Tragkonstruktion für das Ständerblechpaket von rotierenden elektrischen
Maschinen mit federnden Verbindungselementen zwischen dem Ständerblechpaket und
dem Gehäuse Das Ständerblechpaket von elektrischen Maschinen wird bekanntlich durch
interferierende Luftspaltfelder zu mechanischen Schwingungen angeregt, deren Frequenzen
im Hörbereich des menschlichen Ohres liegen. Diese Schwingungen werden vom Ständerblechpaket
durch die mechanische Verbindung mit dem Gehäuse auf das letztere übertragen und
abgestrahlt. Solche Geräusche magnetischen Ursprungs sind besonders dann sehr unangenehm,
wenn die Frequenz der erregenden Kräfte mit einer Eigenfrequenz des Ständers zusammenfällt,
d. h. also, wenn der Resonanzfall eintritt. Die anregenden Kräfte kann man
bekanntlich nach Größe und Frequenz sehr genau berechnen, ebenso wie die Eigenfrequenzen
des Ständerblechpakets. Dadurch läßt sich von vornherein für das Ständerblechpaket
eine solche Dimensionierung finden, daß mit Sicherheit keine Resonanz auftritt.
Ebenso kann durch entsprechende konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt werden, daß
die Amplitude von besonders kritischen radialen Kraftwellen möglichst klein gehalten
wird. Trotz dieser Maßnahmen hat es sich aber gezeiA daß elektrische Maschinen,
die unter solchen Voraussetzungen eigentlich geräuscharm sein müßten, einen erheblichen
magnetischen Lärm verursachen. Dies liegt an der schwingungstechnischen Ankopplung
des Gehäuses am Ständerblechpaket, wodurch dessen Eigenfrequenzen geändert werden,
bzw. völlig neue Eigenfrequenzen des Schwinggebildes, bestehend aus Ständerblechpaket
und Gehäuse, entstehen. Es ist schon mehrfach bekannt, zwischen das Ständerblechpaket
und das Gehäuse federnde Verbindungselemente einzuschalten, um eine Schwingungsübertragting
zwischen beiden zu verhindern. Diese Maßnahme ist natürlich völlig willkürlich und
kann keineswegs schon im voraus eine Garantie für eine wirksame Geräuschminderung
bieten. Vielmehr kann dadurch geradezu das Gegenteil bewirkt werden, wenn man nicht
die physikalischen Eigenschaften des Koppelschwingers berücksichtigt, der völlig
andere Eigenfrequenzen als der einfache Schwinger besitzt. Anstatt die Schwingungsübertragung
zu unterbinden, kann man durch eine solche Maßnahme gerade in die Resonanz mit der
Eigenfrequenz dieses Koppelschwingers geraten und dadurch eine wesentliche Lärmerhöhung
gegenüber dem nicht abgefederten Gehäuse erreichen.Support structure for the stator core of rotating electrical machines with resilient connection elements between the stator core and the housing The stator core of electrical machines is known to be excited by interfering air gap fields to mechanical vibrations, the frequencies of which are within the audible range of the human ear. These vibrations are transmitted from the stator core through the mechanical connection with the housing to the latter and emitted. Such noises of magnetic origin are particularly unpleasant when the frequency of the exciting forces coincides with a natural frequency of the stator, i. H. that is, when the resonance case occurs. As is well known, the exciting forces can be calculated very precisely according to their size and frequency, as can the natural frequencies of the stator core. As a result, a dimensioning of the laminated stator core can be found from the outset in such a way that there is definitely no resonance. Appropriate structural measures can also be used to ensure that the amplitude of particularly critical radial force waves is kept as small as possible. Despite these measures, it has been shown that electrical machines, which should actually be quiet under such conditions, cause considerable magnetic noise. This is due to the vibration-related coupling of the housing to the stator core, which changes its natural frequencies or creates completely new natural frequencies of the oscillating structure, consisting of the stator core and the housing. It is already known several times to connect resilient connecting elements between the stator core and the housing in order to prevent vibration transmission between the two. This measure is of course completely arbitrary and can in no way guarantee an effective noise reduction in advance. Rather, the opposite can be achieved if one does not take into account the physical properties of the coupling oscillator, which has completely different natural frequencies than the simple oscillator. Instead of preventing the transmission of vibrations, one can get into resonance with the natural frequency of this coupling oscillator through such a measure and thereby achieve a significant increase in noise compared to the unsuspended housing.
Es ist auch bereits ein Vorschlag bekanntgeworden, das Gehäuse durch
irgendwie geartete Federn zu entkoppeln oder das Ständerblechpaket mit dem Gehäuse
zu einer mechanischen Einheit zu verbinden. Beide Maßnahmen sind aber unmittelbar
von der Maschinengröße abhängig und gerade für die geräuschmäßig am meisten interessierenden
mittel-;Crroßen Maschinen wirksam nicht durchführbar, da weder eine starre Verbindung
zwischen Gehäuse und Blechpaket, beispielsweise schon aus thermischen Gründen, hergestellt
werden kann, noch eine Entkopplung durch Federn möglich ist, da so weiche Federn
nicht den notwendigen mechanischen Halt aufweisen können, der für solche Maschinen
unbedingt erforderlich ist.A proposal has already been made known to replace the housing
to decouple springs of any kind or the stator core with the housing
to connect to a mechanical unit. Both measures are immediate
depending on the size of the machine and especially for those who are most interested in noise
Medium-; large machines effectively not feasible, as neither a rigid connection
between the housing and the laminated core, for example for thermal reasons
can still be decoupled by springs, since so soft springs
may not have the necessary mechanical hold that is necessary for such machines
is absolutely necessary.
Eine Vorausberechnung der Schwingungseigenschaften des Ständers elektrischer
Maschinen scheitert sehr oft an der mathematisch nicht oder nur sehr schwer erfaßbaren,
von architektonischen oder ästhetischen Gesichtspunkten bestimmten Form des Gehäuses.A precalculation of the vibration properties of the stator electrical
Machines very often fail because of the mathematically impossible or difficult to grasp,
The shape of the housing is determined by architectural or aesthetic criteria.
Gerade die schwingungstechnische Erfassung des Gehäuses ist aber in
den meisten Fällen der beschriebenen Art von ausschlaggebender Wichtigkeit. Außerdem
stellt natürlich das die Maschine umgebende Gehäuse in seiner Flächenausdehnung
einen großen Schallstrahler dar, der für die Abstrahlung von radialen Schwingungen
besonders gut geeignet ist. Dadurch kommen schon bei kleinen Schwingungsamplituden
am Gehäuse erhebliche störende Schallpegel im umgebenden Luftraum zustande.However, it is precisely the vibration detection of the housing that is in
Most of the cases of the kind described are of crucial importance. aside from that
naturally represents the area of the housing surrounding the machine
a large sound emitter, which is responsible for the radiation of radial vibrations
is particularly well suited. This means that even with small oscillation amplitudes
Significant disruptive sound levels in the surrounding air space occur on the housing.
Alle diese Nachteile werden bei einer Tragkonstraktion für das Ständerblechpaket
von rotierenden elektrischen Maschinen mit federnden Verbindungselementen zwischen
dem Ständerblechpaket und dem Gehäuse erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der
tragende Teil des Gehäuses selbst in an sich bekannter Weise aus in Achsrichtung
nebeneinanderliegenden Kreisringen und Querrippen besteht, und dieser tragende Teil
-einerseits Verbindungselemente
zum Ständerblechpaket hin besitzt,
die in ihrer radialen Federsteife so dimensioniert sind, daß der Radialschwingungsausschlag
des Gehäuses für die von den Maxwellschen Zugkräften herrührende kritische anregende
Kraftwellenordnungszahl und -frequenz ein Minimum wird, andererseits der Gehäusemantel
über weiche Federn mit dem tragenden Gehäuseteil verbunden ist und biegeweich bezüglich
der kritischen anregenden Kraftwellenordnungszahl und -frequenz ist.All of these disadvantages are in a supporting structure for the stator core
of rotating electrical machines with resilient connecting elements between
the stator core and the housing according to the invention avoided in that the
bearing part of the housing itself in a known manner from in the axial direction
adjacent circular rings and transverse ribs, and this supporting part
-On the one hand fasteners
to the stator core,
which are dimensioned in their radial spring stiffness so that the radial oscillation deflection
of the housing for the critical stimulating forces resulting from Maxwell's tensile forces
Force wave order number and frequency becomes a minimum, on the other hand the housing shell
is connected to the supporting housing part via soft springs and is pliable with respect to it
is the critical exciting force wave order number and frequency.
Bei derAnwendung diesür erfindungsgemäßen Maßnahmen ist von vornherein
bei der Konstruktion des Ständers einer elektrischen Maschine die genaue Angabe
der Eigenfrequenzen dieses Ständers gewährleistet, und eine Resonanz mit den anregenden
Kraftwellen kann durch entsprechende Wahl der geometrischeu Abmessungen oder der
Wahl der Federsteife der Verbindungselemente vermieden werden.When applying this for measures according to the invention, is a priori
the exact specification for the construction of the stator of an electrical machine
the natural frequencies of this stator ensured, and a resonance with the stimulating
Power waves can be generated by appropriate choice of the geometrical dimensions or the
Choice of the spring stiffness of the connecting elements can be avoided.
Der tragende Teil des Gehäuses besteht aus einfachen berechenbaren
Kreisringen und Querrippen, die insbesondere noch den Vorteil haben, in radialer
Richtung eine kleine schallabstrahlende Fläche zu bieten. Die Anordnung von Kreisringen
und Querrippen ist zwar an sich bekannt, jedoch wird stets ein Gehäusemantel verwendet,
der fest mit diesen Tragelementen verbunden ist und so eine große Oberfläche als
Schallstrahler darstellt. Der Gehäusemantel selbst wird auch als tragendes Teil
stets mit verwendet.The load-bearing part of the housing consists of simple calculable
Circular rings and transverse ribs, which in particular still have the advantage, in radial
Direction to offer a small sound-radiating surface. The arrangement of circular rings
and transverse ribs are known per se, but a housing jacket is always used,
which is firmly connected to these support elements and so a large surface as
Represents sound emitters. The housing shell itself is also used as a load-bearing part
always used.
Das tragende Gehäuseteil ist außerdem über Koppelfedern mit dem Ständerblechpaket
verbunden. Dabei ist es von ausschlaggebender Wichtigkeit, daß diese Koppelfedem
so dimensioniert sind, daß der Radialausschlag des aus Ständerblechpaket und Gehäuse
gebildeten Koppelschwingers ein Minimum wird. Durch diese drei Maßnahmen, nämlich
richtige Ankopplung an das Ständerblechpaket, Ausbildung des tragenden Ständergehäuses
mit einer möglichst kleinen radialen Strahlerfläche und Entkopplung des Gehäusemantels,
wird gewährleistet, daß von vornherein eine Maschine entsteht, die keine störenden
Geräusche magnetischen Ursprungs nach außen dringen läßt, zumal auch der weiche
Gehäusemantel noch eine wirksame Dämpfung darstellt. Eine solche Konstruktion bietet
ferner noch den Vorteil einer relativ einfachen Schwingungsberechnung, die bei Konstruktionen
herkömmlicher Art in den meisten Fällen nicht exakt durchführbar ist. Selbstverständlich
müssen die Kopplungselemente in an sich bekannter Weise derart beschaffen sein,
daß sie in radialer Richtung federnd wirken, jedoch in tangentialer Richtung zur
übertragung des Drehmomentes schubfest sind. Ferner muß die Einhaltung des Luftspaltes
garantiert sein. Die radiale Federkopplungszahl der Verbindungselemente ist ausschlaggebend
für den Radialschwingungsausschl,ig des Gehäuses. Es ist möglich, diese Federzahl
so zu wählen, daß der Radialschwingungsausschlag des Gehäuses für die gefährlichste
in Frage kommende Kraftwelle, die durch ihre Ordnungszahl, d. h. die Anzahl
der Verbiegungswellen am Umfang, und ihre Frequenz gekennzeichnet ist, ein Minimum
oder gar zu Null wird. Deshalb ist es unzweckmäßig, einfach eine beliebige Federung
zwischen dem Ständerblechpaket und dem Gehäuse vorzusehen.The supporting housing part is also connected to the stator core via coupling springs. It is of crucial importance that these coupling springs are dimensioned in such a way that the radial deflection of the coupling oscillator formed from the stator core and the housing is a minimum. These three measures, namely correct coupling to the stator core, design of the supporting stator housing with the smallest possible radial radiator surface and decoupling of the housing jacket, ensure that a machine is created from the outset that does not allow any disturbing noises of magnetic origin to penetrate to the outside, especially as well the soft housing jacket still provides effective damping. Such a construction also offers the advantage of a relatively simple vibration calculation, which in most cases cannot be carried out exactly in conventional constructions. Of course, the coupling elements must be designed in a manner known per se in such a way that they act resiliently in the radial direction, but are resistant to thrust in the tangential direction in order to transmit the torque. Furthermore, compliance with the air gap must be guaranteed. The radial spring coupling number of the connecting elements is decisive for the radial oscillation exclusion of the housing. It is possible to choose this number of springs so that the radial oscillation deflection of the housing for the most dangerous force wave in question, which is determined by its atomic number, i. H. the number of bending waves on the circumference, and their frequency is marked, a minimum or even zero. It is therefore inexpedient to simply provide any type of suspension between the stator core and the housing.
Selbstverständlich ergeben sich verschiedene Mög-
lichkeiten
für die Ausführung solcher Verbindungselemente. Zwei Beispiele dieser Art sind in
den F i g. 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellt. In das Blechpaket
1 sind schwalbenschwanzförmige Teile 2 eingelassen. In dem Beispiel der F
i g. 1 sind an diesen Keilen 2 federnde Bleche 3 befestigt, die sich
auf der Tragkonstruktion 4 des Gehäuses 5 abstützen. Die Befestigung der
Bleche 3 in tangentialer Richtung bewirkt eine federnde Verbindung in radialer,
und eine schubfeste Verbindung in tangentialer Richtung. Im Beispiel der F i
g. 2 stützen sich die Keile 2 auf einen Mantel 6 zwischen dem Blechpaket
1 und dem Gehäuse 5 ab. In der Mitte zwischen den Keilen 2 sind an
dem Mantel 6 Querrippen des Gehäuses 5 befestigt. Dadurch werden Schwingungen
in radialer Richtung ausgehend vom Ständerblechpaket abgefedert, während die Verbindung
in taugentialer Richtung wiederum schubfest ist.Of course, there are various possibilities for implementing such connecting elements. Two examples of this type are shown in FIGS. 1 and 2 of the drawing are shown schematically. Dovetail-shaped parts 2 are let into the laminated core 1. In the example of FIG. 1 resilient metal sheets 3 are attached to these wedges 2 and are supported on the supporting structure 4 of the housing 5 . The fastening of the metal sheets 3 in the tangential direction causes a resilient connection in the radial direction and a shear-proof connection in the tangential direction. In the example of FIG. 2, the wedges 2 are supported on a jacket 6 between the laminated core 1 and the housing 5 . In the middle between the wedges 2, transverse ribs of the housing 5 are attached to the casing 6. As a result, vibrations in the radial direction starting from the stator core are cushioned, while the connection in the taugential direction is again shear-proof.
Der um das Traggestell herum liegende Mantel selbst soll völlig biegeweich
bezüglich der kritischen anregenden Kraftwellenordnungszahl und -frequenz sein,
da er keine mechanischen Aufgaben mehr zu erfüllen hat. Damit dieser Mantel
9 in akustischer Hinsicht möglichst inaktiv ist, wird er, nach einem weiteren
Gedanken der Erfindung gemäß F i g. 3, über weiche Federn 10 mit den
Gehäuseringen und -rippen verbunden. Man muß darauf achten, daß dabei keine Hohlraumresonanzen
auftreten. Zur Entdröhnung des Mantels 9 wird dieser zweckmäßig in an sich
bekannter Weise mit einem die Dämpfung vergrößernden Kunststoffbelag versehen.The jacket itself lying around the support frame should be completely flexible with regard to the critical exciting force wave order number and frequency, since it no longer has to fulfill any mechanical tasks. So that this jacket 9 is as inactive as possible from an acoustic point of view, it is, according to a further concept of the invention according to FIG. 3, connected to the housing rings and ribs via soft springs 10. Care must be taken that there are no cavity resonances. To deaden the jacket 9 , it is expediently provided in a manner known per se with a plastic covering which increases the damping.
Für den Fall, daß das Gehäuse wesentlich schwerer ist als das Ständerblechpaket,
sollen die Kopplungselemente eine möglichst kleine radiale Federsteife besitzen.In the event that the housing is significantly heavier than the stator core,
the coupling elements should have the smallest possible radial spring stiffness.