DE853607C - Elektrische Maschine - Google Patents

Elektrische Maschine

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DE853607C
DE853607C DES20587A DES0020587A DE853607C DE 853607 C DE853607 C DE 853607C DE S20587 A DES20587 A DE S20587A DE S0020587 A DES0020587 A DE S0020587A DE 853607 C DE853607 C DE 853607C
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DE
Germany
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machine according
electrical machine
lubricant
movable
rotor
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Expired
Application number
DES20587A
Other languages
English (en)
Inventor
Heinrich Dr-Ing Fleisser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/09Structural association with bearings with magnetic bearings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/167Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

  • Elektrische Maschine Bei den bisher bekannten elektrischen Maschinen sind zur Lagerung des beweglichen, in der Regel drehbeweglichen Teils besondere Bauelemente, meist Wälz- oder Gleitlager, vorgesehen, die getrennt von den elektrisch bzw. magnetisch aktiven Teilen angeordnet sind.
  • Abweichend hiervon stellen erfindungsgemäß die benachbarten Oberflächen der relativ zueinander beweglichen aktiven Teile (Ständer und Läufer) einer elektrischen Maschine zugleich die Führungsflächen der Lagerung des beweglichen Teils dar. Die Flächen können besonders bearbeitet oder durch Schichten aus besonderen Stoffen gebildet sein und während des Laufs der Maschine aufeinandergleiten. Dabei kann zur Verminderung der Reibung und zur Zentrierung des umlaufenden Teils in dem Spielraum der Lagerung ein flüssiges oder gasförmiges Schmiermittel vorgesehen sein.
  • Besonders günstig ist die Anwendung der Erfindung bei rasch laufenden elektrischen Maschinen und dabei wieder in erster Linie bei solchen, an denen keine oder nur geringfügige Belastungen in der Richtung senkrecht zur Drehachse auftreten.
  • Ein besonderer Effekt, der sich bei der Erfindung in neuartiger Weise ausnutzen läßt, sei im folgenden an Hand von Fig. i erläutert: In Fig. i ist i i ein Lagerzapfen und 1a die Bohrung eines dazugehörigen Gleitlagers, im Querschnitt gesehen. Bei ruhendem Zapfen wird durch die an ihm angreifende, radial gerichtete Kraft der Schmiermittelfilm zerquetscht, und es besteht eine unmittelbare Berührung von Zapfen und Bohrung, Dreht, sich aber der Zapfen, so wird das Schmiermittel infolge seiner Adhäsion mitgenommen und damit die unmittelbare Berührung von Zapfen und Bohrung aufgehoben.
  • Dieser Effekt an sich ist bei Gleitlagern und auch bei Segmentspurlagern schon lange bekannt. Beim Gegenstand derErfindungaber wird er in neuartiger Weise dazu benutzt, den umlaufenden aktiven Teil einer elektrischen Maschine gegenüber dem feststehenden aktiven Teil zu zentrieren, d. h. ein unmittelbares Aneinanderhaften infolge der magnetischen Kräfte (Kleben) zu vermeiden und den bisher bei elektrischen Maschinen als Luftspalt bezeichneten Abstand zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Teil. soweit erforderlich, sicherzustellen.
  • Das diesen Abstand füllende Medium kann beim Gegenstand der Erfindung eine ähnliche Funktion erfüllen wie das Schmiermittel bei einem Gleitlager. Dieses Medium kann eine Flüssigkeit, aber auch, insbesondere bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten, Luft oder ein sonstiges Gas oder eine Mischung aus verschiedenen Medien sein. Die durch die Bewegung der Maschine hervorgerufene Bewegung des Schmiermittels bewirkt, wie bereits erwähnt, eine Zentrierung. Die Bewegung der Maschine kann aber auch in einer noch zu erläuternden Art und Weise ein ständiges Nachsaugen des Schmiermittels von außen her durch besondere. Offnungen bewirken. Außerdem kann es zweckmäßig sein, den Schmiermittelnachschub noch durch äußeren Druck beispielsweise mit Hilfe von besonderen Schmiermittelfördereinrichtungen zu unterstützen. Das Maß des Abstandes zwischen den relativ zueinander beweglichen aktiven Teilen kann einen Bruchteil der hierfür bisher bei elektrischen Maschinen gebräuchlichen Werte betragen. Dadurch lassen sich die elektrischen Eigenschaften der Maschine erheblich verbessern. Außerdem hat die durch die Erfindung erreichte elastische Zentrierung des umlaufenden Teils gegenüber der bisher gebräuchlichen starren Lagerung eine wesentliche Verbesserung der Laufeigenschaften zur Folge, besonders bei hohen Drehzahlen.
  • Um die durch innere Reibung des Schmiermittels auftretende Wärme abzuführen und außerdem noch zur Kühlung der elektrischen Maschine beizutragen, kann man, wie bereits erwähnt, z. B. durch eine getrennt angeordnete und direkt von denelektrischen Maschine aus angetriebene Pumpe für eine hinreichende Erneuerung des Schmiermittels sorgen. Es kann aber auch der umlaufende aktive Teil der Maschine so ausgebildet sein, daß er in Verbindung mit dem feststehenden Teil eine Beförderung bzw. einen Nachschub des Schmiermittels bewirkt.
  • Beim Durchlaufen großer Drehzahlbereiche kann es vorteilhaft sein, einen geeigneten Wechsel des Schmiermittels, z. B. von flüssigen und gasförmigen Mitteln, vorzusehen.
  • Die Anwendbarkeit der Erfindung beschränkt sich nicht auf elektrische Maschinen einer bestimmten Bauart. Sie ist vielmehr ebenso wie bei Maschinen mit senkrecht angeordneter Läuferachse auch bei solchen mit, waagerecht angeordnetem Läufer gegeben.
  • Besonders vorteilhaft kann es sein, die Erfindung in Verbindung mit sogenannten Radial- oder Scheibenmotoren anzuwenden,, d. h. bei Maschinen, bei denen der spaltförmige Raum (Luftspalt) zwischen Ständer und Läufer nicht wie üblich konzentrisch, sondern senkrecht zur Läuferachse liegt.
  • Im folgenden ist die Erfindung an Hand der in den Fig. 2 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Fig.2 zeigt die Ausführung eines nach dem angegebenen Prinzip gebauten Motors. Es bedeuten 21 den Läufer, 22 den in ihm untergebrachten Käfig, 23 den Ständer und 24 die Ständerwicklung. Der Deutlichkeit halber ist der Luftspalt bzw. Abstand zwischen Läufer 21 und Ständer 23 verhältnismäßig groß gezeichnet, während er gerade bei der nach der vorliegenden Erfindung gebauten Maschine wesentlich kleiner sein kann als bisher üblich. Die vorn magnetischen Hauptfluß durchsetzten, hier zylindrischen Oberflächen von Läufer und Ständer, die gleichzeitig als Arbeitsflächen eines Gleitlagers wirken, werden durch geeignete Maßnahmen möglichst glatt ausgeführt. Sie können auch mit einer zusätzlichen Schicht eines vorzugsweise nicht ferromagnetischen Lagermetalls überzogen sein, die z. B. auch von einer darübergeschobenen Büchse gebildet sein kann. Die Läuferbohrung ist bei diesem Motor mit senkrechter Achse durch eine Platte 25 abgeschlossen, die nach dem Prinzip des Segmentspurlagers gebaut oder sonst irgendwie so ausgebildet ist, daß ein tragender Schmiermittelfilm an den Auflagestellen des Läufers auf der Platte zustande kommt.
  • Durch eine zweckmäßig zentral in der Platte angebrachte Bohrung 26 tritt das Schmiermittel ein und tritt oben am Luftspalt aus.
  • Der Raum zwischen Platte 25 und Läufer 21 wirkt gleichzeitig als Zentrifugalpumpe, die die Förderung des Schmiermittels übernehmen oder unterstützen kann. Die Einhaltung der Betriebslage des Läufers kann insbesondere bei senkrechter, aber auch bei waagerechter Anordnung dadurch bewirkt werden, daß das bei Betrieb vorhandene Magnetfeld den Läufer in Achsrichtung (beim Ausführungsbeispiel also nach oben) verlagert. Es ist dann nur für eine mechanische Begrenzung .der axialen Beweglichkeit des Läufers zu sorgen, durch welche seine Ruhelage im ausgeschalteten Zuständ des Motors bestimmt wird. Die mechanische Begrenzung kann gleichzeitig auch als Hilfsmittel für die Erleichterung des Anlaufs ausgebildet sein, z. B. Lagerkugeln, die nach dem Anheben des Läufers durch die Magnetkräfte ihren Kontakt mit diesem verlieren.
  • Schwierigkeiten heim Anlauf lassen sich, unabhängig von der Art der Ausführungsform im.einzelnen, auf verhältnismäßig einfache Weise z. B. auch dadurch vermeiden, daß das magnetische Feld während des Anlaufs verringert wird:-In Fig. 3 ist eine Ausführungsform mit . Maßnahmen zur Erleichterung des Anlaufs dargestellt. Der Läufer 31 und ebenso der Ständer 32 sind hier konisch gestaltet, und der Läufer 31 liegt im Ruhezustand auf Kugeln 33. Wird nun das magnetische Feld evtl. zunächst nur schwach erregt, so rollt der Läufer zuniichst auf den Kugeln; infolge der konischen Form wird der Läufer bei voller Erregung mit in an sich bekannter Weise verstärkter Zugkraft in das Hauptfeld hineingezogen und damit von dem Kugellager abgehoben. 34 ist eine Schicht aus Lagermetall, z. B. Bronze.
  • Fig.4 veranschaulicht noch eine Ausführungsform besonders günstiger Zentrierwirkung. Der Läufer 4i und der Ständer 42 (beide ausschnittsweise dargestellt), deren Abstand voneinander beim Gegenstand der Erfindung ohnehin verhältnismäßig klein sein kann, sind hier an sich zylindrisch, aber mit konischen Buchsen (Hohlzylindern) 43, 44 überkleidet, die leim Betrieb der Maschine, d. h. in (las Hauptfeld hineingezogenem Läufer, mit sehr kleinem Abstand ineinanderlaufen. Mittels einer solchen Ausführungsform läßt sich beim Hineinziehen des Läufers in das Hauptfeld während des Anlaufs von vornherein eine besonders gute und sichere Einführung bzw. Zentrierung erreichen. Werden die Buchsen 43. 44 aus ferromagnetischem Stoff hergestellt, so läßt sich dadurch eine wesentliche herstellungstechnische Vereinfachung gegenüber der vorher l)esc'lirielyenen Ausführungsform (Fig. 3) erreichen, da im Gegensatz zu jener einheitliche Schnittwerkzeuge für die Bleche verwendet werden können. Die Buchsen können dann noch einen Überzug bzw. eine Hülse aus nichtferromagnetischem Lagermetall erhalten. Die Buchsen können aber unter Umständen auch ganz aus nichtferromagnetischem Stoff bestehen, da der Abstand von Läufer 4i und Ständer 42 ohnehin verhältnismäßig klein gewählt sein kann.
  • Ein besonderes, aber nicht ausschließliches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind die Spinn-, Zwirn- und Spulspindelantriebe der Textilindustrie.
  • Es zeigt Fig. 5 eine nach dem angegebenen Prinzip gebaute Ringspindel, wobei der'Spindelschaft 54 direkt in den im Schmiermittel während des Betriedes schwimmenden Läufer 5 i eingesetzt ist. Mit 53 ist der Ständer der -Maschine bezeichnet. 55 ist eine Bodenplatte mit Zuströinöffnung _5 0.
  • In Fig. 6 ist die Anwendung der Erfindung auf einen sogenannten Hängeflügel gezeigt. Der durchbohrte Läufer 61 trägt mittels eines eingesetzten rohrförmigen Körpers 62 den Spinnflügel 64. 63 ist der Ständer der Maschine. Die Schmiermittelzuführung ist hierbei als ringförmiger Kanal 66 ausgebildet, wobei eine Abdichtung des durch eine Platte 65 nach unten begrenzten Schmiermittelraumes gegenüber dem rotierenden Röhr 62 durch ein nachgiebiges Mittel, z. B. eine Filzdichtung 67, geschaffen ist. 68 ist der Spinnfaden.
  • In Fig. 7 ist ein nach den vorstehend beschriebenen Grundsätzen gebauter -Motor dargestellt, bei dem der Läufer 71 gleichzeitig als Spinntopf ausgebildet ist. 73 ist der Ständer, 72 eine Zuführungsöffnung für das Schmiermittel, 74 die Ständerwick-Jung, 75 die Bodenplatte des Schmiermittelraumes. 78 ist der Spinnfaden, der durch ein Führungsrohr 79 in den Topf einläuft.
  • Die wiedergegebenen Ausführungen sind nur Beispiele für die vielseitige Anwendbarkeit des Grundgedankens der Erfindung. Sie können insbesondere unter Auswertung der vielen für Textilspindeln bekanntgewordenen Konstruktionsprinzipien noch weitgehend abgewandelt werden, z. B. durch Anwendung der schwanken Welle, des hängenden Spinntopfes, der Glockenspindel und anderer mehr.
  • Auch für außerhalb des Textilgebietes liegende Aufgaben kann die Anwendung der neuartigen Konstruktionsprinzipien zweckmäßig sein, z. B. für rasch laufende Pumpen und Lüfter.

Claims (14)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Oberflächen ihrer relativ zueinander beweglichen aktiven Teile (Ständer und Läufer) zugleich die Führungsflächen der Lagerung des beweglichen Teils darstellen.
  2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ zueinander drehbeweglichen Teile so angeordnet und bemessen sind, daß das zwischen ihnen befindliche Medium, z. B. Luft, als tragendes Schmiermittel wirkt.
  3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines flüssigen Schmiermittels.
  4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die während des Betriebes eine ständige Erneuerung des Schmiermittels durch Nachschub von außen bewirken.
  5. 5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des in Verbindung mit einem äußeren Reservoir stehenden Schmiermittelraumes zwischen den aktiven Teilen der Maschine, daß diese selbst im Betriebe eine Saug- bzw. Pumpwirkung ausüben.
  6. 6. Elektrische Maschine nach Anspruch i bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Schmiermittel vorgesehen sind, die während des Betriebes beim Durchlaufen verschiedener Drehzahlbereiche einander abwechselnd zur Wirkung gelangen.
  7. 7. Elektrische Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des beweglichen aktiven Teils (2i) in Achsrichtung durch einen Anschlag oder eine Platte (25) von solcher Ausbildung, beispielsweise nach dem Prinzip des Segmentspurlagers, begrenzt ist, daß im Betrieb zwischen diesem Begrenzungsmittel und dem Läufer ein Schmiermittelfilm gebildet wird, der axiale Kräfte aufnehmen kann. B.
  8. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des beweglichen aktiven Teils während des Betriebes durch die Zugkraft des Magnetfeldes bestimmt ist. g.
  9. Elektrische Maschine nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Führungsflächen eines Gleitlagers ausgebildeten Oberflächen der aufeinanderlaufenden aktiven Teile der Maschine mit einer besonderen Schicht oder Buchse aus vorzugsweise nichtferromagnetischem Stoff überzogen sind. i o.
  10. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Anschlages oder eine Platte ein Wälzlager als Begrenzungsmittel des beweglichen aktiven Maschinenteils vorgesehen ist. i i.
  11. Elektrische Maschine nach Anspruch i und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche aktive Teil und die Bohrung des festen aktiven Teils konisch ausgebildet sind, so daß der bewegliche Teil bei voller Erregung der Maschine mit in an sich bekannter Weise verstärkter Zugkraft in das Hauptfeld hineingezogen wird (Fig. 3)-
  12. 12. Elektrische Maschine nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche aktive Teil und die Bohrung des festen aktiven Teils an sich zylindrisch ausgeführt, aber durch konische Hohlzylinder ergänzt sind (Fig. ¢).
  13. 13. Elektrische Maschine nach Anspruch i bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung als Spindelantrieb bei Textilmaschinen.
  14. 14. Elektrische Maschine nach Anspruch i bis 9, gekennzeichnet durch die Ausbildung als rasch umlaufende Fördereinrichtung für strömende Medien (Pumpen oder Lüfter).
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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