DE3877414T2

DE3877414T2 - Drehende elektrische maschine mit aeusserem laeufer.

Info

Publication number: DE3877414T2
Application number: DE8888104156T
Authority: DE
Inventors: Natalino Masserini; Attilio Mazzucchelli; Silvano Vivaldi
Original assignee: Ercole Marelli and C SpA
Current assignee: Ercole Marelli and C SpA
Priority date: 1987-05-07
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2008-03-17
Also published as: NO881986D0; AU602571B2; EP0290748A2; DE3877414D1; AU1466588A; DK248488D0; ATE84646T1; FI882100A; DK248488A; US4868436A; CA1288125C; EP0290748A3; IT1205105B; BR8802213A; NO881986L; KR880014718A; FI882100A0; JPS63287345A; EP0290748B1; IT8720417A0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine drehende elektrische Maschine mit einem äußeren Läufer, und bezieht sich im besonderen auf einen Elektromotor mit einem äußeren Läuferkäfig mit einem verbesserten mechanischen Aufbau.
Drehende elektrische Maschinen mit einem äußeren Läufer, und im besonderen Asynchronelektromotoren mit einem äußeren Läuferkäfig sind bekannt. Die Ziele dieser konstruktiven Lösung sind gut bekannt und werden durch die Anforderungen bei den speziellen Anwendungen (wie z.B. im besonderen Axial- und Zentrifugallüfter, die direkt auf dem Läuferrahmen angebracht sind, Vorrichtungen, die eine hohe Trägheit der sich drehenden Massen erfordern und eine Steigerung des Selbstlüftungseffektes usw. erfordern) diktiert.
Eine typischerweise bekannte Form einer Konstruktion eines solchen Motors mit einem äußeren Läufer, die zum Vergleich in Fig. 1 dargestellt ist und im einzelnen anschließend erläutert wird, umfaßt ein axiales Stützelement, das durch eine Flanschbuchse gebildet wird, die hervorstehend auf einer feststehenden Stützabschirmung angebracht ist und außen die aktiven Ständerteile und in seinem Inneren eine koaxiale Welle trägt, die drehbar auf Lagern ebenfalls innerhalb der Buchse und mit einem Wellenende, das von der Buchse hervorsteht, angebracht ist. Auf dem Wellenende, das aus der Buchse hervorragt, ist die gegenüberliegende Abschirmung, die hervorsteht und aus einem Stück hergestellt ist, den Läuferrahmen und die jeweiligen darin beinhalteten aktiven Teile ("Läuferkäfig" und lamellenartigen Kern) trägt, aufgekeilt.
Eine solche Konstruktion beim Stand der Technik hat verschiedene Nachteile, unter diesen folgende:
- schwieriges Zentrieren und kritische Spiele der sich drehenden Massen hinsichtlich der vorstehenden Anbringung des äußeren Lauferteils auf dem Wellenende, das aus der Buchse hervorsteht;
- eine hohe Spannung und hoher Verschleiß der Lager, die sich aus der vorstehenden Anbringung des sich drehenden Aufbaus und der Konzentrizitätsfehler, die davon abgeleitet werden, ergibt, mit dem Erschwernis, daß das Erfordernis, die Lager innerhalb der Buchse aufzunehmen, deren Größe begrenzt, und zwingt ihre Betriebsweise in einer heißen Umgebung und in einer axial gegenseitig engen Position;
- Geräusche hinsichtlich der obengenannten Gründe;
- das Erfordernis für eine Montage des Ständerpakets auf die Buchse unter Druck mit sich ergebender Deformation der Lagersitze;
- Überdimensionierung des Durchmessers der Buchse, die die Welle auf Kosten des aktiven Läufermaterials aufnehmen muß;
- Vielzahl von Teilen und der mechanischen Bearbeitungen der damit verbundenen Verbindungsflächen.
Andere bekannte Motoren sind durch das US-Patent Nr. 3 385 510 und das deutsche Patent Nr. 25 36 094 offenbart. Beide Dokumente zum Stand der Technik offenbaren einen Zustand, bei dem sich der Läufer auf beiden Seiten heraus erstreckt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die zuvor beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik zu vermeiden.
Dieses Ziel wird entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer drehenden elektrischen Maschine mit einem äußeren Läufer erreicht, die ein feststehendes axiales Stützelement mit im wesentlichen zylindrischer Außenfläche umfaßt, dessen eines Ende starr mit einer feststehenden Stützabschirmung verbunden ist, aktive Ständerteile, die außen am axialen Stützeleinent angebracht sind, sowie eine Läuferkonstruktion, die sich außen und koaxial zu den aktiven Ständefteilen dreht und drehbar vom feststehenden axialen Stützelement gehalten wird; wobei die Läuferkonstruktion wenigstens zwei drehende Abschirmungen umfaßt, die das aktive Läuferteil tragen, wobei die Abschirmungen von entsprechenden Lagern an beiden Enden der Außenfläche des feststehenden Stützelementes drehbar getragen werden und das feststehende axiale Stützelement ein axiales Loch hat, das mit der Außenseite der Maschine durch eine Öffnung der feststehenden Stützabschirmung und ein radiales Loch, daß das axiale Loch mit der Anschlußseite der Feldwicklung verbindet, in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende axiale Stützelement eine röhrenförmige Hülse ist, die durch Gießen aus einem Stück mit der feststehenden Stützabschirmung erzeugt wird, und dadurch, daß die Stützabschirmung des aktiven Läuferteils, die am weitesten von der feststehenden Stützabschirmung entfernt ist, aus einem Stück mit dem Läuferkäfig gefertigt und eine massive Wandung umfaßt, die der Achse des feststehenden axialen Stützelementes entspricht.
Auf vorteilhafte Weise ist das feststehende axiale Stützelement eine röhrenförmige Hülse, die durch Gießen aus einem Stück mit der feststehenden Stützabschirmung erzielt wird.
Mit dem Aufbau entsprechend der Erfindung erzielt man die folgenden Vorteile:
1. Eine solide Konstruktion, die eine größere Zentrierung und Herstellen einer Rechteckigkeit der Maschine absichert, wodurch erreicht wird, daß die Geräusche hinsichtlich der hervorstehenden Läuferkonstruktion beim Stand der Technik eliminiert werden;
2. Die Möglichkeit beträchtlich überdimensionierte Lager mit einem normalen Spiel einzuführen, die eine längere Lebensdauer haben, die in nicht heißen Bereichen angeordnet sind und axial ausreichend beabstandet sind;
3. Die Reduzierung der Abmessungen der Konstruktionsteile zugunsten der aktiven Ständerteile;
4. Eine merkliche Reduzierung der Konzentrizitätsfehler und damit weiterer Geräuschreduzierung aufgrund der Möglichkeit, eine einstufige mechanische Bearbeitung der Lagersitze, des Ständerpaketsitzes und des Verbindungsstückwiderlagers auszuführen;
5. Möglichkeit der einfachen Erzielung des IP55-Schutzes entsprechend IEC-Normen mit der Zufügung eines kleinen Dichtungsringes.
Geeigneterweise ist das Ständerpaket auf dem feststehenden axialen Stützelement mittels einer Paßfeder oder einer Keilwellenprofilverbindung verkeilt. Dieses wird durch die größeren radialen Abmessungen des Abschlusses des aktiven Eisenständers bezüglich des Aufbaus entsprechend des Standes der Technik erleichtert und erlaubt, die Deformation der Lagersitze hinsichtlich der Ausführungsform entsprechend des Standes der Technik beim Verkeilen des Paketes unter Druck auf die Buchse, die das axiale Stützelement bildet, zu vermeiden.
Andere Vorteile und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform derselben unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht des typischen Aufbaus eines Motors mit einem äußeren Läufer entsprechend des Standes der Technik ist;
Fig. 2 eine axiale Schnittansicht eines Beispiels des Aufbaus einer drehenden elektrischen Maschine mit einem äußeren Läufer ist, der durch einen Asynchronmotor mit einem äußeren Läuferkäfig entsprechend der vorliegenden Erfindung gebildet wird;
Fig. 3 eine axiale Schnittansicht eines Aufbaus ähnlich zu dem von Fig. 2 in einer vollständig abgeschlossenen Version entsprechend des IP55-Schutzgrades entsprechend der IEC-Normen ist.
Fig. 1 ist eine axiale Schnittansicht eines Beispiels der typischen konstruktiven Form eines Asynchronmotors mit einem äußeren Läuferkäfig entsprechend des Standes der Technik.
Sie umfaßt hauptsächlich ein feststehendes axiales Stützelement bzw. eine Buchse 1, die im wesentlichen zylindrisch ist und ein Ende aufweist, das eingesetzt gekoppelt und mit Schrauben 2 an einer stationären Stützabschirmung 3 befestigt ist; aktive Ständerteile umfaßt, die wiederum ein Ständerpaket aus einem lamellenartigen magnetischen Material 4 umfaßt, das unter Druck auf die äußere Oberfläche der Buchse 1 und einer Feldwicklung, von der nur die Kopfteile 5 von den Aussparungen des Pakets 4 hervorstehen, sichtbar sind, gekoppelt ist; und einen Läuferaufbau umfaßt, der im allgemeinen mit 6 angegeben ist und durch ein lamellenartiges Paket von magnetischem Material 7 gebildet wird, der in einem Aluminiumformgußteil eingeschlossen ist, der wie ein äußeres Gestell 8 das Paket umschließt, und Aussparungen, die darin die Läuferstäbe bilden (nicht in der Schnittebene gezeigt), ausfüllt und auch die Kopfteile 8a, 8b bildet, die starr mit den Stäben und aus einem Stück damit verbunden sind mit der Funktion sowohl von Kurzschlußringen des Käfigs als auch von Läuferpaket-Aufnahmeflanschen. In dem gezeigten Beispiel weist der Flansch 8a eine gelochte, radiale Verlängerung 13 auf, an die direkt z.B. die Schaufeln eines Lüfters, nicht gezeigt, befestigt werden können. Auf der Seite der Feldwicklung gegenüber den Anschlüssen 9 bildet das gleiche Aluininiumformgußstück eine Abschirmung 8c, die aus einem Stück mit den Teilen 8, 8a, Bb hergestellt ist. Die Abschirmung 8c ist starr mit einem Ende eines Wellenzapfens 10 verbunden, der drehbar mittels Kugellagern 11, 12 innerhalb der feststehenden Buchse l und koaxial dazu getragen wird.
Der zuvor beschriebene Läuferaufbau 6, der den Stand der Technik veranschaulicht, wird deshalb in vorstehender Weise mittels der Abschirmung 8c auf dem Wellenzapfen 10, der innerhalb der Buchse 1 mit der Zwischenschaltung der Lager 11, 12 innerhalb der Buchse drehbar ist, gestützt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der drehenden elektrischen Maschine mit einem äußeren Läufer entsprechend der vorliegenden Erfindung, auf dem Wege eines nicht begrenzenden Beispiels, und die durch einen Asynchronmotor mit einem äußeren Käfigläufer gebildet wird, beschrieben. Die Teile haben eine gleiche oder ähnliche Funktion gegenüber denen des Aufbaus entsprechend des in Fig. 1 gezeigten Standes der Technik und sind in Fig. 2 mit einem gleichen Bezugszeichen, dem ein Index (') hinzugefügt ist, angegeben. In der nachfolgenden Beschreibung werden nur die Unterschiede des Aufbaus entsprechend der vorliegenden Erfindung von dem des Standes der Technik von Fig. 1 hervorgehoben.
Die Läuferkonstruktion 6' (Fig. 2) umfaßt zwei Abschirmungen (14, 8'c) zum Halten der aktiven Läuferteile und wird mittels Lager 11' bzw. 12' an den beiden Enden der Außenfläche eines feststehenden axialen Stützelementes oder Hülse 1 gestützt. Die Hülse 1 weist ein axiales Loch 15 auf, das mit dem äußeren Anschlußbrett 18 über eine Öffnung der Stützabschirmung 3' und einem radialen Loch 16 zur Herausführung der elektrischen Anschlüsse 17 der Feldwicklung 5' in Verbindung steht.
In dieser Konstruktion entsprechend der vorliegenden Erfindung lagert das Läuferteil 6', abweichend von der Lösung entsprechend des Standes der Technik, auf beiden Enden auf dem axialen Stützelement oder der Hülse 1, anstatt auf der hervorstehenden Hülse mit den bereits erwähnten Vorteilen einer größeren Festigkeit und Zentrizität. Außerdem können die Lager 11', 12', die außerhalb des axialen Stützelementes 1 befindlich sind, überdimensioniert sein und haben ein normales Spiel mit den ebenfalls bereits erwähnten Vorteilen einer größeren Festigkeit und Lebensdauer.
Aus dem gleichen Grund kann die Hülse 1' einen Durchmesser haben, der kleiner ist als beim Stützelement 1 des Standes der Technik (Fig. 1), was einen größeren Raum für das aktive Material des Ständerpaketes 4' übrig läßt mit daraus sich ergebender Verbesserung der elektrischen Betriebseigenschaften des Motors. Genügend Raum verbleibt ebenso, um Verbindungselemente zwischen die Hülse 1 und das Ständerpaket 4' einzufügen, z.B. mit einem Keil oder einem Vorsprung und dazugehörigem Paßsitz, um ein Aufkeilen zu vermeiden, das ausschließlich durch Anwendung von Kraft erzielt wird, wie es beim Stand der Technik verwendet wird und eine Ursache der Verformung von Lagersitzen ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Hülse 1' durch Gießen aus einem Stück mit der feststehenden Stützabschirmung 3' hergestellt. Dieses gestattet eine mechanische Bearbeitung der Lagersitze 18, 19, des Sitzes des Ständerpakets 20 und der Verbindungsstückwiderlager in einer einzelnen Arbeitsstufe. Das gestattet neben verminderten Bearbeitungszeiten genauere Toleranzen verbunden mit der Steigerung der zuvor beschriebenen Vorteile des Zentrierens usw.. Außerdem ersetzt ein einzelndes Teil 1' vier Teile der Konstruktion beim Stand der Technik in Fig. 1 (Stützabschirmung 3, axiales Stützelement 1, Wellenzapfen 10 und Zentrierbuchse 22).
Beim Beispiel der Ausführungsform von Fig. 2 ist die anschlußseitige Läuferabschirmung 14 von der Läuferkonstruktion 6' trennbar und ist mittels einer Aufsteckkupplung und Schrauben 23 zur Erleichterung der Montage verbunden.
Ein weiterer Vorteil der Konstruktion entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es, aufeinfache Weise bei einer drehenden elektrischen Maschine mit einem äußeren Läufer des beschriebenen Typs einen IP55-Schutzgrad entsprechend der IEC-Normen entsprechend einer vollgekapselten Konstruktion zu erlangen. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist dieses mittels des einfachen Zusatz es eines elastomeren Dichtungsringes vor dem anschlußseitigen Lager zwischen der Läuferabschirmung 14 und der stationären Stützabschirmung 3' erzielbar. Die gleiche Figur zeigt auch einen veränderten Aspekt des Befestigungssystem mit Paßfeder und Keilnut zwischen dem Ständerpaket und der Hülse 1.
Der dargestellte Läufer mit Käfigkurzschlußwicklung, kann durch einen Schleifringläufer ersetzt werden, wobei dessen Wicklung zu einem Schleifring führt, der außerhalb auf dein Läuferteil angeordnet ist, z.B. ein frontal angeordneter Schleifring, der an der äußeren sich drehenden Abschirmung aufliegt.
Außerdem ist die Konstruktion entsprechend der vorliegenden Erfindung für eine Synchronmaschine, z.B. mit drehenden äußeren Induktor mit Permanentmagneten oder mit einer Feldwicklung, die mit einem Schleifring verbunden, wie zuvor beschrieben wurde, oder sogar für eine Gleichstrommaschine mit naheliegenden Modifikationen anwendbar.

Claims

1. Drehende elektrische Maschine mit äußerem Läufer, die ein feststehendes axiales Stützelement mit im wesentlichen zylindrischer Außenfläche umfaßt, dessen eines Ende starr mit einer feststehenden Stützabschirmung verbunden ist, aktive Ständerteile, die außen am axialen Stützelement angebracht sind, sowie eine Läuferkonstruktion, die sich außen und koaxial zu den aktiven Ständerteilen dreht und drehbar vom feststehenden axialen Stützelement gehalten wird; wobei die Läuferkonstruktion (6') wenigstens zwei drehende Abschirmungen (8'c, 14) umfaßt, die das aktive Läuferteil (7, 8'a, 8'b) tragen, wobei die Abschirmungen von entsprechenden Lagern (18, 19) an den beiden Enden der Außenfläche des feststehenden Stützelementes (1') drehbar getragen werden und das feststehende axiale Stützelement (1') ein axiales Loch (15) hat, das mit der Außenseite der Maschine durch eine Öffnung (15a) der feststehenden Stützabschirmung (3') und ein radiales Loch (16), das das axiale Loch (15) mit der Anschlußseite (17) der Feldwicklung (5') verbindet, in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende axiale Stützelement eine röhrenförmige Hülse (1') ist, die durch Gießen aus einem Stück mit der feststehenden Stützabschirmung (3') erzeugt wird, und dadurch, daß die Stützabschirmung (8') des aktiven Läuferteils, die am weitesten von der feststehenden Stützabschirmung (3') entfernt ist, aus einem Stück mit dem Läuferkäfig (8'a, 8'b) gefertigt ist und eine massive Wandung umfaßt, die der Achse des feststehenden axialen Stützelementes entspricht.

2. Drehende elektrische Maschine mit äußerem Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ständerpaket (4') zumindest überwiegend mittels einer Verbindung aus Vorsprung (25, 25') und Aussparung am feststehenden axialen Stützelement (1') befestigt ist.

3. Drehende elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungsring (24) aus Elastomer zwischen der feststehenden Stützabschirmung (3') und der Läuferabschirmung, daran angrenzend (14) und in der Nähe des zugehörigen Lagers (11'), angebracht ist, und dadurch, daß die Läuferabschirmung das Lager (12') auf der gegenüberliegenden Seite in Bezug auf die Außenumgebung vollkommen einschließt, so daß eine völlig geschlossene Konstruktion mit dem Schutzgrad IP 55 nach IEC-Normen geschaffen wird.