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DE1040118B - Electric machine with liquid-tight laminated core - Google Patents

Electric machine with liquid-tight laminated core

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DE1040118B
DE1040118B DEI9527A DEI0009527A DE1040118B DE 1040118 B DE1040118 B DE 1040118B DE I9527 A DEI9527 A DE I9527A DE I0009527 A DEI0009527 A DE I0009527A DE 1040118 B DE1040118 B DE 1040118B
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liquid
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Seit langem wird das Isoliermaterial von Wicklungen elektrischer Maschinen mit Imprägniermitteln behandelt, und die Hohlräume werden mit Füllmassen ausgefüllt zum Schütze gegen den Einfluß von Feuchtigkeit, die Windungsschlüsse oder Erdschlüsse gegen das Eisenpaket und damit Zerstörung der Wicklungen verursachen. Es hat in neuerer Zeit auch nicht an Versuchen gefehlt, durch Verklebung der Eisenbleche des Statorpaketes, das die Wicklungen in Nuten trägt, mit Kunststoffen und Anbringung eines Schutzüberzuges aus Kunststoff an der Eisenoberfläche sowie durch Einbettung der Wicklungen in Kunststoff einen für längere Zeitdauer wirkenden Schutzeffekt gegen Wasser oder korrodierende Flüssigkeiten oder Gase zu erzielen. Das Ziel dieser Bestrebungen lag meist darin, wasserfeste Unterwassermotoren zu bauen, deren Wicklungen in dauerndem Kontakt mit dem Wasser sind.For a long time, the insulating material of windings in electrical machines has been treated with impregnating agents, and the cavities are filled with filling compounds to protect against the influence of moisture, the interturn faults or earth faults against the iron package and thus destruction of the windings cause. In recent times there has also been no lack of attempts by gluing the iron sheets of the stator core, which carries the windings in slots, with plastics and a protective coating made of plastic on the iron surface and by embedding the windings in plastic Protective effect against water or corrosive liquids or gases for a longer period of time to achieve. The goal of these efforts was mostly to build waterproof underwater motors, whose windings are in constant contact with the water.

Die Schwierigkeiten lagen einerseits darin, quellfreie Kunststoffe zu finden, die auch im Laufe der Zeit und bei höherer Temperatur nicht verspröden und zur Rißbildung neigen als Folge der Auswirkungen innerer Spannungen und ungleicher Wärmedehnungskoeffizienten im Vergleich zum Eisen und Kupfer von Statorpaket und Wicklung. Die Gefahr der Rißbildung wird um so größer, je größer die Abmessungen des Statorpaketes, je größer der Unterschied der Temperaturkoeffizienten von Kunststoff einerseits und Eisen respektiv Kupfer andererseits, je höher die Temperatur der Umgebung, je höher die im Kupfer und Eisen durch elektrisch bedingte Verluste und schlechte Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes bedingte Temperaturgefälle im Innern des kunststoff getränkten Wicklungs- und Blechpaketkörpers sind. Endlich zeigen sich auch noch Schwierigkeiten in der relativ geringen Abriebfestigkeit der meisten unverstärkten Kunststoffe, so daß beispielsweise der dünne Schutzbelag im Spalt zwischen Stator und Rotor in der Anwendung bei flüssigkeitslaufenden Motoren und bei Anwesenheit von Schmutzteilchen bald abgerieben war.On the one hand, the difficulties lay in finding non-swelling plastics that would also work in the course of the Time and at higher temperature do not become brittle and tend to crack as a result of the effects internal stresses and unequal thermal expansion coefficients compared to iron and copper of stator core and winding. The greater the dimensions, the greater the risk of cracking of the stator, the greater the difference in the temperature coefficient of plastic on the one hand and iron or copper on the other hand, the higher the temperature of the environment, the higher the temperature in the copper and iron caused by electrical losses and poor thermal conductivity of the plastic There are temperature gradients inside the plastic-soaked winding and laminated core. Finally there are still difficulties in the relatively low abrasion resistance of most of the unreinforced Plastics, so that, for example, the thin protective coating in the gap between the stator and rotor in the application in liquid-running engines and in the presence of dirt particles soon rubbed off was.

Der Erfindungsgegenstand fußt auf der bekannten Technik, Wicklungen von elektrischen Maschinen in Kunstharze, z. B. Epoxyd- oder Polyesterharze, einzubetten, wobei Füll- oder Streckmittel, wie Quarzsand u. dgl., zugemischt werden nicht nur im Interesse der Verbilligung, sondern vor allem im Interesse der besseren "Wärmeleitung und des kleineren Wärmedehnungskoeffizienten der Mischung. Dadurch wird ein geringeres Temperaturgefälle im Wicklungskörper und geringere mechanische Spannungen im Harzkörper und somit größere Rißfreiheit erzielt. Es gelingt so gemäß bekannter Technik relativ leicht, einen harzumhüllten Wicklungskörper zu schaffen, der im Be-Elektrische Maschine
mit flüssigkeitsdictitem BlechpaketThe subject of the invention is based on the known technology, windings of electrical machines in synthetic resins, z. B. epoxy or polyester resins, with fillers or extenders, such as quartz sand and the like., Not only in the interest of cheaper, but above all in the interest of better "heat conduction and the lower coefficient of thermal expansion of the mixture lower temperature gradient in the winding body and lower mechanical stresses in the resin body and thus greater freedom from cracks is achieved
with liquid-tight sheet package

Anmelder:
Fritz Isler, Zürich (Schweiz)Applicant:
Fritz Isler, Zurich (Switzerland)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. F. Eitner, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 8Representative: Dipl.-Ing. EF Eitner, patent attorney,
Munich 5, Erhardtstr. 8th

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 21. Dezember 1953Claimed priority:
Switzerland of December 21, 1953

reich der Stirnverbindungen der Wicklung, also außerhalb des lamellierten Eisenkörpers, wasserfest ist. Dagegen ist es bedeutend schwieriger, das Eindringen von Wasser zwischen den einzelnen Eisenblechen des Statorpaketes zu verhindern. Da die Wicklungen (meist aus Kupferdraht) auch im Bereich der Nuten des Statoreisenpaketes fest durch das imprägnierende, und porenfüllende Kunstharz eingeschlossen sind und zufolge des Wärmedehnungskoeffizienten 22.1O-6 für Kupfer sich etwa doppelt so stark bei Erwärmung des ganzen Körpers ausdehnen als das Eisen des Paketes, dessen Koeffizient etwa 11.10—6 beträgt, muß es zwangläufig Risse geben im Statorblechpaket. In der Erfindung wird angegeben, wie ein Statorblechkörper selbst unter starken Temperaturschwankungen rißfrei erhalten werden kann.Rich in the end connections of the winding, i.e. outside the laminated iron body, is waterproof. On the other hand, it is significantly more difficult to prevent water from penetrating between the individual iron sheets of the stator core. Since the windings (mostly made of copper wire) are also firmly enclosed in the grooves of the stator iron core by the impregnating and pore-filling synthetic resin and, due to the thermal expansion coefficient of 22.10 -6 for copper, expand about twice as much as the iron of the packet whose coefficient is about 11.10- 6 is, it must give cracks in the laminated stator core positively. The invention specifies how a laminated stator body can be obtained without cracks even under severe temperature fluctuations.

Ausgehend von einer elektrischen Maschine mit einem flüssigkeitsdichten Blechpaket, das aus abwechselnden Lagen von etwa 0,35 bis 0,5 mm starken genuteten Blechen bzw. von kunstharzgetränkten oder kunstharzbelegten Trägerschichten oder Kunstharzschichten besteht und durch Aushärten des Kunstharzes zu einem flüssigkeitsdichten Blechverbundkörper verfestigt wird, wird erfindungsgemäß die Stärke der Kunstharzträgerschicht oder der Kunstharzschicht so gewählt, daß im fertigen Zustand des Blechpaketes die Stärke dieser Schicht etwa 30 bis 200 °/o der Blechstärke beträgt.Based on an electrical machine with a liquid-tight laminated core, which consists of alternating Layers of about 0.35 to 0.5 mm thick grooved sheets or of synthetic resin soaked or synthetic resin-coated carrier layers or synthetic resin layers and by curing the synthetic resin is solidified to form a liquid-tight sheet-metal composite body, according to the invention, the Thickness of the synthetic resin carrier layer or the synthetic resin layer chosen so that in the finished state of the Laminated core, the thickness of this layer is about 30 to 200% of the sheet thickness.

Das Material des Klebers muß hierbei einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen als das Kupfer. Angenommen, die Schichtdicke des Klebers sei gleich der Dicke eines einzelnen Eisenbleches, so rechnet sich leicht aus, daß für den Fall eines Wär-The material of the adhesive must have a greater coefficient of thermal expansion than that Copper. Assuming that the layer thickness of the adhesive is equal to the thickness of a single sheet of iron, so it is easy to calculate that in the event of heat

«09 640/198«09 640/198

Claims (6)

medehnungskoeffizienten von 33.ΙΟ"-6 für den Kleber das gesamte Eisenblechpaket in axialer Länge (Summe aller Eisenblech- und Kleberschichtdicken) sich bei Erwärmung genau gleich viel dehnt wie die Kupferdrähte in den Nuten innerhalb der Blechpaketlänge (gleiche Temperaturen in Eisen, Kleber und Kupfer angenommen). Tatsächlich haben Epoxydharzkleber je nach dem, wie stark sie mit Füllmitteln, z. B. Quarzmehl, oder mit Faserteppich (Holzschliff- oder Cellulose- oder Glasfaser od. dgl.) als Träger des Harzes gefüllt sind, Wärmedehnungskoeffizienten, die zwischen 25 bis 60.1Cr-6 erreichen. Daher ist es ein leichtes, das Füllungsverhältnis so auf die Schichtdicke der Klebschicht abzustimmen, daß sich das gesamte Blechpaket axial gleich viel dehnt wie das Kupfer in den Nuten. Damit bleibt das Blechpaket spannungs- und rißfrei, und es werden keine Spalten und Ablösungen des Klebers vom Eisenblech auftreten, durch die das Wasser zu den Kupferdrähten in den Nuten des Blechpaketes eintreten und Kurzschlüsse der unter Spannung stehenden Wicklungen einleiten kann. Für das Wesen der Erfindung ist es gleichgültig, ob die Bleche vor den Paketieren bereits mit der Kunstharzschicht oder Kunstharzträgerschicht versehen sind oder ob besondere Zwischenschichten zwischen die Bleche eingelegt werden. Im letzteren Fall handelt es sich um Verwendung eines Harzträgers, wobei das Harz in den Träger und/oder auf den Träger vor dem Zusammenbau des Statorblechpaketes und vor dem Bewickeln und Ausgießen der Wicklung gebracht werden kann. Falls der Harzträger aus saugfähigem Material besteht und das Harz genügend dünnflüssig und im Vakuum oder unter Druck eingebracht wird, ist es möglich, den Harzausguß des Blechkörpers und der Wicklungsköpfe gleichzeitig vorzunehmen. Durch die Anordnung einer so starken Isolationsschicht zwischen den einzelnen Blechen ist es zwecks Vermeidung der magnetischen Übersättigung der Zähne des genuteten Blechkörpers notwendig, entweder die Luftspaltinduktion des magnetischen Kreises herabzusetzen oder die Zähne genügend stark aus zubilden. Meist genügt die normale übliche Dimensionierung der Zähne des genuteten Blechkörpers, weil wasserlaufende Motoren mit oder ohne Spaltrohr im Hinblick auf Blockierungen des Rotors zufolge von Verunreinigungen des Wassers auf jeden Fall einen großen Spalt zwischen Stator und Rotor aufweisen müssen, und aus diesem Grunde zwingt die Forderung nach kleinem Magnetisierungsstrom und geringem magnetischem Geräusch schon zu kleinen Werten der magnetischen Spaltinduktion. Um die Wicklungen von in Flüssigkeit laufenden Motoren unter extremen Temperatur- und Korrosionsbedingungen noch besser zu schützen, ist es zweckmäßig, mindestens auf der der Flüsigkeit zugewandten Seiten des beschriebenen harzimprägnierten Blechpaket- und Wicklungskörpers eine Schutzschicht zusätzlich aufzubringen. Diese besteht in an sich bekannter Weise aus einer dünnwandigen Harzschicht, die im Interesse hoher mechanischer Festigkeit und Rißfreiheit verstärkt werden kann: a) durch elektrisch nichtleitende, wenn möglich flüssigkeitsdichte Folien oder Bänder aus Kunststoff, beispielsweise aus Flüoräthylen, die um den Statorkörper 5, 6 und 8 nach Fig. 1 mindestens im Spaltgebiet und um den Statorkörper 5, 6 und 12 nach Fig. 2 mindestens das Spaltgebiet überlappend bedeckend, gewickelt werden, b) durch Gewebe aus organischen oder anorganischen Fasern, c) durch elektrisch schlecht leitende Metallfolien, Metallgewebe oder Metallbelage, welche nach irgendeinem Verfahren aufgebracht werden, d) durch einen dünnwandigen Metallzylinder, z. B. aus Chrom-Nickelstahl. Der Erfindungsgegenstand sei in Fig. 1 und 2 in der beispielsweisen Anwendung in stopfbüchsenlosen Umwälzpumpen erläutert. In Fig. 1 handelt es sich um einen Außenläufermotor, dessen Statorblechpaket 5 mit Wicklung 6 und Schutzschicht 7 und Harzfüllung 8, wie vorher beschrieben, ausgeführt wird. Die damit verbundene feststehende Hohlwelle, durch die die Wicklungsanschlüsse 9 fortgeführt werden, trägt Lager 4 zur drehbaren Lagerung des Rotorgehäuses 17, des Rotorblechpaketes 1, der Käfigwicklung 2 und des Förderorgans 3. Der Motorblock wird umhüllt durch die Gehäuseteile 10 und 12. In Fig. 2 stellt 5 das Statorblechpaket mit Wicklung 6, Schutzschicht 7 und Harzumguß 12, wie beschrieben, dar. Der Harzumguß 12 mit Füllstoff stellt gleichzeitig einen Gehäuseteil dar, in den eingegossen sich eine Rohrverschraubung 18 befindet und der die Lager 4 trägt. Die Numerierung der andern Motorteile entspricht derjenigen von Fig. 1. Der Erfindungsgegenstand läßt sich natürlich auch auf andere Elektromotorausführungen anwenden, die im Kontakt mit agressiven Flüssigkeiten oder Gasen sind oder die stopfbüchsenlos zusammengebaut sind mit Förderorganen, die Flüssigkeiten oder Gase in vakuum- oder druckfesten Rohrleitungssystemen fördern. P.\ T E N T A N S P I! C C. H E:coefficient of expansion of 33.ΙΟ "-6 for the adhesive the entire sheet iron package in axial length (sum of all sheet iron and adhesive layer thicknesses) expands exactly as much when heated as the copper wires in the grooves within the sheet package length (same temperatures in iron, adhesive and copper In fact, depending on how thickly they are filled with fillers, e.g. quartz flour, or with a fiber carpet (wood pulp or cellulose or glass fiber or the like) as a carrier of the resin, epoxy resin adhesives have thermal expansion coefficients of between 25 up to 60.1Cr-6. It is therefore easy to adjust the filling ratio to the thickness of the adhesive layer so that the entire laminated core expands axially by the same amount as the copper in the grooves there will be no cracks and detachment of the adhesive from the iron sheet, through which the water can enter the copper wires in the grooves of the laminated core and Can initiate short circuits of the live windings. For the essence of the invention, it does not matter whether the sheets are already provided with the synthetic resin layer or synthetic resin carrier layer before they are packaged or whether special intermediate layers are inserted between the sheets. In the latter case, a resin carrier is used, with the resin being able to be brought into the carrier and / or onto the carrier before the assembly of the stator core and before the winding and pouring of the winding. If the resin carrier is made of absorbent material and the resin is sufficiently thin and is introduced in a vacuum or under pressure, it is possible to pour the resin of the sheet metal body and the winding heads at the same time. By arranging such a thick insulation layer between the individual sheets, in order to avoid magnetic oversaturation of the teeth of the grooved sheet metal body, it is necessary either to reduce the air gap induction of the magnetic circuit or to train the teeth sufficiently. Usually the normal dimensioning of the teeth of the grooved sheet metal body is sufficient, because water-running motors with or without a can with regard to blockages of the rotor due to impurities in the water must in any case have a large gap between the stator and the rotor, and for this reason the requirement is compelling after a small magnetizing current and low magnetic noise, the values of the magnetic gap induction are already too small. In order to protect the windings of motors running in liquid even better under extreme temperature and corrosion conditions, it is advisable to additionally apply a protective layer at least on the side of the described resin-impregnated laminated core and winding body facing the liquid. This consists in a manner known per se of a thin-walled resin layer, which can be reinforced in the interest of high mechanical strength and freedom from cracks: a) by electrically non-conductive, if possible liquid-tight foils or strips made of plastic, for example made of fluorethylene, which are placed around the stator body 5, 6 and 8 according to FIG. 1 at least in the gap area and around the stator body 5, 6 and 12 according to FIG. 2, overlapping at least the gap area, b) by fabric made of organic or inorganic fibers, c) by electrically poorly conductive metal foils, metal mesh or metal coatings, which are applied by any method, d) through a thin-walled metal cylinder, e.g. B. made of chrome-nickel steel. The subject matter of the invention is explained in FIGS. 1 and 2 in the exemplary application in circulating pumps without a stuffing box. In Fig. 1 is an external rotor motor, the stator core 5 with winding 6 and protective layer 7 and resin filling 8, as described above, is executed. The fixed hollow shaft connected to it, through which the winding connections 9 are continued, carries bearings 4 for the rotatable mounting of the rotor housing 17, the rotor core 1, the cage winding 2 and the conveyor element 3. The engine block is encased by the housing parts 10 and 12. In Fig. 2 shows 5 the laminated stator core with winding 6, protective layer 7 and resin encapsulation 12, as described. The numbering of the other motor parts corresponds to that of Fig. 1. The subject of the invention can of course also be applied to other electric motor designs that are in contact with aggressive liquids or gases or that are assembled without a stuffing box with conveying organs that carry liquids or gases in vacuum or pressure-tight pipeline systems support financially. P. \ T E N T A N S P I! C C. H E: 1. Elektrische Maschine mit flüssigkeitsdichtem Blechpaket, das aus abwechselnden Lagen von etwa 0,35 bis 0,5 mm starken genuteten Blechen bzw. von kunstharzgetränkten oder kunstharz belegten Trägerschichten oder Kunstharzschichten besteht und durch Aushärten des Kunstharzes zu einem flüssigkeitsdichten Blechverbundkörper verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Kunstharzträgerschicht oder der Kunstharzschicht in fertigem Zustand etwa 30 bis 200°/o der Blechstärke beträgt.1. Electrical machine with a liquid-tight laminated core consisting of alternating layers of Grooved sheets of about 0.35 to 0.5 mm thick or covered with synthetic resin soaked or synthetic resin Carrier layers or synthetic resin layers and by curing the synthetic resin to a liquid-tight sheet metal composite body is solidified, characterized in that the Thickness of the synthetic resin carrier layer or the synthetic resin layer in the finished state about 30 to 200% the sheet thickness is. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wicklung tragende Blechpaket im Spalt zwischen Stator und Rotor einen dünnwandigen Schutzmantel aus härtbarem .Niederdruckharz von der Stärke kleiner als 1 mm aufweist.2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the winding bearing laminated core in the gap between stator and rotor a thin-walled protective jacket made of hardenable . Has low-pressure resin with a thickness of less than 1 mm. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel mechanisch verstärkt ist durch elektrisch nichtleitende, mindestens flüssigkeitsdichte Folien oder Bänder aus Kunststoff.3. Electrical machine according to claim 2, characterized in that the protective jacket is mechanical is reinforced by electrically non-conductive, at least liquid-tight foils or Plastic tapes. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel mechanisch verstärkt ist durch Gewebe aus Glasfasern, Kunstfasern u. dgl.4. Electrical machine according to claim 2, characterized in that the protective jacket is mechanical is reinforced by fabric made of glass fibers, synthetic fibers and the like. 5. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel verstärkt ist durch elektrisch schlechtleitende Metallfolien, Metallgewebe oder Metallbeläge.5. Electrical machine according to claim 2, characterized in that the protective jacket is reinforced is caused by poorly electrically conductive metal foils, metal mesh or metal coverings. 6. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel durch einen dünnwandigen Metallzylinder verstärkt ist.6. Electrical machine according to claim 2, characterized in that the protective sheath through a thin-walled metal cylinder is reinforced.
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