 Elektrische Maschine, bei der innerhalb des eine Drehstromwicklung tragenden Ständers jeweils konzentrisch zwei getrennt voneinander gelagerte Läufer liegen, von denen der Außenläufer sowohl auf der dem Ständer als auch auf der dem Innenläufer zugewandten Seite Jeweils eine Wicklung trägt und auch der Innenläufer mit einer Wicklung versehen ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei der als Motor (1) asynchroner Bauart arbeitenden Maschine der als Massivläufer mit einer Käfigwicklung (19) ausgebildete Innenläuf er (7) direkt mit einer Arbeitsmaschine verbunden ist und daß der Außenläufer (6) aus einem Stahlring (8) mit seitlichen Glocken (9) besteht, der auf der Innenseite (13) ein Blechpaket (15) mit einer zweipoligen, dreiphasigen Drehstromwicklung (16) und auf der Außenseite (10) eine Käfigwicklung (12) oder eine Synchronerregerwicklung sowie Schleifringe (22) zur Stromzuführung für die Drehstromwicklung (16) trägt.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polzahl der Drehstromwicklung (5) des Ständers (2) von der zweipoligen des Außenläufers (6) abweicht.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Synchronerregerwicklung des Außenläufers (6) über rotierende Gleichrichter gespeist ist.