DE1806463A1

DE1806463A1 - Isolation elektrischer Wicklungen von Rotoren elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE1806463A1
Application number: DE19681806463
Authority: DE
Inventors: Paul Koechlin
Original assignee: Unelec SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1967-11-03
Filing date: 1968-10-31
Publication date: 1969-06-19
Also published as: FR1549535A; DE1806463B2; US3562569A; GB1225546A

Description

Dipl.-Ing. Dipl. oec pubL

PATENTANWALT
8 Münden 21' - Gotthordstr. 81

Telefon 561762 31 .Oktober 1968

5362-Il/Gd

Societe OTELEC,'75 Paris 8, Rue de la Baume 14

"Isolation elektrischer Wicklungen von Rotoren elektrischer Maschinen"

Französische Priorität vom 3.November 1967 aus der französischen Patentanmeldung PV 2777 (Seine)

Die Erfindung betrifft eine Isolation elektrischer Wicklungen, die im Innern von in Magnetblechen von Rotoren elektricher Maschinen ausgesparten Nuten angeordnet sind, mittels eines wärmehartbaren synthetischen Harzes, das unter Vakuum in eine Form gelaufen ist.

Bei der Herstellung von Rotoren elektrischer Maschinen ist es häufig nötig, einen sehr guten Schutz der Wicklungen gegenüber den Magnetblechen oder anderen metallischen Teilen zu gewährleisten. Tatsächlich und insbesondere im Fall von völlig geschlossenen Maschinen mit Innenlüftung ist häufig Kohlenstaub, der durch Abnutzung der Bürsten auf dem Kollektor hervorgerufen wird, der Grund für eine Herabsetzung des Isolationswiderstandes, die zu Überschlagen führen kann. Das Bindringen von Feuchtigkeit, die auf Kondensation oder auf den Eintritt von Wasser zurückzuführen ist, kann zu dem gleichen Ergebnis führen» Um diese Nachteile zu beseitigen, ist es

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bekannt, die Wicklungen mit einer wärmehärtbaren synthetischen Beschichtung zu behandeln. Um den Schutz noch zu verbessern, ist es ferner möglich, die verbleibenden Hohlräume mit Kitt zu füllen. Diese verschiedenen Vorgänge ermöglichen nicht immer, eine vollkommene Dichtigkeit zu erreichen, insbesondere in dem kritischen Bereich, in welchem die verschiedenen Windungen der Wicklung zum Kollektor geführt sind»

Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, die Isolation mittels eines wärmehärtbaren synthetischen Harzes, das unter Vakuum gegossen wurde, zu bilden. Diese Maßnahme gewährleistet eine Dichtihkeit und einen vollkommenen Schutz der Wicklung. Tatsächlich ist es nicht nötig, eine Isolation der leiter untereinander und gegenüber den metallischen Teilen des Rotors, insbesondere in den Hüten, mit Isoliermitteln zu bilden, die hervorragende elektrische und mechanische Eigenschaften besitzen« Man verwendet poröse Isoliermittel, wie Gewebe, Pilze oder aus synthetischen Fasern gebildete Bänder«, Während des Vakuumgießens imprägniert das Harz diese Gewebe, Filze oder Bänder und teilt ihnen so alle elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften mit, die für einen guten Betrieb der Maschine erforderlich sind. Diese Methode ermöglicht ebenfalls eine gute Kühlung der Kupferleiter und eine gute Verteilung der Temperaturen längs der Wicklung.

Bei diesem Verfahren besteht jedoch der Nachteil, daß eine dichte Form mit einem hohen Herstellungspreis gebildet werden muß, die nach Beendigung des Gießvorgangs abgebaut werden muß₀

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolation der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine ausgezeichnete Isolierung bei hoher mechanischer Beständigkeit erreicht wird«

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Diese Aufgabe ist bei der hier vorgeschlagenen Isolation vor allem dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die für das Vakuumgießen verwendete Form durch in dauerhafter Weise auf dem Rotor angebrachte Teile und insbesondere durch eine die Wicklungen mechanisch haltende Frette gebildet ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isolation besteht darin, daß die Form an einem Ende des Rotors offen und an dem Ende des Rotors geschlossen ist, an dem die Brette- anliegt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isolation besteht darin, daß eine Einfüllöffnung für das synthetische Harz im Innern der Kollektortrommel vorgesehen ist.

Die den mechanischen Halt der Wicklungen bildende Tratte kann vorteilhaft erweise mittels Glasfasern gebildet jgein, .die in Decken mittels eines synthetischen Harzes gehalten werden. Die Frette kann ebenfalls mittels einea nichtmagnetischen Stahldrahtes gebildet sein. Die Dichtigkeit der zum Halten der Wicklungen dienenden Teile kann durch ein Klebeband vervollständigt sein. Weiterhin können Öffnungen in den Magnetblechen vorgesehen sein, um Längskanäle für den Durchgang des wärmehärtbaren synthetischen Harzes zu bilden. Es können ebenfalls Längskanäle im Innern der Nuten gebildet werden, indem in letztere einzeln oder in Kombination zwischen den Leitern Isolierbänder angebracht werden, deren Breite kleiner als die der Nuten ist, und indem um die Leiter wellige Isoliermittel angeordnet werden.

Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteilegehen aus der Beschreibung der Zeichnung hervor, in der beispielsweise gewählte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Isolation

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schematisch veranschaulicht sind» Bs zeigen«

Fig*· 1 im Längsschnitt den Rotor einer elektrischen Maschine,' > in welchem ein Draht aus nichtmagnetischem Stahl zum · Halten der Wicklungen dient,

Fig. 2 im Querschnitt den Rotor einer elektrischen Maschine, in welchem ein Isolierband zum Halten der Wicklungen dient j

Fig. 3 im Längsschnitt den in Figo 2 dargestellten Rotor, Figo 4 eine Anordnung zum Vakuumgießen,

Fig. 5 im Querschnitt verschiedene Durchflußkanäle für das wärmehärtbare synthetische Harz,

Fig"» 6 im Längsschnitt den Rotor einer elektrischen Maschine in dessen Inneren eine Einfüllführung für das synthetische Harz vorgesehen ist und

Fig. 7 eine Anordnung zum Vakuumgießen für den Rotor nach Figo 6.

In Fig. 1 ist ein Rotor einer Gleichstrommaschine dargestellt in welchem eine durch Leiter 1 gebildete Vificklung in Nuten mittels eines isolierenden Keils 2 nach einem bekannten Verfahren gehalten wird. Auf der Seite des Kollektors 3 sowie auf der gegenüberliegenden Seite wird die Wicklung durch eine Frette 4 gehalten, die mittels eines nichtmagnetischen Stahldrahtes gebildet ist. Diese Frette 4 ist in aneinanderliegenden Windungen von der Kollektorfahne 5 bis zum Beginn des magnetischen Kreises 6 gewickelt. Auf der anderen Seite ist diese

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Frette in aneinanderliegenden Windungen vom Ende des magnetischer Kreises 6 abgewickelt und verlängert sich über das Wicklungsende hinaus auf einem Isolierband 7, das auf dem Außenteil dieser Wicklung angeordnet ist_o Isolierbänder gleicher Art 8, 8¹, die im Innern der Wicklung vorgesehen sind, gewährleisten deren Isolierung gegenüber den Stützplatten des magnetischen Kreises. Die Bänder 7 und ^bilden eine Gießöffnung, die das Einfüllen des Harzes ermöglichte Die Dichtigkeit der beiden Abschnitte der Frette ist durch ein dünnes Klebeband 9 gewährleistet, das auf dem Umfang des Rotors vorgesehen ist. Die Dichtigkeit längs des Innenumfangs der Wicklung wird selbsttätig durch die Zusammenfügung des zwischen zwei Stützplatten 10 eingepreßten magnetischen Kreises 6 erreicht.

Am Ende auf der Seite des Kollektors 3 wird die Dichtigkeit durch die Kollektorfahne 5 gewährleistet, auf der die Frette anliegt ο

Im Fall eines Asynchronmotors kann der Verschluß der form an dem in der Zeichnung rechts dargestellten Ende des Rotors durch eine Isolierscheibe, eine isolierte metallische Scheibe oder einfach durch die die Schleifringe des Kollektors tragende Trommel gebildet sein.

Es ist vorteilhafter, für die Frette anstelle eines nichtmagnetischen Stahldrahtes ein Band zu verwenden, das durch eine Decke von Glasfasern oder Glasfaserlitzen gebildet ist, die mittels eines bereits polymerisierten synthetischen Harzes parallel gehalten werden. Diese im Handel erhältliche Bandart ermöglicht es, eine Frette zu bilden, die mechanisch so robust wie der nichtmagnetische 0tahl ist, jedoch den Vorteil aufweist, isolierend und viel einfacher abdichtend zu sein.

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In Fig. 2 ist ein Magnetblech 11 dargestellt, in welchem Nuten 12 ausgespart sind. Im Innern dieser Nuten 12 sind die Wicklungsleiter 1 angeordnet. In dieser Ausführungsform wird das Halten der Leiter 1 im Innern der Nuten durch eine isolierende Frette 4 gewährleistet, die über den gesamten Umfang des magnetischen Kreises und über seine gesamte Länge angeordnet ist. In Fig. 3 ist ebenfalls diese Anordnung, jedoch im Längsschnitt dargestellt. Die Frette 4 erstreckt sich über die gesamte Länge der Leiter 1· Wie in dem vorhergehend beschriebenen Beispiel bilden zwei starre isolierende Bänder 7 und 8 die so geformte Gießöffnung, Diese Frettenanordnung ermöglicht es, eine gute Dichtigkeit über den gesamten Umfang des Rotors zu erhalten· Dabei ermöglicht der Wegfall der Nutenkeile die Höhe der Zähne und den Durchmesser des Rotors zu verringern«, Dies führt zu einer Verringerung des Gewichts und der Konstruktionskosten« Diese Verringerung der Zahnhöhe ermöglicht ebenfalls eine Verringerung der Streuinduktivität der Nuten, wodurch eine Verringerung der Blindspannung hervorgerufen wird und demzufolge die !Commutation verbessert wird.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es möglich, ein Vakuumgießen mit einem wärmehärtbaren Harz ohne Lösungs.-mittel durchzuführen, um einen vollkommenen Schutz der Wicklungen zu bilden. Dieses*wärmehärtbare Harz muß obligatorisch ohne Lösungsmittel verwendet werden. Es muß bei der Gießtemperatur eine genügend geringe Viskosität besitzen, um die verwendeten Isoliermittel einwandfrei zu imprägnieren und alle bestehenden Zwischenräume oder Hohlräume zu füllen. Epoxydharze sind für diese Verwendung gut geeignet. Man verwendet vorzugsweise ein Harz mit einer geringen Viskosität, dem man einen Kunststoff hinzufügt, der ihm eine gute Biegsamkeit verleiht. Dieses Harz muß ohne Nachteile und ohne Bruchgefahr die Dehnungen der Wicklung oder die örtlichen Verformungen ertragen·

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können, die bei hoher Drehzahl oder bei plötzlicher Umkehrung der Umdrehungsrichtung der Maschine auftreten können.

Für die Härtung dieses Harzes kann man die verschiedenen bekannten Vernetzungsverfahren anwenden, die Härter, wie beispielsweise Anhydride, benutzen. Man wendet vorzugsweise eine Härtungsart an, die dem Gemisch eine gute thermische Stabilität und eine mit der Dauer des Gießvorgangs vereinbare Lebensdauer verleiht.

Dieses Harz kann in Abhängigkeit von seiner Viskosität und den auszufüllenden Hohlräumen mineralische Chargen wie Siliziumdioxyd, Schieferpulver, Talkum, Aluminiumoxyd, Silikate, Zirkonoxyd enthalten. Bs kann beispielsweise aus folgender Mischung bestehen:

Epoxydharz - Index 5,1 - 5£ 100 Gewichtsteile

Epoxydharz - Index 2,2 - 2,5 30 Gewichtsteile

(Harz mit langer flexibler Kette) *

Härter auf der Basis von Karbonsäureanhydriden 115 Gewichtsteile Beschleuniger (Komplex tertiäre Amine) 1 Gewichtsteile pulverförmiges Siliziumdioxyd 250 Gewichtsteile

Das Imprägnierungsharz kann ebenfalls auf der Basis von Polyesta oder Silikon bestehen.

In Fig» 4 ist eine Anordnung zum Vakuumgießen dargestellt, die für die erfindungsgemäße Isolation verwendet werden kann.

Ein Rotor 13 einer Gleichstrommaschine, der vorher in einem Heizschrank auf eine Temperatur von 80° - 100°0 erhitzt wurde, ist senkrecht mit dem Kollektor nach unten in einem Behälter

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angeordnet, der evakuiert wurde₀ Über einen auf dem Deckel 17 ^; des Behälters 14 befestigten Trichter 15 und einen Sperrhahn 16 wird das sorgfältig gemischte und von Blasen befreite synthetische Harz langsam eingeführt. Dieses Harz dringt in den ; Rotor mittels einer Röhre 18 ein. Ein Schauglas 19 ermöglicht es, den Torgang zu überwachen, Y/enn der Rotor vollkommen imprägniert ist, schließt man den Sperrhahn 16 und hält das Vakuum in dem Behälter während einer gewissen Zeit, beispielsweise einer Stunde, aufrecht. Nachdem der Behälter wieder unter atmosphärischen Druck gesetzt wurde, entfernt man den Rotor und bringt ihn in einen Heizschrank, um dort die Polymerisation des Harzes durchzuführen»

Um ein besseres Fließen des Harzes zu ermöglichen, kann man, wie in Figo 5 dargestellt, eine gewisse Anzahl von Längskanälen vorsehen. Am Boden jeder Nut 12 kann man eine halbkreisförmige Kehle 20 aussparen.'Man kann ebenfalls durch die Magnetbleche 11 am Ansatz der Zähne sitzende löcher 21 bohren. Im Innern der Nuten 12 ist es möglich, zwischen zwei Leiterreihen oder zwischen die Leiter und den Boden der Nut isolierende Keile 22 anzuordnen, die eine geringere Breite als die Nut aufweisen₀ In einer anderen Form kann man um die Leiter 1 einen Isolierstoff 23 herumlegen, der vorher gewellt oder gaufriert wurde.

Um eine bessere Ausfüllung durch das wärmehartbare Harz ohne Lösungsmittel zu erhalten, kann es vorteilhaft sein, eine Öffnung vorzusehen, die an einem,Ende des Rotors liegt» Eine solche Anordnung ist in einem Längsschnitt in Pig β 6 dargestellt. In die Trommel des Kollektors 3 bohrt man - unabhängig von Lüftungslöchern, die vorhanden sein können, - eine Öffnung 24, die in den hinter dem Kollektor 3 gelegenen Teil der Wicklung einmündet. In Fig. 7 ist eine Anordnung zum Vakuumgießen

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für einen wie in Pig. 6 dargestellten Rotor 13 gezeigt. Dieser Rotor befindet sich in einem Behälter 25, der evakuiert wurde. Ein mit der öffnung 24 des Rotors vabundenes Rohr 26 ermöglicht das Einfüllen des Harzes, wenn ein Sperrhahn 27 geöffnet wird, der durch einen Trichter 28 gespeist ist. Ein in dem Deckel 30 des Behälters 25 befindliches Schauglas 29 ermöglicht es, den Augenblick zu betrachten, in dem das Harz, das die gesamte Wicklung durchquert hat, am oberen Teil des Rotors ankommt, Der Vorgang ist dann abgeschlossen, der Behälter wird auf atmosphärischen Druck gesetzt und der Rotor in einen Heizofen gegeben, um die Polymerisation des Harzes zu erhalten.

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Claims

Dipl.-Ing. Dipl. oec. pubL PATCNTANWALT J#j Minchtn 21 - Gotttardstr. 81 *** Telefon 561762 ' 31«Oktober 1968 5562-Il/Gd Societe OTEIEO, 75 Paris 8, Rue de la Baume Patentansprüche s

1. Isolation elektrischer Wicklungen, die im Innern von in Magnetblechen von Rotoren elektrischer Maschinen ausgesparten Nuten angeordnet sind, mittels eines wärmehärtbaren synthetischen Harzes, das unter Vakuum in eine Form gelaufen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Vakuumgießen verwendete Form durch in dauerhafter Weise auf dem Rotor angebrachte Teile und insbesondere durch eine die Wicklungen (1) mechanisch haltende Frette (4) gebildet ist«

2. Isolation nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form an einem Ende des Rotors offen und an dem Ende des Rotois geschlossen ist, an dem die Frette (4) anliegt.

3. Isolation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einfüllöffnung für das synthetische Harz im Innern der Kollektortrommel vorgesehen ist.

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