DE1613089C3

DE1613089C3 - Läufer für elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE1613089C3
Application number: DE1613089A
Authority: DE
Inventors: Henry William Schenectady N.Y. Kudlacik (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-02-07
Filing date: 1967-01-20
Publication date: 1979-12-13
Also published as: US3408516A; CH457607A; BE693662A; SE341030B; FR1510546A; GB1108860A; DE1613089A1; DE1613089B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für elektrische Maschinen, in dessen Nuten mehrere elektrisch in Reihe geschaltete, die Windungen der Läuferwicklung bildende, stabförmige Leiter und in Längsrichtung in einen inneren Teil und zwei äußere Teile unterteilte, elektrisch leitende Nutenverschlußkeile radial übereinander liegend angeordnet sind.

Ein derartiger Läufer ist aus der DE-PS 6 99 566 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt einen Läufer, bei dem die Haltekeile für die eigentliche Wicklung elektrisch leitend ausgeführt sind. Sie sind Teile eines Käfigs, der zum Anlaufenlassen der Maschine herangezogen wird. Da hierbei eine wenn auch nur kurzzeitige, doch aber sehr erhebliche Erwärmung dieser Leiter stattfindet, muß deren Längenausdehnung beachtet werden. Durch Unterteilung der Leiter und überlappendes Übereinanderlegen der geeignet ausgebildeten Enden der keilförmigen Leiterstücke wird dieser Ausdehnung Rechnung getragen.

Bei sehr großen dynamoelektrischen Maschinen treten jedoch noch andere, für den Dauerbetrieb weit wichtigere Probleme auf, die bei Wirtschaftlichkeitsberechnungen Beachtung finden müssen. Die Belastbarkeit solcher Maschinen, beispielsweise Turbogeneratoren, deren Läufer mit einer Gleichstrom-Feldwicklung versehen ist, die in um den Umfang verteilten Längsnuten angeordnet ist, hängt zum Teil von der Stromstärke ab, mit der die Feldwicklung belastet werden kann.

Da der Außendurchmesser des Läufers im Hinblick auf die mechanischen Belastungen begrenzt ist und bei den bisherigen Konstruktionen die Wicklungen mit Stahlkeilen festgehalten werden, die keinen Beitrag zur elektrischen Leistungsfähigkeit des Generators leisten, steht in den Nuten nur ein begrenzter Raum für die stromführenden Kupferleiter zur Verfügung.

Man hat versucht, dieses Problem durch Erhöhen der Stromdichte in den Leitern zu lösen, wobei die Leiter mit einem Kühlmittelstrom so gekühlt wurden, daß die Erwärmung unterhalb der zulässigen Grenze gehalten wurde. Selbst bei gekühlten Leitern besteht jedoch ein zunehmendes Bedürfnis nach einer höheren Stromstärke in der Feldwicklung. In tieferen Nuten kann zwar mehr Kupfer angeordnet werden, doch wird durch zu tiefe Nuten der magnetische Kraftfluß, den der Läufer führen kann, herabgesetzt bzw. die Kraftflußdichte unzulässig stark erhöht. ;.;. .-·

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Läufer der eingangs genannten Art

ίο derart auszugestalten, daß bei einem vorgegebenen Außendurchmesser und vorgegebenen Leistungsverhältnissen die Belastung der Läufer-Feldwicklung gegenüber herkömmlichen Läufern herabgesetzt ist, ohne daß dabei nachteilige Folgen hinsichtlich des magnetisehen Kraftflusses in Kauf genommen werden müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die längs des mittleren Bereichs des Läuferkörpers angeordneten inneren Nutenverschlußkeiie an beiden Enden mit Leitern der Läuferwicklung derart verbunden sind, daß sie in diesem Bereich den oberen Leiter der Läuferwicklung bilden. Dadurch wird erreicht, daß bei einer vorgegebenen Nutentiefe die Wicklung einen größeren Querschnitt aufweist und damit eine geringere spezifische Strombelastung erfährt.

Bei Einhaltung eines unveränderten Wicklungsquerschnitts ist es andererseits unter Erzielung besserer Kraftfluß-Eigenschaften möglich, die Nuten längs des mittleren Teils des Läuferkörpers mit geringerer Tiefe auszubilden.

In den F i g. 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches nachstehend näher erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 einen teilweise dargestellten Schnitt längs einer Läufernut mit dem Übergang der Windungen der Läuferwicklung von der Läufernut in den Wickelkopfbereich des Läufers,

F i g. 2, 3 und 4 Schnitte längs der Linien H-II, UI-III bzw. IV-IV der F ig. 1.

Gemäß F i g. 1 besitzt der Läuferkörper 1 einer elektrischen Maschine einen Teil la mit Wellenstümpfen Ib von kleinerem Durchmesser an beiden Enden. Der Läufer ist in der zylindrischen Bohrung eines nicht gezeigten, ortsfesten Ständers drehbar gelagert. Wie F i g. 2 zeigt, ist der Teil la des Läuferkörpers 1 mit mehreren, um seinen Umfang verteilten Nuten 2 versehen, in denen radial übereinander liegende Kupferleiter 3 bis 7 angeordnet sind. Diese Leiter bilden in üblicher Weise die Windungen von in Reihe geschalteten Spulen. Die Endwindungen 8 der Leiter erstrecken sich über den Läuferkörper 1 hinaus und werden von einem Haltering 9 festgehalten, von dem sie durch eine Isolierung 10 und einen Block 11 aus Isoliermaterial isoliert sind. Ferner ist eine Dämpferwicklung 12 vorgesehen.
Gemäß F i g. 2 sind in dem Teil la des Läuferkörpers 1 an beiden Enden äußere Keile 13 aus Stahl angeordnet, die schwalbenschwanzförmige Teile 13a haben, die an Vorsprüngen 14 der Köpfe der Läuferzähne so anliegen, daß die Leiter 3 bis 7 in der üblichen Weise in der Nut 2 gehalten werden. Die Nut 2 hat an dieser Stelle die volle Tiefe, so daß sie die Leiter 3 bis 7, den Block 11, die Dämpferwicklung 12 und den äußeren Keil 13 aufnimmt.

Im mittleren Teil des Läuferkörpers 1 sind Nuten 2a mit geringerer Tiefe vorgesehen, wie aus dem in F i g. 4 gezeigten Querschnitt hervorgeht. Man erkennt dort, daß die Nut 2a um etwa eine Leiterdicke flacher ist. Dabei ist jeder Leiter gemäß Fig. 1 um etwa eine Leiterdicke radial nach auswärts geführt.

An Stelle des in der Nut oben angeordneten Leiters ist im mittleren Teil des Läuferkörpers 1 ein stromführender, innerer Keil 15 aus Aluminium vorgesehen. Der obere Leiter 3 wird allmählich dünner, wie bei 3<-j gezeigt ist, und ist mit der Unterseite des inneren Keils 15 beispielsweise durch Kaltschweißen oder auf andere, geeignete Weise verbunden. ■

Um den stromführenden, inneren Keil 15 von dem ihm benachbarten äußeren Stahlkeil 13, der mit dem Läuferkörper in Berührung steht und sich daher auf Erdpotential befindet, zu isolieren, verwendet man einen kurzen, mittleren Keil 16 aus Glas, vorzugsweise aus verstärktem Glas. Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch die Nut im Bereich des Glaskeils.

Aus F i g. 4 ersieht man, daß der innere Keil 15 einen in etwa H-förmigen Querschnitt aufweist. Er hat einen in der Nut angeordneten, schwalbenschwanzförmigen Teil 15<), einen schmalen Halsteil 156 zwischen den Vorsprüngen 14 der Zahnköpfe des Läufers und einen verbreiterten Teil 15c, der sich in der Umfangsrichtung und radial über den Umfang des Läuferkörpers 1 hinaus erstreckt.

Die Kühlung der Wicklung kann auf verschiedene Weise erfolgen. In dem vorliegenden Beispiel wird eine Kühleinrichtung mit Entnahme des Kühlgases aus dem Luftspalt verwendet. Zu diesem Zweck ist der innere Keil 15 mit einer Anzahl von in Längsabständen angeordneten, profilierten Gaseintrittsöffnungen 23 versehen, die mit Kanälen 17 in den Nutenleitern verbunden sind, so daß ein Strömungsweg für das Kühlgas vorhanden ist. Man kann zusätzlich Kanäle 18 vorsehen, die dazu dienen, das Gas in Eintrittsöffnungen in dem (nicht gezeigten) benachbarten inneren Keil 15 zu führen.

Da der Keil 15 Strom führt, sind Mittel zu seiner Isolierung von dem Läuferkörper 1 vorgesehen. Zusätzlich zu der üblichen Nutenisolierung 19 sind längs der Nut isolierende Streifen 20 zwischen den Vorsprüngen 14 der Zahnköpfe und den schwalbenschwanzförmigen Teilen 15a vorgesehen, damit eine Kriechstrecke vorhanden ist. Die Streifen 20 müssen imstande sein, den Druck aufzunehmen, der von den in der Nut befindlichen Windungen ausgeübt wird. Ein geeignetes Material besteht aus einem Glasfasergewebe-Schichtstoff, der mit einem Polyester- oder Epoxydharz gebunden ist.

Zum Isolieren der Seiten des Keils 15 von den Läuferzähnen sind an dem Keil mit Klebstoff Isolierstreifen 21 angeordnet, die aus demselben Material wie die Nutisolierung 19 bestehen. An Stelle der Isolierstreifen 21 kann man einen geeigneten isolierenden Überzug verwenden, beispielsweise aufgespritztes Aluminiumoxyd, dessen Poren mit Harz gefüllt sind.

Die Ausbildung der Wicklung ist in der Zeichnung nur für das eine Ende der Nut dargestellt; die Wicklung ist aber an jedem Ende jeder Nut ebenso ausgebildet.

Da sich der Keil 15 beträchtlich in den Luftspalt erstreckt, kann die Nut im mittleren Teil des Läuferkörpers viel flacher sein, so daß der Läuferkern einen stärkeren Kraftfluß aufnehmen kann, ohne daß die Kraftflußdichte erhöht wird. Infolge der Η-Form wird der Querschnitt des Keils 15 vergrößert, so daß der Keil, obwohl er aus Aluminium besteht, mit derselben Stromstärke belastet werden kann wie ein Kupferleiter, ohne daß die zulässigen Grenzen für die mechanische Beanspruchung oder die Temperatur überschritten werden.

Aluminium wird bevorzugt, weil es eine hohe elektrisehe Leitfähigkeit und eine relativ hohe Festigkeit mit einem geringen Gewicht vereinigt.

Es hat sich gezeigt, daß der in F i g. 4 bei 22 angedeutete Schwalbenschwanzwinkel längs des Teils 15a einen starken Einfluß auf die Druckspannung hat, welche die isolierenden Streifen 20 ohne Bruch aufnehmen können. Bei einem Winkel von 45° an der Fläche 22 konnten die isolierenden Streifen 20 mit bis zu 6500 kp/cm² belastet werden, ohne zu brechen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Läufer für elektrische Maschinen, in dessen Nuten mehrere elektrisch in Reihe geschaltete, die Windungen der Läuferwicklung bildende, stabförmige Leiter und in Längsrichtung in einen inneren Teil und zwei äußere Teile unterteilte, elektrisch leitende Nutenverschlußkeile radial übereinander liegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die längs des mittleren Bereichs des Läuferkörpers (1) angeordneten inneren Nutenverschlußkeile (15) an beiden Enden mit Leitern (3) der Läuferwicklung derart verbunden sind, daß sie in diesem Bereich den oberen Leiter der Läuferwicklung bilden.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (2a) in dem mit den inneren Keilen (15) versehenen, mittleren Teil des Läufer-Körpers (1) flacher als im äußeren Teil ausgebildet sind.

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Keile (13) von den inneren Keilen (15) durch mittlere, schwalbenschwanzförmige Keile (16) aus Isoliermaterial getrennt sind.