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Anordnung treppenförmig abgestufter oder abgeschrägter Kanten an den
Endpaketen des Ständereisens von Wechselstromgeneratoren Aus verschiedenen Gründen
werden die Endbleche des lamellierten Eiseils für elektrische Apparate und Maschinen
abgestuft oder Abschrägungen der Kanten an den Blechpaketen vorgenommen. So ist
es bekannt, einzelne Endscheiben gezahnter lamellierter Blechpakete aus mechanischen
Rücksichten treppenförmig mit geringerer radialer Erstreckung auszuführen als die
übrigen Bleche, um auf diese Weise den Zahnflanken den erforderlichen Halt zu geben.
Man hat solche stärkeren Stirnscheiben auch zurücktreten lassen, um zu vermeiden,
daß sie magnetischen Feldern ausgesetzt und Wirbelströme in ihnen induziert werden.
Schließlich geschah die Abstufung oder Abschrägung der Blechpakete in der Absicht,
das Eintreten von Kraftlinien in die volle Flachseite der Bleche zu verhindern und
in die Schmalseite der Bleche zu erleichtern, damit hierdurch Wirbelstromverluste
möglichst unterdrückt werden.
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Aus den letztgenannten Gründen hat man Abstufungen und Abschrägungen
an den Stoßfugen unterteilter lamellierter Ständereisen für Wechselstrommaschinen
sowie 'an Schatzjochen und Eisenkörpern von Drosselspulen und Transformatoren vorgesehen.
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Soweit jedoch bisher die Brechung der Blechpaketkanten in Rücksicht
auf Eintritt und Führung magnetischer Kraftlinien zur Anwendung gelangte, handelte
es sich dort um die sich am Ende des wirksamem Eisens ausbreitenden Kraftlinien
des wirksamen Feldes, d. h. um Nutzlinien, während der vorliegenden Erfindung eine
andere Aufgabe zugrunde liegt, nämlich die geeignete Führung von Linien des unvermeidlichen
Streufeldes, und zwar derjenigen, welche durch den Wickelkopf des Stators von Wechselstromgener
atoren entstehen und erhebliche Wirbelstroinv erluste verursachen können. Aus diesem
Grunde erfolgt hier die Anwendung solcher Abschrägungenoder Abstufungen in einer
neuen Anordnung an den den Rotorkappen oder Bandagen zugekehrten Rändern der Endpakete
des Ständers.
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Um nun die Verschiedenheit der neuen Anordnung gegenüber dem Vorbekannten
deutlich zum Ausdruck zu bringen, möge die Gedankenfolge betrachtet werden, die
zur Erfindung geführt hat. Als Grundlage hierfür diene Abb. i der Zeichnung, welche
den Stirnteil einer Wechselstrommaschine im Cluerschnitt darstellt. Es bezeichnet
dort a das aus Blechpaketen geschichtete Ständereisen eines Wechselstromgenerators,
b den Wickelkopf der beispielsweise als symmetrische Trommelwicklung angenommenen
Ständerwicklung, c den Wickelkopf des umlaufenden
11 eldma5iieten,
d seine massive Schutzkappe, ir das wirlzsame Eisen des Läufers und e den
Preßdeckel des Ständers.
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Wie man erkennt, besteht der Ständer-«-ickelkopf b aus einem geraden
und einem schrägen Teil. Handelt es sich um eine Drehstrom«-icklung, so erzeugt
sie bekanntlich im Eisen ein Drehfeld von der Polzahl und Drehgeschwindigkeit des
Rotors, und natürlich wird auch über die Stirnfläche des Ständers hinaus das von
dem geradlinigen Teil des Wickelkopfes induzierte StFeufeld in gleicher Weise ein
mit dem Hauptfeld synchron und mit gleicher Stärke umlaufendes Drehfeld sein.
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Da nun mit Beginn des schrägen Wickelkopfteiles der Wickelschritt
bis zum Scheitel geradlinig bis auf Null abnimmt, so wird zwar die Stärke des Streufeldes
auf diesem Wege von seinem Maximalwert bis auf Null abfallen, doch bleibt der Charakter
des Drehfeldes auch auf diesem Teil erhalten. An diesem Sachverhalt ändert sich
nichts, wenn der schräge Teil eine andere Lage als die hier dargestellte einnimmt
und etwa aus rechtwinklig angesetzten Evolventenbügeln besteht.
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Um nun' den peripherischen Verlauf des Streufeldes anzudeuten, denke
man sich in Richtung der Kraftlinien einen ungefähr kegelförmigeji Schnitt gelegt,
dessen Schnittlinie in Abb. z durch die Gerade m, n angedeutet ist. Den Verlauf
der Kraftlinien auf einer solchen Schnittfläche zeigt Abb. 2. Die dort mit b bezeichneten
Doppelringe entsprechen den beiden Schichten des Wickelkopfes, von wo die M. M.
K. ihren Ausgang nimmt, der Ring d entspricht der Rotorkappe, der Ring e dem Preßdeckel
und der äußere Ring dem letzten Blechpaket f des wirksamen Statoreisens.
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Dieses dargestellte durch die Rotorkappe d und das letzte Blechpaket
f des Ständers sich schließende zweipolige Streufeld muß man sich nach dem Gesagten,
und zwar nicht nur bei Drehstromgeneratoren, sondern allgemein bei mehrphasigen
Maschinen mit konstanter Geschwindigkeit rotierend vorstellen. Da die Rotorkappe
mit ihm synchron umläuft, werden in ihr keine nennenswerten Verluste entstehen,
dagegen sind in den feststehenden Eisenteilen des Stators die Verluste bedeutend.
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Bei Einphasengeneratoren würde sich eine ähnliche Darstellung des
peripherisch sich erstreckenden Streufeldes ergeben, nur daß dieses nicht umläuft.
Während aber die Rotation des mehrphasigen Streufeldes mit gleichbleibender Stärke
vor sich geht; ist das im Raum stillstehende Streufeld der Einphasenmaschinen von
pulsierend sich ändernder Stärke, wodurch sich ebenfalls erhebliche Wirbelstromverluste
in den Endpaketen des Stators geltend machen.
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Aus dieser Erkenntnis der Beschaffenheit und des Verhaltens des Stirnstreufeldes
von Ein- und Mehrphasengeneratoren ergab sich die Notwendigkeit, den Streulinien
in der Umfangsrichtung einen magnetisch gutleitenden Rückschluß zu bieten, der zur
Vermeidung der Wirbelströme quer unterteilt sein muß und verhindert, daß die Streulinien
massives Material schneiden und in lamelliertes Material flachseitig eintreten.
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Während man den im Bereich der Stirnplatten und Verschalungen verlaufenden
Teil des Stirnstreufeldes durch Anbringung besonderer Streuflußkörper in unschädliche
Bahnen lenkte, verblieb die Schwierigkeit, einen Wirbelstromverluste vermeidenden
Rückschluß für denjenigen Teil des Streuflusses zu schaffen, der zwischen dem Ständereisen
und den Kappen, Bandagen oder sonstigen außerhalb des aktiven Teiles des Läufers
angebrachten, mit dem Streufelde synchron rotierenden Eisennassen verläuft. Neuere
Untersuchungen haben gezeigt, daß gerade dieser nur mit der Ständerwicklung verkettete
in die Kappen eintretende Streufluß es ist, welcher die größten Verluste verursacht.
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Erfindungsgemäß sollen nun die Endpakete des Ständereisens selbst
als Rückschluß für diesen Teil des Stirnstreufeldes dienstbar gemacht werden, und
zwar in der Weise, daß die Streulinien vorwiegend in die Schmalseiten der Bleche
eintreten, Dieses -wird durch Anordnung weitgehender Abstufungen oder Abschrägungen
jener Endpakete an den den Kappen zugekehrten Ständerrändern erreicht.
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Die Abstufung oder Abschrägung erstreckt sich dabei nicht nur auf
-wenige verstärkte Endscheiben wie etwa bei Nutenankern von Gleichstrommaschinen,
wo man beabsichtigte zu vermeiden, daß die massiven Ränder dieser verstärkten Endscheiben
noch vom Nutzfluß erfaßt werden, sondern über die Nutentiefe des Ständereisens hinaus
und so hoch hinauf; daß das zwischen dem Ständereisen und der Läuferkappe verlaufende
mit der Ständerwicklung verkettete Stirnstreufeld im wesentlichen in die Blechränder
der Ständerendpakete eintritt. Auf diese Weise bilden die Bleche des Ständereisens
selbst in der Umfangsrichtung einen Rückschluß für die Streulinien, ohne daß letztere
Flachseiten der Bleche schneiden und Wirbelströme induzieren.
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In den Abb. 3 und d ist der Erfindungsgedanke an zwei Ausführungsbeispielen
erläutert. Die Bezeichnung für das aus Blechpaketen geschichtete Ständereisen, denWickelk
opf des Ständers undLäufers und die Kappe
bzw. Bandage des letzteren
ist hier übereinstimmend mit Abb. r gewählt.
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Der mit dem Wickelkopf h verkettete Teil des Streufeldes, um dessen
Einfluß es sich bei der Erfindung handelt, wurde in den Darstellungen gestrichelt
angedeutet und mit est bezeichnet, während das Nutzfeld eN, das mit dem Wesen der
Erfindung nichts zu tun hat, durch ausgezogene Kraftlinien wiedergegeben ist.
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Der den Wickelköpfen zugekehrte Rand des letzten Ständerblechpaketes
fist um eine beträchtliche Hölle und hier über die ganze Pakettiefe bei g abgeschrägt,
indem die einzelnen Bleche treppenförmig abgestuft sind. Durch diese Abstufung tritt
das vom Wickelkopf b hervorgerufene zwischen dem letzten Blechpaket f und
der Kappe d verlaufende Streufeld cb 5t vorwiegend in die Schmalseiten der einzelnen,
Bleche über und findet in der Umfangsrichtung durch die einzelnen Blechlamellen
einen innschädlichen Rückschluß, so daß erhebliche Wirbelstromvierlufste durch dieses
Streufeld vermieden sind.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß sich die Abschrägung oder
Abstufung g über die ganze Tiefe des letzten Ständerblechpaketes f ausdehnt, wenn
eine geringere Tiefe genügt, um eine hinreichende Abstufung zu erzielen. Doch ist
einleuchtend, daß bei Ausnutzung der gesamten Tiefe dieses Stirnpaketes für die
Abschrägung der höchste Grad der Abstufung zur Geltung kommt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 erstreckt sich das wirksame
Eisen la des Läufers nur bis zum vorletzten Ständerpaket, so daß das Endpaket f
ausschließlich dem Streuflußverlauf dient. Jedoch kann sich, wie Abb. d. erkennen
läßt, das wirksame Eisen da
des Läufers auch bis zur Stirnseite des letzten
abgeschrägten Ständerblechpaketes ausdehnen. Im letzten Fall würde das Endpaket
des Ständers neben seiner Aufgabe als Streuflußrückschluß auch als aktives Eisen
wirksam sein.