DE3510489A1

DE3510489A1 - Laeufer fuer synchrongeneratoren

Info

Publication number: DE3510489A1
Application number: DE19853510489
Authority: DE
Inventors: Masayuki Shizuka; Shigeki Katsuta Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1985-10-10
Also published as: US4618793A; DE8508651U1; KR850006906A; JPS60200745A; JPH0519383B2; KR900000406B1

Description

HITACHI, LTD.

6, Kanda Surugadai 4-chome,

Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Läufer für Synchrongeneratoren

Die Erfindung betrifft einen Läufer für Synchrongeneratoren, insbesondere zur Verwendung in an Fahrzeugen eingesetzten Synchrongeneratoren.

Ein typischer Synchrongenerator-Läufer zur Verwendung an Fahrzeugen (US-PS 3 253 167) umfaßt eine umlaufende Magnetpolvorrichtung aus zwei Klauenmagnetpolsegmenten, in der Magnetpolvorrichtung angeordnete Feldspulen, eine die Mitte der umlaufenden Magnetpolvorrichtung durchsetzende und in Lagern gestützte Läuferwelle, zwei an einem Ende der Läuferwelle angeordnete Schleifringe, zwischen denen ein Isolator angeordnet ist, und an beiden axialen Endflächen der umlaufenden Magnetpolvorrichtung befestigte Kühlgebläse. Die bekannten Synchrongenerator-Läufer weisen somit die gemeinsamen Merkmale auf, daß Kühlgebläse an beiden Endflächen der umlaufenden Magnetpolvorrichtung befestigt sind und daß die Schleifringe, die den Feldspulen elektrischen Strom zuführen, an einem Ende der Läuferwelle befestigt sind. Bei dieser Anordnung werden ein hoher Kühlwirkungsgrad sowie eine hohe Ausgangsleistung erzielt, und zwar aufgrund der in den Läufer eingebauten Kühlgebläse. Da jedoch die Schleifringe üblicherweise getrennt von der Läuferwelle hergestellt und dann auf dieser montiert

werden, ist die Kraft, mit der die Schleifringe festgelegt werden, unvermeidlich gering, und es besteht die Tendenz, daß der Durchmesser in nachteiliger Weise größer wird.

In einigen Fällen sind die Läuferwelle und die Schleifringe durch Preßformen mit einem Isolierstoff vereinigt. Dabei ergeben sich aber die folgenden Nachteile, weil die Teile richtig in die Form eingelegt werden müssen:

1) Die Form wird sehr groß.

2) Zum Vorwärmen der Läuferwelle wird viel Zeit benötigt.

3) Die in Lager einzusetzenden Teile der Läuferwelle müssen nach dem Preßformen mechanisch endbearbeitet werden.

Da der die Schleifringe tragende Abschnitt durch einen durchmesserkleineren Teil der Läuferwelle gebildet ist, ist ferner zu beachten, daß die Gefahr einer Verformung dieses Teils durch den Schnittwiderstand bei der Endbearbeitung der Außenfläche der umlaufenden Magnetpolvorrichtung besteht.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung eines verbesserten Läufers für Synchrongeneratoren, der ein leichtes Formen des die Schleifringe tragenden Teils der Läuferwelle und leichtes Bearbeiten der Außenfläche der umlaufenden Magnetpolvorrichtung erlaubt, wodurch die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Dabei soll der Läufer für Synchrongeneratoren ferner einen verbesserten, staubdichten Aufbau für das an die Schleifringe angrenzende Lager haben.

Ein Läufer nach der Erfindung für Synchrongeneratoren ist gekennzeichnet durch eine Läuferwelle, die einstückig in der Mitte einer umlaufenden Magnetpolvorrichtung mit einer darauf gewickelten Feldspule ausgebildet ist, durch eine in einem Mittenabschnitt einer Endfläche der Läuferwelle ausgebildete Axialbohrung, die sich in das Innere der Läuferwelle erstreckt

und zur Aufnahme einer Schleifringtragwelle dient, und durch eine Schleifringeinheit mit zwei Schleifringen, von den Schleifringen ausgehenden elektrischen Leitern und der Schleifringtragwelle, wobei die Schleifringe, die elektrischen Leiter und die Schleifringtragwelle durch Preßformen mit einem Isolierstoff zu einem Körper geformt sind und die Schleifringeinheit an der Läuferwelle durch Preflfügen der Schleifringtragwelle in die Axialbohrung der Läuferwelle festgelegt ist.

Mit dieser Ausbildung werden die Bildung der Schleifringe auf der Läuferwelle sowie die Bearbeitung der Außenfläche der umlaufenden Magnetpolvorrichtung vereinfacht.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform des Läufers einer Synchronmaschine gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Perspektivansicht einer Schleifringeinheit und eines Deckrings dieser Ausführungsform;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Schleifring-Tragwelle gemäß der Ausführungsform;

Fig. 4 eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform, wobei insbesondere eine Schleifringeinheit und ein Deckring dafür gezeigt sind; und

Fig. 5 eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer Schleifringeinheit mit Deckring für eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1-3 dargestellt.

Gemäß Fig. 1 springt das Schleifringen benachbarte Ende einer

Läuferwelle 1 nur geringfügig über die Außenfläche eines Lagers 8 vor.

Das genannte Ende der Läuferwelle 1 weist eine Axialbohrung 3 auf, die in ihrem Mittenabschnitt gebildet ist und davon nach axial innen bzw. nach links in Fig. 1 verläuft und zur Aufnahme einer Schleifringtragwelle 2 bestimmt ist. Zwei Nuten 5,6 zur Aufnahme von Überbrückungsschenkeln einer Schleifringeinheit sind in der Außenumfangsfläche desselben Läuferendes, in dem die Axialbohrung 3 ausgebildet ist, in einem umfangsmäßigen Abstand von 180 ausgebildet.

Die Bohrung 3 nimmt die Tragwelle 2 der Schleifringeinheit 4 auf. Ein Deckring 9 ist zwischen der Endfläche einer umlaufenden Magnetpoleinheit angrenzend an die Schleifringeinheit 4 und dem benachbarten Ende des Lagers 8 vorgesehen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind die Schleifringeinheit 4 und der Deckring 9 einstückig miteinander ausgebildet.

Die Schleifringeinheit 4 umfaßt die Schleifringtragwelle 2, die in der Axialbohrung 3 aufnehmbar ist, Schleifringe 10, 11 und elektrische Leiter 12, 13. Diese Komponenten sind zu einem Körper vereinigt durch Preßformen mit einem Isolierstoff 14 aus Kunstharz. Wie Fig. 3 zeigt, sind im Außenumfang der Schleifringtragwelle 2 mehrere Rippen 15 gebildet. Die Schleifringe und 11 sind auf einer Hälfte der Schleifringtragwelle 2 mit dazwischen befindlichem Isolierstoff 14 befestigt. Die elektrischen Leiter 12, 13 sind mit ihren einen Enden an die jeweiligen Schleifringe 10, 11 angeschlossen und in den Deckring 9 geführt. Der vom Schleifring 11 kommende elektrische Leiter 12 ist mit einer rohrförmigen Isolierung 16 umhüllt, so daß er den Schleifring 10 nicht kontaktiert. Die Schleifringeinheit 4 ist an der Läuferwelle 1 durch Fügen befestigt, wobei der auf den Isolator 14 folgende, vorspringende Teil der Schleifringtragwelle 2 im Preßsitz in die im Ende der Läuferwelle 1 ausgebildete Axialbohrung eingesetzt wird.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist der Deckring 9 einstückig ausgebildet und umfaßt die elektrischen Leiter 12, 13, die Überbrückungsschenkel 17, 18, die in den Nuten 5, 6 aufnehmbar sind, eine einen Lagerkasten 20 im Mittenabschnitt eines Synchrongeneratorgehäuses 19 umgebende zylindrische Nabe 21, wobei ein schmaler ringförmiger Spalt verbleibt, eine Scheibe 22 und Laschen 25, 26, die axiale Vorsprünge 23, 24 aufweisen. Diese Bestandteile sind mit dem Isolator 14 zu einem Körper geformt. Die Überbrückungsschenkel 17, 18 sind an ihren einen Enden mit der Schleifringeinheit 4 und an ihren anderen Enden mit der Scheibe 22 verbunden. Die elektrischen Leiter sind durch die Überbrückungsschenkel 17, 18 und die Scheibe 22 geführt und werden an den Laschen 25, 26 nach außen geführt. Der Deckring ist auf der Läuferwelle 1 dadurch befestigt, daß seine Überbrückungsschenkel 17, 18 in den Nuten 5, 6 des Endes der Läuferwelle 1 aufgenommen sind, wobei die Nabe 21 den Lagerkasten 20 des Synchrongeneratorgehäuses 19 umgibt.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind die Schleifringe 10, 11 über die elektrischen Leiter 12, 13 und Zuleitungen 27 und 28 an eine Feldspule 29 angeschlossen. D. h., die von den Schleifringen kommenden elektrischen Leiter 12, 13 sind durch die Schleifringeinheit 4, die Überbrückungsschenkel 17, 18 und das Innere oder Äußere der Scheibe 22 geführt und an die Zuleitungen 27 bzw. 28 angeschlossen. Die Zuleitungen 27, 28 sind zwischen den Vorsprüngen 23, 24 an den Laschen 25, 26 und der Außenumfangsfläche der Nabe 22 festgeklemmt und dann zur Feldspule 29 geführt.

Der Synchrongenerator-Läufer gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird wie folgt zusammengebaut.

Zuerst wird die Läuferwelle 1 in eine Bohrung der umlaufenden Magnetpoleinheit 7 eingetrieben und darin festgelegt. Nach Durchführung einer Isolierbehandlung der Feldspule 29 wird die

Außenumfangsflache der umlaufenden Magnetpoleinheit 7 maschinell bearbeitet, wobei die Axialbohrung 3 in der Läuferwelle 1 als Bezugspunkt genutzt wird.

Bei dem Läufer gemäß der erläuterten Ausführungsform weist die LÄuferwelle keinen durchmesserkleineren Abschnitt auf, in den die Schleifringeinheit im Preßsitz eingesetzt wird, wie das bei einer Läuferwelle nach dem Stand der Technik der Fall ist. Daher kann die maschinelle Bearbeitung der Außenumfangsflache der Einheit 7 mit hoher Präzision und hohem wirkungsgrad ohne jegliche durch den Schnittwiderstand bedingte Verformung der Läuferwelle 1 durchgeführt werden.

Anschließend wird die Schleifringeinheit 4 fest auf einem Ende der Läuferwelle 1 angeordnet. Dies erfolgt durch Preßfügen des vorspringenden Endes der Schleifringtragwelle 2 in die in der Läuferwelle 1 ausgebildete Axialbohrung 3.

Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Ende der Schleifringtragwelle 2, das im Preßsitz in die Axialbohrung 3 einzusetzen ist, eine Mehrzahl Rippen 15 auf. Infolgedessen wird die Umfangswandung der Axialbohrung 3 örtlich an Stellen um die Rippen 15 plastisch verformt unter Herstellung einer mechanisch festen Verbindung zwischen der Läuferwelle 1 und der Schleifringeinheit 4. Bei diesem Aufbau kann die Schleifringeinheit 4 mit der Läuferwelle 1 mit hoher Präzision sicher zusammengefügt werden.

Dann wird die Schleifringeinheit 4 weiter eingetrieben, so daß die Überbrückungsschenkel 17, 18 des Deckrings 9 fest in den Nuten 5, 6 im Endabschnitt der Läuferwelle 1 aufgenommen werden. Dann wird das Lager 8 auf das Ende der Läuferwelle 1 aufgesetzt, und das Synchrongenerator-Gehäuse 19 wird so befestigt, daß der Lagerkasten 20 das Lager 8 umschließt. Inzwischen wird ein weiteres Lager (nicht gezeigt) auf das andere Ende der Läuferwelle 1 aufgesetzt, und ein Synchrongenerator-Gehäuse wird so befestigt, daß sein Lagerkasten (nicht gezeigt)

dieses Lager umschließt. In diesem Zustand umgibt die Nabe 21 des Deckrings 9 den Lagerkasten 20, so daß in wirksamer Weise ein Eindringen von Staub und Fremdstoffen in das Lager 8 verhindert wird.

Anschließend werden die Zuleitungen 27_f 28 mit den elektrischen Leitern 12, 13 verlötet, so daß sie die Schleifringe 10, 11 elektrisch mit der Feldspule 29 verbinden und damit die Baugruppe vervollständigen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dabei sind der Schleifring 4 und der Deckring 9 voneinander an den Enden der Überbrückungsschenkel 17, 18 getrennt. Elektrische Leiter 12a, 13a, die durch Preßformen einstückig in der Schleifringeinheit vorgesehen sind, werden gegen die Enden von Anschlußelementen 12b, 13b, die einstückig mit dem Deckring 9 durch Preßformen ausgebildet sind, gedruckt unter Herstellung einer elektrischen Verbindung, wenn die Endfläche der Schleifringeinheit 4 in Kontakt mit den Enden der überbrückungsschenkel 17, 18 gebracht wird.

Der übrige Aufbau dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen demjenigen der ersten Ausführungsform. Somit bietet diese Ausführungsform im wesentlichen die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform und erleichtert außerdem die Bildung der Schleifringeinheit 4 und des Deckrings 9.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, wobei ein Deckring mit anderer Form als der Deckring der beiden ersten Ausführungsbeispiele verwendet wird.

Insbesondere umfaßt der Deckring 9A dieser Ausführungsform eine Nabe 21A, die die Außenumfangsflache eines Lagerkastens umgibt, sowie eine Scheibe 22A, die eine Bohrung zur Aufnahme einer Läuferwelle hat. Die Scheibe ist mit zwei Einschnitten 30 und 31 am Rand der Bohrung im Abstand von jeweils 180° ausgebildet.

Bei dieser Ausführungsform sind elektrische Leiter 12c und 13c, die in Axialrichtung von der Schleifringeinheit 4 vorspringen, von Isolierschläuchen umgeben und an ihren Enden 12C₁ und 13C₁ zu L-Form nach radial außen abgewinkelt. Die Enden 12C. und 13C- sind so abgeflacht, daß sie in den Einschnitten 30, 31 des Deckrings 9A aufnehmbar sind, wo sie an Zuleitungen angeschlossen sind.

Diese Ausführungsform bietet im wesentlichen die gleichen Vorteile wie die erstgenannte Ausführungsform und erleichtert außerdem die Bildung der Schleifringeinheit 4 und des Deckrings 9A.

Wie vorstehend erläutert wurde, wird durch die erste Ausführungsform ein Synchrongenerator-Läufer angegeben, dessen Läuferwelle im Mittenabschnitt seines schleifringseitigen Endes eine Axialbohrung aufweist, die sich von einer Endfläche nach axial innen erstreckt und eine Schleifringtragwelle aufnimmt; ferner weist der Läufer eine Schleifringeinheit mit der Schleifringtragwelle, den beiden Schleifringen sowie zwei elektrischen Leitern auf, die sämtlich durch Preßformen mit einem Isolierstoff einstückig ausgebildet sind, wobei die Schleifringeinheit auf der Läuferwelle so festgelegt ist, daß die Schleifringtragwelle in die Axialbohrung der Läuferwelle eingesetzt ist, und wobei eine Feldspule über die elektrischen Leiter mit den Schleifringen verbunden ist. Diese Ausbildung vereinfacht die Bildung der Schleifringe und der zugeordneten Teile ganz erheblich im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Läuferwelle und die Schleifringe einstückig gepreßt sind. Dies erlaubt andererseits eine Verkleinerung der Preßform und eine Verkürzung der Preßzeit, während die Notwendigkeit einer Fertigbearbeitung des Teils der Läuferwelle, der in dem an die Schleifringe angrenzenden Lager gehaltert ist, entfällt.

Ferner braucht bei dieser Ausführungsform die Läuferwelle keinen durchmesserkleineren Endabschnitt für die Schleifringe aufzuweisen, so daß jede unerwünschte Verformung der Läufer-

welle während der maschinellen Bearbeitung der Außenumfangsfläche der umlaufenden Magnetpolvorrichtung vermieden und der Wirkungsgrad des Bearbeitungsvorgangs vorteilhaft gesteigert wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt weist der Synchrongenerator-Läufer dieser Ausführungsform außerdem einen Deckring auf, der zwischen einer an die Schleifringe angrenzenden Endfläche der umlaufenden Magnetpolvorrichtung und dem zugeordneten Lager angeordnet ist und der einen Nabenteil, der die Außenumfangsfläche eines Lagerkastens zur Halterung des Lagers umgibt, eine Scheibe sowie elektrische Leiter aufweist, die einstückig mittels eines Preßvorgangs geformt sind; dabei ist der Deckring so montiert, daß der Nabenabschnitt die Außenumfangsfläche des Lagerkastens umschließt und die Feldspule über die elektrischen Leiter in der Schleifringeinheit und die Zuleitungen im Deckring an zwei Schleifringe angeschlossen ist. Bei dieser Ausbildung verhindert der Deckring in wirksamer Weise das Eindringen von Staubteilchen in das Lager angrenzend an die Schleifringe.

Al
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Claims

Patentansprüche

1.1 Laufer für Synchrongeneratoren,
gekennzeichnet durch

- eine Läuferwelle (1), die einstückig in der Mitte einer umlaufenden Magnetpolvorrichtung mit einer darauf gewickelten Feldspule (29) ausgebildet ist;

- eine in einem Mittenabschnitt einer Endfläche der Läuferwelle (1) ausgebildete Axialbohrung (3), die sich in das Innere der Läuferwelle erstreckt und zur Aufnahme einer Schleifringtragwelle (2) dient; und

- eine Schleifringeinheit (4) mit zwei Schleifringen (10, 11), von den Schleifringen ausgehenden elektrischen Leitern (12, 13) und der Schleifringtragwelle (2), wobei die Schleifringe (10, 11), die elektrischen Leiter (12, 13) und die Schleifringtragwelle (2) durch Preßformen mit einem Isolierstoff (14) zu einem Körper geformt sind und die Schleifringeinheit (4) an der Läuferwelle (1) durch Preßfügen der Schleifringtragwelle (2) in die Axialbohrung (3) der Läuferwelle (1) festgelegt ist.

2. Läufer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringtragwelle (2) auf einer Außenumfangsfläche eine Mehrzahl Rippen (15) aufweist, und

81-(A9573-02)-Schö

daß die Schleifringtragwelle (2) in der Axialbohrung (3) mittels einer von einer Innenwand der Axialbohrung (3) um die Rippen (15) herum aufgrund deren plastischer Verformung ausgeübten Verbindungskraft festgelegt ist.

3. Läufer für Synchrongeneratoren,
gekennzeichnet durch

- eine in einem Mittenabschnitt einer Endfläche der Läuferwelle (1) ausgebildete Axialbohrung (3), die sich in das Innere der Läuferwelle erstreckt und zur Aufnahme einer Schleifringtragwelle (2) dient;

- eine Schleifringeinheit (4) mit zwei Schleifringen (10, 11), von den Schleifringen ausgehenden elektrischen Leitern (12, 13) und der Schleifringtragwelle (2), wobei die Schleifringe (10, 11), die elektrischen Leiter (12, 13) und die Schleifringtragwelle (2) durch Preßformen mit einem Isolierstoff (14) zu einem Körper geformt sind; und

- einen einstückig durch Preßformen hergestellten Deckring (9) mit einer Scheibe (22), die einer schleifringseitigen Endfläche der umlaufenden Magnetpolvorrichtung zugewandt ist, mit einer mit der Scheibe (22) einstückigen Nabe (21), die einen Lagerkasten (20) einer Endhalterung unter Freilassung eines Spalts zwischen beiden umgibt, und mit elektrischen Leitern (12, 13),

wobei die Schleifringeinheit (4) an der Läuferwelle (1) so befestigt ist, daß die Schleifringtragwelle (2) durch Preßfügen in die Axialbohrung (3) der Läuferwelle (1) eingesetzt ist und der Deckring (9) das Lager (8) und den Lagerkasten (2 0) abdeckt.

4. Läufer nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

.- 3\r

daß entweder die Schleifringeinheit (4) oder der Deckring (9) uberbrückungsschenkel (17, 18) aufweist, die parallel mit der Läuferwelle (1) verlaufen, und

daß die elektrischen Leiter (12, 13) an den Überbrückungsschenkeln (17, 18) durch Preßformen befestigt sind.

5. Läufer nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringtragwelle (2) auf einer Außenumfangsfläche Rippen (15) aufweist und in die Axialbohrung (3) der Läuferwelle (1) im Preßsitz gefügt ist.

6. Läufer nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Deckring (9) einstückig uberbrückungsschenkel (17, 18) ausgebildet sind, und

daß die elektrischen Leiter (12, 13) des Deckrings (9) in die Uberbrückungsschenkel (17, 18) eingebettet und mit den elektrischen Leitern (12, 13) der Schleifringeinheit (4) in Kontakt bringbar sind, wenn die Schleifringeinheit (4) an der Läuferwelle (1) festgelegt wird.