DE3308006C2

DE3308006C2 - Rotierende Elektromaschine mit Luftspaltwicklung

Info

Publication number: DE3308006C2
Application number: DE3308006A
Authority: DE
Inventors: Toshiki Kobe Hyogo Hirao; Tatsuei Itami Hyogo Nomura; Kouichi Okamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-03-08
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1987-01-02
Also published as: GB8306297D0; US4475052A; DE3308006A1; GB2116375B; GB2116375A

Abstract

Es wird eine rotierende Elektromaschine mit Luftspaltwicklungen angegeben, bei der die Statorspulen (4) zwischen einer statorseitigen magnetischen Abschirmung (11) und einem dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinder (3) angeordnet sind, der den Rotor (10) umgibt. Die Statorspulen (4) sind an einer seitlichen Bewegung durch elektrisch isolierende Teile (7, 12) gehindert, die zwischen benachbarte Sätze von Statorspulen (4) eingesetzt sind. Bei bisherigen rotierenden Elektromaschinen dieser Art passen diese isolierenden Teile in Schlitze in der magnetischen Abschirmung, so daß ihr Einbau schwierig ist und sie sich häufig lockern, was zu einer Lockerung und möglichen Beschädigung der Statorspulen (4) führt. Gemäß der Erfindung hat die magnetische Abschirmung (11) nach innen vorstehende Vorsprünge (11a) anstelle von Schlitzen, und die isolierenden Teile (12) sind unter Verwendung von konischen Keilen (13a, 13b) befestigt, mit dem Ergebnis, daß der Einbau der isolierenden Teile (12) einfach ist und eine geringere Möglichkeit ihrer Lockerung als bei bisherigen Maschinen dieser Art besteht. Dies führt zu einem weitaus zuverlässigeren Einbau der Statorspulen (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende Elektromaschine mit Luftspaltwicklung, mit einem Ständerblechpaket, mit einem dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinder, der zwischen dem Rotor und dem Ständerblechpaket angeordnet ist, mit einer Vielzahl von Stäben von Statorspulen, die um den Außenumfang des isolierenden Zylinders angeordnet sind, und mit elektrisch isolierenden Teilen, die zwischen benachbarten Stäben von Statorspulen eingepaßt sind.
Eine Elektromaschine mit einem derartigen Aufbau ist aus der DE-OS 30 03 483 bekannt. Zwischen zwei benachbarten Lagen von Stäben von Statorspulen sind dabei Distanzkeile vorgesehen, die, in axialer Richtung gesehen, abwechselnd mit den Stäben von Statorspulen kammförmig gezahnt ausgebildet sind. Dabei verbreitern sich die Kammzähne in radialer Richtung und ragen nach außen über die Stäbe von Statorspulen hinaus. In die entsprechenden Lücken zwischen benachbarten Kammzähnen sind dort in Umfangsrichtung verlaufende Bandagen eingewickelt. Die radial nach außen vorstehenden Kammzähne werden an ihren verbreiterten Bereichen von schwalbenschwanzförmigen Nuten formschlüssig aufgenommen, die in einem radial außen liegenden Hohlzylinder eingearbeitet sind. Der Hohlzylinder selbst ist seinerseits im Ständerblechpaket mit einer Paßfeder gesichert.
Bei der Elektromaschine gemäß der DE-OS 30 03 483 ist es somit zwar möglich, für eine Fixierung der Luftspaltwicklung gegenüber Kräften in tangentialer Richtung zu sorgen, jedoch ist zu diesem Zweck eine aufwendige Anordnung erforderlich. Die schwalbenschwanzförmigen Nuten im Hohlzylinder müssen nämlich exakt an die vorstehenden Kammzähne angepaßt sein. Es ist dabei nicht möglich, irgendwelche Toleranzen mit den Distanzkeilen auszugleichen. Soweit ersichtlich, besteht auch keine Möglichkeit, die Anordnung der Teile nachzustellen, wenn diese sich im Laufe der Zeit durch die Belastungen im Betrieb gelockert haben sollten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektromaschine der eingangs genannten Art anzugeben, bei der sich die Statorspulen fest und zuverlässig für dauerhaften Betrieb anordnen und fixieren lassen, ohne daß dazu eine komplizierte Anordnung erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Elektromaschine der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß Keile im Bereich zwischen den Stäben der Statorspulen und dem Ständerblechpaket angeordnet sind, daß das Ständerblechpaket radial nach innen vorstehende Vorsprünge aufweist, daß elektrisch isolierende Teile radial nach außen vorstehende Vorsprünge aufweisen, die in einen Zwischenraum zwischen den nach innen vorstehenden Vorsprüngen des Ständerblechpaketes und einem Paar von Keilen ragen, und daß zwischen die Vorsprünge weitere Paare von Keilen eingesetzt sind.
Das angestrebte Ziel wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung in zufriedenstellender Weise erreicht. Die Keile lassen sich dabei paarweise gegeneinander setzen, so daß sie eine zuverlässige Verkeilung der Anordnung bewirken. Einerseits läßt sich dadurch etwaiges Spiel ausgleichen, andererseits sind mit derartigen Keilen erwünschte Nachstellmöglichkeiten gegeben.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Maschine ist vorgesehen, daß die zweiten elektrisch isolierenden Teile aus Epoxidharz-Glasfasergewebe bestehen.
Zweckmäßigerweise weist jedes Paar von Keilen einen ersten Keil und einen zweiten Keil gleicher Gestalt auf.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Keile aus Epoxidharz-Glasfasergewebeschichtstoff bestehen.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Maschine ist vorgesehen, daß eine Schutzlage vorgesehen ist, die auf jeden der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge auf der einem der ersten Keile gegenüberliegenden Seite aufgebracht ist. Die Schutzlage besteht zweckmäßigerweise aus Epoxidharz-Glasfasergewebelaminat.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Maschine sind Lagerfutter zwischen der Schutzlage und dem ersten Keil und/oder zwischen dem ersten Keil und dem zweiten Keil angebracht. Die Lagerfutter bestehen zweckmäßigerweise aus einem Fluorkunststoff.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 ein Längsschnittprofil einer ersten Ausführungsform der rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 1 längs der Linie IV-IV;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Bereiches der Anordnung gemäß Fig. 2 zur näheren Erläuterung der Keile;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Keile, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 verwendet werden;
Fig. 5 einen der Fig. 3 ähnlichen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen rotierenden Elektromaschine, wobei eine Schutzlage auf die Seite eines radial nach innen vorstehenden Vorsprunges aufgebracht ist; und in
Fig. 6 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Elektromaschine gemäß der Erfindung, wobei ein Lagerfutter verwendet ist.
Im folgenden wird eine erste Ausführungsform der rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Ständerblechpaket aus einer großen Anzahl von Blechen, z. B. aus Siliziumstahl, die in geschichteter Anordnung einen Hohlzylinder bilden, der im Inneren eines nicht dargestellten Statorrahmens angeordnet ist. Die beiden Enden des Ständerblechpaketes 11 sind mit Stirnplatten 2 festgehalten. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinder, der koaxial um einen Rotor 10 angeordnet, jedoch in geeignetem Abstand von diesem vorgesehen ist. Der elektrisch isolierende Zylinder 3 besteht aus einem Material mit hoher Festigkeit, mit hoher Wärmewiderstandsfähigkeit und mit guten elektrischen Isoliereigenschaften, beispielsweise aus Epoxidharz-Fiberglas oder Epoxidharz-Glasfasergewebe.
Mit dem Bezugszeichen 4 sind Sätze bzw. Stäbe von Statorspulen bezeichnet, die um den Außenumfang des elektrisch isolierenden Zylinders 3 angeordnet sind, wobei jeder Satz von Statorspulen 4 eine obere Gruppe 4 a und eine untere Gruppe 4 b aufweist, die durch eine axial verlaufende, elektrisch isolierende Platte 6 voneinander getrennt sind. Zwischen benachbarten Gruppen von Statorspulen 4 sind erste und zweite elektrisch isolierende Teile 7 bzw. 12 angeordnet. Diese ersten und zweiten elektrisch isolierenden Teile 7 und 12 bestehen aus einen geeigneten Material, wie z. B. Epoxidharz-Glasfasergewebe. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet äußere, elektrisch isolierende Platten, die um den Außenumfang der Statorspulen 4 angeordnet und parallel zur Achse des Ständerblechpaketes 11 ausgefluchtet sind.
Zwischen der inneren Zylinderfläche des Ständerblechpaketes 11 und den äußeren elektrisch isolierenden Platten 5 sind Paare von Keilen 9 vorgesehen, die von beiden axialen Enden des Ständerblechpaketes 11 eingesetzt sind und mit einem Holz- oder Gummihammer in eine Position hineingetrieben sind, bis die Statorspulen 4 fest und sicher durch den Druck befestigt sind, der sie gegen den elektrisch isolierenden Zylinder 3drückt. Die Keile 9 bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material hoher Festigkeit, z. B. einem Epoxidharz- Glasfasergewebelaminat.
An der inneren Zylinderoberfläche des Ständerblechpaketes 11 sind an einer Vielzahl von Stellen radial nach innen vorstehende Vorsprünge 11 a ausgebildet, die sich über die gesamte axiale Länge des Ständerblechpaketes 11 erstrecken. Während sich die ersten elektrisch isolierenden Teile 7 in radialer Richtung von dem elektrisch isolierenden Zylinder 3 bis zu den äußeren, elektrisch isolierenden Platten 5 erstrecken, haben die zweiten elekrisch isolierenden Teile 12 eine größere radiale Erstreckung und sind jeweils mit einem radial nach außen vorstehenden Vorsprung 12 a ausgebildet. Diese radial nach außen vorstehenden Vorsprünge 12 a erstrecken sich über die gesamte Länge des jeweiligen zweiten, elektrisch isolierenden Teiles 12 und passen in den Zwischenraum zwischen einem der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a und dem nächstgelegenen Paar von Keilen 9.
Wie in Fig. 3 dargestellt, stehen die radial nach außen vorstehenden Vorsprünge 12 a nicht in direktem Kontakt mit den radial nach innen vorstehenden Vorsprüngen 11 a, vielmehr sind diese durch einen kleinen Zwischenraum voneinander getrennt. In jeden derartigen Zwischenraum ist ein Paar von Keilen 13 eingsetzt, die eine Länge besitzen, welche im wesentlichen gleich der Länge des Ständerblechpaketes 11 ist. Jedes Paar von Keilen 13 besteht aus einem ersten Keil 13 a, in Kontakt mit dem radial nach innen vorstehenden Vorsprung 11 a, und einem zweiten Keil 13 b, in Kontakt mit den Keilen 9, von ähnlicher oder gleicher Gestalt. Wenn ihre Oberflächen zusammengesetzt sind, bilden sie ein rechteckiges Prisma, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Die Keile 13 a, 13 b bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material hoher Festigkeit, wie z. B. einem Epoxidharz-Glasfasergewebelaminat. Ihre Dicke ist so gewählt, daß im eingesetzten Zustand im wesentlichen keine Spalten auf den Seiten der radial nach außen vorstehenden Vorsprünge 12 a übrig bleiben, so daß letzterer fest und sicher zwischen einem radial nach innen weisenden Vorsprung 11 a und den nächst gelegenen Keilen 9 befestigt ist.
Der Zusammenbau der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 geschieht folgendermaßen: Es werden Sätze von Statorspulen 4 um den Außenumfang des dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinders 3 angeordnet. Dabei wird in jeden Satz von Statorspulen 4 eine isolierende Platte 6 eingesetzt, um die Statorspulen 4 in eine obere Gruppe 4 a und eine untere Gruppe 4 b zu unterteilen. Zwischen benachbarten Sätzen von Statorspulen 4 werden erste elektrisch isolierende Teile 7 und zweite elektrisch isolierende Teile 12 eingesetzt. Um den Außenumfang der Statorspulen 4 werden die äußeren, elektrisch isolierenden Platten 5 gelegt, um im wesentlichen sowohl die Statorspulen 4 als auch die ersten elektrisch isolierenden Teile 7 abzudecken.
Die soweit zusammengesetzte Einheit wird dann in das zylinderförmige Zentrum des Ständerblechpaketes 11 eingesetzt, so daß ein kleiner Zwischenraum zwischen den Seiten der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a und den radial nach außen vorstehenden Vorsprüngen 12 a gelassen wird. Unter Verwendung eines Holz- oder Gummihammers werden die Keile 9 in den Zwischenraum zwischen dem Ständerblechpaket 11 und den äußeren, elektrisch isolierenden Platten 5 hineingetrieben, um die Statorspulen 4 fest gegen den dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinder 3 zu drücken. Zuletzt werden die Paare von Keilen 13 in die Zwischenräume zwischen die radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a und die radial nach außen vorstehenden Vorsprünge 12 a unter Verwendung eines Holz- oder Gummihammers eingetrieben.
Auf diese Weise können irgendwelche Spalten auf beiden Seiten der radial nach außen vorstehenden Vorsprünge 12 a leicht ausgeglichen werden, so daß ein dichter, enger Sitz gewährleistet ist. Da die Keile 12 jegliche Spalten auf der Seite der radial nach außen vorstehenden Vorsprünge 12 a ausfüllen, können die Vorsprünge mit weniger genauen Toleranzen hergestellt werden. Während des Betriebes der rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung werden seitliche Kräfte oder Querkräfte W 1 und W 2 auf jedes der zweiten elektrisch isolierenden Teile 12 durch die obere Gruppe 4 a und die untere Gruppe 4 b von Statorspulen ausgeübt, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird dem resultierenden Drehmoment an einem Punkt C am radial nach innen vorstehenden Vorsprung 11 a entgegengewirkt, der keinen allzu großen Abstand von den angreifenden Querkräften W 1 und W 2 hat, wobei die Momentarme in Fig. 2 mit L 3 und L 4 bezeichnet sind. Das resultierende Drehmoment W 1 · L 3 + W 2 · L 4 ist damit vergleichsweise klein, was die Wahrscheinlichkeit der Lockerung des zweiten, elektrisch isolierenden Teiles 12 entsprechend reduziert.
Die Oberfläche des Ständerblechpaketes 11 und seiner radial nach innen weisenden Vorsprünge 11 a ist häufig ungleichmäßig aufgrund der Tatsache, daß das Ständerblechpaket 11 ein Schichtkörper aus einer großen Anzahl von Blechen ist, deren Endflächen nicht vollständig bündig liegen. Ein Blech kann dabei gegenüber einer bündigen Anordnung zum benachbarten Blech um bis zu 0,3 mm variieren. Dies ruft einen hohen Reibungskoeffizienten zwischen den Seiten der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a und den ersten Keilen 13 a hervor, mit denen sie in Kontakt stehen. Dadurch kann eine große Kraft erforderlich sein, um die ersten Keile 13 a einzusetzen, was möglicherweise zu einer Beschädigung ihrer äußeren Enden führt, wenn sie mit einem Hammer in ihre Position getrieben werden.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Elektromaschine, bei der dieses Problem dadurch überwunden wird, daß eine dünne Schutzplatte oder Schutzlage 14 auf jeden der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a aufgebracht wird, und zwar auf der einem der ersten Keile 13 a gegenüberliegenden Seite. Die Schutzlage 14 besteht aus starkem, elektrisch isolierenden Material, wie z. B. Epoxidharz-Glasfasergewebelaminat. Durch Überziehen der groben Oberfläche der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a und Herstellen einer glatten Oberfläche, mit der die ersten Keile 13 a in Kontakt stehen, wird die zum Einsetzen der Keile 13 erforderliche Kraft stark reduziert. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß der Isolierlack, mit dem die Oberfläche des Ständerblechpaketes 11 und die radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a überzogen sind, vor Beschädigungen geschützt wird, die sonst aus dem direkten Kontakt mit den ersten Keilen 13 a resultieren können.
Wenn die axiale Länge einer rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung zunimmt, nehmen die erforderlichen Kräfte zum Einsetzen der Keile 13 entsprechend zu. Bei einer großen Maschine kann es wünschenswert sein, den Reibungskoeffizienten zwischen den Keilen 13 und den Oberflächen, mit denen sie in Kontakt stehen, durch die Verwendung einer Lagerauskleidung oder eines Lagerfutters niedriger Reibung weiter zu reduzieren.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform einer derartigen rotierenden Elektromaschine mit Luftspaltwicklung, bei der eine Lagerauskleidung oder ein Lagerfutter 15 zwischen der Schutzlage 14 und dem ersten Keil 13 a sowie zwischen dem ersten Keil 13 a und dem zweiten Keil 13 b aufgebracht ist. Das Lagerfutter 15 besteht aus einem Fluorkunststoff niedriger Reibung, z. B. Polytetrofluorethylen, das unter der Bezeichnung Teflon im Handel erhältlich ist. Das Lagerfutter 15 reduziert den Reibungskoeffizienten zwischen den Kontaktflächen auf einen sehr niedrigen Wert von etwa 0,05, so daß es auch bei einer großen Elektromaschine möglich ist, die Keile 13 in ihre Position zu treiben, ohne die Endfläche des ersten Keiles 13a zu beschädigen.
Das Lagerfutter kann entweder auf die Schutzlage 14 oder den ersten Keil 13 a oder auf beide sowie zwischen den ersten Keil 13 a und den zweiten Keil 13 b, auf einen von ihnen oder auf beide Keile 13 aufgebracht werden. Fig. 6 zeigt den Fall, wo zwei Lagen oder Platten des Lagerfutters 15 an jedem Ort aufgebracht sind, jedoch kann die Anzahl in der gewünschten Weise variiert werden. Außerdem können in dem Falle, wo die Oberflächen der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge 11 a relativ glatt sind, die Schutzlage 14 und das Lagerfutter 15 gegebenenfalls weggelassen werden.
Bei den drei oben beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich jedes Paar von Keilen 13 im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Ständerblechpaketes 11. Anstatt jedoch ein einziges langes Paar von Keilen an jedem Ort zu verwenden, können auch mehr als ein Paar von kürzeren Keilen an jedem Ort eingesetzt werden, so daß die Gesamtlänge von sämtlichen Paaren von Keilen, die an einem vorgegebenen Ort eingesetzt werden, im wesentlichen gleich der axialen Länge des Ständerblechpaketes 11 ist.
Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Anzahl von ersten, elektrisch isolierenden Teilen 7 gleich der Anzahl von zweiten, elektrisch isolierenden Teilen 12 ist, kann die jeweilige Anzahl auch variiert werden. Wenn außerdem bei den beschriebenen Ausführungsformen die Mittel zum Anpressen der Statorspulen 4 gegen den dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinder 3 Keile 9 aufweisen, so können dazu auch andere geeignete Mittel eingesetzt werden, um den gleichen Zweck zu erreichen.

Claims

1. Rotierende Elektromaschine mit Luftspaltwicklung, mit einem Ständerblechpaket (11),
mit einem dünnwandigen, elektrisch isolierenden Zylinder (3), der zwischen dem Rotor (10) und dem Ständerblechpaket (11) angeordnet ist,
mit einer Vielzahl von Stäben von Statorspulen (4), die um den Außenumfang des isolierenden Zylinders (3) angeordnet sind,
und mit elektrisch isolierenden Teilen (7, 12), die zwischen benachbarten Stäben von Statorspulen (4) eingepaßt sind, dadurch gekenzeichnet,
daß Keile ( 9) im Bereich zwischen den Stäben der Statorspulen (4) und dem Ständerblechpaket (11) angeordnet sind, daß das Ständerblechpaket (11) radial nach innen vorstehende Vorsprünge (11 a) aufweist,
daß elektrisch isolierende Teile (12) radial nach außen vorstehende Vorsprünge (12 a) aufweisen, die in einen Zwischenraum zwischen den nach innen vorstehenden Vorsprüngen (11 a) des Ständerblechpaketes (11) und einem Paar von Keilen (9) ragen,
und daß zwischen die Vorsprünge (11 a, 12 a) weitere Paare von Keilen (13, 13 a, 13 b) eingesetzt sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten elektrisch isolierenden Teile (12) aus Epoxidharz-Glsfasergewebe bestehen.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von Keilen (13) einen ersten Keil (13 a) und einen zweiten Keil (13 b) gleicher Gestalt aufweist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (13, 13 a, 13 b) aus Epoxidharz-Glasfasergewebeschichtstoff bestehen.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzlage (14) vorgesehen ist, die auf jeden der radial nach innen vorstehenden Vorsprünge (11 a) auf der einem der ersten Keile (13 a) gegenüberliegenden Seite aufgebracht ist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzlage (14) aus Epoxidharz-Glasfasergewebelaminat besteht.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerfutter (15) zwischen der Schutzlage (14) und dem ersten Keil (13 a) und/oder zwischen dem ersten Keil (13 a) und dem zweiten Keil (13 b) angebracht sind.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerfutter (15) aus einem Fluorkunststoff bestehen.