DE102018124011B3

DE102018124011B3 - Rotor für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102018124011B3
Application number: DE102018124011.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hildinger; Ludger Ködding; Michael Weckert; Stefan Allgeyer; Holger Henning; Philipp Eilebrecht; Stefan Veser
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2038-09-29
Also published as: US11876422B2; CN112789790B; US20210359569A1; BR112021005635A2; WO2020064364A1; EP3857681B1; EP3857681A1; CN112789790A

Abstract

Rotor für eine elektrische Maschine mit Wicklungselementen, welche in axial verlaufenden Nuten eines Rotorkörpers angeordnet sind, einem Wickelkopf, welcher axial neben dem Rotorkörper angeordnet ist, wobei in dem Bereich des Wickelkopfes die Wicklungselemente in axialer Richtung aus den Nuten austreten und im Bereich ihrer axialen Enden in axialer Richtung verlaufen, und wobei jedes der Wicklungselemente im Bereich des Wickelkopfes vier Krümmungen aufweist, und wobei der Rotor eine Vielzahl von Zugbolzen und einen Wickelkopfträger umfasst, wobei die Zugbolzen den Wickelkopf mit dem Wickelkopfträger verbinden, wobei die Zugbolzen den Wickelkopf radial durchdringen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine läufergespeiste Schleifringläufermaschine, wie sie für drehzahlregelbare Wasserkraft-Motor-Generatoren für Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz kommen.
Die DE 10 2010 020 415 A1 offenbart einen Rotor, welcher für einen drehzahlregelbaren Wasserkraft-Motor-Generator geeignet ist. Der in dieser Schrift offenbarte Rotor umfasst Wicklungselemente, welche in axial verlaufenden Nuten eines Rotorkörpers angeordnet sind, einen Wickelkopf, welcher axial neben dem Rotorkörper angeordnet ist, wobei in dem Bereich des Wickelkopfes die Wicklungselemente in axialer Richtung aus den Nuten austreten, dann in einem Winkel zur axialen Richtung verlaufen und dann im Bereich ihrer axialen Enden wieder in axialer Richtung verlaufen und mit weiteren Wicklungselementen verbunden sind, und einen Wickelkopfträger, welcher radial innerhalb des Wickelkopfs angeordnet ist, wobei der Wickelkopf über Zugbolzen, mit dem Wickelkopfträger verbunden ist.
Die DE 10 2013 222 572 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines kurzen Wickelkopfes, bei dem stirnseitig aus dem Grundkörper eines Rotors austretende Leiterabschnitte einer Rotorwicklung in Richtung Kommutator abgebogen werden, wobei die achsparallel ausgerichteten Leiterenden der Leiterabschnitte von einer ursprünglichen ersten äußeren Radialposition in eine zweite innere Radialposition gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Leiterende führende Leiterabschnitte über einen stirnseitig am Grundkörper angebrachten Biegerand gebogen und wenigstens annähernd parallel zur Stirnseite des Grundkörpers ausgerichtet werden.
Die US 3 601 646 A offenbart einen Rotor mit einem Wickelkopf, bei dem die Wicklungsenden von einem ringförmigen Glasreifen gehalten werden, welcher aus einem Bündel von Glasfibern hergestellt ist.
Die DE 1 933 187 U offenbart eine Schutzanordnung für die Wickelkopfisolation an einer dynamoelektrischen Maschine, welche mindestens einen genuteten Kern auf weist, mit in die Nuten eingelegten, die Wicklung des Kerns bildenden Spulen, welche einander überlappende, axial aus den Nuten herausragende Endwindungen aufweisen, und mit Mitteln zum Abstützen der Endwindungen gegenüber im Betrieb der Maschine auf tretenden Kräften und zur Verhinderung übermäßiger Verschiebungen infolge solcher Kräfte, durch eine zwischen vertikal benachbarte Bereiche der Endwindungen eingefügte Zwischenlage aus einem reibungsarmen Kunststoffmaterial.
Es hat sich gezeigt, dass für sehr schnell drehende Maschinen (> 550 Umdrehungen pro Minute), die Festigkeit der aus der DE 10 2010 020 415 A1 bekannten Befestigung des Wickelkopfes nicht mehr ausreicht. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf sehr schnell drehende Maschinen beschränkt, falls der Fachmann eine Anwendung aus anderen Gründen ins Auge fassen sollte, z.B. zur Erhöhung der allgemeinen Lebensdauer oder zur Vergrößerung der Sicherheitsmargen im Betrieb.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, dessen Wickelkopfbefestigung eine höhere Festigkeit als die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen aufweist.
Die gestellte Aufgabe wird durch einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

1 Erfindungsgemäßer Rotor im Bereich des Wickelkopfes;
2 Erfindungsgemäßer Rotor im Bereich des Wickelkopfes in Seitenansicht.

1 zeigt in sehr schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Rotor im Bereich des Wickelkopfes. Der Rotor umfasst einen Rotorkörper, welcher mit 1 bezeichnet ist. Der Rotorkörper 1 wird dabei durch drei schraffierte Rechtecke angedeutet, welche eine gleiche Anzahl von Zähne des Rotorkörpers darstellen, zwischen welchen die axial verlaufenden Nuten des Rotorkörpers 1 angeordnet sind. Die axiale Richtung des Rotors ist dabei durch den Pfeil angedeutet. Der Wickelkopf ist axial neben dem Rotorkörper 1 angeordnet. Der Rotor umfasst eine Vielzahl von Wicklungselementen, von denen in 1 nur zwei dargestellt sind, und wovon ein Wicklungselement mit 2 bezeichnet ist. In der Regel sind in einem gattungsgemäßen Rotor pro Nut zwei Wicklungselemente 2 in Betrachtungsrichtung hintereinander angeordnet (vgl. z.B. die 3 der DE 10 2010 020 415 A1 und 2). Der Übersichtlichkeit halber zeigt die 1 nur die in Richtung des Betrachters vorn liegenden Wicklungselemente 2. Im Bereich des Wickelkopfes treten die Wicklungselemente 2 aus den Nuten in axialer Richtung heraus. Die Enden der Wicklungselemente 2 verlaufen in axialer Richtung. Jedes Wicklungselement 2 weist im Bereich des Wicklungskopfes eine erste und eine zweite Krümmung auf, wobei die erste Krümmung mit 3 und die zweite Krümmung mit 4 bezeichnet sind. Dabei ist jeweils die erste Krümmung 3 auf einer ersten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet, und jeweils die zweite Krümmung 4 auf einer zweiten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet. Die genannten Ebenen sind dabei durch die entsprechenden horizontalen gestrichelten Linien angedeutet. Die erste Ebene liegt näher am Rotorkörper 1 als die zweite Ebene. Der Rotor umfasst eine Vielzahl von Zugbolzen und einen Wickelkopfträger (in 1 nicht dargestellt). Die Zugbolzen verbinden den Wickelkopf mit dem Wickelkopfträger, wobei die Zugbolzen den Wickelkopf radial durchdringen. Einige der Zugbolzen sind in 1 durch die Kreise angedeutet, wovon einer mit 7 bezeichnet ist. Einige der Zugbolzen 7 sind so angeordnet, dass die Bolzenachse derselben in axialer Richtung des Rotors zwischen der zweiten Ebene und den Enden der Wicklungselemente 2 angeordnet ist. Die Bolzenachse ist in 1 jeweils durch ein kleines Kreuz angedeutet.
Jedes Wicklungselement 2 weist ferner im Bereich des Wicklungskopfes eine dritte und eine vierte Krümmung auf, wobei die dritte Krümmung mit 5 und die vierte Krümmung mit 6 bezeichnet sind. Dabei ist jeweils die dritte Krümmung 5 auf einer dritten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet, und jeweils die vierte Krümmung 6 auf einer vierten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet. Die dritte und die vierte Ebene liegen in axialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Ebene, wobei sich die dritte Ebene näher an der ersten Ebene befindet als die vierte Ebene. Einige der Zugbolzen 7 sind so angeordnet, dass die Bolzenachse derselben in axialer Richtung des Rotors zwischen der dritten Ebene und der vierten Ebene angeordnet ist.
Optional können einige der Zugbolzen 7 sind so angeordnet sein, dass die Bolzenachse derselben in axialer Richtung des Rotors zwischen der ersten Ebene und dem Rotorkörper 1 angeordnet ist.
Dabei schließen alle genannten Bereichsangaben für die Lage der Bolzenachsen jeweils die genannten Endpunkte mit ein, insofern es sich dabei um die genannten Ebenen handelt.
Zwischen der ersten und der dritten Ebene verlaufen die Wicklungselemente 2 in einem Winkel zur axialen Richtung. Zwischen der vierten und der zweiten Ebene verlaufen die Wicklungselemente 2 in einem Winkel zur axialen Richtung. Dabei müssen die genannten Winkel nicht notwendigerweise gleich groß sein, obwohl dies in 1 der Fall ist. Zwischen der dritten und der vierten Ebene verlaufen die Wicklungselemente 2 in axialer Richtung (wie in 1 gezeigt) oder in einem Winkel zur axialen Richtung, wobei dieser Winkel jeweils kleiner ist als die Winkel, unter der die Wicklungselemente 2 zwischen der ersten und der dritten und zwischen der vierten und der zweiten Ebene verlaufen.
Die Anbindung der Zugbolzen 7 an die Wicklungselemente 2 und den Wickelkopfträger kann auf jede aus dem Stand der Technik bekannte Weise erfolgen. In 2 ist eine mögliche Ausführungsform gezeigt, welche in Bezug auf die Anbindung der Zugbolzen 7 der technischen Lehre der DE 10 2010 020 415 A1 folgt, welche eine sehr gute Kühlung der Wicklungselemente 2 ermöglicht. Dabei zeigt 2 in sehr schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Rotor im Bereich des Wickelkopfes in einem Schnitt, welcher die Seitenansicht der Wicklungselemente 2 ermöglicht. Die waagrechten gestrichelten Linien deuten die senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Ebenen an, auf welchen sich die oben beschriebenen Krümmungen der Wicklungselemente 2 befinden. In der Seitenansicht von 2 sind die Krümmungen selbst nicht zu erkennen. Die Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen in 1. 2 zeigt außerdem den Wickelkopfträger, welcher mit 8 bezeichnet ist. Für die Details der Anbindung der Zugbolzen 7 an die Wicklungselemente 2 und den Wickelkopfträger 8 sei auf die DE 10 2010 020 415 A1 verwiesen.
Im Vergleich zum Stand der Technik weisen die Wicklungselemente 2 im Bereich des Wickelkopfes zwei zusätzliche Krümmungen auf. Schon dadurch erhält der Wickelkopf eine höhere Festigkeit. Die Festigkeit kann optional weiter durch eine zusätzliche dritte Reihe von Zugbolzen 7 erhöht werden.

Claims

Rotor für eine elektrische Maschine mit Wicklungselementen (2), welche in axial verlaufenden Nuten eines Rotorkörpers (1) angeordnet sind, einem Wickelkopf, welcher axial neben dem Rotorkörper (1) angeordnet ist, wobei in dem Bereich des Wickelkopfes die Wicklungselemente (2) in axialer Richtung aus den Nuten austreten und im Bereich ihrer axialen Enden in axialer Richtung verlaufen, wobei jedes Wicklungselement (2) im Bereich des Wicklungskopfes eine erste und eine zweite Krümmung (3, 4) aufweist, wobei jeweils die erste Krümmung (3) auf einer ersten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet, und jeweils die zweite Krümmung (4) auf einer zweiten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet ist, wobei die erste Ebene näher am Rotorkörper (1) liegt als die zweite Ebene, und wobei der Rotor eine Vielzahl von Zugbolzen (7) und einen Wickelkopfträger (8) umfasst, wobei die Zugbolzen (7) den Wickelkopf mit dem Wickelkopfträger (8) verbinden, wobei die Zugbolzen (7) den Wickelkopf radial durchdringen, und wobei einige der Zugbolzen (7) so angeordnet sind, dass die Bolzenachse derselben in axialer Richtung des Rotors zwischen der zweiten Ebene und den Enden der Wicklungselemente (2) angeordnet ist, wobei jedes Wicklungselement (2) im Bereich des Wicklungskopfes eine dritte und eine vierte Krümmung (5, 6) aufweist, wobei jeweils die dritte Krümmung (5) auf einer dritten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet, und jeweils die vierte Krümmung (6) auf einer vierten zur axialen Richtung senkrechten Ebene angeordnet ist, und wobei die dritte und die vierte Ebene in axialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Ebene liegen, und wobei sich die dritte Ebene näher an der ersten Ebene befindet als die vierte Ebene, und wobei einige der Zugbolzen (7) so angeordnet sind, dass die Bolzenachse derselben in axialer Richtung des Rotors zwischen der dritten Ebene und der vierten Ebene angeordnet ist, und wobei die Wicklungselemente (2) zwischen der ersten und der dritten Ebene in einem Winkel zur axialen Richtung verlaufen, und wobei die Wicklungselemente (2) zwischen der vierten und der zweiten Ebene in einem Winkel zur axialen Richtung verlaufen, und wobei die Wicklungselemente (2) zwischen der dritten und der vierten Ebene in einem Winkel zur axialen Richtung verlaufen, wobei der letztgenannte Winkel jeweils kleiner ist als die Winkel, unter der die Wicklungselemente (2) zwischen der ersten und der dritten und zwischen der vierten und der zweiten Ebene verlaufen.
Rotor nach Anspruch 1, wobei die Wicklungselemente (2) zwischen der dritten und der vierten Ebene in axialer Richtung verlaufen.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei einige der Zugbolzen (7) so angeordnet sind, dass die Bolzenachse derselben in axialer Richtung des Rotors zwischen der ersten Ebene und dem Rotorkörper (1) angeordnet ist.