DE950940C - Rotor mit ausgepraegten Polen und abnehmbaren Polschuhen fuer dynamo-elektrische Maschinen - Google Patents

Rotor mit ausgepraegten Polen und abnehmbaren Polschuhen fuer dynamo-elektrische Maschinen

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DE950940C
DE950940C DEC8284A DEC0008284A DE950940C DE 950940 C DE950940 C DE 950940C DE C8284 A DEC8284 A DE C8284A DE C0008284 A DEC0008284 A DE C0008284A DE 950940 C DE950940 C DE 950940C
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DEC8284A
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Hubert Ryerson Sills
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General Electric Canada Co
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General Electric Canada Co
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/08Salient poles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • Rotor mit ausgeprägten Polen und abnehmbaren Polschuhen für dynamo-elektrische Maschinen Bei der Konstruktion von Feldmagneten für die Rotoren von dynamoelektrischen Maschinen ist es üblich, eine vorgefertigte Spule auf den Magnetkern des Poles so aufzuschieben, daß die Spule zu Reparaturzwecken ausgebaut werden kann. Bei der üblichen Konstruktion wird der Magnetpol aus Blechen aufgebaut, die sich an der dem Luftspalt zugewandten Seite zu Polschuhen verbreitern und an der dem Rotorkörper zugewandten Seite schwalbenschwanzförmig gestaltet sind. Die vorgefertigte Spule wird bei der Montage von der Rotorseite auf den Pol aufgeschoben und der Pol mit der Spule dann in den Rotor eingesetzt, wobei der schwalbenschwanzförmige Teil in eine entsprechende Nut in dem Rotor eingreift. Die Spule wird somit durch die Polschuhe gehalten. Dabei ist die Beanspruchung durch die Zentrifugalkräfte an der Stelle der Schwalbenschwanzbefestigung ziemlich hoch. Diese Konstruktion wird zwar schon lange verwendet, jedoch treten bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten und bei -stark belasteten Maschinen in zunehmendem Maße Schwierigkeiten auf, da die Geschwindigkeit und die hohe Leistung es notwendig machen, die Pole auf dem Rotor so zu befestigen, daß auch sehr starke Zentrifugalkräfte ertragen werden können.
  • Eine andere Konstruktion, die zu dem Zweck getroffen worden ist, die Spule ausbauen zu können und die Belastung der mechanischen Verbindung bei der oben beschriebenen Konstruktion zu vermindern, besteht darin, den Polkern mit dem Rotor aus einem Stück zu fertigen. Die vorgefertigten Spulen werden dann von der Seite des Luftspaltes aus auf die Pole aufgeschoben, und die Polschuhe werden an der Luftspaltseite des Polkerns befestigt. Dabei vermindert sich das von den Befestigungsmitteln aufzunehmende Gewicht auf das Gewicht der Polschuhe und der Spulen, jedoch wird dieser Vorteil in erheblichem Maße dadurch wieder aufgewogen, daß die bisher verwendeten Befestigungsmittel, z. B. Schrauben, sogenannte Hammerkopfbefestigungen bzw. gewöhnliche Schwalbenschwanzanordnungen, entweder die Polschuhe schwächen oder daß nur verhältnismäßig kleine Auflageflächen entstehen, welche die ganzen Zentrifugalkräfte aufnehmen müssen, so daß nur ein geringer Vorteil gegenüber der ersterwähnten Konstruktion besteht.
  • Die Erfindung bezweckt, eine Rotorpolkonstruktion zu schaffen, bei welcher zum Ausbau der Spule nur der Polschuh entfernt wird, und bei welcher der Vorteil des geringen Gewichtes der abnehmbaren Teile nicht durch Schwächung der Polschuhe oder durch den Nachteil sehr hoher Flächendrucke aufgewogen wird.
  • Die Erfindung geht hierzu aus von einem Rotor mit ausgeprägten Polen für dynamo-elektrische Maschinen, deren Polkerne mit dem Rotorkörper aus einem Stück bestehen und bei denen die Erregerspulen durch abnehmbare Polschuhe gehalten werden, die an der dem jeweiligen Polkern zugewendeten Seite trapezförmige Ansatzkörper besitzen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen der Trapezkörper an der Seite der Polschuhe liegen und daß die Seitenflächen der Trapezkörper mit Zähnen versehen sind, die in entsprechende Nuten im Polkern einhaken.
  • Durch die Erfindung wird eine Rotorpolkonstruktion von viel größerer Festigkeit geschaffen, die sich für hohe Umlaufgeschwindigkeiten eignet und daher die Konstruktion von Generatoren großer Leistung für hohe Umlaufgeschwindigkeiten erlaubt, welche bisher wegen der Schwierigkeit der Polkonstruktion praktisch nicht ausgeführt werden konnten.
  • Es ist an sich bereits bekannt, die Rotorstäbe einer elektrischen Maschine derart auszubilden, daß jeder Rotorstab in seinem Querschnitt an der dem Rotor zugewendeten Seite eine trapezförmige Gestalt besitzt, wobei die Grundlinie der Trapeze auf der Seite des Luftspaltes liegt und die Trapezfläche in entsprechende Aussparungen des Rotoreisens hineinragt. Auf den Seitenflächen dieser trapezförmigen Ansätze sind Zähne vorgesehen, die in entsprechende Nuten im Rotoreisen einhaken. Dabei ist eine dünne Isolationsschicht zwischen die Zähne an den Seitenflächen der trapezförmigen Ansatzkörper und die entsprechenden Nuten im Rotoreisen eingefügt.
  • Fig. I zeigt einen Rotorpol gemäß der Erfindung, wobei dessen linke Seite im durch die Polmitte verlaufenden Schnitt gezeichnet ist; Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schnittes längs der Linie A-A in Fig. I; Fig. 3 ist eine Darstellung einer anderen Ausführungsform, und zwar ebenfalls im Schnitt längs der Linie A-A; Fig. 4 zeigt wiederum eine andere Ausführungsform in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung; Fig. 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen für als Verschlußstück des aus Einzelteilen aufgebauten Poles dienende Füllstücke.
  • In Fig. I ist ein Teil eines Rotors dargestellt und ein einziger Pol. Der Rotorkörper ist in bekannter Weise aus einer Reihe von Stahlplatten I aufgebaut, die mittels Endplatten 2 durch Schraubenbolzen 3 zwischen den in Flansche auslaufenden Wellenstücken 4 und 5 befestigt sind. Die Platten I und die Endplatten 2 sind mit Polschäften 6 (Fig. 2) versehen. In den aus diesen Polschäften gebildeten Polkern ist von der Luftspaltseite her eine trapezförmige Aussparung eingearbeitet, deren Profil in den Platten I in Fig. 2 bei 7 durch eine ausgezogene Linie angedeutet ist. Diese Aussparung nimmt den trapezförmigen Ansatzkörper I6 des Polschuhes auf. Gemäß der Erfindung ist dieses Profil derart, daß die Grundflächen der Trapezkörper I6 (Fig. 2 und 3) auf der Seite der Polschuhe 14 liegen und daß die Seitenflächen der Trapezkörper mit Zähnen versehen sind, die in entsprechende Nuten 7 im Polkern einhaken. Das Profil der Nut in den Endplatten 2 ist mit 8 punktiert angedeutet und besitzt eine ähnliche Gestalt, ist aber weniger breit als das Profil in den Stahlplatten I. In der Polmitte (Fig. I) ist ein schmaler transversaler Spalt 9 angebracht; das Profil dieses Spaltes ist in Fig. 2 durch die punktierte Linie Io angedeutet. Die Endplatten II des Polschuhes tragen Nasen I2, an denen die Spulen anliegen, und besitzen ferner Ansätze, welche in die Nuten 8 (Fig. 2) der Rotorendplatten eingreifen. Die Endplatte 2 der Polkerne und die Endplatten II der Polschuhe bestehen vorzugsweise aus Schmiedestahl, da sie im Betriebe den größten Teil der. Beanspruchung aufzunehmen haben. Die Polschuhbleche I4 tragen Nasen I5, an die sich die Spulen anlegen, und ferner auf ihrer Unterseite noch die vorerwähnten Ansätze I6, welche in die Nuten 7 (Fig. 2) im Polkern hineinpassen.
  • Die Verbindung zwischen dem Polschuh und dem Polkern mittels der in den Polkern eingearbeiteten Nuten und mittels der entsprechenden Formgebung des Polschuhes kann man als eine Art von Schwalbenschwanzbefestigung betrachten. Eine solche Schwalbenschwanzbefestigung hat also eine trapezförmige Umrandung, wobei die Grundlinie des Trapezes an derjenigen Seite liegt, nach der die Zugkraft wirkt, und an den beiden Seitenflächen des Trapezes eine Reihe von Einschnitten oder Zähnen vorhanden ist. Bei der speziellen in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind drei gleich weit voneinander entfernte Zähne an den beiden Seiten des Trapezes vorhanden. Jeder Zahn besitzt eine Fläche I7, die etwa senkrecht zur Vertikalachse des Poles verläuft, d. h. senkrecht zur Richtung der Zentrifugalkräfte. Die Fläche I7 kann auch geneigt angebracht werden, um einer Gefahr der Verbiegung der Zähne am Polkern unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte vorzubeugen.
  • Zur Fertigstellung eines Poles wird die vorgeformte rechteckige Feldspule I8 auf den Polkern aufgeschoben. Die Polschuhendplatten II, welche, wie in Fig. 2 dargestellt, mit einem schmaleren, trapezförmigen Ansatz mit seitlichen Zähnen versehen sind als die Bleche I4, werden in den Spalt 9 eingesetzt und bis in die in Fig. I dargestellte Lage verschoben, in welcher sie in die Nut 8 in den Rotorendplatten 2 eingreifen. Ein Ansatz I9 an der Endplatte 2 greift in eine entsprechende Aussparung in der Endplatte II ein und bildet einen Anschlag. Im Betrieb wird die durch das Gewicht der Spule und der Polschuhe ausgeübte Fliehkraft von den Zähnen aufgenommen. Die Spule I8 legt sich an die Nasen I2 der Polschuhendplatten II an, so daß diese Endplatten sich auch nicht mehr verlagern können. Die Polschuhbleche I4 sind mit Nasen I5 versehen und tragen auf ihrer Unterseite trapezförmig gestaltete und auf den Seiten des Trapezes mit Zähnen versehene Ansätze I6, welche in die Nuten 7 des Polkerns eingreifen. Die Polschuhbleche I4 werden in den Spalt 9 eingesetzt, der, wie in Fig. 2 durch die punktierte Linie Io angedeutet, genügend große Abmessungen hat, um die trapezförmigen Ansätze I6 in die Aussparungen des Polkörpers einführen zu können. Die Polschuhbleche werden dann durch die Nuten 7 verschoben, bis sie an den Endplatten II bzw. an den schon vorher eingeführten Blechen ihren Anschlag finden. Da die Polschuhbleche sehr dünn sind, können sie unter einer schwachen Neigung gegen die Längsachse des Poles (in der Zeichenebene der Fig. I liegend) eingeschoben und dann in ihre endgültige Stellung gedreht werden. Beim Schichten der Polschuhbleche kann man von Zeit zu Zeit auf die schon eingeführten Bleche einen Preßdruck ausüben. Wenn die Polschuhbleche bis zum Spalt 9 gestapelt sind, wird ein geeigneter Füllkörper in diesen Spalt eingesetzt, wodurch dann der Pol fertiggestellt ist. Der Füllkörper muß ebenfalls gegen die Zentrifugalkräfte gehalten werden und abnehmbar sein, um die Spule ausbauen zu können, und soll vorzugsweise aus magnetischem Material bestehen.
  • In Fig. 7 ist ein Schnitt in der gleichen Richtung wie in Fig. i durch den Pol dargestellt, und ferner ein geeigneter Füllkörper I9. Dieser Füllkörper ist eine Stahlplatte von derselben Dicke wie die Breite des Spaltes 9 und ragt mit seinem oberen Ende 2o über die Polschuhstirnfläche hinaus. Er wird an den Stellen 2I mit den benachbarten Polschuhblechen I4 verschweißt. Zum Herausnehmen des Füllkörpers und zum Abbau des Poles sowie zur Entfernung der Spule wird die Schweißverbindung abgeschlagen und ein Zugstück an den Füllkörper 2o angeschweißt, so daß dann eine ausreichende Zugkraft auf den Füllkörper I9 ausgeübt werden kann.
  • Unterhalb der Spule können Keile 22 (Fig. 2 und 3) eingeschlagen werden, so daß die Spule fest an dem Polschuh bzw. seinen Nasen I2 (Fig. I) und I5 (Fig. 2) anliegt und die Zähne der Ansätze I6 an den Polschuhblechen fest in den Polkern eingreifen.
  • In Fig. 3 ist eine Befestigung mittels eines mit Zähnen versehenen trapezförmigen Ansatzes an den Polschuhblechen ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß die trapezförmigen Ansätze I6 der Polschuhe bis unter die Ansatzstelle der Polkerne an dem Rotorkörper hinunterreichen. Da hier also der trapezförmige Ansatz länger ist als jede Erregerspule I8, können auch Keile 23 unterhalb der Spule I8 eingetrieben werden, um eine feste Verbindung der Polschuhe mit den Polkernen herzustellen. Die Fig. 3 zeigt z. B. eine Befestigung mit fünf Zähnen an jeder Trapezseite, und die Keile 22 können unter der Spule I8 in derselben Weise wie in Fig. 2 eingeschlagen werden.
  • In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, welche sich von der Ausführung nach Fig. I und 2 dadurch unterscheidet, daß zwei Trapeze I6a und I6b mit Zähnen vorgesehen sind. Die Ansatzstelle der Trapeze an den Polschuhblechen liegt dabei oberhalb der Spule I8, so daß ein Keil 25 oberhalb der Spule I8 eingetrieben werden kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die abnehmbaren Polschuhe leichter als bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3, was manchmal einen Vorteil darstellt.
  • In Fig. 5 ist eine Teilansicht des linken Teils von Fig. I enthalten, an der eine weitere Ausführungsform des Füllstückes erläutert werden soll. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Spalt 9, statt wie in Fig. i in der Mitte des Poles, unmittelbar neben einer Endplatte 2. Die Polschuhbleche werden durch den Spalt 9, ebenso wie an Hand der Fig. i beschrieben, eingeführt. Sodann wird in den Spalt 9 ein Füllkörper 26 eingeführt und dadurch befestigt, daß ein Riegel 27 in eine senkrecht zur Zeichenebene' der Fig. 5 verlaufende Nut in der Endplatte i i eingefügt wird, der gleichzeitig oberhalb der Spule 18 in eine Nut im Füllkörper 26 eingreift. Der Riegel 27 läßt sich bequem mit einer Schraube 28 befestigen. Bei dieser Ausführungsform kann der Pol nach der Entfernung dieser Schraube und nach Entfernung des Riegels sowie des Füllkörpers bequem abgebaut werden. Die Innenflächen der Polendplatten i i können ebenfalls abgeschrägt werden derart, daß ihr Abstand voneinander oben etwas größer ist als unten, um keilförmige Füllkörper verwenden zu können, die sich leichter ausbauen lassen. Ferner kann man, um den Ausbau der Füllkörper noch weiterhin zu erleichtern, Kanäle für die Einführung von 01 unter hohem Druck vorsehen. Bei der beschriebenen Anordnung wird der Polschuh aus dünnen Blechen aufgebaut, wie sie gewöhnlich für Magnetpole von Rotoren verwendet werden und die zwischen Endplatten von größerer Dicke liegen, die vorzugsweise aus Schmiedestahl bestehen.
  • In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, um einen Polaufbau von größerer Festigkeit zu erhalten, die Polschuhe aus verhältnismäßig starken Platten statt aus Blechschnitten aufzubauen. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt, bei der die Platten 30 ebenfalls mit trapezförmigen Ansätzen mit Zähnen an den Trapezseiten versehen sind und wieder in eine entsprechende Aussparung im Polkörper eingreifen. Der Spalt wird dann wieder mit einem Füllkörper verschlossen. In Fig. 6 ist dargestellt, daß dieser Füllkörper 31 nur etwa so weit reicht wie die Feldspule. Sodann wird noch ein Riegel 32 in der Richtung der Polbreite eingeschoben, um den Füllkörper zu befestigen. In dem Füllkörper selbst können noch an einigen Stellen Gewinde 33 angebracht werden, mit deren Hilfe beim Abbau des Poles der Füllkörper leichter herangezogen werden kann.
  • Wenn sogenannte Dämpferwicklungen in den Polen notwendig sind, wie dies normalerweise der Fall ist, werden die Polschuhbleche mit geeigneten Löchern 34 (Fig. 2) versehen und durch diese Löcher die erwähnten Leiter nach dem Zusammenbau des Poles eingeführt.
  • Zum Abbau des Poles müssen natürlich diese Leiter zuerst entfernt werden. Ferner müssen die Füllkörper I9 in Fig. 7, 26 in Fig. 5 und 3I in Fig. 6 ebenfalls mit geeigneten Löchern zur Hindurchführung dieser Dämpferwicklungsstäbe versehen werden, wobei diese Dämpferwicklungsstäbe auch zur Verankerung der Füllkörper dienen können, so daß diese nicht mehr mit den oben beschriebenen Mitteln besonders befestigt zu werden brauchen.
  • Durch die Erfindung wird somit eine Polkonstruktion angegeben, bei welcher die Feldspule bequem ausgebaut werden kann und bei welcher das Gewicht, welches die Verbindungsstelle zwischen den Polschuhen und dem Rotor belastet, verhältnismäßig gering ist und schließlich die Beanspruchung an dieser Verbindungsstelle infolge der beschriebenen Trapezgestalt mit ihren Zähnen im Polkern gut verteilt wird. Außerdem wird ein abnehmbarer Polschuh geschaffen, ohne diesen selbst zu schwächen. Ferner ist es bei der beschriebenen Konstruktion nicht mehr nötig, den Polkern länger zu halten als die entsprechende Innenabmessung der Spule.
  • Der Weg, die Zentrifugalkräfte von den Polschuhen auf den Rotor mittels der beschriebenen trapezförmigen Ansätze mit Zähnen zu übertragen, erlaubt es, die Polschuhansätze und die Pole selbst ebenso stark auszuführen wie bei der üblichen Polkonstruktion, und dasselbe gilt auch für die Polendplatten und die Rotorendplatten. Man kann also höhere Umfangsgeschwindigkeiten und höhere Leistungen oder Schwungradwirkungen oder beides zulassen. Die Erfindung ist vorteilhaft auch bei Erregerspulen aus Aluminium anwendbar. Aluminiumspulen sind leichter als Kupferspulen bei gleichen Magnetfeldstärken, erfordern aber größere Abmessungen und längere Polkerne. Das Gewicht dieser längeren Polkerne bedeutet jedoch keine zusätzliche Beanspruchung an der Befestigungsstelle für die Polschuhe, während bei den bekannten Polkonstruktionen das zusätzliche Gewicht von der Schwalbenschwanzbefestigung an der Ansatzstelle der Polkerne an dem Rotor aufgenommen werden mußte und dieses zusätzliche Gewicht der Polkerne die Gewichtsersparnis in den Erregerspulen wieder aufhob.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Rotor mit ausgeprägten Polen für dynamoelektrische Maschinen, deren Polkerne mit dem Rotorkörper aus einem Stück bestehen und bei denen die Erregerspulen durch abnehmbare Polschuhe gehalten werden, die an der dem jeweiligen Polkern zugewandten Seite trapezförmige Ansatzkörper besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen der Trapezkörper (I6 in Fig. 2 und 3) auf der Seite der Polschuhe (I4 in Fig. 2) liegen und daß die Seitenflächen der Trapezkörper mit. Zähnen versehen sind, die in entsprechenden Nuten im Polkern (6 in Fig. 2 bis 4) einhaken.
  2. 2. Rotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe und ihre Ansätze aus magnetischen Endplatten (II) hoher Festigkeit und aus einer Vielzahl von dazwischenliegenden Blechen (I4) aufgebaut sind. 3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trapeze mit ihren Zähnen an den Endplatten kleiner sind als an den Blechen (Fig. 2). 4. Rotor nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Polschuh mit seinem Ansatz aus einzelnen Teilen (I4 oder 3o) aufgebaut ist, daß ein Spalt (9) transversal zu der Nut in den Polkernen vorhanden ist, in welchen die einzelnen Teile eingesetzt werden können, und daß ein Füllkörper (26 oder 3i) in den Spalt eingefügt wird (Fig. i und 6). 5. Rotor nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) an eine der Endplatten angrenzt (Fig. 5). 6. Rotor nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei trapezförmige Ansätze (16d, 16v) mit Zähnen an den Trapezseiten vorhanden sind, welche in zwei entsprechende Nuten im Polkern eingreifen, und daß der Abstand dieser Trapeze voneinandzr oberhalb der Spule so groß ist, daß ein Keil (a5) zwischen die beiden Trapeze und den Polkern. (6) eingetrieben werden kann (Fig. q.). 7. Rotor nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Trapezes (i6) größer ist als die Höhe der Erregerspulen (I8) und daß ein Befestigungskeil (23) zwischen den Rotorkörper und den trapezförmigen Ansatz (I6) eingetrieben wird (Fig. 3). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 2I8 575, 523 373; schweizerische Patentschriften Nr. Io4 I83, 223 849; französische Patentschrift Nr. 468 327; Moeller-Werr: Leitfaden der Elektrotechnik, Bd.
  3. 3, Konstruktion elektrischer Maschinen von C. v. Dobbeler, Leipzig I95o, Abb. 48.3 bis 49.8 auf S. 48 und 49-
DEC8284A 1952-10-11 1953-10-11 Rotor mit ausgepraegten Polen und abnehmbaren Polschuhen fuer dynamo-elektrische Maschinen Expired DE950940C (de)

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