Tragkörper für das Läuferblechpaket elektrischer Aussenpolmaschinen Die Erfindung betrifft einen Tragkörper für das Läuferblechpaket elektrischer Aussenpolmaschinen, vorzugsweise für grosse, langsam laufende Gleich strommotoren, mit grossem Drehmoment und relativ grosser Läuferlänge im Verhältnis zum Läuferdurch messer, und zwar für Läuferkörper, deren Läufer arme je einen in der Axialrichtung des Läufers lie genden stabförmigen und mit lamellierten Eisenkern des Läufers verbundenen Träger aufweisen.
Bei Läufertragkörpern der beschriebenen Art ist es wesentlich, innerhalb des Eisenblechpakets einen grossen freien Querschnitt für die Kühlluft zu schaf fen, die axial zwischen den Läuferarmen von einem oder beiden Enden des Läufers her in diese einge führt und durch Kanäle im Eisenkern abgeführt wird, und weiter die Läuferarme so auszuführen, dass die vom Drehmoment herrührenden Zugspannungen im mer kleiner bleiben als die Druckspannungen, die durch das Aufschrumpfen des Eisenkerns auf die Läuferarme erzeugt werden. Das ist von grosser Bedeutung, da die vom Drehmoment in einem Läu ferarm verursachte Biegespannung eine Druck- oder Zugspannung sein kann, je nachdem, ob die eine oder andere Drehrichtung vorliegt.
Es ist auch von Be deutung, dass der Tragkörper so ausgeführt wird, dass das Drehmoment von den Läuferarmen zur Läuferwelle verhältnismässig gleichmässig längs der ganzen Läufernabe übertragen wird, dass die einzel nen Teile leicht zusammengeschweisst werden können und dass der Materialverbrauch und damit das Ge wicht des Körpers gering werden.
Diese Bedingungen können durch die Erfindung erfüllt werden. Erfindungsgemäss ist der stabförmige Träger an der Läufernabe mittels längs des Läufers paarweise angeordneter Stäbe befestigt und sind die beiden Stäbe jedes Paares in Richtung auf die Nabe zu gespreizt.
In der Zeichnung ist schematisch eine beispiels- weise Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei Fig. 1 einen Radialschnitt und Fig. 2 einen Axialschnitt des Läufers zeigt.
In den Figuren bezeichnet 1 die Läuferwelle, 2 die Läufernabe und 3 den Eisenkern. Jeder Läufer arm besteht aus den Stäben 5 und 6, die paarweise längs der Läufernabe angeordnet und in Richtung auf die Nabe zu gespreizt sind. Die Stäbe sind in axialer Richtung unterteilt, und der Abstand zwischen jedem Paar ist so breit, dass er Platz für Stäbe der benachbarten Läuferarme bietet. Sämtliche Stäbe 5 und 6 eines Läuferarmes sind mit einem stabförmigen Träger 4 verbunden, der in der Achsrichtung des Läufers liegt. Dieser Träger hat eine Längsnut zur Aufnahme der radialen Vorsprünge 9 an den Blechen des Eisenkernes 3. In den Nuten der Träger 4 liegen Keile 12 zum Verspannen des Eisenkernes.
In der Zeichnung sind die den Teilen 4, 5, 6 und 9 ent sprechenden Teile der benachbarten Arme mit 11, 7, 8 und 10 bezeichnet.
Die Nabe 2 hat axiale Nuten 14, deren Tiefe in Richtung des das Drehmoment übertragenden Endes der Läuferwelle abnimmt, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in der dieses Ende der Welle rechts liegt. Es wird so eine verbesserte Gleichmässigkeit der Momentvertei lung auf die verschiedenen Stabpaare längs der Welle erreicht. Wenn Nabe und Welle durch Schrumpfen verbunden werden, ist es vorteilhaft, die Nabe 2 an dem das Moment übertragenden Ende der Welle zu verlängern, um eine erhöhte Sicherheit für die Mo mentübertragung zwischen Nabe und Welle an dieser kritischen Stelle zu erreichen.
Durch die Aufteilung eines jeden Läuferarmes in Stabpaare, die längs der Nabe mit Abstand von einander angeordnet sind, können die Stäbe benach barter Arme auf der Nabe in einer Linie angeordnet werden, so dass ein grosser freier Querschnitt für die Kühlluft erhalten wird. Die Läufernabe, der stab- förmige Träger und die Stäbe jedes Läuferarmes bilden eine Rahmenkonstruktion grosser Festigkeit bei geringem Platzbedarf, die auch für die radial gerich teten Kühlluftströme grosse freie Querschnitte ergibt.
Um die Kontrolle der Werkstoffe und die Bearbei tung des Läufertragkörpers zu erleichtern, wird vor zugsweise eine geschweisste Konstruktion verwendet, bei der es leicht ist, die Stäbe mit der Nabe und dem Träger durch Schweissen zu verbinden, und zudem der Materialverbrauch gering wird. Die Stäbe und der stabförmige Träger oder nur die Stäbe können auch an die Nabe angegossen werden, aber die Bear beitung und die Werkstoffkontrolle werden dann wesentlich erschwert.
Durch Anordnung der Stabpaare längs der Nabe und durch die Einhaltung von axialen Abständen kann der Winkel zwischen den beiden Stäben eines Paares innerhalb eines grösseren Bereiches gewählt werden. Wenn die Abstände zwischen zwei zu dem selben stabförmigen Träger gehörenden Stabpaaren hinreichend gross gemacht werden, kann der Zwi schenraum am Umfang der Nabe zwischen den Fuss punkten der beiden Stäbe eines Paares einen Maxi malwert erreichen, der dem Quotienten zwischen dem ganzen Umfang der Nabe und der halben Anzahl der stabförmigen Träger entspricht.
Wenn man klei nere oder keine axialen Abstände lässt, wird der ent sprechende Bogen gleich dem Quotienten zwischen dem Umfang und der Anzahl der Träger, also nur die Hälfte. Wenn man die Möglichkeit hat, einen grossen Winkel zwischen den Stäben zu wählen, hat man damit auch die Möglichkeit, durch eine günstige Wahl dieses Winkels ein solches Verhältnis zwischen den vom Drehmoment und den von der Schrumpfung herrührenden Stabkräften zu wählen, dass die ge samte Beanspruchung eines Stabes mit den zugehöri gen Schweissverbindungen immer eine Druckbean spruchung ergibt, die sich auch bei Umkehr der Drehrichtung des Motors nur wenig ändert.
Weil die Arme, die Nabe und die Welle des Läufers bis zu einem gewissen Mass elastisch sind, ist die Momentübertragung vom Eisenkern, der als verdrehungssteif betrachtet werden kann, nicht kon stant längs des Läufers, und bei den üblichen Kon struktionen ist es schwer zu vermeiden, dass das spezifische Moment (pro Zentimeter Länge) für den an dem das Drehmoment übertragenden Ende der Welle liegenden Teil des Systems grösser als der Mittelwert ist. Es ist das Verhältnis zwischen der Verdrehungssteifheit und der Welle mit der Nabe K1 und der Biegesteifheit der Arme K2 sowie die axiale Länge l der Arme, die bestimmend sind.
Je grösser der Wert
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ist, desto ungleichmässiger ist die Momentverteilung. Wenn man in Richtung auf das das Drehmoment übertragende Ende der Motorwelle schrittweise oder kontinuierlich den Aussendurchmesser der Nabe ver- grössert, wird dadurch auch die Steifheit der Nabe und der Welle K1 vergrössert; wenn man dabei die Steifheit der Arme K2 konstant hält oder vermindert, wird die Grösse
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reduziert) und eine gleichmässige Momentverteilung längs der Nabe erreicht werden.
Die Steifheit K2 der Arme kann durch eine Verminderung der Plattendicke der Stäbe oder durch eine Verminderung des Winkels zwischen den beiden Stäben eines Stabpaares ver ringert werden. Die Steifheit K2 der Arme ist auch von der axialen Länge der unterteilten Stabpaare ab hängig.
Die Nabe kann auch mit axialen Nuten zwischen den paarweise angeordneten Stäben versehen wer den, deren Tiefe kontinuierlich in Richtung auf das drehmomentübertragende Ende der Läuferwelle ab nimmt. Die Stäbe der Läuferarme werden dann an die zwischen den Nuten liegenden erhöhten Bereiche der Nabe angeschweisst. Man kann bei dieser Aus bildung der Nabe eine konstante Armsteifheit und doch eine gleichmässige Momentverteilung erhalten, weil die Steifheit der Nabe und Welle in Richtung auf das drehmomentübertragende Wellenende zu nimmt.
Support body for the laminated rotor core of electrical external pole machines The invention relates to a carrier body for the laminated rotor core of electrical external pole machines, preferably for large, slow-running direct current motors, with large torque and relatively large rotor length in relation to the rotor diameter, specifically for rotor bodies whose rotor arms each one in the axial direction of the rotor lie lowing rod-shaped and connected to the laminated iron core of the rotor carrier.
In rotor support bodies of the type described, it is essential to create a large free cross section for the cooling air within the sheet iron core, which leads axially between the rotor arms from one or both ends of the rotor into this and is discharged through channels in the iron core, and further design the rotor arms in such a way that the tensile stresses resulting from the torque always remain smaller than the compressive stresses that are generated by shrinking the iron core onto the rotor arms. This is of great importance because the bending stress caused by the torque in a Läu ferarm can be a compressive or tensile stress, depending on whether one or the other direction of rotation is present.
It is also important that the support body is designed in such a way that the torque from the rotor arms to the rotor shaft is transmitted relatively evenly along the entire rotor hub, that the individual parts can be easily welded together and that the material consumption and thus the weight of the Body become low.
These conditions can be met by the invention. According to the invention, the rod-shaped carrier is attached to the rotor hub by means of rods arranged in pairs along the rotor, and the two rods of each pair are spread apart in the direction of the hub.
An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing, FIG. 1 showing a radial section and FIG. 2 showing an axial section of the rotor.
In the figures, 1 denotes the rotor shaft, 2 the rotor hub and 3 the iron core. Each rotor arm consists of the rods 5 and 6, which are arranged in pairs along the rotor hub and spread in the direction of the hub. The bars are divided in the axial direction, and the distance between each pair is so wide that it can accommodate bars of the adjacent rotor arms. All rods 5 and 6 of a rotor arm are connected to a rod-shaped carrier 4 which lies in the axial direction of the rotor. This carrier has a longitudinal groove for receiving the radial projections 9 on the metal sheets of the iron core 3. In the grooves of the carrier 4 there are wedges 12 for bracing the iron core.
In the drawing, the parts 4, 5, 6 and 9 ent speaking parts of the adjacent arms with 11, 7, 8 and 10 are designated.
The hub 2 has axial grooves 14, the depth of which decreases in the direction of the end of the rotor shaft transmitting the torque, as shown in FIG. 2, in which this end of the shaft is on the right. This improves the uniformity of the torque distribution on the various pairs of rods along the shaft. If the hub and shaft are connected by shrinking, it is advantageous to extend the hub 2 at the end of the shaft transmitting the torque in order to achieve increased security for the torque transmission between the hub and shaft at this critical point.
By dividing each rotor arm into pairs of rods, which are arranged along the hub at a distance from each other, the rods neigh bare arms can be arranged on the hub in a line, so that a large free cross-section is obtained for the cooling air. The rotor hub, the rod-shaped carrier and the bars of each rotor arm form a frame construction of great strength with little space requirement, which also results in large free cross-sections for the radially directed cooling air flows.
In order to facilitate the control of the materials and the processing of the rotor support body, a welded construction is preferably used before, in which it is easy to connect the rods to the hub and the carrier by welding, and also the material consumption is low. The rods and the rod-shaped carrier or only the rods can also be cast onto the hub, but the processing and material control are then made much more difficult.
By arranging the rod pairs along the hub and by maintaining axial distances, the angle between the two rods of a pair can be selected within a larger range. If the distances between two pairs of rods belonging to the same rod-shaped carrier are made sufficiently large, the intermediate space on the circumference of the hub between the foot points of the two rods of a pair can reach a maximum value that is the quotient between the entire circumference of the hub and the half the number of rod-shaped supports.
If you leave smaller or no axial distances, the corresponding arc is equal to the quotient between the circumference and the number of carriers, i.e. only half. If you have the option of choosing a large angle between the bars, you also have the option, by choosing this angle favorably, to choose such a ratio between the bar forces resulting from the torque and the bar forces resulting from the shrinkage that the entire stress a rod with the associated welded connections always results in a pressure load that changes only slightly even when the direction of rotation of the motor is reversed.
Because the arms, the hub and the shaft of the rotor are elastic to a certain extent, the transmission of torque from the iron core, which can be regarded as torsionally rigid, is not constant along the rotor, and it is difficult to avoid with the usual designs that the specific moment (per centimeter of length) for the part of the system located at the end of the shaft transmitting the torque is greater than the mean value. It is the relationship between the torsional rigidity and the shaft with the hub K1 and the flexural rigidity of the arms K2 and the axial length l of the arms that are decisive.
The greater the value
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is, the more uneven the torque distribution. If the outer diameter of the hub is increased step by step or continuously in the direction of the end of the motor shaft transmitting the torque, this also increases the rigidity of the hub and the shaft K1; if the stiffness of the arms K2 is kept constant or reduced, the size becomes
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reduced) and a uniform torque distribution along the hub can be achieved.
The stiffness K2 of the arms can be reduced by reducing the plate thickness of the rods or by reducing the angle between the two rods of a rod pair. The stiffness K2 of the arms is also dependent on the axial length of the divided pairs of rods.
The hub can also be provided with axial grooves between the rods arranged in pairs, the depth of which decreases continuously in the direction of the torque-transmitting end of the rotor shaft. The bars of the rotor arms are then welded to the raised areas of the hub located between the grooves. You can get a constant arm stiffness and yet a uniform torque distribution with this training from the hub because the stiffness of the hub and shaft increases in the direction of the torque-transmitting shaft end.