DEE0009448MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 19. August 1954 Bekanntgemacht am 12. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mittelfrequenz-Synchronmaschine mit Außenläufer und Dauermagneten und hat im wesentlichen eine Bauart derartiger Maschinen zum Gegenstand, durch die es ermöglicht wird, derartige Maschinen mit Leistungen bis in die Größenordnung von ioo kVA zu bauen. Moderne Magnetmaterialien weisen pro Zentimeter Magnetlänge eine gleiche Zugkraft wie ein Elektromagnet mit etwa 400 bis 500 Ampere-Windungen auf, so daß ihre Verwendung vor allem dann besonders wirtschaftlich ist, wenn die Polteilung so klein ist, daß der erforderliche. Ampere-Windungsbelag durch die sonst übliche, den Einzelpolen zugeordnete Erregerwicklung überhaupt nicht mehr aufgebracht werden kann und Sonderkonstruktionen, wie beispielsweise die Gleichpoltypen, verwendet werden müßten. Da das zur Herstellung von Hochleistungsmagneten verwendete Material nur eine geringe mechanische Festigkeit besitzt, äußerst spröde ist und auf Zug nur sehr schwach beansprucht werden darf, wird eine Zugbeanspruchung des Magnetmaterials durch Verwendung der an sich bekannten Außenläuferanordnung, wobei die einzelnen Magnete am äußeren Jochring abgestützt und daher praktisch nur auf Druck beansprucht werden, vermieden.

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DieErfmdung besteht nun im wesentlichen darin, daß der das magnetische Schlußjoch tragende Außenläuferkörper mit einem Käfig aus elektrisch gut leitendem Material versehen ist, der als elekirischer Dämpferkäfig wirkt und gleichzeitig als mechanische Halterung und Distanzierung der Dauermagnete ausgebildet ist. Durch die Anordnung des Dämpferkäfigs werden schädliche Rückwirkungen der vom Ständer her wirksamen Gegenampere-Windungen, die sonst die Remanenz der Magnete herabsetzen und eine gute Ausnutzung der von dem Magnetmaterial an sich zur Verfügung stehenden AW/cm verhindern würden, vermieden bzw. weitgehend abgeschwächt. Wie Versuche gezeigt haben, läßt sich bei einer derartigen Ausführung mit ι cm breiten und 2V2.cm hohen Polen aus Magnetmaterial am Ständer ein praktisch ausnutzbarer Strombelag von etwa 200 A/cm selbst bei rein induktiver Belastung (also ohne Stützung der Erregung durch kapazitive Verbraucher) erreichen. Weitere Einzelheiten und konstruktive Ausbildungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes gehen aus der Zeichnung hervor, in der der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht ist.

Es zeigen

Fig. ι und 2 eine Mittelfrequenz-Synchronmaschine im Längsschnitt und in Rückansicht,

Fig. 3 die Maschine gemäß Fig. 1 mit einer Magnetisierungsvorrichtung zum nachträglichen Aufmagnetisieren der Einzelpole,

Fig. 4 eine gegenüber der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Maschine etwas abgeänderte Mittelfrequenz-Synchronmaschine ebenfalls im Längsschnitt,

Fig. 5 und 6 den Außenläufer einer Mittelfrequenz - Synchronmaschine, bei welcher der Dämpferkäfig in das Außenläuferpolrad eingegossen ist, im Längsschnitt und in Rückansicht,

Fig. 7 und 8 einen Außenläufer mit einem als zwischen den Magneten mäanderartig eingefädelte Leiterlitze ausgebildeten Dämpferkäfig im Längsschnitt bzw. im Querschnitt während der Herstellung,

Fig. 9 einen Teil des Polrades der Maschine gemäß Fig. 7 und 8 mit dem die Pole mäanderförmig umschließenden Litzenleiter in abgewickelter Darstellung und

Fig. 10 einen Querschnitt gemäß Fig. 8 nach der Fertigstellung des Polrades.

Bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 ist eine vorzugsweise aus Bronze oder Leichtmetallguß hergestellte Glocke 3 vorgesehen, die gleichzeitig die Funktion der Halterung und Distanzierung der Einzelmagnete und die eines Dämpferkäfigs übernimmt. Diese Glocke 3 ist über ihre Nabenscheibe und eine Nabe mit der Welle 4 verbunden. Auf den Außenumfang der Glocke wird das magnetische Schlußjoch 2 aufgepreßt oder aufgeschrumpft. In diesem Bereich ist die Glocke mit Schlitzen zur Aufnahme der als Pole dienenden Einzelmagnete 1 versehen. Diese Schlitze werden im Teilfräsverfahren hergestellt und gewährleisten gleichzeitig eine genaue und dauernd eingehaltene Polteilung. Die Magnete 1 werden gegenüber der Fliehkraft ausschließlich durch das Joch 2,. an das die Magnete 1 nur angeschoben werden, abgestützt. Die beim Betrieb auf das Magnetsystem wirksam werdenden Tangentialkräfte werden zum. Großteil durch die Reibung zwischen den Magneten 1 und dem Joch 2 aufgenommen. Eine sichere Aufnahme dieser Tangentialkräf te ist außerdem durch die Glocke 3 gesichert. Je zwei Stege 7 der Glocke 3 bilden zusammen mit der Nabenscheibe und einem hochgezogenen Wulstring 5 eine jeden Magnet umschließende Kurzschlußwindung (Dämpferwicklung), durch die eine zu starke Rückwirkung der von der Ständerwicklung her wirksam werdenden Gegenampere-Windungen auf die Magnete verhindert und damit die Aufrechterhaltung des Magnetismus gewährleistet wird. Der Wulstring 5 ist radial nach außen gezogen, so daß die Magnete leicht parallel zur Maschinenachse eingeschoben werden können. Zur Fixierung der Magnete in der genau richtigen Stellung weist die Nabenscheibe bearbeitete Flächen auf, und es ist ein Sprengring 6 vorgesehen, der die Magnete in den Schlitzen der Glocke 3 festhält.

Bei der Konstruktion gemäß Fig. 1 werden die fertig magnetisieren Einzelmagnete nachträglich in die Schlitze der Glocke eingeschoben, da das in Frage kommende Magnetmaterial zu seiner Magnetisierung einen Aufwand von etwa 2000 bis 3000 AW/cm erfordert, der im allgemeinen (nicht einmal kurzzeitig) durch die Arbeitswicklung des Generators nicht aufgebracht werden kann. . Überdies erschwert die für den Betrieb wichtige Dämpferwicklung eine Magnetisierung mit kurzen Stromstößen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch möglich, auf die Einzeleinschiebbarkeit der Magnete zu verzichten und die Magnetisierung sämtlicher Pole im eingebauten Zustand mit einem einzigen Arbeitsgang zu erzielen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß nur die Hälfte der Pole als Permanentmagnete ausgebildet werden, während die übrigen Pole aus Weicheisen hergestellt werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, werden dabei sämtliche Pole zunächst in die entsprechenden Schlitze der Glocke 3 eingeschoben, worauf eine Ständer und Läufer umgreifende toroidförmige Magnetisierungsvorrichtung, die mit einer ringförmigen Spule 8 versehen ist, aufgebracht wird und durch Gleichstromspeisung der Spule 8 sämtliche Pole (also sowohl die aus Magnetmaterial als auch die aus Weicheisen hergestellten), gleichsinnig magnetisiert werden. Nach Abschalten der Spule 8 bzw. Wegnahme der Magnetisierungsvorrichtung behalten die aus Magnetmaterial hergestellten Pole ihren Magnetismus und ihre Polarität, während sich der Magnetismus in den Weicheisenpolen umkehrt, so daß sich die für den Betrieb erforderliche, von Pol zu Pol wechselnde Fluß richtung einstellt. Da es zufolge dieses Magnetisierungsverfahrens nicht mehr erforderlich ist, die Magnete nachträglich von der Seite her in die Maschine einzuschieben, kann, wie in Fig. 4 dargestellt, die Glocke 9

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mit den Dämpferstäben ιO bzw. mit ihrem Hauptquerschnitt ganz nahe an den Luftspalt heranreichen, wodurch die Dämpferwirkung erhöht und verbessert wird.

Da die Herstellung der Dämpferkäfigglocke mit abnehmender Polteilung immer schwieriger und umständlicher wird, werden gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung in solchen Fällen der Außenläufer und der Dämpferkäfig gesondert hergestellt, wobei der Außenläufer die Permanentmagnete in radialer Richtung abstützt, während der elektrische Dämpferkäfig gleichzeitig als mechanische Halterung und Distanzierung der Magnete am Umfang ausgebildet ist. Derartige Konstruktionen sind in den Fig. 5 bis 10 dargestellt.

Bei der Ausbildung nach den Fig. 5 und 6 sind in den Stahlring 11 des Außenläufers Magnete 12 als Einzelpole eingesetzt. Um das Einsetzen der Einzelpole in der richtigen Teilung zu erleichtern, sind ein entsprechend gezahnter, auf die Welle aufschiebbarer Stützkörper 13, der nachträglich wieder entfernt werden kann, und ein Stützring 14 vorgesehen. In das so vorbereitete und etwas angewärmte Außenläuferpolrad wird im Schleuderguß-.25 verfahren ein Leichtmetall- oder Bronzekäfig 15 nachträglich eingegossen. Dabei muß auf entsprechende Steuerung des Temperaturverlaufes geachtet werden, um unzulässige Gußspannungen einerseits und ein Überhitzen der Magnete, das bekanntlich eine Verschlechterung ihrer magnetischen Eigenschaften zur Folge, andererseits zu verhindern. Bei dieser Art der Polradherstellung ist noch eine nachträgliche Magnetisierung der im Polrad eingegossenen Magnete erforderlich, so daß zweckmäßig wieder die eine Hälfte der Magnete aus Permanentmagnetmaterial und die andere aus Weicheisen hergestellt und die Magnete in Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens nachträglich aufmagnetisiert werden. .

Bei der Ausführung gemäß den Fig. 7 bis 10 werden die einzelnen Magnete 12 nacheinander in den Stahlring 11 eingebracht, wobei aber gleichzeitig ein bandförmiger Litzenleiter 16 mäanderartig mitgefädelt wird. Der Hilfskörper 13 hält dabei die Magnete in der richtigen Lage. Die beiden Enden des Litzenleiters 16 werden nach dem Einsetzen des letzten Poles durch Schweißen oder Löten vereinigt und damit der Leitungsweg geschlossen.

■ Der Litzenleiter 16 muß, um seine Funktion als Dämpferwicklung zu erfüllen, neben ausreichendem Leiterquerschnitt auch eine gute Leitfähigkeit besitzen. Es ist daher zweckmäßig, als Material zu seiner Herstellung Kupfer oder Aluminium zu verwenden. Da der Dämpferkäfig gleichzeitig als Halterung und Distanzierung der Pole dient, muß vor allem die Drahtstärke der Einzelleiter, aus denen die Litze aufgebaut wird, richtig gewählt werden und die Verseilung, Verflechtung und Verdrillung der Litze muß die richtige Härte und Dichte aufweisen.

Nach dem Einfädeln der Litze und dem gleichzeitigen Einsetzen der Magnetpole sitzt die Litze, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, entsprechend ihrem Querschnitt mehr oder minder lose zwischen den Polen in den Pollücken. Das so vorbereitete Polrad wird nun mit etwa der Schleuderdrehzahl in Rotation versetzt. Unter dem Einfluß der auch auf den Litzenleiter wirkenden Fliehkraft verformt sich der Litzenquerschnitt und die Litze wird vollständig anliegend in die radial außenliegenden Teile der Pollücken eingepreßt. Überdies tritt eine gewisse Anspannung der Litze dadurch ein, daß die Wickelköpfe der Litze durch die Nabenscheibe 17 und einen Fixierring 18 auf einem etwas kleineren Durchmesser als dem der Bohrung des Stahljochringes 11 festgehalten werden. Während des Umlaufes wird Lack oder Harz entsprechender Konsistenz in den Läufer eingesprüht und für rasche Trocknung und Härtung gesorgt, womit Litze und Magnetpole in ihrer Endlage fixiert sind.

Die Einzelpole können dann wieder nach dem oben beschriebenen Verfahren magnetisiert werden. Es ist jedoch hier und auch bei der Konstruktion nach den Fig. 5 und 6 eine Magnetisierung vor dem Einschieben der Magnete möglich, wenn der Hilfs- · körper 13 aus magnetisch leitendem Material hergestellt und die Verbindung zwischen der Nabenscheibe 17 und.dem Stahlring 12 lösbar ausgebildet wird, so daß der Außenläufer vom Hilfskörper ohne wesentliche Unterbrechung des Eisenschlüsses der Magnete auf den Ständer des Generators übergeschoben werden kann.

Claims (9)

PatentanspkOche:

1. Mittelfrequenz - Synchronmaschine mit Außenläufer und Dauermagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der das magnetische Schlußjoch tragende Außenläüferkörper einen Käfig oder eine ähnlich wirkende Wicklung aus elektrisch gut leitendem Material trägt, die als elektrische Dämpferwicklung wirkt und gleichzeitig als mechanische Halterung und Distanzierung der Dauermagnete ausgebildet ist.

2. Mittelf requenz - Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpferkäfig mit dem Außenläuferkörper aus einem Stück hergestellt, glockenförmig ausgebildet und einseitig mit einem Wulstring versehen-ist, dessen lichter Innendurchmesser gleich oder wenig größer als der Innendurchmesser des Jochringes gehalten ist, so daß die Permanentmagnete seitlich eingeschoben werden können (Fig. ι bis 3).

3. Mittelfrequenz-Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenläufer (11) und der Dämpferkäfig (15, 16) gesondert hergestellt sind und der Außenläufer die Permanentmagnete (12) in radialer Riehtung abstützt, während der elektrische Dämpferkäfig gleichzeitig als mechanische Halterung und Distanzierung der Magnete am Umfang ausgebildet ist.

4. Mittelf requenz - Synchronmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß, der

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Dämpferkäfig (15) in den das magnetische Schlußjoch bildenden Außenläufer (11) eingegossen ist.

5. Mittelfrequenz-Synchronmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zwischen den die Pole bildenden Magneten (12) mäanderartig eingefädelte Leiterlitze (16), vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium, die nach ihrem Einfädeln geschlossen und lack- oder harzimprägniert wird (Fig. 7 bis 10).

6. Verfahren zur Herstellung des Außenläufers einer Mittelfrequenz-Synchronmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Magnete (12) nacheinander unter gleichzeitigem mäanderartigem Mitfädeln der Leiterlitze (16) in den Außenläuferkörper (11) eingebracht werden, worauf dieser mit etwa der Schleuder drehzahl in Rotation versetzt und während dieser Zeit auf die Magnete sowie die eingefädelte Litze Lack oder Harz entsprechender Konsistenz aufgesprüht wird.

7. ■ Mittelf requenz - Synchronmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß nur die Hälfte der Einzelpole aus magnetisch hartem Material (Permanentmagneten) hergestellt sind, während die übrigen Einzelpole aus Weicheisen ausgeführt sind.

8. Verfahren zur gleichzeitigen Magnetisierung sämtlicher Pole < einer Mittelfrequenz-Synchronmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Pole mit Hilfe einer toroidförmigen Magnetisierungsvorrichtung, die Ständer und Läufer umgreift, durch Gleichstromerregung der ringförmigen Spule (8) dieser Magnetisierungsvorrichtung gleichsinnig magnetisiert werden, wobei nach Ausschalten des Erregerstromes die Permanentmagnete ihren Magnetismus behalten, während er in den Weicheisenpolen umschlägt (Fig. 3).

9. Mittelfrequenz - Synchronmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpferstäbe (10) mit ihrem Hauptquerschnitt ganz nahe an den Luftspalt herangeführt sind (Fig. .4)·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen