DE9003390U1 - Electric synchronous machine with a salient pole rotor - Google Patents
Electric synchronous machine with a salient pole rotorInfo
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Description
GR 9064037 Siemens Aktiengesellschaft GR 9064037 Siemens Aktiengesellschaft
Elektrische Synchronmaschine mit einem Schenkelpolläufer 5Electric synchronous machine with a salient pole rotor 5
Die Erfindung betrifft eine elektrische Synchronmaschine mit einem Schenkelpolläufer, dessen als Langpol ausgebildete Schenkelpole jeweils einen massiven Polschaft und einen getrennten Polschuh aufweisen, der mit mindestens zwei, in Längsrichtung hintereinander liegenden Stiftschrauben am Jochring befestigt ist, wobei jede Stiftschraube in eine Gewindebohrung im Polschaft eingeschraubt ist und ihre Mutter an der radial innenliegenden Fläche des Jochringes anliegt.The invention relates to an electrical synchronous machine with a salient pole rotor, the salient poles of which are designed as long poles and each have a solid pole shaft and a separate pole shoe, which is fastened to the yoke ring with at least two studs arranged one behind the other in the longitudinal direction, each stud being screwed into a threaded hole in the pole shaft and its nut resting on the radially inner surface of the yoke ring.
Eine derartige Befestigung der Langpole eines Schenkelpolläufers ist bekannt aus Moeller Werr "Leitfaden der Elektrotechnik", Band 3, dritte Auflage 1955 "Konstruktion und Festigkeitsberechnungen elektrischer Maschinen", Seiten 47/48 (insbesondere Abbildung 48.2). Dort ist zur Befestigung des Poles eine Stiftschraube verwendet, die in einer als Sackloch ausgebildeten Gewindebohrung im massiven Polschaft eingeschraubt ist. Diese Schraube muß die Fliehkraft des Poles und der Polspule aufnehmen, wodurch sich ihr Kernquerschnitt bestimmt. Da die elektrischen Maschinen immer höhere Drehzahlen aufweisen und entsprechend höheren Fliehkraftbeanspruchungen unterliegen, ergeben sich entsprechend große Schraubendurchmesser, deren Handhabung und Unterbringung Schwierigkeiten bereitet.Such a fastening of the long poles of a salient pole rotor is known from Moeller Werr "Guide to Electrical Engineering", Volume 3, third edition 1955 "Design and strength calculations of electrical machines", pages 47/48 (especially Figure 48.2). There, a stud screw is used to fasten the pole, which is screwed into a threaded hole in the solid pole shaft, designed as a blind hole. This screw must absorb the centrifugal force of the pole and the pole coil, which determines its core cross-section. Since electrical machines have ever higher speeds and are subject to correspondingly higher centrifugal force stresses, correspondingly large screw diameters result, which are difficult to handle and store.
Zur Befestigung von Rundpolen elektrischer Synchronmaschinen ist es weiterhin bekannt, mittig angeordnete Kopf-Dehnschrauben zu verwenden, wobei der Schraubenkopf in einer Bohrung des massiven Polschaftes auf der dem Polschuh zugewandten Seite liegt (siehe DE-PS-26 05 539).For fastening round poles of electrical synchronous machines, it is also known to use centrally arranged head expansion screws where the screw head is located in a hole in the solid pole shaft on the side facing the pole shoe (see DE-PS-26 05 539).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Befestigung der Langpole eines Schenkelpolläufers so zu verbessern, daß ohneThe invention is based on the task of improving the fastening of the long poles of a salient pole rotor so that without
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D 3 Nim / 19.03.1990 ·■D 3 Nim / 19.03.1990 ·■
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Erschwerung der Fertigung und Montage hohe Fliehkraftbeanspruchungen aufgenommen werden können.Making production and assembly more difficult as high centrifugal forces can be absorbed.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektrischen Synchronmaschine der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung jeweils als Stiftschraube eine Schaft-Dehnschraube verwendet, die, in eine Durchgangsgewindebohrung im Polschaft eingeschraubt, mit der radial auSenliegenden Stirnfläche an der radial innenliegenden Fläche des Polschuhes anliegt, und die Schaft-Dehnschraube weist an der anderen radial innenliegenden Stirnfläche einen als Vieleck ausgebildeten Ansatz auf, der kleiner als der Gewindedurchmesser ist.To solve this problem, in an electrical synchronous machine of the type described at the beginning, according to the invention, a shaft expansion screw is used as a stud screw, which, screwed into a through-threaded hole in the pole shaft, rests with the radially outer end face on the radially inner surface of the pole shoe, and the shaft expansion screw has a polygonal projection on the other radially inner end face, which is smaller than the thread diameter.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung einer derartigen an sich bekannten Schaft-Dehnschraube zur Befestigung von Langpolen ist die Gewindebohrung im massiven Polschaft als Durchgangsbohrung gestaltet und und somit einfach herstellbar. Durch die Anlage der einen Stirnfläche der Schaft-Dehnschraube an die radial innenliegende Fläche des Polschaftes erreicht man einen guten, fast spaltfreien Übergang des magnetischen Feldes. Weiterhin ermöglicht der an der anderen, radial innenliegenden Stirnfläche vorgesehene, als Vieleck ausgebildete Ansatz ein leichtes, von der Seite her mögliches Herein- oder Herausdrehen der Schaft-Dehnschraube aus der Durchgangsgewindebohrung des Polschaftes, so daß man auch im eingebautem Zustand des Schenkelpolläufers den Langpol völlig vom Jochring lösen kann und dieser somit in axialer Richtung ausbaubar ist.When using such a shaft expansion screw, known per se, for fastening long poles according to the invention, the threaded hole in the solid pole shaft is designed as a through hole and is therefore easy to manufacture. By placing one end face of the shaft expansion screw on the radially inner surface of the pole shaft, a good, almost gap-free transition of the magnetic field is achieved. Furthermore, the polygonal attachment provided on the other, radially inner end face enables the shaft expansion screw to be easily screwed in or out of the through threaded hole of the pole shaft from the side, so that even when the salient pole rotor is installed, the long pole can be completely detached from the yoke ring and this can therefore be removed in the axial direction.
Als Dehnlänge für die Schaft-Dehnschraube steht der im Bereich des Jochringes liegende Teil der Schaft-Dehnschraube zwischen den Gewindebereichen zur Verfugung, wobei es vorteilhaft ist, diese Dehnlänge kleiner als die Höhe des Jochringes zu wählen, damit die somit an beiden Seiten in die Durchgangsbohrung des Jochringes hineinragenden Endbereiche des Gewindes zur Zentrierung der Schaft-Dehnschraube ausgenutzt werden können. Dadurch wird bei der Montage ein Verkanten des Langpoles vermieden.The part of the shaft expansion screw located in the area of the yoke ring between the thread areas is available as the expansion length for the shaft expansion screw. It is advantageous to choose this expansion length smaller than the height of the yoke ring, so that the end areas of the thread that protrude into the through hole of the yoke ring on both sides can be used to center the shaft expansion screw. This prevents the long pole from jamming during assembly.
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3 GR 90G4037 Eine in Hinblick auf die Zugänglichkeit bei Montage und Demontage und auf die Kräfteübertragung zur Läuferwelle besonders günstig bemessene Ausbildungsform der Erfindung ergibt sich, wenn jeder Langpol durch paarweise in Längsrichtung symmetrisch zur mittigen Verbindung zwischen Jochring und Nabenkörper des Läufers liegende Schaft-Dehnschrauben am Jochring befestigt ist. Außerdem können im Nabenkörper Aussparungen vorgesehen sein, die, jeweils in Lage, Anzahl und Abmessungen den Schaft-Dehnschrauben entsprechend, deren radial innenliegender Stirnfläche gegenüberliegen. Auf diese Weise wird die für den Ausbau der Langpole infolge der Höhe der Schaft-Dehnschraube notwendige Höhe des freien Raumes zwischen Jochring und Nabenkörper verkürzt, ohne daß der für die Drehmomentübertragung zur Verfügung stehende Querschnitt des Nabenkörpers zu stark eingeschränkt wird. 3 GR 90G4037 A particularly advantageous embodiment of the invention with regard to accessibility during assembly and disassembly and the transmission of forces to the rotor shaft is obtained when each long pole is attached to the yoke ring by shaft expansion screws arranged in pairs in the longitudinal direction symmetrically to the central connection between the yoke ring and the hub body of the rotor. In addition, recesses can be provided in the hub body which, in terms of position, number and dimensions, correspond to the shaft expansion screws and are located opposite their radially inner end face. In this way, the height of the free space between the yoke ring and the hub body required for the removal of the long poles due to the height of the shaft expansion screw is reduced without the cross-section of the hub body available for torque transmission being restricted too much.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Pol des Schenkelpolläufers einer elektrischen Synchronmaschine.In the following, the invention is explained in more detail using the embodiment shown schematically in the drawing, to which the invention is not limited, however. The figure in the drawing shows a longitudinal section through a pole of the salient pole rotor of an electrical synchronous machine.
Am Jochring 1 des Schenkelpolläufers 2 einer elektrischen Synchronmaschine, z. B. eines Dieselgenerators, sind in gleichmäßigen Abständen längs des Umfanges Langpole 3 angeordnet. Diese bestehen jeweils aus einem massiven Polschaft 4 mit einem getrennt ausgebildeten Polschuh 5, der massiv oder geblecht ausgeführt sein kann und mit dem massiven Polschaft 4 verschweißt ist. Die Langpole 3 tragen jeweils die zur Erregung der elektrischen Synchronmaschine notwendige ErregerwicklungLong poles 3 are arranged at equal intervals along the circumference on the yoke ring 1 of the salient pole rotor 2 of an electrical synchronous machine, e.g. a diesel generator. These each consist of a solid pole shaft 4 with a separately formed pole shoe 5, which can be solid or made of sheet metal and is welded to the solid pole shaft 4. The long poles 3 each carry the excitation winding required to excite the electrical synchronous machine.
Zur Befestigung der Langpole 3 am Jochring 1 dienen jeweils zwei Schaft-Dehnschrauben 7. Diese liegen auf der Längsachse des Langpoles 3 jeweils symmetrisch zur mittigen Verbindung 8 zwischen dem Jochring 1 und dem Nabenkörper 9 des Schenkelpolläufers 2, der auf der Läuferwelle 10 befestigt ist. ZurTwo shaft expansion screws 7 are used to fasten the long poles 3 to the yoke ring 1. These are located on the longitudinal axis of the long pole 3, symmetrically to the central connection 8 between the yoke ring 1 and the hub body 9 of the salient pole rotor 2, which is fastened to the rotor shaft 10.
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a GR90G4037 Aufnahme der Schaft-Dehnschrauben 7 sind im Jochring 1 Durchgangsbohrungen 11 vorgesehen und im Polschaft 4 entsprechende Durchgangsgewindebohrungen 12. Diese Durchgangsgewindebohrungen 12 lassen sich leicht herstellen und ihre gesamte Höhe kann als Einschraublänge für die Schaft-Dehnschraube 7 ausgenutzt werden. a GR90G4037 To accommodate the shaft expansion screws 7, through holes 11 are provided in the yoke ring 1 and corresponding through threaded holes 12 are provided in the pole shaft 4. These through threaded holes 12 can be easily manufactured and their entire height can be used as the screw-in length for the shaft expansion screw 7.
Im eingeschraubten Zustand liegt die Schaft-Dehnschraube 7 mit ihrer radial auSenliegenden Stirnfläche 13 an der radial innenliegenden Fläche IA des Polschuhes 5 an, so daß ein Spalt, der die Weiterleitung des magnetischen Feldes innerhalb des Langpoles 3 behindern würde, vermieden ist. Um eine gute Zentrierung der Schaft-Dehnschrauben 7 zu erreichen, ist außerdem die zwischen dem Gewindebereich 15 zum Einschrauben in den PoI-schaft 4 und dem Gewindebereich 16 zum Aufbringen der Mutter liegende, durch Pfeile angedeutete Dehnlänge 18 kleiner gewählt als die Höhe des Jochringes 1. In die Durchgangsbohrung 11 des Jochringes 1 ragt daher von jeder Seite ein kleiner Gewindeanteil hinein, der jeweils einen engen Spalt zu der dem Gewindedurchmesser entsprechend bemessenen Durchgangsbohrung 11 bildet und die Zentrierung bewirkt. Ein Verkanten des Langpols 3 bei der Montage, die zusätzliche Spalte im Bereich des Erregerfeldes zur Folge haben würde, wird dadurch verhindert.When screwed in, the shaft expansion screw 7 rests with its radially outer face 13 on the radially inner surface IA of the pole shoe 5, so that a gap that would hinder the transmission of the magnetic field within the long pole 3 is avoided. In order to achieve good centering of the shaft expansion screws 7, the expansion length 18 indicated by arrows between the threaded area 15 for screwing into the pole shaft 4 and the threaded area 16 for attaching the nut is selected to be smaller than the height of the yoke ring 1. A small threaded portion therefore protrudes from each side into the through hole 11 of the yoke ring 1, which forms a narrow gap to the through hole 11, which is dimensioned according to the thread diameter, and brings about centering. This prevents the long pole 3 from becoming jammed during assembly, which would result in additional gaps in the area of the excitation field.
Für die Befestigung der Langpole 3 werden die Schaft-Dehnschrauben 7 zunächst jeweils in die Durchgangsgewindebohrungen 12 im massiven Polschaft 4 eingeschraubt und dann mit dem Langpol 3 auf den Jochring 1 aufgebracht, derart, daß die Schaft-Dehnschrauben 7 die Durchgangsbohrungen, 11 durchsetzen.To attach the long poles 3, the shaft expansion screws 7 are first screwed into the through-threaded holes 12 in the solid pole shaft 4 and then attached to the yoke ring 1 with the long pole 3, such that the shaft expansion screws 7 penetrate the through-holes 11.
Danach wird sichergestellt, daß die radial außenliegende Stirnfläche 13 der Schaft-Dehnschrauben 7 an der radial innenliegenden Fläche 14 des Polschuhes 5 zur Anlage gelangt ist. Nun wird jeweils die Mutter 17 auf die Schaft-Dehnschraube 7 aufgeschraubt und es wird die vorher entsprechend den auftretenden Fliehkraftbeanspruchungen bestimmte Dehnvorspannung aufgebracht, wobei deren Größe durch einen im Innern der Schaft-Dehn-It is then ensured that the radially outer face 13 of the shaft expansion screws 7 has come into contact with the radially inner face 14 of the pole shoe 5. Now the nut 17 is screwed onto the shaft expansion screw 7 and the expansion preload previously determined according to the centrifugal force loads occurring is applied, the size of which is determined by a
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5 GR 90G4037 schraube 7 liegenden, gestrichelt angedeuteten Dehnmeßstift 19 genau eingestellt werden kann. 5 GR 90G4037 screw 7, the strain gauge pin 19 indicated by dashed lines can be adjusted precisely.
In dieser Lage wird die Schaft-Dehnschraube 7, die an der radial innenliegenden Stirnfläche 20 als Vieleck, z. B. als Sechseck, ausgebildeten Ansatz 21 aufweist, gegen ein ungewolltes Lösen durch ein Sicherungsblech 22 geschützt, das über den Ansatz 21 geschoben und mit der Mutter 17 verschraubt wird. Die Mutter 17 wird außerdem in bekannter, aber nicht dargestellter Weise ebenfalls am Jochring 1 gesichert.In this position, the shaft expansion screw 7, which has a shoulder 21 formed as a polygon, e.g. as a hexagon, on the radially inner end face 20, is protected against accidental loosening by a locking plate 22, which is pushed over the shoulder 21 and screwed to the nut 17. The nut 17 is also secured to the yoke ring 1 in a known but not shown manner.
Die Befestigung der Langpole 3 läßt aber in gleicher Weise eine leichte Demontage der Langpole zu, auch wenn sich der Schenkelpolläufer 2 im eingebauten Zustand im Innern des nicht dargestellten Ständers der Synchronmaschine befindet. Dies wird durch den stirnseitigen Ansatz 21 erleichtert, durch den nach der Entfernung der Mutter 17, jeweils von der Stirnseite des Schenkelpolläufers 2 her, die Schaft-Dehnschraube 7 in einfacher Weise aus der Durchgangsgewindebohrung 12 herausgedreht werden kann.However, the fastening of the long poles 3 also allows for easy disassembly of the long poles, even if the salient pole rotor 2 is installed inside the stator of the synchronous machine (not shown). This is made easier by the front-side projection 21, through which the shaft expansion screw 7 can be easily unscrewed from the through-threaded hole 12 after the nut 17 has been removed, from the front side of the salient pole rotor 2.
Damit dafür auch bei geringem Abstand zwischen dem Jochring 1 und dem Nabenkörper 9 eine genügend große Höhe zur Verfügung steht, sind im Nabenkörper 9 Aussparungen 23 vorgesehen, die, nischenartig ausgebildet, jeweils in Lage, Anzahl und Abmessungen den Schaft-Dehnschrauben 7 entsprechen und deren radial innenliegenden Stirnflächen 20 gegenüberliegen. Die Schaft-Dehnschraube 7 kann daher beim Lösen zwecks Demontage des Poles bis in diese Aussparungen 23 heruntergedreht werden. Der zur Drehmomentübertragung dienende Querschnitt des Nabenkörpers 9 wird durch diese Aussparungen 23 aber nur unwesentlich geschwächt.In order to ensure that there is sufficient height available even when the distance between the yoke ring 1 and the hub body 9 is small, recesses 23 are provided in the hub body 9, which, designed like niches, correspond in position, number and dimensions to the shaft expansion screws 7 and are opposite their radially inner end faces 20. The shaft expansion screw 7 can therefore be turned down into these recesses 23 when loosening it for the purpose of dismantling the pole. The cross-section of the hub body 9 used for torque transmission is only weakened insignificantly by these recesses 23.
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