DE102009037987A1

DE102009037987A1 - Rotating electric machine, particularly double-fed asynchronous machine in certain performance range, has rotor which rotates about axis and is concentrically surrounded by stator

Info

Publication number: DE102009037987A1
Application number: DE102009037987A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Schwery; Serdar Cifyildiz; Hanspeter Walser; Bruno Meyer; Ricardo Okai
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Renewable Technologies SAS
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-02-24

Abstract

The rotating electric machine has a rotor which rotates about an axis and is concentrically surrounded by a stator. The rotor comprises a rotor sheet metal body which is composed of metal sheets which are layered and pressed together in the axial direction by a pressing plate (19) to form a composite. The rotor sheet metal body is divided in the radial direction into an inner mechanical region and an outer electric region. The pressing plate is divided into a separate inner pressing plate (23) and a separate outer pressing plate (24).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Erzeugung elektrischer Energie Sie betrifft eine rotierende elektrische Maschine, insbesondere doppelt gespeiste Asynchronmaschine in einem Leistungsbereich zwischen 20 MVA und 500 MVA oder darüber, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to the field of production electrical energy It concerns a rotating electrical machine, in particular double-fed asynchronous machine in a power range between 20 MVA and 500 MVA or above, according to the preamble of claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Doppelt gespeiste Asynchronmaschinen im Leistungsbereich von 20 MVA bis 500 MVA oder darüber können zur drehzahlvariablen Energieproduktion eingesetzt werden. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine verteilte Dreiphasenwicklung auf dem Rotor aus. Die Rotorwicklung besteht aus einzelnen Stäben, welche im Rotorblechpaket in Nuten eingebettet sind. Im Wickelkopf werden die einzelnen Stäbe zu einer Wicklung verschaltet. Die Einspeisung der Ströme erfolgt über mindestens drei Schleifringe, welche am Ende der Maschine an der Welle befestigt sind. Ein Ausschnitt aus einer solchen Maschine ist in 1 in stark vereinfachter Form wiedergegeben. Die in 1 dargestellte Asynchronmaschine 10 hat eine Maschinenachse 13. Um diese Achse 13 drehbar ist ein Zentralkörper 11 mit einer Welle, auf der die Schleifringe 12 angeordnet sind. Um den Zentralkörper 11 herum ist der Rotorblechkörper 14 angeordnet, an den unterhalb eines Wickelkopfes 16 der Rotorwicklung ein Hilfsrim 20 anschliesst der Rotorblechkörper 14 ist von einem Statorblechkörper 15 konzentrisch umgeben, in dem eine Statorwicklung untergebracht ist, die am Ende des Körpers mit einem Statorwickelkopf 17 nach aussen vorsteht. Der Rotorblechkörper 14 ist in 2 im Ausschnitt vergrössert wiedergegeben.Double-fed asynchronous machines in the power range from 20 MVA to 500 MVA or above can be used for variable-speed energy production. These machines are characterized by a distributed three-phase winding on the rotor. The rotor winding consists of individual rods, which are embedded in grooves in the rotor core. In the winding head, the individual rods are connected to form a winding. The infeed of the streams takes place via at least three slip rings, which are fastened to the shaft at the end of the machine. A section of such a machine is in 1 reproduced in a greatly simplified form. In the 1 illustrated asynchronous machine 10 has a machine axis 13 , Around this axis 13 rotatable is a central body 11 with a shaft on which the slip rings 12 are arranged. To the central body 11 around is the rotor body 14 arranged at the below a winding head 16 the rotor winding a Hilfsrim 20 connects the rotor body 14 is from a stator lamination body 15 surrounded concentrically, in which a stator winding is housed, which at the end of the body with a Statorwickelkopf 17 protrudes outwards. The rotor sheet body 14 is in 2 reproduced in enlarged detail.

Da die Rotoren von doppelt gespeisten Asynchronmaschinen eine Rotorwicklung 18 tragen, muss diese gegen die auftretenden Zentrifugalkräfte gesichert werden. Das Rotorblechpaket dient zum einen der Aufnahme dieser Kräfte und definiert zugleich den Weg des magnetischen Flusses. Das Hilfsrim 20 dient der Aufnahme der Zentrifugalkräfte die auf den Rotorwickelkopf 16 einwirken. Das Hilfsrim 20, wie auch der Rotorblechkörper 14, bestehen aus geschichteten Blechen, welche in axialer Richtung zu einem Verbund gepresst werden. Es ist bekannt, hierbei eine Pressplatte 19 einzusetzen, die den durch Bolzen 21, 22 aufgebrachten Pressdruck auf die Bleche des Rotorblechpakets verteilt (siehe z. B. die DE-A1-195 13 457 oder die DE-A1-10 2007 000 668 ).Since the rotors of double-fed asynchronous machines a rotor winding 18 carry, it must be secured against the centrifugal forces occurring. The rotor laminated core serves to absorb these forces and at the same time defines the path of the magnetic flux. The Hilfsrim 20 serves to accommodate the centrifugal forces on the rotor winding head 16 act. The Hilfsrim 20 , as well as the rotor body 14 , consist of layered sheets, which are pressed in the axial direction into a composite. It is known here a press plate 19 to insert that by bolt 21 . 22 applied pressing pressure distributed on the sheets of the rotor core (see, for example, the DE-A1-195 13 457 or the DE-A1-10 2007 000 668 ).

Verschiedene Ansprüche werden an den Rotorblechkörper 14 gestellt. In 2 ist die prinzipielle Unterteilung in einen elektrischen Bereich 14a und einen mechanischen Bereich 14b dargestellt. Einerseits soll in den Zähnen genügend axialer Druck zwischen den Schichten der Bleche bestehen um die Homogenität des Körpers zu garantieren. Um Vibrationen zu vermeiden, dürfen sich die Schichten nicht lockern, da Relativbewegungen zwischen den Zähnen und der Rotorwicklung 18 die Isolation beschädigen könnten. Andererseits darf der Druck nicht zu hoch sein, um Schaden an den Isolationsschichten zwischen den einzelnen Blechen zu vermeiden, da solche Schäden zu erhöhten Verlusten führen würden. Im mechanischen Bereich 14b des Rims soll der axiale Druck höher sein, als im elektrischen Bereich 14a, um eine gewisse Reibkraft zwischen den Blechen zu erhalten.Various claims are made on the rotor body 14 posed. In 2 is the principal division into an electrical domain 14a and a mechanical area 14b shown. On the one hand, there should be enough axial pressure in the teeth between the layers of the sheets to guarantee the homogeneity of the body. In order to avoid vibrations, the layers must not loosen, since relative movements between the teeth and the rotor winding 18 could damage the insulation. On the other hand, the pressure must not be too high to avoid damage to the insulation layers between the individual sheets, as such damage would lead to increased losses. In the mechanical field 14b Rims axial pressure should be higher, than in the electric field 14a to obtain a certain frictional force between the sheets.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die unterschiedlichen Anforderungen an die Verspannung des Rotorblechkörpers in den unterschiedlichen Bereichen erheblich besser erfüllt werden können.It is therefore an object of the invention to provide an electric machine of the beginning mentioned type to improve the different requirements to the tension of the rotor plate body in the different Areas can be met much better.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Wichtig für die erfindungsgemässe Lösung ist, dass die Pressplatte entsprechend der radialen Unterteilung des Rotorblechkörpers radial unterteilt ist in eine separate innere Pressplatte und eine separate äussere Pressplatte. Durch die Auftrennung der Pressplatte entsprechend den unterschiedlichen Bereichen des Rotorblechkörpers können die auf den Rotorblechkörper wirkenden Kräfte getrennt optimiert werden.The The object is solved by the totality of the features of claim 1. Important for the inventive solution is that the press plate according to the radial subdivision of the rotor body is radially divided into a separate inner press plate and a separate outer press plate. By separating the press plate according to the different Areas of the rotor body can on the forces acting on the rotor body are separated be optimized.

Eine erste Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die innere und äussere Pressplatte miteinander lösbar verbunden sind. Hierdurch können die an der äusseren Pressplatte angreifenden Zentrifugalkräfte wirksam aufgefangen werden.A First embodiment of the invention is characterized in that the inner and outer pressure plate releasable together are connected. This allows the on the outside Pressing plate attacking centrifugal forces are effectively absorbed.

Eine andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die innere und äussere Pressplatte derart aneinander grenzen und miteinander verbunden sind, dass die äussere Pressplatte gegenüber der inneren Pressplatte gekippt werden kann.A another embodiment is characterized in that the inner and outer pressure plate adjacent to each other and with each other are connected, that the outer pressure plate opposite the inner pressure plate can be tilted.

Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn die äussere Pressplatte entlang dem Umfang in einzelne gleichartige Umfangsteile unterteilt ist, wenn die Umfangsteile der äusseren Pressplatte jeweils mit einer geraden Kippkante an die innere Pressplatte angrenzen, und wenn die Umfangsteile der äusseren Pressplatte jeweils in die innere Pressplatte eingehängt sind.Especially It is advantageous if the outer pressure plate divided along the circumference into individual similar peripheral parts is when the peripheral parts of the outer pressure plate each with a straight tilting edge adjacent to the inner pressure plate, and if the peripheral parts of the outer pressure plate respectively are hung in the inner pressure plate.

Vorzugsweise können die Umfangsteile der äusseren Pressplatte jeweils mittels Hammerklauen in die innere Pressplatte eingehängt sein.Preferably, the peripheral parts of the outer pressing plate be mounted in each case by means of hammer claws in the inner pressure plate.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die innere Pressplatte erste Löcher aufweist, durch welche erste Bolzen zum Verpressen des Rotorblechkörpers im mechanischen Bereich hindurchreichen, und dass die äussere Pressplatte zweite Löcher aufweist, durch welche zweite Bolzen zum Verpressen des Rotorblechkörpers im elektrischen Bereich hindurchreichen.A further embodiment of the invention is characterized in that that the inner pressure plate has first holes through which first pin for pressing the rotor body in the mechanical area, and that the outer one Press plate has second holes through which second Bolt for pressing the rotor body in electrical Pass through the area.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die ersten Bolzen als Scherbolzen und die zweiten Bolzen als Zugbolzen ausgebildet sind.there it is advantageous if the first bolts as shear pins and the second bolts are designed as tension bolts.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigenThe Invention will be described below with reference to embodiments explained in more detail in connection with the drawing become. Show it

1 in einer stark vereinfachten Darstellung einen Ausschnitt aus einer Asynchronmaschine, wie sie zur Anwendung der Erfindung geeignet ist; 1 in a highly simplified representation of a section of an asynchronous machine, as it is suitable for the application of the invention;

2 in einem vergrösserten Ausschnitt den Aufbau des Rotorblechkörpers der Maschine aus 1 einschliesslich einer zum Verspannen des Rotorblechkörpers eingesetzten Pressplatte; und 2 in an enlarged detail of the structure of the rotor body of the machine 1 including a press plate used to clamp the rotor body; and

3 in der Draufsicht in axialer Richtung einen Sektor einer Pressplatte zum Verspannen des Rotorblechkörpers gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 in the plan view in the axial direction of a sector of a press plate for bracing the rotor body according to an embodiment of the invention.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS TO EXECUTE THE INVENTION

Wie bereits eingangs erwähnt, soll einerseits in den Zähnen genügend axialer Druck zwischen den Schichten der Bleche bestehen, um die Homogenität des Körpers zu garantieren. Um Vibrationen zu vermeiden, dürfen sich die Schichten nicht lockern, da Relativbewegungen zwischen den Zähnen und der Rotorwicklung die Isolation beschädigen könnten. Andererseits darf der Druck nicht zu hoch sein, um Schaden an den Isolationsschichten zwischen den einzelnen Blechen zu vermeiden, da solche Schäden zu erhöhten Verlusten führen würden. Im mechanischen Bereich des Rims soll der axiale Druck höher sein als im elektrischen Teil, um eine gewisse Reibkraft zwischen den Blechen zu erhalten.As already mentioned above, on the one hand in the teeth sufficient axial pressure between the layers of the sheets to guarantee the homogeneity of the body. To avoid vibration, the layers are allowed to Do not loosen, because relative movements between the teeth and the rotor winding could damage the insulation. on the other hand The pressure must not be too high to damage the insulation layers between the individual sheets to avoid, since such damage too would lead to increased losses. in the mechanical area of the rim axial pressure should be higher as in the electrical part, to have a certain frictional force between the To obtain sheets.

Diese sich widersprechenden Anforderungen an den elektrischen und mechanischen Teil des Statorblechkörpers 14 können durch eine radial getrennte Pressplatte 19 erreicht werden. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Pressplatte 19 in der Draufsicht in axialer Richtung. Die Pressplatte 19 ist sowohl in radialer Richtung als auch teilweise in Umfangsrichtung unterteilt in eine separate innere Pressplatte 23 und eine separate äussere Pressplatte 24.These conflicting requirements for the electrical and mechanical part of the laminated stator core 14 can through a radially separated press plate 19 be achieved. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the press plate 19 in plan view in the axial direction. The press plate 19 is divided into a separate inner pressure plate both in the radial direction and partially in the circumferential direction 23 and a separate outer press plate 24 ,

Die innere Pressplatte 23 kann sowohl massiv ausgebildet sein als auch gemäss einer ergänzenden Ausführungsart aus einer Mehrzahl dünner Bleche zusammengesetzt sein. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die dünnen Bleche einzeln oder gruppenweise in Umfangsrichtung zueinander versetzt anzuordnen. Eine derartige Verschichtung der inneren Pressplatte 23 bildet einen sich selbst tragenden Ring aus, womit die Kräfte auf die Scherbolzen massgeblich reduziert werden können.The inner press plate 23 can be both solid and be composed of a plurality of thin sheets according to a complementary embodiment. It has proved to be particularly advantageous to arrange the thin sheets individually or in groups in the circumferential direction offset from each other. Such a blending of the inner pressure plate 23 Forms a self-supporting ring, whereby the forces on the shear pins can be significantly reduced.

Die äussere Pressplatte 24 ist ihrerseits in Umfangsrichtung unterteilt in einzelne Umfangsteile 24a–d, welche vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Stahl bestehen. Durch die der Aufteilung des Rotorblechkörpers 14 in einen mechanischen Bereich 14b und einen elektrischen Bereich 14a folgende Unterteilung der Pressplatte 19 in einen inneren und mehrere äussere Teile 23 bzw. 24a–d kann für die unterschiedlichen Bereiche des Rotorblechkörpers die Art und Weise der axialen Verspannung getrennt optimiert werden.The outer press plate 24 is in turn divided circumferentially into individual peripheral parts 24a -D, which preferably consist of a non-magnetic steel. By the division of the rotor body 14 in a mechanical area 14b and an electrical area 14a following subdivision of the press plate 19 in one inner and several outer parts 23 respectively. 24a -D can be optimized separately for the different areas of the rotor body, the manner of axial strain.

Um ein gezieltes Kippen der äusseren Pressplatte 24 erreichen zu können, muss die Trennung zwischen der äusseren und inneren Pressplatte 23 bzw. 24 eine gerade Kippkante 29 aufweisen. Durch die radiale Trennung der Pressplatte 19 ist es möglich, unterschiedliche Drücke im elektrischen und mechanischen Bereich 14a bzw. 14b des Rotorblechkörpers 14 zu erreichen. Um die äussere Pressplatte 24 gegen Zentrifugalkräfte zu sichern, ist sie gemäss 3 über Hammerklauen 26 in der inneren Pressplatte 23 eingehängt.To a targeted tilting of the outer pressure plate 24 To be able to reach the separation between the outer and inner pressure plate 23 respectively. 24 a straight tilting edge 29 exhibit. Due to the radial separation of the press plate 19 It is possible, different pressures in the electrical and mechanical field 14a respectively. 14b of the rotor body 14 to reach. Around the outer press plate 24 To secure against centrifugal forces, it is according to 3 over hammer claws 26 in the inner press plate 23 hooked.

Um den gewünschten axialen Druck im Rotorblechkörper 14 aufzubauen, werden Scher- und Zugbolzen 22 bzw. 21 eingesetzt. Die Zugbolzen 21 verlaufen durch die Löcher 27 in der Pressplatte 19 hindurch über die gesamte axiale Länge des Rotorblechkörpers 14. Da sich die Zugbolzen 21 im magnetisch aktiven Teil (hohe magnetische Induktion) des Blechkörpers befinden, müssen sie elektrisch isoliert sein. Um eine mechanische Beanspruchung der Isolation zu vermeiden, können diese Bolzen allerdings nicht auf Scherung beansprucht werden. Über die Spannung im Bolzen kann der Druck auf die äussere Pressplatte 24 und damit der Druck in den Zähnen „eingestellt” werden.To the desired axial pressure in the rotor body 14 become shear and tension bolts 22 respectively. 21 used. The tension bolts 21 run through the holes 27 in the press plate 19 through the entire axial length of the rotor body 14 , Because the tension bolts 21 in the magnetically active part (high magnetic induction) of the sheet metal body, they must be electrically isolated. However, in order to avoid a mechanical stress on the insulation, these bolts can not be subjected to shearing. About tension in a bolt pressure on an external press plate can 24 and to "set" the pressure in the teeth.

Anstelle von durchgängigen Zugbolzen 21 können aber auch Druckbolzen im Hilfsrim 20 verwendet werden. Wird ein Druckbolzen im Hilfsrim 20 verwendet, geschieht die Druckübertragung auf den Zahnbereich des Rotorblechkörpers 14. Zwischen Druckbolzen und Pressplatte 19 befinden sich eine Druckplatte und eine Mutter. Durch die Einschraubtiefe des Bolzens in der Mutter kann der Druck auf die Pressplatte 19 und somit auf die Zähne „eingestellt” werden.Instead of continuous tension bolts 21 but can also pressure bolt in Hilfsrim 20 be used. If a pressure pin in the Hilfsrim 20 used, the pressure transmission is done on the tooth region of the rotor body 14 , Between Pressure pin and press plate 19 There is a pressure plate and a nut. Due to the screwing depth of the bolt in the nut, the pressure on the press plate 19 and thus "adjusted" to the teeth.

Die Scherbolzen 22 übernehmen zwei Aufgaben. Zum einen dienen sie dem Aufbringen des axialen Drucks im mechanischen Bereich 14b des Rotorblechkörpers 14. Zum Anderen müssen sie die zwischen den Blechen auftretenden Scherkräfte aufnehmen. Aus diesem Grund können die Bolzen nicht isoliert sein und befinden sich konsequenter Weise am inneren Rand, im magnetisch schwach genutzten Teil des Rotorblechkörpers 14.The shear bolts 22 take on two tasks. On the one hand, they serve to apply the axial pressure in the mechanical area 14b of the rotor body 14 , On the other hand, they must absorb the shear forces occurring between the sheets. For this reason, the bolts can not be insulated and are consequently located on the inner edge, in the magnetically weak part of the rotor body 14 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Asynchronmaschineasynchronous
1111: Zentralkörper (mit Welle)central body (with wave)
1212: Schleifringslip ring
1313: Achseaxis
1414: RotorblechkörperRotor core body
14a14a: elektrischer Bereichelectrical Area
14b14b: mechanischer Bereichmechanical Area
1515: Statorblechkörperlaminated stator
1616: RotorwickelkopfRotor winding
1717: Statorwickelkopfstator coil
1818: Rotorwicklungrotor winding
1919: Pressplattepress plate
2020: HilfsrimHilfsrim
2121: Zugbolzentension bolt
2222: Scherbolzenshear pin
2323: innere Pressplatteinner press plate
2424: äussere Pressplatteouter press plate
24a–d24a-d: Umfangsteilperipheral part
25, 2725 27: Lochhole
2626: Hammerklauehammer claw
2828: Zahntooth
2929: Kippkantetilting edge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19513457 A1 [0003]
DE 102007000668 A1 [0003]

Claims

Rotating electrical machine, in particular double-fed asynchronous machine ( 10 ) in the power range between 20 MVA and over 500 MVA, which is one axis 13 ) rotating, from a stator ( 15 . 17 ) concentrically surrounded rotor ( 11 . 14 ), wherein the rotor ( 11 . 14 ) one layered and in the axial direction using a press plate ( 19 ) to a composite of compressed sheets built rotor body ( 14 ) in the radial direction in an inner mechanical region ( 14b ) and an external electrical area ( 14a ) and in which in the electrical domain ( 14a ) a rotor winding ( 18 ), characterized in that the press plate ( 19 ) corresponding to the radial subdivision of the rotor body ( 14 ) is radially divided into a separate inner pressure plate ( 23 ) and a separate outer pressure plate ( 24 ).

Rotary electric machine according to claim 1, characterized in that the inner and outer pressure plate ( 23 respectively. 24 ) are releasably connected to each other.

Rotary electric machine according to claim 2, characterized in that the inner and outer pressure plate ( 23 respectively. 24 ) are adjacent to each other and connected to each other, that the outer pressure plate ( 24 ) against the inner pressure plate ( 23 ) can be tilted.

Rotary electric machine according to claim 3, characterized in that the outer pressure plate ( 24 ) along the circumference into individual similar peripheral parts ( 24a -D), that the peripheral parts ( 24a -D) the outer pressing plate ( 24 ) each with a straight tilting edge ( 29 ) to the inner pressure plate ( 23 ) and that the peripheral parts ( 24a -D) the outer pressing plate ( 24 ) in each case in the inner pressure plate ( 23 ) are mounted.

Rotary electric machine according to claim 4, characterized in that the peripheral parts ( 24a -D) the outer pressing plate ( 24 ) each by means of hammer claws ( 26 ) in the inner pressure plate ( 23 ) are mounted.

Rotary electric machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inner pressure plate ( 23 ) first holes ( 25 ) through which first bolts ( 22 ) for pressing the rotor body ( 14 ) in the mechanical area ( 14b ), and that the outer pressure plate ( 24 ) second holes ( 27 ) through which second bolts ( 21 ) for pressing the rotor body ( 14 ) in the electrical domain ( 14a ).

Rotary electric machine according to claim 6, characterized in that the first bolts ( 22 ) as shear pins and the second bolts ( 21 ) are designed as draw bolts.

Rotary electric machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner pressure plate ( 23 ) is composed of a plurality of sheets.

Rotary electric machine according to claim 8, characterized in that the sheets individually or in groups are offset from one another in the circumferential direction.