DE1950303A1

DE1950303A1 - Synchronmaschine mit ausgepraegten Rotorpolen

Info

Publication number: DE1950303A1
Application number: DE19691950303
Authority: DE
Inventors: Bror Dalmo; John Franked; Hans Landhult; Ove Tjernstroem
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1968-10-07
Filing date: 1969-10-06
Publication date: 1970-09-24
Also published as: US3610977A; SE333768B; CH496350A; GB1285924A

Description

οιpi-ino. HELMUT MlSSLING ssgiessen.· 3. Okt. 1969

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Patentanwälte Mx/W1OO95

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras /Schweden

Synchronmaschine mit ausgeprägten Rotorpolen

Die Erfindung betrifft eine Synchronmaschine mit ausgeprägten Rotorpolen, die auf einem Rotorring befestigt sind und von denen ^eder mehrere Feldspulen mit direkter Flüssigkeitskühlung hat.

Bei Maschinen, deren Feldspulen durch eine Flüssigkeit gekühlt werden, kann auf Luftkanäle in den Pollücken verzichtet werden, was in vielen Fällen vorteilhafte Abweichungen von den üblichen Rotorkonstruktionen ermöglicht.

So ist es bereits durch die amerikanische Patentschrift 3 157 für solche Maschinen bekannt, die Pollücken durch im Luftspalt liegende Schirme zu verschließen, die radial außerhalb der Pole liegend zusammen mit flachen Schirmen an den Rotorenden einen geschlossenen Mantel bilden, um eine Reduktion der Luftreibungsverluste zu erreichen.

Weiter ist in der Zeitschrift ETZ-A, Bd 87, S. 466 ein Rotor mit flüssigkeitsgekühlten Feldspulen gezeigt, die in tangentiale.r Rich-

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tung durch ein zentral in der Pollücke angeordnetes Stützorgan festgehalten werden. Das Stützorgan seifest hat keine größere radiale Länge als die Feldspulen, es hat aber eine radiale Verlängerung, die Schirme zum Verschließen der Pollüden in axialer und radialer Richtung trägt. .

Bei den zuvor genannten Maschinen hat man nur einen Teil der konstruktiven Verbesserungsmöglichkeiten ausgenutzt, die - besonders bei Maschinen mit einer relativ niedrigen Polzahl - dadurch möglich wurden, daß die sonst erforderlichen Kühlluft-Kanäle in den Pollücken entfallen.

Die Erfindung bezweckt, den durch den Portfall der Kühlluftkanäle gewonnenen Pollückenraum für eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Polsystems auszunutzen. Eine erfindungsgemäße Synchronmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Pol mit einem so geringen Unterschied zwischen den maximalen tangentialen Abmessungen seines Polschuhs und seines Polkerns ausgeführt ist, daß die gesamte tangentiale Breite der über den Polschuh vorstehenden Teile der Polschuhspitzen höchstens 75$ der gesamten Breite der in der Pollücke befindlichen Feldspulenseiten ist, und daß die Spulen an ihren radial außen liegenden Flächen gegen die Zentrifugalkräfte durch mehrere im wesentlichen T-förmige Stützorgane aus einem Material mit geringer elektrischer und magnetischer Leitfähigkeit abgestützt sind, die je einen radial verlaufenden, an den Spulenseiten anliegenden und im Botorring befestigten Steg

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und einen mit diesem starr verbundenen tangential verlaufenden Teil haben, der mit Anlageflächen für die radial außen liegenden Spulenflächen ausgeführt ist.

Bei goßen Zentrifugalkräften können aus Festigkeitsgründen die Abmessungen des genannten Stützorgans so groß werden, daß ein wesentlicher Teil des zwischen zwei benachbarten Polschuhspitzen und radial außerhalb der Spulenseiten liegenden Raumes einer Pollücke von dem tangential verlaufenden Teil des Stützorgans bzw. mehrerer Stützorgane ausgefüllt wird, falls mehrere tangential nebeneinander angeordnete Stützorgane verwendet werden, dann wenn die Pollücke mehr als ein Paar Spulenseiten enthält. Wird ein großer Teil der auf eine Spulenseite wirkenden Zentrifugalkraft von einem Polschuh selbst aufgenommen, dann kann es vorkommen, daß ein nur nach Maßgabe der auftretenden Zentrifugalkräfte dimensioniertes Stützorgan den zwischen den Polschuhspitzen liegenden Raum der Pollücke nicht so gut verschließt, daß die Luftreibungsverluste erheblich reduziert werden. Es soll deshalb nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der tangential verlaufende Teil der Spulenstütze immer so bemessen werden, daß der radial außerhalb der Spulen und zwischen den Polspitzen liegende Raum der Pollücke wenigstens bis zu 75% von dem tangential verlaufenden Teil des Stützorgans ausgefüllt wird. Man erhält so eine wesentliche Verainderung der Luftwirbelbildung ohne zusätzliche auf den Spulenstützen angeordnete Schirme und praktisch ohne zusätzliche Kosten.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in diesen zeigen

Pig. 1 eine erfindungsgemäße Synchronmaschine in teilweisem Axialschnitt

Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt durch den Eotor derselben Maschine längs der Linie A-A in Pig. 1,

Pig. 5 eine Einzelheit der Pig. 2,

Pig. 4 zwei Stützorgane nach der Erfindung in radialer Ansicht und

Pig. 5 eine Keilanordnung für die Pestspannung der Feldspulen.

In der Zeichnung ist mit 1 der Stator eines Synchrongenerators, mit 2 der Rotor und mit 3 der Rotorring bezeichnen,, der mehrere ausgeprägte Pole 4 trägt, die aus je einem Polkern^5 und einem Polschuh^bestehen.

Jeder Pol 4 hat eine ifiere Feldspule 8 und eine diese umschließende äußere Feldspule 7· Die zusätzlichen Indizes 1 und £ in Fig. 2 geben an, ob die Bezugszeichen sich auf den linken, bzw. rechten Pol in Fig. 2 beziehen. Die Aufteilung der Feldwicklung in zwei Spulen pro Pol führt zu einer relativ kleinen Leiterbreite und ermöglicht ein Hochkantwickeln der Leiter 9« Diese haben innere Kühlrohre 10, die an Zuleitungen 11 und Ableitungen 12

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für die Kühlflüssigkeit angeschlossen sind.

Die maximale Abmessung B des Polschuhs in der Umfangswicklung ist etwas größer als die entsprechende Abmessung b des Polkerns. Die- totale tangentiale BrStreckung der abgeschrägten Kanten 13 der beiden Pplschuhspitzen innerhalb einer Pollücke beträgt höchstens 20$ der gesamten Breite der in der Pollücke befindlichen Spulenseiten, während bisher bei bekannten Konstruktionen 75$ als der niedrigst zulässige Wert angesehen wird, wenn die auf die Spulen wirkenden Zentrifugalkräfte allein von den Polschuhspitzen aufgenommen werden. Obwohl das in der Zeichnung gezeigte Polsystem mit einer Polschuhbreite B ausgeführt ist, die etwas größer ist als die Polkernbreite b, und somit theoretisch die Möglichkeit besteht, daß die Polschuhspitzen einen Teil der genannten Zentrifugalkräfte aufnehmen, hat man bewußt auf diese Möglichkeit verzichtet, da eine wohl definierte Aufteilung zwischen den von Polschuhspitzen und von den Stützorganen aufgenommenen Zentrifugalkräften kaum erreicht werden kann.

In dem in der Zeichnung gezeigten Polsystem enthält die Pollücke zwei tangential nebeneinander angeordnete Reihen mit mehreren axial hintereinander angeordneten 5-förmigen Stützorganen 14, die je einen tangential verlaufenden !Teil Ht und einen Steg 14- m haben, dessen keilförmiges Ende" in einer Schwalbenschwanznute 15 des Rotorringes befestigt ist. Da es vorteilhaft ist,* die

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Spulenseiten mit starker Vorspannung festzuhalten, sind mehrere Keile 17 axial hintereinander zwischen den Spulenseiten und der Anlagefläche 21 der Stützorgane H angeordnet. Die Keile werden in axialer Richtung eingetrieben, und es ist zweckmäßig., zwei Keilsysteme für jedes Stützorgan vorzusehen, nämlich eines auf/fteder Seite. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine Anzahl Federn 18 in Vertiefungen des Rotorringes derart anzuordnen, daß sie einen Druck auf die radial nach innen gekehrten Flächen der ^ Spulenseiten ausüben. Die axial außerhalb der Pole verlaufenden Spulenteile werden von einem Mantel 19 mit zugehörigem Stützring 20 festgehalten.

Die Tatsache, daß die Stützorgane 14 die Spule gegen die auf die Feldwicklung wirkenden Zentrifugalkräfte in weit höherem Grad als Spulenstützen konventioneller Maschinen abstützen bedingt, daß die in einer Reihe zwischen zwei Spulenseiten angeordneten Stützorgane 14 zusammen einen wesentlich größeren l'eil der Pollänge einnehmen, als es bei konventionellen Maschinen gewöhnlich der Fall ist. Die

^w in Fig. 5 und 4 gezeigten Stützorgane sind voneinander in einem Abstand s angeordnet. Aus Festigkeitsgründen kann es oft erforderlich sein, s = ü zu wählen. Zuweilen ist es vorteilhaft, um die Luftrei·?· bungsverluste zu reduzieren, s so klein zu wählen, daß. die Spulenstützen mindestens 90$ der Spulenlänge einnehmen, auch wenn aus Festigkeitsgründen ein niedrigerer Prozentsatz ausreichen würde. Berücksichtigt man dies in Zusammenhang mit dem über die radiale. Erstreckung der Stützorgane gesagten,, ist ersichtlich, daß mit einer Konstruktion nach der Erfindung ohne nennenserten zusätzlichen

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Aufwand neben einer erheblichen Verbesserung der magnetischen Leitfähigkeit des Polkörpers ein fast vollständiges Verschließen der Pollücken erreicht werden kann.

Die Stützkörper 14 können an sich aus einem massiven Material mit niedriger elektrischer und magnetischer leitfähigkeit bestehen, aber wesentlich bessere Eigenschaften erhält man, wenn ;}edes Stützorgan aus einer Anzahl T-förmiger voneinander isolierter Lamellen 16 zusammengesetzt wird, die aus Blechen mit den zuvor genannten Eigenschaften ausgestanzt und zu einem Paket verklebt werden, wie es in Fig· 4 gezeigt ist. Die Lamellierung des Stützkörpers 14 ergibt eine wirksame Reduktion der Wirbelströme, so. daß die in den Stützelementen entwickelten Verluste äußerst gering sind, trotz der Tatsache, daß diese einen relativ großen und nahe dem Luftspalt liegenden Baum ausfüllen. Ein weiterer Vorteil einer solchen geschichteten. Struktur ist der, daß die Festigkeitszunähme, die bei einer Kaltwalzung eines Bleches eintritt, ausgenutzt werden kann. Die geschichtete Struktur hat außerdem den Vorteil, daß man sicher vor verborgenen Materialfehlern in den Spulenstützen sein kann, ohne erst zeitraubende und komplizierte Kontrollmethoden anwenden zu müssen.

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Claims

Patentansprüche:

(ΐ·) Synchronmaschine mit von einem Rotorring getragenen ausgeprägten Rotorpolen mit mehreren Feldspulen mit direkter Flüssigkeitskühlung je Pol, dadurch gekennzeichnet, daß j©der Pol (4) mit einem so geringen Unterschied zwischen den maximalen tangentlalen Abmessungen seines Polschuh.(5) und seines Polkerns (6) ausgeführt ist, daß die gesamte tangentiale Breite der über den Polschuh vorstehenden Teile (13) der Polschuhspitzen höchstens 75$, der gesamten Breite der in der Pollüeke befindlichen Feldspulenseiten ist, und daß Spulen an ihren radial außen liegenden Flächen gegen die Zentrifugalkräfte durch mehrere im wesentlichen T-förmige Stützorgane (H) aus einem Material mit geringer elektrischer und magnetischer Leitfähigkeit abgestützt sind, die je einen radial verlaufenden; an den Spulenseiten anliegenden und im Rotorring befestigten Steg (14 m) und einen ώϊΐ diesem starr verbundenen tangential verlaufenden Teil (14 t) laben, der mit Anlageflächen (21) für die radial außen liegenden Spulenflächen ausgeführt ist.
2. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radial außerhalb der Anlagefläche (21) und zwischen den Pol- ' schuhspitzen liegende Raum der Pollücke wenigstens bis zu 75$ von dem tangential verlaufenden Teil (14 t) des Stützorgans-ausgefüllt ist.
3. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axial hintereinander angeordnete Stützorgane (14) unmittelbar hin-

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. tereinander längs der ganzen Pollänge liegen.
4· Synchronmaschine nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stützorgän (H) aus mehreren ausgestanzten T-förmigen, von einander isolierten und verklebten BIeohlatneilen aus einem Material mit geringer elektrischer und magnetischer leitfähigkeit besteht.
5* Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rotorpol (4) von zwei Feldspulen (7, S) timschlossen ist und daß ihre in derselben Pollücke liegende Spulenseiten beiderseits des Steges eines Stützorgans (14) angeordnet sind.
6. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Keile (17) in axialer Richtung zwischen eine radial außen liegende Fläche einer Spulenseite und einer Anlageflache (21) des entsprechenden Stützorgans (14) getrieben sind,

7β Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Federn (18) einen Federdruck auf die radial innen liegenden Fläohen der Spulenseiten ausüben.

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