DE3313747A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Description

;-". -"33137A7

Elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere sehneHäufende Motoren mit elektronischer Schaltung und Synchrongeneratoren.

Die Erfindung kann in schneilaufenden elektrischen Antrieben von Turbokompressoren, Hochdruckpumpen, Lüfter und Schnelldrahtstraßen verwendet werden.

Zur Zeit werden elektrische Energiequellen mit erhöhter Frequenz der Ausgangsspannung zur Stromversorgung verschiedenartiger Einrichtungen, darunter auch zur Stromversorgung automatischer Steuersysteme von autonomen Einrichtungen, verwendet. Als elektrische Energiequellen werden synchrone Wechselstrommaschinen, vorzugsweise kontaktlose, mit verschiedenen Erregungssystemen verwendet.

Eine der Grundforderungen, die an die Synchronmaschinen der hochfrequenten elektrischen Energiequellen gestellt werden, ist die Steigerung ihrer Drehzahl.

Auf der Basis einer Synchronmaschine in Zusammenwirkung mit elektronischen Leitungsstromrichtern werden auch Schnellaufende Elektromotoren gebaut, die für den Antrieb verschiedenartiger Turbokompressoren und anderer Einrichtungen bestimmt sind, deren Drehzahlerhöhung eine beträchtliche Verminderung ihrer Masse und Abmessungen ermöglicht.

; 33137A7

Die Herstellung von hochtourigen elektrischen Maschinen, bei denen man bestrebt ist, eine möglichst hohe Drehzahl des Rotors zu gewährleisten, ist mit der Entwicklung von Rotoren mit der erforderlichen Festigkeit unter Beibehaltung der Hauptkenndaten der elektrischen Maschinen verbunden.

Für die schnellaufenden elektrischen Maschinen werden Rotoren mit Klauenpolen oder mit gleichnamigen Polen verwendet.

Den Rotoren mit Klauenpolen fehlt die erforderliche Festigkeit wegen der großen Biegespannungen, hervorgerufen durch die Fliehkräfte, die beim Betrieb schnelllaufender elektrischer Maschinen entstehen und zum Verbiegen der Klauen und damit zu einer Zerstörung des Rotors führen. Außerdem entstehen in elektrischen Maschinen mit Klauenpolen zwischen den Klauen verschiedener Polarität bedeutende Streuflüsse, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine herabgesetzt und demzufolge ihre Abmessungen und ihre Masse vergrößert werden.

Deswegen ist in den schnellaufenden elektrischen Maschinen die Verwendung von Rotoren mit Klauenpolen begrenzt.

Rotoren mit gleichnamigen Polen, ausgeführt in Form von Polsystemen mit PolvorSprüngen, die durch einen Magnetleiter miteinander verbunden sind, besitzen im Unterschied zu den Rotoren mit Klauenpolen eine größere Festigkeit und sind einfach herstellbar, wodurch ihre effektive Verwendung in sehne!laufenden elektrischen Maschinen ermöglicht wird.

Es ist eine elektrische Maschine bekannt, die ein magnetleitendes zylindrisches Gehäuse, einen in ihm ange-

ordneten Rotor, der vollständig aus weichmagnetischem Stahl in Form zweier Polsysteme mit PolvorSprüngen hergestellt ist, die durch den Magnetleiter miteinander verbunden sind, einen in Bezug auf den Rotor mit einem Luftspalt angeordneten Stator mit zwei Eisenpaketen und ein Erregungssystem enthält, das aus Dauermagneten und Magnetleitern, die die Eisenpakete des Stators umfassen, ausgeführt und konzentrisch zwischen dem Stator und dem Gehäuse der Maschine untergebracht ist.

In den Eisenpaketen des Stators können axiale Kühlkanäle ausgeführt werden, wodurch die Innenkühlung der elektrischen Maschine und damit eine Erhöhung der Wärmebelastungen in den aktiven Teilen der elektrischen Maschine ermöglicht wird.

Die in Betracht gezogene Konstruktion der elektrischen Maschine erfordert eine hohe Montagegenauigkeit in Anbetracht der großen Anzahl von konzentrisch in Bezug auf den Rotor angeordneten Teilen, da der Wert des summarischen Fehlers in den Ausmaßen der angegebenen Teile den Wert der Exzentrizität des Rotors in Bezug auf den Stator bestimmt, deren Vergrößerung die energetischen Daten der Maschine und den Betrieb ihrer mechanischen Systeme (Lagereinheiten, Lagerschilde u. dgl.) verschlechtert und zusätzliche Schwingungen und Geräusche hervorruft (Bericht des wissenschaftlichen Forschungsinstituts Elektromash "Untersuchung der Möglichkeit einer Schaffung von sehneHäufenden gesteuerten Motoren für Turbokompressoren von Kryogenanlagen" Nr. 78070366,

S. 2, Abb. 1b).

Die angegebenen Nachteile sind in einer bekannten elektrischen Maschine beseitigt, von der die Erfindung ausgeht. Diese elektrische Maschine enthält ein zylindrisches

'J 33 1 37A7

Gehäuse, einen im Gehäuse untergebrachten Rotor, der vollständig aus weichmagnetischem Stahl in Form von zwei Polsystemen mit Polvorsprüngen ausgeführt ist, die miteinander durch einen Magnetleiter verbunden sind, einen aus zwei Eisenpaketen bestehenden Stator und ein Erregungssystem, das in Form einer zwischen den Eisenpaketen des Stators angeordneten Spule ausgeführt ist (s. E.L. Lustenader, R.H. Guess, E. Richter und F.G. Turnbull "Development of a Hybrid Flywheel/Battery Drive System for Electric Vehicle Applications", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Bd. VT-26, Nr. 2, Mai 1977, S. 135 - 143).

Die Anordnung des Erregungssystems im Inneren des Gehäuses der elektrischen Maschine bedingt die Notwendigkeit der Bewicklung des Stators nach dem Einbau der Statorpakete und des Erregungssystems in das Gehäuse der Maschine, wodurch die Montage der elektrischen Maschine im ganzen bedeutend verkompliziert wird, wobei bei einem Ausfall des Erregungssystem die ganze elektrische Maschine zerlegt werden muß, was eine wiederholte Anfertigung der Statorwicklung erfordert.

Die Anordnung des Erregungssystems im Inneren des Gehäuses der elektrischen Maschine zwischen den Eisenpaketen des Stators bedingt die Notwendigkeit eines Rotors mit großer Länge, wodurch seine Steifigkeit verringert und damit die kritische Drehzahl der elektrischen Maschine herabgesetzt wird.
Außerdem gestattet die Anordnung des Erregungssystems zwischen den Eisenpaketen des Stators keine durchgehende axiale Kühlung der Statorpakete und demzufolge keine Erhöhung der Wärmebelastung in den aktiven Teilen der elektrischen Maschine.

- ίο -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der das Gehäuse und das Erregungssystem so ausgeführt und so zueinander angeordnet sind, daß eine voneinander unabhängige Fertigung des Stators und des Erregungssystems gewährleistet wird, was zu einer Vereinfachung des Aufbaus der Maschine und zu einer Verbesserung ihrer Kühlbedingungen führt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer elektrischen Maschine mit einem zylindrischen Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten Rotor, der in Form von mindestens zwei durch einen Magnetleiter miteinander verbundenen Polsystemen mit PoIvorSprüngen, einem Stator mit mindestens zwei Eisenpaketen, sowie mit einem Erregungssystem,erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Erregungssystem außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und das Gehäuse aus sich in axialer Richtung abwechselnden magnetisch leitenden Abschnitten und unmagnetischen Abschnitten ausgeführt wird, wobei in jedem magnetisch leitenden Abschnitt das entsprechende Eisenpaket des Stators befestigt ist.

Die Anordnung des Erregungssystems außerhalb des Gehäuses gestattet es, die Fertigung und Montage der elektrischen Maschine durch die Möglichkeit der Herstellung des Erregungssystems unabhängig von der Fertigung des Stators zu vereinfachen, wobei die Herstellung desselben mit einer geringeren Genauigkeit möglich ist. Die unabhängige Fertigung des Erregungssystems und des Stators ermöglicht es, die Betriebssicherheit der elektrischen Maschine im ganzen zu erhöhen, da ein Ausfall des Erregungssystems keine Zerlegung der ganzen Maschine und keine Zerstörung der Statorwicklung erfordert.
Die Anordnung des Erregungssystems außerhalb des Ge-

häuses gestattet es, besonders im Fall seiner Ausbildung in Form einer Spule, die Länge des Raums zwischen den Eisenpaketen des Stators und folglich des Stators selbst zu vermindern, was wiederum die Festigkeit und die Steifigkeit des Rotors erhöht und also die kritische Drehzahl der elektrischen Maschine im ganzen steigert.

Außerdem gestattet es die Anordnung des Erregungssystems außerhalb des Gehäuses, die Kühlungsbedingungen sowohl der elektrischen Maschine im ganzen als auch des Erregungssystems selbst zu verbessern, wodurch die Sicherheit der elektrischen Maschine erhöht wird. Die Ausbildung des Gehäuses der elektrischen Maschine aus einander in axialer Richtung abwechselnden magnetisch leitenden Abschnitten und unmagnetischen Abschnitten und die Befestigung des entsprechenden Eisenpakets des Stators in jedem magnetisch leitenden Abschnitt gewährleistet durch das Einsetzen der unmagnetischen Abschnitte, die einen Nebenschluß des magnetischen Flusses über das Gehäuse ausschließen, einen normalen Betrieb der elektrischen Maschine.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist das Erregungssystem in Form einer das Gehäuse umfassenden Spule und eines Magnetleiters ausgeführt, der die Spule umfaßt und mit den magnetisch leitenden Abschnitten des Gehäuses verbunden ist.

Die Ausführung des Erregungssystems in Form einer das Gehäuse umfassenden Spule und eines die Spule umfassenden Magnetleiters ist für elektrische Maschinen zweckmäßig, bei denen während des Betriebes eine Regelung des magnetischen Erregungsflusses zur Regelung der Drehzahl des Rotors oder Ausgangsspannung erforderlich ist, wenn die Maschine als Generator arbeitet.

OO I 0 /

Die Verbindung des Magnetleiters des Erregungssystems mit den magnetisch leitenden Abschnitten des Gehäuses gewährleistet den Schluß des magnetischen Kreises des Erregungssystems und das Eindringen des magnetischen Flusses in den Luftspalt der Maschine, d.h. sie gewährleistet die Betriebsfähigkeit der elektrischen Maschine.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist es zweckmäßig, daß der Magnetleiter des Erregungssystems in Form eines Rings mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist und mindestens aus zwei Teilen besteht, die, zum Beispiel mittels Schrauben, in radialer Richtung lösbar miteinander verbunden sind.

Die Ausführung des Magnetleiters des Erregungssystems in Form eines Rings mit U-förmigem Querschnitt gestattet eine Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit der elektrischen Maschine infolge einer Entlastung des am wenigsten festen und steifen Teils des Gehäuses, und zwar seines unmagnetischen Abschnittes, wodurch wiederum die Möglichkeit der Befestigung der elektrischen Maschine an ihrem Mittelteil, d.h. am Magnetleiter, gewährleistet wird. Die Befestigung der Maschine an ihrem Mittelteil ist für Maschinen notwendig, die als Antrieb von Schnelldrahtstraßen benutzt werden, wo eine Verminderung der Abmessungen und der Masse der Plattform, auf der die Maschine gelenkig aufgestellt wird, erforderlich ist.

Die Ausführung des Magnetleiters des Erregungssystems mindestens aus zwei lösbar in radialer Richtung verbundenen Teilen gewährleistet eine einfache Montage und Demontage des Erregungssystems unter Beibehaltung der Festigkeit und Steifigkeit sowie den Zugang zu den Erregerspulen. Die Ausführung des Magnetleiters aus einer größeren Anzahl von Teilen ist zweckmäßig für elektrisehe Maschinen mit hoher Leistung und großen Abmessungen.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist es zweckmäßig, daß mindestens in einem der magnetisch leitenden Abschnitte des Gehäuses eine Ringnut ausgeführt ist und der Magnetleiter des Erregungssystems einen Ringvorsprung hat, der in die angegebene Ringnut eingreift. Die Ausbildung einer Ringnut am magnetisch leitenden Abschnitt des Gehäuses und eines Ringvorsprungs am Magnetleiter des Erregungssystems gewährleistet eine "Schloßverbindung" der angegebenen Elemente, die durch eine große Festigkeit und Steifigkeit gekennzeichnet wird, was es gestattet, die Sicherheit der Verbindung des Magnetleiters mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine zu erhöhen und, was besonders wichtig für elektrische Maschinen ist, die für den Antrieb von Schnelldrahtstraßen verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das Erregungssystem in Form mindestens eines mit den magnetisch leitenden Abschnitten des Gehäuses verbundenen Magnetleiters und einer auf den Magnetleiter aufgesetzten Magnetspule ausgeführt. Die Ausbildung des Erregungssystems in Form einer auf den Magnetleiter aufgesetzten Spule gestattet es, dieselbe in einem Abstand von der Maschine anzuordnen, wodurch das Gehäuse der Maschine über seine ganze Länge umblasen und die Maschine an sämtlichen Abschnitten radial durchblasen werden kann. Infolgedessen werden die Kühlbedingungen der elektrischen Maschine verbessert, was ihre Sicherheit erhöht.

Die Ausführung des Erregungssystems in Form einer auf den Magnetleiter aufgesetzten Spule ist zweckmäßig für elektrische Maschinen großer Leistung mit geschlossener Kreislaufkühlung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das Erregungssystem in Form von Dauermagneten, die am Gehäuse in der Zone mindestens eines der magnetisch leitenden Abschnitte angeordnet sind, und eines die Dauermagnete umfassenden Magnetleiters ausgeführt, wobei die magnetisch leitenden Abschnitte des Gehäuses, die von den Dauermagneten nicht umfaßt werden, mit dem Magnetleiter des Erregungssystems verbunden sind. Die Ausbildung des Erregungs systems in Form von am Gehäuse angeordneten Dauermagneten und eines sie umfassenden Magnetleiters ist für elektrische Maschinen mit einem geringen Regelbereich der Drehzahl zweckmäßig, bei denen keine Änderung des magnetischen Flusses im Laufe des Betriebs erforderlich ist. Solche Maschinen werden für den Antrieb von Gebläsen verwendet.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist die elektrische Maschine mit Hülsen versehen, die als ein Ganzes mit den unmagnetischen Abschnitten des Gehäuses ausgeführt sind und Zellen aufweisen, in denen die Dauermagnete untergebracht werden, wobei der sie umfassende Magnetleiter mit einem Luftspalt in Bezug auf die Dauermagnete angeordnet und mit den Hülsen verbunden ist. Die Anordnung von Hülsen an der elektrisehen Maschine, die Zellen aufweisen, in denen die Dauermagnete untergebracht sind, ermöglicht es, die Befestigung der Dauermagnete am Gehäuse der Maschine zu vereinfachen. Der Luftspalt zwischen den Dauermagneten und dem Magnetleiter und die Verbindung zwischen dem Magnetleiter und den Hülsen gestatten es, eine übertragung von mechanischen Kräften vom Magnetleiter auf die Dauermagnete zu vermeiden sowie Beschädigungen und den Ausfall der Magnete auszuschließen und damit die Sicherheit der elektrischen Maschine und die Schwingungsbeständigkeit des Erregungssystems zu erhöhen.

Die Ausbildung der Hülsen als ein Ganzes mit den unmagnetischen Abschnitten des Gehäuses ermöglicht eine Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zwischen den magnetisch leitenden und den unmagnetischen Abschnitten des Gehäuses durch eine Vergrößerung der Länge der unmittelbar miteinander verbundenen Teile der Abschnitte.

Gemäß einer weiteren Ausfiihrungsvariante der Erfindung sind zwischen den Eisenpaketen des Stators zusätzliche axial magnetisierte Dauermagnete angeordnet, und in den unmagnetischen Abschnitten des Gehäuses an der Seite der Innenflächen Nuten ausgebildet, in die die angegebenen Dauermagnete eingesetzt sind. Der Einsatz von zusätzlichen axial magnetisierten Dauermagneten, die zwisehen den Eisenpaketen des Stators angeordnet werden, gestattet es, die Streuflüsse in der Maschine zu vermindern, wodurch die Ausnutzung der Magnete des Erregungssystems erhöht und die Gesamtmasse der Magnete vermindert wird. Der Einsatz von zusätzlichen Dauermagneten in die Nuten, die in den unmagnetischen Abschnitten des Gehäuses an ihren Innenflächen ausgeführt werden, gewährleistet eine einfache Befestigung der Magnete.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist es zweckmäßig, daß an den magnetisch leitenden Abschnitten des Gehäuses Ringaussparungen und an den unmagnetischen Abschnitten des Gehäuses Ringvorsprünge, die in die angegebenen Ringaussparungen eingreifen, ausgeführt werden, wobei die unmagnetischen Abschnitte Über die Umfangslänge mindestens aus zwei miteinander verbundenen Teilen bestehen. Die Ausbildung der Ringaussparungen an den magnetisch leitenden Abschnitten des Gehäuses und der Ringvorsprünge an den unmagnetischen Abschnitten des Gehäuses, die in die entsprechenden Aussparungen eingreifen, ermöglicht eine "Schloßverbindung" der

Abschnitte des Gehäuses, wodurch die Festigkeit und Steifigkeit dieser Verbindungen erhöht wird. Die Ausbildung der unmagnetischen Abschnitte des Gehäuses mindestens aus zwei miteinander verbundenen Teilen gewährleistet eine einfache Montage und Demontage des Gehäuses der elektrischen Maschine. Bei großen Abmessungen des Gehäuses der elektrischen Maschine ist es zweckmäßig, die unmagnetischen Abschnitte des Gehäuses aus einer größeren Anzahl von Teilen auszuführen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung werden in der elektrischen Maschine, die axiale, in den Eisenpaketen des Stators ausgebildete Kühlkanäle enthält, die unmagnetischen Abschnitte des Gehäuses aus zwei Ringen ausgebildet, die miteinander durch Versteifungsrippen verbunden sind, welche über den Umfang so verteilt werden, daß sich zwischen den Rippen und den erwähnten Ringen radiale Kanäle zur Kühlung des Gehäuses ausbilden, während die Spulen des Erregungssystems an beiden Seiten des unmagnetischen Abschnitts angeordnet werden und der sie umfassende Magnetleiter aus einzelnen, über den Rippen angebrachten Elementen ausgeführt ist. Die angegebene Ausbildung der unmagnetischen Abschnitte des Gehäuses ermöglicht eine Kühlung der aktiven Teile der elektrischen Maschine mittels axial-radialer Kühlströme mit einer verdoppelten Menge des Kühlmittels bei einem gleichen Querschnitt durch die axialen Kanäle, was wiederum die Belastung der aktiven Teile der elektrischen Maschine unter Erhöhung ihrer spezifischen Kenndaten und Steigerung ihrer Sicherheit zu vergrößern gestattet. Diese Ausbildung ist zweckmäßig für elektrische Maschinen mit einer großen Länge oder für Maschinen mit einem geringen Querschnitt durch die axialen Kühlkanäle.

Die Anordnung der Spulen des Erregungssystems an beiden Seiten des unmagnetischen Abschnitts des Gehäuses und die Ausbildung des Magnetleiters des Erregungssystems aus einzelnen Elementen, die über den Steifigkeitsrippen des unmagnetischen Abschnitts angeordnet werden, gewährleistet einen freien Austritt des Kühlmittels durch die radialen Kanäle zur Kühlung des Gehäuses, wodurch ihr aerodynamischer Widerstand herabgesetzt und damit die Intensität der Kühlung der elektrischen Maschine erhöht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung hat der unmagnetische Abschnitt des Gehäuses im Axialschnitt die Form eines Doppel-T-Trägers, der durch seinen Innengurt mit den magnetisch leitenden Abschnitten des Gehäuses und durch seinen Außengurt mit dem Magnetleiter des Erregungssystems verbunden ist, wobei die Spulen des Erregungssystems zwischen den Gurten des Doppel-T-Trägers an beiden Seiten eines Stegs angeordnet sind. Die Ausbildung des unmagnetischen Teils des Gehäuses mit dem Axialschnitt in Form eines Doppel-T-Trägers gestattet es, die Steifigkeit des Gehäuses zu erhöhen, was bei der Befestigung der Maschinen an ihrem Mittelteil, d.h. bei elektrischen Maschinen, die für den Antrieb von Schnelldrahtstraßen verwendet werden, zweckmäßig ist.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist es zweckmäßig, daß Jeder Gurt des Doppel-T-Trägers in Form eines Rings ausgebildet ist, wobei diese Ringe koaxial zueinander angeordnet werden.

Die angegebene Ausführung gestattet eine Vereinfachung der Herstellung der unmagnetischen Abschnitte des Gehäuses, die einen Axialschnitt in Form eines Doppel-T-Trägers haben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der elektrischen Maschine, die axiale, in den Eisenpaketen des Stators ausgebildete Kühlkanäle enthält, ist es zweck- . mäßig, daß die Gurte des Doppel-T-Trägers in Form von Rippen ausgeführt werden, die starr an die Oberflächen des Steges angeschlossen und über den Umfang so verteilt sind, daß sie radiale Kanäle zur Kühlung des Gehäuses bilden. Die angegebene Ausbildung der unmagnetischen Abschnitte des Gehäuses gestattet es, eine axialradiale Kühlung der elektrischen Maschine bei einer gesteigerten Steifigkeit des Gehäuses auszuführen, was die Sicherheit der Maschine bedeutend erhöht und für Maschinen mit einer großen Länge und einer größeren Wärmebelastung zweckmäßig ist.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist es zweckmäßig, daß in einer elektrischen Maschine, die axiale, in den Eisenpaketen des Stators ausgebildete Kühlkanäle enthält, der unmagnetische Abschnitt des Gehäuses in Form von Platten ausgeführt wird, die über den Umfang verteilt sind und radiale Kanäle zur Kühlung des Gehäuses bilden. Die Ausbildung des unmagnetischen Abschnitts des Gehäuses in Form von über den Umfang des Gehäuses verteilten Platten vermindert den Metallaufwand für die unmagnetischen Abschnitte und damit für die elektrische Maschine im ganzen. Die angegebene Ausbildung ist für Maschinen zweckmäßig, die keinen abrupten Beschleunigungen und Stillsetzungen des Rotors ausgesetzt werden.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die elektrische Maschine mit einer Strömungshaube (Verkleidung) versehen, die zwischen den Eisenpaketen des Stators angeordnet wird, wobei die axialen Kühlkanäle der nebenliegenden Eisenpakete des Stators um einen Winkel α zueinander versetzt sind, der gleich dem halben Winkel β

zwischen den axialen Kühlkanälen ist, die in einem Paket ausgebildet sind. Die Anordnung einer Strömungshaube zwischen den Eisenpaketen des Stators und die gegeneinander versetzte Ausbildung der axialen Kühlkanäle in den nebeneinanderliegenden Eisenpaketen des Stators gestatten es, den gegenseitigen Einfluß der Kühlmittelströme verschiedener Eisenpakete des Stators auszuschließen und dadurch den aerodynamischen Widerstand des Raums zwischen den Statorpaketen zu vermindem, wodurch wiederum die Intensität des Kühlstroms erhöht und die Kühlung der elektrischen Maschine verbessert wird. Die Versetzung der axialen Kühlkanäle in den nebeneinanderliegenden Eisenpaketen des Stators um den Winkel α, der gleich dem halben Winkel β zwischen den nebeneinanderliegenden axialen, in einem Eisenpaket des Stators ausgebildeten Kanälen ist, gewährleistet eine Symmetrie der Kühlströme in den radialen Richtungen, wodurch eine gleichmäßige Kühlung der Spule der Erregungssysteme bedingt wird. Bei einer Versetzung der axialen Kühlkanäle um einen Winkel, der dem halben Winkel β zwischen den axialen Kanälen in einem einzelnen Eisenpaket des Stators nicht gleich ist, kompensieren die gegeneinandergerichteten Kühlströme einander und setzen dadurch die Intensität der Kühlung herab.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Strömungshaube in Form von Rippen ausgeführt wird, die über den Umfang verteilt und am unmagnetischen Abschnitt des Gehäuses befestigt sind. Die Ausbildung der Strömungshaube in Form von über die Umfangslänge verteilten Rippen, die am unmagnetischen Abschnitt des Gehäuses befestigt sind, gewährleistet einen minimalen Metallaufwand für die Strömungshaube und eine sichere Befestigung derselben in der Maschine.

33Ί374'

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung ist es zweckmäßig, die Strömungshaube in Form eines dünnwandigen Rings mit einer Wellung in Mäanderform auszuführen. Die in Form eines dünnwandigen Rings mit einer Wellung in Mäanderform ausgeführte Strömungshaube ist durch eine einfachere Fertigungstechnologie gekennzeichnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung werden die Rippen der Strömungshaube unter den Rippen des unmagnetischen Abschnitts des Gehäuses angebracht. Die Anordnung der Rippen der Strömungshaube unter den Rippen des unmagnetischen Abschnitts des Gehäuses gewährleistet eine Herabsetzung des aerodynamischen Widerstands der radial gerichteten Kühlmittelströme und also eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Kühlstroms, wodurch wiederum die Wirksamkeit der Kühlung der elektrischen Maschine erhöht wird.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine mit zwei Eisenpaketen im Stator im Längsschnitt;

Fig. 2 den Schnitt längs der Linie H-II von Fig. 1;

Fig. 3 eine.erfindungsgemäße elektrische Maschine mit vier Eisenpaketen im Stator im Längsschnitt;

Fig. 4 eine andere Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit zwei Eisenpaketen im Stator im Längsschnitt;

Fig. 5 den Schnitt längs der Linie V-V von Fig. 4;

Fig. 6 eine Vorderansicht einer Ausführungsvariante des Magnetleiters des Erregungssystems und des Gehäuses der elektrischen Maschine;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit zwei Eisenpaketen im Stator im Längsschnitt;

Fig. 8 das Gehäuse und das Erregungssystem der in Fig. 7 dargestellten elektrischen Maschine im

Querschnitt;

Fig. 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsvariante der elektrischen Maschine;

Fig. 10 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungs-Variante der elektrischen Maschine;

Fig. 11 eine Ausführungsvariante der elektrischen Maschine, deren Erregungssystem Dauermagnete enthält, im Längsschnitt;

Fig. 12 eine weitere Ausführungsvariante der elektrisehen Maschine, deren Erregungssystem Dauermagnete enthält, im Längsschnitt;

Fig. 1j5 eine Ausführungsvariante der elektrischen Maschine, deren Erregungssystem Dauermagnete enthält, im Längsschnitt;

Fig. 14 eine Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit Hülsen für die Dauermagnete, im Längsschnitt;

Fig. 15 eine Hülse für die Dauermagnete in aufgewickelter Form in vergrößertem Maßstab;

Fig. 16 eine Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit drei Eisenpaketen im Stator und mit axial magnetisierten Dauermagneten in den Zwischenräumen zwischen den Eisenpaketen des Stators im Längsschnitt;

Fig. 17 eine weitere Ausführungsvariante der elektri-. sehen.Maschine, im Längsschnitt;

Fig. 18 einen Längsschnitt durch die Baugruppe A in Fig. 17 in vergrößertem Maßstab;

3 "I 3747

Fig. 19 den ^magnetischen Abschnitt des Gehäuses der elektrischen Maschine in aufgewickelter Form;

Fig. 20 eine Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit axialen und radialen Kühlkanälen, im Längsschnitt;

Fig. 21 im Längsschnitt in vergrößertem Maßstab die

gegenseitige Lage des unmagnetischen Abschnitts und des Magnetleiters des Erregungssystems der in Fig. 20 dargestellten elektrischen Maschine;

Fig. 22 eine Ausführungsvariante der elektrischen Maschine, deren unmagnetischer Abschnitt des Gehäuses die Form eines Doppel-T-Trägers im Axialschnitt hat, im Längsschnitt;

Fig. 23 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungs-Variante des unmagnetischen Abschnitts des Gehäuses der in Fig. 22 dargestellten elektrischen Haschine in vergrößertem Maßstab;

Fig. 24 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsvariante des unmagnetischen Abschnitts des Gehäuses der in Fig. 22 dargestellten elektrischen Maschine in vergrößertem Maßstab;

Fig. 25 eine Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit Strömungshaube im Längsschnitt;

Fig. 26 den Schnitt längs der Linie XXVI-XXVI von Fig. 25;

Fig. 27 eine Aufwickelung der Eisenpakete des Stators mit Strömungshaube nach Fig. 25 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 28 eine Aufwickelung der Eisenpakete des Stators mit einer anderen Ausführungsvariante der Strömungshaube in vergrößertem Maßstab.

Die elektrische Maschine enthält ein zylindrisches Gehäuse 1 (Fig. 1), ausgeführt aus zwei magnetisch leitenden Abschnitten 2 und einem unmagnetischen Abschnitt 3, die sich in axialer Richtung abwechseln und mittels Schweißung miteinander verbunden sind.

Es sind auch andere Verbindungsvarianten der Abschnitte 2, 3 des Gehäuses 1 möglich, die weiter unten in Betracht gezogen werden.

Im Gehäuse 1 ist ein Rotor 4 angeordnet, der vollständig aus weichmagnetischem Stahl in Form von zwei Polsystemen 5 mit Polvorsprüngen 6 (Fig. 2) ausgeführt ist, die gegeneinander um 180 el. Grad versetzt sind. Die Polsysteme 5 (Fig. 1) sind durch einen Magnetleiter 7 miteinander verbunden.

Im Gehäuse 1 ist mit einem Luftspalt 8 in Bezug auf den Rotor 4 ein Stator 9 mit Eisenpaketen 10 angeordnet. Jedes Eisenpaket 10 des Stators 9 ist geschichtet ausgeführt, hat Nuten 11, in die die Leiter einer Statorwicklung 12 eingelegt sind, und ist in den entsprechenden magnetisch leitenden Abschnitt 2 des Gehäuses 1 eingepreßt. Die Anzahl der magnetisch leitenden Abschnitte des Gehäuses 1 ist also der Anzahl der Eisenpakete 10 des Stators 9 gleich.

Es sind auch andere Ausführungsvarianten des Stators 9 möglich, es können zum Beispiel im Stator 9 axiale Kühlkanäle ausgebildet werden, was weiter unten betrachtet wird.

An den Stirnseiten 1 sind Lagerschilde 13 angeordnet, die entweder vollständig aus unmagnetischen Werkstoffen, zum Beispiel aus Aluminium, oder mit (in der Figur nicht gezeigten) unmagnetischen Einsätzen ausgeführt werden, wodurch ein Nebenschluß des magnetischen Flusses der Maschine ausgeschlossen wird.

An der Außenseite des Gehäuses 1 ist das Erregungssystem 14 der elektrischen Maschine angeordnet, was eine unab-

C/ I

hängige Fertigung des Stators 9 und des Erregungssystems 14 gewährleistet und was es bei einem Ausfall des Erregungssystems 14 gestattet, nicht die ganze Maschine zu zerlegen und die Statorwicklung 12 nicht zu zerstören.

Das Erregungssystem 14 ist aus einer Spule 15, die das Gehäuse 1 über die ganze Umfangslänge desselben umfaßt, und aus einem Magnetleiter 16 ausgeführt, der die Spule 15 von drei Seiten umfaßt und mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses 1 verbunden ist. Die Anordnung der Spule 15 des Erregungssystems 14 außerhalb des Gehäuses 1 ermöglicht eine Verminderung der Länge des Rotors 4 durch Verminderung der Zwischenräume zwischen den Eisenpaketen 10 des Stators 9 und damit die Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit des Rotors 4, was wiederum eine Steigerung der kritischen Drehzahl der elektrischen Maschine zuläßt. Die Anzahl der Spulen 15 des Erregungssystems 14 hängt von der Anzahl der Eisenpakete 10 des Stators 9 ab, hat die elektrische Maschine η Eisenpakete 10 des Stators 9, so weist das Erregungssystem 14 n-1 Spulen 15 auf.

Es sind auch andere Ausführungsvarianten des Erregungssystems 14 möglich, was weiter unten betrachtet wird.

Der Magnetleiter 16 ist mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses 1 mittels Schweissung verbunden .

Es sind auch andere Ausführungsvarianten der Verbindung des Magnetleiters 16 mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses 1 möglich, was weiter unten betrachtet wird.

Die Verbindung des Magnetleiters 16 mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 gewährleistet den Schluß des magnetischen Kreises des Erregungssystems 14 und das

Eindringen des magnetischen Flusses in den Luftspalt 8 der elektrischen Maschine.

Der Magnetleiter 16 ist aus einzelnen Abschnitten 17, 18, 19 ausgeführt, die miteinander in axialer Richtung zum Beispiel mittels Schweissung verbunden sind, wodurch eine Vereinfachung der Fertigungstechnologie des Magnetleiters 16 ermöglicht wird.

Es ist auch eine andere Ausführung des Magnetleiters möglich, was weiter unten betrachtet wird.

Der magnetische Kreis der elektrischen Maschine besteht aus dem Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14, den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses 1, den Eisenpaketen 10 des Stators 9, den Polsystemen 5 des Rotors 4 und dem Magnetleiter 7 des Rotors 4.

Der betrachtete Aufbau ist zweckmäßig für elektrische Maschinen, bei deren Betrieb es erforderlich ist, den magnetischen Erregungsfluß zur Regelung der Drehzahl des Rotors oder der Ausgangsspannung zu ändern, wenn die Maschine als Generator arbeitet.

In Fig. 3 ist eine elektrische Maschine mit vier Eisenpaketen im Stator dargestellt, deren Konstruktionselemente, die den Elementen der in Fig. 1 dargestellten Maschine ähnlich sind, mit den gleichen Positionen bezeichnet sind.

Der Unterschied der Maschine mit vier Eisenpaketen im Stator besteht darin, daß ihr Erregungssystem 14 aus drei Spulen 15 ausgeführt ist, zwischen denen Magnetleiter 20 angeordnet sind, die die Zuleitung des magnetischen Flusses zu den entsprechenden Eisenpaketen 10 des Stators 9 gewährleisten, und die Endpakete 10 des Stators 9 um die Hälfte kürzer als die anderen Eisenpakete 10 ausgeführt sind, was für elektrische Maschinen mit mehreren Eisenpaketen im Stator zweckmäßig ist, da jedes Endpaket 10 den magnetischen Fluß leitet, der durch

OO I O /

eine Spule 15 erzeugt wird, während jedes der übrigen Eisenpakete 10 einen magnetischen Fluß leitet, der durch zwei Spulen 15 aufgebracht wird.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist der Magnetleiter 16 (Fig. 4) des Erregungssystems 14 in Form eines Rings mit U-förmigem Querschnitt ausgeführt, besteht aus zwei Teilen 21, 22 (Fig. 5), die miteinander in radialer Richtung, zum Beispiel mittels Schrauben 23, verbunden sind, und hat eine Sitzfläche 24 zur Befestigung der elektrischen Maschine.

Der in Form eines Rings mit U-förmigem Querschnitt ausgeführte Magnetleiter 16 ist durch eine erhöhte Steifigkeit gekennzeichnet, wodurch es ermöglicht wird, einen Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 mit einer geringeren Stärke zu verwenden, was wiederum den Metallaufwand für den Magnetleiter 16 und damit den Metallaufwand für die elektrische Maschine im ganzen herabsetzt. Da der Magnetleiter 16 eine erhöhte Steifigkeit aufweist, kann die elektrische Maschine in ihrem Mittelteil an der Sitzfläche 24 befestigt werden, was für elektrische Maschinen zweckmäßig ist, die als Antrieb von Schnelldrahtstraßen verwendet werden. Die Ausführung des einen U-förmigen Querschnitt besitzenden Magnetleiters 16 aus zwei Teilen 21, 22 gewährleistet eine einfache Montage und Demontage des Erregungssystems 14 unter Beibehaltung der Festigkeit und Steifigkeit des Magnetleiters 16.

Es ist auch die Ausführung des Magnetleiters 16 aus einer größeren Anzahl von Teilen möglich, die in radialer Richtung verbunden werden (die Verbindungen sind in der Figur nicht gezeigt), was für elektrische Maschinen mit großem Durchmesser zweckmäßig ist.

Die Spule 15 des Erregungssystems 14 ist mit einem Luftspalt 25 in Bezug auf den Magnetleiter 16 und mit einem

Luftspalt 26 in Bezug auf das Gehäuse 1 angeordnet, wodurch eine Herabsetzung der Erwärmung der Spule 15 vom Gehäuse 1 ermöglicht wird.

Die sonstigen Konstruktionselemente der in Fig. 4 dargestellten elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Maschine und werden mit gleichen Positionen bezeichnet.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung hat der in Form eines Ringes mit einem U-förmigen Querschnitt ausgeführte Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 einen Ringvorsprung 27» der an der Oberfläche des Magnetleiters 16 ausgebildet ist, wobei diese Oberfläche mit der Oberfläche eines der magnetisch leitenden Abschnitte 2 des Gehäuses 1 in Verbindung steht, während der Ringvorsprung 27 in eine ringartige Nut, zum Beispiel eine Keilnut 28, eingreift, die in dem angegebenen magnetisch leitenden Abschnitt 2 des Gehäuses 1 ausgebildet ist. Die Ausbildung des Ringvorsprungs 27 am Magnetleiter 16 und der Ringnut 28 im magnetisch leitenden Abschnitt 2 des Gehäuses 1 verhindert eine axiale Verschiebung des Magnetleiters 16 in Bezug auf das Gehäuse 1, was besonders wichtig bei einer geneigten oder senkrechten Anordnung der an ihrem Mittelteil - dem Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 - befestigten Maschine ist. Außerdem gewährleisten der Vorsprung 27 und die Nut 28 eine "Schloßverbindung" des Magnetleiters 16 mit dem magnetisch leitenden Abschnitt 2 des Gehäuses 1, die durch eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit gekennzeichnet ist.

Es ist eine Ausbildung von zwei Ringvorsprüngen 27 am Magnetleiter 16 und der Ringnuten 28 in zwei magnetisch leitenden Abschnitten 2 möglich, die an verschiedenen Seiten von der Spule 15 des Erregungssystems 14 angeordnet sind, wodurch eine noch höhere Sicherheit der

I O / H /

Verbindung des Magnetleiters 16 mit dem Gehäuse 1 erreicht wird (in der Figur nicht dargestellt).

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung besteht das Erregungssystem 14 (Fig. 7, 8) der elektrisehen Maschine aus einem Magnetleiter 16, der im Axialschnitt U-förmig ausgebildet ist und mit dem magnetisch leitenden Abschnitt 2 des Gehäuses 1 durch Schweissung verbunden wird, sowie aus einer Spule 15, die auf den angegebenen Magnetleiter 16 aufgesetzt ist. Die Spule 15 hat eine Windungslänge, die bedeutend geringer ist als die der Spule 15 (Fig. 1), wodurch eine Herabsetzung der Kupfermasse der Wicklung des Erregungssystems 14 (Fig. 7) gewährleistet wird. Der Magnetleiter 16 hat einen geringeren Durchmesser als der Durchmesser des Magnetleiters 16 (Fig. 1), der das Gehäuse 1 umfaßt.

Das Erregungssystem der in den Fig. 7, 8 dargestellten elektrischen Maschine wird also durch einen niedrigen Materialaufwand gekennzeichnet. Die sonstigen Elemente der in den Fig. 7» 3 dargestellten elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in den Fig. 1,2 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt und mit den gleichen Positionen bezeichnet. Die angegebene Ausführung des Erregungssystems 14 gestattet seine Anordnung in einem Abstand von der Maschine, wodurch das Anbringen eines (in der Figur nicht gezeigten) Wärmetauschers auf dem Gehäuse 1 der Maschine und also eine Verbesserung ihrer Kühlung ermöglicht wird. Dadurch wird auch die Möglichkeit der Einwirkung der in der Wicklung der Spule 15 entwickelten Wärme an die Temperatur des Gehäuses 1 ausgeschlossen. Der betrachtete Aufbau des Erregungs systems 14 ist zweckmäßig für elektrische Maschinen mit großem Durchmesser und mit hohen Wärmeverlusten in den aktiven Teilen.
Es ist eine Ausführung der elektrischen Maschine möglich, bei der das Erregungssystem 14 (Fig. 9) zwei Magnet-

leiter 16 und zwei Spulen 15 hat, wobei jede Spule 15 auf den entsprechenden Magnetleiter 16 aufgesetzt ist. Die angegebene Ausführung des Erregungssystems 14 ist für elektrische Maschinen mit einem großen Verhältnis des Durchmessers des Gehäuses 1 zu seiner Länge zweckmäßig .

Es ist auch eine Ausführung der elektrischen Maschine möglich, bei der das Erregungssystem 14 (Fig. 10) drei Magnetleiter 16 besitzt, auf denen je eine Spule 15 aufgesetzt ist.

Die angegebene Ausführung des Erregungssystems 14 ist für eine elektrische Maschine mit hoher Induktion in den Eisenpaketen 10 des Stators 9 zweckmäßig, in dem Schwankungen des magnetischen Flusses, bedingt durch die einseitige Anordnung der Spule 15 (Fig. 7) fühlbar sind.

Erfindungsgemäß wird für elektrische Maschinen mit einem geringen Regelbereich der Drehzahl, bei denen im Laufe des Betriebs keine Änderung des magnetischen Flusses erforderlich ist, das Erregungssystem 14 (Fig.11) in Form von mit dem Magnetleiter 16 umfaßten Dauermagneten 29 ausgeführt. Die Dauermagnete 29 sind in Form von Platten ausgebildet, auf dem Gehäuse 1 in der Zone eines der magnetisch leitenden Abschnitte 2 angebracht und mit Hilfe von Klebstoff an diesem befestigt. Der Magnetleiter 16 ist in Form eines Rings mit L-förmigem Axialschnitt ausgeführt und mittels Schweissung mit dem magnetisch leitenden Abschnitt 2 des Gehäuses 1 verbunden, der durch die Dauermagnete 29 nicht umfaßt ist.

Die Anordnung der Dauermagnete 29 in der Zone nur eines der magnetisch leitenden Abschnitte 2 des Gehäuses 1 ist zweckmäßig für elektrische Maschinen, auf deren Gehäuse die Anbringung von Hilfseinrichtungen und Baugruppen, wie zum Beispiel der Gebläse von Schalt- und Anlaßgeräten, Schutzelementen der Maschine usw., vorge-

OO I O /

sehen ist. Die Ausführung anderer Konstruktionselemente der elektrischen Maschine ist ähnlich den Elementen der in den Fig. 1, 2 dargestellten Maschine.

Es sind andere Ausführungsvarianten des Erregungssystems 14 mit Dauermagneten möglich. So ist zum Beispiel in Fig. 12 eine elektrische Maschine mit zwei Eisenpaketen im Stator dargestellt, bei der beide magnetisch leitende Abschnitte 2 des Gehäuses 1 mit Dauermagneten 29, 30 umfaßt sind. Dabei sind die Dauermagnete 29 dem magnetisch leitenden Abschnitt 2 des Gehäuses 1, an dem sie angeordnet sind, mit ihren Nordpolen N und die Dauermagnete 30 dem magnetisch leitenden Abschnitt 2, an dem sie angeordnet sind, mit ihren Südpolen S zugewandt. Der Magnetleiter 16 ist in Form eines die Dauermagnete 29, 30 umfassenden Rings ausgeführt. Die angegebene Ausführung des Erregungssystems 14 ist für elektrische Maschinen mit einem großen entmagnetisierenden Einfluß der Reaktion der Wicklung 12 des Stators 9 zweckmäßig.

In Fig. 13 ist eine elektrische Maschine mit drei Eisenpaketen im Stator dargestellt, bei der nur der eine,und zwar der mittlere, magnetisch leitende Abschnitt 2 des Gehäuses 1 mit dem Dauermagneten 29 umfaßt ist, während die magnetisch leitenden Endabschnitte 2 des Gehäuses 1 durch den die Dauermagnete 29 umfassenden Magnetleiter 16 verbunden sind, der in Form eines Rings mit U-förmigem Querschnitt ausgeführt ist. Die angegebene Ausführung des Erregungssystems 14 ist zweckmäßig für elektrische Maschinen, auf deren Gehäusen außer dem Erregungssystem andere Baugruppen, zum Beispiel Rohrleitungen, Ableitungskästen usw., angeordnet werden.

Die Wahl der Ausführungsvarianten des Erregungssystems 14 (Fig. 11 bis 13) mit den Dauermagneten 29, 30 hängt auch von der Sorte des Werkstoffs der Magnete ab. Bei

Magneten mit einer hohen Koerzitivkraft soll der Aufbau gemäß den Fig. 11 und 13 bevorzugt werden.

In Abhängigkeit von den Ausführungsvarianten des Erregungssystems 14 und von den Kennwerten der Magnete werden die Abmessungen der Dauermagnete 29, 30 gewählt.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung wird die elektrische Maschine, bei der das Erregungssystem 14 (Fig. 14) Dauermagnete 29, 30 hat, mit Hülsen 31, 32 versehen, die aus unmagnetischem Werkstoff als Ganzes mit dem unmagnetischen Abschnitt 3 des Gehäuses ausgeführt sind. Jede Hülse 31, 32 hat Zellen 33 (Fig. 15), in die die Dauermagnete 29, 30 (Fig. 14) eingesetzt werden, was eine Vereinfachung der Befestigung der Dauermagnete 29, 30 am Gehäuse 1 ermöglicht. Die Hülsen 31, 32 haben eine Dicke, die die der Dauermagnete 29, 30 überschreitet. Die Dickendifferenz wird ausgehend von den Werten des Toleranzfeldes zur Bearbeitung der Dauermagnete 29, 30 und von den Werten der temperaturbedingten Änderungen der Abmessungen einzelner Teile der elektrischen Maschine gewählt. Wenn man berücksichtigt, daß die Streuung der Abmessungen der erforderlichen, aus der Preßform herauskommenden Ferritmagnete ± 2 % beträgt, d.h. einen Wert, der die Leitfähigkeit des magnetischen Kreises wenig beeinflußt, ist einleuchtend, daß in der erfindungsgemäßen Konstruktion nicht geschliffene Dauermagnete 29, 30 verwendet werden können, deren Kosten um 20 bis 30 % geringer sind als die Kosten der bearbeiteten Magnete. Die Hülsen 31, 32 sind mittels eines Haftsitzes mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses sowie mit dem Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 zusammengefügt und verbunden. Zwischen den in die Hülsen 31, 32 eingesetzten Dauermagneten 29, 30 sind infolge der Dickendifferenz der Magnete 29, 30 und der Hülsen

31, 32 Luftspalte 34 in Bezug auf den Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 vorhanden. Die Luftspalte gestatten es, eine Übertragung mechanischer Kräfte vom Gehäuse 1 und vom Magnetleiter 16 auf die Dauermagnete 29, 30 auszuschließen, wodurch ihre Sicherheit und die Sicherheit der elektrischen Maschine im ganzen erhöht wird.

Die sonstigen Elemente der elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 12 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt.

Im Fall der Anordnung der Dauermagnete 29 (Fig. 11,13) in der Zone nur eines magnetisch leitenden Abschnitts des Gehäuses 1 wird die elektrische Maschine mit einer (in der Figur nicht gezeigten) Hülse versehen.

In der Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit drei Eisenpaketen im Stator, bei der die Dauermagnete 29, 30 (Fig. 16) nur an den magnetisch leitenden Endabschnitten 2 des Gehäuses 1 angeordnet sind, sind die Hülsen 31» 32 durch den mittleren magnetisch leitenden Abschnitt 2 voneinander getrennt, der mit dem Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 verbunden ist. Demzufolge wird der Aufbau des Erregungssystems 14 durch eine Verminderung der Anzahl der Dauermagnete vereinfacht.

Die sonstigen Konstruktionselemente der elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 13 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung sind zwischen den Eisenpaketen 10 (Fig. 16) des Stators 9 zusätzliche, axial magnetisierte Dauermagnete 35 angeordnet, die in den Nuten 36 der unmagnetischen Abschnitte 3 des Gehäuses 1 befestigt werden, welche an der Seite der Innenflächen der unmagnetischen Abschnitte 3 ausgebildet sind. Die Pole der Magnete 35 sind in

Bezug auf die Pole der Dauermagnete 29, 30 so angeordnet, daß sie einen ihnen entgegengerichteten magne-¹ tischen Fluß erzeugen. Die Abmessungen der zusätzlichen Dauermagnete 35 und deren Anzahl werden aus der Bedingung der Erzeugung eines über den Umfang gleichmäßigen magnetischen Feldes bestimmt, dessen Feldspannung unwesentlich die Spannung des Streuflusses überschreitet. Das Vorhandensein der Dauermagnete 35 zwischen den Eisenpaketen 10 des Stators 9 ermöglicht eine Verminderung der Streuflüsse zwischen den Eisenpaketen 10, wodurch eine Verstärkung der Induktion im Luftspalt 8 der elektrischen Maschine und eine Erhöhung ihrer Leistung gewährleistet werden. Der Einsatz von zusätzlichen Dauermagneten 35 ist zweckmäßig für elektrische Maschinen mit einem geringen Abstand zwischen den Eisenpaketen 10 des Stators 9. Die Befestigung der Magnete 35 in den Nuten 36 der unmagnetischen Abschnitte 3 des Gehäuses 1 ist am einfachsten und sichersten.

Es sind auch andere Befestigungsvarianten der Magnete 35 an den unmagnetischen Abschnitten 3 möglich; zum Beispiel können die Magnete 35 an die Abschnitte 3 des Gehäuses 1 angeklebt werden.

Gemäß einer der Ausführungsvarianten der Erfindung werden an der Außenfläche der magnetisch leitenden Abschnitte 2 (Fig. 17) des Gehäuses 1 in unmittelbarer Nähe vom unmagnetischen Abschnitt 3 Ringaussparungen und an der Innenfläche des unmagnetischen Abschnitts Ringvorsprünge 38, die in die angegebenen Aussparungen 37 eingreifen, ausgeführt. Der unmagnetische Abschnitt hat im Axialschnitt eine Trapezform, wodurch seine Festigkeit und Steifigkeit erhöht werden. Die angegebene Ausführung der magnetisch leitenden Abschnitte 2 und des unmagnetischen Abschnittes 3 gestattet eine Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit der Verbindung der

\J I W» / "T #

Abschnitte 2, 3 des Gehäuses 1 unter Gewährleistung einer "Schloßverbindung". Zur dichteren Verbindung der magnetisch leitenden Abschnitte 2 mit dem unmagnetischen Abschnitt 3 werden diese zusätzlich durch Schrauben 39 (Fig. 18) zusammengezogen. Zur Vereinfachung der Montagetechnologie des Gehäuses 1' wird der unmagnetische Abschnitt 3 aus zwei Teilen 40, 41 (Fig. 19) ausgeführt, die miteinander, zum Beispiel durch Schweissung, verbunden werden, wobei man zunächst die magnetisch leitenden Abschnitte 2 mit den Teilen 40, 41 des unmagnetischen Abschnitts 3 verbindet. Dann werden die Teile 40, 41 des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 miteinander verbunden.

Es ist eine Ausführung des unmagnetischen Abschnitts 3 aus einer größeren Anzahl von Teilen möglich (in der Figur nicht dargestellt), was bei einem großen Durchmesser des Gehäuses 1 der elektrischen Maschine zweckmäßig ist. Im unmagnetischen Abschnitt 3 sind Öffnungen 42 ausgebildet, durch die das Kühlmittel radial durch die Maschine geblasen wird.

Im Fall einer elektrischen Maschine mit einer größeren Anzahl von Eisenpaketen im Stator werden alle unmagnetischen Abschnitte 3 in ähnlicher Weise ausgeführt (in der Figur nicht dargestellt).

Die sonstigen Konstruktionselemente der in Fig. 17 dargestellten elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 1 dargestellten Maschine ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist in der elektrischen Maschine, bei der in den Eisenpaketen 10 (Fig. 20) des Stators 9 axiale Kühlkanäle 43 ausgebildet werden, der unmagnetische Abschnitt 3 des Gehäuses 1 aus zwei Ringen 44 ausgeführt, die miteinander durch die über die Umfangslänge verteilten und in Form von keilartigen Platten ausgebildeten Versteifungsrippen 45 (Fig. 21) verbunden sind. Der unmagnetische

Abschnitt 3 ist in Form eines Teils ausgeführt, es ist jedoch eine Ausführung des unmagnetischen Abschnitts aus einzelnen Teilen 44, 45 möglich, die miteinander zum Beispiel mittels Schweissung verbunden werden. Der unmagnetische Abschnitt 3 (Fig. 20) ist mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 mittels Schweissung verbunden .

Zwischen den Ringen 44 und den Versteifungsrippen 45 sind radiale Kanäle 46 zur Kühlung des Gehäuses 1 ausgebildet, durch die die radiale Kühlung der aktiven Teile der elektrischen Maschine erfolgt, wodurch die Sicherheit der elektrischen Maschine bedeutend erhöht wird. Die Ausbildung der Versteifungsrippen 45 (Fig. 21) in Form von keilartigen Platten ermöglicht eine Vergrößerung der Länge des Bogens 47, der die radialen Kühlkanäle 46 bildet, im Vergleich zum Bogen 48 der keilartigen Platten, wodurch eine Vergrößerung des Querschnitts der radialen Kanäle 46 und eine Herabsetzung ihres aerodynamischen Widerstands gestattet wird.

Es ist zweckmäßig, daß die Anzahl der radialen Kanäle 46 (Fig. 20) zur Kühlung des Gehäuses 1 mindestens um das 2-fache die Anzahl der axialen Kühlkanäle 43 überschreitet, was eine Herabsetzung des aerodynamischen Widerstands der radialen Kanäle 46 zur Kühlung des Gehäuses 1 ermöglicht. Die angegebene Ausbildung des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 ist für elektrische Maschinen großer Länge oder für Maschinen mit einem geringen Querschnitt der axialen Kanäle 43 zur Kühlung der Eisenpakete 10 des Stators 9 zweckmäßig.

Das Erregungssystem 14 ist aus zwei Spulen 15, die an den magnetisch leitenden Abschnitten 2 an beiden Seiten vom unmagnetischen Abschnitt 3 angeordnet sind, und aus dem Magnetleiter 16, der aus einzelnen rechteckigen Elementen 49 (Fig. 21) ausgebildet ist, die über den

\J \J I V/ I Tt /

Versteifungsrippen 45 angebracht sind, sowie aus zwei Ringelementen 50 (Fig. 20), die die Elemente 49 des Magnetleiters 16 mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses 1 verbinden, ausgeführt. Die Elemente 50 des Magnetleiters 16 sind mit den Elementen 49 des Magnetleiters 16 und mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses 1 mittels Schweissung verbunden.
Es ist eine Verbindung der angegebenen Elemente, zum Beispiel mit Hilfe von Schrauben, möglich (in der Figur nicht gezeigt).

Die angegebene Ausbildung des Erregungssystems 14 gewährleistet einen freien Austritt des Kühlmittels durch die radialen Kanäle 46 des Gehäuses 1, wodurch wiederum der aerodynamische Widerstand der Kanäle 46 vermindert und also die Intensität der Kühlung der elektrischen Maschine erhöht wird.

In den Lagerschilden 13 sind Öffnungen 51 zur Zuleitung des Kühlmittels in die axialen Kühlkanäle 43 der Eisenpakete 10 des Stators 9 ausgebildet. Die sonstigen Elemente der in Fig. 20 dargestellten elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt und mit gleichen Positionen bezeichnet.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 22 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung hat der unmagnetische Abschnitt 3 des Gehäuses 1 im Axialschnitt die Form eines Doppel-T-Trägers, der zum Beispiel mittels Schweissung an seinem Innengurt 52 mit den magnetisch leitenden Abschnitten 2 des Gehäuses 1 und am Außengurt 53 mit dem Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 verbunden ist. Die angegebene Ausbildung des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 gestattet es, die Steifigkeit des Gehäuses 1 gemeinsam mit dem Erregungssystem zu vergrößern. Jeder Gurt 52, 53 des Doppel-T-

Trägers ist in Form eines Rings ausgebildet, der koaxial zum anderen Ring angeordnet und mittels Schweissung mit dem Steg des Doppel-T-Trägers verbunden ist, wodurch die Fertigungstechnologie des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 bedeutend vereinfacht wird. Die beiden Spulen 15 des Erregungssystems 14 sind zwischen den Gurten 52, 53 des Doppel-T-Trägers an beiden Seiten seines Stegs 54 angebracht,, Der Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14 ist in Form eines Rings mit U-förmigem Querschnitt ausgeführt. Die sonstigen Konstruktionselemente der in Fig« 22 dargestellten elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 4 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt und mit gleichen Positionen bezeichnet. Die angegebene Konstruktionsausbildung ist zweckmäßig für elektrische Maschinen, die für Antriebe von Schnelldrahtstraßen verwendet werden.

Erfindungsgemäß sind auch andere Ausführungsvarianten des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 möglich, die im Axialschnitt die Form eines Doppel-T-Trägers haben. So zum Beispiel ist in Fig. 23 ein unmagnetischer Abschnitt 3 des Gehäuses 1 dargestellt, bei dem die Gurte 52, 53 des Doppel-T-Trägers in Form von Rippen 55 ausgeführt sind, die zum Beispiel mittels Schweissung an die Oberflächen des Stegs 54 starr angeschlossen, über die Umfangslänge verteilt sind und radiale Kanäle 46 zur Kühlung des Gehäuses 1 bilden. Die angegebene Ausbildung des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 gewährleistet eine axial-radiale Kühlung der elektrisehen Maschine bei einer erhöhten Steifigkeit des Gehäuses 1 und ist für elektrische Maschinen mit einer großen Länge und einer erhöhten Wärmebelastung zweckmäßig. Die sonstigen Elemente der elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 20 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt.

In Fig. 24 ist ein unmagnetischer Abschnitt 3 des Gehäuses 1 dargestellt, der aus Platten 56 in Form von Doppel-T-Trägern ausgeführt ist, die über den Umfang verteilt sind und radiale Kanäle 46 zur Kühlung des Gehäuses 1 bilden. Die angegebene Ausbildung des unmagnetischen Abschnitts 2 gestattet es, unter Beibehaltung einer erhöhten Steifigkeit des Gehäuses 1 den Metallaufwand für den unmagnetischen Abschnitt 3 und damit den Metallaufwand für die elektrische Maschine im ganzen herabzusetzen. Die in Betracht gezogene Ausführung des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 ist für elektrische Maschinen zweckmäßig, die keiner Einwirkung von schroffen Beschleunigungen und Stillsetzungen des Rotors 4 ausgesetzt sinä.

Die sonstigen Elemente der elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 20 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt.

In den Fig. 22 bis 24 ist die Ausführung von elektrischen Maschinen mit zwei Eisenpaketen im Stator dargestellt, wobei die Ausführung von elektrischen Maschinen mit einer größeren Anzahl von Eisenpaketen im Stator ähnlich ist.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 25 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung ist die elektrische Maschine, die axiale Kanäle 43 zur Kühlung der Eisenpakete 10 des Stators 9 und radiale Kanäle 46 zur Kühlung des Gehäuses 1 enthält, mit einer Strömungshaube 57 versehen, die zwischen den Eisenpaketen 10 des Stators 9 angeordnet wird. Die Strömungshaube 57 ist in Form von Rippen 58 (Fig. 26) ausgeführt, die über den Umfang verteilt und mittels Schweissung an den Versteifungsrippen 45 des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 befestigt sind, wobei die axialen Kanäle 43 (Fig. 25) zur Kühlung nebeneinanderliegender Eisenpakete 10 des Stators 9 an verschiedenen Seiten von den

Rippen 58 der Strömungshaube 57 angeordnet werden. Die angegebene Ausbildung der Strömungshaube 57 gewährleistet einen minimalen Metallaufwand für dieselbe und ihre sichere Befestigung in der elektrischen Maschine. Die axialen Kanäle 43 in Fig. 27 zur Kühlung nebeneinander liegender Eisenpakete 10 des Stators 9 sind gegeneinander um einen Winkel α versetzt, der dem halben Winkel β zwischen den axialen Kühlkanälen 43 gleich ist, die in dem einen Eisenpaket 10 des Stators 9 ausgebildet sind. Die Anordnung der Strömungshaube 57 und die angegebene gegenseitige Anordnung der axialen Kanäle 43 nebeneinanderliegender Eisenpakete 10 des Stators 9 gestattet es, einen gegenseitigen Einfluß der Kühlmittelströme nebeneinanderliegender Eisenpakete 10 des Stators 9 auszuschließen und dadurch den aerodynamischen Widerstand des Raums zwischen den Eisenpaketen 10 des Stators 9 zu vermindern. Die sonstigen Elemente der elektrischen Maschine sind ähnlich den Elementen der in Fig. 20 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt und mit gleichen Positionen bezeichnet, sie können aber auch ähnlich den Elementen der in den Fig. 23, 24 dargestellten elektrischen Maschine ausgeführt werden.
Im Fall einer Ausführung der elektrischen Maschine mit mehreren Eisenpaketen im Stator ist die Anzahl der Strömungshauben 57 der Anzahl der unmagnetischen Abschnitte 3 des Gehäuses 1 gleich. Die Strömungshaube 57 (Fig. 29) kann erfindungsgemäß in Form eines dünnwandigen mäanderartig gewellten Rings ausgeführt werden, der durch eine einfachere Fertigungstechnologie gekennzeichnet ist.

Bei einer in Form eines mäanderartig gewellten Rings ausgeführten Strömungshaube bilden die Längskomponenten Rippen 58.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung sind die Rippen 58 (Fig. 27, 28) der Strömungshaube unter den Rippen 45 (Fig. 26) oder 55, 56 (in der Figur nicht gezeigt) des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 angeordnet. Die angegebene Anordnung der Rippen 58 der Strömungshaube 57 und der Rippen des unraagnetisehen Abschnittes 3 des Gehäuses 1 ermöglicht eine Herabsetzung des aerodynamischen Widerstands für die radial gerichteten Ktihlmittelflüsse und gestattet also eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Kühlstroms, wodurch die Wirksamkeit der Kühlung der elektrischen Maschine erhöht wird.

Die elektrische Maschine arbeitet auf folgende Weise: Das Erregungssystem 14 (Fig. 1) gewährleistet die Erzeugung eines magnetischen Erregungsflusses in der elektrischen Maschine. Der magnetische Erregungsfluß schließt sich über den Magnetleiter 16 des Erregungssystems 14, die magnetisch leitenden Abschnitte 2 des Gehäuses 1, die Eisenpakete 10 des Stators 9, den Luftspalt 8, die Polsysteme 5 des Rotors 4 und den Magnetleiter 7 des Rotors 4. Der zwischen den magnetisch leitenden Abschnitten 2 angeordnete unmagnetische Abschnitt 3 schließt einen Nebenschluß des magnetischen Flusses aus. Da der magnetische Erregungsfluß nur durch die PoI-vorSprünge 6 des Polsystems 5 in den Rotor 4 gelangt, durchdringt er nicht in jedem beliebigen Zeitpunkt alle Leiter der Wicklung 12 des Stators 9, sondern nur einen Teil davon, der durch den Wert des Polbogenfaktors bestimmt wird, wobei beim maximalen Wert dieses Faktors gleich Eins vom magnetischen Fluß eines Polsystems 5 nur die Hälfte der Leiter der Wicklung 12 des Stators durchdrungen wird.

Bei der Drehung des Rotors 4 verstellen sich die Polsysteme 5 in Bezug auf die Leiter der Wicklung 12 des Stators 9 und nehmen den magnetischen Erregungsfluß mit, wodurch sie das Überqueren der Leiter der Wicklung 12

des Stators 9 durch die magnetischen Kraftlinien dieses Flusses gewährleisten, demzufolge in den Leitern eine EMK induziert wird.

Da in der elektrischen Maschine die Polsysteme 5 (Fig. 2) des Rotors 4 längs dem Umfang um 180 elektri-.sehe Grade versetzt sind, wird bei der Drehung des Rotors 4 in den Leitern der Wicklung 12 (Fig. 1) des Stators 9 eine EMK mit nur einem Vorzeichen induziert.

Der oben beschriebene generatorische Betriebszustand der elektrischen Maschine entspricht vollständig dem generatorischen Betriebszustand einer Synchronwechselpolmaschine mit dem einzigen Unterschied, daß hier die EMK nur in einem Teil der Leiter der Wicklung 12 einer Phase, die in irgendeinem Eisenpaket 10 des Stators 9 liegt, erzeugt wird. Demzufolge ist die Ausnutzung der erfindungsgemäßen Gleichpolmaschine um die Hälfte geringer als die der Wechselpolmaschine.

Infolge des Fehlens einer Erregerwicklung auf dem Rotor 4 wird jedoch die Drehzahl des Rotors 4 einer solchen Maschine die Drehzahl des Rotors der Wechselpolmaschine mit einer Wicklung auf dem Rotor bedeutend überschreiten, was ihren Vorteil in Antrieben von Mechanismen, die eine hohe Drehzahl erfordern, gewährleistet. Die Regelung des magnetischen Erregungsflusses zur Regelung der Drehzahl des Rotors erfolgt durch Änderung des Stroms in der Wicklung der Spule 15 des Erregungssystems 14.

Die in Betracht gezogene elektrische Maschine arbeitet mit einem natürlichen Kühlsystem, bei dem die in den aktiven Teilen der Maschine erzeugte Wärme auf das Gehäuse 1 und die Lagerschilde 13 übertragen und weiterhin in den umgebenden Raum zerstreut-wird.

Die Wirkung der elektrischen Maschine mit einer größeren Anzahl der Eisenpakete 10 (Fig. 3) des Stators 9 verläuft

ähnlich der Wirkung der elektrischen Maschine mit zv/ei Eisenpaketen 10 im Stator 9 (Fig. 1). Der Unterschied besteht darin, daß der durch die drei Spulen des Erregungssystems 14 erzeugte magnetische Erregungsfluß sich in drei Ströme verzweigt, wobei durch die Endpakete 10 des Stators 9 nur ein Strom verläuft, der von einer der Spulen aufgebracht wird, und durch die zwischen ihnen angeordneten Eisenpakete 10 magnetische Ströme verlaufen, die von zwei Spulen 15 aufgebracht werden, demzufolge die Länge der Endpakete 10 des Stators 9 um das Doppelte geringer ist als die Länge der sonstigen Eisenpakete 10. Die Wirkung der in den Fig. 7, 9, 10 dargestellten elektrischen Maschine ist ähnlich der Wirkung der in Fig. 1 dargestellten elektrisehen Maschine.

Die Wirkung der in den Fig. 11, 12, 13, 14 dargestellten elektrischen Maschine ist ähnlich der Wirkung der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Maschine mit dem Unterschied, daß der magnetische Erregungsfluß durch Dauermagnete 29, 30 erzeugt wird, die in den magnetischen Kreis des Erregungssystems 14 obligatorisch in Reihe geschaltet werden. Dabei übt die Anordnungsstelle der Dauermagnete im Erregungskreis auf den Betrieb der Maschine prinzipiell keinen Einfluß aus. Bei einer Anordnung derselben an der Außenoberfläche der magnetisch leitenden Abschnitte 2 des Gehäuses 1 wird eine Vereinfachung des Aufbaus und eine Vergrößerung der Oberfläche der Dauermagnete 29, 30, -von der die Induktion in der Maschine abhängt, erreicht.

Die Wirkung der in Fig. 16 dargestellten elektrischen Maschine ist ähnlich der Wirkung der in den Fig. 11 bis 14 dargestellten elektrischen Maschine mit dem Unterschied, daß die zusätzlichen axial maghetisierten Dauermagnete 35 einen magnetischen Fluß erzeugen, der dem Fluß der Dauermagnete 29, 30 entgegengerichtet ist, wo-

durch eine Verminderung der sich zwischen den nebeneinanderliegenden Eisenpaketen 10 mit entgegengesetzter Polarität schließenden Streuflüsse des Magnetsystems gewährleistet wird.

Die Wirkung der in Fig. 20 dargestellten elektrischen Maschine ist ähnlich der Wirkung der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Maschine mit dem Unterschied, daß der Aufbau der Maschine eine Zwangskühlung dieser aktiven Teile gestattet. Das Kühlmittel wird in entgegengerichteten Strömen durch die Öffnungen 51 in den Lagerschilden 13 in die Maschine gefördert und durchströmt die axialen Kanäle 43 zur Kühlung der Eisenpakete 10 des Stators 9, wobei es mit den Abschnitten mit intensiver Wärmeabgabe in Berührung kommt, die in der Nähe der Nuten 11 liegen, in denen die Leiter der Wicklung angeordnet sind. Beim Eintritt in den Raum zwischen den Eisenpaketen 10 des Stators 9 ändert das Kühlmittel seine Richtung von der axialen zur radialen, beide entgegengerichteten Ströme fließen zusammen zu einem gemeinsamen Strom, der in die radialen Kanäle 46 zur Kühlung des Gehäuses 1 gelangt. Die Bewegung des Kühlmittels ist in der Fig. mit Pfeilen gezeigt. Die an verschiedenen Seiten vom unmagnetischen Abschnitt 3 des Gehäuses 1 . angeordneten Spulen 15 des Erregungssystems 14 gewährleisten einen freien Austritt des Kühlmittels durch die radialen Kanäle 46, wodurch deren aerodynamischer Widerstand vermindert und also die Intensität der Kühlung der elektrischen Maschine erhöht wird. Auf diese Weise wird die axial-radiale Kühlung der elektrischen Maschine mit einer verdoppelten Mange des Kühlmittels zustandegebra.cht, was eine Erhöhung der Auslastung der aktiven Teile der elektrischen Maschine bei Vergrößerung ihrer spezifischen Kenndaten und Verbesserung ihrer Sicherheit gestattet. Die entgegengerichteten Ströme des Kühlmittels kompensieren jedoch die Bewegungsgeschwindigkeit derselben beim Zusammenfließen zu einem gemeinsamen Strom,

wodurch die Intensität der Kühlung der elektrischen Maschine vermindert wird. Dieser Nachteil ist in der elektrischen Maschine der Fig. 25 durch eine gegenseitige Verschiebung der axialen Kanäle 43 zur Kühlung nebeneinanderliegender Eisenpakete 10 des Stators 9 um den Winkel α und durch die Anordnung der Strömungshaube 57 zwischen den Eisenpaketen 10 beseitigt. Die entgegengerichteten Ströme des Kühlmittels sind voneinander verschoben und durch die Rippen 58 (Fig. 27,28) der Strömungshaube 57 voneinander abgetrennt und gelangen in verschiedene Kanäle 46 (Fig. 26) zur Kühlung des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1, wodurch eine gleichmäßige Kühlung der Spule 15 des Erregungssystems 14 gewährleistet wird. Außerdem gewährleistet die Anordnung der Rippen 58 (Fig. 27, 28) unter den Rippen 45 (Fig. 26) des unmagnetischen Abschnitts 3 des Gehäuses 1 einen freien Austritt des Kühlmittels aus den radialen Kanälen 46, was die Geschwindigkeit des kühlenden Stroms des Kühlmittels erhöht und also die Wirksamkeit der Kühlung der elektrischen Maschine noch mehr verbessert.

Der erfindungsgemäße Aufbau der elektrischen Maschine gewährleistet deren einfache Fertigung und Montage durch die unabhängige Herstellung des Stators und des Erregungssystems, wodurch wiederum die Betriebssicherheit der elektrischen Maschine erhöht wird, da bei einem Ausr fall des Erregungssystems eine Demontage der ganzen Maschine und eine Zerstörung der Statorwicklung nicht erforderlich sind. In der erfindungsgemäßen Konstruktion der elektrischen Maschine ist die Länge des Rotors auf Kosten einer Verringerung des Raums zwischen den Eisenpaketen des Stators vermindert, wodurch eine Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit des Rotors und also eine Steigerung der kritischen Drehzahl der elektrischen

Maschine ermöglicht werden.

Außerdem gestattet es der erfindungsgemäße Aufbau der elektrischen Maschine, eine axial-radiale Zwangskühlung der aktiven Teile auszuführen, was eine Erhöhung der Auslastung der aktiven Teile der elektrischen Maschine "bei Vergrößerung ihrer spezifischen Kenndaten bei Verbesserung ihrer Sicherheit ermöglicht.

ft

- Leerseite -

Claims (1)

1. f- ONE-IR EBBINGHAUS FINCK

   I³ATrNTANWAlTf: EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

   MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MDNCHEiN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95O16O, D-BOOO MÜNCHEN 95

   Vsesojuznyj naucno-issledovatel'skij institut elektromasinostroenxja

   15. April 1983 DEAB - 30 875.8

   Elektrische Maschine

   PATENTANSPRÜCHE:

   -■( 1.)Elektrische Maschine mit einem zylindrischen Gehäuse (1), einem im Gehäuse (1) angeordneten Rotor (4), der in Form von mindestens zwei durch einen Magnetleiter (7) miteinander verbundenen Polsystemen (5) mit Polvorsprüngen (6), einem Stator (9) mit mindestens zwei Eisenpaketen (10) sowie mit einem Erregungssystem (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem (14) außerhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist; daß das Gehäuse (1) aus sich in axialer Richtung abwechselnden magnetisch leitenden Abschnitten (2) und unmagnetischen Abschnitten (3) ausgeführt ist und in federn magnetisch leitenden Abschnitt (2) das entsprechende Eisenpaket (10) des Stators (9) befestigt ist.

   2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Erregungssystem (14) in Form einer das Gehäuse (1) umfassenden Spule (15) und eines Magnetleiters (16) ausgeführt ist, der die Spule (15) umfaßt und

   33 1 37A7

   mit den magnetisch leitenden Abschnitten (2) des Gehäuses (1) verbunden ist.

   3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnetleiter (16) des Erregungssystems (14) in Form eines Ringes mit U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist und mindestens aus zwei Teilen (21, 22) besteht, die lösbar miteinander in radialer Richtung, zum Beispiel mittels Schrauben (23) verbunden sind.

   4. Maschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem der magnetisch leitenden Abschnitte (2) des Gehäuses (1) eine Ringnut (28) ausgeführt ist und der Magnetleiter (16) des Erregungssystems (14) einen Ringvorsprung (27) hat, der in die angegebene Ringnut (28) eingreift.

   5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem (14) in Form mindestens eines mit den magnetisch leitenden Abschnitten (2) des Gehäuses (1) verbundenen Magnetleiters (16) und einer auf den Magnetleiter (16) aufgesetzten Spule (15) ausgeführt ist.

   6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem (14) in Form von Dauermagneten (29, 30), die am Gehäuse (1) in der Zone mindestens eines der magnetisch leitenden Abschnitte (2) angeordnet sind, und eines die Dauermagnete (29, 30) umfassenden Magnetleiters (16) ausgeführt ist, wobei die magnetisch leitenden Abschnitte (2) des Gehäuses (1), die von den Dauermagneten (29, 30) nicht umfaßt sind, mit dem Magnetleiter (16) des Erregungssystems (14) verbunden sind.

   • α · e · β >·> ö ·ο * ·

   7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Hülsen (31, 32) versehen ist, die als ein Ganzes mit den unmagnetischen Abschnitten (3) des Gehäuses (1) ausgeführt sind und Zellen (33) aufweisen, in denen die Dauermagnete (29, 30) untergebracht sind, wobei der sie umfassende Magnetleiter (16) mit einem Luftspalt (34) in Bezug auf die Dauermagnete (29, 30) angeordnet und mit den Hülsen (31, 32) verbunden ist.

   8. Maschine nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eisenpaketen (10) des Stators (9) zusätzliche axial magnetisierte Dauermagnete (35) angeordnet sind, und in den unmagnetischen Abschnitten (3) des Gehäuses (1) an der Seite der Innenflächen Nuten (36) ausgebildet sind, in die die Dauermagnete (35) eingesetzt sind.

   9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den magnetisch leitenden Abschnitten (2) des Gehäuses (1) Ringaussparungen (37) und an den unmagnetischen Abschnitten (3) des Gehäuses (1) RingvorSprünge (38), die in die angegebenen Ringaussparungen (37) eingreifen, ausgeführt sind, wobei die unmagnetischen Abschnitte (3) über dia Umfangslänge mindestens aus zwei miteinander verbundenen Teilen

   41) bestehen.

   10. Maschine nach Anspruch 2 mit axialen, in den Eisenpaketen (10) des Stators (9) ausgebildeten Kühlkanälen (43), dadurch gekennzeichnet, daß die unmagnetischen Abschnitte (3) des Gehäuses (1) aus zwei Ringen (44) bestehen, die miteinander durch Steifigkeitsrippen (45) verbunden sind, welche über die umfangslänge so verteilt sind, daß zwischen den Steifig-

   keitsrippen (45) und den Ringen (44) radiale Kanäle (46) zur Kühlung des Gehäuses (1) gebildet werden, wobei die Spulen (15) des Erregungssystems (14) an beiden Seiten des unmagnetischen Abschnitts (3) angeordnet sind und der sie umfassende Magnetleiter (16) aus einzelnen, über den Steifigkeitsrippen (45) angebrachten Elementen (49) ausgeführt ist.

   11. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unmagnetische Abschnitt (3) des Gehäuses (1) im Axialschnitt die Form eines Doppel-T-Trägers hat, der durch seinen Innengurt (52) mit den magnetisch leitenden Abschnitten (2) des Gehäuses (1) und durch seinen Außengurt (53) mit dem Magnetleiter (16) des Erregungssystems (14) verbunden ist, wobei die Spulen (15) des Erregungssystems (14) zwischen den Gurten (52, 53) des Doppel-T-Trägers an beiden Seiten seines Stegs (54) angeordnet sind.

   12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gurt (52, 53) des Doppel-T-Trägers in Form eines Ringes ausgebildet ist, wobei diese Ringe koaxial zueinander angeordnet sind.

   13. Maschine nach Anspruch 11, mit axialen, in den Eisenpaketen (10) des Stators (9) ausgebildeten Kühlkanälen (41), dadurch gekennzeichnet , daß die Gurte (52, 53) des Doppel-T-Trägers in Form von Rippen

   (55) ausgeführt sind, die starr an die Oberflächen der Stege (54) angeschlossen sind, über den Umfang verteilt sind und radiale Kanäle (46) zur Kühlung des Gehäuses (1) bilden.

   14. Maschine nach Anspruch 11 mit axialen, in den Eisen-

   paketen (10) des Stators (9) ausgebildeten Kühlkanälen (43), dadurch gekennzeichnet , daß der unmagnetische Abschnitt (3) des Gehäuses (1) in Form von Platten (56) ausgeführt ist, die über den Umfang verteilt sind und radiale Kanäle (46) zur Kühlung des Gehäuses (1) bilden.

   15. Maschine nach einem der Ansprüche 10, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens mit einer Strömungshaube (5) versehen ist, die zwischen den Eisenpaketen (10) des Stators (9) angeordnet ist, wobei die axialen Kühlkanäle der nebenliegenden Eisenpakete (10) des Stators (9) um einen Winkel α zueinander versetzt sind, der dem halben Winkel β zwischen den nebeneinander liegenden axialen Kühlkanälen (43), die in einem Eisenpaket (10) ausgebildet sind, gleich ist.

   16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungshaube (57) in Form von Rippen (58) ausgeführt ist, die über den Umfang verteilt und am unmagnetischen Abschnitt (3) des Gehäuses (1) befestigt sind.

   17. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungshaube (57) in Form eines dünnwandigen, mäanderartig gewellten Ringes ausgeführt ist.

   18. Maschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Rippen (58) der Strömungshaube (57) unter den Steifigkeitsrippen (45 oder 55 oder 56) des unmagnetischen Abschnittes (3) des Gehäuses (1) angebracht sind.