DE3308005A1 - Rotierende elektromaschine mit luftspaltwicklung - Google Patents

Rotierende elektromaschine mit luftspaltwicklung

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DE3308005A1 DE19833308005 DE3308005A DE3308005A1 DE 3308005 A1 DE3308005 A1 DE 3308005A1 DE 19833308005 DE19833308005 DE 19833308005 DE 3308005 A DE3308005 A DE 3308005A DE 3308005 A1 DE3308005 A1 DE 3308005A1
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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft rotierende Elektromaschinen, insbesondere rotierende Elektromaschinen mit Luftspaltwicklung, bei denen die Statorspulen fest und zuverlässig an der Statorseite befestigt werden können.
In den letzten Jahren haben rotierende Elektromaschinen mit Luftspaltwicklung eine zunehmende Verbreitung erfahren. Das Hauptmerkmal bei diesem Maschinentyp besteht darin, daß der Statorkern keine Schlitze für die Anordnung der Statorspulen besitzt. Statt dessen sind die Statorspulen in dem Raum, d.h. dem Luftspalt, zwisehen dem Statorkern und dem Rotor angeordnet. Die Anordnung der Statorspulenwicklungen in dem Luftspalt macht wirksamen Gebrauch von leerem Raum und erhöht die Magnetflußdichte der Statorspulen. Ihre Anordnung im Luftspalt ist besonders vorteilheit bei supralei- 2^ tenden rotierenden Elektromaschinen und solchen großer Kapazität.
Rotierende Elektromaschinen mit Luftspaltwicklung haben
jedoch den Nachteil, daß die zuverlässige Befestigung 30
der Statorspulen am Statorkern sehr schwierig ist. Das beim Stande der Technik verwendete Verfahren der Anordnung der Statorspulen in einer rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung besteht darin, die Statorspulen direkt mit dem Statorkern zu verbinden, und zwar unter Verwendung eines starken Klebemittels, z.B. eines Harzklebers. Eine ausreichend starke Verbindung kann jedoch nicht zwischen dem Statorkern und den Statorspulen erhalten werden, und die im Betrieb auf die Stator-
■·■
spulen ausgeübten großen Kräfte können zu einem Lösen und einer nichtakzeptablen Vibration der Statorspulen, einer Beschädigung der die Spulen umgebenden Isolierung und ähnlichen Problemen führen, was schließlich einen Ausfall der Maschine hervorrufen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, rotierende Elektromaschinen mit Luftspaltwicklung anzugeben, bei denen die Statorspulen fest und zuverlässig in dem Luftspalt angeordnet und befestigt sind, so daß sich die Statorspulen während des Betriebes nicht lösen werden.
Gemäß der Erfindung sind die Statorspulen zwischen der magnetischen Abschirmung auf der Statorseite der rotierenden Elektromaschine und dem äußeren Umfang eines dünnwandigen Isolierzylinders angeordnet, der den Rotor umgibt. Die Statorspulen sind an ihrem Ort gegen den äußeren Umfang des dünnwandigen Zylinders mit konischen Keilen fest gehalten, welche zwischen den Innenumfang der magnetischen Abschirmung und den Außenumfang der Statorspulen eingesetzt sind.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 ein Längsschnittprofil einer herkömmlichen rotierenden Elektromaschine mit Luftspalt-
^O wicklung gemäß dem Stande der Technik,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 zur Erläuterung der Anordnung der Statorspulen bei der herkömmlichen Elektromaschine gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Längsschnittprofil einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung,
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV der · Ausführungsform gemäß Fig. 3 zur näheren Erläuterung der Anordnung der Statorspulen gemäß der Erfindung,
Fig. 5 einen Längsschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 3 zur Erläuterung des Einbaus von konischen Keilen,
Fig. 6 ein Längsschnittprofil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein erstes Lagerfutter auf der magnetischen Abschirmung
angeordnet ist,
Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. zur näheren Erläuterung der Anordnung der Statorspulen bei dieser zweiten Ausführungsform,
Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung eines Teiles der Anordnung gemäß Fig. 6, die im einzelnen den Kontaktbereich zwischen der magnetischen Abschirmung und dem ersten Lagerfutter zeigt, und in
Fig. 9 ein Längsschnittprofil einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung, wobei ein zweites Lagerfutter und ein Verfahren zum Einsetzen von konischen Keilen dargestellt
ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Teilansichten einer herkömmlichen rotierenden Elektromaschine mit Spaltwicklung. In diesen Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine magnetische Abschirmung, die eine große Anzahl von Metallplattten, z.B. Siliciumstahlplatten, aufweist, die geschichtet angeordnet sind, um einen Hohlzylinder zu bilden, der im Inneren eines in der Zeichnung nicht dargestellten Statorrahmens angeordnet ist. Die magnetische Abschirmung 1 besitzt keine Schlitze. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet Stirnplatten oder Endplatten, die beide Enden der magnetischen Abschirmung 1 festhalten.
COPY
Das Bezugszeichen 3 bezeichnet Statorspulen, die auf * der Innenseite der magnetischen Abschirmung 1 angeordnet sind und eine einlagige Kettenwicklung bilden. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine elektrische Isolierung, die um Gruppen von Statorspulen gewickelt ist, und das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Rotor, in dem sich eine Feldspule befindet. Bei der dargestellten Anordnung sind vier Sätze von Statorspulen 3 mit der elektrischen Isolierung 4 eingewickelt, um eine einzige keilförmige Gruppe zu bilden, die dann in die vielflächige Innenoberfläche der magnetischen Abschirmung 1 eingesetzt und daran mit einem Klebemittel befestigt ist.
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen rotierenden Elektromaschine mit Luftsoaltwicklung unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 beschrieben. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine schlitzlose, laminierte oder geschichtete magnetische Abschirmung, ähnlich der magnetischen Abschirmung in Fig. 1 und 2, welche im Inneren eines nicht dargestellten Statorrahmens angeordnet ist. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet die Endplatten, welche beide Endoberflächen der magnetischen Abschirmung 11 festhalten. Das Bezugszeichen 5
2^ bezeichnet den Rotor.
Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen dünnwandigen elektrisch isolierenden Zylinder, der koaxial zu dem Rotor 5 angeordnet ist und diesen im wesentlichen um-
gibt, jedoch nicht mit ihm in Berührung steht. Der isolierende Zylinder 12 besteht aus einem Isoliermaterial, das eine hohe mechanische Festigkeit, große Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und gute elektrisch isolierende Eigenschaften besitzt, z.B. aus einem Epoxidharzfiberglas, glasfaserverstärktem Epoxidharz-Schichtstoff oder Epoxidharz-Glasfasergewebe, das zu einem Hohlzylinder geformt ist. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet Sätze von Statorspulen, die um den Außenumfang des isolierenden
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Zylinders 12 angeordnet sind. Die Fig. 3 und 4 zeigen den Fall, wo jeder Satz von Spulen aus einer äußeren Gruppe 13a von Spulen und einer inneren Gruppe 13b von Spulen besteht, die durch eine schichtentrennende, elektrisch isolierende Platte 6 getrennt sind.
Das Bezugszeichen 7 bezeichnet elektrisch isolierende Teile, die um den Außenumfang des inneren Zylinders 12 zwischen benachbarten Sätzen von Statorspulen 13 eingesetzt sind. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet äußere elektrisch isolierende Platten, die sich in axialer Richtung erstrecken und alle um den Außenumfang der Statorspulen 13 angeordnet sind. Die äußeren isolierenden Platten 14 bestehen aus einem Material hoher Festigkeit, hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und guten elektrischen Isoliereigenschaften, z.B. aus einem Epoxidharz-Glasfasergewebeschichtstoff.
Mit dem Bezugszeichen 17 sind Paare von konischen Keilen bezeichnet, die zwischen die innere Umfangsflache der magnetischen Abschirmung 11 und die äußere Umfangsflache der äußeren elektrisch isolierenden Platten 14 eingesetzt sind, wobei jedes Paar von konischen Keilen parallel zur Achse des Rotors 5 ausgefluchtet ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist jedes Paar 17 einen äußeren konischen Keil 17a und einen inneren konischen Keil 17b ähnlicher Form auf, wobei die beiden konischen Keile 17a, 17b so angeordnet sind, daß die Außenoberfläche des äußeren konischen Keiles 17a, d.h. die Oberfläche in Kontakt mit der magnetischen Abschirmung 11, parallel zur inneren Oberfläche des inneren konischen Keiles 17b ist, d.h. der Oberfläche in Kontakt mit der äußeren elektrisch isolierenden Platte 14. Die konischen Keile 17a, 17b bestehen aus einem Material hoher mechanischer Festigkeit mit hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und guten elektrischen Isoliereigenschaften, z.B. einem Epoxidharz-Glasfasergewebeschichtstoff .
Die Sätze von Statorspulen 13 werden folgendermaßen eingebaut. Zunächst werden Sätze von Statorspulen 13 gleichmäßig um den äußeren Umfang des isolierenden Zylinders 12 angeordnet. Eine elektrisch isolierende Platte 6 wird dann zwischen jeden Satz von Statorspulen 13 eingesetzt, um sie in eine äußere Gruppe 13a und eine innere Gruppe 13b zu unterteilen. Dann werden die elektrisch isolierenden Teile 7 zwischen benachbarten Sätzen von Statorspulen 13 eingepaßt. Die äußeren elek-
10" trisch isolierenden Platten 14 werden dann an die äußere ümfangsflache der Statorspulen 13 angelegt, so daß sie sowohl die Statorspulen 13 als auch die elektrisch isolierenden Teile 7 überdecken. Der so hergestellte zylindrische Körper wird dann in den zylindrischen Hohlraum im Zentrum der magnetischen Abschirmung 11 eingesetzt. In den Raum zwischen dem äußeren Umfang der äußeren, elektrisch isolierenden Platten 14 und dem inneren Umfang der magnetischen Abschirmung 11 werden Paare 17 von konischen Keilen 17a, 17b aus beiden axialen Richtungen um den gesamten Umfang eingesetzt. Das Einsetzen der konischen Keile 17a, 17b wird durchgeführt, indem man gegen die End- oder Stirnfläche des äußeren konischen Keiles 17a mit einem Holz- oder Gummihammer 10 schlägt, wie es in Fig. 5 angedeutet ist»·. Nachdem die konischen Keile in ihre Positionen getrieben worden sind, werden geeignete, in der Zeichnung nicht dargestellte Hältemittel gegen die äußeren Enden der konischen Keile 17a, 17b eingebaut, um ihre Bewegung in axialer Richtung zu verhindern.
Die auf die konischen Keile 17a, 17b ausgeübte axiale Kraft, wenn sie in ihre Position geschlagen werden, führt zu radialen Druckkräften, die auf die äußeren elektrisch isolierenden Platten 14 und auf die Statorspulen 13 ausgeübt werden. Diese Druckkraft hält die Statorspulen fest und zuverlässig an ihrem Ort gegen den isolierenden Zylinder 12.
Das Material, aus dem der isolierende Zylinder 12 besteht, hat einen kleinen Elastizitätsmodul. Beispielsweise hat Epoxidharz-Fiberglas einen Elastizitätsmodul
2
von 2000 kg/mm . Wenn eine Kompression durch die von den konischen Keilen 17 ausgeübte radiale Kraft erfolgt, nimmt der Durchmesser des isolierenden Zylinders 12 um einige Millimeter ab. Diese Änderung des Durchmesser ist größer als der Wert von irgendwelchen Dimensionsverringerungen aufgrund einer Schrumpfung über Jahre, und es wird stets eine starke Druckkraft zwischen dem isolierenden Zylinder 12 und den Statorspulen 13 vorhanden sein. Somit ist/ auch über lange Zeitspannen hinweg, kein Lösen der Statorspulen 13 zu erwarten. Wenn jedoch aus irgendeinem Grunde, z.B. einer unvorschriftsmäßigen Montage, die Statorspulen 13 sich im Betrieb lösen sollten, können die konischen Keile 17 leicht wieder in ihre Position geschlagen werden, um die Statorspulen 13 fest und sicher zu befestigen.
Wie sich aus Fig. 3 entnehmen läßt, sind bei einem beliebigen Querschnitt zwei axial ausgefluchtete Paare von konischen Keilen 17 zwischen der magnetischen Abschirmung 11 und der äußeren elektrisch isolierenden Platte 14 vorgesehen, die von entgegengesetzten axialen Enden eingesetzt sind. Es kann jedoch jede gewünschte Anzahl von Paaren von konischen Keilen mit der gleichen Wirkung verwendet werden. Beispielsweise kann bei jedem beliebigen Querschnitt ein einziges Paar von konischen Keilen verwendet werden, deren Länge sich über die gesamte axiale Länge der magnetischen Abschirmung 11 erstreckt, oder aber es können drei Paare von derartigen konischen Keilen verwendet werden.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der eine erste Lagerauskleidung oder ein erstes Lagerfutter auf die innere ümfangsflache der magnetischen Abschirmung 11 zu dem Zweck aufgebracht ist, um eine Oberfläche geringer Reibung zu schaffen, mit der
der äußere tonische Keil 17a in Berührung steht, um auf diese Weise die Kraft zu verringern, die erforderlich ist, um ihn in seine Position zu treiben. Das erste Lagerfutter 18 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, z.B. einem dünnen Epoxidharz-Glasfasergewebeschichtstoff. Wie in Fig. 8 dargestellt, ist die innere ümfangsflache der magnetischen Abschirmung 11 nicht vollständig glatt. Die magnetische Abschirmung besteht aus zahlreichen aufeinander geschichteten oder laminierten Metallplatten, und die Innenoberflächen der Stahlplatten variieren von einer bündigen Anordnung untereinander um bis zu 0,3 mm. Die so gebildeten Vorsprünge erhöhen die Reibung zwischen den äußeren konischen Keilen 17a und der magnetischen Abschirmung 11 erheblieh. Die erste Lagerauskleidung oder das erste Lagerfutter 18 bedeckt diese Vorsprünge und schafft eine glatte, gleichmäßige Oberfläche geringer Reibung. Ein niedriger Reibungskoeffizient ist wünschenswert, da je geringer die erforderliche Kraft zum Hineintreiben des äußeren konischen Keiles 17a in seine Position ist, desto geringer ist die Möglichkeit, daß seine Endoberfläche beschädigt wird, wenn er beim Einsetzen mit einem Holz- oder Gummihammer hineingeschlagen wird.
Ein anderer Zweck des ersten Lagerfutters 18 besteht darin, die innere Ümfangsflache der magnetischen Abschirmung 11 zu schützen. Bevor die magnetische Abschirmung 11 zusammengebaut wird, sind die vorderen und hinteren Oberflächen von jeder der sie bildenden
Metallplatten mit einem Isolierfilm beschichtet, über den ein Lack eingebrannt ist, und die Kantenflächen jeder Platte sind mit einem Lack beschichtet. Der isolierende Film und Lack verringern überstrombeschädigungen aufgrund des Magnetflusses und verhindern ein
Brennen der magnetischen Abschirmung 11. Das erste Lagerfutter 18 verhindert somit eine Schädigung des isolierenden Filmes und des Lackes, indem es als Kissen oder Polster zwischen ihnen und den konischen
Keilen 17 wirkt.
Bei einer kleinen rotierenden Elektromaschine, bei der die erforderlichen Kräfte, um die konischen Keile 17 in ihre Position zu treiben, nicht so groß sind, ist ein erstes Lagerfutter 18 ausreichend. Wenn jedoch die Größe der Maschine und die axiale Länge der magnetischen Abschirmung 11 zunimmt, nehmen auch die erforderlichen Kräfte zum Hineintreiben der konischen Keile 17 zu, und bei einer großen rotierenden Elektromaschine kann es wünschens-wert sein, eine zweite Lagerauskleidung oder ein zweites Lagerfutter mit einem niedrigeren Reibungskoeffizienten als das erste Lagerfutter 18 vorzusehen.
Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein zweites Lagerfutter 19 aus einer Fluor-Kunststoff plat te niedriger Reibung auf die Außenoberfläche des inneren konischen Keiles 17b sowie auf die äußere und die innere Oberfläche des äußeren konischen Keiles 17a und auf die Oberseite des ersten Lagerfutters 18 aufgebracht ist. Bei dem Fluor-Kunststoff kann es sich um ein Material handeln, wie z.B. Polytetrafluorethylen, z.B. Teflon von der Firma E. I. du Pont de Nemour & Co. Das zweite Lagerfutter 19 verringert den Reibungskoeffizienten zwischen den Kontaktoberflächen auf einen sehr niedrigen Wert von ungefähr 0,05, so daß es auch bei einer großen Maschine möglich ist, die konischen Keile 17 in ihre Position zu treiben, ohne die Endfläche der äußeren konischen Keile 17a zu be-
^0 schädigen. Obwohl bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 das zweite Lagerfutter 19 sowohl auf das erste Lagerfutter 18 als auch die Außenoberfläche des äußeren konischen Keiles 17a aufgebracht ist, kann auch eine einzige Lage verwendet werden, die dann auf eine dieser Kontaktflächen aufgebracht ist. Alternativ dazu können auch mehr als zwei solcher Lagen oder Platten verwendet werden. In gleicher Weise ist die Anzahl von Platten oder Lagen des zweiten Lagerfutters 19, die zwischen
dein äußeren konischen Keil 17a und dem inneren konischen Keil 17b aufgebracht sind, nicht auf zwei Lagen beschränkt. Es kann auch eine einzige Lage verwendet werden, die auf eine dieser beiden Oberflächen aufgebracht ist, oder aber mehr als zwei solcher Lagen, wenn es erwünscht ist. Bei den dargestellten Ausführungsformen sind konische Keile 17 um den gesamten inneren Umfang der magnetischen Abschirmung 11 vorgesehen,jedoch kann die Anzahl von Paaren von konischen Keilen auch verringert werden, wenn es erforderlich ist.

Claims (8)

  1. Patentanspruch e
    10
    15
    Rotierende Elektromaschine mit Luftspaltwicklung, gekennzeichnet durch
    einen Rotor (5),
    eine magnetische Abschirmung (11), die aus einer Vielzahl aufeinandergeschichteter Metallplatten besteht, die einen Hohlzylinder bilden, der um den Rotor (5) und koaxial zu diesem angeordnet ist, einen dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinder (12), der zwischen dem Rotor (5) und der magnetischen Abschirmung (11) angeordnet ist, den Rotor (5) im wesentlichen umgibt und parallel zu diesem angeordnet ist, ohne mit dem Rotor (5) in Berührung zu stehen, eine Vielzahl von Sätzen von Statorspulen (13), die an einer Vielzahl von Orten um den Außenumfang des isolierenden Zylinders (12) angeordnet sind,
    COPY
    eine Vielzahl von äußeren elektrisch isolierenden Platten (14), die um den Außenumfang der Statorspulen (13) angeordnet sind, und
    Paare von konischen Keilen (17) , die zwischen die innere Umfangsflache der magnetischen Abschirmung (11) und die äußere umfangsflache der äußeren elektrisch isolierenden Platten (14) eingesetzt sind, wobei jedes Paar von konischen Keilen (17) parallel zur Achse des Rotors (5) ausgefluchtet ist.
  2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von konischen Keilen (17) einen inneren konischen Keil (17b) und einen äußeren konischen Keil (17a) ähnlicher Form aufweist, wobei die konischen Keile (17) so angeordnet sind, daß die Innenoberfläche des inneren konischen Keiles (1.7b) parallel zur Außenoberfläche des äußeren konischen Keiles (17a) ist.
  3. 3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige, elektrisch isolierende Zylinder (12) aus Epoxidharz-Fiberglas besteht.
  4. 4. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Keile
    (17) aus Epoxidharz-Glasfasergewebeschichtstoff bestehen.
  5. 5. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    ow 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Lagerfutter
    (18) vorgesehen ist, das auf die innere Umfangsflache der magnetischen Abschirmung (11) aufgebracht ist.
  6. 6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lagerfutter (18) aus Epoxidharz-Glasfasergewebeschichtstoff besteht.
    _3-
    1
  7. 7. Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß ein zweites Lagerfutter (19) vorgesehen ist, das zwischen dem ersten Lagerfutter (18) und dem äußeren konischen Keil (17a) und
    5 zwischen dem äußeren konischen Keil (17a) und dem inneren konischen Keil (17b) aufgebracht ist.
  8. 8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lagerfutter (19) aus einer Lage aus Fluor-10 Kunststoff besteht.
DE3308005A 1982-03-08 1983-03-07 Rotierende Elektromaschine mit Luftspaltwicklung Expired DE3308005C2 (de)

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