DE102008064500A1 - Elektrische Maschine mit Abstützung der Wicklungsschaltung am Statorblechpaket - Google Patents

Elektrische Maschine mit Abstützung der Wicklungsschaltung am Statorblechpaket Download PDF

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    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto

Abstract

Es soll eine stabile Wicklungsschaltung mit günstigem Schwingungsverhalten axial vor dem Wickelkopf eines Stators angeordnet werden. Daher wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die eine feste Abstützeinrichtung (5, 7, 8, 9) aufweist, um die Wicklungsschaltung (4) gegenüber dem Blechpaket (1) stabil abzustützen. Bei derartiger Abstützung kann für die Schaltung eine normale, flexible Ableitungslitze verwendet werden, so dass eine schwingungstechnische Entkopplung zwischen dem Statorwickelkopf und der separat abgestützten Schaltung erreicht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem zylinderförmigen Stator, der ein Blechpaket, eine Wicklung, einen Wickelkopf und eine Wicklungsschaltung aufweist. Die Wicklungsschaltung ist dabei axial vor dem Wickelkopf angeordnet. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere einen Generator, der mit einem derartigen Stator ausgebildet ist.
  • Ist aufgrund des zur Verfügung stehenden Bauraums eine Schaltung der Statorwicklung radial außen auf dem Statorwickelkopf nicht möglich, wird die Schaltung axial vor dem Statorwickelkopf angeordnet. Durch die sich in diesem Fall ergebende weite axiale Ausladung ist ein ungünstigeres mechanisches Verhalten zu erwarten, dass vor allem bei elektrischen Störungen das Risiko von Beschädigungen infolge hoher Stromkräfte und daraus resultierenden mechanischen Belastungen erhöht. Dies tritt vor allem bei Maschinen mit hoher Leistungsdichte auf.
  • Um diesem Problem zu begegnen wird bislang bei Maschinen, in deren Wicklungen auslegungsbedingt höhere Ströme auftreten, eine Schaltung, die axial vor dem Wickelkopf angeordnet werden muss, aus Schaltringen mit Flachkupfer aufgebaut. Hierdurch wird die Steifigkeit der gesamten Anordnung erhöht und die axiale Ausladung etwas reduziert, was eine Verbesserung aber keine grundsätzliche Lösung des Problems darstellt. Außerdem bedingt die Fertigung der Schaltung aus Flachkupferringen höhere Kosten und einen höheren Zeitaufwand als die Fertigung der Schaltung aus der sonst verwendeten Ableitungs-/Schaltlitze.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, bei geringen Fertigungskosten eine stabile Wicklungsschaltung an einem Stator zur Verfügung zu stellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem zylinderförmigen Stator, der ein Blechpaket, eine Wicklung, einen Wickelkopf und eine Wicklungsschaltung aufweist, wobei die Wicklungsschaltung axial vor dem Wickelkopf angeordnet ist, und eine feste Abstützeinrichtung die Wicklungsschaltung gegenüber dem Blechpaket abstützt.
  • In vorteilhafter Weise ermöglicht die feste Abstützeinrichtung, dass für die Wicklungsschaltung Schaltlitzen verwendet werden. Damit können die Fertigungskosten gegenüber der Fertigung der Schaltringe mit Flachkupfer deutlich reduziert werden. Außerdem gewährleistet die feste Abstützeinrichtung, dass die Wicklungsschaltung stabil gegenüber dem Blechpaket abgestützt ist. Dadurch können problemlos höhere Kräfte in der Wicklungsschaltung wirken, ohne dass diese beschädigt wird. Darüber hinaus trägt die feste Abstützeinrichtung bzw. die feste Abstützung dazu bei, dass das mechanische Verhalten der Wicklungsschaltung positiv beeinflusst wird.
  • Vorzugsweise besitzt die Abstützeinrichtung mehrere in Umfangsrichtung verteilte Stützstäbe, die axial ausgerichtet sind und an dem einen Ende mit dem Blechpaket sowie an dem anderen Ende mit der Wicklungsschaltung verbunden sind. Diese Stützstäbe stellen sicher, dass der gesamte Wickelkopf nahezu ungehindert weiterhin mit Kühlmittel umströmt werden kann.
  • Darüber hinaus kann die Abstützeinrichtung mindestens einen Stützring aufweisen, an dem die Wicklungsschaltung befestigt ist. Ein derartiger Stützring gewährleistet, dass die Wicklungsschaltung am gesamten Umfang gestützt werden kann.
  • Weiterhin kann der Stützring mehrere Flanschelemente aufweisen, mit denen er an den Stützstäben befestigt ist. Hierdurch lässt sich der Stützring beispielsweise ohne hohen Arbeitsaufwand an die Stützstäbe anschrauben.
  • Ferner kann die Abstützeinrichtung mehrere Stützringe aufweisen, wobei zwischen einem Flanschelement eines ersten Stützrings und einem Flanschelement eines zweiten Stützrings, welche beiden Flanschelemente auf den gleichen Stützstab montiert sind, ein Abstandshalter auf den Stützstab gesteckt ist. Hierdurch wird ein sehr flexibles Bausteinsystem zur Verfügung gestellt, bei dem je nach Bedarf einer oder mehrere Abstützringe im jeweils gewünschten Abstand auf den Stützstäben aufgebracht werden kann.
  • In einer speziellen Ausführungsform sind der oder die Stützringe aus einem Glasfasermaterial hergestellt. Diese sorgen zum einen für die notwendige mechanische Festigkeit und fügen sich zum anderen elektrisch neutral in die Wicklungsschaltung ein.
  • Des Weiteren kann der Stator ein Statorblechpaket mit Zugstäben aufweisen, wobei jeder der Stützstäbe direkt an einem der Zugstäbe befestigt ist. Insbesondere können dabei die Zugstäbe einteilig mit den Stützstäben gebildet sein, was sich positiv im Hinblick auf Montageaufwand und Logistik der Fertigungskomponenten auswirkt.
  • Besonders günstig ist es, wenn der Durchmesser der Abstützeinrichtung einschließlich der Flanschelemente kleiner ist als der Durchmesser des Blechpakets einschließlich der Zugstäbe und der Zugstabbefestigungen. Dadurch kann der Stator beispielsweise mit der Wicklungsschaltung nach vorne in ein Gehäuse eingeschoben werden, ohne dass das Gehäuse allein wegen der Wicklungsschaltung vergrößert werden müsste.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine perspektivische Ansicht eines stirnseitigen Teils eines Stators mit Wicklungsschaltung zeigt.
  • Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
  • In der Figur ist der Wicklungsträger bzw. das Blechpaket eines Stators insbesondere für einen Generator einschließlich des Blechpakets lediglich durch einen stirnseitigen Druckring 1 des Blechpakets angedeutet. Aus ihm heraus sind in axialer Richtung die einzelnen Statorwicklungen geführt. Diese axial über den Druckring 1 vorstehenden Teile der Statorwicklungen bilden den Wickelkopf 2. Die einzelnen Wicklungen werden mit Hilfe flexibler Litzen 3 miteinander verschaltet. Dadurch ergibt sich eine Statorschaltung 4. Die Statorschaltung 4 befindet sich bezogen auf die Mittelachse des Stators axial vor dem Wickelkopf 2.
  • Da sich die Wicklungsschaltung 4 axial vor dem Wickelkopf 2 befindet, d. h. der Wickelkopf 2 befindet sich zwischen Wicklungsschaltung 4 und stirnseitigem Druckring 1 des Blechpakets, bedarf es einer stabilen Abstützung der Wicklungsschaltung, um deren mechanischen Belastungen (Schwingungen) soweit wie möglich zu unterdrücken und die auf sie wirkenden Kräfte aufzunehmen. Daher ist erfindungsgemäß eine Abstützeinrichtung vorgesehen, die hier acht in Umfangsrichtung verteilte Stützstäbe 5 aufweist. Diese Stützstäbe 5 sind hier einteilig mit den Statorzugstäben (in der Figur nicht dargestellt) gebildet. Mit anderen Worten, die Stützstäbe 5 bilden axiale Verlängerungen der Zugstäbe.
  • Weiterhin sind in der Figur Schweißelemente 6 zu erkennen, welche zum Verschweißen des Blechpakets dienen. An dem von dem Blechpaket abweisenden Ende sind hier zwei Stützringe 7 angebracht. Die Stützringe 7 werden mit Flanschelementen 8 auf die Stützstäbe 5 aufgesteckt und mit Hilfe von Muttern 9 dort festgeschraubt. Die Flanschelemente 8 können insbesondere als Klemmen ausgebildet sein, so dass ein Stützring 7 zwischen zwei Flanschelementen 8 eingeklemmt und fixiert wird. Die Abstützeinrichtung lässt sich somit baukastenartig auf bauen. Zunächst wird beispielsweise auf jeden Stützstab jeweils ein Flanschelement 8 aufgesteckt. Daraufhin wird in eine entsprechende Nut der Flanschelemente 8, die aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen können, ein Glasfaserstützring 7 eingelegt. Anschließend wird wieder auf jeden Stützstab 5 ein korrespondierendes Flanschelement 8 aufgesteckt, so dass mit dem ersten Flanschelement jeweils eine Klemme zum Fixieren des Stützrings 7 entsteht. Da in dem vorliegenden Beispiel für die Abstützeinrichtung ein weiterer Stützring 7 eingesetzt wird, wird nun ein derartiges Paket aus Flanschelementen 8 und einem Stützring 7 erneut auf die Stützstäbe 5 gesteckt. Schließlich ist auf das Gesamtpaket der Abstützeinrichtung an jedem Stützstab 5 eine Mutter 9 aufgeschraubt, so dass die Flanschelemente 8 die Stützringe 7 fest einklemmen. Gegebenenfalls erfolgt die Montage der Abstützeinrichtung gleichzeitig mit dem Verlegen der Schaltlitzen. Andernfalls können die Schaltlitzen nachträglich beispielsweise mit Bandagen an den Stützringen befestigt werden.
  • Erfindungsgemäß kann somit ermöglicht werden, dass eine aus Litze ausgeführte Schaltung axial vor dem Wickelkopf platziert wird, welche auch bei höheren Belastungen, z. B. durch Stromkräfte eine ausreichende Festigkeit gewährleistet. In dem dargestellten Beispiel kommt hierzu ein direkt auf den Zugstäben des Statorblechpakets abgestützter Ring zum Einsatz, auf dem die Schaltung befestigt wird. Alternativ kann der Ring auch entfallen, und die Abstützung der Schaltung kann punktuell beispielsweise durch entsprechende Ösen an den Enden der Stützstäbe erfolgen. Damit würde die Schaltung im Wesentlichen eine vieleckige Gestalt annehmen.
  • Durch die Flexibilität der Litze 3 wird eine schwingungstechnische Entkopplung zwischen dem Statorwickelkopf 2 und der nun separat abgestützten Schaltung 4 erreicht. Der negative Effekt der weiten axialen Auslegung ist somit erheblich reduziert.
  • Durch die Verwendung einfach zusammenzusetzender Bauteile für den Schaltungsstützring bzw. die Schaltungsstützringe 7 wie in dem obigen Ausführungsbeispiel können die Kosten gegenüber der Fertigung der Schaltung aus Flachkupferringen reduziert werden, obwohl zusätzlich der Schaltungsstützring angefertigt werden muss. Insbesondere entfällt die aufwendige Isolierung von Flachkupferringen.
  • Dadurch, dass der Schaltungsstützring/die Schaltungsstützringe auf den Zugstäben des Statorblechpakets abgestützt wird/werden und nicht auf dem Statorgehäuse, bleibt die fertigungstechnische Entkopplung von Statorblechpaket mit Wicklung und Statorgehäuse erhalten. Ein weiterer Vorteil des Stators mit der erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung liegt darin, dass die Schaltlitzen nicht radial über dem Wickelkopf, sondern axial davor angeordnet werden können. Somit kann ein radialer Luftstrom zum Kühlen von oben bzw. von außen durch den Wickelkopf dringen und wird nicht durch die Wicklungsschaltung gehemmt.

Claims (9)

  1. Elektrische Maschine mit – einem zylinderförmigen Stator, der ein Blechpaket (1), eine Wicklung, einen Wickelkopf (2) und eine Wicklungsschaltung (4) aufweist, wobei – die Wicklungsschaltung (4) axial vor dem Wickelkopf (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine feste Abstützeinrichtung (5 bis 9) die Wicklungsschaltung (4) gegenüber dem Blechpaket (1) abstützt.
  2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Abstützeinrichtung (5 bis 9) mehrere in Umfangsrichtung verteilte Stützstäbe (5) aufweist, die axial ausgerichtet sind und an dem einen Ende mit dem Blechpaket (1) sowie an dem anderen Ende mit der Wicklungsschaltung (4) verbunden sind.
  3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abstützeinrichtung (5 bis 9) mindestens einen Stützring (7) aufweist, an dem die Wicklungsschaltung (4) befestigt ist.
  4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2 und 3, wobei der Stützring (7) mehrere Flanschelemente (8) aufweist, mit denen er an den Stützstäben (5) befestigt ist.
  5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei die Abstützeinrichtung (5 bis 9) mehrere Stützringe (7) aufweist, und wobei zwischen einem Flanschelement (8) eines ersten Stützrings (7) und einem Flanschelement (8) eines zweiten Stützrings (7), welche beiden Flanschelemente auf den gleichen Stützstab (5) montiert sind, ein Abstandshalter auf den Stützstab (5) gesteckt ist.
  6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der oder die Stützringe (7) aus einem Glasfasermaterial hergestellt sind.
  7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator ein Statorblechpaket mit Zugstäben aufweist, und jeder der Stützstäbe (5) direkt an einem der Zugstäbe befestigt ist.
  8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser der Abstützeinrichtung (5 bis 9) einschließlich der Flanschelemente (8) kleiner ist als der Durchmesser des Blechpakets (1) einschließlich der Zugstäbe.
  9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklungsschaltung (4) mit flexiblen Litzen (3) realisiert ist.
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