DE4127787A1 - Kernstruktur eines rotors bei einer elektromagnetischen maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektromagnetische rotierende Maschinen und den Aufbau von Läufern oder Rotoren solcher Maschinen.

Die Läufer von vielen elektromagnetischen rotierenden Maschinen enthalten häufig einen Kern, der aus einer Vielzahl von dünnen gestanzten Blechen oder Lamellen aufgebaut ist, die in Flächen senkrecht zur Rotationsachse des Läufers liegen und zusammengeklemmt sind, um die Form des Läuferkerns zu bilden.

Bei vielen derartigen Maschinen und zwar typischerweise, wenn Generator­ erregerspulen vorhanden sind, wird der Stapel von Läuferblechen zwischen zwei Endplatten geklemmt und zwar unter Zwischenfügen von Endfingern, die an jedem axialen Ende des Kerns angebracht sind.

Dabei werden im allgemeinen die Endfinger an den äußeren Platten des Kerns gesichert und jeder Endfinger mit Positionselementen versehen, mit dem die Endfinger bezüglich der zugeordneten Endplatte positioniert wurden.

Zwei Beispiele von derartig bekannten Anordnungen werden in der Fig. 1 perspektivisch dargestellt, die einen Teil eines Läuferbleches 4 mit Rotorzähnen 6 zeigt. Das Blech 4 gemäß Fig. 1 ist das äußerste eines Stapels solcher Platten, aus welchem der Kern besteht.

Zwei unterschiedliche Arten von Endfingern sind in der Fig. 1 gezeigt. Dabei kann der erste Endfinger 8 aus rostfreiem Stahl gemacht sein und wird an das Blech bzw. die Platte 4 an den Punkten 10 angeschweißt. Der zweite gezeigte Endfinger 12, der aus Aluminium sein kann, zeigt Vorsprünge 14, die sich durch Öffnungen 16 erstrecken. Jeder Vorsprung 14 wird verformt, z. B. durch Kammern, wodurch der Endfinger 12 an die Platte 4 genietet wird.

Wie weiter aus der Fig. 1 hervorgeht, ist jeder Endfinger 8 oder 12 mit Ausbildungen versehen, gegen die die Endfinger in einer definierten Position an zugeordneten Endplatten (nicht gezeigt) anliegen. Es ist angebracht, bei jedem gegebenen Kern alle Endfinger gleich auszugestalten.

Anordnungen, wie sie oben beschrieben und in Fig. 1 gezeigt sind, besitzen einige inherente Nachteile. So muß z. B., weil die Endfinger an einem relativ dünnen Blech oder Lamelle gesichert sind, die Größe und speziell der Querschnitt jedes Endfingers so begrenzt sein, daß keine Zentrifugalkräfte auftreten, die die Schweißverbindungen oder Nietverbindungen brechen können.

Ein anderer Nachteil, der bei beiden Typen von Endfingern gemäß Fig. 1 auftritt, bezieht sich auf die Schwierigkeit, jeden Endfinger genau bezüglich der zugeordneten Endplatte des Kerns auszurichten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Endfinger mit größerem Querschnitt für solche Läufer oder Rotoren zu schaffen, die kleineren Spannungen während des Betriebs ausgesetzt sind.

Die Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Vorteilhaffe Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Die Vorteile gemäß der Erfindung werden bei einem Läufer für einen elektro­ magnetischen Energiewandler erreicht, wobei der Läufer eine Rotationsachse hat und aus einem Rotorkern besteht, der aus einem Stapel dünner Bleche zusammengefügt ist. Außerdem soll der Rotor zwei Endplatten haben, von denen jede eine größere Dicke als die eines der dünnen Bleche hat. Eine Mehrzahl von Klemmfingern ist zwischen dem Kern und den Endplatten angebracht, die den Kern zusammenpressen. Die Finger werden von den Endplatten getragen und gegen den Kern durch die Endplatten gepreßt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen, Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die verschiedene Strukturen nach dem Stand der Technik darstellt;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine die Achse durchsetzende Ebene des Läufers;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2.

Die Fig. 2 und 3 werden gleichzeitig beschrieben, da sie zwei Ansichten desselben strukturierten Teils darstellen. Die Figuren zeigen einen Kern 20, der aus einer Mehrzahl von Lamellen zusammengesetzt ist, von denen jede die Form der Platte bzw. des Bleches 4 gemäß Fig. 1 hat, wobei allerdings die Öffnungen 16 nicht vorgesehen sind. Gegenüber jeder axialen Endfläche des Kerns 20 gibt es eine Endplatte 24, die relativ massiv im Vergleich mit den Lamellen des Kerns 20 ist. Die Endplatte 24 und eine identische weitere Endplatte auf der gegenüber­ liegenden Seite des Kerns 20 werden in einer Weise angebracht, bei der die Lamellen des Kerns 20 in axialer Richtung zusammengepreßt werden.

Aus verschiedenen Gründen, die mit der Konstruktion von solchen Läufern zusammenhängen, wird das Klemmen durch Zwischenfügen von einer Mehrzahl von Endfingern 28 durchgeführt, von denen jeder wie die Endfinger 8 und 12 gemäß Fig. 1 wirken. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann der Endfinger 28 jedoch einen größeren Querschnitt als die Endfinger nach dem Stand der Technik haben.

Erfindungsgemäß werden die Endfinger 28 anfänglich durch die Endplatten 24 gehalten und gegen die äußere axiale Oberfläche des Kerns 20 gepreßt, um den Kern 20 zwischen den Endplatten 24 zu verspannen.

Um die genaue Position jeden Endfingers 28 betreffend der zugeordneten Endplatte 24 festzulegen, wurde jedem Endfinger 28 und der Endplatte 24 eine geeignete Konfiguration für ein gutes Ineinandergreifen gegeben. Daher wird in dem speziellen Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 jeder Endfinger mit einer Aussparung 30 versehen und jede Endplatte 24 in der Form eines Ringes ausgeführt, der mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 32 versehen ist, wobei jeder Vorsprung 32 einem entsprechenden Endfinger 28 zugeordnet ist. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen 36 jeden Vorsprungs 32 stehen in Kontakt mit entsprechenden Oberflächen von zugeordneten Aussparungen 30, wodurch sich jeder Endfinger radial ausrichtet. Entsprechend wird die Position jeden Endfingers 28 in Umfangsrichtung der zugeordneten Endplatte 24 durch die Positionsfläche 40 auf der Endplatte 24 bestimmt, wobei diese Positionsfläche mit sich radial erstreckenden Seiten eines jeden Endfingers 28 zusammenwirkt. Die präzise Positionierung eines jeden Endfingers 28 bezüglich des Umfangs ist nicht kritisch, so daß die Oberfläche 40 mit einer gewissen Toleranz in der Umfangsposition angebracht sein kann.

Außerdem hat jeder Endfinger zwei Auflageflächen 44, die in einer Ebene und senkrecht zur Drehachse des Läufers liegen. Die Oberflächen 44 liegen an den Oberflächen der Endplatten 24 an, wenn die Finger 28 mit ihnen zusammen­ gebaut sind.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Endfinger 28 mit einer ebenen Oberflächen an dem Kern 20 anliegen, um den Kern 20 zusammenzuklemmen.

Vor dem Zusammenbau kann jeder Endfinger 28 auf der zugeordneten Endplatte 24 mit Hilfe eines Klebers gehalten werden, der keine große oder langanhaltende Haftung bewirken muß. Wenn der Läufer einmal montiert ist, werden die Endfinger 28 dauerhaft zwischen den Endplatten 24 und dem Kern 20 durch axiale Kräfte verklemmt.

Bei speziellen erfindungsgemäßen Anlagen kann man einen Endfinger 8 für jeden Rotorzahn vorsehen.

Für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung werden die Endfinger 28 aus Aluminium verwendet, welches genügend Festigkeit bei geringem Gewicht hat. Das kleinere Gewicht von Aluminium reduziert die Zentrifugalkräfte, die durch die Endfinger produziert werden. Alternativ können die Endfinger auch aus Stahl gemacht werden.

Als Beispiel für die Benutzung der Erfindung sei ein Generator betrachtet, der bei 3600 Umdrehungen pro Minute eine Ausgangsleistung von 3000 bis 5000 kW erzeugt. Ein solcher Generator kann einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 m und eine axiale Länge zwischen den Endplatten in der Größenordnung von 75 cm haben. Der Rotor kann so konfiguriert sein, daß er 30 bis 50 Zähne aufweist und für jeden Zahn mit einem Endfinger 28 versehen ist.

Da die Erfindung es ermöglicht, Endfinger mit einem größeren Querschnitt als nach dem Stand der Technik zu benutzen, erlaubt sie auch eine größere zentrifugale Last am Läufer und ermöglicht einen Klemmdruck an den Läufer­ zähnen mit einem größeren Sicherheitsbereich. Gleichzeitig werden die an diesen Fingern erzeugten Spannungen reduziert. Durch die Art und Weise, in der jeder Endfinger mit der Endplatte 28 zusammenwirkt, können engere Toleranzen eingehalten werden.

Da die Endfinger nicht mehr auf eine Läuferplatte geschweißt oder genietet werden müssen, vereinfacht die Erfindung auch den Herstellungsprozeß.

Claims (7)

1. Läufer in einer Einheit zur Umwandlung von elektromagnetischer Energie, wobei der Läufer eine Rotationsachse und einen Rotorkern (20) hat, der aus einem Stapel von dünnen Blechen bzw. Platten (4) zusammengesetzt und mit zwei Endplatten (24) zusammengeklemmt ist, die dicker als die Bleche bzw. Platten (4) sind, wobei der Kern (20) mit einer Vielzahl von Endfingern (28) zwischen Endplatten (24) eingeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Endfinger (28) von den Endplatten (24) gehaltert und gegen den Kern (29) über die Endplatten (24) verklemmbar sind, wobei die Finger (28) voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind,
• - und daß die Endplatten (24) und die Finger (28) so ausgeformt sind, daß sie miteinander zusammenwirkende Oberflächen (36, 40, 44) zum Positionieren und zum Festhalten eines jeden Fingers (28) in einer definierten Position haben und zwar relativ zu einer der Endplatten (24) in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse des Läufers und in Umfangsrichtung über die Rotationsachse des Läufers.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeder der Finger eine ebene Oberfläche hat, mit der der Finger (28) am Kern (20) anliegt.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Oberflächen zum Positionieren aus ersten Positionierungsober­ flächen (36) bestehen, die die Position jedes Fingers (28) relativ zu der betreffenden Endplatte (24) fixieren, wobei die Positionierung in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse des Läufers erfolgt.

4. Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Oberflächen zum Positionieren zweite Positionierungs­ oberflächen (40) umfassen, die die Position jedes Fingers zu einer betreffenden Endplatte in Umfangsrichtung über die Rotationsachse des Läufers fixieren.

5. Läufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Oberflächen zum Positionieren dritte Positionierungs­ oberflächen (44) umfassen, die die Position jedes Fingers relativ zu einer betreffenden Endplatte (24) in Axialrichtung des Läufers bestimmen.

6. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Finger (28) an einer der Endplatten (24) gehaltert sind.

7. Läufer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeder Finger (28) eine ebene Oberfläche hat, mit der der Finger am Kern (20) anliegt, womit die Finger allein durch die Klemmkraft relativ zu dem Kern in Position gehalten sind.