DE19801195A1 - Elektrische Asynchronmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Asynchronmaschine.

Derartige Maschinen werden z. B. als Drehstrom Normmotore für den universellen Einsatz seit langem in großen Stückzahlen hergestellt und haben bereits einen hohen Entwicklungstand erreicht. Durch erfindungsgemäße Maßnahmen sollen die Eigenschaften solcher Maschinen verbessert werden, besonders in Bezug auf höhere Wirtschaftlichkeit was durch eine bessere Anpassungsfähigkeit an die jeweilige Anwendung und durch Maßnahmen zur Verbesserung des Wirkungsgrades zu erreichen ist.

Konstruktiv sind neue Asynchronmaschinen gegenüber bewährten Normmotoren insbesonders durch die Anwendung einer gehäuselosen Blockbauweise verbessert worden. Dabei erfolgt eine direkte Kühlung der Ständerbleche durch vorzugsweise tangentiale Luftströmung. Die Kühlluft wird dazu durch zusätzlich angebrachte Leitbleche zu den Kühlrippen geführt. Diese Bauweise wird erfindungsgemäß durch die Integration winkelförmiger Leitbleche in den tragenden Rahmen des Ständers weiterentwickelt. Dazu wird anstelle der üblicherweise viereckigen äußeren Blechform eine achteckige Grundform der Bleche verwendet, so daß innerhalb des rechteckigen Querschnittes eines aus Winkelprofilen und Abschlußflanschen bestehenden tragenden Rahmens längs der Maschinenachse vier Luftkanäle entstehen, die Kühlluft vom Lüfterraum zu den Kühlrippen führen.

Um die Kühlluft innerhalb des Ständerquerschnittes am hinteren Lagerschild vorbei zu führen, werden die Leiter im Wickelkopf der Ständerwicklung an der Lüfterseite erfindungsgemäß nach innen abgebogen. Ein isolierender Stützring unter der Biegekante schützt dabei die Leiter vor Beschädigungen durch Austreten aus den Nuten der Ständerbleche.

Die Montage des Läufers ist von der Wellenseite problemlos möglich und die kürzeren Leiter ergeben eine kleine Einsparung von schädlichem Leiter als zusätzlichen Vorteil.

Diese Bauweise gestattet aufgrund des geringeren Platzbedarfes für den Kühlapparat eine höhere Leistungsdichte. Das kann z. B. bei einer Motorenbaureihe dazu genutzt werden, bei gleichen Einbaumaßen unterschiedlich große elektromagnetische Systeme darzustellen. Dem Anwender wird dadurch eine bessere Anpassung des Antriebes an seine Aufgabe ermöglicht. Dieser Spielraum kann je nach Anforderung entweder für die Verbesserung des Wirkungsgrades oder zur Einsparung von Gewicht und Bauvolumen verwendet werden.

Für den Motorhersteller bietet sich die Möglichkeit nur durch unterschiedliche Flanschabmessungen, Adapterteile und die einfache Variation der Wicklung eine große Vielfalt von Varianten mit wenigen Grundbauteilen darzustellen.

Eine weitere Maßnahme betrifft die Modifikation des Kurzschluß Läufers. Hierzu wird erfindungsgemäß eine übereinander liegende Anordnung von parallel wirkenden Leiterkäfigen aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit vorgeschlagen. Bei Kurzschlußläufern besteht bekanntermaßen das Problem, daß einerseits während des Nennbetriebs des Antriebs ein geringer Läuferwiderstand zu geringen Stromwärme Verlusten im Läufer führt, andererseits jedoch für den Anlauf ein hoher Widerstand zur Minderung des Anlaufstromes gewünscht wird. Diesen gegensätzlichen Forderungen kann dadurch entsprochen werden, daß ein Leiterkäfig aus gut leitendem Werkstoff im Grund der Läufernuten angeordnet wird, wo durch die starke Stromverdrängung während des Anlaufs der Widerstand erhöht wird, und darüber ein zweiter Käfig aus schlechter leitendem Material. Eine erfindungsgemäße Ausführung sieht die Verwendung von Formstäben aus Kupfer für die tief liegenden Leiter vor, die in der Nut zur mechanischen Fixierung verstemmt werden können und an den Enden durch Blechringe mit angeformten Näpfen kurzgeschlossen werden, indem die Leiter in die Näpfe gesteckt und mit ihnen durch Zusammenquetschen verbunden werden. Der darüberliegenden Leiterkäfig wird auf bekannte Weise durch Druckgießen aus Aluminium oder Zink hergestellt. Durch Anlegen eines Lot Depots in der Fügestelle des Innenkäfigs kann während des Gußvorganges zusätzlich ein Verlöten erfolgen.

Weitere erfindungsgemäße Vorschläge betreffen Detailverbesserungen. Im Klemmenkasten kann das Eindringen von Fremdkörpern durch einen flächigen Klemmenkörper vermieden werden, der den Durchbruch zwischen Motorinnenraum und Klemmenkasten abschließt. Wenn die Anschlußklemmen leitend durch den isolierenden Klemmkörper hindurch geführt sind, kann der Anschluß der Wicklung im motorseitigen Raum des Klemmenkastens erfolgen. Bei der Ausführung der als Bremsmotor wird die Anordnung der Reibscheibe und des Elektromagneten zwischen Lüfterrad und äußerem Abschluß der Maschine vorgeschlagen. Die Wärme aus Reibung und Magnetspule wird dadurch effektiver abgeführt und der modulare Anbau einer Bremse oder deren Nachrüstung wird vereinfacht.

Die Einstellung und Handbetätigung der Bremse sind besser zugänglich als bei üblicher Ausführung.

In dem zylindrischen Raum im Zentrum der Magnetspule kann bei Bedarf ein Fremdlüfters angeordnet werden.

Weiterhin wird für eine modulare Integration eines elektronischen Frequenzumrichters Umrichters dessen Montage in Verlängerung der Maschine hinter dem Lüfter und ggf. der Bremse vorgesehen. Zur Kühlung der elektronischen Bauteile ist deren Montage auf einem Ringförmigen Kühlkörper vorgesehen, der innerhalb des Ansaugkanals der Motorlüftung Kühlrippen aufweist.

Wenn die Möglichkeit einer höheren Betriebsfrequenz durch den Frequenzumformer genutzt wird, kann durch die beschriebene Anordnung ein Antrieb mit integriertem Frequenzumrichter hergestellt werden ohne den Bauraum eine einfachen Motors gleicher Leistung zu überschreiten, was für die Austauschbarkeit ein Vorteil ist.

Fig. 1 zeigt in Vereinfachter Darstellung eine Maschine im Längsschnitt. In der oberen Hälfte wird die unterschiedliche Ausführung der Wickelköpfe an Wellen und Lüfterseite gezeigt. Gezeigt und die Anordnung der übereinanderliegenden Leiterstäbe des Läufers dargestellt. An der Lüfterseite ist der Klemmkasten mit dem in der Trennfuge zwischen Lagerschild und Klemmenkasten angeordneten Klemmenkörper sichtbar, sowie die Anordnung einer elektromagnetisch gelüfteten Haltebremse im äußeren Gehäusedeckel, an dem sich auch eine Reibscheibe durch Druckfedern abstützt und gegen Verdrehen durch Blattfedern verbunden ist. In dem zylindrischen Freiraum der ringförmigen Magnetspule der Bremse ist ein Fremdlüfter angeordnet.

In der Verlängerung der Maschine hinter den Magnetspule der Bremse ist die Anordnung eines elektronischen Frequenzumformers innerhalb der Querschnittsfläche des Motors dargestellt.

Die elektronischen Bauteile sind rings um einen zentralen Kühlkörper plaziert, der den Ansaugkanal der Motorlüftung mit einer längs gerippten Oberfläche umschließt.

Im unteren Teil der Fig. 1 ist ein um 45° gedrehter Längsschnitt durch den Lüftungskanal dargestellt.

Fig. 2 zeigt quadrantenweise vier verschiedene Querschnitte durch die Maschine.

QI zeigt den Wickelkopf im Bereich des vorderen Lagerschildes und eine Ansicht des Kurzschlußleiters des Läufers der in diesem Teil als Lüfterrad ausgebildet ist.

QII zeigt den Ankerblechschnitt mit den versetzt angeordneten achteckigen Ständerblechen und dem unter dem Eckenwinkel entstehenden Lüftungskanal sowie die Lage von Längsschweißnähten zur Stabilisierung des Ständer-Blechpaketes. Der Querschnitt durch den Läufer zeigt die übereinander liegenden Leiterkäfige aus unterschiedlichen Werkstoffen.

QIII zeigt den Wickelkopf im lüfterseitigen Lagerschild, die Form des Klemmenkastens und der hinteren Flanschplatte mit der Öffnung zum Luftkanal 7.

QIV zeigt die über die Lüfterflügel mit der Lüfternabe verbundene Bremsscheibe.

Fig. 3 zeigt in Ausschnitten vom Läufer links die Verbindung der Kupferleiter mit den Kurzschlußring durch eine Quetschverbindung im Längsschnitt, rechts ist schematisch die Anordnung der Leiter in den Läufernuten im Querschnitt dargestellt. In die kleine Verbreiterung der Nut im oberen Teil des Kupferleiters kann der Leiter zur mechanischen Fixierung eingestemmt werden, die Verbreiterung darüber wird vom flüssig eingebrachten oberen Leiter ausgefüllt und dient der mechanischen Verankerung beider Leiterkäfige.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer Motorenbaureihe, bei der für jede Abmessungsvariante drei unterschiedlich große elektromagnetische Systeme möglich sind.

Claims (9)

1. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet daß:

• 1. der Ständer (1) einen vorzugsweise quadratischen Querschnitt aufweist in dessen Ecken (2) Winkel (3) aus Stahlblech angeordnet sind, die an den Enden mit Flanschplatten (4) verschweißt sind und deren Schenkel (5) mit den größeren Ankerblechen des Ständers verschweißt sind, so daß in Verbindung mit einer im wesentlichen achteckigen Form der Ankerbleche (6) in den Ecken innerhalb der Winkel 4 Luftkanäle (7) in Achsrichtung der Maschine entstehen und an den Seitenflächen zur Mitte gerichtet zwischen den Ankerblechen Kühlkanäle (8) gebildet werden,
  weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkopf (9) der Ständerwicklung an der Lüfterseite über einen isolierenden Stützring (10) nach innen zur Maschinenachse gebogen sind und der lüfterseitige Lagerdeckel (11) innerhalb des Rechteck Querschnittes Kanäle (12) aufweist, die Luft vom Lüfterrad (13) zu den Luftkanälen (7) unterhalb der Blechwinkel (3) leiten;
• 2. die Winkel allseitig Bohrungen (14) oder Gewindebohrungen aufweisen die zur Befestigung der Maschine oder zum Verbinden mit Befestigungsmitteln (15) dienen.

2. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet, daß eine Baureihe der beschriebenen elektrischen Maschinen in ihrer Baugröße derart aufeinander abgestimmt sind, daß jede Maschine der Baureihe in drei Längen (L) hergestellt wird und durch unterschiedlich hohe austauschbare Füße (15) drei Achshöhen (H) erzielt werden, so daß für jede Baugröße die Auswahl zwischen drei verschiedenen Maschinen mit gleichen Anschlußmaßen besteht, deren mechanische Grundelemente sich lediglich durch unterschiedliche Wellenenden und Anschlußflansche voneinander unterscheiden und die durch unterschiedliche Wicklungen die gewünschten elektromagnetischen Eigenschaften erhalten.

3. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ankernuten (20) des Läufers parallel wirkende Leiterkäfige (21), (22) aus Werkstoffen mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit übereinander angeordnet sind, wobei der Leiterkäfig (21) aus dem besser leitenden Material, z. B. Kupfer, tiefer in der Nut liegt und für den äußeren Käfig (22) schlechter leitendes Material, z. B. Aluminium oder Zink, verwendet wird.

4. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Leiterkäfig (21) aus abgelängten Formstäben (23) aus Kupfer besteht, die an ihren Enden durch Blechringe (24) aus Leitermaterial verbunden sind, indem die Leiter in ausgestülpte Ausschnitte oder Näpfe (25) der Blechringe eingesetzt sind und durch Zusammenquetschen mit ihnen verbunden werden, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in der Fügezone ein Depot von Lot und Flußmittel vorhanden ist, so daß bei einem anschließenden Einbringen des äußeren Leiterkäfigs aus Aluminium oder Zink im Druckgußverfahren eine Lötverbindung des inneren Leiterkäfigs hergestellt wird.

5. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet, daß der lüfterseitige Lagerflansch mit einem Klemmenkasten (30) eine bauliche Einheit bildet.

6. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger Klemmenkörper (31) innerhalb des Klemmenkastens angeordnet ist, der den Durchbruch (32) zum Wicklungsraum (33) vollständig abschließt und durch den dazu die Anschlußklemmen (34) durch den Isolator hindurchgeführt sind und die wicklungsseitigen Anschlüsse (35) auf der inneren Seite hergestellt sind und die bauseitigen Anschlüsse (35) außen angeordnet sind.

7. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausführung als Bremsmotor eine außen liegende Bremsscheibe (40) über die Leitschaufeln des Lüfterrades (41) mit dessen Nabe (42) verbunden ist und eine gegen Federkraft axial bewegliche und gegen Verdrehung durch Blattfedern (43) an dem Lagerdeckel gesicherte Reibscheibe (44) zwischen der Bremsscheibe und einem ringförmigen Elektromagneten (45) angeordnet ist, der sich am Ende der Maschine befindet.

8. .Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fremdlüfter (50) innerhalb des zylindrischen Freiraumes des ringförmigen Elektromagneten der Bremse angeordnet ist.

9. Elektrische Asynchronmaschine mit gehäuselosem Ständer aus stapelweise im Wechsel geschichteten Ankerblechen unterschiedlicher Außenkontur und einem Kurzschlußläufer, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Frequenzumformer in Verlängerung der Maschine hinter dem Lüfterraum und ggf. der Bremse angeordnet ist und einen ringförmigen Kühlkörper (51) mit nach innen weisenden Kühlrippen aufweist, der den Ansaugkanal der Motorlüftung umschließt.