DE112019007418T5

DE112019007418T5 - Rotor für eine rotierende elektrische maschine und zugehöriges reparaturverfahren

Info

Publication number: DE112019007418T5
Application number: DE112019007418.0T
Authority: DE
Inventors: Norihiko HANA; Masao Akiyoshi; Yosuke Uchida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2022-02-24
Also published as: CN113939977B; JPWO2020245941A1; JP7130132B2; US20220158510A1; WO2020245941A1; CN113939977A; US11646614B2

Abstract

In einem Rotor für eine rotierende elektrische Maschine weist eine Nut einen Wicklungs-Einführungsbereich und einen aufgeweiteten Bereich auf. Die Breitenabmessung des aufgeweiteten Bereichs ist größer als die Breitenabmessung des Wicklungs-Einführungsbereichs. Ein Paar von Stufenbereichen auf beiden Seiten eines Endbereichs des Wicklungs-Einführungsbereichs ist auf Seiten des aufgeweiteten Bereichs ausgebildet. Ein Keilelement ist von dem Paar von Stufenbereichen beabstandet und liegt diesem gegenüber. Eine Isolierung weist Folgendes auf: einen Isolierungs-Hauptkörper, der zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist; und einen erweiterten Bereich, der in zumindest einem Teil eines Zwischenraums zwischen dem Keilelement und dem Paar von Stufenbereichen angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass er die Bewegung des Dämpferstabs in Umfangsrichtung des Rotorkerns unterdrückt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, wobei eine Rotorwicklung, eine Isolierung, ein Dämpferstab und ein Keilelement in eine Nut eines Rotorkerns eingeführt sind. Sie betrifft auch ein Reparaturverfahren für einen solchen Rotor.
Stand der Technik
In einem Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik ist eine Feldwicklung in eine Nut eingeführt, die im Rotorkern ausgebildet ist. Ein Dämpferstab, eine Isolierung und ein Keilelement sind in die Nut eingeführt, und zwar zusätzlich zur Feldwicklung.
Ein Wirbelstrom, der von einem magnetischen Fluss von einer Ankerwicklung induziert wird, fließt durch den Dämpferstab. Die Isolierung isoliert den Dämpferstab und die Feldwicklung elektrisch voneinander. Das Keilelement verhindert, dass der Inhalt der Nut umhergeschleudert bzw. verstreut wird (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2001-86685 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einem Rotor gemäß dem Stand der Technik, wie oben beschrieben, sind die Isolierung, der Dämpferstab und das Keilelement auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns, bezogen auf die Feldwicklung, angeordnet. Demzufolge nimmt der Abstand zwischen der Feldwicklung und der Ankerwicklung zu, die im Anker angeordnet sind. Damit ist ein Teil des magnetischen Flusses, der in der Feldwicklung erzeugt wird, nicht mit der Ankerwicklung verkettet, mit dem Ergebnis, dass die Verluste des magnetischen Flusses im Rotorkern zunehmen.
Die Erfindung wurde konzipiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen. Sie hat die Aufgabe, einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, der zum Verringern der Verluste des magnetischen Flusses im Rotorkern imstande ist, sowie ein Reparaturverfahren für einen solchen Rotor anzugeben.
Lösung des Problems
Gemäß dieser Erfindung wird ein Rotor für eine rotierende elektrische Maschine angegeben, der Folgendes aufweist: einen Rotorkern, einschließlich einer darin ausgebildeten Nut; eine Rotorwicklung, die in die Nut eingeführt ist; einen Dämpferstab, der eine Leitfähigkeit aufweist und in die Nut auf einer radial äußeren Seite des Rotorkerns bezüglich der Rotorwicklung eingeführt ist; eine Isolierung, die zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie die Rotorwicklung und den Dämpferstab voneinander elektrisch isoliert; und ein Keilelement, das in die Nut auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns bezüglich des Dämpferstabs eingeführt ist und dazu konfiguriert ist, die Rotorwicklung, die Isolierung und den Dämpferstab innerhalb der Nut zu halten; wobei, wenn der Querschnitt senkrecht zu der Achse des Rotorkerns betrachtet wird, die Nut Folgendes aufweist: einen Wicklungs-Einführungsbereich, in welchen hinein die Rotorwicklung eingeführt ist; und einen aufgeweiteten Bereich, in welchem ein Endbereich des Keilelements auf Seiten des Dämpferstabs angeordnet ist, wobei die Breitenabmessung des aufgeweiteten Bereichs größer ist als die Breitenabmessung des Wicklungs-Einführungsbereichs, wobei ein Paar von Stufenbereichen auf beiden Seiten eines Endbereichs des Wicklungs-Einführungsbereichs auf Seiten des aufgeweiteten Bereichs ausgebildet ist, wobei das Keilelement vom Paar der Stufenbereiche beabstandet ist und diesen gegenüberliegt, und wobei die Isolierung Folgendes aufweist: einen Isolierungs-Hauptkörper, der zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist; und einen erweiterten Bereich, der in zumindest einem Teil eines Zwischenraums zwischen dem Keilelement und dem Paar von Stufenbereichen angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass er die Bewegung des Dämpferstabs in Umfangsrichtung des Rotorkerns unterdrückt.
Gemäß der Erfindung wird ferner ein Reparaturverfahren für einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine angegeben, wobei der Rotor Folgendes aufweist: einen Rotorkern, einschließlich einer darin ausgebildeten Nut; eine Rotorwicklung, die in die Nut eingeführt ist; einen Dämpferstab, der eine Leitfähigkeit aufweist und in die Nut auf einer radial äußeren Seite des Rotorkerns bezüglich der Rotorwicklung eingeführt ist; eine bestehende Isolierung, die zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie die Rotorwicklung und den Dämpferstab voneinander elektrisch isoliert; und ein bestehendes Keilelement, das in die Nut auf der radial äußeren Seite des Rotorkern bezüglich des Dämpferstabs eingeführt ist und dazu konfiguriert ist, die Rotorwicklung, die Isolierung und den Dämpferstab innerhalb der Nut zu halten, wobei das Reparaturverfahren einen Schritt aufweist, in welchem das bestehende Keilelement durch ein dünnes Keilelement ersetzt wird und die bestehende Isolierung durch eine neue Isolierung ersetzt wird, so dass die Gesamt-Querschnittsfläche der Rotorwicklung in der Nut vergrößert wird, wobei die neue Isolierung Folgendes aufweist: einen Isolierungs-Hauptkörper, der zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist; und einen erweiterten Bereich, der in einem Zwischenraum angeordnet wird, der innerhalb der Nut als ein Ergebnis des Ersetzens des bestehenden Keilelements durch das dünne Keilelement definiert ist, und der so konfiguriert ist, dass er eine Bewegung des Dämpferstabs in Umfangsrichtung des Rotorkerns unterdrückt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit den Maßnahmen gemäß der Erfindung ist es möglich, Verluste des magnetischen Flusses im Rotorkern zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist eine Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors gemäß 1.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Hauptteils des Rotors gemäß 1 bei Betrachtung in einer von der 2 verschiedenen Richtung.
4 ist eine Längsschnittansicht zum Veranschaulichen eines ersten Beispiels einer Struktur innerhalb einer Nut des Rotors gemäß der ersten Ausführungsform vor der Reparatur.
5 ist eine Transversal-Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4.
6 ist eine Längsschnittansicht zum Veranschaulichen eines zweiten Beispiels einer Struktur innerhalb der Nut des Rotors gemäß der ersten Ausführungsform vor der Reparatur.
7 ist eine Transversal-Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 6.
8 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in welchem ein drittes Keilelement gemäß 5 durch ein drittes dünnes Keilelement ersetzt ist.
9 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Struktur innerhalb der Nut des Rotors gemäß der ersten Ausführungsform nach der Reparatur.
10 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils gemäß 9 in vergrößerter Art und Weise.
11 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung gemäß 10.
12 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung gemäß 12.
14 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
15 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung gemäß 14.
16 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
18 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung bei einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
19 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung bei einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
20 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung bei einer achten Ausführungsform der Erfindung.
21 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung.
22 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung gemäß 21.
23 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung.
24 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung gemäß 23.
25 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung.
26 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung gemäß 25.
27 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines Dämpferstabs gemäß 25.
28 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Wege zum Ausführen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und sie ist eine Darstellung des Querschnitts entlang des axialen Zentrums einer Drehwelle. In 1 weist die rotierende elektrische Maschine Folgendes auf: einen Rahmen 1, eine Drehwelle 2, einen Rotor 3, einen Anker 4, der ein Stator ist, und einen Gaskühler 5.
Die Drehwelle 2 ist in dem Rahmen 1 drehbar gelagert. Außerdem ist die Drehwelle 2 mit einer Turbine verbunden (nicht dargestellt). Die Turbine übt eine Rotationskraft auf die Drehwelle 2 aus. Der Rotor 3 ist an der Drehwelle 2 befestigt und dreht sich um die Drehwelle 2 integral mit der Drehwelle 2.
Der Anker 4 ist am Rahmen 1 gehalten. Außerdem weist der Anker 4 einen Ankerkern 6 und eine Ankerwicklung 7 auf, die eine Statorwicklung ist. Der Ankerkern 6 umgibt den Rotor 3 mit einem Spalt vom Rotor 3. In 1 ist der Spalt weggelassen. Außerdem ist der Ankerkern 6 koaxial mit dem Rotor 3 angeordnet.
Die Ankerwicklung 7 ist am Ankerkern 6 gehalten. Der Rotor 3 rotiert, um ein rotierendes magnetisches Feld auf die Ankerwicklung 7 zu übertragen. Damit wird eine elektromotorische Kraft in der Ankerwicklung 7 erzeugt. Das heißt, der magnetische Fluss vom Rotor 3 wird mit der Ankerwicklung 7 verkettet und so ein Ausgangsstrom erzeugt. Die rotierende elektrische Maschine bei der ersten Ausführungsform wirkt als Generator.
Ein Kühlmittel zum Unterdrücken der Wärmeerzeugung des Rotors 3 und des Ankers 4 ist im Rahmen 1 aufgenommen. Als Kühlmittel wird Luft oder Wasserstoff verwendet. Der Gaskühler 5 ist innerhalb des Rahmens 1 angeordnet, und er ist so konfiguriert, dass er das Kühlmittel innerhalb des Rahmens 1 kühlt.
2 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors 3 gemäß 1. Außerdem ist 3 eine perspektivische Explosionsansicht des Hauptteils des Rotors 3 gemäß 1 bei Betrachtung in einer von 2 verschiedenen Richtung. Der Rotor 3 weist Folgendes auf: einen zylindrischen Rotorkern 11, eine Mehrzahl von Feldwicklungen 12, die Rotorwicklungen sind, eine Mehrzahl von Isolierungen 13, eine Mehrzahl von Dämpferstäben 14, eine Mehrzahl von ersten Keilelementen 15, eine Mehrzahl von zweiten Keilelementen 16, eine Mehrzahl von dritten Keilelementen 17 und ein Paar von Halteringen 18.
Der Rotorkern 11 ist an der Drehwelle 2 fixiert. Die Drehwelle 2 geht durch den Rotorkern 11. Der Rotorkern 11 weist eine Mehrzahl von geraden Nuten 11a auf, die in seinem äußeren Umfangsbereich ausgebildet sind. Die Mehrzahl von Nuten 11a ist in Intervallen in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 angeordnet. Die Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 ist die Rotationsrichtung des Rotorkerns 11.
Außerdem ist jede Nut 11a kontinuierlich über die gesamte Länge des Rotorkerns 11 entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 gebildet. Die Axialrichtung des Rotorkerns 11 ist die Richtung parallel zum axialen Zentrum der Drehwelle 2. Außerdem ist jede Nut 11a an der äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns 11 offen.
Die Mehrzahl von Feldwicklungen 12, die Mehrzahl von Isolierungen 13, die Mehrzahl von Dämpferstäben 14, die Mehrzahl von ersten Keilelementen 15, die Mehrzahl von zweiten Keilelementen 16 und die Mehrzahl von dritten Keilelementen 17 sind jeweils in entsprechende Nuten 11 a eingeführt.
Die Mehrzahl von ersten Keilelementen 15 ist jeweils im Zentrum des Rotorkerns 11 in Axialrichtung angeordnet. Die Mehrzahl von zweiten Keilelementen 16 ist an beiden Endbereichen des Rotorkerns 11 in Axialrichtung angeordnet. Die Mehrzahl von dritten Keilelementen 17 ist jeweils zwischen dem ersten Keilelement 15 und dem zweiten Keilelement 16 angeordnet.
Die Mehrzahl von ersten Keilelementen 15, die Mehrzahl von zweiten Keilelementen 16 und die Mehrzahl von dritten Keilelementen 17 verhindern ein Hervortreten bzw. Austreten des Inhalts, der in die entsprechenden Nuten 11a eingeführt ist, infolge der Zentrifugalkraft. Das heißt, die Keilelemente 15, 16 und 17 halten die Feldwicklung 12, die Isolierung 13 und den Dämpferstab 14 innerhalb der Nut 11a.
Kupplungsstrukturen (nicht dargestellt) sind jeweils an beiden Endbereichen des Rotorkerns 11 in Axialrichtung angebracht. Jede Kupplungsstruktur kuppelt die Mehrzahl von Feldwicklungen 12 miteinander. Das Paar Halteringe 18 ist an beiden Endbereichen des Rotorkerns 11 in Axialrichtung angebracht. Jeder Haltering 18 unterdrückt die Verformung der entsprechenden Kupplungsstruktur infolge der Zentrifugalkraft. Jeder Haltering 18 ist aus einem Material gebildet, das eine Leitfähigkeit aufweist.
4 ist eine Längsschnittansicht zum Veranschaulichen eines ersten Beispiels einer Struktur innerhalb der Nut 11a des Rotors 3 gemäß der ersten Ausführungsform vor der Reparatur, und das linke Ende von 4 ist das Zentrum des Rotors 3 in Axialrichtung. 5 ist eine Transversal-Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4, und sie ist eine Darstellung des Querschnitts senkrecht zum axialen Zentrum der Drehwelle 2.
Wenn der Querschnitt senkrecht zur Achse des Rotorkerns 11 betrachtet wird, weist die Nut 11a einen Wicklungs-Einführungsbereich 11b, einen aufgeweiteten Bereich 11c und einen Öffnungsbereich 11d auf. Der Wicklungs-Einführungsbereich 11b, der aufgeweitete Bereich 11c und der Öffnungsbereich 11d sind durchgehend von der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite des Rotorkerns 11 ausgebildet. Die Radialrichtung des Rotorkerns 11 ist die Richtung senkrecht zur Achse des Rotorkerns 11.
Die Breitenabmessung des aufgeweiteten Bereichs 11c ist größer als die Breitenabmessung des Wicklungs-Einführungsbereichs 11b und die Breitenabmessung des Öffnungsbereichs 11d. Damit wird ein Paar von Stufenbereichen 11e auf beiden Seiten des Wicklungs-Einführungsbereichs 11b auf Seiten des aufgeweiteten Bereichs 11c ausgebildet.
Die entsprechende Feldwicklung 12, die Mehrzahl von entsprechenden Isolierungen 13 und die Mehrzahl von entsprechenden Dämpferstäben 14 sind in den Wicklungs-Einführungsbereich 11b eingeführt.
Das entsprechende erste Keilelement 15, das Paar von entsprechenden zweiten Keilelementen 16 und die Mehrzahl von entsprechenden dritten Keilelementen 17 sind in den aufgeweiteten Bereich 11c und den Öffnungsbereich 11d eingeführt. Endbereiche der jeweiligen Keilelemente 15, 16 und 17 auf Seiten des Dämpferstabs 14 sind im aufgeweiteten Bereich 11c ausgebildet. Endbereiche der jeweiligen Keilelemente 15, 16 und 17 auf der Seite gegenüber dem Dämpferstab 14 sind im Öffnungsbereich 11d angeordnet.
Die Dämpferstäbe 14 sind in die Nut 11a auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 11 bezüglich der Feldwicklung 12 eingeführt. Die Isolierungen 13 sind zwischen der Feldwicklung 12 und den Dämpferstäben 14 angeordnet. Außerdem isolieren die Isolierungen 13 die Feldwicklung 12 und die Dämpferstäbe 14 elektrisch voneinander.
Die Keilelemente 15, 16 und 17 sind in die Nut 11a auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 11 bezüglich der Dämpferstäbe 14 eingeführt.
Jeder Dämpferstab 14 ist aus einem Material gebildet, das eine Leitfähigkeit aufweist. Der Dämpferstab 14 ist nicht an einem Zentrumsbereich des Rotorkerns 11 in Axialrichtung angeordnet.
Das erste Keilelement 15 ist in Kontakt mit dem Paar von Dämpferstäben 14, die voneinander in Axialrichtung des Rotorkerns 11 entfernt angeordnet sind, und es bildet einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem Paar von Dämpferstäben 14. Das zweite Keilelement 16 ist in Kontakt mit dem Dämpferstab 14 und dem Haltering 18, und es bildet einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem Dämpferstab 14 und dem Haltering 18.
Damit wird ein Wirbelstrom induziert, der durch den Dämpferstab 14 fließt, der auf der anderen Seite in Axialrichtung angeordnet ist, und zwar durch einen magnetischen Fluss von der Ankerwicklung 7, und er geht durch das erste Keilelement 15 und fließt zum Dämpferstab 14, der auf der einen Seite in Axialrichtung angeordnet ist, wie durch die Pfeile in 4 angezeigt. Außerdem geht der Wirbelstrom, der durch den Dämpferstab 14 fließt, durch das zweite Keilelement 16 und fließt zum Haltering 18.
Der Wirbelstrom, der zum Haltering 18 geflossen ist, geht vom Haltering 18 durch das zweite Keilelement 16, das innerhalb einer anderen Nut 11a angeordnet ist, und fließt zum Dämpferstab 14. Damit wird eine Passage für den Wirbelstrom über den Haltering 18 innerhalb des Rotorkerns 11 gebildet. Dadurch wird die Wärmeerzeugung des Rotors 3 inklusive den ersten Keilelementen 15 und den zweiten Keilelementen 16 unterdrückt, die vom Wirbelstrom hervorgerufen wird.
Wie oben beschrieben, müssen das erste Keilelement 15 und das zweite Keilelement 16 eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Folglich sind das erste Keilelement 15 und das zweite Keilelement 16 aus einem Metall mit einer hohen Leitfähigkeit gebildet, wie z. B. einer BeCu-Legierung.
Die für das erste Keilelement 15 und das zweite Keilelement 16 notwendige Leitfähigkeit ist 20 % IACS gemäß dem internationalen Standard für getempertes Kupfer (IACS), welcher ein Standard für die Leitfähigkeit ist.
Im Gegensatz dazu braucht das dritte Keilelement 17 keine Leitfähigkeit aufzuweisen. Demzufolge ist das dritte Keilelement 17 aus einem nichtmagnetischen Material mit hoher Festigkeit gebildet, wie z. B. Edelstahl.
Die Materialfestigkeit, die für das dritte Keilelement 17 notwendig ist, ist definiert durch 0,2 % der Nachweis-Belastungen, und sie beträgt 196 MPa oder mehr. Damit wird unterbunden, dass das dritte Keilelement 17 Wärme durch den magnetischen Fluss von der Ankerwicklung 7 erzeugt.
Eine Mehrzahl von axialen Lüftungspassagen 19 ist entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 innerhalb der Feldwicklung 12 angeordnet. Ferner ist die Mehrzahl von axialen Lüftungspassagen 19 in Intervallen in Radialrichtung des Rotorkerns 11 angeordnet.
Eine Mehrzahl von radialen Lüftungspassagen 21 ist entlang der Radialrichtung des Rotorkerns 11 innerhalb der Nut 11a angeordnet. Die Mehrzahl von radialen Lüftungspassagen 21 ist in Intervallen in Axialrichtung des Rotorkerns 11 angeordnet. Außerdem durchdringt die jeweilige radiale Lüftungspassage 21 das entsprechende erste Keilelement 15, die entsprechende Isolierung 13 und die Mehrzahl von entsprechenden Feldwicklungen 12, und sie verbindet die Mehrzahl von axialen Lüftungspassagen 19 nach außerhalb des Rotors 3.
Der Lüftungstyp des Rotors 3 im ersten Beispiel ist der Axial-Lüftungstyp, bei welchem die Anzahl von axialen Lüftungspassagen 19 größer ist als die Anzahl von radialen Lüftungspassagen 21.
6 ist eine Längsschnittansicht zum Veranschaulichen eines zweiten Beispiels einer Struktur innerhalb der Nut 11a des Rotors 3 gemäß der ersten Ausführungsform vor der Reparatur. Außerdem ist 7 eine Transversal-Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 6. Im zweiten Beispiel ist die axiale Lüftungspassage 19 nur an einem unteren Bereich der Nut 11a angeordnet. Die axiale Lüftungspassage 19 ist von einem Kanalelement 22 mit U-förmigem Querschnitt gebildet.
Die radialen Lüftungspassagen 21 sind auch an den Positionen der zweiten Keilelemente 16 und den Positionen der dritten Keilelemente 17 in Axialrichtung des Rotorkerns 11 angeordnet. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen im ersten Beispiel.
Der Lüftungstyp des Rotors 3 im zweiten Beispiel ist der Radial-Lüftungstyp, wobei die Anzahl von radialen Lüftungspassagen 21 größer ist als die Anzahl von axialen Lüftungspassagen 19.
Der Rotor 3 gemäß der ersten Ausführungsform kann sowohl bei dem radialen Lüftungstyp, als auch bei dem axialen Lüftungstyp verwendet werden. Nachfolgend wird der Fall beschrieben, in welchem die Verwendung bei dem axialen Lüftungstyp erfolgt. Der Rotor 3 gemäß den anderen Ausführungsformen kann ebenfalls sowohl bei dem radialen Lüftungstyp, als auch bei dem axialen Lüftungstyp verwendet werden.
8 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in welchem das dritte Keilelement 17 gemäß 5 durch ein drittes dünnes Keilelement 31 ersetzt ist. In 8 wird das dritte dünne Keilelement 31 so verwendet, dass der Dämpferstab 14 in dem aufgeweiteten Bereich 11c angeordnet ist. Außerdem ist ein Paar von Abständen 30 zwischen dem Paar von Stufenbereichen 11e und dem dritten Keilelement 31 definiert.
Bei einer solchen Konfiguration 30 befinden sich die Zwischenräume auf beiden Seiten des Dämpferstabs 14. Demzufolge besteht die Gefahr, dass der Dämpferstab 14 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 bewegt wird, wenn die rotierende elektrische Maschine gestartet oder angehalten wird. Wenn der Dämpferstab 14 bewegt wird, wird die Zentrifugalkraft der Feldwicklung 12 ungleichmäßig auf das dritte Keilelement 31 über den Dämpferstab 14 übertragen.
Folglich besteht die Gefahr, dass eine lokale Erwärmung und Entladung zwischen dem Dämpferstab 14 und dem dritten Keilelement 31 auftreten. Außerdem besteht die Gefahr, dass dann, wenn der Dämpferstab 14 wiederholt verformt wird, der Dämpferstab 14 beschädigt wird.
9 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen einer Struktur innerhalb der Nut 11a des Rotors 3 gemäß der ersten Ausführungsform nach der Reparatur. 10 ist eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils gemäß 9 in vergrößerter Art und Weise.
Bei der ersten Ausführungsform wird das dritte Keilelement 17 gemäß 5 durch das dritte dünne Keilelement 31 ersetzt. Obwohl nicht eigens dargestellt, werden das erste Keilelement 15 und das zweite Keilelement 16 jeweils durch das dünne erste und zweite Keilelement ersetzt. Die Querschnittsformen des dünnen ersten und zweiten Keilelements sind die gleichen wie diejenigen des dritten Keilelements 31.
Außerdem wird die Isolierung 13 gemäß 5 durch eine Isolierung 32 ersetzt. Außerdem wird die Gesamt-Querschnittsfläche der Feldwicklung 12 im Wicklungs-Einführungsbereich 11b vergrößert.
Die Isolierung 32 bei der ersten Ausführungsform weist einen Isolierungs-Hauptkörper 32a und ein Paar von erweiterten Bereichen 32b auf. Der Isolierungs-Hauptkörper 32a ist zwischen der Feldwicklung 12 und dem Dämpferstab 14 angeordnet. Außerdem ist der Isolierungs-Hauptkörper 32a in Kontakt mit der Feldwicklung 12 und dem Dämpferstab 14. Außerdem ist der Isolierungs-Hauptkörper 32a über den Wicklungs-Einführungsbereich 11b und den aufgeweiteten Bereich 11c hinweg angeordnet.
Das Paar von erweiterten Bereichen 32b ist jeweils in dem Paar von Zwischenräumen 30 in 8 angeordnet. Das heißt, das Paar von erweiterten Bereichen 32b ist jeweils zwischen dem dritten Keilelement 31 und dem Paar von Stufenbereichen 11e angeordnet.
Außerdem ist das Paar von erweiterten Bereichen 32b auf beiden Seiten in Breitenrichtung des Dämpferstabs 14 angeordnet, so dass eine Bewegung des Dämpferstabs 14 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 unterdrückt wird. Die Breitenrichtung des Dämpferstabs 14 ist in 9 die Rechts-Links-Richtung.
11 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung 32 gemäß 10. Der Isolierungs-Hauptkörper 32a und das Paar von erweiterten Bereichen 32b sind als ein integrierter Körper geformt, d. h. als eine einzige Komponente. Eine Stab-Aufnahmenut 32c ist zwischen dem Paar von erweiterten Bereichen 32b entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet. Der Dämpferstab 14 ist in der Stab-Aufnahmenut 32c aufgenommen. Demzufolge ist die Breitenabmessung der Stab-Aufnahmenut 32c geringfügig größer als die Breitenabmessung des Dämpferstabs 14.
Als Material der Isolierung 32 wird ein Kompositmaterial oder Verbundmaterial mit elektrischen Isolierungseigenschaften und hoher Steifigkeit und Festigkeit verwendet, wie z. B. glasfaserverstärkter Kunststoff, Papier-Phenol-Kunststoff oder aramidfaserverstärkter Kunststoff.
Wenn kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff als Material für die Isolierung 32 verwendet wird, ist Kohlenstoff, der eine hohe Leitfähigkeit aufweist, im pulverförmigen Abrieb enthalten, und demzufolge ist es bevorzugt, dass der Außenumfang der Isolierung 32 mit einem Abdeckelement überzogen ist. Als Material des Abdeckelements kann beispielsweise Kunststoff oder glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet werden, der keine leitfähige Substanz erzeugt, selbst wenn der glasfaserverstärkte Kunststoff abgetragen wird.
Die Abmessungen der Bereiche der Isolierung 32 in Radialrichtung des Rotorkerns 11 müssen die folgenden Bedingungen 1 bis 4 erfüllen.
Bedingung 1:
Abstand L1 zwischen den Stufenbereichen 11e und dem dritten Keilelement 31, wie in 8 veranschaulicht, > Dickenabmessung t1 des erweiterten Bereichs 32b, wie in 11 veranschaulicht.
Bedingung 2:
Dickenabmessung t4 des Dämpferstabs 14, wie in 10 veranschaulicht, > Dickenabmessung t2, wie in 11 veranschaulicht.
Die Dickenabmessung t2 ist die Dickenabmessung eines Bereichs des erweiterten Bereichs 32b, der sich auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 11 bezüglich des Isolierungs-Hauptkörpers 32a befindet, und ist gleich der Tiefe der Stab-Aufnahmenut 32c.
Bedingung 3:
(Abstand L1, wie in 8 veranschaulicht, - Dickenabmessung t1 des erweiterten Bereichs 32b, wie in 11 veranschaulicht) < Dickenabmessung t4 des Dämpferstabs 14, wie in 10 veranschaulicht.
Bedingung 4:
Abstand L2, wie in 10 veranschaulicht, < Dickenabmessung t3, wie in 11 veranschaulicht.
Der Abstand L2 ist der Abstand von einer Grenze zwischen dem Wicklungs-Einführungsbereich 11b und dem aufgeweiteten Bereich 11c zur Feldwicklung 12. Außerdem ist die Dickenabmessung t3 die Dickenabmessung eines Bereichs des Isolierungs-Hauptkörpers 32a, der sich auf der radial inneren Seite des Rotorkerns 11 bezüglich den erweiterten Bereichen 32b befindet.
Die Bedingung 1 ist eine Bedingung zum Verhindern des direkten Kontakts der Isolierung 32 mit dem dritten Keilelement 31. Außerdem ist die Bedingung 2 eine Bedingung, damit der Dämpferstab 14 in Kontakt mit dem dritten Keilelement 31 kommt, das der Isolierung 32 voraus liegt.
Mit diesen Bedingungen 1 und 2 wird eine Druckkraft, die erzeugt wird, wenn das dritte Keilelement 31 am Rotorkern 11 angebaut wird, auf die Feldwicklung 12 über den Dämpferstab 14 und den Isolierungs-Hauptkörper 32a übertragen.
Die Bedingung 3 ist eine Bedingung, die notwendig ist, um eine Bewegung des Dämpferstabs 14 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 infolge der Isolierung 32 zu verhindern. Außerdem gibt die Bedingung 3 an, dass ein Spalt, der zwischen dem dritten Keilelement 31 und dem erweiterten Bereich 32b definiert ist, kleiner ist als die Dickenabmessung des Dämpferstabs 14.
Die Bedingung 4 ist eine Bedingung zum Übertragen sämtlicher Lasten auf die Feldwicklung 12, ohne dass die Lasten zwischen der Isolierung 32 und den Stufenbereichen 11e aufgeteilt werden, wenn der Dämpferstab 14 die Druckkraft vom dritten Keilelement 31 entgegennimmt.
Wenn die oben erwähnten Bedingungen 1 bis 4 erfüllt sind, kann die Feldwicklung 12 vom dritten Keilelement 31 gehalten werden, ohne dass die Handhabung einer Kraft, die gehandhabt wird, wenn das dritte Keilelement 31 auseinandergebaut werden soll, auf den Rotorkern 11 übertragen wird.
Wie oben beschrieben, werden bei dem Reparaturverfahren für den Rotor 3 gemäß der ersten Ausführungsform die Mehrzahl von bestehenden ersten Keilelementen 15, die Mehrzahl von bestehenden zweiten Keilelementen 16 und die Mehrzahl von bestehenden dritten Keilelementen 17 jeweils ersetzt durch eine Mehrzahl von dünnen ersten Keilelementen, eine Mehrzahl von dünnen zweiten Keilelementen und eine Mehrzahl von dünnen dritten Keilelementen 31.
Außerdem wird bei dem Reparaturverfahren für den Rotor 3 gemäß der ersten Ausführungsform die Mehrzahl von bestehenden Isolierungen 13 jeweils durch die neuen Isolierungen 32 ersetzt. Das Paar von erweiterten Bereichen 32b der neuen Isolierung 32 wird in dem Paar von Zwischenräumen 30 angeordnet, die innerhalb der Nut 11a als ein Ergebnis des Ersetzens der Keilelemente definiert sind.
Außerdem wird bei dem Reparaturverfahren für den Rotor 3 gemäß der ersten Ausführungsform die Gesamt-Querschnittsfläche der Feldwicklung 12 in der Nut 11a vergrößert.
Im Rotor 3 einer rotierenden elektrischen Maschine und dem Reparaturverfahren für den Rotor 3, wie oben beschrieben, werden die dünnen ersten Keilelemente, die dünnen zweiten Keilelemente und die dünnen dritten Keilelemente 31 verwendet. Dadurch kann der Abstand von der Feldwicklung 12 zur Ankerwicklung 7 verkürzt werden. Dadurch ist es möglich, die Verluste des magnetischen Flusses im Rotorkern 11 zu verringern.
Außerdem wird die Bewegung vom Dämpferstab 14 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 von dem Paar von erweiterten Bereichen 32b unterdrückt. Folglich wird das Auftreten lokaler Erwärmung und einer Entladung zwischen dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement und dem dritten Keilelement 31 und dem Dämpferstab 14 unterdrückt. Außerdem kann eine Beschädigung des Dämpferstabs 14 unterdrückt werden. Damit kann die Zuverlässigkeit der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden.
Außerdem ist das Material, das für die Isolierung 32 verwendet wird, leichter als die Materialien, die für den Dämpferstab 14, das erste Keilelement, das zweite Keilelement und das dritte Keilelement 31 verwendet werden. Selbst wenn das Paar von erweiterten Bereichen 32b dem Isolierungs-Hauptkörper 32a hinzugefügt wird, ist die Zunahme der Zentrifugalkraft, die auf das erste Keilelement, das zweite Keilelement und das dritte Keilelement 31 wirkt, klein.
Außerdem kann dann, wenn die Isolierung 32 verwendet wird, eine Reparaturarbeit zum Dünnermachen der Keilelemente an einem Generator durchgeführt werden, der bereits in einem Kraftwerk betrieben wird.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes ist 12 eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Außerdem ist 13 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Isolierung 32 gemäß 12.
Ein Paar von Entlastungsnuten 32d ist in einer Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers 32a gebildet, der dem dritten Keilelement 31 gegenüberliegt. Das Paar Entlastungsnuten 32d ist jeweils an Grenzbereichen zwischen dem Isolierungs-Hauptkörper 32a und dem Paar von erweiterten Bereichen 32b gebildet. Damit ist im Vergleich zur ersten Ausführungsform die Kontaktfläche zwischen der Isolierung 32 und dem Dämpferstab 14 kleiner.
Das Paar von Entlastungsnuten 32d ist durchgehend über die Gesamtlänge der Isolierung 32 entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 gebildet. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der ersten Ausführungsform.
Um die Kraft anzupassen, die ausgeübt werden soll, wenn das erste Keilelement, das zweite Keilelement oder das dritte Keilelement 31 am Rotorkern 11 angebracht werden sollen, wird die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a in Radialrichtung des Rotorkerns 11 in manchen Fällen angepasst. Wenn die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a angepasst werden soll, wird die Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers 32a, der in Kontakt mit dem Dämpferstab 14 ist, d. h. die untere Fläche des Stab-Aufnahmenut 32c, geschnitten.
Bei der zweiten Ausführungsform gilt Folgendes: Wenn der Isolierungs-Hauptkörper 32a geschnitten werden soll, kann ein Werkzeug am Paar von Entlastungsnuten 32d betätigt werden. Dadurch ist es möglich, die Gesamtfläche gleichmäßig zu schneiden, so dass sie in Kontakt mit dem Dämpferstab 14 ist. Folglich kann die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a leicht angepasst werden.
Dritte Ausführungsform
Als Nächstes ist 14 eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Außerdem ist 15 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Isolierung 32 gemäß 14.
Ein Paar Entlastungsnuten 32e ist jeweils in Grenzbereichen zwischen dem Paar von erweiterten Bereichen 32b und dem Isolierungs-Hauptkörper 32a gebildet. Jede Entlastungsnut 32e bei der dritten Ausführungsform tritt in den erweiterten Bereich 32b ein. Außerdem befindet sich eine untere Fläche jeder Entlastungsnut 32e am erweiterten Bereich 32b. Eine geneigte Fläche ist zwischen der unteren Fläche jeder Entlastungsnut 32e und der Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers 32a gebildet, die in Kontakt mit dem Dämpferstab 14 ist.
Eine Fläche eines Bereichs jeder Entlastungsnut 32e, die in den erweiterten Bereich 32b eintritt, die der unteren Fläche jeder Entlastungsnut 32e gegenüberliegt, befindet sich auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns 11 bezüglich der Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers 32a, die in Kontakt mit dem Dämpferstab 14 ist.
Das Paar von Entlastungsnuten 32e ist durchgehend über die Gesamtlänge der Isolierung 32 entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 gebildet. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der zweiten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Isolierung 32 kann eine Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 32a leichter durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a kann leichter angepasst werden.
Vierte Ausführungsform
Als Nächstes ist 16 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung 32 bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Bei der ersten Ausführungsform ist das Paar von erweiterten Bereichen 32b über die gesamte Isolierung 32 entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet. Im Gegensatz dazu ist bei der vierten Ausführungsform das Paar von erweiterten Bereichen 32b nur an einem Teil der Isolierung 32 in Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet.
Folglich bestehen Bereiche, in welchen der erweiterte Bereich 32b nicht ausgebildet ist, an beiden Endbereichen der Isolierung 32 in Axialrichtung des Rotorkerns 11. Flanschbereiche 32f, die jeweils eine flache Plattenform aufweisen, sind an den Bereichen ausgebildet, in welchen der erweiterte Bereich 32b nicht ausgebildet ist. Die Flanschbereiche 32f stehen von beiden Endbereichen des Isolierungs-Hauptkörpers 32a in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 vor.
Jeder Flanschbereich 32f ist zwischen dem Stufenbereich 11e und dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement oder dem dritten Keilelement 31 angeordnet. Eine Fläche des Flanschbereichs 32f, die dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement oder dem dritten Keilelement 31 gegenüberliegt, ist passig mit der Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers 32a, die in Kontakt mit dem Dämpferstab 14 ist. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der ersten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Isolierung 32 gilt Folgendes: Wenn die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a angepasst werden soll, kann ein Werkzeug an dem Bereich betätigt werden, in welchem der erweiterte Bereich 32b nicht am Beginn und am Ende der Verarbeitung gebildet wird. Damit kann die Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 32a leicht durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a kann leicht angepasst werden.
Fünfte Ausführungsform
Als Nächstes ist 17 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung 32 bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Die fünfte Ausführungsform wird erhalten, indem die vierte Ausführungsform und die zweite Ausführungsform miteinander kombiniert werden. Das heißt, bei der fünften Ausführungsform sind die Entlastungsnuten 32d, die bei der zweiten Ausführungsform dargestellt sind, in der Isolierung 32 ausgebildet, die bei der vierten Ausführungsform dargestellt ist. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der vierten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Isolierung 32 kann eine Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 32a leichter durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a kann leichter angepasst werden.
Sechste Ausführungsform
Als Nächstes ist 18 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung 32 bei einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die sechste Ausführungsform wird erhalten, indem die vierte Ausführungsform und die dritte Ausführungsform miteinander kombiniert werden. Das heißt, bei der sechsten Ausführungsform sind die Entlastungsnuten 32e, die bei der dritten Ausführungsform dargestellt sind, in der Isolierung 32 ausgebildet, die bei der vierten Ausführungsform dargestellt ist. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der vierten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Isolierung 32 kann eine Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 32a leichter durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a kann leichter angepasst werden.
Siebte Ausführungsform
Als Nächstes ist 19 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung 32 bei einer siebten Ausführungsform der Erfindung. Entlastungsnuten 32g sind jeweils in dem Paar von erweiterten Bereichen 32b gebildet. Jede Entlastungsnut 32g ist auf der Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers 32a geöffnet, die in Kontakt mit dem Dämpferstab 14 ist.
Außerdem ist jede Entlastungsnut 32g durchgehend über den gesamten erweiterten Bereich 32b in Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der vierten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Isolierung 32 kann eine Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 32a leicht durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a kann leicht angepasst werden.
Die Entlastungsnuten 32g können auch in den erweiterten Bereichen 32b bei der ersten Ausführungsform ausgebildet sein.
Achte Ausführungsform
Als Nächstes ist 20 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen einer Isolierung 32 bei einer achten Ausführungsform der Erfindung. Bei der achten Ausführungsform ist der Bereich, in welchem der erweiterte Bereich 32b nicht ausgebildet ist, auch in einem Zwischenbereich der Isolierung 32 in Axialrichtung des Rotorkerns 11 vorhanden. Das heißt, die erweiterten Bereiche 32b sind intermittierend in Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet.
Damit sind auf der einen Seite der Isolierung 32 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 zwei erweiterte Bereiche 32b in Axialrichtung des Rotorkerns 11 voneinander entfernt angeordnet. Auf ähnliche Weise sind auf der anderen Seite der Isolierung 32 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 zwei erweiterte Bereiche 32b in Axialrichtung des Rotorkerns 11 voneinander entfernt angeordnet. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der vierten Ausführungsform.
Auch bei der oben beschriebenen Isolierung 32 kann eine Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 32a leicht durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 32a kann leicht angepasst werden. Verglichen mit der vierten Ausführungsform wird außerdem das Gewicht der Isolierung 32 verringert. Dadurch wird es möglich, die Zentrifugalkraft zu verringern, die auf das erste Keilelement, das zweite Keilelement oder das dritte Keilelement 31 im Betrieb einwirken wird.
Ähnlich wie bei der achten Ausführungsform können in der Isolierung 32 in jeder von der zweiten bis siebten Ausführungsform die erweiterten Bereiche 32b intermittierend in Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet sein.
Neunte Ausführungsform
Als Nächstes ist 21 eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung. Außerdem ist 22 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Isolierung gemäß 21. Eine Isolierung 33 bei der neunten Ausführungsform weist einen Isolierungs-Hauptkörper 34 und ein Paar von erweiterten Bereichen 35 auf.
Der Isolierungs-Hauptkörper 34 und das Paar von erweiterten Bereichen 35 sind als einzelne Komponenten ausgebildet. Das heißt, die Isolierung 33 bei der neunten Ausführungsform hat eine dreigeteilte Struktur. Außerdem sind der Isolierungs-Hauptkörper 34 und das Paar von erweiterten Bereichen 35 miteinander beispielsweise durch Bonden integriert. Eine Stab-Aufnahmenut 33a ist zwischen dem Paar von erweiterten Bereichen 35 entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der ersten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Isolierung 33 gilt Folgendes: Nachdem der Isolierungs-Hauptkörper 34 einem Schneiden unterzogen worden ist, um die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 34 anzupassen, können der Isolierungs-Hauptkörper 34 und das Paar von erweiterten Bereichen 35 miteinander integriert werden. Damit kann die Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 34 leicht durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 34 kann leicht angepasst werden.
Der Isolierungs-Hauptkörper 32a und das Paar von erweiterten Bereichen 32b in jeder von der zweiten bis achten Ausführungsform können als einzelne Komponenten ausgebildet sein und miteinander integriert sein.
Zehnte Ausführungsform
Als Nächstes ist 23 eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Außerdem ist 24 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Isolierung gemäß 23. Eine Isolierung 36 bei der zehnten Ausführungsform weist einen Isolierungs-Hauptkörper 37, einen ersten erweiterten Bereich 38 und einen zweiten erweiterten Bereich 39 auf.
Der erste erweiterte Bereich 38 ist zwischen einem von dem Paar von Stufenbereichen 11e und dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement oder dem dritten Keilelement 31 angeordnet. Der zweite erweiterte Bereich 39 ist zwischen dem anderen von dem Paar von Stufenbereichen 11e und dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement oder dem dritten Keilelement 31 angeordnet.
Der Isolierungs-Hauptkörper 37 und der erste erweiterte Bereich 38 sind als eine einzige Komponente ausgebildet. Der zweite erweiterte Bereich 39 ist als eine einzelne Komponente aus dem Isolierungs-Hauptkörper 37 gebildet. Das heißt, dass die Isolierung 36 bei der zehnten Ausführungsform eine zweigeteilte Struktur aufweist. Außerdem sind der Isolierungs-Hauptkörper 37 und der zweite erweiterte Bereich 39 miteinander beispielsweise durch Bonden integriert. Eine Stab-Aufnahmenut 36a ist zwischen dem ersten erweiterten Bereich 38 und dem zweiten erweiterten Bereich 39 entlang der Axialrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der neunten Ausführungsform.
Bei der oben beschriebenen Isolierung 36 gilt Folgendes: Nachdem der Isolierungs-Hauptkörper 37 einem Schneiden unterzogen worden ist, um die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 37 anzupassen, können der Isolierungs-Hauptkörper 37 und der zweite erweiterte Bereich 39 miteinander integriert werden. Damit kann die Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 37 leicht durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 37 kann leicht angepasst werden.
Außerdem ist die Anzahl von Komponenten kleiner als diejenige bei der neunten Ausführungsform, so dass die Zusammenbau-Arbeit erleichtert wird.
Der Isolierungs-Hauptkörper 32a und das Paar von erweiterten Bereichen 32b in jeder von der zweiten bis achten Ausführungsform können als einzelne Komponenten ausgebildet sein und miteinander integriert sein.
Elfte Ausführungsform
Als Nächstes ist 25 eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung. Außerdem ist 26 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Isolierung gemäß 25. Außerdem ist 27 ist eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen eines Dämpferstabs gemäß 25.
Eine Isolierung 41 bei der elften Ausführungsform weist einen Isolierungs-Hauptkörper 42 und einen erweiterten Bereich 43 auf. Der erweiterte Bereich 43 ist zwischen einem von dem Paar von Stufenbereichen 11e und dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement oder dem dritten Keilelement 31 angeordnet. Der erweiterte Bereich 43 ist nur auf der einen Seite des Isolierungs-Hauptkörpers 42 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 ausgebildet. Der Isolierungs-Hauptkörper 42 und der erweiterte Bereich 43 sind als eine einzige Komponente ausgebildet.
Ein Dämpferstab 44 bei der elften Ausführungsform weist einen Dämpferstab-Hauptkörper 44a und einen dicken Bereich 44b auf. Ein Dämpferstab-Hauptkörper 44a ist zwischen dem Isolierungs-Hauptkörper 42 und dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement oder dem dritten Keilelement 31 angeordnet.
Der dicke Bereich 44b ist zwischen dem anderen von dem Paar von Stufenbereichen 11e und dem ersten Keilelement, dem zweiten Keilelement oder dem dritten Keilelement 31 angeordnet. Die Dickenabmessung t5 des dicken Bereichs 44b in Radialrichtung des Rotorkerns 11 ist größer als die Dickenabmessung t4 des Dämpferstab-Hauptkörpers 44a in Radialrichtung des Rotorkerns 11.
Die Querschnittsfläche des gesamten Dämpferstabs 44 ist gleich der Querschnittsfläche des Dämpferstabs 14 bei der ersten Ausführungsform. Die Dickenabmessung des Dämpferstab-Hauptkörpers 44a ist kleiner als die Dickenabmessung des Dämpferstabs 14 bei der ersten Ausführungsform. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der ersten Ausführungsform.
Bei einer solchen Konfiguration ist der erweiterte Bereich 43 nur auf der einen Seite des Isolierungs-Hauptkörpers 42 ausgebildet. Folglich kann die Schneidearbeit für den Isolierungs-Hauptkörper 37 leicht durchgeführt werden, und die Dicke des Isolierungs-Hauptkörpers 37 kann leicht angepasst werden.
Um eine gewisse Querschnittsfläche im Dämpferstab 44 zu gewährleisten, kann außerdem die Dickenabmessung des Dämpferstab-Hauptkörpers 44a um eine Abmessung verringert werden, die dem dicken Bereich 44b entspricht. Damit kann die Gesamt-Querschnittsfläche der Feldwicklung 12 weiter vergrößert werden, und die Verluste können weiter verringert werden.
Die Entlastungsnuten, wie bei der zweiten, dritten oder siebten Ausführungsform beschrieben, können in der Isolierung 41 bei der elften Ausführungsform ausgebildet werden.
Außerdem kann der Bereich, in welchem der erweiterte Bereich nicht ausgebildet ist, wie bei der vierten oder achten Ausführungsform beschrieben, in der Isolierung 41 bei der elften Ausführungsform vorhanden sein.
Außerdem können der Isolierungs-Hauptkörper 42 und der erweiterte Bereich 43 bei der elften Ausführungsform als einzelne Komponenten ausgebildet sein und miteinander integriert sein.
Zwölfte Ausführungsform
Als Nächstes ist 28 eine Transversal-Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Hauptteils eines Rotors einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung. Eine Isolierung 46 bei der zwölften Ausführungsform weist einen Isolierungs-Hauptkörper 46a und ein Paar von erweiterten Bereichen 46b auf. Auf einer Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers 46a auf der Seite gegenüber der Feldwicklung 12 ist ein vorstehender Bereich 46c mit bogenförmigem Querschnitt ausgebildet.
Das Paar von erweiterten Bereichen 46b steht schräg in der Richtung vor, in welcher eine Annäherung an das erste Keilelement, das zweite Keilelement oder das dritte Keilelement 31 erfolgt, und zwar von beiden Endbereichen des Isolierungs-Hauptkörpers 46a in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 aus. Außerdem ist das Paar von erweiterten Bereichen 46b in Kontakt mit beiden Endbereichen eines Dämpferstabs 45 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11.
Im Dämpferstab 45 ist ein Aussparungsbereich 45a mit bogenförmigem Querschnitt ausgebildet. In einer anfänglichen Phase des Zusammenbaus ist das Paar von erweiterten Bereichen 46b in Kontakt mit dem Dämpferstab 45. Wenn danach eine Zentrifugalkraft während des Betriebs auf die Isolierung 46 einwirkt, kommt der vorstehende Bereich 46c in Kontakt mit dem Aussparungsbereich 45a.
Die Abmessung des Dämpferstabs 45 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 ist größer als die Abmessung des Isolierungs-Hauptkörpers 46a in der gleichen Richtung. Die übrigen Konfigurationen und das Reparaturverfahren sind ähnlich oder identisch zu denjenigen der ersten Ausführungsform.
Bei einer solchen Konfiguration steht das Paar von erweiterten Bereichen 46b schräg vom Isolierungs-Hauptkörper 46a vor. Demzufolge kann die Abmessung des Dämpferstabs 45 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 größer gemacht werden als die Abmessung des Isolierungs-Hauptkörpers 46a in der gleichen Richtung.
Um eine gewisse Querschnittsfläche im Dämpferstab 45 zu gewährleisten, kann damit die Dickenabmessung des Dämpferstabs 45 verringert werden. Damit kann die Gesamt-Querschnittsfläche der Feldwicklung 12 weiter vergrößert werden, und die Verluste können weiter verringert werden.
Bei der zwölften Ausführungsform kann ein vorstehender Bereich auf dem Dämpferstab ausgebildet sein, und ein Aussparungsbereich kann im Isolierungs-Hauptkörper ausgebildet sein.
Außerdem ist es nicht unbedingt notwendig, dass die in jeder von der ersten bis zwölften Ausführungsform beschriebene Isolierung unterhalb von sämtlichen dünnen Keilelemente angeordnet ist. Beispielsweise können die bei jeder von der ersten bis zwölften Ausführungsform beschriebenen Isolierungen und die Isolierung 13, wie in 8 beschrieben, auf eine gemischte Weise verwendet werden.
Außerdem ist bei der oben erwähnten ersten bis zwölften Ausführungsform eine Beschreibung des Generators erfolgt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Generator beschränkt, und sie kann auch bei einer rotierenden elektrischen Maschine, wie z. B. einem Elektromotor oder einem Generator-Motor verwendet werden.
Bezugszeichenliste

3: Rotor
11: Rotorkern
11a: Nut
11b: Wicklungs-Einführungsbereich
11c: aufgeweiteter Bereich
11e: Stufenbereich
12: Feldwicklung (Rotorwicklung)
13: bestehende Isolierung
14: Dämpferstab
15: bestehendes erstes Keilelement
16: bestehendes zweites Keilelement
17: bestehendes drittes Keilelement
30: Zwischenraum
31: dünnes drittes Keilelement
32: Isolierung
32a: Isolierungs-Hauptkörper
32b: erweiterter Bereich
32d: Entlastungsnut
32e: Entlastungsnut
32g: Entlastungsnut
33: Isolierung
34: Isolierungs-Hauptkörper
35: erweiterter Bereich
36: Isolierung
37: Isolierungs-Hauptkörper
38: erster erweiterter Bereich
39: zweiter erweiterter Bereich
41: Isolierung
42: Isolierungs-Hauptkörper
43: erweiterter Bereich
44: Dämpferstab
44a: Dämpferstab-Hauptkörper
44b: dicker Bereich
45: Dämpferstab
45a: Aussparungsbereich
46: Isolierung
46a: Isolierungs-Hauptkörper
46b: erweiterter Bereich
46c: vorstehender Bereich.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001086685 A [0004]

Claims

Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der Folgendes aufweist: - einen Rotorkern, einschließlich einer darin ausgebildeten Nut; - eine Rotorwicklung, die in die Nut eingeführt ist; - einen Dämpferstab, der eine Leitfähigkeit aufweist und in die Nut auf einer radial äußeren Seite des Rotorkerns bezüglich der Rotorwicklung eingeführt ist; - eine Isolierung, die zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie die Rotorwicklung und den Dämpferstab voneinander elektrisch isoliert; und - ein Keilelement, das in die Nut auf der radial äußeren Seite des Rotorkern bezüglich des Dämpferstabs eingeführt ist und dazu konfiguriert ist, die Rotorwicklung, die Isolierung und den Dämpferstab innerhalb der Nut zu halten; - wobei, wenn der Querschnitt senkrecht zu der Achse des Rotorkerns betrachtet wird, die Nut Folgendes aufweist: einen Wicklungs-Einführungsbereich, in welchen hinein die Rotorwicklung eingeführt ist; und einen aufgeweiteten Bereich, in welchem ein Endbereich des Keilelements auf Seiten des Dämpferstabs angeordnet ist, - wobei die Breitenabmessung des aufgeweiteten Bereichs größer ist als die Breitenabmessung des Wicklungs-Einführungsbereichs, - wobei ein Paar von Stufenbereichen auf beiden Seiten eines Endbereichs des Wicklungs-Einführungsbereichs auf Seiten des aufgeweiteten Bereichs ausgebildet ist, - wobei das Keilelement vom Paar der Stufenbereiche beabstandet ist und diesen gegenüberliegt, und - wobei die Isolierung Folgendes aufweist: einen Isolierungs-Hauptkörper, der zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist; und einen erweiterten Bereich, der in zumindest einem Teil eines Zwischenraums zwischen dem Keilelement und dem Paar von Stufenbereichen angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass er die Bewegung des Dämpferstabs in Umfangsrichtung des Rotorkerns unterdrückt.
Rotor nach Anspruch 1, wobei, wenn der Abstand zwischen den Stufenbereichen und dem Keilelement L1 ist und die Dickenabmessung des erweiterten Bereichs in Radialrichtung des Rotorkerns t1 ist, die Relation L1 > t1 erfüllt ist, wobei, wenn die Dickenabmessung des Dämpferstabs in Radialrichtung des Rotorkerns t4 ist und die Dickenabmessung eines Bereichs des erweiterten Bereichs, der sich auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns bezüglich des Isolierungs-Hauptkörpers befindet, t2 ist, die Relation t4 > t2 erfüllt ist, wobei die Relation (L1 - t1) < t4 erfüllt ist, und wobei, wenn der Abstand von der Grenze zwischen dem Wicklungs-Einführungsbereichs und dem aufgeweiteten Bereich zur Rotorwicklung L2 ist und die Dickenabmessung eines Bereichs des Isolierungs-Hauptkörpers, der sich auf der radial inneren Seite des Rotorkerns bezüglich des erweiterten Bereichs befindet, gleich t3 ist, die Relation L2 < t3 erfüllt ist.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Entlastungsnut an einem Grenzbereich zwischen einer Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers, die dem Keilelement gegenüberliegt, und dem erweiterten Bereich entlang der Axialrichtung des Rotorkerns ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 3, wobei die Entlastungsnut in den erweiterten Bereich eintritt, wobei eine geneigte Fläche zwischen einer unteren Fläche der Entlastungsnut und einer Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers gebildet ist, die in Kontakt mit dem Dämpferstab ist, und wobei sich eine Fläche eines Bereichs der Entlastungsnut, die in den erweiterten Bereich eintritt, die der unteren Fläche der Entlastungsnut gegenüberliegt, auf der radial äußeren Seite des Rotorkerns bezüglich der Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers befindet, die in Kontakt mit dem Dämpferstab ist.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erweiterte Bereich eine Entlastungsnut aufweist, die an einer Fläche des Isolierungs-Hauptkörpers geöffnet ist, die in Kontakt mit dem Dämpferstab ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erweiterte Bereich nur an einem Teil der Isolierung in Axialrichtung des Rotorkerns gebildet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erweiterte Bereich intermittierend in Axialrichtung des Rotorkerns ausgebildet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Isolierungs-Hauptkörper und der erweiterte Bereich als einzelne Komponenten ausgebildet sind und miteinander integriert sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erweiterte Bereich Folgendes aufweist: einen ersten erweiterten Bereich, der zwischen einem von dem Paar von Stufenbereichen und dem Keilelement angeordnet ist; und einen zweiten erweiterten Bereich, der zwischen dem anderen von dem Paar von Stufenbereichen und dem Keilelement angeordnet ist, wobei der Isolierungs-Hauptkörper und der erste erweiterte Bereich als eine einzige Komponente ausgebildet sind, und wobei der zweite erweiterte Bereich als eine einzelne Komponente aus dem Isolierungs-Hauptkörper gebildet ist und mit dem Isolierungs-Hauptkörper integriert ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erweiterte Bereich zwischen einem von dem Paar von Stufenbereichen und dem Keilelement angeordnet ist, wobei der Dämpferstab Folgendes aufweist: einen Dämpferstab-Hauptkörper, der zwischen dem Isolierungs-Hauptkörper und dem Keilelement angeordnet ist; und einen dicken Bereich, der zwischen dem anderen von dem Paar von Stufenbereichen und dem Keilelement angeordnet ist, und wobei die Dickenabmessung des dicken Bereichs in Radialrichtung des Rotorkerns größer ist als die Dickenabmessung des Dämpferstab-Hauptkörpers in Radialrichtung des Rotorkerns.
Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, wobei der erweiterte Bereich ein Paar von erweiterten Bereichen aufweist, die schräg vom Isolierungs-Hauptkörper in der Richtung vorstehen, in welcher sie sich dem Keilelement annähern, und die in Kontakt mit beiden Endbereichen des Dämpferstabs in Umfangsrichtung des Rotorkerns stehen, wobei der eine von dem Isolierungs-Hauptkörper und dem Dämpferstab einen vorstehenden Bereich aufweist, der einen bogenförmigen Querschnitt hat, und wobei der andere von dem Isolierungs-Hauptkörper und dem Dämpferstab einen Aussparungsbereich aufweist, der einen bogenförmigen Querschnitt hat, und der vorstehende Bereich in Kontakt mit dem Aussparungsbereich sein soll.
Reparaturverfahren für einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, wobei der Rotor Folgendes aufweist: einen Rotorkern, einschließlich einer darin ausgebildeten Nut; eine Rotorwicklung, die in die Nut eingeführt ist; einen Dämpferstab, der eine Leitfähigkeit aufweist und in die Nut auf einer radial äußeren Seite des Rotorkerns bezüglich der Rotorwicklung eingeführt ist; eine bestehende Isolierung, die zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie die Rotorwicklung und den Dämpferstab voneinander elektrisch isoliert; und ein bestehendes Keilelement, das in die Nut auf der radial äußeren Seite des Rotorkern bezüglich des Dämpferstabs eingeführt ist und dazu konfiguriert ist, die Rotorwicklung, die bestehende Isolierung und den Dämpferstab innerhalb der Nut zu halten, wobei das Reparaturverfahren einen Schritt aufweist, in welchem das bestehende Keilelement durch ein dünnes Keilelement ersetzt wird und die bestehende Isolierung durch eine neue Isolierung ersetzt wird, so dass die Gesamt-Querschnittsfläche der Rotorwicklung in der Nut vergrößert wird, wobei die neue Isolierung Folgendes aufweist: einen Isolierungs-Hauptkörper, der zwischen der Rotorwicklung und dem Dämpferstab angeordnet ist; und einen erweiterten Bereich, der in einem Zwischenraum angeordnet wird, der innerhalb der Nut als ein Ergebnis des Ersetzens des bestehenden Keilelements durch das dünne Keilelement definiert ist, und der so konfiguriert ist, dass er die Bewegung des Dämpferstabs in Umfangsrichtung des Rotorkerns unterdrückt.