DEE0009448MA - - Google Patents
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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)
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
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