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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der
DE 102019217464 A1 bekannt, mit einem um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörper, an dem eine Erregerwicklung vorgesehen ist, die in Nuten des Rotorkörpers verläuft und mehrere elektrische Leiter pro Nut aufweist, wobei die Leiter sich jeweils mit einer Längserstreckung durch die jeweilige Nut hindurch erstrecken und jeweils zwei Leiterenden aufweisen, wobei mehrere der Leiterenden der Leiter über Leiterverbinder mit Leiterenden von Leitern aus benachbarten Nuten zur Bildung der Erregerwicklung verbunden sind, wobei die Leiter der jeweiligen Nut zur Bildung eines Wicklungsstabs in ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial, insbesondere eine ausgehärtete duroplastische Formmasse, eingebettet sind, wobei der jeweilige Wicklungsstab jeweils zwei Profil-Flankenseiten aufweist, die jeweils einer Nut-Flankenseite der jeweiligen Nut zugewandt sind.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine einfache Montage und ein einfaches stoffschlüssiges Fügen, insbesondere Schweißen oder Löten, der Leiterverbinder im Wickelkopf der Erregerwicklung ermöglicht wird, so dass die Erregerwicklung als Steckwicklung ausgebildet ist, die aus einzelnen Steckelementen, also den Wicklungsstäben und den Leiterverbindern, gebildet ist. Die Herstellungskosten des Rotors werden dadurch verringert. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem an zumindest einem der beiden Enden des jeweiligen Wicklungsstabs mehrere Leiterenden vorgesehen sind, die jeweils eine Ausklinkung zum Einsetzen eines der Leiterverbinder aufweisen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die Ausklinkung des jeweiligen Leiterendes eine Auflagefläche zum Abstützen des jeweiligen Leiterverbinders und eine quer, insbesondere senkrecht, zur Auflagefläche angeordnete Fügefläche zum Fügen mit dem Leiterverbinder aufweist. Auf diese Weise können die Leiterverbinder beim Einsetzen in die jeweilige Ausklinkung mittels der Auflagefläche korrekt positioniert und anschließend an der Fügefläche stoffschlüssig mit dem jeweiligen Leiterende verbunden werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Leiter des jeweiligen Wicklungsstabs an jeder Profil-Flankenseite eine Spulenseite einer Spule der Erregerwicklung bilden, wobei die jeweilige Spulenseite eine oder mehrere Spulenlagen aufweist. Auf diese Weise kann eine Steckwicklung mit hohem Kupferfüllfaktor erreicht werden. Die Wicklungsstäbe sind vorgefertigte Elemente der Steckwicklung.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Ausklinkung des jeweiligen Leiterendes in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse nach einer ersten Ausführung über die gesamte radiale Abmessung des Leiterendes verläuft oder nach einer zweiten Ausführung nur über einen Teil des radialen Abmessung des Leiterendes, derart, dass radial außerhalb der Ausklinkung ein Stützabschnitt des Leiterendes zur Abstützung des zugeordneten Leiterverbinders verbleibt. Die Variante nach der zweiten Ausführung hat den Vorteil, dass die Drehzahlfestigkeit der Erregerwicklung erhöht wird, da die Leiterenden die auf die Leiterverbinder wirkenden Fliehkräfte besser abstützen können.
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Auch vorteilhaft ist, wenn an demselben Ende des jeweiligen Wicklungsstabs die derselben Spulenseite zugeordneten Leiterenden unterschiedlicher Spulenlagen in axialer Richtung unterschiedlich weit vorstehen unter Bildung einer treppenförmigen Stufenstruktur zur Anordnung der Leiterverbinder in mehreren in axialer Richtung übereinander liegenden Wickelkopflagen, wobei mehrere der Leiterenden der jeweiligen Spulenlage eine Ausklinkung aufweisen. Die Leiterverbinder können auf diese Weise sehr regelmäßig und kompakt im Wickelkopf verlaufen. Die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage können mit zeitlichem Abstand einzeln mit den entsprechenden Leiterenden des jeweiligen Wicklungsstabs verschweißt werden. Die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage können beispielsweise parallel zueinander angeordnet werden.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn der Leiterverbinder jeweils als Flachdraht oder balkenförmiger Leiterstab ausgebildet ist, der zumindest zwischen seinen Enden geradlinig ausgebildet ist, insbesondere vollständig geradlinig ist, und einen viereckigen Leiterquerschnitt aufweist. Auf diese Weise können die Leiterverbinder sehr einfach, beispielsweise durch Stanzen oder Abschneiden, und mit keinem oder nur wenig Biege- oder Umformaufwand hergestellt werden.
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Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage gleich ausgebildet sind, insbesondere hinsichtlich der Länge und/oder der Form und/oder des Leiterquerschnittes. Auf diese Weise umfasst die Vielzahl der Leiterverbinder Gleichteile bzw. weniger unterschiedliche Leiterverbinder, so dass die Erregerwicklung einfacher und kostengünstiger herstellbar ist.
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Auch vorteilhaft ist, wenn die Leiterverbinder in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse mittels von elektrisch nicht-leitenden Stützelementen am übrigen Rotor, insbesondere an einer Rotorhülse oder einer beispielsweise stirnseitig angeordneten Rotorkappe des Rotors, abgestützt sind. Auf diese Weise wird die Drehzahlfestigkeit der Erregerwicklung erhöht, da die auf die Leiterverbinder wirkenden Fliehkräfte am übrigen Rotor abgestützt werden. Die Stützelemente können beispielsweise aus Kunststoff, insbesondere Duroplast, oder aus Keramik hergestellt sein. Die Rotorhülse kann eine Rotorbandage sein.
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Weiter vorteilhaft ist, wenn die Stützelemente jeweils eine Wickelkopflage mit mehreren Leiterverbindern derselben Spule der Erregerwicklung abstützen, wobei die Stützelemente jeweils in axialer Richtung unterhalb oder oberhalb der zugeordneten Wickelkopflage angeordnet sind. Die Stützelemente stützen also jeweils mehrere Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage ab. Auf diese Weise können sich die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage gegenseitig stützen, da sie über das jeweilige Stützelement miteinander mechanisch gekoppelt sind. Die Leiterverbinder bleiben für ein Kühlmedium zur Kühlung zugänglich, so dass der Rotor weiterhin gut gekühlt werden kann. Da für jede Wickelkopflage derselben Spule eines der Stützelemente vorgesehen ist, sind an jedem Rotorzahn bzw. Schenkelpol des Rotors mehrere in axialer Richtung übereinanderliegende Stützelemente angeordnet. Das Stützelement der untersten Wickelkopflage liegt beispielsweise am Rotorblechpaket des Rotorkörpers an, die in axialer Richtung darüber liegenden Stützelemente liegen auf einer der Wickelkopflagen an.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn die beispielsweise T-förmigen Stützelemente jeweils einen in radialer Richtung verlaufenden ersten Stützabschnitt mit einer Stützstruktur zur Abstützung der Leiterverbinder, beispielsweise an deren Mitte, und/oder jeweils einen am Rotor abgestützten zweiten Stützabschnitt aufweisen, der insbesondere quer zu dem jeweiligen ersten Stützabschnitt verläuft und insbesondere bogenförmig ist. Die Stützstruktur des ersten Stützabschnittes ist beispielsweise zahnförmig oder kammförmig oder rippenförmig ausgeführt und dient auch der Positionierung bzw. Lagefestlegung der Leiterverbinder in der jeweiligen Wickelkopflage. Auf diese Weise wird das stoffschlüssige Fügen der Leiterverbinder vereinfacht bzw. erleichtert. Durch den zweiten Stützabschnitt können die auf die Leiterverbinder wirkenden Zentrifugalkräfte großflächig in die Rotorhülse bzw. Rotorkappe eingeleitet werden.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einer elektrischen Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine Teilansicht eines Rotors einer elektrischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Erregerwicklung,
- 2 eine Detailansicht auf zwei erfindungsgemäße Wicklungsstäbe des Rotors nach 1 unter Ausblendung der Leiterverbinder,
- 2A ein Leiterende eines der Wicklungsstäbe nach 2 nach einer zweiten Ausführung,
- 3A eine Detailansicht des Rotors nach 1 mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement vor der Montage einer untersten Wickelkopflage
- 3B eine Detailansicht des Rotors nach 1 mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement nach der Montage einer untersten Wickelkopflage,
- 3C eine Detailansicht des Rotors nach 1 mit zwei übereinanderliegenden erfindungsgemäßen Stützelementen nach der Montage von zwei unteren Wickelkopflagen,
- 3D eine Detailansicht des Rotors nach 1 mit drei übereinanderliegenden Stützelementen zur Abstützung der drei Wickelkopflagen,
- 4 Schnittansicht des Rotors nach 1 mit zwei stirnseitigen Rotorkappen zur Abstützung der Stützelemente nach 3.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Erregerwicklung.
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Der Rotor 1 weist einen um eine Rotorachse 2 drehbaren Rotorkörper 3 auf, der beispielsweise ein Rotorblechpaket ist. An dem Rotorkörper 3 ist eine Erregerwicklung 4 vorgesehen, die in Nuten bzw. nutförmigen Wickelräumen 5 des Rotorkörpers 3 verläuft und mehrere elektrische Leiter 6 pro Nut 5 aufweist. Die Nuten 5 des Rotorkörpers 3 sind jeweils zwischen Rotorzähnen bzw. Schenkelpolen 15 des Rotorkörpers 3 gebildet.
Die Leiter 6 der Erregerwicklung 4 erstrecken sich jeweils mit einer Längserstreckung durch die jeweilige Nut 5 hindurch und weisen jeweils zwei Leiterenden 6.1 auf. Mehrere der Leiterenden 6.1 der Leiter 6 der Erregerwicklung 4 sind über Leiterverbinder 7 mit Leiterenden 6.1 von Leitern 6 aus benachbarten Nuten 5 zur Bildung der Erregerwicklung 4 verbunden.
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Die Erregerwicklung 4 umfasst mehrere elektrisch verbundene Spulen 14. Jede Spule 14 hat zwei in den Nuten 5 liegende Spulenseiten 14.1. Die Leiter 6 der beiden Spulenseiten 14.1 einer Spule 14 sind über Spulenseitenverbinder und die Spulen 14 durch Spulenverbinder miteinander elektrisch verbunden. Die Leiterverbinder 7 umfassen also Spulenseitenverbinder und Spulenverbinder. 1 ist eine Ansicht auf eine erste Stirnseite des Rotors 1. Beispielsweise sind an der gezeigten ersten Stirnseite des Rotors 1 nur Spulenseitenverbinder 7.1 und an der nicht dargestellten zweiten Stirnseite Spulenseitenverbinder und Spulenverbinder vorgesehen.
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Die Leiter 6 der jeweiligen Nut 5 sind zur Bildung eines Wicklungsstabs 10, beispielsweise eines stabförmigen Pultrusionsprofils 10, in ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial 11, insbesondere eine ausgehärtete duroplastische Formmasse, eingebettet und somit zu einer in die jeweilige Nut 5 einsteckbaren beispielsweise stabförmigen Einheit zusammengefasst. Der jeweilige Wicklungsstab 10 hat jeweils zwei Profil-Flankenseiten 10.1, die jeweils einer Nut-Flankenseite 5.1 der jeweiligen Nut 5 zugewandt. Der Wicklungsstab 10 ist beispielsweise durch ein Pultrusionsverfahren hergestellt, kann aber alternativ auch durch ein Gießverfahren gefertigt werden.
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Die Leiterenden 6.1 und die Leiterverbinder 7 bilden an den beiden Stirnseiten des Rotorkörpers 3 jeweils einen Wickelkopf 8 der Erregerwicklung 4.
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2 zeigt eine Detailansicht auf zwei erfindungsgemäße Wicklungsstäbe 10 des Rotors 1 nach 1 unter Ausblendung der Leiterverbinder 7.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an zumindest einem der beiden Enden des jeweiligen Wicklungsstabs 10 mehrere Leiterenden 6.1 vorgesehen sind, die jeweils eine Ausklinkung 12 zum Einsetzen eines der Leiterverbinder 7 aufweisen.
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Die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 ist eine Ausnehmung, die an zumindest einer Umfangsseite des jeweiligen Leiterendes 6.1 vorgesehen ist und bis an die freie Stirnseite des jeweiligen Leiterendes 6.1 reicht. Mittels der jeweiligen Ausklinkung 12 kann auf einfache Weise eine Eck- bzw. Winkelverbindung zwischen dem jeweiligen Leiterende 6.1 und dem zughörigen Leiterverbinder 7 hergestellt werden.
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Die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 weist jeweils eine Auflagefläche 12.1 zum Abstützen des jeweiligen Leiterverbinders 7 und eine quer, insbesondere senkrecht, zur Auflagefläche 12.1 angeordnete FügeflächJ 12.2 zum Fügen mit dem Leiterverbinder 7 auf.
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Die Leiter 6 des jeweiligen Wicklungsstabs 10 bilden an jeder Profil-Flankenseite 10.1 eine Spulenseite 14.1 einer Spule 14 der Erregerwicklung 4, wobei die jeweilige Spulenseite 14.1 eine oder mehrere Spulenlagen 13 aufweist. An den beiden Profil-Flankenseiten 10.1 jedes Wicklungsstabs 10 sind also zwei Spulenseiten 14.1 zweier benachbarter Spulen 14 ausgebildet. Jedes Leiterende 6.1 des jeweiligen Wicklungsstabs 10 kann einer der beiden Spulenseiten 14.1 des jeweiligen Wicklungsstabs 10 zugeordnet werden. Die Ausklinkungen 12 sind jeweils an einer Umfangsseite des jeweiligen Leiterendes 6.1 ausgebildet, die derjenigen Profil-Flankenseite 10.1 zugewandt ist, an der die Spulenseite 14.1 des jeweiligen Leiterendes 6.1 vorgesehen ist. Die Spulenlagen 13 sind beispielsweise parallel zu der zugeordneten Profil-Flankenseite 10.1 angeordnet.
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Die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 verläuft in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 beispielsweise über die gesamte radiale Abmessung des Leiterendes 6.1. Alternativ kann die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 in nicht dargestellter Weise nur über einen Teil der radialen Abmessung des Leiterendes 6.1 derart verlaufen, dass radial außerhalb der Ausklinkung 12 ein Stützabschnitt 9 des Leiterendes 6.1 zur Fliehkraft-Abstützung des zugeordneten Leiterverbinders 7 verbleibt (2A).
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An demselben Ende des jeweiligen Wicklungsstabs 10 stehen die derselben Spulenseite 14.1 zugeordneten Leiterenden 6.1 unterschiedlicher Spulenlagen 13 in axialer Richtung unterschiedlich weit vor unter Bildung einer treppenförmigen Stufenstruktur 16 zur Anordnung der Leiterverbinder 7 in mehreren in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 übereinander liegenden Wickelkopflagen 8.1. Dabei weisen jeweils mehrere der Leiterenden 6.1 der jeweiligen Spulenlage 13 eine Ausklinkung 12 auf. Die Auflagefläche 12.1 der jeweiligen Ausklinkung 12 hat jeweils einen axialen Abstand d zu den Stirnseiten der Leiterenden 6.1 der weniger weit vorstehenden benachbarten Spulenlage 13 bzw. zum Rotorkörper 3, um einen elektrischen Kurzschluss von Spulenlagen 13 bzw. zum Rotorkörper 3 zu vermeiden.
Die Stufenstruktur 16 kann beispielsweise durch Materialabtrag an den Enden des jeweiligen Wicklungsstabs 10 erzeugt werden. Die sich gegenüberstehenden bzw. einander zugewandten Stufen zweier in Umfangsrichtung benachbarter Wicklungsstäbe 10 verlaufen in radialer Richtung beispielsweise jeweils parallel zueinander. Auf diese Weise können in derselben Wickelkopflage 8.1 jeweils gleich lange Leiterverbinder 7 eingesetzt werden.
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Die Leiterverbinder 7 sind jeweils als Flachdraht oder balkenförmiger Leiterstab ausgebildet, der zumindest zwischen seinen Enden geradlinig ausgebildet ist, beispielsweise vollständig geradlinig ist, und einen viereckigen Leiterquerschnitt aufweist. Die Leiterverbinder 7 derselben Spule 14 und derselben Wickelkopflage 8.1 sind beispielsweise gleich ausgebildet, insbesondere hinsichtlich der Länge, der Form und des Leiterquerschnittes.
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3A zeigt eine Detailansicht des Rotors nach 1 mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement vor der Montage einer untersten Wickelkopflage.
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Die Leiterverbinder 7 sind in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 mittels von elektrisch nicht-leitenden Stützelementen 20 am Rotor 1 abgestützt, beispielsweise an einer Rotorkappe 21 des Rotors 1 (4) oder alternativ an einer nicht dargestellten, den Rotorkörper 3 umschließenden Rotorhülse, die auch eine Rotorbandage sein kann.
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3B zeigt eine Detailansicht des Rotors nach 1 mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement nach der Montage einer untersten Wickelkopflage 8.1.
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3C zeigt eine Detailansicht des Rotors nach 1 mit zwei übereinanderliegenden erfindungsgemäßen Stützelementen nach der Montage von zwei unteren Wickelkopflagen 8.1.
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Die Stützelemente 20 stützen jeweils eine Wickelkopflage 8.1 von mehreren Leiterverbindern 7 derselben Spule 14 ab. Die Stützelemente 20 sind dabei jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 beispielsweise unterhalb oder alternativ oberhalb der zugeordneten Wickelkopflage 8.1 angeordnet.
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Die Stützelemente 20 weisen jeweils einen in radialer Richtung verlaufenden ersten Stützabschnitt 20.1 mit einer Stützstruktur 19 zur Abstützung der Leiterverbinder 7 und/oder jeweils einen am Rotor 1 abgestützten zweiten Stützabschnitt 20.2 auf, der insbesondere quer zu dem jeweiligen ersten Stützabschnitt 20.1 verläuft und insbesondere bogenförmig ausgebildet ist. Der erste Stützabschnitt 20.1 ist beispielsweise streifenförmig oder stegförmig ausgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019217464 A1 [0001]
