CH385983A - Roller-shaped rotor for high-speed synchronous machines - Google Patents

Roller-shaped rotor for high-speed synchronous machines

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CH385983A
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CH
Switzerland
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grooves
runner
segment
cavities
sheets
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Application number
CH858461A
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German (de)
Inventor
Karl Dipl Ing Bobek
Original Assignee
Licentia Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Description

  

      Walzenförnüger    Läufer für     Synchronmaschinen    hoher Drehzahl    Bei Synchronmaschinen mit sehr hoher Dreh  zahl und relativ grosser Leistung versagen die übli  cherweise angewendeten Konstruktionen für die Be  festigung der Schenkelpole am     Jochring    infolge der  sehr grossen Fliehkräfte, die aufzunehmen sind. Vor  allem macht es Schwierigkeiten, die Fliehkraft der  Polspule so abzufangen,     dass    weder Brüche noch  unzulässige Verformungen auftreten.  



  In solchen Fällen wird     bekannterweise    auf eine  walzenförmige Bauart der Läufer übergegangen, bei  der wie bei Turbogeneratoren in einen massiven  Stahlinduktor Nuten gefräst und in diesen Nuten  die Erregerspulen durch Keile festgehalten werden.  Die Läufer der Turbogeneratoren haben im allge  meinen keinen grösseren Durchmesser als 1200 mm,  und sowohl die Stahlwerke als auch die Bearbeitungs  werkstätten sind zur Fertigung von Läufern mit  etwa diesem Durchmesser eingerichtet. Für     Wasser-          kraftgeneratoren    mit hohen     Schleuderdrebzahlen    kön  nen aber so hoch beanspruchte Läufer gelegentlich  mit weitaus grösseren Durchmessern, etwa 2 bis<B>3</B> m,  vorkommen.  



  Es ist Aufgabe der nachstehend beschriebenen  Erfindung, die bei der Fertigung derartiger Läufer  auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden. Die Er  findung betrifft einen walzenförmigen Läufer für  eine Synchronmaschine hoher Drehzahl und grosser  Leistung mit einem z. B. einteiligen oder aus Platten  zusammengesetzten     Jochkörper,    der in Umfangsrich  tung mit rechteckigen Rillen versehen ist. Erfindungs  gemäss sind in die Rillen durch     Axialbolzen    gehaltene  Pakete von     Segmentblechen    eingesetzt. Diese     Stahl-          blechsegmente    erstrecken sich von Polmitte<B>zu</B> Pol  mitte und tragen z. B. in ihrem mittleren Teil ein  gestanzte Nuten, in denen die Erregerwicklung unter  gebracht wird.

      An Hand einer Zeichnung sei ein Ausführungs  beispiel der Erfindung beschrieben.  



  Die     Fig.   <B>l'</B> zeigt einen Schnitt durch den er  findungsgemässen Läuferkörper. Es ist mit<B>1</B> ein  einteilig geschmiedeter oder aus Platten zusammen  gesetzter     Induktorkörper    bezeichnet. Er weist am  Aussendurchmesser in Umfangsrichtung eingedrehte  Rillen<B>9</B> rechteckigen Querschnitts auf. Die Zeich  nung zeigt ferner ein ausgestanztes     Stahlblechseg-          ment,    welches von einer Polmitte bis zur folgenden  reicht. Es bildet mit mehreren gleichartigen ein     Seg-          mentpaket    2, dessen Dicke der Breite jeder Rille  <B>9</B> entspricht und in diese eingesetzt wird.

   Die axial  durchgehenden Bolzen<B>3</B> halten die     Segmentpakete     2 in den Rillen<B>9</B> entgegen der Wirkung der Flieh  kraft. Im mittleren Teil besitzen die     Segmentbleche     eingestanzte Nuten, in denen die Erregerwicklung  4 untergebracht ist. Sie wird durch die     Nutkeile     <B>5</B> in der Nut festgehalten. Die     Nutkeile   <B>5</B> sind aus  einem metallischen, stromleitenden und     unmagneti-          scheu        Werkstoff    gefertigt und können als     Dämpfer-          stäbe    benutzt werden.  



  Im Polbereich der     Segmentpakete    2 werden wei  tere kleinere     Segmentbleche   <B>6</B> so eingeführt,     dass     sie den über den Kämmen<B>10</B> des     Induktorkörpers     entstehenden Raum in axialer Richtung zwischen  den erstgenannten     Segmentpaketen    2 ausfüllen. Die       Segmentbleche   <B>6</B> werden mit den     Segmentpaketen     2 durch Bolzen<B>7</B> so verbunden und gegen Flieh  kräfte befestigt,     dass    eine am Umfang geschlossene  Kette entsteht.  



  Die     Fig.    2 zeigt einen axialen Schnitt des walzen  förmigen Läufers im Gebiet der Polmitte.  



  Die     Fig.   <B>3</B> stellt einen Schnitt durch eine Nut  ebenfalls in axialer Richtung dar. Es ist im Falle  besonders hoher Drehzahlen insbesondere bei vier-           poligen    Läufern möglich, die     Segmentbleche   <B>6</B> nicht  vorzusehen, sondern dafür die am     Induktorkörper     im Polgebiet vorhandenen Kämme<B>10</B> bis zum Luft  spalt der Maschine reichen zu lassen.  



  Die     Fig.    4 zeigt einen Querschnitt durch eine  Nut. Ferner sollen die in die     Segmentbleche    einge  stanzten Nuten breiter als die darin eingelegten     Spulen-          schenkel    der Erregerwicklung 4 sein, so     dass    zwischen       Nutwandung    und Wicklung auf jeder Seite ein Hohl  raum<B>11</B> entsteht. Die Wicklung kann daher ohne  Seitenisolation eingesetzt werden<B>'</B> und sie wird in  ihrer Lage dadurch gehalten,     dass    in den Zwischen  räumen zwischen den     Segmentpaketen    2     Abstands-          halter   <B>8</B> aus einem isolierenden Werkstoff, z. B.

         Pressstoff,    angebracht sind. Diese     Abstandshalter    sind  so geformt,     dass    sie     Kühlluft    oder Kühlgas infolge  des bei der Rotation entstehenden Staudruckes auf  fangen und nach innen in die Hohlräume zwischen  Wicklung und     Nutwandung    drücken.

   Durch die       Formgebung        .,        der        Abstandsstücke        auf        der        Gegenseite     wird bewirkt,     dass    das Kühlgas durch die dort be  findlichen Hohlräume wieder nach aussen in den  Luftspalt befördert wird. Der     Nutenkeil   <B>5</B> ist an  den Stellen, an denen     Abstandshalter    angebracht  sind, so geformt,     dass    er die Entstehung eines Stau  druckes und das Auffangen des Kühlgases im Luft  spalt begünstigt.



      Walzenförnüger rotor for high-speed synchronous machines In synchronous machines with very high speed and relatively high power, the constructions used for fastening the salient poles on the yoke ring fail as a result of the very high centrifugal forces that have to be absorbed. Above all, it makes difficulties to intercept the centrifugal force of the pole coil in such a way that neither breaks nor impermissible deformations occur.



  In such cases, as is known, a changeover is made to a roller-shaped design of the rotor, in which, as with turbo generators, grooves are milled in a solid steel inductor and the excitation coils are held in these grooves by wedges. The rotors of the turbo generators generally do not have a larger diameter than 1200 mm, and both the steelworks and the machining shops are set up for the production of rotors with approximately this diameter. For hydropower generators with high spin rates, however, such highly stressed runners with much larger diameters, around 2 to 3 m, can occasionally occur.



  It is the object of the invention described below to avoid the difficulties encountered in the manufacture of such rotors. The invention relates to a roller-shaped rotor for a synchronous machine of high speed and high power with a z. B. one-piece or composed of plates yoke body, which is provided with rectangular grooves in the circumferential direction Rich. According to the invention, packets of segmented metal sheets held by axial bolts are inserted into the grooves. These sheet steel segments extend from pole center <B> to </B> pole center and carry z. B. in its central part a punched grooves in which the excitation winding is placed under.

      An execution example of the invention will be described with reference to a drawing.



  The Fig. <B> l '</B> shows a section through the rotor body according to the invention. <B> 1 </B> denotes an inductor body forged in one piece or composed of plates. On the outer diameter, it has grooves with a rectangular cross-section that are turned in in the circumferential direction. The drawing also shows a stamped sheet steel segment which extends from one pole center to the next. Together with several similar segments, it forms a segment package 2, the thickness of which corresponds to the width of each groove <B> 9 </B> and is inserted into it.

   The axially continuous bolts <B> 3 </B> hold the segment packages 2 in the grooves <B> 9 </B> against the effect of the centrifugal force. In the middle part, the segment plates have punched grooves in which the excitation winding 4 is housed. It is held in place in the groove by the wedges <B> 5 </B>. The slot wedges <B> 5 </B> are made of a metallic, electrically conductive and non-magnetic material and can be used as damper rods.



  In the pole area of the segment packs 2, further smaller segment sheets <B> 6 </B> are inserted in such a way that they fill the space between the first-mentioned segment packs 2 in the axial direction between the first-mentioned segment packs 2 over the ridges of the inductor body. The segment sheets <B> 6 </B> are connected to the segment packs 2 by bolts <B> 7 </B> and fastened against centrifugal forces so that a chain that is closed on the circumference is created.



  Fig. 2 shows an axial section of the roller-shaped rotor in the area of the pole center.



  FIG. 3 shows a section through a groove, likewise in the axial direction. In the case of particularly high speeds, especially with four-pole rotors, it is possible not to provide the segment plates <B> 6 </B> , but rather to let the combs <B> 10 </B> present on the inductor body in the pole area extend to the air gap of the machine.



  4 shows a cross section through a groove. Furthermore, the grooves punched into the segment plates should be wider than the coil legs of the excitation winding 4 inserted therein, so that a cavity 11 is created on each side between the groove wall and the winding. The winding can therefore be used without side insulation <B> '</B> and it is held in its position by the fact that in the spaces between the segment packs 2 spacers <B> 8 </B> made of an insulating material, z. B.

         Press fabric, are attached. These spacers are shaped in such a way that they catch cooling air or cooling gas as a result of the dynamic pressure generated during rotation and press it inward into the cavities between the winding and the groove wall.

   The shaping of the spacers on the opposite side has the effect that the cooling gas is conveyed through the cavities there again to the outside into the air gap. The groove wedge <B> 5 </B> is shaped at the points where spacers are attached in such a way that it favors the creation of back pressure and the collection of the cooling gas in the air gap.

 

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH</B> Walzenförmiger Läufer für eine Synchron maschine hoher Drehzahl und grosser Leistung mit einem Jochkörper, der in Umfangsrichtung mit Ril len rechteckigen Querschnittes versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rillen durch Axialbolzen gehaltene Pakete von Segmentblechen eingesetzt sind, die in ihrer Teilung jeweils von Polmitte zu Polmitte reichen. <B> PATENT CLAIM </B> Roller-shaped rotor for a synchronous machine of high speed and high power with a yoke body which is provided with grooves of rectangular cross-section in the circumferential direction, characterized in that packets of segmented sheets held by axial bolts are inserted into the grooves, which each extend in their division from pole center to pole center. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Läufer nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass im ungenuteten, den Pol bildenden Teil der Segmentbleche der Raum zwischen den einzelnen Blechpaketen durch weitere über den Käm men des Läufers sitzende kleinere Segmentbleche ausgefüllt ist, die so angeordnet und mit den erst genannten Segmentpaketen, verbolzt sind, dass sie mit diesen eine über den Umfang geschlossene Kette bilden. 2. <B> SUBClaims </B> <B> 1. </B> Runner according to claim, characterized in that in the unslotted, pole-forming part of the segmented metal sheets, the space between the individual laminated cores is replaced by more over the crests of the runner smaller segment sheets are filled, which are arranged and bolted to the first-mentioned segment packets that they form a chain that is closed over the circumference with these. 2. Läufer nach Patentanspruch und Unteran spruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Erreger wicklung in den Nuten durch stromleitende, unma- gnetische Metallteile gehalten ist, die als Dämpfer- stäbe wirken. Rotor according to claim and sub-claim <B> 1 </B> characterized in that the exciter winding is held in the grooves by electrically conductive, non-magnetic metal parts which act as damper rods. <B>3.</B> Läufer nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Nuten breiter sind als die Erreger wicklung und dass diese an den Seiten unisoliert in die Nuten eingesetzt sind, wobei sie durch zwischen den Segmentpaketen liegende und an diesen befestigte Abstandshalter aus Isolierwerkstoff geführt wird. 4. Läufer nach Unteranspruch<B>3,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass die nicht durch Abstandshalter ausgefüllten Hohlräume zwischen der Erregerwick lung und Nutwandung zur Kühlung durch ein gas förmiges Medium benutzt werden. <B> 3. </B> Runner according to claim, characterized in that the grooves are wider than the exciter winding and that these are inserted into the grooves without insulation on the sides, being fixed by lying between the segment packets and attached to them Spacer made of insulating material is performed. 4. Runner according to dependent claim <B> 3 </B> characterized in that the cavities between the excitation winding and the groove wall, which are not filled by spacers, are used for cooling by a gaseous medium. <B>5.</B> Läufer nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass durch die Formgebung der Ab- standshalter und Nutenkeile Einrichtungen geschaf fen sind, die das Kühlgas im Luftspalt durch den beim Umlauf des Läufers entstehenden Staudruck auffangen und durch die Hohlräume nach innen und durch die auf der Gegenseite vorhandenen Hohl räume wieder nach aussen drücken. <B> 5. </B> Runner according to dependent claim 4, characterized in that the shape of the spacers and slot wedges means that devices are created which absorb the cooling gas in the air gap through the dynamic pressure that occurs during the rotation of the runner and through the Press cavities inwards and outwards again through the cavities on the opposite side.
CH858461A 1960-07-28 1961-07-21 Roller-shaped rotor for high-speed synchronous machines CH385983A (en)

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