DE3490366T1

DE3490366T1 - Verfahren zum sequentiellen Aufbau eines Läufers für eine elektrische Maschine und entsprechend aufgebauter Läufer

Info

Publication number: DE3490366T1
Application number: DE19843490366
Authority: DE
Inventors: Mohd A. Roscoe Ill. Aleem; Philip C. Rockford Ill. Mosher
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1984-06-11
Publication date: 1985-09-19
Also published as: GB2154913A; US4562641A; GB2154913B; GB8508484D0; IT8448717A0; EP0153324A1; IL72327A; SG51787G; IL72327A0; IT8448717A1; CA1213302A; WO1985000937A1; EP0153324A4; IT1178404B; EP0153324B1; JPS60502035A

Description

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Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 61125, V.St.A.

Verfahren zum sequentiellen Aufbau eines Läufers für eine elektrische Maschine und entsprechend aufgebauter Läufer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für elektrische Generatoren, insbesondere einen sequentiell aufgebauten Läufer und ein Montageverfahren dafür.

Üblicherweise werden die Läufer für Hochdrehzahl-Hochleistungsgeneratoren ohne Mittenwellen gebaut, um die größtmögliche Menge an Magnetwerkstoff vorsehen zu können. Um die bauliche Integrität dieser Läuferart aufrechtzuerhalten, kann der Läufer mit den zugehörigen Wellen als eine Einheit fertiggestellt werden (vgl. die US-PS 4 024 628). Da jedoch die Läuferbaugruppe eine integrale Einheit ist, wird bei Auftreten eines Fehlers oder Versagens in irgendeinem Teil des Läufers die gesamte Konstruktion unbrauchbar.

Als Alternative zu einer einteiligen Konstruktion können Läufer sequentiell aufgebaut und die Teile etwa durch Schweißen dauerhaft miteinander verbunden werden. Der Schweißvorgang ist kompliziert und erfordert sehr viel Sorgfalt und Genauigkeit. Dies resultiert wiederum in einem zeitraubenden Vorgang und der

Durchführung einer großen Anzahl Arbeitsschritte. Ferner ist eine Umarbeitung des Läufers aufgrund der Schweißverbindungen ausgeschlossen.

Ein mit Hilfe von Schrauben oder Nieten zusammengebauter Läufer weist normalerweise einen Hauptnachteil auf: Um den hohen auftretenden Belastungen standhalten zu können, müssen große Schrauben oder Niete verwendet werden, was große Bohrungen durch die zusammengesetzten Bauteile erforderlich macht. Die Gefahr des Auftretens von Luftspalten um die Befestigungselemente herum führt zu dem Problem der Unterbrechung des Magnetkreises, wodurch wiederum der Generatorwirkungsgrad vermindert wird.

Ein weiterer Nachteil von sequentiell aufgebauten Läufern besteht darin, daß Verschmutzungen leicht zwischen zusammengefügte Teile, die dauerhaft miteinander verbunden sind, eindringen können. Dadurch kann der Betrieb des Läufers beeinträchtigt werden. Da die Teile nicht ohne weiteres voneinander lösbar sind, kann eventuell der gesamte Läufer unbrauchbar sein.

Die vorliegende Erfindung dient dem Zweck, die oben aufgeführten Probleme zu überwinden.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines starren Läufers, der mit hohen Drehzahlen laufen kann und der zu Umarbeitungszwecken demontierbar ist, ohne daß die exakte Ausrichtung zwischen den Bauteilen verlorengeht.

Die Erfindung betrifft einen sequentiell aufgebauten Läufer sowie ein Verfahren zum Aufbau der Läuferbauteile, die im Prinzip ein Läuferkern, in Längsrichtung beabstandete Endwindungshalterungen und Wellenendhalterungen sind.

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Gemäß der Erfindung werden die Endwindungshalterungen an den axialen Enden eines unbewickelten Läuferkerns miteinander ausgerichtet zur Bildung einer Kernbaugruppe, und die Kernbaugruppe wird mit Bohrungen innerhalb enger Toleranzen versehen, in denen in Längsrichtung sich erstreckende Befestigungsschrauben aufnehmbar sind. Wenn die Baugruppe fertig ist, erfolgt eine erwünschte maschinelle Bearbeitung. Dann werden die Endwindungshalterungen vom Kern abgenommen und an die Wellenendhalterungen angepaßt, wonach erforderlichenfalls eine weitere maschinelle Bearbeitung durchgeführt wird. Die Endwindungshalterungen werden von den Wellenhalterungen abgenommen und wieder mit dem Kern verschraubt. Die Wellenhalterungen werden ihrerseits mit der Kernbaugrüppe verbunden, indem zum gegenseitigen Verschrauben axiale Löcher unter Einhaltung enger Toleranzen gebohrt werden. Dann erfolgt die maschinelle Endbearbeitung des Läufers, das Wickeln der Hauptfeldwicklung und die Herstellung der elektrischen Anschlüsse. Eine Hülse wird über die fertige Einheit geschoben, so daß ein starres Bauteil erhalten wird.

Nach Abnahme der Gehäusehülse können die Bauteile nacheinander voneinander getrennt werden, indem die die Wellenendhalterungen festlegenden Schrauben und dann die Schrauben, die die Endwindungshalterungen mit dem Kern verbinden, gelöst werden. Dies ist ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung, da es hierdurch möglich ist, eine Präzisionsbearbeitung in verschiedenen Phasen des Zusammenbaus durchzuführen, wonach die gesamte Baugruppe demontiert, entgratet und gereinigt werden kann, um Verschmutzungen wie Bearbeitungsspäne, Schleifstaub usw. vor dem Wickeln der Feldwicklung zu entfernen.

Einerseits vereinfacht das Verfahren die Montage und Demontage, und andererseits wird als Endprodukt eine Konstruktion hoher Güte erhalten. Die Bohrungen für die Schrauben sind unter Einhaltung enger Toleranzen gebohrt. Die verwendeten Schrauben sind präzisionsgeschliffene, hochfeste Schrauben hoher Permeabilität, die Teil der fertigen Baugruppe werden und die

Bauteile formschlüssig halten. Ferner treten aufgrund der Schrauben, die hohe magnetische Permeabilität aufweisen, nur geringe magnetische Verluste auf.

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

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer fertigen Läufereinheit gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Perspektivansicht des Läuferkerns;

Fig. 3 eine Explosionsansicht der Kerneinheit mit dazugehörigen Endwindungshalterungen;

Fig. 4 eine Wellenendhalterung für den Kern mit dazugehöriger Endwindungshalterung;

Fig. 5 die in bezug auf Fig. 4 andere Wellenendhalterung mit dazugehöriger Endwindungshalterung;

Fig. 6 eine Explosionsansicht der Wellenendhalterungen

und der mit Feldwicklungen versehenen Läuferkern-Baugruppe.

Fig. 1 zeigt eine fertige Läufereinheit 10, die im wesentlichen eine Hauptkerneinheit 12 mit sie umgebender zylindrischer Hülse 14 sowie entgegengesetzt gerichtete und in Axialrichtung miteinander fluchtende Wellenendhalterungen 16, 18 aufweist.

Die Hauptkerneinheit 12 ist in den Fig. 2 und 3 im einzelnen gezeigt und umfaßt einen I-förmigen Kern 20 aus miteinander verbundenen Kernblechen 22. An jedem Ende des Kerns 20 befindet sich eine Endwindungshalterung 24, die so ausgebildet ist, daß sie nominell an den Querschnitt des Kerns 20 angepaßt ist. Die Endwindungshalterungen 24 weisen sich in Axialrichtung entgegengesetzt öffnende Rechteckausschnitte 26 auf, die gemeinsam mit sich entgegengesetzt öffnenden Rechtecknuten 28 im Kern und Endwindungshalterungen 24 eine ununterbrochene Hinterschneidung um die Hauptkerneinheit 12 zum Einfügen der Feldwicklungen 30 (Fig. 6) bilden.

Eine Bohrung 32 ist in Axialrichtung unter enger Toleranzeinhaltung durch jede Endwindungshalterung 24 und den Kern 20 gebohrt und nimmt einen Gewindebolzen 35 auf. Ein einzelner Gewindebolzen 35 wird in Axialrichtung durch jede Endwindungshalterung an im wesentlichen diametral entgegengesetzten Bereichen der Kerneinheit 12 eingeführt und hat ausreichende Länge, so daß er sich in die entgegengesetzte Endwindungshalterung 24 erstreckt, um eine Relativdrehung zwischen dem Kern 20 und den Endwindungshalterungen 24 zu verhindern.

M-förmige Keile 34 sind engpassend in die Nuten 28 des Kerns eingesetzt und weisen in Längsrichtung verlaufende Rechteckkanäle 36 für die Feldwicklungen 30 auf, wobei diese Kanäle durch voneinander beabstandete, in Axialrichtung verlaufende Flansche 38 einer Länge, die gleich dem Abstand zwischen entgegengesetzten Endflächen der Endwindungshalterungen 24 ist_r gebildet sind.

Die maschinelle Bearbeitung des Kerns 20 und der daran montierten Endwindungshalterungen 24, die gemeinsam mit dem Kern die Kernbaugruppe 12 bilden, kann vor dem Ansetzen der Keile 34 erfolgen. Die Keile 34 werden an dem Anker 20 mit geeigneten Befestigungselementen (nicht gezeigt) montiert, bevor die letzte maschinelle Bearbeitung des Außendurchmessers des Kerns durchgeführt wird.

Dann werden die Endwindungshalterungen 24 vom Kern entfernt und mit den Wellenendhalterungen 16, 18 (Fig. 4 und 5) zusammengepaßt. Da das Zusammenfügen der Endwindungshalterungen 24 für beide Wellenendhalterungen 16, 18 gleich ist, werden hier gleiche Bezugszeichen für die Teile an jedem Kernende verwendet. Jede Wellenendhalterung 16, 18 weist eine kreisförmiges Gußbasis 46 mit einem damit einstückigen, in Axialrichtung verlaufenden Bund 48 auf. Die Bunde sind konzentrisch zur Rotationsachse von Wellen 17, 19, die mit jeder Gußbasis 46 einstückig ausgebildet sind und entgegengesetzt zueinander von diesen ausgehen.

Die Ausrichtung zwischen den Endwindungshalterungen 24 und den Wellenhalterungen 16, 18 wird durch zwei Stifte 50 aufrechterhalten, die in diametral entgegengesetzten Axialbohrungen 52 und 53 in den Endwindungshalterungen 24 bzw. den Gußbasen 46 verlaufen. Nach richtiger Anpassung werden die Endwindungshalterungen 24 und die Wellenendhalterungen 16, 18 auf die erwünschten Toleranzen maschinell bearbeitet.

Dann werden die Wellenendhalterungen 16, 18 und die Endwindungshalterungen 24 voneinander getrennt, und die Endwindungshalterungen 24 werden wiederum mit dem Kern 20 verschraubt. Die Wellenhalterungen 16, 18 und die Kernbaugruppe 12 werden entsprechend Fig. 6 zusammengepaßt. Bohrungen 54 werden unter Einhaltung enger Toleranzen durch die Gußbasen 46, die Endwindungshalterungen 24 und in den Kern 20 gebohrt. Ein zweiter Satz maßgeschliffene Schrauben 56 wird in die Bohrungen 54 geschraubt und angezogen, um die Wellenendhalterungen 16, 18 an der Kernbaugruppe festzulegen. Erforderlichenfalls erfolgt dann eine zusätzliche maschinelle Bearbeitung der Bunde 48 und der Endwindungshalterungen 24.

Die Schrauben 56 und die Schrauben 35 der Endwindungshalterungen werden dann entfernt, so daß sämtliche Einzelteile voneinander getrennt, entgratet und gereinigt werden können, um Bearbeitungsspäne oder Schleifstaub oder andere etwa vorhandene Verschmutzungen zu entfernen.

Dann werden die Endwindungshalterungen 24 wieder mit dem Kern 20 zusammengebaut, die Feldwicklung 30 wird aufgewickelt, und die Keile 34 werden wieder angesetzt. Nach diesem Wiederzusammenfügen werden die Wellenhalterungen 16, 18 an den Endwindungshalterungen 24 montiert. Die zylindrische Hülse 14 wird im Preßsitz auf die Außenflächen der gemeinsam bearbeiteten Teile, also des Kerns, der Endwindungshalterungen und der Wellenendhalterungen, aufgeschoben und in konventioneller Weise festgelegt, so daß der Läufer 10 fertig ist.

Aus der vorstehenden Erläuterung geht hervor, daß die Schrauben 35, 56 den Kern 20, die Endwindungshalterungen 24 und die Wellenendhalterungen 16, 18 in einfacher und formschlüssiger Weise in der Montagelage halten. Durch einfaches nacheinander erfolgendes Lösen der Schrauben 56 und 3 5 können der Kern 20, die Endwindungshalterungen 24 sowie die Wellenhalterungen 16, 18 freigesetzt werden, um eine Reinigung, ein Umarbeiten oder Umtauschen von Teilen durchzuführen.

Die exakte Ausrichtung von Kern, Endwindungshalterungen und Wellenendhalterungen während der erneuten Montage ist durch die Schrauben 35, 56 sichergestellt.

Da die Schrauben 35, 56 sowie die sie aufnehmenden Bohrungen 32, 54 mit engen Toleranzen gearbeitet sind, werden etwaige Luftspalte minimiert, so daß kaum Unterbrechungen des Magnetkreises auftreten. Der Wirkungsgrad eines Generators wird weiter durch die Verwendung von Schrauben hoher magnetischer Permeabilität gesteigert, wodurch geringere Magnetverluste im Läufer auftreten.

Claims

Patentansprüche

f 1 .J Verfahren zum sequentiellen Aufbau eines Läufers für eine

gekennzeichnet durch

Bereitstellen eines magnetischen Läuferkerns mit entgegengesetzten Enden und einer Drehachse; lösbares Befestigen einer Windungshaiterung an jedem Läuferkernende unter Bildung einer Läuferkernbaugruppe; lösbares Befestigen einer Wellenhalterung an jeder Endwindungshalterung; und

- Anbringen einer Gehäusehülse um die Läuferkernbaugruppe; so daß der Läufer für Umarbeitungszwecke leicht auseinandernehmbar und wieder zusammensetzbar ist, wobei die Ausrichtung des Kerns, der Windungshalterungen und der Wellenhalterung genau eingehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Ausführen eines maschinellen Bearbeitungsvorgangs an der Läuferkernbaugruppe unter Anpassung der Windungshalterungen an den Läuferkern, bevor die Wellenhalterungen an der Läuferkernbaugruppe befestigt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Ausrichten jeder Windungshalterung mit einer Wellenhalterung vor dem Befestigen der Windungshalterungen an den Enden des Läuferkerns und Ausführen eines maschinellen Bearbeitungsvorgangs zur Anpassung der Windungshalterungen an die Wellenhalterungen.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch maschinelles Bearbeiten der aus Läuferkernbaugruppe und Wellenhalterungen bestehenden Einheit auf erwünschte Toleranzen vor dem Anbringen der Gehäusehülse um die Läuferkernbaugruppe.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
gekennzeichnet durch Auseinandernehmen des Läuferkerns, der Windungshalterungen und der Wellenhalterungen nach dem Bearbeitungsschritt, Entfernen von auf wenigstens dem Läuferkern, den Windungshalterungen oder den Wellenhalterungen angesammelten Verschmutzungen und Fremdstoffen, und anschließendes Wiederzusammensetzen des Läuferkerns, der Windungshalterungen und der Wellenhalterungen.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch Wickeln einer Feldwicklung um die Läuferkernbaugruppe vor der Neumontage der Wellenhalterungen.
7. Verfahren zum sequentiellen Aufbau eines Läufers für eine elektrische Maschine,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Bereitstellen eines magnetischen Läuferkerns mit entgegengesetzten Enden und einer Drehachse; lösbares Befestigen einer Windungshalterung an jedem Läuferkernende unter Bildung einer Läuferkernbaugruppe;

maschinelles Bearbeiten der Läuferkernbaugruppe zur Anpassung von Läuferkern und Windungshalterungen; Abnehmen der Windungshalterungen von dem Läuferkern; Vorsehen einer axialen Wellenhalterung für jedes Ende der Lau ferkernbaug ruppe;

- Ausrichten jeder Windungshalterung mit einer Wellenhalterung;

- maschinelles Bearbeiten der miteinander fluchtenden Windungshalterungen und Wellenhalterungen zur Anpassung aneinander;

Demontieren der Wellenhalterungen und der Windungshalterungen;

- erneutes Befestigen der Windungshalterungen an den Enden des Läuferkerns; und

lösbares Befestigen einer Wellenhalterung an jedem Ende der Lauferkernbaugruppe;

so daß der Läufer für Umarbeitungszwecke leicht demontierbar und unter exakter Aufrechterhaltung der Ausrichtung zwischen Läuferkern, Windungshalterungen und Wellenhalterungen wieder zusammenbaubar ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Befestigen der Wellenhalterungen an den Enden der Läuferkernbaugruppe ein anschließender maschineller Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, um dem Läufer die endgültige Größe zu geben.
9. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet , daß jede Windungshalterung an dem Läuferkern mit wenigstens einer Schraube lösbar befestigt ist, die sich in Axialrichtung durch die Windungshalterung in den Läuferkern erstreckt.
10. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß jede Wellenhalterung an der Läuferkernbaugruppe mit wenigstens einer Schraube befestigt ist, die sich in Axialrichtung durch die Wellenhalterung und eine Windungshalterung in den Läuferkern erstreckt.
11. Verfahren nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch Anbringen einer zylindrischen Hülse über der Läuferkernbaugruppe nach Befestigen der Wellenhalterungen an den Enden der Läuferkernbaugruppe.
12. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität zur Geringhaltung magnetischer Verluste bestehen.
13. Zusammengesetzter Läufer für eine elektrische Maschine, gekennzeichnet durch einen drehbaren Hauptkern (20) mit einer in Längsrichtung verlaufenden Drehachse;
zwei Endwindungshalterungen (24);

Elemente (35), die jeweils eine Endwindungshalterung (24) an jedem axialen Ende des Hauptkerns (20) festlegen unter Bildung einer Kernbaugruppe;
zwei Wellenendhalterungen (16, 18); Elemente (56), die jeweils eine Wellenendhalterung (16, 18) an jeder Endwindungshalterung (24) festlegen; und eine über der Kernbaugruppe positionierbare Hülse (14); wobei der Kern (20), die Wellenendhalterungen (16, 18) und die Endwindungshalterungen (24) zur Umarbeitung des Läufers leicht demontierbar und unter exakter Aufrechterhaltung der Ausrichtung von Kern, Windungshalterungen und Wellenhalterungen wieder montierbar sind.
14. Zusammengesetzter Läufer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet ,

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daß die Elemente zum lösbaren Festlegen jeder Wellenendhalterung (16, 18) an einer Endwindungshalterung (24) wenigstens eine Schraube (56) umfassen, die sich in Axialrichtung durch jede Wellenendhalterung und Endwindungshalterung in den Kern erstreckt.
15. Zusammengesetzter Läufer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (20) und die Endwindungshalterungen (24) jeweils eine Außenumfangsfläche aufweisen und daß der Kern (20) und die Endwindungshalterungen (24) gemeinsam maschinell bearbeitet sind, so daß die Außenumfangsflächen gemeinsame Zylinder bilden, über denen die Hülse (14) positioniert ist.
16. Zusammengesetzter Läufer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (20) und die Wellenendhalterungen (16, 18) jeweils eine Außenumfangsfläche aufweisen und daß der Kern und die Wellenendhalterungen gemeinsam so maschinell bearbeitet sind, daß die Außenumfangsflächen gemeinsame Zylinder bilden, über denen die Hülse (14) positioniert ist.
17. Zusammengesetzter Läufer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse im Preßsitz auf die Umfangsflächen von Kern (20) und Endwindungshalterungen (24) geschoben ist.