DE10309097A1

DE10309097A1 - Stator sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Stators

Info

Publication number: DE10309097A1
Application number: DE2003109097
Authority: DE
Inventors: Richard Blatter
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2003-09-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators (1), insbesondere eines Generatorstators einer Kraftwerksanlage. Der Stator (1) umfaßt einen ringförmigen Kern (2), der aus einer Vielzahl von Blechsegmenten (4) aufgebaut ist, und eine Wicklung (9), die mehrere Wicklungsstäbe (8) aufweist. Die Wicklungsstäbe (8) sind in Längsnuten eingesetzt, die am Innenumfang des Kerns (2) ausgebildet sind. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: DOLLAR A S1: Aufbauen eines zylindrischen Käfigs (16) aus den Wicklungsstäben (8), wobei die Wicklungsstäbe (8) parallel zueinander verlaufen. DOLLAR A S2: Aufbauen des Kerns (2) durch Anbauen der Blechsegmente (4) an die Wicklungsstäbe (8) des Käfigs (16).

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Stators sowie einen Stator, insbesondere einen Generatorstator für eine Kraftwerksanlage.

Stand der Technik

Ein Generatorstator einer Kraftwerksanlage weist üblicherweise einen ringförmigen Kern auf, der aus einer Vielzahl von Blechsegmenten aufgebaut ist. Des weiteren besitzt der Generatorstator eine Wicklung, die mehrere Wicklungsstäbe umfaßt, die in Längsnuten eingesetzt sind, die am Innenumfang des Kerns ausgebildet sind.

Üblicherweise erfolgt die Herstellung eines derartigen Generatorstators so, daß zunächst der Kern aufgebaut wird, indem in entsprechender Weise die Blechsegmente in der vertikal ausgerichteten Längsrichtung des Kerns aufeinander geschichtet oder gestapelt werden. Durch axiales Verspannen und Fixieren der Blechsegmente wird der Kern fertiggestellt. Anschließend wird der Kern gekippt, so daß seine Längsrichtung nunmehr horizontal verläuft. Danach können die Wicklungsstäbe einzeln in axialer Richtung in die Rotoröffnung des Kerns eingeführt und dann radial in die Längsnuten am Kerninnenumfang eingebracht werden. Da für das Einbringen der Wicklungsstäbe nur ein relativ begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, ist dieser Vorgang relativ aufwendig und zeitintensiv.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit Problem, für einen Stator eine Möglichkeit zur Vereinfachung der Herstellung des Stators aufzuzeigen.

Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Kern durch Anbauen der Blechsegmente an die bereits in geeigneter Weise positionierten Wicklungsstäbe aufzubauen. Durch diese Vorgehensweise sind mit Fertigstellung des Kerns die Wicklungsstäbe bereits in den Längsnuten angeordnet, so daß das aufwendige, einzelne Einführen der Wicklungsstäbe entfallen kann. Die Herstellung des Stators wird dadurch vereinfacht und kann schneller und preiswerter erfolgen.

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der wenigstens eine Pressplatte, die insbesondere beim fertigen Kern zum axialen Verspannen oder Verpressen der gestapelten oder geschichteten Blechsegmente verwendet wird, bereits beim Aufbauen eines durch die Wicklungsstäbe gebildeten Käfigs zum Positionieren der Wicklungsstäbe verwendet wird. Hierdurch ergibt sich eine weitere Vereinfachung, da ein nachträgliches Anbringen der Pressplatte entfällt.

Zur Ausbildung der Längsnuten des Kerns können die Blechsegmente mehrere Ausnehmungen aufweisen, die am Kerninnenumfang offen sind. Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können der Querschnitt der Wicklungsstäbe, die Form der Blechsegmentausnehmungen und die Anordnung und/oder Ausrichtung der Wicklungsstäbe so aufeinander abgestimmt sein, daß die Blechsegmente zum Aufbauen des Kerns radial von außen auf die feststehenden Wicklungsstäbe aufsteckbar sind. Diese Merkmale ermöglichen es, den Kern an seinem Außenumfang aufzubauen, so daß insbesondere mehrere Monteure gleichzeitig das Aufstecken der Blechsegmente durchführen können, wodurch die Herstellungszeit verkürzt werden kann. Gleichzeitig kann dadurch einfacher eine Automatisierung des Kernaufbaus realisiert werden, da der so ermöglichte Bewegungsablauf zum Aufstecken eines Blechsegments relativ einfach von einem Roboter oder dgl. durchführbar ist.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Hälfte eines Kerns eines Stators nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Kern gemäß den Schnittlinien II in Fig. 1,
Fig. 3 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Herstellen des Stators.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Entsprechend Fig. 1 umfaßt ein Stator 1, z. B. ein Generatorstator eines im übrigen nicht dargestellten Generators, der beispielsweise bei einer Kraftwerksanlage zur Erzeugung elektrischer Energie Anwendung findet, einen ringförmigen Kern 2, der in Fig. 1 so dargestellt ist, daß seine Längsmittelachse 3 horizontal verläuft. Der Kern 2 ist aus einer Vielzahl von Blechsegmenten 4 zusammengebaut, von denen in Fig. 1 nur einige andeutungsweise dargestellt sind. Der Kern 2 besitzt einen zylindrischen Außenumfang 5 und einen zylindrischen Innenumfang 6. Am Innenumfang 6 sind im Kern 2 mehrere Längsnuten 7 ausgebildet, die parallel zur Längsmittelachse 3 verlaufen und in die Wicklungsstäbe 8 einer Wicklung 9 des Stators 1 eingesetzt sind. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind in jede Längsnut 7 jeweils zwei Wicklungsstäbe 8 eingebracht. Es ist klar, daß auch mehr Wicklungsstäbe 8 oder sogar nur ein einziger Wicklungsstab 8 pro Längsnut 7 vorgesehen sein kann.
An den axialen Stirnseiten des Kerns 2 ist jeweils eine Pressplatte 10 angeordnet, mit deren Hilfe die einzelnen Blechsegmente 4 in axialer Richtung miteinander verspannt sind. Beispielsweise können hierzu die beiden Pressplatten 10 durch nicht gezeigte Zuganker miteinander verbunden sein, welche die Blechsegmente 4 in axialer Richtung durchsetzen.
Gemäß Fig. 2 sind bei einer bevorzugten Ausführungsform des Stators 1 die Wicklungsstäbe 8 bezüglich der Längsmittelachse 3 so positioniert und ausgerichtet, daß jeweils eine Anzahl n von Wicklungsstäben 8, die in Umfangsrichtung des Kerns 2 benachbart sind, mit ihren rechteckigen Querschnitten parallel zueinander und parallel zu einer Achse 11 ausgerichtet sind. Diese Achsen 11 stehen jeweils senkrecht auf der Längsmittelachse 3 des Kerns 2. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Anzahl n = 2 gewählt, so daß die Wicklungsstäbe 8 jeweils paarweise parallel zueinander und zur zugehörigen Achse 11 ausgerichtet sind. Es ist klar, daß grundsätzlich die Anzahl n auch größer als 2 sein kann.
Die zum Aufbau des Kerns 2 verwendeten Blechsegmente 4 besitzen jeweils n Ausnehmungen 12, die im wesentlichen komplementär zu den Rechteckquerschnitten der Wicklungsstäbe 8 ausgebildet sind, so daß die Wicklungsstäbe 8 diese Ausnehmungen im wesentlichen ausfüllen. Da hier die Anzahl n = 2 ist, weist jedes Blechsegment 4 somit für jedes Paar Wicklungsstäbe 8 ein entsprechendes Paar Ausnehmungen 12 auf. Die Schichtung der Blechsegmente 4 erfolgt in Längsrichtung des Kerns 2 so, daß die Ausnehmungen 12 deckungsgleich aufeinander liegen und in der Längsrichtung des Kerns 2 zueinander fluchten. Dementsprechend bilden die Ausnehmungen 12 der Blechsegmente 4 die Längsnuten 7 des Kerns 2.
Durch die vorgeschlagene Ausrichtung und Positionierung der Wicklungsstäbe 8 sowie durch den gewählten Rechteckquerschnitt ist es möglich, beim Aufbauen des Kerns 2 die einzelnen Blechsegmente 4 bezüglich der Längsmittelachse 3 des Kerns 2 radial von außen auf die Wicklungsstäbe 8 aufzustecken, wobei diese in die Ausnehmungen 12 eindringen.
In Fig. 2 sind in die beiden links dargestellten Längsnuten 7 jeweils zwei Wicklungsstäbe 8 eingesetzt, während bei den anderen Längsnuten 7 exemplarisch jeweils nur ein Wicklungsstab 8 eingesetzt ist.
Um im Kern 2 einen hochwertigen Verbund der Blechsegmente 4 zu erzielen, kann der Aufbau des Kerns 2 so erfolgen, daß sich die Blechsegmente 4 von Schicht zu Schicht gegenseitig überlappen. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 2 ein Kreisbogen 13 eines dem Betrachter zugewandten Blechsegments 4 mit einem Doppelpfeil mit durchgezogener Linie dargestellt, während der Kreisbogen 13 eines in axialer Richtung benachbarten, jedoch verdeckten Blechsegments 4 durch einen Doppelpfeil mit unterbrochener Linie dargestellt ist. Bei der in Fig. 2 gezeigten Formgebung der Blechsegmente 4 ist für die Erzielung der gegenseitigen Überlappung nur ein einziger Blechsegment-Typ erforderlich. Die gegenseitige Überlappung ergibt sich von selbst, wenn die Blechsegmente 4 von Schicht zu Schicht gewendet montiert werden. Grundsätzlich sind jedoch beliebige andere geeignete Formgebungen für die Blechsegmente 4 möglich.
Entsprechend Fig. 3 weist eine Vorrichtung 14 zum Herstellen eines Stators 1 eine Positioniereinrichtung 15 auf, mit deren Hilfe die einzelnen Wicklungsstäbe 8 in einer vorbestimmten Weise relativ zueinander positioniert bzw. gehalten werden können. In Fig. 3 sind zur besseren Darstellbarkeit nur einige der Wicklungsstäbe 8 exemplarisch dargestellt. Die Positioniereinrichtung 15 positioniert die Wicklungsstäbe 8 so, daß diese einen zylindrischen Käfig 16 bilden, an den nun die einzelnen Blechsegmente 4 angebaut werden können, um den Kern 2 aufzubauen, der in Fig. 3 bereits teilweise aufgebaut ist. Zweckmäßig werden die Wicklungsstäbe 8 von der Positioniereinrichtung 15 dabei so gehalten, daß die Blechsegmente 4 radial von außen, also am Außenumfang 5 des Kerns 2, an die Wicklungsstäbe 8 ansteckbar sind, was die in bezug auf Fig. 2 beschriebene bevorzugte Ausführungsform des Stators 1 ermöglicht.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Positioniereinrichtung 15 vorzugsweise so ausgebildet, daß die parallelen Wicklungsstäbe 8 vertikal verlaufen. Hierdurch wird vermieden, daß sich die Wicklungsstäbe 8 aufgrund ihres Eigengewichts durchbiegen.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Positioniereinrichtung 15 außerdem so ausgestaltet, daß sie zum Halten und zum Ausrichten der Wicklungsstäbe 8 bereits die beiden Preßplatten 10 verwendet, die zumindest beim fertigen Kern 2 zum axialen Verpressen bzw. Verspannen der Blechsegmente 4 benötigt werden, was im Hinblick auf Fig. 1 weiter oben beschrieben worden ist.
Gemäß Fig. 3 umfaßt die Vorrichtung 14 außerdem eine Einrichtung 17 zum Handling der Blechsegmente 4, mit deren Hilfe die einzelnen Blechsegmente 4 automatisch an die von der Positioniereinrichtung 15 gehaltenen Wicklungsstäbe 8 angebaut werden können. Zu diesem Zweck weist die Einrichtung 17 beispielsweise einen Roboterarm 18 auf, der die einzelnen Blechsegmente 4 von einem Stapel 19 nimmt und radial von außen auf die Wicklungsstäbe 8 aufsteckt. Um den gesamten Umfang des Kerns 2 bearbeiten zu können, kann die Positioniereinrichtung 15 gemäß einem Doppelpfeil 20 so ausgebildet sein, daß sie den Stator 1 um die Längsmittelachse 3 des Kerns 2 drehen kann. Ebenso ist es möglich, daß die Einrichtung 17 in Umfangsrichtung des Kerns 2 relativ zur Positioniereinrichtung 15 verfahrbar ist. Des weiteren kann die Einrichtung 17 auch mehrere Roboterarme 18 aufweisen, die umfangsmäßig entlang des Außenumfangs 5 des Kerns 2 verteilt angeordnet sind.
Die Vorrichtung 14 kann außerdem eine Spann- oder Presseinrichtung 21 aufweisen, die hier lediglich durch Pfeile symbolisiert ist und mit deren Hilfe die aufeinander gestapelten Blechsegmente 4 in axialer Richtung verspannt bzw. verpresst werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Stators 1 arbeitet wie folgt:
In einer ersten Verfahrensphase wird aus mehreren, insbesondere aus allen, Wicklungsstäben 8 der zylindrische Käfig 16 aufgebaut, wobei dann die einzelnen Wicklungsstäbe 8 parallel zueinander und zweckmäßig vertikal angeordnet sind. Für die Positionierung der Wicklungsstäbe 8 besitzt die Positioniereinrichtung 15 geeignete, hier nicht näher erläuterte Haltemittel, wobei wenigstens eine der Pressplatten 10 in der Positioniervorrichtung 15 zum Ausrichten und/oder zum Halten der Wicklungsstäbe 8 verwendet werden kann.
In einer nachfolgenden zweiten Verfahrensphase wird nun der Kern 2 aufgebaut, indem die einzelnen Blechsegmente 4 an die Wicklungsstäbe 8 des Käfigs 16 angebaut werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Anbau der Blechsegmente 4 im wesentlichen radial von außen, wodurch die Blechsegmente 4 verspannungsfrei gesteckt und positioniert werden können. Während des Anbaus der Blechsegmente 4 kann es sinnvoll sein, periodisch die gestapelten oder geschichteten Blechsegmente 4 axial zu verspannen oder zu verpressen, um eine Setzung zu erreichen. Jedenfalls werden die gestapelten oder geschichteten Blechsegmente 4 nach dem Anbauen axial verspannt und aneinander fixiert, um auf diese Weise den Kern 2 zu einer Einheit zusammenzubinden. Der Fixiervorgang der geschichteten Blechsegmente 4 kann dabei unter Einwirkung einer axialen Verspannung und/oder von Wärme und/oder von Vibrationen erfolgen, um eine effektive Verdichtung des Kerns 2 zu erreichen, so daß sich die eingebundenen Blechsegmente 4 im Betrieb des Stators, beispielsweise aufgrund von Vibrationen, nicht lockern können.
Obwohl die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform den Stator 1 eines Generators betrifft, ist die Erfindung nicht auf einen Generatorstator begrenzt, vielmehr erfaßt die Erfindung grundsätzlich auch einen Stator für einen Elektromotor entsprechender Bauweise. Bezugszeichenliste 1 Stator
2 Kern
3 Längsmittelachse von 2
4 Blechsegment
5 Außenumfang von 2
6 Innenumfang von 2
7 Längsnut
8 Wicklungsstab
9 Wicklung
10 Pressplatte
11 Achse
12 Ausnehmung in 4
13 Kreisbogen von 4
14 Vorrichtung
15 Positioniereinrichtung
16 Käfig
17 Einrichtung
18 Roboterarm
19 Stapel
20 Doppelpfeil für Drehbarkeit von 1
21 Spann- oder Presseinrichtung

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Stators (1), insbesondere eines Generatorstators für eine Kraftwerksanlage, der einen aus einer Vielzahl von Blechsegmenten (4) aufgebauten, ringförmigen Kern (2) sowie eine Wicklung (9) aufweist, die mehrere Wicklungsstäbe (8) umfaßt, die in am Innenumfang (6) des Kerns (2) ausgebildete Längsnuten (7) eingesetzt sind, mit folgenden Schritten:
S1: Aufbauen eines zylindrischen Käfigs (16) aus mehreren oder allen Wicklungsstäben (8), wobei die Wicklungsstäbe (8) parallel zueinander verlaufen,
S2: Aufbauen des Kerns (2) durch Anbauen der Blechsegmente (4) an die Wicklungsstäbe (8) des Käfigs (16).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechsegmente (4) im wesentlichen radial von außen auf die Wicklungsstäbe (8) gesteckt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anbauen der Blechsegmente (4) die gestapelten oder geschichteten Blechsegmente (4) periodisch axial verspannt oder gepresst werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anbauen der Blechsegmente (4) die gestapelten oder geschichteten Blechsegmente (4) axial verspannt und fixiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixieren der gestapelten oder geschichteten Blechsegmente (4) unter der Einwirkung von axialer Verspannung oder axialem Pressdruck und/oder von Wärme und/oder von Vibrationen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum axialen Verspannen oder Verpressen der gestapelten oder geschichteten Blechsegmente (4) Pressplatten (10) verwenden werden, die an den axialen Stirnseiten des Kerns (2) an den axial außen liegenden Blechsegmenten (4) axial anliegen und einen Bestandteil des Stators (1) bilden, wobei wenigstens eine der Pressplatten (10) mit dem Käfig (16) verbaut wird, so daß beim Aufbauen des Kerns (2) die ersten Blechsegmente (4) auf die Pressplatte (10) aufgelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Pressplatten (10) bereits beim Aufbauen des Käfigs (16) zum Positionieren der Wicklungsstäbe (8) verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsstäbe (8) beim Aufbauen des Kerns (2) im wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.

9. Stator, insbesondere Generatorstator für eine Kraftwerksanlage, mit einem aus einer Vielzahl von Blechsegmenten (4) aufgebauten, ringförmigen Kern (2), der an seinem Innenumfang (6) mehrere Längsnuten (7) aufweist, in die Wicklungsstäbe (8) einer Wicklung (9) eingesetzt sind,
wobei mehrere oder alle Blechsegmente (4) wenigstens zwei Ausnehmungen (12) aufweisen, die am Innenumfang (6) des Kerns (2) offen sind,
wobei die Ausnehmungen (12) der Blechsegmente (4) die Längsnuten (7) des Kerns (2) bilden, in denen die Wicklungsstäbe (8) angeordnet sind,
wobei der Querschnitt der Wicklungsstäbe (8), die Form der Ausnehmungen (12) und die Anordnung und/oder die Ausrichtung der Wicklungsstäbe (8) so aufeinander abgestimmt sind, daß die Blechsegmente (4) zum Aufbauen des Kerns (2) radial von außen auf die feststehenden Wicklungsstäbe (8) aufsteckbar sind.

10. Stator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils eine Anzahl (n), die größer oder gleich zwei ist, von den in Umfangsrichtung des Kerns (2) benachbarten Wicklungsstäben (8) mit ihren Rechteckquerschnitten parallel zueinander und zu einer Achse (11) ausgerichtet sind, die senkrecht auf der Längsmittelachse (3) des Kerns (2) steht,
daß mehrere oder alle Blechsegmente (4) die gleiche Anzahl (n) Ausnehmungen (12) aufweisen, die im wesentlichen komplementär zu den Rechteckquerschnitten der Wicklungsstäbe (8) geformt sind, am Innenumfang (6) des Kerns (2) offen sind und zueinander parallel verlaufen,
daß die Ausnehmungen (12) der Blechsegmente (4) die Längsnuten (7) des Kerns (2) bilden.

11. Vorrichtung zum Herstellen eines Stators (1), insbesondere eines Generatorstators für eine Kraftwerksanlage, der einen aus einer Vielzahl von Blechsegmenten (4) aufgebauten, ringförmigen Kern (2) sowie eine Wicklung (9) aufweist, die mehrere Wicklungsstäbe (8) umfaßt, die in am Innenumfang (6) des Kerns (2) ausgebildete Längsnuten (7) eingesetzt sind, mit einer Positioniereinrichtung (15) zum Halten der Wicklungsstäbe (8) parallel zueinander, so daß diese einen zylindrischen Käfig (16) bilden, an den die Blechsegmente (4) zum Aufbauen des Kerns (2) anbaubar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (15) die Wicklungsstäbe (8) so hält, daß die Blechsegmente (4) radial von außen an die Wicklungsstäbe (8) ansteckbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (15) zu Halten und/oder zum Ausrichten der Wicklungsstäbe (8) wenigstens eine Pressplatte (10) verwendet, die zum axialen Verpressen oder Verspannen der Blechsegmente (4) dient und einen Bestandteil des Stators (1) bildet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (14) eine Spann- oder Presseinrichtung (21) zum axialen Verspannen oder Verpressen der gestapelten oder geschichteten Blechsegmente (4) umfaßt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (14) eine Einrichtung (17) zum automatischen Anbauen der Blechsegmente (4) umfaßt.