DE3852658T2

DE3852658T2 - Blechkonstruktion für elektro-dynamische Maschine.

Info

Publication number: DE3852658T2
Application number: DE3852658T
Authority: DE
Inventors: Thomas William Neumann
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1988-02-18
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2008-02-19
Also published as: KR880010536A; JPS63234849A; EP0280194A3; US4780635A; DE3852658D1; EP0280194B1; EP0280194A2; KR0139002B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kernbleche oder Stanzteile zur Verwendung in dynamoelektrischen Maschinen und insbesondere auf eine Blechkonstruktion, in der Zähne und Jochabschnitte der Bleche relative Abmessungen haben, um so für eine verbesserte Ausgangsleistung für eine Maschine gegebener Größe zu sorgen.

Beschreibung des Standes der Technik

Es sind Anordnungen bekannt zum Verbessern der Effizienz oder Ausgangsleistung von dynamoelektrischen Maschinen durch die Schaffung von gewissen Nutverteilungen in entweder einem Stator- oder einem Rotorkernelement der Maschinen, z.B. US-Patent 4 566 179 (28. Januar 1986), oder durch Hervorrufen einer vorgeschriebenen Änderung des magnetischen Flußes durch einen Pol des Maschinenstators relativ zu den Amperewindungen des Poles, wie beispielsweise in dem US-Patent 4 209 720 (24. Juni 1980). Es ist jedoch noch keine Maschinenblechkonstruktion offenbart worden, durch die die betriebliche Effizienz einer dynamoelektrischen Maschine mit einem gestapelten geblechten Stator und/oder Rotor durch ein vorgeschriebenes Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser für das Blech verbessert wird. Weiterhin gibt keine Offenbarung von einer Blechkonstruktion, durch die das Verhältnis von Flußdichte in einem Zahnabschnitt des Bleches zur Flußdichte in einem Jochabschnitt des Bleches vergrößert werden kann gegenüber dem, was in konventioneller Weise erhalten wird, und infolgedessen eine größere Ausgangsleistung oder betriebliche Effizienz für die Maschine erzielt wird.
GB-A-2 020 914 beschreibt einen im allgemeinen ringförmigen, geblechten Statorkern mit zwei Paaren gegenüberliegender ebener Seiten, die durch Strecken d1 bzw. d2 im Abstand angeordnet sind, wobei d1 größer als d2 ist, und mit einer zentralen Bohrung mit dem Durchmesser Db für den Rotor der Maschine, wobei das Verhältnis d1/Db größer als 1,8 und das Verhältnis d2/Db größer als 1,6 ist. Wenn die Gesamtzahl der Statorzähne t ist und die mittlere Zahnbreite w ist, ist es bevorzugt, daß das Verhältnis des Vielfachen von t und w zu Db in dem Bereich von 1,45 bis 1,75 sein sollte.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Blechkonstruktion für eine dynamoelektrische Maschine zu schaffen, wobei eine Verbesserung durch eine größere Menge an Blechmaterial und weniger Wicklungsleiter erhalten wird, als bisher verwendet wurde.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine dynamoelektrische Maschine zu schaffen, in der der Streufluß von Wickelköpfen einer Wicklung, die in Nuten eines geblechten Kerns eingebettet sind, wesentlich verkleinert ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine dynamoelektrische Maschine mit einem größeren Verhältnis von Leistung zu Volumen zu schaffen, als es bisher erhalten wurde.
Die verschiedenen Neuheitsmerkmale, die die Erfindung charakterisieren, sind insbesondere in den Ansprüchen hervorgehoben, die beigefügt sind und einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden. Für ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer betrieblichen Vorteile und spezifischen Aufgaben, die durch ihre Verwendung gelöst werden, wird auf die beigefügten Zeichnungen und die Beschreibung verwiesen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen:
Figur 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, von einer dynamoelektrischen Maschine, in der die vorliegende Erfindung verkörpert sein kann; Figur 2 ist eine Vorderansicht der Maschine gemäß Figur 1; Figur 3 ist eine Draufsicht auf ein plattenförmiges Blech zur Bildung eines Stators in der Maschine gemäß den Figuren 1 und 2; Figur 4 ist eine vergrößerte Ansicht von einem Teil des Bleches gemäß Figur 3; Figur 5 ist eine Draufsicht auf ein anderes plattenförmiges Blech zur Bildung eines Stators in der Maschine gemäß den Figuren 1 und 2; Figur 6 ist eine vergrößerte Ansicht von einem Teil des Bleches gemäß Figur 5; Figur 7 ist eine Tabelle und zeigt bevorzugte Bereiche und spezielle Werte von physikalischen Beziehungen und Verhältnissen, die den Blechen gemäß den Figuren 3 und 5 zugeordnet sind, wenn sie für verschiedene Rahmengrößen bemessen und für unterschiedliche Polzahlen ausgelegt sind; Figur 8 ist eine Tabelle und zeigt Vergleichsdaten für physikalische Beziehungen und Verhältnisse, die den Blechen gemäß den Figuren 3 und 5 zugeordnet sind (wenn von einer NEMA 180 Rahmengröße und ausgelegt für 2-(zwei-), 4-(vier-) und 6-(sechs-)poligen Betrieb) in Relation zu denjenigen von bekannten Blechen für eine gewisse Maschinenrahmengröße; Figur 9 ist eine Tabelle und zeigt Vergleichsdaten für physikalische Beziehungen und Verhältnisse, die den Blechen gemaß den Figuren 3 und 5 (wenn von einer NEMA 210 Rahmengröße und ausgelegt für 2-(zwei-) oder 4-(vier- )poligen Betrieb) in Relation zu denjenigen von bekannten Blechen für eine andere Maschinenrahmengröße; und Figur 10 ist eine Drauf sicht auf ein plattenförmiges Blech zum Bilden eines genuteten Rotors.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht von einer dynamoelektrischen Maschine 10, in der die vorliegende Erfindung verkörpert sein kann. Eine Vorderansicht der Maschine 10 ist in Figur 2 gezeigt.
Die Maschine 10 enthält ein im allgemeinen zylindrisches äußeres Gehäuse 12 und einen im allgemeinen zylindrischen Stator 14, der in dem äußeren Gehäuse 12 koaxial befestigt ist und eine koaxiale Statorbohrung 16 aufweist. Ein Rotor 18 ist durch geeignete Lager 20a, 20b an dem vorderen und hinteren Ende des Gehäuses 12, um innerhalb der Statorbohrung 16 axial zu verlaufen, und für eine Drehbewegung um die Bohrungsachse gehaltert. In dem speziellen, gezeigten Beispiel verläuft ein Wellenteil 22 des Rotors 18 axial von dem vorderen Lagerschild 24 der Maschine 10 und hat einen Keil 26, der von einer Aussparung radial nach außen vorsteht, die in einem gewissen Abstand von dem Vorderende des Wellenteils 22 axial eingeschnitten ist. Der Keil 26 dient zur Verriegelung des Wellenteils 22 in eine entsprechende Keilnut, die in einem Belastungsteil (nicht gezeigt) geschnitten ist, z.B. ein Lüfter, dem von der Maschine 10 eine Drehbewegungskraft zugeführt wird.
Ein hinteres Lagerschild 28 (Figur 1) dient zusammen mit dem Gehäuse 12 und dem vorderen Lagerschild 24 dazu, den Stator 14, den Rotor 18 und die zugeordneten leitenden Wicklungen aufzunehmen und zu schützen. In dem gezeigten Beispiel ist ein Kühllüfter 30 der Maschine auf einem Rotorzapfenwellenteil 32 angebracht, der außerhalb der Abschirmung 28 am hinteren Ende verläuft und eine Luftströmung über das Gehäuse richtet.
Wie in Figur 1 gezeigt ist, ist der Stator 14 aus einem Stapel von plattenförmigen Blechen 34 aus ferromagnetischem Material gebildet. Die Bleche 34 sind Seite-auf- Seite aufgestapelt und zur Bildung eines Kernes durch irgendeines verschiedener bekannter Mittel zusammengehalten.
Eine Anzahl S&sub1; von Nuten verläuft entlang der axialen Länge des Stators 14 und erstreckt sich von der Statorbohrung 16 in radialer Richtung. Diese Nuten nehmen Statorwicklungen auf, die Wickelköpfe 36 haben, von denen Teile in Figur 1 gezeigt sind. Einzelheiten von einzelnen plattenförmigen Blechen, die die Erfindung in bevorzugten Formen verkörpern, sind nachfolgend angegeben.
Wie in Figur 1 gezeigt ist, verläuft die Welle 22 des Rotors 18 in axialer Richtung zu dem Maschinenmantel oder -gehäuse 12 und hat einen Stapel von Rotorblechen 40, die zwischen den vorderen und hinteren Lagern 20a, 20b koaxial auf der Welle 22 befestigt sind. Sätze von Leiterstäben 42 führen durch eine Anzahl S&sub2; von axial verlaufenden Nuten hindurch, die in dem Rotor 18 nahe dem äußeren Umfang von jedem der Bleche 40 gebildet sind. Die Stäbe 42 sind an den axialen Enden 44a, 44b der Rotorbleche 40 durch einen Satz von Endringen miteinander kurzgeschlossen.
In Figur 1 sind die Wickelköpfe 36 der Statorwicklung an den axialen Endflächen 48a, 48b des Stators 14 eine Quelle von Statorstreufluß, d. h. magnetischer Fluß, der durch die Statorwicklung erzeugt ist, der nicht mit den Leiterstäben 42 in den Rotorblechen 40 in Eingriff kommt. Da Streufluß nicht zu dem resultierenden Drehmoment beiträgt, das auf den Rotor ausgeübt wird, wenn die Statorwicklung oder die -wicklungen gespeist sind, beeinflußt dieser Streufluß die betriebliche Effizienz der Maschine 10 in nachteiliger Weise. Es ist deshalb verständlich, daß jedes Mittel, durch das mögliche Quellen von Statorstreufluß vermindert oder eliminiert werden können, von großer Wichtigkeit sind bei der Konstruktion dynamoelektrischer Maschinen.
Es sind gewisse Maschinenkonstruktions-Standards in der Industrie bekannt, insbesondere die, die durch die ANSI/NEMA Standards Publication Nr. MG1-1978(R1981) gegeben sind.
Die vorliegende Erfindung hilft dabei, eine dynamoelektrische Maschinenkonstruktion zu schaffen, die mit Industrie-Standards übereinstimmt, insbesondere auf die sogenannten 180 und 210 Rahmengrößen-Konstruktionen. Es ist jedoch verständlich, daß zwar hier offenbarte Abmessungen für Maschinenbleche auf die 180 und 210 Rahmengrößen zutreffen, die Erfindung aber mit Vorteil in Maschinen verschiedener Größen und Proportionen verkörpert werden kann.
Gemäß Figur 3 weist ein Statorblech 34 gemäß der Erfindung eine Ebene ringförmiger Platten aus ferromagnetischem Material mit einem Außendurchmesser "OD" gemäß den Tabellenwerten in Figuren 8 oder 9 und eine im allgemeinen kreisförmige Bohrungsöffnung 50 mit einem gewissen Innendurchmesser "ID" auf. Das Blech 34 hat eine Anzahl S&sub1; von auf den Umfang in gleichen Abständen angeordneten Nutöffnungen 52, die sich von einem Zwischenumfang 54 in radialer Richtung erstrecken, um eine Anzahl S&sub1; von Zähnen 56 zu bilden, die sich in radialer Richtung zu dem Umfang der Bohrungsöffnung 90 erstrecken. Die Bohrung hat einen Durchmesser von "ID". In dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist das Blech 34 ein Statorblech, so daß der Umfang der Bohrungsöffnung 50 die eine Begrenzung für einen Stator-Rotor-Luftspalt und eine Bohrung zur Aufnahme des Rotors definiert.
Die Nutöffnungen 52 sind so ausgebildet, daß sie eine oder mehr Statorwicklungen enthalten, die sich axial durch den Stator 14 erstrecken, wenn gleiche Platten 34 Fläche-zu-Fläche gestapelt sind, wobei entsprechende Nutöffnungen 52 im wesentlichen miteinander fluchten. In der zusammengesetzten Maschine gemäß den Figuren 1 und 2 sind die Statorwicklungen so angeordnet, daß sie einer n (z.B. 2, 4, 6 usw.)-poligen Betriebskonfiguration für die Maschine 10 entsprechen. Wenn die Statorwicklungen mit einer äußeren elektrischen Quelle verbunden sind, wird magnetischer Fluß nahe den im wesentlichen ausgerichteten Luftspaltumfangen der gestapelten Bleche 34 erzeugt, um mit den Leiterstäben 42 des Rotors 18 in Wechselwirkung zu kommen.
Das ringförmige Blech 34 in Figur 3 enthält einen Zahnabschnitt 58, der durch die Zähne 56 zwischen dem Zwischenumfang 54 und dem Luftspaltumfang gebildet ist. Der Rest des Bleches 34 ist zusammenhängend zwischen dem Zwischenumfang 54 und dem Außenumfang 59, um einen Jochabschnitt 60 der Platte 34 zu bilden.
Figur 4 ist eine vergrößerte Ansicht von einem Teil der Plattenbleche 34 in Figur 3. Genauer gesagt, es ist eine einzelne Nutöffnung 52 gezeigt, die von benachbarten Zähnen 56 umgeben ist. Lippenteile 61 stehen in Umfangsrichtung aufeinander zu von den benachbarten Zähnen 56 vor, um einen Mund 62 (der Breite W&sub1;&sub0;) der Nutöffnung 52 zu bilden. Bekanntlich sollte der Mund 62 ausreichend breit sein, damit einzelne Leiter 64, die die Statorwicklung bilden, durch den Mund 62 in die Öffnungen 52 eingesetzt werden können, wenn die Maschine 10 zusammengebaut ist. Die Lippenteile 61 wirken zusammen, einen Sitz für einen Wicklungsverschlußkeil 66 zu bilden, der die Leiter 64 der Statorwicklung fest in ihrer Lage innerhalb der Statornuten hält, die durch die Öffnungen 52 gebildet sind. Um einzelne Statorwicklungen voneinander zu trennen, kann ein isolierender Wicklungsseparator 68 in den Statornuten angeordnet sein, wie es in Figur 4 gezeigt ist, und ein Isolierfilm 70, der gegen die Wende der Statornuten angeordnet ist, verhindert einen Überschlag oder einen Kurzschluß von einzelnen Leitern 64 mit dem Material, aus dem die Bleche 34 hergestellt sind.
Gemäß der Erfindung sind für ein gegebenes Verhältnis von Innendurchmesser ID zu Außendurchmesser OD der Platte 34 die Zahne 56 ausreichend breit relativ zu der Fläche der Nutöffnungen 52, so daß das Verhältnis der Flußdichte in dem Zahnabschnitt 58 (BT&sub1;) zur Flußdichte im Jochabschnitt 60 (BY&sub1;), wenn die Statorwicklungen gespeist sind, im wesentlichen optimiert ist für einen gegebenen npoligen Betrieb der Statorwicklungen. Die tatsächliche Anzahl S&sub1; von Nutöffnungen ist nicht kritisch. Beispielsweise ist das Blech 34 in Figur 3 mit 24 Nuten gezeigt und hat relative Abmessungen, die für einen Einbau in eine Maschine mit einer 180 Rahmengröße geeignet ist. Ein Blech 34' gemäß der Erfindung, wie es in Figur 5 gezeigt ist, hat 36 Nuten und relative Abmessungen, die zur Verwendung in einer Maschine mit einer 210 Rahmengröße geeignet ist. Teile des Bleches 34', die denjenigen des Bleches 34 in den Figuren 3 und 4 entsprechen, sind mit ähnlichen Bezugszahlen versehen.
Ein zugrundeliegendes Konzept der vorliegenden Erfindung besteht darin, maximale Mengen an ferromagnetischem Material (z.B. Eisen) für die Bleche 34 (oder 34') und minimale Mengen an Wicklungsleitern zu verwenden, z.B. die einzelnen Leiter 64 oder 64', in einer dynamoelektrischen Maschine mit einem gewünschten Leistungsführungsvermögen.
In den offenbarten Ausführungsbeispielen unterscheiden sich die Verhältnisse der Zahnabschnitte 58 zu den Jochabschnitten 60 für die Bleche 34 wesentlich von bekannten Konstruktionen, wie das für das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser der Bleche 34 gilt. Die Lippenteile 61 werden somit sehr klein relativ zu den bekannten Strukturen als eine Folge der relativ breiten Zähne 56. Die Verwendung von weniger Wicklungsmaterial hat auch kleinere Wickelköpfe (z.B. die Stator-Wickelköpfe 36) an den Stirnflächen des Blechstapels zur Folge und somit wird der unerwünschte Streufluß wesentlich verkleinert gegenüber demjenigen in den bekannten Konstruktionen.
Figur 7 ist eine Tabelle, die bevorzugte Bereiche und spezielle Werte für physikalische Konstanten, Relationen und Verhältnisse zeigt, die sowohl Stator- als auch Rotorblechen mit einer Anzahl von S&sub1; und S&sub2; gemäß der Erfindung zugeordnet sind. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß eine Maschine, die mit einer Standard-Rahmengröße übereinstimmt, konstruiert werden soll, begrenzen die NEMA Standards die maximalen außenseitigen Abmessungen des Motors, in dem die Statorblechgröße optimiert ist. Typische Außendurchmesser (OD) für sowohl Stator- als auch Rotorbleche zur Verwendung in dem 180 und 210 Rahmengrößen-Standard sind in Figur 7 dargestellt. Figur 7 liefert auch spezielle Werte und auch Bereiche für verschiedene Verhältnisse, die verwendet werden, um das verbesserte Statorblech zu definieren. Das Verhältnis ID/OD stellt das Verhältnis des Innendurchmessers des Statorbleches zum Außendurchmesser dar und gibt eine Anzeige für die größere Menge an ferromagnetischem Material als Kupfer, das in den vorliegenden Blechen verwendet wird. Das Verhältnis T1/Ts stellt ein Verhältnis der Zahnbreite (T&sub1;) des Statorbleches zu dem Bohrungsumfang dividiert durch die Anzahl von Statornuten (TS = π x ID/S&sub1;) dar. Dies gibt auf effektive Weise eine Angabe über die Zahnbreite. Der Wert Bt1/By1 kann verwendet werden, um die Flußdichte im Zahn zu der Flußdichte im Joch darzustellen, wenn angenommen wird, daß der Fluß in dem Zahn und in dem Joch der gleiche ist, was eine enge Annäherung ist. Dieses Verhältnis gibt eine Anzeige bzw. ein Maß für das Zahn/Joch-Verhältnis. Dieses Verhältnis ist auch geometrisch bestimmbar von einem Statorblech durch die Beziehung Bt1/By1 = π x (n x Y1)/(S&sub1; x T&sub1;), wobei n die Anzahl der Pole ist, Y1 die in den Figuren 3 und 5 gezeigte Abmessung ist und S&sub1; und T&sub1; so sind, wie sie oben definiert wurden.
Die letzte Spalte in Figur 7 ist ein Verhältnis der Wechselwirkung von Stator zu Rotor, wobei S die Anzahl von Nuten darstellt, T die Breite des Zahnes darstellt, 1 den Stator darstellt und 2 den Rotor darstellt. Die Tabelle in Figur 1 gibt die Werte und Bereiche für 2, 4 und 6 polige Maschinen (n) an. Für den 4-poligen 180 Rahmen und 210 Rahmen sind zwei Ausführungsbeispiele gezeigt.
Figur 8 ist eine Tabelle, in der physikalische Konstanten, Beziehungen und Verhältnisse, die den Blechen zugeordnet sind, die gemäß der Erfindung dimensioniert sind, wie sie in Figur 7 gezeigt sind, verglichen werden mit der engsten bekannten Konfiguration für 2-, 4- und 6-polige Wechselspannungs-Induktionsmotoren für eine 180 Rahmengröße. Zum Vergleich mit bekannten Werten sind die speziellen Messungen in Zoll umgewandelt. Selbstverständlich bleiben die Bereiche die gleichen, wie sie in Figur 7 gezeigt sind. In dieser Tabelle ist ein Wert der Netto- und Bruttofläche der Nuten in dem Stator, multipliziert mit der Anzahl von Nuten in dem Stator (S&sub1;), enthalten. Die Netto- Nutfläche ist gleich der Brutto-Nutfläche (siehe Figur 3) abzüglich der Fläche, die von den Nutauskleidungen, Separatoren und Keilen eingenommen wird, und abzüglich der Fläche A3 an dem Mund, die für das Einsetzen von Wicklungen nicht zur Verfügung steht (siehe Figur 4).
Figur 9 ist eine Tabelle ähnlich Figur 8, in der Bleche, die gemäß der Erfindung konfiguriert sind, wie sie in Figur 7 gezeigt sind, mit den engsten bekannten Blechen für zwei- und vierpolige Wechselspannungs-Induktionsmotoren mit einer 210 Rahmengröße verglichen werden. Wiederum sind spezielle Werte in Zoll umgewandelt worden.
Aus Figuren 8 und 9 ist ersichtlich, daß zusätzlich zu einem größeren Innendurchmesser/Außendurchmesser-Verhältnis und einem höheren Verhältnis von Flußdichte zwischen den Zahn- und Jochabschnitten als in den bekannten Blechen die Zahnbreite bei den vorliegenden Blechen im allgemeinen größer ist. Es sei daran erinnert, daß die dabei entstehenden verbesserten Blechen das Resultat einer Wechselwirkung von verschiedenen Werten ist. So wird nicht unbedingt jeder der Werte konsequent für jedes Ausführungsbeispiel geändert. Das Ergebnis ist jedoch in Übereinstimmung mit dem zugrundeliegenden Konzept der vorliegenden Erfindung, das, wie bereits ausgeführt wurde, darin besteht, maximale Mengen an Blechmaterial und minimale Mengen an Wicklungs(d.h. Kupfer) -Material zu verwenden.
Maschinen, die gemäß der Erfindung konfigurierte Bleche verwenden, haben größere Leistungs/Volumen-Verhältnisse erzielt im Vergleich zu bekannten entsprechenden Maschinen. Selbstverständlich treten Abweichungen in Abhängigkeit von der Effizienz auf. Jedoch zeigen die nachfolgenden Tabellen 1, 2 und 3 einen Vergleich von Effizienz- und Volumenmessungen für 2-, 4- und 6-polige Wechselspannungs-Induktionsmotoren mit Blechen gemäß der vorliegenden Erfindung mit entsprechenden bekannten Motoren.
Durch die Verwendung von relativ breiteren Zähnen in den vorliegenden Blechen kann eine Flußdichtesättigung für eine gegebene Größe und Kraftmaschine mit einem kürzeren Blechstapel als in den bekannten Konstruktionen erzielt werden. Deshalb ist das elektromagnetische Volumen (OD)²L für Maschinen gemäß der Erfindung im allgemeinen kleiner als das Volumen in den bekannten Maschinen für die gleiche Effizienz. Die Verwendung von breiteren oder fetteren Zähnen erzeugt auch eine relativ höhere Flußdichte in dem Luftspalt zwischen den Stator- und Rotorblechstapeln in Maschinen gemäß der Erfindung. Somit wird mehr Drehmoment auf dem Rotor für eine gegebene Maschinengröße erzeugt.
Figur 10 stellt ein Rotorblech dar, das in EP-A- 0 280 192 näher beschrieben ist. Figur 10 zeigt deutlich die Breite T2 der Rotorzähne, und es ist verständlich, daß ein gefertigter Rotor, wie er in Figur 1 gezeigt ist, eine Anzahl S2 von Rotornuten und die gleiche Anzahl S2 von Rotorzähnen enthalten würde, die jeweils eine Breite T2 haben, so daß die verschiedenen Verhältnisse einschließlich S2 und T2 oder der Wert von S2 in den Tabellen gemäß den Figuren 7, 8 und 9 in Motoren ermittelbar sind, in denen Prinzipien der vorliegenden Erfindung angewendet sind. TABELLE 1 2-polige Wechselspannungs-Induktionsmotoren Effizienz Volumen (OD)²L* HP bekannt neu (LO EFF) (HI EFF) TABELLE 2 4-polige Wechselspannungs-Induktionsmotoren Effizienz Volumen (OD)²L* HP bekannt neu (LO EFF) (HI EFF) TABELLE 3 6-polige Wechselspannungs-Induktionsmotoren Effizienz Volumen (OD)²L* HP bekannt neu (LO EFF) (HI EFF)
* mm³ x 10 &sup6;
Der Tabellenwert 2,75 bedeutet somit 2,75 (10&sup6;)mm³; Tabellenwert 2,27 bedeutet 2,27 (10&sup6;)mm³ usw.
Die hier verwendete Terminologie enthält die Wörter "im allgemeinen zylindrisch", "im wesentlichen rund" und "ringförmig". Wenn diese Begriffe hier in Bezug zu oder in Verbindung mit Blechen (oder Platten) oder Strukturen verwendet werden, die aus derartigen Blechen hergestellt sind (z.B. "Kerne", "Statoren" usw) , sollen diese Begriffe Bleche, Kerne usw. einschliessen, die nicht "wahre runde" Konfigurationen haben aufgrund des Vorhandenseins von auf dem Umfang angeordneten "Keilnuten", Markierungsnuten, Abflachungen, die aus Produktionsprozessen resultieren (wie sie beispielsweise aus Zick-Zack Stanzlinien auftreten), usw.
Das Konzept der Erfindung ist zwar allgemein in Verbindung mit einem Statorblech beschrieben, es sei aber darauf hingewiesen, daß das gleiche Konzept des Vergrößerns der Menge an ferromagnetischem Material im Vergleich zu der Menge an Kupfer oder einem leitfähigen Material auch auf ein Rotorblech angewendet werden kann. Ähnliche Konzepte würden angewendet, indem die Zähne auf dem Rotor breiter und die Nuten kleiner gemacht werden.

Claims

1. Blech zur Verwendung in einem im wesentlichen zylindrischen Stapel in einer dynamoelektrischen Maschine, enthaltend:

eine ebene, ringfömige Platte (34) aus fermagnetischem Material mit einem gegebenen Außendurchmesser und einer kreisförmigen Bohrungsöffnung (50) mit einem bestimmten Innendurchmesser,

wobei die Platte (34) eine Anzahl von in gleichen Umfangsabständen angeordneten Nutöffnungen (52) aufweist, die sich von einem Zwischenumfang der Platte in radialer Richtung erstrecken, um eine Anzahl von Zähnen (56) zu bilden, die sich in radialer Richtung bis zu einem Luftspaltumfang der Platte erstrecken,

wobei die Nutöffnungen (32) geformt sind, um elektrisch leitende Elemente (64) zu enthalten, die sich in axialer Richtung durch den Blechstapel erstrecken, wenn gleiche Platten Stirnfläche auf Stirnfläche gestapelt sind, wobei entsprechende Nutöffnungen im wesentlichen miteinander ausgerichtet sind, wobei die leitenden Elemente (64) so angeordnet sind, daß sie einer n poligen Betriebsanordnung entsprechen und Magnetfluß an den inneren Umfängen der gestapelten Platten erzeugt wird, wenn elektrischer Strom durch die leitenden Elemente geschickt wird,

wobei die ringförmige Platte (34) einen Zahnabschnitt (58) , der durch die Zähne (56) zwischen dem Zwischenumfang und dem Innenumfang gebildet ist, und einen Jochabschnitt (60) aufweist, der durch eine im wesentlichen kontinuierliche Oberfläche der Platte zwischen dem Zwischenumfang und dem Außenumfang der Platte radial gegenüber dem Innenumfang gebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß für ein gegebenes Verhältnis des bestimmten Innendurchmessers zu dem gegebenen Außendurchmesser für die Platte die Breite der Zähne (56) relativ zu der Fläche der Nutöffnungen (56) so gewählt ist, daß das Verhältnis der Flußdichte in dem Zahnabschnitt (58) größer als die Flußdichte in dem Jochabschnitt (60) ist bei dem elektrischen Strom für eine gegebene n polige Betriebsanordnung und

wobei das Verhältnis des Innendurchmessers zu dem Außendurchmesser in den Bereichen von 0,45 bis 0,50 für n gleich 2 und 0,58 bis 0,62 für n gleich 4 und 0,58 bis 0,61 für n gleich 6 ist, wodurch eine verbesserte Leistungsfähigkeit erzielt werden kann, ohne die Stapellänge der Blechplatten zu vergrößern.

2. Blech nach Anspruch 1, wobei n 2 ist, das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser in dem Bereich von 0,45 bis 0,50 ist und das Verhältnis der Flußdichte in dem Bereich von 1,17 bis 1,25 ist.

3. Blech nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser 0,458 beträgt und das Verhältnis der Flußdichte 1,234 beträgt.

4. Blech nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser 0,475 beträgt und das Verhältnis der Flußdichte 1,20 beträgt.

5. Blech nach Anspruch 1, wobei n 4 ist, das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser in dem Bereich von 0,58 bis 0,61 ist und das Verhältnis der Flußdichte in dem Bereich von 1,14 bis 1,25 liegt.

6. Blech nach Anspruch 5, wobei das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser 0,601 beträgt und das Verhältnis der Flußdichte von 1,173 bis 1,204 beträgt.

7. Blech nach Anspruch 1, wobei n 4 ist, das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser in dem Bereich von 0,60 bis 0,62 liegt und das Verhältnis der Flußdichte von 1,02 bis 1,17 beträgt.

8. Blech nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser 0,62 ist und das Verhältnis der Flußdichte von 1,05 bis 1,15 beträgt.

9. Blech nach Anspruch 1, wobei n 6 ist, das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser in dem Bereich von 0,58 bis 0,61 liegt und das Verhältnis der Flußdichte in dem Bereich von 1,72 bis 1,84 liegt.

10. Blech nach Anspruch 9, wobei das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser 0,601 ist und das Verhältnis der Flußdichte von 1,76 bis 1,806 beträgt.

11. Blech nach Anspruch 3, wobei die Platte (34) ein Statorblech ist, die Bohrungsöffnung (50) den Innenumfang bildet und der Außenumfang der Platte 203 mm beträgt.

12. Blech nach Anspruch 4, wobei die Platte (34) ein Statorblech ist, die Bohrungsöffnung (50) den Innenumfang bildet und der Außenumfang der Platte 242 mm beträgt.

13. Blech nach Anspruch 6, wobei die Platte (34) ein Statorblech ist, die Bohrungsöffnung (50) den Innenumfang bildet und der Außenumfang der Platte 203 mm beträgt.

14. Blech nach Anspruch 8, wobei die Platte (34) ein Statorblech ist, die Bohrungsöffnung (50) den Innenumfang bildet und der Außenumfang der Platte 242 mm beträgt.

15. Blech nach Anspruch 10, wobei die Platte (34) ein Statorblech ist, die Bohrungsöffnung (50) den Innenumfang bildet und der Außenumfang der Platte 203 mm beträgt.

16. Dynamoelektrische Maschine, die ein Blech nach einem der vorstehenden Ansprüche enthält.

17. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 16, wobei eine Statorwicklung von einer minimalen Anzahl der Leiter (64) gebildet ist, die in den Statornuten (52) für die Betriebskonfiguration enthalten sind, so daß der Streufluß aus den Wickelköpfen (36) der Statorwicklung an den Stirnflächen (48) des Stators (14) verkleinert ist.