DE69309576T2

DE69309576T2 - Elektrische Asynchronmaschine mit Läufer und Ständer

Info

Publication number: DE69309576T2
Application number: DE69309576T
Authority: DE
Inventors: Antero Arkkio
Original assignee: High Speed Tech Ltd Oy
Current assignee: Gardner Denver Deutschland GmbH; Sundyne Corp
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2013-07-07
Also published as: US5473211A; FI923115A; FI92114C; FI923115A0; ES2099921T3; JPH06165452A; CA2099951A1; EP0583994B1; DK0583994T3; FI92114B; JP3296891B2; CN1032341C; DE69309576D1; EP0583994A1; ATE151578T1; CA2099951C; CN1083278A; RU2124798C1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Asynchron-Maschine, die im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definiert ist.
Hinsichtlich des verfügbaren Standes der Technik wird auf die Veröffentlichungen GB-1 427 818, GB-1 429 826, DE-2 502 455 und DE-3 641 142 bezug genommen, die elektrische Asynchron- Maschinen-Konstruktionen offenbaren, welche sich auf sogenannte Käfigwicklungskonstruktionen konzentrieren, und insbesondere auf Lösungen zur Verbesserung ihrer mechanischen Festigkeit. Es sind Anstrengungen unternommen worden, elektrische Werte durch herkömmliches Optimieren, primär dadurch zu verbessern, daß eine Konzentration auf die Verringerung von Wirbelstromverlusten erfolgt. Es wird bemerkt, daß sich die vorstehend genannten Veröffentlichungen auf Lösungen konzentrieren, bei denen die Drehzahlen innerhalb eines relativ niedrigen herkömmlichen Drehzahlenbereichs liegen, der bei elektrischen Asynchron-Maschinen lange Zeit benutzt wurde.
Eine Asynchron-Maschine für kurze Einschaltdauerzyklen mit einem nichtgeschichteten Läufer mit einer hochleitfähigen Oberflächenumhüllung ist aus der DE-A-2 305 433 bekannt.
Bei der Konstruktion einer herkömmlichen traditionellen elektrischen Asynchron-Maschine wird der Schwerpunkt primär auf die Optimierung von Stromerwärmungs- und Magnetisierungsverlusten, Hystereseverlusten ebenso wie Wirbelstromverlusten gelegt. Die Bedeutung sogenannter Gasreibungsverluste ist bei der Konstruktion einer traditionellen Asynchron-Maschine vernachlässigbar.
Üblicherweise und vereinfacht kann bemerkt werden, daß Verluste in einer elektrischen Maschine, und damit auch in einer elektrischen Asynchron-Maschine als Funktion der Drehzahl wie folgt erzeugt werden:
Ph (n) = P&sub0; + P&sub1;n + P&sub2;n² + P&sub3;n³ (1)
wobei
n Drehzahl,
Ph = Gesamtverluste,
P&sub0; = eine standardkomponente, einschließlich Stromerwärmungs- und Magnetisierungsverluste,
P&sub1; = eine Hystereseverluste beschreibende Konstante,
P&sub2; = eine Wirbelstromverluste und andere Verluste beschreibende Konstante, die mit dem Quadrat der Drehzahl verbunden sind, und
P&sub3; = eine Gasreibungsverluste beschreibende Konstante.
In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß wenigstens sämtliche in Formel (1) angeführten Exponenten in der Praxis keine ganzen Zahlen, sondern Bruchzahlen darstellen, die sehr nahe an diesen Größen liegen. Tatsächlich zielt die Formel (1) in erster Linie darauf ab, Beziehungen zwischen unterschiedlichen Verlusttypen und der Drehzahl aufzuzeigen. Es wird auch bemerkt, daß die Konstanten P&sub0;, P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; variierende Werte abhängig von relevanten, primär physikalischen Faktoren einnehmen, die einen Einfluß auf sie haben. Mit anderen Worten sind die Größen P&sub0;, P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; lediglich relativ zur Drehzahl bei einer gegebenen Konstruktion der elektrischen Maschine relevant.
Andererseits besteht das Anliegen bei der Konstruktion einer elektrischen Maschine darin, das Verhältnis der Gesamtverluste Ph(n) zur Wellenausgangsleistung zu minimieren, d.h.: Paks(n) = k * n (2)
wobei
k = eine Maschinenkonstante, primär eine vom Volumen des Läufers und/oder einer elektrischen Maschine abhängige Konstante.
Deshalb gilt:
Die Formel (3) verdeutlicht die Auswirkung einer Vergrößerung der Drehzahl auf das relative Ausmaß von Verlusten der Wellenausgangsleistung. Eine Erhöhung der Drehzahl verringert die Auswirkung der Stromerwärmungs- und Magnetisierungsverluste (Konstante P&sub0;). Die Hystereseverluste stellen einen Teil dar, der im wesentlichen konstant bleibt. Andererseits nimmt die Auswirkung der Wirbelstromverluste (Konstante P&sub2;) im wesentlichen in direktem Verhältnis zu der Erhöhung der Drehzahl zu, und außerdem nimmt die Auswirkung von Gasreibungsverlusten (Konstante P&sub3;) im wesentlichen proportional zum Quadrat der Drehzahl zu.
Damit kann die Formel (3) zur Konstruktion einer elektrischen Maschine mit hohen Drehzahlen verwendet werden, um den Schluß zu ziehen, daß die Auswirkung von mit Wirbelstromverlusten und Gasreibungsverlusten verbundenen Konstanten (P&sub2; und P&sub3;) durch Bewirken derartiger Maßnahmen bei der Konstruktion verringert werden sollte, daß Wirbelstromverluste minimiert und Gasreibungsverluste im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen zumindest nicht zunehmen sollten. Andererseits kann die Größe der mit Stromerwärmungs- und Magnetisierungsverlusten verbundenen Konstante P&sub0; sogar vergrößert werden, da die Auswirkung einer Vergrößerung auf die Drehzahl umgekehrt proportional zum Verhältnis zwischen diesen Verlusten ist.
Die vorliegende Erfindung ist elektrischen Asynchron-Maschinen zugeordnet, die hohe Drehzahlen, die sogenannte Hochgeschwindigkeitstechnik anwenden, insbesondere Drehzahlen, die im wesentlichen diejenigen übersteigen, mit welchen herkömmliche elektrische Asynchron-Maschinen arbeiten. Als Beispiel kann angeführt werden, daß der Drehzahlbereich einer elektrischen Asynchron-Maschine gemäß der Erfindung in der Größenordnung von mehr als 10&sup5; Umdrehungen pro Minute liegt, während die herkömmlichen elektrischen Asynchron-Maschinen typischerweise einen Umfangsgeschwindigkeitsbereich von weniger als 50 m/s und einen Drehzahlbereich von 10³ bis 3 * 10³ Umdrehungen pro Minute aufweisen. Deshalb bezieht sich bei dieser Erfindung der Begriff hohe Geschwindigkeit auf die Umfangsgeschwindigkeiten eines sich drehenden Teils, insbesondere eines Läufers in einer elektrischen Asynchron- Maschine, die mehr als 100 m/s, sogar bis hin zu 1000 bis 2000 m/s, und typischerweise 200 bis 500 m/s betragen. Bei den am weitesten verbreitet angewendeten Abmessungen eines sich drehenden Teils, insbesondere Läuferdurchmesser, liegt die Drehzahl eines Läufers normalerweise in der Größenordnung von 10&sup4; bis 10&sup5; Umdrehungen pro Minute, typischerweise 2 * 10&sup4; bis 2 * 10&sup5; Umdrehungen pro Minute, sie kann jedoch auch bis zu 10&sup6; Umdrehungen pro Minute betragen.
Aus dem vorstehend Erläuterten kann geschlossen werden, daß das Konzept gemäß dem Stand der Technik zur Optimierung von Verlusten nicht zu einem zufriedenstellenden Ergebnis bei den Anwendungen der Hochgeschwindigkeitstechnologie führt.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise entdeckt, daß die Größe eines Luftspalts zwischen einem Läufer und einem Ständer eine entscheidende Bedeutung bei den technischen Hochgeschwindigkeitsanwendungen von elektrischen Asynchron-Maschinen, insbesondere hinsichtlich des Wirkungsgrads, hat. Bei der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise entdeckt, daß der Luftspalt zwischen einem Läufer und einem Ständer umgekehrt proportional zur Größe der Konstanten P&sub2; und P&sub3; ist; mit anderen Worten, handelt es sich bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen bei den Konstanten mit Auswirkung auf Wirbelstrom- und Gasreibungsverluste im Hinblick auf die physikalische bzw. körperliche Abmessungswahl und Konstruktion um Variable, deren Abhängigkeit vom Luftspalt in vereinfachter Form durch folgende Formel ausgedrückt werden kann:
wobei
Pi = P&sub2; oder P&sub3;,
δ = Luftspalt, und
x = Leistungsgrad ≥ 0.
Demnach kann geschlossen werden, daß die Konstante P&sub0; in Formel (1) sich in Korrelation zum Luftspalt δ wie folgt befindet:
P&sub0; = δy (5)
wobei
P&sub0; = Stromerwärmungs- und Magnetisierungsverluste,
δ = Luftspalt, und
y = Leistungsgrad ≥ 0.
Die überraschende Entdeckung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann dahingehend zusammengefaßt werden, daß der Luftspalt zwischen einem Läufer und einem Ständer bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen einer elektrischen Asynchron- Maschine zur Optimierung des Wirkungsgrads vergrößert werden kann und sollte, da die mit Formel (1) verbundenen Konstanten P&sub2; und P&sub3; der Wirbelstrom- und Gasreibungsverluste, die ihrerseits proportional entweder zum Quadrat oder zur dritten Potenz der Drehzahl bzw. relativ zur Drehzahl sind und dadurch eine maßgebliche Auswirkung bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen auf diese speziellen Verluste haben, umgekehrt proportional (Formel 4) zur Größe des Luftspalts sind. Andererseits kann der Wert der Konstanten P&sub0; mit Auswirkung auf Stromerwärmungs- und Magnetisierungsverluste sogar erhöht werden, ohne zu einer Erhöhung der Gesamtverluste zu führen, beispielsweise, indem ein kraftvollerer Magnetisierungsstrom zugelassen wird, da bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen die Signifikanz dieser Konstanten P&sub0; im Hinblick auf die Gesamtverluste vernachlässigbar ist. In der Praxis besteht die Bedeutung dessen, was vorstehend ausgeführt wurde, darin, daß bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen das Ziel darin besteht, Wirbelstromverluste so stark wie möglich mittels der technischen Konstruktion zu minimieren, jedoch in einer derartigen Weise, daß wenigstens Gasreibungsverluste in keinem Fall zunehmen im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionstechniken.
Um die vorstehend genannten Ziele zu erreichen, und die Probleme des Standes der Technik so stark wie möglich zu beseitigen, ist eine erfindungsgemäße elektrische Asynchron-Maschine in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftspalt zwischen einem Läufer und einem Ständer im wesentlichen folgender Formel entspricht:
in welcher Formel (6)
Dr = Läuferaußendurchmesser (mm),
Ds = Ständerinnendurchmesser (mm),
u = Umfangsgeschwindigkeit (mis),
δ = Luftspalt (mm),
A = eine Konstante einer Größe ≥ 0,3, bevorzugt 0,7 - 1,5, zweckmäßigerweise 1; Maßeinheit mm,
B = eine Konstante einer Größe ≤ 150, bevorzugt 50 - 100, zweckmäßigerweise 70,
C = eine Konstante einer Größe ≤ 1200, bevorzugt 300 - 600, zweckmäßigerweise 400; Maßeinheit: m/s/mm,
und daß die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers mehr als 100 m/s beträgt.
Eine wie vorstehend aufgebaute und erläuterte elektrische Asynchron-Maschine ist in der Lage, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, wenn der Läufer bei Drehzahlen innerhalb des Hochgeschwindigkeitsbereichs umläuft.
Insbesondere im Hinblick auf die Gasreibungsverluste kann geschlossen werden, daß abhängig vom Durchmesser und der Drehzahl eines Läufers diese wie folgt erzeugt werden:
Die Beseitigung von Gasreibungsverlusten erfordert, daß ein effektiver axial gerichteter Kühlstrahl an den Luftspalt angelegt wird. Wenn der Luftspalt in Übereinstimmung mit der Erfindung bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen speziell vergrößert wird, kann ein Kühlgas, wie beispielsweise ein Luftstrahl, mit sehr hohem Wirkungsgrad erzielt werden.
Gemäß herkömmlichen Bemessungsvorschriften für eine elektrische Maschine bleibt der Luftspalt klein, wobei in der Praxis das Maximum bei kleinen Maschinen 1% und bei Maschinen mittlerer Größe 0,5% des Läuferdurchmessers beträgt. In Übereinstimmung mit der Literaturquelle "Hütte Taschenbücher der Technik, Energietechnik, Band 1 Maschinen" sind die folgenden Formeln für kleine Maschinen festgelegt:
und für mittelgroße Maschinen:
wobei
p = eine gerade Polarzahl ist,
und in Übereinstimmung mit einer weiteren Literaturquelle: "Vogt. K, 1972, Elektrische Maschinen, Berechnungen rotierender elektrischer Maschinen", gilt
δ (0,25 - 0,4) * Pmek1/4 (8c)
wobei
δ = Luftspalt [mm], und
Pmek = elektrische Leistung [kW].
Insbesondere im Hinblick auf Wirbelstromverluste (Konstante P&sub2;) kann bei den herkömmlichen Lösungen festgestellt werden, daß ein in einem Ständer und einem Läufer fließender Strom und die Nutanordnung in einem Ständer und einem Läufer zu einer diskontinuierlichen Verteilung der Luftspaltinduktionsdichte entlang des Luftspalts führt (mit anderen Worten, enthält die sinusförmige Verteilung der Luftspaltinduktionsdichte harmonische Komponenten, und die Verteilung der Induktions- oder Flußdichte verläuft "gestuft") . Bei anderen Drehzahlen eines Läufers erzeugen der Luftspaltfluß und die Diskontinuität der Flußdichteverteilung zusammen anwachsende Wirbelstromverluste in einem Läufer und einem Ständer.
Wenn der Luftspalt erhöht wird, werden die harmonischen Komponenten der diskontinuierlichen Flußdichte und dadurch die Wirbelstromverluste verringert. Die Wirbelstromverluste, die mit den Luftspaltwert berechnet werden, die durch die herkömmlichen Bemessungsvorschriften für eine elektrische Maschine erhalten werden, sind sogar noch einige Dekaden höher.
Wie vorstehend ausgeführt, erlaubt die Bemessung eines Luftspalts gemäß der Erfindung eine sehr gute Steuerung bzw. Regelung über die gesamten Verluste unter den schwierigen Bedingungen von Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Läufer zur Verwendng bei der vorstehend erläuterten elektrischen Asynchron-Maschine. Der Läufer ist im Oberbegriff eines auf einen Läufer gerichteten unabhängigen Anspruchs näher definiert.
Was die herkömmlichen Läuferkonstruktionen betrifft, wird auf den Stand der Technik bezug genommen, der bereits in den vorstehend genannten Druckschriften erläutert ist, und darauf abzielt, sogenannte Käfigwicklungslösungen zu entwickeln. Die Käfigwicklungslösung ist - zumindest dann, wenn sie mit den aktuell verfügbaren Konstruktionen ausgelegt wird - bei Hochgeschwindigkeitslösungen nicht vorteilhaft, wobei der Luftspalt auf der Grundlage der kennzeichnenden Merkmale ausgelegt ist, die im Anspruch 1 für eine elektrische Asynchron- Maschine ausgeführt sind.
Eine überraschende Entdeckung bei der vorliegenden Erfindung beruht darin, daß bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen die Läuferbeschichtung, die aus einem elektrisch hochgradig leitfähigen Material hergestellt ist, so ausgelegt sein muß, daß sie den gesamten Betriebsoberflächenbereich eines Läufers abdeckt, wobei dies eine wesentliche Eigenschaft für den Läufer darstellt. Es ist bevorzugt, daß, wenigstens über einen Teil der peripheren Abmessung eines Läufers, die Beschichtung eine radiale Dicke von mehr als 0,2 mm aufweisen sollte.
Es ist bekannt, daß eine gleichgroße Menge aktiven Stroms in dem Ständer und Läufer pro Querschnittsfläche fließt. Der in einem Läufer fließende elektrische Strom sollte im wesentlichen in der hochgradig leitfähigen Beschichtung fließen, um Stromwärmeverluste so klein wie möglich zu machen. Deshalb sollte die Querschnittsfläche einer hochgradig leitfähigen Beschichtung in einer Weise maximiert werden, daß die Beschichtung einen mittleren Durchmesser so groß wie möglich aufweist; mit anderen Worten, daß die Beschichtung mit einem maximalen Ausmaß auf der äußeren Peripherie eines Wellenkörpers mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Verteilung verlegt ist.
Bei einem erfindunsgemäßen Läufer entspricht das Verhältnis eines ein Läuferlastdrehmoment erzeugenden Stroms zur Querschnittsfläche der Beschichtung im wesentlichen gemäß folgender Formel:
wobei
J = Stromdichte (A/mm²),
Qs = Anzahl an Ständerschlitzen,
Nu = Anzahl an Leitern, die sich in einem Ständerschlitz erstrecken,
I&sub1; = der mittlere Quadratwurzelwert einer Grundwelle (A) des Ständerstroms,
δ&sub1; = Winkel zwischen Ständerstrom und Spannungsgrundwelle,
Ar - mittlere Querschnittsfläche einer Läuferbeschichtung (Schnitt II-II, Fig. 1) (mm²),
k - Lastfaktor (A/mm²), (Schwankungsbereich 1 - 2,5),
Dr - numerischer Wert des Läuferdurchmessers (mm).
Der Läuferlastfaktor weist bevorzugt einen Mittelwert von nicht mehr als 1 auf. Außerdem beträgt der Läuferlastfaktor bevorzugt vorübergehend nicht mehr als 2,5.
Was die Herstellung betrifft, wird die Beschichtung bevorzugt und am weitesten verbreitet auf der Oberseite eines magnetisch leitenden Wellenkörpers unter Verwendung einer Herstellungstechnik hergestellt, die auf einer schnellen Änderung des linearen Moments beruht, z.B. durch sogenanntes Strahlbeschichten, das in der Lage ist, eine ausreichend feste Haftung zwischen dem Wellenkörper und der Beschichtung bereitzustellen, während außerdem die Beschichtung mit ausreichender Dicke bereitgestellt wird. Eine Entdeckung der Erfindung besteht darin, daß die Haftfähigkeit wie folgt definiert werden kann:
δp > 50 MPa, bevorzugt über 100 MPa (10).
Damit kann die größtmögliche Dicke h (mm) einer elektrisch leitenden Beschichtung wie folgt berechnet werden:
wobei
δp = Haftfestigkeit (MPa),
n = Drehzahl der elektrischen Maschine (1/min),
Dr = Läuferaußendurchmesser (mm), und
δpt = Beschichtungsmaterialdichte (kg/m³)
Es ist erforderlich, daß die elastische Grenze (Re, δ&sub0;,&sub2;) des Wellenkörpermaterials für einen Läufer typischerweise beträgt:
Re > 400 MPa (12).
Im Hinblick auf die Herstellungstechnik sind die die vorstehend genannten Kriterien erfüllenden Materialien in der Lage, einen Läufer bereitzustellen, dessen Beschichtung eine eine feste Form beibehaltenden Schicht auf den Wellenkörper als ausreichend dicke Beschichtungsschicht aufweist. Wie auf diesem Gebiet der Technik an sich bekannt, sind hochgradig leitfähige Materialien, wie beispielsweise Kupfer, weich und weisen eine niedrige Bruchfestigkeit auf. Wenn ein erfindungsgemäßer Läufer z.B. durch Verwenden einer Herstellungstechnik auf der Grundlage einer schnellen Änderung des linearen Moments hergestellt wird, kann ein derartig mechanisch weiches und elektrisch leitfähiges Beschichtungsmaterial, das selbst eine schlechte Spannungsfestigkeit aufweist, auf der Außenfläche eines Wellenkörpers zur Haftung gebracht und dauerhaft geformt werden, um eine widerstandsfähige und dauerhafte Läuferstruktur bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung kann der Wellenkörper mit einem Nutaufbau versehen sein, der mit einem Beschichtungsmaterial gefüllt ist. Die Anzahl an Nuten kann wie folgt ermittelt werden:
wobei
Qr = Anzahl an Nuten, und
Dr = Läuferaußendurchmesser/mm.
Die Beschichtung eines Läufers kann aus einer Materialschicht gleichmäßiger Dicke bestehen, oder sie kann einen Verbundstoff aufweisen, der aus einem Materialschichtbestandteil gleichmäßiger Dicke und Beschichtungsmaterialbestandteilen besteht, die in der Nutanordnung eines Wellenkörpers verlegt sind. Welcher Typ von Beschichtungsaufbau verwendet wird, hängt von mehreren Faktoren ab, deren kombinierte Wirkung in der Konstruktionsstufe einer speziellen elektrischen Asynchron-Maschine optimiert werden muß. Die Nutanordnung in einem Wellenkörper verleiht der Luftspaltflußdichte Diskontinuität und trägt zusätzlich zu den in einem Ständer erzeugten Verlusten bei. Die durch die Nutanordnung verursachten Verluste können durch Erhöhen der Anzahl an Nuten verringert werden. Die Wirbelstromverluste, die durch die Nutanordnung induziert werden, sind durch Verwendung einer Feststoffbeschichtung ausreichend gleichmäßiger Dicke vernachlässigbar, entsprechend der Situation, bei welcher Qr unendlich ist. Eine massive oder durchgehende Beschichtung führt zu einem erhöhten Bedarf an Magnetisierungsstrom in einer Ständerwicklung, was zu den Kupferverlusten beiträgt, die in den Ständernuten erzeugt werden. Eine Alternative besteht deshalb darin, einen Läuferaufbau zu verwenden, der sowohl eine Nutanordnung aufweist, die in dem Wellenkörper gebildet ist, und mit einem Beschichtungsmaterial versehen ist, und eine durchgehende Beschichtung, die darauf verlegt ist. Die Unterschiede zwischen für unterschiedliche Läuferkonstruktionen berechneten Verlusten sind jedoch gering, wobei ein wesentliches Merkmal die Größe eines Luftspalts und die Integrität bzw. Unverletztheit einer damit verwendeten Beschichtung sind. Deshalb hängt die endgültige Auswahl eines Läuferbeschichtungsaufbaus auch weitgehend von Herstellungsmöglichkeiten ab.
Die auf einen Läufer gerichteten unabhängigen Ansprüche offenbaren einige bevorzugte Ausführungsformen für einen Läufer.
Was den verfügbaren Stand der Technik betrifft, der in erster Linie herkömmliche elektrische Maschinen abhandelt, wird auf die Literaturquelle: "Vogt K., 1972, Elektrische Maschinen, Berechnung rotierender elektrischer Maschinen", bezug genommen. Gemäß dieser Literaturquelle beträgt die Nutteilung bei elektrischen Asynchron-Maschinen typischerweise 10 bis 45 mm (kleinste Ablesung bei kleinen Maschinen), wobei die resultierende Anzahl an Nuten bzw. Schlitzen beträgt:
Die Nutanordnung eines Ständers verursacht eine Diskontinuität der Luftspaltflußdichte und erhöht dadurch die Wirbelstromverluste. Eines der überraschenden Entdeckungen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen, bei welchen ein Luftspalt auf der Grundlage der kennzeichnenden Merkmale aufgebaut ist, die in Anspruch 1 für eine elektrische Asynchron-Maschine angeführt sind, durch Erhöhen der Anzahl an Ständernuten im Vergleich zu herkömmlichen Anweisungen für die Konstruktion einer elektrischen Maschine es möglich ist, die nutinduzierten Verluste zu verringern, da die Auswirkung der Nutanordnung auf die Diskontinuität der Luftspaltflußdichte verringert ist.
Bevorzugt wird die Anzahl an Ständerschlitzen so eingestellt, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:
wobei
Qs = Anzahl an Ständerschlitzen, und
Ds = Ständerinnendurchmesser/mm.
Ferner ist bevorzugt, daß die Anzahl an Nuten, die in einem Läufer enthalten sind, folgende Bedingung erfüllt:
Qr ≥ Qs (15);
in Bezug auf die Schlitzanzahl, die in einem Ständer enthalten ist.
Wechselstrom erzeugt in einem Leiter, der in einem Ständerschlitz angeordnet ist, eine sogenannte Stromverstärkung, welche den sogenannten Wechselstromwiderstand vergrößert und dadurch die Ständerverluste.
Die zunehmende Auswirkung der Stromverstärkung auf den Wechselstromwiderstand ist proportional zum Quadrat der Frequenz und zum Quadrat des Durchmessers eines in dem Leiter enthaltenden Drahts. (Literaturquelle: Vogt K. 1972. Elektrische Maschinen, Berechnung rotierender elektrischer Maschinen). Deshalb besteht eine weitere überraschende Entdeckung der vorliegenden Erfindung darin, daß bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen, bei denen ein Luftspalt auf der Grundlage der kennzeichnenden Merkmale aufgebaut ist, die im Anspruch 1 für eine elektrische Asynchron-Maschine angeführt sind, um die Auswirkung auf die Stromverstärkung nicht signifikant zu erhöhen, der Drahtdurchmesser im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen verringert werden kann.
Der Durchmesser eines einzelnen Drahts zur Verwendung in dem Schlitz erfüllt bevorzugt die Bedingung:
wobei
p = Anzahl an Anschlußpaaren in einer Maschine,
n = Drehzahl einer elektrischen Maschine [1/min], und
ds = Drahtdurchmesser [mm].
Offensichtlich beträgt die minimale Phasenanzahl zwei zur Bereitstellung einer sich drehenden Maschine. Wenn die Phasenanzahl vergrößert wird, beginnt die Diskontinuität des durch einen in Ständerschlitzen fließenden Stroms sich einzupendeln, und die induzierten Verluste beginnen, abzunehmen.
Die Phasenanzahl m einer asynchronen Hochgeschwindigkeitsmaschine sollte sein:
m ≥ 2 (17).
Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Asynchron-Maschine im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Schnitt II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt III-III in Fig. 1 in unmittelbarer Nähe zu einem Läuferaufbau, und
Fig. 4 eine alternative Möglichkeit, einen Läufer in einem Abschnitt von Fig. 1 ähnlich Fig 2 auszulegen.
Die Bezugsziffer 1 in der Zeichnung bezeichnet ein rohrförmiges Gehäuse, innerhalb von welchem ein Ständer 2 mit seiner Wicklung 3 angeordnet ist. Der Ständer 2 weist auf seiner Innenseite eine Schlitzanordnung 4 auf, die wie vorstehend erläutert gemäß Formel (14b) ausgelegt ist. Andererseits ist die in der Schlitzanordnung 4 angeordnete Wicklung gemäß der vorstehend genannten Formel (16) aufgebaut, soweit der Drahtdurchmesser betroffen ist.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ständerwicklung 3 durch Verwenden eines sogenannten LITZ- Drahts aufgebaut, wobei der Durchmesser eines einzelnen Leiterdrahts kleiner als 0,4 mm, bevorzugt kleiner als oder gleich 0,1 mm ist. Die Anzahl von Ständerschlitzen ist bevorzugt durch gerade Schlitzzahlenwerte teilbar und bevorzugt durch die Zahl 12 bei elektrischen Dreiphasen-Asynchron-Maschinen. Zumindest bei einigen Anwendungen ist die Ständerwicklung im Hinblick auf eine Minimierung der Verluste verbunden bzw. angekoppelt, um zur Steuerung von wenigstens zwei Drei-Phasen-Invertern (Frequenzwandlern) geeignet zu sein, die miteinander in Phase gebracht sind (in der Zeichnung nicht gezeigt).
Der Ständer 2 weist eine Bohrung 5 auf, die mit einem Läufer 6 versehen ist, der sich in Längsrichtung von ihr um seine Längsachse P dreht und am Gehäuse 1 gelagert ist (nicht gezeigt). Der Läufer 6 weist eine Kombination aus einem Wellenkörper 7 und einer Beschichtung 8 auf seiner Außenseite auf. Die Beschichtung 8 ist dazu ausgelegt, sich in der Längsrichtung des Läufers 6 wenigstens über den Bereich des Ständers 2 und der Wicklung 3 zu erstrecken. Der Wellenkörper 7 ist wenigstens magnetisch leitend oder auch elektrisch leitend. Bei der dargestellten Ausführungsform hat der Wellenkörper 7 einen massiven Aufbau, er kann jedoch auch hohl sein. Der Wellenkörper 7, dessen Material bevorzugt ein geeigneter Stahl ist, besitzt eine Elastizitätsgrenze, die wenigstens in radialer Richtung mehr als 400 MPa beträgt, insbesondere, wenn der Wellenkörper 7 einen massiven Aufbau hat. Insbesondere in Fällen, bei denen der Wellenkörper als Hohlstruktur konstruiert ist, muß das Material des Wellenkörpers 7 ein Material aufweisen, das eine bessere Zugfestigkeit aufweist, wobei eine geeignete Elastizitätsgrenze wenigstens in radialer Richtung z.B. 800 MPa beträgt. Insbesondere in Bezug auf Fig. 2 ist festzustellen, daß der Wellenkörper 7 im wesentlichen in der Längsrichtung des Läufers mit Rillen bzw. Nuten versehen ist, wobei die Anzahl der Nuten 7a der Formel (13) entspricht. Insbesondere in Fig. 4 ist eine Alternative gezeigt, bei welcher der Wellenkörper 7 eine glatte Oberfläche hat, d.h. die Anzahl an Nuten ist prinzipiell unendlich.
Der Läufer 6 trägt eine Beschichtung 8, die aus einem elektrisch hochgradig leitfähigen Material besteht, wie beispielsweise Kupfer, insbesondere formverstärktes Kupfer. Der erklärte Zweck der Beschichtung 8 besteht darin, als Leiter für den Gesamtstrom zu dienen, der durch die elektrische Asynchron-Maschine fließt, wobei das Verhältnis eines Stroms Ampere), der das Drehmoment des Läufers 6 erzeugt, zur Querschnittsfläche der Beschichtung 8 typischerweise kleiner als 40 A/m² gemäß Formel (9) ist. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Auftragen der Beschichtung 8 auf die Außenfläche des Wellenkörpers 7 ist die sogenannte Strahlbeschichtungstechnik. Es ist auch möglich, andere ähnliche, auf Beschichten basierende Verfahren zu verwenden, bei denen ein schichtaufzutragendes Material auf ein Substrat geklebt bzw. zur Haftung gebracht wird, in diesem Fall insbesondere auf dem Wellenkörper 7, beispielsweise mittels einer starken Änderung des linearen Moments, wodurch das Beschichtungsmaterial während der Ausbildung einer Beschichtung einer Formverstärkung unterworfen wird. Offensichtlich kann das Material der Beschichtung 8 zusätzlich zu Kupfer andere elektrisch hochgradig leitende Materialien aufweisen, wie beispielsweise Aluminium oder geeignete Legierungen oder Verbundstoffe. Die Beschichtung 8 kann insbesondere über den Bereich 8a der Beschichtung 8 dicker sein, welcher Bereich an den Enden der Beschichtung 8 außerhalb der Enden des Ständers 2 in der Längsrichtung des Läufers angeordnet ist, und der bei herkömmlichen Lösungen normalerweise eine Kurzschlußzone bereitstellt, einen sogenannetn Kurzschlußring. Die Länge des Abschnitts 8a kann in einer Weise variieren, daß er sich in der Längsrichtung des Läufers 6 innerhalb oder jenseits des Bereichs der Wicklung 3 erstreckt; in den meisten Fällen endet der Abschnitt 8a jedoch im wesentlichen am Ende der Wicklung 3. In dieser Hinsicht wird insbesondere auf Fig. 3 verwiesen. Am Ständer 2 und der Wicklung 3 beträgt die Dicke der Beschichtung 8 im wesentlichen wenigstens 0,2 mm in der radialen Richtung des Läufers 6, bevorzugt 0,5 bis 5 mm bis hin zu 1 bis 10 mm. Insbesondere die Endabschnitte 8a der Beschichtung 8 können den dicksten Teil der Beschichtung in der radialen Richtung bilden. Fig. 2 zeigt eine Beschichtungszusammensetzung, die im Gegensatz zu einer Materialschicht gleicher Dicke, wie in Fig. 4 gezeigt, beispielsweise eine Kombination aus einem Materialschichtabschnitt 8b, mit einer gleichen oder variierenden Dicke, und Beschichtungsmaterialabschnitten 8c aufweist, die in der Nutanordnung 7a des Wellenkörpers 7 angeordnet sind. In den meisten Fällen wird die Beschichtung 8 selbstverständlich offensichtlich auf ihrer Außenseite maschinenbearbeitet, nachdem die Beschichtung in der vorstehend erläuterten Weise auf der Außenfläche des Wellenkörpers 2 zur Haltung gebracht wurde, der derart maschinenbearbeitet ist, daß er eine Ausnehmung bzw. Vertiefung entsprechend der Beschichtung 8 und z.B. eine Nutanordnung 7a aufweist, wie in Fig. 2 gezeigt; mit anderen Worten verläuft die Außenfläche der Beschichtung 8 im fertiggestellten Läufer im wesentlichen bündig mit der Oberfläche, die außerhalb der Beschichtung 8 des Wellenkörpers 2 liegt.
Das vorstehend genannte Verfahren kann verwendet werden, um eine Beschichtung 8 herzustellen, die in der Lage ist, den Drehzahlen und Umfangsgeschwindigkeiten bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen zu widerstehen, die insbesondere hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeit 100 m/s und sogar 200 bis 500 mis und hinsichtlich der Drehzahl 2 * 10&sup4; bis 2 * 10&sup5; 1/min und sogar 10&sup6; bis hin zu 1000 m/s übersteigen kann. Bei diesen Lösungen, die für einen Betrieb bei besonders hohen Umfangsgeschwindigkeiten vorgesehen sind, ist es erforderlich, solche Materialien sogar für den Wellenkörper 7 zu verwenden, deren Elastizitätsgrenze über 1000 MPa liegt.
In Übereinstimmung mit dem Grundaufbau der Erfindung ist ein Luftspalt δ, der in Übereinstimmung mit der Definition in Formel (6) festgelegt ist, zwischen der Oberfläche der Bohrung 5 im Ständer 2 und der Außenseite der Beschichtung 8 gebildet, d.h. mit den Bezeichnungen von Fig. 2 beträgt der Luftspalt (Ds - Dr)/2.
Die Beschichtung 8 kann wenigstens teilweise Zonen oder Abschnitte aufweisen, in denen die Beschichtungsdicke in radialer Richtung nicht stärker als mit dem Verhältnis 1 : 10, bevorzugt 1 : 4-6 variiert bzw. schwankt. Ferner kann die Beschichtung eine veränderliche Oberflächenkonfiguration aufweisen, einschließlich beispielsweise Abschnitte oder Zonen mit Ausnehmungen oder Rippen. Die Dicke der Beschichtung 8 in radialer Richtung beträgt wenigstens in einem bestimmten Beschichtungsbereich mehr als 0,5%, bevorzugt 0,7%, sogar mehr als 1%, jedoch nicht mehr als 20% (dieses bei kleinem Durchmesser) des Läuferaußendurchmessers Dr.
Um die Vorzüge der Erfindung weiter zu verdeutlichen, wurde die folgende Testserie ausgeführt, und sämtliche Testkonstruktionen zielten darauf ab, elektrische Asynchron-Maschinen bereitzustellen, welche Hochqualitätskriterien im Hinblick auf die Elektrotechnik erfüllen.

Testmaschine A

Diese Testmaschine wurde auf der Grundlage des verfügbaren Wissenstandes gemäß dem Stand der Technik ausgelegt, indem insbesondere für einen Läufer eine sogenannte Käfiglösung verwendet wird, wobei der Käfig aus einem Kupfermaterial (siehe z.B. GB-1 427 818) mit den folgenden Hauptabmessungen hergestellt wurde. Die Länge eines Ständers in sämtlichen Testmaschinen betrug 140 mm.
n = 1,5 * 10&sup5; 1/min
Dr = 70 mm
δ = 0,70 mm (δ 0,2 + Dr/1000 0,3; Formel 8a),
Qs = 24 (D&sub2;/3,2; Formel 13) und
Qr = 26
Bei der Testmaschine betrug die Tiefe von Wellenkörpernuten maximal 2 mm.

Testmaschine B (vier Varianten)

n = 1,5 * 10&sup5; 1/min,
Dr = 70 mm,
δ = 3 mm (Formel 6),
Qs&sub1; = 24 oder Qs&sub2; = 36 (Formel 14b),
Qr&sub1; = 26 oder Qr&sub2; = 40 (Formel 15).
Die Beschichtungsdicke betrug 1 bis 2 mm, mit anderen Worten betrug die Tiefe der Läufernuten ungefähr maximal 1,0 mm. (Der Läufer entspricht demnach der Darstellung von Fig. 2.)

Testmaschine C

n = 1,5 * 10&sup5; 1/min,
Dr - 70 mm,
δ&sub1; = 2 mm, δ&sub2; = 3 mm oder δ&sub3; = 4 mm (Formel 6),
Qs&sub1; = 24 oder Qs&sub2; = 36 (Formel 14b),
Qr = ∞.
Der Läufer entspricht demnach der Darstellung in Fig. 4, und die Beschichtungsdicke betrug ungefähr 1 mm.
Im folgenden sind die Testergebnisse in Tabellenform unter Darstellung der elektrischen Verluste relativ zur Wellenausgangsleistung bei jeder alternativen Testmaschine dargestellt. Testergebnisse
Ein wesentliches Merkmal der Testergebnisse ist, daß, wenn eine elektrische Asynchron-Maschine mit einem Luftspalt und einer Läuferkonstruktion in Übereinstimmung mit dem Grundkonzept der Erfindung bereitgestellt wird, die elektrischen Verluste bestenfalls um mehr als 15% im Vergleich zu einer elektrischen Ansynchron-Maschine abnahmen, die durch die herkömmliche Technik hergestellt und im Hochgeschwindigkeitbereich betrieben wird. Die Bedeutung eines Luftspalts ist entscheidend; jedoch sowohl die Läuferkonstruktion wie die Anzahl an Schlitzen in einem Ständer und einem Läufer haben eine Auswirkung auf Verluste. Die Testserie versorgt einen Fachmann mit der notwendigen Anfangsinformation für jeden Konstruktionsvorgang, mindestens zum experimentellen Ermitteln eines optimalen Aufbaus.

Claims

1. Elektrische Asynchron-Maschine mit einem elektrisch leitenden Läufer, der relativ zu einem Ständer drehbar ist, und einem Luft- oder dergleichen Spalt dazwischen, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (6) zwischen dem Läufer (6) und dem Ständer (2) im wesentlichen gemäß folgender Formel eingestellt ist:

in welcher Formel

Dr = Läuferaußendurchmesser (mm),

= Ständerinnendurchmesser (mm),

u = Umfangsgeschwindigkeit (m/s),

δ = Luftspalt (mm),

A = eine Konstante einer Größe ≥ 0,3, bevorzugt 0,7- 1,5, zweckmäßigerweise 1,

B = eine Konstante einer Größe ≤ 150, bevorzugt 50- 100, zweckmäßigerweise 70,

C = eine Konstante einer Größe ≤ 1200, bevorzugt 300- 600, zweckmäßigerweise 400; Maßeinheit: m/s/mm,

und daß die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers (6) mehr als 100 m/s beträgt.

2. Elektrische Asynchron-Maschine nach Anspruch 1, wobei die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers (6) typischerweise 200 - 500 m/s beträgt, und die Drehzahl des Läufers (6) typischerweise 2 * 10&sup4; bis 2 * 10&sup5; Umdrehungen pro Minute mit einem Maximum in der Größenordnung von 10&sup6; Umdrehungen pro Minute beträgt.

3. Elektrische Asynchron-Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Läufer (6) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung in Verbindung mit einem Wellenkörper (7) versehen ist, wobei die Beschichtung (8) durchgehend und sich über den gesamten Betriebsflächenbereich des gesamten Läufers (6) erstreckend ausgeführt ist.

4. Elektrische Asynchron-Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Läufer (6) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung in Verbindung mit einem nichtgeschichteten Wellenkörper versehen ist.

5. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dicke der Beschichtung (8) in einer Weise veränderlich ist, daß das Verhältnis zwischen der kleinsten und größten Beschichtungsdicke in der radialen Richtung des Läufers (6) nicht mehr als 1 : 10 beträgt, und daß die Dicke der Beschichtung (8) in radialer Richtung wenigstens in einem bestimmten Beschichtungsbereich nicht mehr als 0,5%, bevorzugt 0,7%, sogar mehr als 1%, jedoch nicht mehr als 20% des Läuferaußendurchmessers Dr beträgt.

6. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Beschichtung (8) eine Schicht im wesentlichen gleicher Dicke in der Längsrichtung des Läufers (6) wenigstens am Ständer (2) aufweist.

7. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Beschichtung (8) wenigstens am Ständer (2) eine Kombination aufweist, die einen gleichmäßigen Materialschichtabschnitt (8b) und einen Beschichtungsmaterialabschnitt (8c) enthält, der auf einer Nutanordnung (7a) verlegt ist, die auf dem Wellenkörper (7) gebildet ist, der in dem Läufer (6) enthalten ist.

8. Elektrische Asynchron-Maschine nach Anspruch 7, wobei der gleichmäßige Materialschichtabschnitt (8b) eine Schicht gleicher Dicke wenigstens in der Längsrichtung des Läufers (6) am Ständer (7) ist.

9. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Beschichtung (8) wenigstens über einen Teil ihres Betriebsflächenbereichszonen und/oder -Abschnitte aufweist, in welchen die Beschichtung eine sich ändernde Oberflächenkonfiguration aufweist.

10. Elektrische Asynchron-Maschine nach Anspruch 9, wobei die Oberflächenkonfiguration der Beschichtung (8) abwechselnde Vertiefungen und Rippen aufweist.

11. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Beschichtung (8) Endabschnitte (8a) aufweist, deren radiale Dicke diejenige des Abschnitts der Beschichtung (8) übertrifft, die mit dem Ständer (7) fluchtet.

12. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die maximale Dicke der Beschichtung (8) in Übereinstimmung mit folgender Formel eingestellt ist:

wobei

δp = Haftfestigkeit (MPa),

n = Drehzahl der elektrischen Maschine (l/min),

Dr = Läuferaußendurchmesser (mm),

δpt = Beschichtungsdichte (kg/m³), und

wobei die Beschichtung (8) über wenigstens einen Teil des Betriebsflächenbereichs des Läufers (6) eine radiale Dicke von über 0,2 mm, bevorzugt 0,5 bis 5 mm, und sogar bis hin zu 1 bis 10 mm, aufweist.

13. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Nutanordnung (7a) dazu ausgelegt ist, sich im wesentlichen in der Längsrichtung des Wellenkörpers (7) zu erstrecken, wobei die in der Nutanordnung (7a) enthaltenen Schlitze sich in der Umfangsrichtung des Läufers, bevorzugt mit feststehenden Zwischenräumen erstrecken.

14. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die Nutanordnung (7a) eine Kombination aus sich gegenseitig kreuzenden Nuten aufweist, wobei die Längsrichtung von wenigstens einigen Nuten sich von derjenigen des Wellenkörpers (7) unterscheidet.

15. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei die Beschichtung auf die Oberfläche des Wellenkörpers (7) bevorzugt unter Verwendung einer Adhäsionstechnik auf der Grundlage einer Anderung des linearen Moments, insbesondere eines Strahlbeschichtungsverfahrens aufgetragen ist, um eine formverstärkte Beschichtung (8) zu erzeugen, die auf dem Wellenkörper (7) haftet und eine Haftfestigkeit (δp) aufweist, die zweckmäßigerweise mehr als 50 MPa, besonders bevorzugt mehr als 100 MPa, aufweist.

16. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei der Wellenkörper (7) des Läufers (6) eine Elastizitätsgrenze aufweist, die wenigstens in radialer Richtung mehr als 400 MPa beträgt, insbesondere mit einer Massivwellenkörperstruktur (7) oder dergleichen.

17. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei der Wellenkörper (7) des Läufers (6) eine Elastizitätsgrenze aufweist, die wenigstens in radialer Richtung mehr als 800 MPa beträgt, insbesondere mit einer Hohlwellenkörperstruktur (7) oder dergleichen.

18. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 17, wobei die Anzahl der Nuten in der Nutanordnung (7a) oder in deni relevanten Abschnitt der Nutanordnung (7a), die auf deni Wellenkörper (7) vorgesehen ist und sich im wesentlichen in der Längsrichtung des Wellenkörpers (7) erstreckt&sub1; in Übereinstimmung mit folgender Formel eingestellt ist:

wobei

Qr = Anzahl an Nuten, und

Dr = Läuferaußendurchmesser/nim.

19. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 18, wobei der Wellenkörper (7) des Läufers (6) mit Nuten (7a) versehen ist, und der Ständer (2) mit einer Schlitzanordnung (4) versehen ist, und wobei die Anzahl an Nuten in der Nutanordnung (7a) oder in dem relevanten Abschnitt der Nutanordnung (7a), die sich im wesentlichen in der Längsrichtung des Wellenkörpers (7) erstreckt, der in dem Läufer (6) enthalten ist, folgende Bedingungen erfüllt:

Qr ≥ Qs,

wobei

Qr = Anzahl an Nuten im Läufer, und

Qs = Anzahl an Schlitzen im Ständer.

20. Elektrische Asynchron-Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 19, wobei das Verhältnis eines ein Läuferlastdrehment erzeugenden Stroms zur Querschnittsfläche der Beschichtung (8) im wesentlichen gemäß folgender Formel eingestellt ist:

wobei

J = Stromdichte (A/mm²),

Qs = Anzahl an Ständerschlitzen,

Nu = Anzahl an Leitern, die sich in einem Ständer schlitz erstrecken,

I&sub1; = der mittlere Quadratwurzelwert einer Grundwelle (A) des Ständerstroms,

δ&sub1;= Winkel zwischen Ständerstrom und Spannungsgrund welle,

Ar = mittlere Querschnittsfläche einer Läuferbeschich tung (Schnitt II-II, Fig. 1) (mm²),

k = Lastfaktor (A/mm²), (Schwankungsbereich 1 - 2,5),

Dr = numerischer Wert des Läuferdurchmessers (mm).

21. Elektrischer Asynchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der zeitliche Mittelwert des Läuferlastfaktors (k) nicht größer als 1 ist.

22. Elektrischer Asynchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der Lastfaktor (k) vorübergehend nicht mehr als 2,5 beträgt.

23. Elektrischer Asynchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei der Ständer (2) eine Schlitzanordnung (4) aufweist, die mit einer Wicklung (3) versehen ist, wobei die Anzahl an Schlitzen in der Ständerschlitzanordnung (4) folgende Bedingung erfüllt:

wobei

Qs = Anzahl an Schlitzen im Ständer, und

Ds = Ständerinnendurchmesser/mm.

24. Elektrischer Asynchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Anzahl an Schlitzen im Ständer (2) durch gerade Schlitzanzahlwerte teilbar ist.

25. Elektrischer Asynchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei der Motor eine elektrische Drei-Phasen- Asynchron-Maschine ist, in welcher der Ständer (2) eine Wicklung (3) aufweist, die mit wenigstens zwei gegenseitig in Phase gebrachten Drei-Phasen-Invertern verbunden ist.

26. Elektrischer Asynchron-Motor nach Anspruch 23, wobei die Ständerwicklung (3) mit einem einzigen Zwei-Phasen-Inverter verbunden ist.

27. Elektrischer Asynchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei, soweit der Durchmesser betroffen ist, die einzelnen Drähte der Wicklung (3) zur Verwendung im Ständer (2) folgende Bedingung erfüllen:

wobei

p = Anzahl an Anschlußpaaren in der Maschine,

n = Drehzahl der Elektromaschine (l/min), und

ds = Drahtdurchmesser (mm).

28. Elektrischer Asynchron-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Ständer (2) eine Wicklung (3) aufweist, die aus einem sogenannten LITZ-Draht gebildet ist, wobei der Durchmeser eines Drahts kleiner als 0,4 mm, bevorzugt kleiner als 0,1 mm, ist.