NL194690C - Werkwijze voor de vervaardiging van een wikkeling voor een elektrische machine en van wikkelingen voorziene elektrische machine verkregen onder toepassing van deze werkwijze. - Google Patents

Description

1 194690

Werkwijze voor de vervaardiging van een wikkeling voor een elektrische machine en van wikkelingen voorziene elektrische machine verkregen onder toepassing van deze werkwijze

De uitvinding betreft een werkwijze voor de vervaardiging van een wikkeling voor een elektrische machine, 5 waarbij ten minste enige wikkelingsgedeelten worden gegoten en ten minste een deel van de gietvorm door het de wikkeling opnemende deel van de machine, bij voorkeur door de rotor respectievelijk delen van de rotor, is gevormd en de wikkelingsgedeelten hoger respectievelijk dikker worden gegoten dan overeenkomt met de gewenste hoogte respectievelijk dikte.

Een dergelijke werkwijze is op zich bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.187.413. Volgens de uit 10 deze publicatie bekende werkwijze wordt de, uit gestapelde lamellen gevormde, rotor van een kleine elektrische machine geplaatst in een flexibele, een gietvorm vormende, omhulling welke met het vloeibaar, elektrische geleidend gietmateriaal wordt gevuld en vervolgens in een hydraulische pers alzijdig aan een drukbehandeling wordt onderworpen zodat het gietmateriaal in de rotorgroeven dringt. Na afkoelen wordt het verkregen halffabrikaat met een verspanende bewerking (afdraaien) nabewerkt waarbij het elektrisch 15 geleidend materiaal op het rotoroppervlak wordt verwijderd zodat uiteindelijk een rotor met in de groeven daarvan aangebrachte wikkelinggedeelten resulteert.

Het bezwaar van deze werkwijze is dat zij slechts, zoals in genoemde publicatie gesteld, geschikt is voor de vervaardiging van kleine motoren; bovendien is de werkwijze gecompliceerd en dus duur.

De uitvinding beoogt een werkwijze van de hierboven beschreven soort te verschaffen die aanzienlijk 20 goedkoper kan worden uitgevoerd, probleemloos bij grotere motoren kan worden toegepast, en verzekert dat de wikkelingdelen goed aanliggend en vast in de daarvoor bestemde groeven komen te liggen. Dit wordt bereikt doordat volgens de uitvinding de gegoten wikkelingsgedeelten na het gieten in de groeven van de rotor worden geperst waarna eventueel overtollig materiaal van de wikkelingsgedeelten wordt afgedraaid.

Met de aldus voorgestelde, op zich eenvoudig uit te voeren, werkwijze wordt het voordeel verkregen dat 25 de wikkelingsgedeelten zeker en zonder tussenruimte dicht tegen de wanden van de groeven aan komen te liggen, waarmee trilling- en slingerproblemen met zekerheid worden vermeden, bewerkingstoleranties worden gecompenseerd en een betrouwbare zitting van de wikkelingsgedeelten is gewaarborgd, waarmee tot trillingen en ongewenste slingeringen leidende bewegingen der wikkelingsgedeelten ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de machine worden voorkomen. In het bijzonder bij snel lopende rotoren en bij 30 machines die worden gevoed vanuit schakelende vermogenselektronica is dit van groot belang.

Opgemerkt wordt dat uit het Britse octrooischrift 752.406 een werkwijze voor het door middel van gieten in rotorgroeven vormen van wikkelingsgedeelten volgens welke de rotor tijdens het gieten is omringd door een omhulling uit samendrukbaar materiaal dat gedeeltelijk in de rotorgroeven dringt en daarmee voorkomt dat het gegoten materiaal tot voorbij de einden der groeven migreert. Uiteraard moet daarna de gehele rotor 35 worden nabewerkt en wel zodanig dat het rotoroppervlak op een gelijk niveau komt met het oppervlak van de, gegoten, wikkelingsgedeelten.

De wikkelingsgedeelten kunnen door walsen in de groeven der rotor worden geperst doch dit persen is ook mogelijk door middel van koud vervormen. In samenhang daarmee wordt opgemerkt dat het uit het Amerikaanse octrooischrift 1.597.666 bekend is vooraf vervaardigde geleidende staven in een rotor te 40 plaatsen en door middel van een getande wals in de gewenste eindstand te drukken. Deze publicatie heeft dus niet betrekking op een werkwijze waarbij wordt uitgegaan van gegoten rotor wikkelingsgedeelten.

De gevraagde uitsluitende rechten strekken zich uit tot een van wikkelingen voorziene elektrische machine waarvan ten minste een deel, bij voorkeur de rotorwikkeling, is gegoten, en waarbij volgens de uitvinding het of elk gegoten wikkelingsgedeelte een nabewerking heeft ondergaan, bij voorkeur door koud 45 vervormen, walsen en/of andere stappen, waaronder draaien.

Daarbij kan het de gegoten wikkeling respectievelijk het gegoten wikkelingsgedeelte dragend deel, dat bij voorkeur rotor zal zijn, zijn uitgevoerd als massief stalen, eventueel gegoten, deel.

Wanneer de rotor is opgebouwd uit lamellen welke ten opzichte van elkaar zijn geïsoleerd met lak die niet bestand zou zijn tegen de hoge temperaturen welke bij het ingieten van het wikkelingsmateriaal 50 (bijvoorbeeld koper met een smeltpunt van 1.089°C) optreden zijn bij voorkeur slechts de buiten de lamellen gelegen wikkelingsgedeelten aangegoten en zijn de binnen de lamellen wikkelingsgedeelten vooraf vervaardigd.

Een dergelijke constructie kan ook worden toegepast wanneer de rotor is opgebouwd uit geëmailleerde of gesfosfateerde lamellen.

55 Bij voorkeur is echter de gehele wikkeling als een gegoten deel uitgevoerd.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de elektrische machine zoals hierboven beschreven is uitgevoerd als asynchrone motor met buitenliggende rotor waarvan de rotorwikkelingen althans gedeeltelijk zijn gegoten.

194690 2

In de navolgende beschrijving worden onder verwijzing naar de schematische figuren van de tekening voordelige uitvoeringsvoorbeelden voor elektrische machines volgens de uitvinding nader toegelicht, waarbij: figuur 1 een dwarsdoorsnede van een rotorhuis van een motor met buitenliggende rotor toont; figuur 2 een langsdoorsnede door het huis van figuur 1 volgens de lijn A-A toont, echter met geplaatste 5 wikkeling; figuur 3 een detail van het inwendige oppervlak van een rotor is volgens een doorsnede langs de lijn B-B van figuur 2; figuur 4 een detail overeenkomstig figuur 3 is bij een andere rotorvariant; figuur 5a een binnenliggende rotor met geplaatste wikkeling weergeeft, waarbij verschillende varianten in 10 één tekening gemeenschappelijk zijn weergegeven; figuur 5b een detail weergeeft aan het buitenste uiteinde van de kortsluitwikkeling van de rotor volgens figuur 5a; figuur 6 een detail is van de rotor van figuur 5a volgens een doorsnede langs de lijn C-C van figuur 5a; figuur 7 een doorsnede overeenkomstig figuur 6 is, maar bij een enigszins andere rotorconstructie; 15 figuren 8a en 8b elk een aanzicht tonen van de binnenzijde van een helft van een buitenliggende rotor met evenwijdig aan de as respectievelijk schuin lopende gegoten wikkelingsgedeelten; en figuren 9a en 9b elk een aanzicht tonen van een binnenliggende rotor, eveneens met gegoten wikkelingsgedeelten die evenwijdig aan de as respectievelijk schuin lopen.

20 Figuur 1 toont de principiële opbouw van een huis 1 van een buitenliggende rotor, waarbij op het inwendige oppervlak tanden 2 en groeven 3 zichtbaar zijn. In de groeven 3 tussen de op gelijke afstanden langs de inwendige omtrek van het huis 1 aangebrachten tanden 2 worden de in hoofdzaak in langsrichting lopende wikkelingsgedeelten van de bij voorkeur uit koper bestaande wikkeling, bij asynchrone motoren van de kortsluitwikkeling, geplaatst.

25 Deze in hoofdzaak in langsrichting lopende wikkelingsgedeelten zijn in figuur 2 weergegeven en met 4 aangeduid. Aan beide uiteinden is elk van de in hoofdzaak in langsrichting lopende wikkelingsgedeelten 4 door zich volgens de inwendige omtrek van het huis 1 uitstrekkende wikkelingsgedeelten 5 met ten minste een andere, bij asynchrone motoren voor het vormen van de kortsluitwikkeling met alle andere, in hoofdzaak in langsrichting verlopende wikkelingsgedeelten verbonden. In het laatstgenoemde geval vormen de 30 wikkelingsgedeelten 5 de beide kortsluitingen van de rotor. In de verdere loop van de beschrijving wordt de uitvinding aan de hand van het voorkeursuitvoeringsvoorbeeld van een asynchrone motor toegelicht. Dit betekent echter op geen enkele wijze een beperking, aangezien de uitvinding toegepast kan worden op een willekeurige elektrische machine met wikkelingen.

Na het gieten van de wikkelingsgedeelten 4 worden deze in de respectieve groeven geperst, bij voorkeur 35 door walsen, eventueel ook door koud vervormen, gebruikmakend van een geschikt gereedschap, eventueel gevolgd door een geschikte nabewerking. Het verkregen resultaat wordt toegelicht aan de hand van figuren 2 en 3.

In het bovenste gedeelte van figuur 2 ligt het doorsnedevlak binnen één van de groeven 3, zodat de door het gieten van de kortsluitwikkeling bereikte uitvoering als één geheel van de in hoofdzaak in langsrichting 40 lopende wikkelingsgedeelten 4 met de aansluitende kortsluitringen 5 duidelijk herkenbaar is. In het onderste gedeelte van figuur 2 ligt het doorsnedevlak ter hoogte van een tand 2, waarbij zichtbaar is, dat de dikte van de wikkelingsgedeelten 4 en de kortsluitringen 5 overeenkomt met de hoogte van de tanden 2. Dit kan bereikt worden door een geschikte uitvoering van de gietvorm of door een nabewerking van de binnenzijde van de rotor, bijvoorbeeld door afdraaien tot de gewenste afmetingen.

45 Uit figuur 3 blijkt, dat het materiaal van de wikkelingsgedeelten 4 de groeven 3 geheel opvult en ook in de onderhoeken geheel doordringt. Een degelijk geheel opvullen van de groeven is bij rotoren uit massief staal of uit gegoten staal met de groefvorm van figuur 3 zelfs bij de meest nauwkeurige uitvoering van de rotoren en de daarin geplaatste, in hoofdzaak in langsrichting lopende staven nauwelijks respectievelijk slechts met hoge en economisch niet te verantwoorden kosten te bereiken. Daardoor kunnen de staven bij 50 de gebruikelijke rotorconstructies altijd in de groeven bewegen en in het bijzonder bij een snelle rotatie tot ongewenste en zelfs gevaarlijke slingeringen of trillingen leiden. Bij de volgens de uitvinding volledige vulling van de groeven 3 door de wikkelingsgedeelten 4 zijn deze effecten ondervangen.

Ook uit gestapelde blikken opgebouwde rotoren zullen een dwarsdoorsnedevorm hebben volgens figuur 3. Zelfs bij het plaatsen van vooraf vervaardigde staven als evenwijdig aan de as verlopende 55 wikkelingsgedeelten, om de isolatie tussen de blikken niet door de hoge, bij het gieten van de wikkelingen optredende temperaturen te beschadigen, kan het slinger- en trillingsgedrag door aangieten van de kortsluitringen 5 aan de staven en het optimaal aanleggen van deze ringen 5 tegen het inwendige oppervlak 3 194690 van het rotorhuis 1 worden verbeterd, en kan de productie worden vereenvoudigd.

Uit gefosfateerde of geëmailleerde blikken opgebouwde rotoren kunnen zelfs geheel gegoten, dat wil zeggen uit één geheel bestaande wikkelingen bevatten, daar de genoemde blikken door de oppervlaktebehandeling daarvan ten opzichte van elkaar zijn geïsoleerd, en deze isolatie hogere temperaturen onbescha-5 digd doorstaat.

Zelfs bij onbewerkte rotoren uit gegoten staal kan door het gieten van de wikkelingsgedeelten 4 zonder hoge kosten een volledig vullen van de relatief onregelmatig gevormde groeven 3 door de wikkelingsgedeelten 4 worden bereikt. Een dergelijke spelingsvrije inpassing van de wikkeling in de rotor is met de gebruikelijke werkwijzen zonder tijdrovende en kostbare nabewerking niet mogelijk. Figuur 4 toont een detail 10 overeenkomstig figuur 3, en geeft de nog niet nabewerkte binnenzijde van een onbewerkte rotor uit gegoten staal met ingegoten wikkelingsgedeelten 4 weer. De tanden 2 en eventueel ook de wikkelingsgedeelten 4 worden bij voorkeur nog tot de hoogte van lijn E afgedraaid.

Aangezien het ingegoten materiaal voor de wikkelingsgedeelten bij het afkoelen krimpt, kunnen eventueel luchtspleten in het onderste gebied van de groeven 3 respectielijk tussen de kortsluitring 5 en de rotor 2, 6 15 ontstaan. Deze worden bij voorkeur door koudvervormen van het gegoten materiaal, bij voorkeur in ten minste één walsstap en eventueel meerdere rotaties van de rotor in contact met een wals, weggenomen.

Zoals in figuren 5-7 zichtbaar is, kan de werkwijze volgens de uitvinding en de constructie volgens de uitvinding ook voor binnenliggende rotoren worden toegepast.

In figuur 5a is een langsdoorsnede door een volgens de uitvinding opgebouwde binnenliggende rotor 20 weergegeven, waarbij verschillende varianten met betrekking tot de precieze opstelling van de wikkelingsgedeelten en met betrekking tot de uitvoering van de kortsluitring in één tekening zijn samengebracht. De in hoofdzaak in langsrichting lopende gedeelten van de kortsluitwikkeling en de kortsluitring zijn weer met 4 respectievelijk 5 aangeduid, waarbij bij de op de gebruikelijke wijze uit blikken opgebouwde machines de wikkelingsgedeelten 4 opnieuw ook uit vooraf vervaardigde staven zouden kunnen bestaan. De wikkeling is 25 aangebracht op een massief stalen of gegoten stalen deel 6, dat op zijn beurt op een as 7 is bevestigd of is voorzien van overeenkomstige asstompen. Op voordelige wijze aangebrachte vleugels voor de ventilatie en koeling van de machine zijn met 8 aangeduid.

Zoals aan de linkerzijde van figuur 5a is weergegeven, kan de kortsluitring 5 zich enigszins radiaal in de richting naar de as 7 uitstrekken of, zoals aan de rechterzijde van figuur 5a is getoond, aan de binnen-30 omtrek daarvan op één lijn liggen met het binnenste einde van de groeven 3. Voor een versterking kan het stalen deel 6, zoals in het detail van figuur 5b is weergegeven, axiaal verlengd zijn en de kortsluitring 5 in de vorm van een krimpring 11 omvatten.

De groeven 3 van de binnenliggende rotor kunnen naar buiten toe open of als half-open groeven zijn uitgevoerd, waarbij in het laatstgenoemde geval voor het vasthouden van de wikkelingsgedeelten 4 de 35 tanden 2 naar beide zijden uitstekende gedeelten 9 (zie figuur 6) bezitten, welke de groefopening naar buiten toe begrenzen. Bij het gieten, bij voorkeur in de vorm van centrifugaal gieten, wordt bij deze uitvoeringsvorm de groefopening door het aanbrengen van een bandage afgedekt.

In plaats van de open groeven 9 kunnen echter ook de in figuur 5a aan de onderzijde en in figuur 7 weergegeven, langs de buitenomtrek van het stalen deel 6 verdeelde, in hoofdzaak in langsrichting lopende 40 boringen 10 voor het opnemen van de wikkelingsgedeelten 4 zijn aangebracht.

Ook voor de binnenliggende rotor is de uitvoering van het de wikkeling opnemende deel 6 als uit blikken opgebouwd deel mogelijk, waarbij de hierboven reeds in samenhang met uit blikken opgebouwde buiten-liggende rotoren gegeven toelichtingen overeenkomstig gelden.

Het gieten van de wikkelingen of ten minste gedeelten van deze wikkelingen is bijzonder voordelig, 45 wanneer machines met schuin lopende wikkelingsgedeelten dienen te worden vervaardigd, waarbij de schuin uitstekende uiteinden van de gebruikelijke, vooraf vervaardigde staven leiden tot hoge aanvullende kosten bij de vervaardiging. Volgens de uitvinding kunnen buitenliggende rotoren met zowel in hoofdzaak precies evenwijdig aan de as lopende, zich in langsrichting uitstrekkende wikkelingsgedeelten - volgens figuur 8a - als schuin lopende uitvoeringen - volgens figuur 8b - eenvoudiger en sneller worden vervaar-50 digd. Dit geldt natuurlijk ook voor binnenliggende rotoren, waarbij eveneens wikkelingen met in hoofdzaak nauwkeurig in langsrichting lopende gedeelten - volgens figuur 9a - en schuin lopende gedeelten — volgens figuur 9b - op gelijke wijze eenvoudiger en sneller dan met de gebruikelijke vervaardigingstechniek kunnen worden geproduceerd.

Tenslotte zij er noch op gewezen, dat gegoten koper op grond van de voor het gieten noodzakeiijke 55 respectievelijk voordelige toeslagstoffen een geringere geleidendheid heeft dan elektrolytisch koper, dat bijvoorbeeld wordt gebruikt voor vooraf vervaardigde staven als evenwijdig aan de as lopende wikkelingsgedeelten of kortsluitringen. Dit nadeel kan echter gemakkelijk door een overeenkomstige dwarsdoorsnede-

Claims (9)

194690 4 vergroting voor de gegoten wikkelingsgedeelten gecompenseerd worden, zodat de voordelen met betrekking tot de goedkopere vervaardiging met besparingen tot 60% van de kosten voor de rotorwikkelings-vervaardiging per machine en met betrekking tot het aanzienlijk verbeterde trillings- en slingergedrag veruit overwegen. 5

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een wikkeling voor een elektrische machine, waarbij ten minste 10 enige wikkelingsgedeelten worden gegoten en ten minste een deel van de gietvorm door het de wikkeling opnemende deel van de machine, bij voorkeur door de rotor respectievelijk delen van de rotor, is gevormd en de wikkelingsgedeelten hoger respectievelijk dikker worden gegoten dan overeenkomt met de gewenste hoogte respectievelijk dikte, met het kenmerk, dat de wikkelingsgedeelten in de groeven van de rotor worden geperst waarna eventueel overtollig materiaal van de wikkelingsgedeelten wordt afgedraaid.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wikkelingsgedeelten door walsen in de groeven van de rotor worden geperst.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wikkelingsgedeelten door koudvervormen in de groeven van de rotor worden geperst.

4. Elektrische machine met wikkelingen, waarbij ten minste een deel van de wikkelingen, bij voorkeur de 20 rotorwikkeling, is gegoten, met het kenmerk, dat het of elk gegoten wikkelingsgedeelte is nabewerkt, bij voorkeur door koudvervormen, bij voorkeur door walsen en/of andere stappen, waaronder draaien.

5. Elektrische machine volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het de gegoten wikkeling respectievelijk het gegoten wikkelingsgedeelte (4, 5) dragende deel (1, 6), bij voorkeur de rotor, is uitgevoerd als massief stalen eventueel gegoten deel.

6. Elektrische machine volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat ten minste het de wikkelingen (4, 5) dragende deel (1, 6) bij voorkeur de rotor, als uit lamellen opgebouwd deel is uitgevoerd en de buiten het gebied van de lamellen liggende wikkelingsgedeelten (5) zijn aangegoten, en de binnen het gebied van de lamellen liggende wikkelingsgedeelten (4) vooraf zijn vervaardigd.

7. Elektrische machine volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat het de wikkelingen (4, 5) dragende 30 deel (1, 6), bij voorkeur de rotor, als uit van een tegen hoge temperaturen bestendige laag voorziene, bij voorkeur geëmailleerde of gefosfateerde lamellen opgebouwd deel is uitgevoerd en de buiten het gebied van de lamellen liggende wikkelingsgedeelten (5) zijn aangegoten.

8. Elektrische machine volgens conclusie 4-7, met het kenmerk, dat de gehele wikkeling als één geheel als gegoten deel (4, 5) is uitgevoerd.

9. Elektrische machine volgens een van de conclusies 4-8 als elektromotor, in het bijzonder als asynchrone motor, bij voorkeur als asynchrone motor met een buitenliggende rotor, met ten minste een gedeeltelijk gegoten rotorontwïkkeling. Hierbij 3 bladen tekening