DE1763113C3 - Wechsel- oder Drehstrommotor dessen Ständerwicklung einen Jochringkern umschließt - Google Patents

Description

35

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wechsel- oder Drehstrommotor, dessen Ständerwicklung einen Jochringkern umschließt (deutsche Patentschrift 65 056).

Wechsel- oder Drehstrommotoren werden normalerweise mit Ständerblechpaketen mit gleichmäßig verteilten Nuten ausgeführt, an denen die Primärwicklung mit Hilfe von Spulen aufgebaut wird, die in zwei Nuten eingelegt oder eingeträufelt werden, die um etwa eine Polteilung voneinander entfernt sind und die sich über die Wickelköpfe außerhalb des Ständerblechpaketes schließen (vgl. »Die Asynchronmaschine« von W. Nürnberg, Berlin, 1952, S.8ff.).

In manchen Fällen wird diese Bauweise unvorteilhaft und führt zu relativ hohen Kupferverlusten, und zwar insbesondere wenn die aktive axiale Länge des Blechpaketes klein wird gegenüber dem Durchmesser des Ständers. Dann werden nämlich die Wickelköpfe der einzelnen Spulen des Ständers wesentlich langer als die aktive Länge dieser Spulen in den Ständernuten. In diesem Fall wäre es vorteilhaft, nach Art eines Grammeschen Ringes die Leiter in jeder Ständernut um das Ständerjoch herum zu je einer Spule zu schließen, statt sie über Wickelköpfe mit den aktiven Leitern einer Nut zu einer Spule zu verbinden, die um nahezu eine Polteilung von der betreffenden Nut entlernt ist. Solche Ausführungen sind insbesondere für für kleine Motoren und hier wiederum insbesondere für Scheibenmotoren vorgeschlagen und ausgeführt worden bei denen aus konstruktiven Gründen die aktive radiale Länge der Nuten klein sein muß gegenüber dem Ständerdurchmesser.

Scheibenmotoren sind Motoren, bsi denen der aktive Yuftsoalt kein zur Läuferachse konzentrischer Zylinder, "sondern eine auf der Läuferachse senkrechte Scheibe ist, so daß der Luftspaltfluß in axialer Richtung zwischen Ständer- und Läuferscheibe übertritt Durch eine Ständerwicklung, die sich um das Ständerjoch herum schließt, wird der Ständerstreufluß wesentlich größer als bei der üblichen Ausführungsform mit Durchmesser- oder Sehnenwicklung im Ständer von Nut zu Nut, weil das Ständerjocheisen nun nicht mehr nur als magnetischer Ruckschluß dient, sondern auf seinem vollen Umfang die magnetischen Potentiale annimmt, die auch zwischen den Ständerpolen am Luftspalt wirksam sind. Mit diesem erhöhten Ständerstreuftuß verschlechtert sich der Leistungsfaktor des Motors so sehr, daß man bisher im allgemeinen von Wicklungen Abstand genommen hat, die sich um das Joch herum schließen, selbst wenn es sich um Motoren handelt, deren aktive Nutlänge klein gegenüber der Wickelkopflänge der Spule gemacht werden muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Antrieb für höchsttourige Zentrifugen, z.B. Ultra-Gaszentrifugen, zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Jochringkern in einen ringförmigen Schirmtrog eingebettet ist, wobei der Schirmtrog einen Überstand über die zum Läufer des Motors hin nächstgelegene Oberkante des Jochringkernes aufweist.

Es wird also um das Ständerjoch einer solchen Maschine eine ringtrogartige Abschirmung aus gut leitendem Material, insbesondere Kupfer oder Aluminium, angebracht, die das Ständerjoch teilweise umschließt und nur zum Luftspalt hin frei läßt. Um dieses mit dem Ringtrog abgeschirmte Ständerjoch wird die Ständerwicklung gewickelt, so daß sich die einzelnen Windungen, abgesehen von den Schaltverbindungen, zwischen den Nutwicklungen von einem Leiter in einer Einzelnut um das Joch herum zum nächsten Leiter der gleichen Nut schließen Um die Schirmwirkung des erfindungsgemäßen Ringtroges zu verbessern, wird einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entsprechend der Rand des Schirmtroges mit einem Überstand über die Jochkante an der offenen Seite des Joches versehen, an dem die Ständerzähne angesetzt sind, zwischen denen die Ständerwicklung in den Ständernuten um den Schirmtrog herum hindurchgeführt wird.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bezüglich des Leistungsfaktors und des Wirkungsgrades des Motors sind um so größer, je stärker die Schirmwirkung des Ringtroges ist. Die Vorteile werden daher insbesondere bei Motoren erheblich, die mit Wechselstrom oder Drehstrom hoher Frequenz, insbesondere also mit höherer als Netzfrequenz von 50 bzw. 60Hz, betrieben werden. Solche Fälle sind insbesondere Klein-Antriebe mit mehr als 3000 UpM mit Zweipolmaschinen, wie sie beispielsweise für Kreisel, Schleifbohrer oder sonstige Bohrmaschinen für kleine Lochdurchriiesser oder für Zentrifugen, insbesondere Gaszentrifugen, benötigt werden. Bei hohen Drehzahlen von 30 000 UpM und mehr laufen die angetriebenen Objekte oft in überkritischer Drehzahl mit freien Achsen. Das führt dann zu Ausführungen, bei denen

der Läufer des Antriebsmotors direkt mit dem anzutreibenden Körper fest verbunden wird und daher auch je nach der sich einstellenden freien Achse gewisse radiale Verschiebungen erleidet, so daß ein normaler Motor mit zylindrischem Luftspalt nicht gewählt werden kann, sondern ein Scheibenmotor gewählt werden muß, bei dem die kleine radiale Verschiebung des Läufers die Luftspaltweite des Motors nicht beeinträchtigt.

Der erfindungsgemäße Motor hat daher seine wichtigste Anwendung als Antriebsmotor beispielsweise für Gaszentrifugen bei sehr hohen Drehzahlen in der Form als Scheibenmotor. Der Erfindungsgedanke bezieht sich insbesondere auf den Ständer dieses Motors. Er kommt daher unabhängig davon zum Tragen, ob es sich um Hysteresemotoren, einen Reluktanzmotor, einen Spaltpolmotor oder um einen Synchronmotor mit Dauermagnetläufer oder sonstigem Polrad handelt.

An Hand einer Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, bei dem es sich um einen Hysteresis-Scheibenmotor handelt.

Der Läufer 1 des Scheiben-Hysteresismotors ist mit einer Nabe 2 versehen und trägt einen aktiven ferromagnetischen Ring 3 in einem Tragkörper 4.

Dieser verjüngt sich von der Läuferachse in radialer Richtung zum Umfang hin nach Maßgabe eines Körpers gleicher Festigkeit. Er kann beispielsweise aus Duraluminium bestehen. Es kann der King 3 in dem Tragkörper 4 schwalbenschwanzförmig verankert sein.

Es enthält der Ständer 5 einen von der Ständerwicklung 11 umschlossenen Jochringkern 6, der in einem ringförmigen Schirmtrog 7 aus Kupfer aufgenommen ist. Dieser Schirmtrog besitzt einen Überstand über die Oberkante des Jochringkernes. An seiner Unterseite ist ein Kühlmittelkanal 8 eingedreht, der von einem aufgelöteten Kupferdeckel 9 verschlossen wird. Auf dem Jochringkern sind Ferrit-Zahnstücke 10 aufgeklebt, deren abgerundetes Profil gestrichelt in die Grundrißdarstellung eingetragen ist. Zwischen diesen Zähnen bleiben Nutlücken für die Aufnahme der Ständerwicklung 11, die als zweipolige Dreiphasenwicklungen mit drei Einzelwicklungen je Phase und Seite zusammengefaßt sind. Die Wicklungen können mit einer Ringwickelmaschine aufgebracht werden, wobei die Flanschseiten durch besondere Beilagen beim Wickeln gestützt werden. Auf der Innenseite legen sich die Wicklungen dicht aneinander an, auf der Außenseite sind sie getrennt dargestellt, können aber auch je nach Wickelverfahren sich noch mehr verbreitern, so daß sie dann nach außen eine kleinere Distanz als dargestellt voneinander behalten nach Maßgabe einer Bewicklung mit kleinster mittlerer Windungslänge.

Der Vorteil der Erfindung wird durch den vorgesehenen Schirmtrog 7 insbesondere beim Betrieb mit hohen Frequenzen bewirkt. Der Ständerstreufluß wird wesentlich vermindert, der bei einer Ständerwicklung mit Wicklungen über dem Joch selbst die primäre Streureaktanz sonst erheblich vergrößern würde. Außerdem werden zusätzliche Wirbelstrom-Verluste im Jochringkern durch die Abschirmung vermieden, die durch den radial nach innen und außen auftretenden Streufluß eines solchen Bandringkernes sonst erhebliche Verluste bedingen würde. Insbesondere trägt der Überstand des Schirmtroges über die

ίο Oberkante des Jochringes für eine zuverlässige Abschirmung des Streuflusses des Jochringkernes nach innen und außen bei, die wegen der Flächenwirbelströme im lamellierten Jochringkern besonders wichtig ist. Auf die Zahnstücke 10 werden nach der Bewicklung des Ständers Polstücke 12 aufgeklebt, die sich zum Luftspalt hin keilförmig erweitern und die dafür sorgen, daß die Luftspaltinduktion am Ring 3 keinen intensiven Fluktuationen mit der Zahnfrequenz ausgesetzt wird.

ao Derartige Fluktuationen wurden zusätzliche Wirbelstromverluste bewirken, außerdem aber einen Teil der Hysteresisarbeit der Momentenbildung entziehen. Vorteilhafterweise wird ferneihin durch die neuartige Zusammensetzung des Läufers aus einem leitenden nicht ferromagnetischen Tragkörper 4 und einem ferromagnetischen Ring 3 das ferromagnetische Läufervolumen so reduziert, daß der Läuferstreufluß sehr gering wird; bewirkt doch der Läuferstreufluß, der mit dem Tragkörper 4 verkettet ist, im Asynchronzustand zusätzliche Wirbelströme, die das Asynchronhochlaufmoment noch über das Maß hinaus vergrößern, das der Hysteresismotor auf Grund der Hysteresisverluste im ferromagnetischen Ring 3 besitzt.

Die Wirbelströme im Schirmtrog ergeben zusammen mit der Summendurchflutung der Wicklungen eine Gesamtdurchflutung wie bei einer normalen Nutwicklung von Asynchronmaschinen mit Durchmesserwicklung, jedoch sind bei einer solchen vergleichbaren Wicklung wesentlich längere Leitungswege in den Wickelköpfen vorhanden, während sich bei der Konstruktion nach der Zeichnung im Ringtrog sozusagen eine Überlagerung der Ströme in den Wickelköpfen einstellt, die diese Wickelköpfe ersetzt.

Dadurch entsteht bei geringerem Gesamtkupferaufwand noch eine Verringerung der Gesamtkupferverluste im Vergleich mit der Durchmesserwicklung mit großen Wickelköpfen und wegen der enganliegenden Schirmtrogströme, insbesondere oberhalb des Bandringkernes, eine Vermeidung von Streufluß in diesen »Wickelköpfen«, wie er bei einer normalen Durchmesserwicklung unvermeidbar ist und hier beim Scheibenmotor wegen der hohen Betriebsfrequenz zu erheblichen zusätzlichen Wirbelstromverlusten im Jochringkern beitragen würde, weil dieser Streufluß vorzugsweise auf den Innen- und Außenzylinderflächen des Jochringkernes senkrecht zur Blechoberfläche aus- bzw. eintreten würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Paten t ansprüche:

1. Wechsel- oder Drehstrommotor, dessen Ständerwicklung einen Jochringkern umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Jochringklrn (6) in einem ringförmigen Schirmtrog (7) eingebettet ist, wobei der Schirmtrog (7) einen Überstand über die zum Läufer (1) des Motors hin nächstgelegene Oberkante des Jochringkernes (6) aufweist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirmtrog (7) auf der dem Läufer (1) abgewandten Seite einen Kühlmittelkanal (8) aufweist.

3. Motor nach Anspruch 1 in der Ausführung eines Scheibenhysteresismotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (1) aus einem leitenden, nicht ferromagnetischen Tragkörper (4) mit eingebetteter Nabe (2) aufgebaut ist, der einen ferromagnetischen Ring (3) trägt.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (4) sich von der Läuferachse in radialer Richtung zum Umfang hin nach Maßgabe eines Körpers gleicher Festig- _a5 keit verjüngt.

5. Motor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (4) aus Duraluminium aufgebaut ist.

6. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Ring (3) an dem Tragkörper (4) mittels einer schwalbenschwanzförmigen Verbindung befestigt ist.