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Elektrische Maschine, vorzugsweise Asynchronmasdiine Bei elektrischen
Maschinen ist es ganz allgemein üblich, daß das Luftspaltfeld zylindrische Gestalt
hat. Die Wicklungen passen sich dieser zylindrischen Grundform an. Die Kraftlinien
haben im Luftspalt radiale Richtung; die wirksamen Teile der Wicklung verlaufen
parallel zur Maschinenwelle.
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Erfindungsgemäß ist bei einer elektrischen Maschine, vorzugsweise
bei einer Asynchronmaschine, das Luftspaltfeld axial gerichtet und hat Kreisringform.
Der Kraftfluß durchsetzt eine Scheibe senkrecht zur Scheibenebene, so daß das Luftspaltfeld
auf beiden Seiten der Scheibe .besteht. Dadurch erzielt man verschiedene Vorteile.
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Bei dem rotierenden Maschinenteil sind die Wicklungen in den Nuten
der Einwirkung der Zentrifugalkraft entzogen, jedenfalls treibt diese Kraft die
Wicklungen nicht aus den Nuten heraus. Die Verschlußkeile haben nur geringe mechanische
Beanspruchungen zu ertragen. Die Ki.'ihlverhältnisse sind verbessert, weil die rotierende
Scheibe selber für einen ständigen Luftstrom im Luftspalt sorgt. Die axiale Baulänge
wird gering und für die radialen Abmessungen ist es günstig, daß nicht radial außerhalb
des Luftspaltes Raum für einen aktiven Maschinenteil, z. B. für den Ständer, benötigt
wird. Ständer und Läufer sind bei der neuen Bauart elektrischer Maschinen axial
nebeneinandergestellte Flachscheiben mit in Nuten eingebetteten Wicklungen. Dabei
ist es ein Vorteil, daß der Zahnquerschnitt, abgesehen von runden Nuten, in der
Kraftflußrichtung unverändert bleibt. Das Luftspaltfel-d kann auf beiden Flachseiten
der Läuferscheibe für die Drehmomentbildung ausgenutzt werden. Man kann nämlich
beide Flachseiten der Scheibe bewickeln. Das gilt auch für die
.\i4@:erscheil)e
und sowohl für den Motor wie auch für den Genefxtör. Ein asynchroner Kurzschlußlätifer
erhält z. B. auf jeder Flachseite je einen Kurzschluß@käfig mit radialen Stäben
und einem inneren und einem äußeren @Kürzschlußring. Eine Flachscheibe kann auch
eine Mehrphasenwicklung, E'1. h. 'eine S'pulenwicklung, erhalten oder eine Gleichstromw
icklung. Weil der Kraftfluß die Scheiben axial durchsetzt, gibt es in der Scheibe
keinen Jochfluß, und daher braucht die Scheibe nicht dicker zu sein, als allein
aus konstruktiven Gründen notwendig erscheint.
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Die neue Maschine gemäß der Erfindung ermöglicht ferner eine in Aufbau
und Schaltung einfache und zugleich raumsparende .Vereinigung mehrerer Einheiten
zu einem Maschinensatz. Eiiie stillstehende oder rotierende Welle trägt aneinandergerei.ht
abwechselnd. einen Ständer und einen Läufer oder abwechselnd einen primären und
einen sekundären Teil. Durch die gemeinsame Welle werden alle Teile zentriert. Verbindet
man z. 13. alle sekundären Teile, z. B. alle., Scheibenkurzschlußläufer, fest mit
der Welle, dagegen alle primären Teile, z. B. Ständer, mit einer Me'hrpliasenwicklung,
miteinander durch ein übergeschobenes Maschinengehäuse, das auf der gemeinsamen
Maschinenwelle drehbar gelagert ist, dann erhält man einen Motor mit der vielfachen
Leistung. Man kann sich also eine geforderte Leistung nach dem Baukastensystem zusammenstellen.
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Jede sekundäre Scheibe zwischen zwei primären, die also vom Kraftfluß
senkrecht durchsetzt wird, fuhrt keinen Jochfluß. Das gilt genau so auch von den
primären Scheiben zwischen zwei sekundären. Ein n-facher Maschinensatz hat ri Scheiben
der einen Art und n +-r Scheiben der anderen Art. Die rs + i Scheiben stellen die
beiden äußersten Scheiben des ganzen Satzes, und nur diese beiden äußersten Scheiben
führen einen Jochfluß und müssen den dafür notwendigen Eisenquerschnitt, d. h. die
notwendige Scheibendicke, haben. Alle übrigen Scheiben werden vom Kraftfluß nur
senkrecht durchstoßen, sie grenzen beiderseitig an einen Luftspalt. In allen bei
einem Maschinensatz einander folgenden Luftspalten herrscht die gleiche 1#eldstärke,
und jede zu dem Satz hinzugefügte 1laschineneinheit bringt ihren Beitrag zur Entstehung
des Luftspaltfeldes.
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.Auch die Scheibe des primären Teiles trägt Nuten auf .beiden Flachseiten
und auf jeder Flachseite eine Wicklung. Das gilt auch für eine primäre Scheibe,
wenn sie als äußerste einen Jochfluß führt und dafür eine größere Dicke hat. Für
den Jochfluß kann man auf die äußere Seite der doppelseitig bewickelten Scheibe
eine ebene Platte der erforderlichen Dicke auflegen. Zwecks Kühlung der \Vicklung
auf der so zugedeckten Seite der be-@vickelten Scheibe kann man auch in der unbewickelten
Jochscheibe radiale Nuten vorsehen, die aber zur Ventilation dienen. Damit die bewickelten
Nuten auf der durch die Jochscheibe zugedeckten rlüchseite nicht magnetisch geschlossen
werden, kann man eine ummagnetische Zwischenlage vorsehen.
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Durch die beiderseitige 13ewicklung einer Scheibe erhält man eine
bessere Ausnutzung des Wickelraumes, vor allem des für den Wickelkopf verfügbaren
Raumes, was unter Umständen von entscheidender Bedeutung ist. l)eswe,gen empfiehlt
sich auch der zweiteilige Aufbau der -Außenscheiben mit einem Jochfluß.
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Das Feld in einer Maschine nach der Erfindung ist :parallel zur ,Maschinenwelle
gerichtet und rotiert um die Maschinenwelle. Soweit eine Lämellierung der Scheiben
notwendig ist, um die Verluste zu verringern, sind die bewickelten Scheiben und
auch die uribewickelten Jochscheiben aus Eisenband gewickelt oder aus zylindrisch
zusammengepackten Blechstreifen aufgebaut. Bei einer aus Blechstreifen oder Bandeisenstücken
gewickelten Scheibe haben die Stoßfugen keine Bedeutung, da sie parallel zum Kraftfluß
verlaufen. Die Nuten lassen sich in die fertig gewickelten Scheiben einfräsen oder
auch bohren. Sie können radial oder schräg dazu verlaufen. Bei offenen oder hall>offenen
Nuten ist eine Schablonenwicklung anwendbar. Die Nuten können auch vor dem Wickeln
des Eisenbandes in dieses hineingestanzt sein. Gerade Nuten verlangen dann eine
fortschreitende Nutenteilungszunahme, eine gleichbleibende Lochteilung ergibt gekrümmte
Nuten. Eine aus Eisenhand gewickelte oder aus Blechstücken zusammengestellte Scheibe
kann durch einen Schrumpfring oder eine Bandage zusammengepreßt werden. Bei Scheiben
ohne Jochfluß kann man auch durch je zwei auf den beiden Flachseiten einander gegenüberliegende
Nuten Drahtbügel oder Klammern legen. die das Paket zusammenhalten.
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Vier Figuren @:rläuteri> die Erfindung durch in großen Zügen dargestellte
:\usführungsbeispiele. Fig. t zeigt die Abwicklung des halben Umfangs der zylindrischen
Außenfläche einer gemäß der Erfindung beiderseitig be-,vickelten Scheibe r. Es ist
eine Drehstromwicklung für eine Zweiloch-Nvicklung bei drei Polpaaren gezeichnet.
Jede Flachseite hat 36 Nuten, doch ist nur die Hälfte aller Nuten auf jeder Flachseite
beR'lckelt. Neben je vier bewickelten Nuten liegen jeweils vier freie Nuten. Man
gewinnt dadurch viel Platz für die Unterbringung der Wickelköpfe, die sich nicht
zu überschneiden brauchen. -#vie aus Fig. i und 2 hervorgeht. Fig.2 zeigt die aktive
Seite einer bewickelten Scheibe, eine Flachseite. Die Verteilung der Wicklung auf
die beiden Flachseiten einer Scheibe ist möglich, weil der Kraftfluß die Scheibe
senkrecht durchsetzt, also kein Jochfluß entsteht.
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Auch die in Fig. 3 wiedergegebene Scheibe 2 hat auf jeder Flachseite
36 Nuten. Die Wickelköpfe der beiden Nutenreihen liegen getrennt auf der einen und
der anderen Seite der Mittelebene der Scheibe. Es sind in diesem Falle aber alle
Nuten bewickelt, was eine bessere Materialausnutzung ergibt als die Bewickfung in
den Fig. i und 2. Im übrigen wird man die Wicklungsart nach Zweckmäßigkeit wählen.
Wenn
das Verhältnis des Außendurchmessers der Scheibe zum Innendurchmesser eine gewisse
Größe übersteigt, wird die Nutenteilung in der äußeren Hälfte der Scheibe so groß,
daß in diesem Bereich eine um die Hälfte oder um den ganzen Betrag größere Nutenzahl
untergebracht werden kann. Dann kann man die Scheibenflachseite in zwei oder auch
mehr Kreisringzonen unterteilen und jeder "Zone ihre eigene Nutenzahl und ihre eigene
Bewicklung geben. Die Grenze zwischen zwei derartigen "Zonen kann dabei ein in den
Eisenbandwickel eingelegter Doppel-T-Profilring bilden, dessen Steghöhe dem Platzbedarf
für die Wickelköpfe angepaßt ist. Der Ring wird auf den inneren Teil des Eisenhandwickels
aufgeschrumpft und von außen weiter mit Eisenband bewickelt. Der eingelegte Ring
bietet dem Nutenfräser den notwendigen Auslauf. Man nimmt für den Ring zweckmäßigerweise
unmagnetisches Material. Auf eine Kupferblecheinlage zur Abschirmyng des Ringes
gegen das Streufeld der Wicklungsköpfe kann man dann verzichten.
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Den Aufbau eines asynchronen Maschinensatzes aus Leistungseinheiten
gemäß der Erfindung zeigt an einem schematischen Beispiel Fig.4: Auf einer gemeinsamen
Maschinenwelle io sitzen aneinanderstoßend zwei Naben i i und 12, die gegen Drehung
auf der Welle gesichert sein mögen. Diese Naben gehören zu je einer aus Eisenband
gewickelten Scheibe 14 und 15. Durch gestrichelte Linien sind in radiale Nuten blank
eingebettete Kupferstäbe 16 und 17 angedeutet. Zwei äußere Kurzschlußringe 18 und
zwei innere Ringe i9 vervollständigen je einen ebenen Kurzschluß'käfig auf jeder
Flachseite der Scheiben 14 und 15. Die Naben haben Doppel-T-Form und tragen den
Eisenbandwickel auf ihrem schmaleren äußeren Flansch. Von außen wird der Wickel
durch einen Schrumpfring 2o zusammengehalten. Die Bezugziffern i i bis 2o betreffen
einen sekundären Teil der Maschine, der in diesem Beispiel zwei Kurzschlußläufer
umfaßt, Scheiben 14 und 15 mit Kurzschlußkäfigen.
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Der Maschinensatz enthält drei Primärteile, das sind die drei bewickelten
Scheiben 21, 22 und 23. Diese tragen in Nuten eine Bewicklung, wie sie beispielsweise
in den Fig. i, 2 und 3 gezeichnet ist, oder eine andere Art. In Fig. 4 sind die
Wickelköpfe 24 innen und 25 außen zu erkennen. Zwischen den primären Teilen 21,
22 und 23 einerseits und den sekundären Teilen 14 und 15 anderseits ist je ein Luftspalt.
Die Wickelköpfe der primären Wicklung überdecken im Beispiel diese Luftspalte und
zumTeil auch noch die sekundären Läuferscheiben. Der Zusammenbau wird :dadurch nicht
erschwert, weil die einzelnen Scheiben abwechselnd axial aneinandergereiht werden.
Die primären Scheiben 21, 22 und 23 sind über je einen Innenring 27 gewickelt und
von außen durch einen Schrumpfring 28 zusammengepreßt. Der Schrumpfring hat einen
T-förinigeii Querschnitt mit dem Flansch auf der Innenseite des Ringes. Dieser Flansch
wie auch der innere Ring 27 und auch,die entsprechenden Ringe der sekundären Scheiben
werden beim Nutenfräsen ebenfalls ausgefräst. Die primären Scheiben 21, 22 und 23
sind durch den Steg ihres Schrumpfringes 28 in dem Maschinengehäuse zentriert. Das
Maschinengehäuse besteht aus zwei Lagerschilden 29 und 3o, deren Lagerung auf der
Welle io nicht dargestellt ist. Zwischen diesen Lagerschilden sind die ringförmigen
Teile 31, 32, .33 und 34 gegenseitig zentriert durch die Stege 28 und zwei weitere
Stege 35 und 36 aneinandergereiht. Die Teile sind so gestaltet, daß z. B. der Käfigläufer
15, die primäre Scheibe 22 und der zugehörige Gehäuseteil 33 fortgelassen werden
können. Dann erhält man die Leistungseinheit der Maschine. Umgekehrt können auch
weitere Teile der genannten Art hinzugefügt werden, wodurch der Maschinensatz um
eine oder mehrere Stufen vergrößert wird. Die Stege 35 und 36 gehören zu je einer
Jochscheibe 37 oder 38, die aufgebaut sind wie die angrenzende Primärscheibe 21
oder 23, aber in dem Beispiel keine Wicklung trägt. Nur in diesen äußersten Jochscheiben
entsteht ein Jochfluß.
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Die Jochscheibe wird dicht an die angrenzende Scheibe oder eine dort
aufgelegte Zwischenlage, z. B. eine Preßspanscheibe, angerückt. Damit das Feld auch
wirklich alle Scheiben und Luftspalte senkrecht durchstößt, müssen entsprechend
gleich erregte Spulen in einer Flucht parallel zur Maschinenwelle liegen. Die Erregerwicklungen
der mechanisch zu einem Maschinensatz vereinigten Einheiten sollen elektrisch nach
Bedarf in Reihe oder auch parallel schaltbar sein. Die an die Jochscheiben angrenzenden
Scheiben erhalten deshalb unter Umständen nur eine einseitige Bewicklung statt einer
zweiseitigen bei den übrigen Scheiben. Die Wicklungen der beiden äußersten Scheiben
sind dann zwei Halbwicklungen. Wenn die beiden äußersten Scheiben zum sekundären
Teil gehören, können sie gegebenenfalls Massivscheiben sein und je einen Kurzschlußkäfig
erhalten auf der dem Luftspalt zugewendeten Flachseite.