DE2147441A1

DE2147441A1 - Induktionswicklung für rotierende elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE2147441A1
Application number: DE19712147441
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-24
Filing date: 1971-09-23
Publication date: 1972-03-30
Also published as: FR2106982A5; US3777190A

Description

üipl.-ing. Ralf Mineh. 9 1 / 7Λ / 1

Patentanwalt t* I 4 / H H I

Patentanwalt

HAMBURG 1

Ballindamm 15
Tel. 33 51 15

Meine Akte: 5513/71

Jean Claude Guimbal
52, rue H. Dechaud
42 - Saint Etienne
(Frankreich)

Induktionswicklung für rotierende elektrische

Maschinen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Induktionswicklung aus übereinander angeordneten Leiterbändern für eine rotierende elektrische Maschine,

Es sind bereits rotierende elektrische Maschinen mit einer Induktionswicklung bekannt, die aus einer Schichtung von Leiterbändern besteht, welche durch Verschraubung an einem Magnetkreis gehalten werden. Bei diesen Maschinen werden die Leiter dadurch gekühlt, daß ein Gasstrom durch Schlitze zwischen oder in den Leitern durchgeführt wird. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß sie verhältnismäßig kompliziert und kostspielig ist. Außerdem werden die Leiter durch Schrauben gehalten, die in den Magnetkreis versenkt sind, wobei sich diese Anordnung jedoch nicht für Synchronmotoren oder -maschinen eignet, bei denen der Induktor an dem Läufer angeordnet ist.

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Diese Anordnung ist weiterhin mit den Nachteilen behaftet, daß eine große Anzahl von Gewinden in einem kostspieligen Werkstück geschnitten werden muß und sich die Anordnung schlecht zur Ausdehnung der Leiter eignet.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt und es soll eine Induktionswicklung geschaffen werden, deren Kühlung leicht vermittels einer besonderen Anordnung der Leiterbänder gewährleistet ist, die vermittels sehr einfacher Mittel befestigt sein sollen.

Die zu diesem Zweck vorgeschlagene Induktionswicklung für rotierende elektrische Maschinen, die aus übereinander angeordneten und vermittels Schrauben oder Nieten gehaltenen Leiterbändern besteht, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an den Seiten der durch Überlagerung gebildeten Spulen schießschartenförmige Schlitze ausgebildet sind, zwischen denen ein Kühlgas in Axialrichtung umwälzbar ist. Das Kühlgas bestreicht somit die Seiten der Spulen entlang beträchtlich größerer Wärmeaustauschflächen, wodurch die Kühlung verbessert wird. Die an den Seiten der Spulen ausgebildeten schießschartenförmigen Schlitze können in unterschiedlicher Weise hergestellt und beschaffen sein. Sie können beispielsweise dadurch erhalten werden, daß entweder übereinander angeordnete Leitergruppen oder aufeinanderfolgende Leiter oder zwecks weiterer Vergrößerung der Kühlfläche ein und denselben Leiter bildende, aufeinanderfolgende Leiterbänder seitlich zueinander versetzt werden. Diese Versetzung wird dadurch

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erhalten, daß die in den Leiterbändern ausgebildeten Löcher oder Durchbrechungen, durch welche diese an dem Magnetkreis befestigt werden, abwechselnd zur einen bzw. zur anderen Seite versetzt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die schxeßschartenförmigen Schlitze dadurch erhalten, daß abwechselnd breitere und schmälere Leiterbänder vorgesehen sind. Diese Anordnung kommt insbesondre dann in Frage, wenn an jedem Pol nur eine einzige Spule vorgesehen ist, da auf der dem Pol gegenüberliegenden Seite Schlitze vorgesehen und auf der Seite des Pols die Leiterbänder an diesem anliegend sind, wodurch sich ein festerer Spulenaufbau ergibt.

Nach einer weiteren Ausführungsform, die dann in Frage kommt, wenn die Spulen eine hohe Festigkeit aufweisen und dementsprechend die Leiter nicht zu dünn ausgeführt sein sollen, werden die Schlitze dadurch erhalten, daß die Ränder der Leiter abgeschwächt werden. Diese Abschwächung kann darin bestehen, daß die Leiterdicke durch eine zu den Seiten parallele Ausfräsung verringert oder abgeschrägt wird.

Zur Vergrößerung des für die Kühlluft oder das Kühlgas zur Verfügung stehenden Platzes, ohne dabei die Schlitze zu verlängern, wodurch der Widerstand gegenüber den Zentri-. fugalkräften geschwächt werden würde, und zur Verringerung

der aufgrund der Zentrifugalkraft erzeugten Spannungen können die Leiterränder auf ihrer vorstehenden Seite abge-

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schrägt werden, um auf diese Weise die Kühlschlitze zu bilden.

Aufgrund der Krümmung des für die Spulen zur Verfügung stehenden Platzes ergäbe sich für gleich breite Leiter ein zum Umfang hin breiter werdender Zwischenraum und der Luftdurchsatz würde in diesem Zwischenraum und nicht durch die engen, schießschartenförmigen Zwischenräume oder Schlitze erfolgen. Entsprechend der Erfindung haben daher die Spulen eine zum Umfang hin zunehmende Breite, wobei zwischen benachbarten Spulen nur der zur Isolation erforderliche Abstand belassen wird. Die zunehmende Breite kann entweder durch Verwendung von Leiterbändern zunehmender Breite oder durch Vergrößerung der die Schlitze bildenden seitlichen Versetzung erreicht werden.

Im Falle einer Schnellaufenden und leistungsstarken Synchronmaschine sind die Spulen am Rotor vermittels Befestigungsschrauben befestigt, die in schwalbenschwanzförmig oder entsprechend ausgebildete Keile eingeschraubt sind, welche in am Umfang der magnetischen Läufertrommel ausgesparten Axialnuten gleicher Formgebung verschiebbar sind. Diese Art der Befestigung ist wirtschaftlicher und gestattet in besserer Weise eine Ausdehnung der Leiter als die direkte Spülung der Trommel.

Bei einer Synchronmaschine mit vorstehenden Polen werden die den Pol mitnehmenden Spulen vermittels Schrauben oder Nieten an den Polschuhen und den die Polseiten um-

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fassenden Winkelstückschenkeln gehalten. Auf diese Weise tragen die Polschuhe und die Schenkel zur Aufnahme der Zentrifugalkräfte bei.

Im Falle einer Gleichstrommaschine ist die Induktionswicklung, welche die an dem PoIjoch befestigten Haupt- und Hilfspole mitnimmt, selbst vermittels Schrauben oder Nieten an dem PoIjoch befestigt.

Im nachfolgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert .

Fig. 1 ist ein Teilquerschnitt durch den Rotor einer Synchronmaschine, welche eine entsprechend der Erfindung ausgebildete Induktionsspule aufweist.

Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch einen T Rotor mit vielen Polen, die jeweils eine einzige, entsprechend der Erfindung ausgebildete Spule tragen.
Fig. 3 ist zur Hälfte im Aufriß und zur Hälfte im

Querschnitt eine Darstellung eines Induktionspols einer Gleichstrommaschine, welche eine erfindungsgemäße Spule aufweist. Fig. H ist ein Querschnitt durch einen Induktions-

wicklungspol einer Synchronmaschine. Fig. 5 ist ein teilweiser Axialschnitt entlang der Linie V-V der Fig. «t.

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Die Läufer-Induktionsspule der in Fig. 1 dargestellten Synchronmaschine weist mehrere in Radialrichtung übereinander angeordnete und zwischen einem äußeren Schuh 6 und dem Umfang des Rotors oder Läufers 9 gehaltene Leiter auf. Jeder Leiter besteht aus einem unteren und einem oberen Leiterband 1 bzw. 2, die mit Durchbrechungen versehen sind, welche die Befestigung der Leiterbänder vermittels in Radialrichtung verlaufender Befestigungsschrauben 5 an dem Magnetkreis gestatten. Sämtliche obere Leiterbänder 2 sind nach links versetzt, während sämtliche untere Leiterbänder 1 in bezug auf die Achse X-X der Spule nach rechts versetzt sind. Zu diesem Zweck ist die Achse X-X der Durchbrechungen der oberen Leiterbänder 2 in bezug auf ihre Achse 2a nach rechts versetzt, während die Achse X-X der unteren Leiterbänder 1 in bezug auf deren Achse la nach links versetzt angeordnet ist. Die abwechselnde Versetzung der oberen und unteren Leiterbänder nach links bzw. nach rechts hat zur Folge, daß die linken Ränder der oberen Leiterbänder 2 in bezug auf die linksseitigen Enden der unteren Leiterbänder 1 nach links vorstehen und in entsprechender Weise die rechten Ränder der unteren Leiterbänder 1 in bezug auf die rechtseitigen Enden der oberen Leiterbänder 2 nach rechts vorstehen. Zwei einander benachbarte Ränder begrenzen somit zwischen sich einen schießschartenförmigen Schlitz 11, der einen axialen Kühlkanal darstellt. Die Ränder 3 sind vorzugsweise abgeschrägt, wodurch der Querschnitt der von der Kühlluft .

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durchsetzten Kanäle vergrößert ist und die auf die Zentrifugalkraft zurückzuführenden Spannungen verringert sind. Zwischen aufeinanderfolgenden Leitern befinden sich Isolationsplättchen 4. Die radialen Befestigungsschrauben 5 sind durch die Durchbrechungen in den übereinander ange-

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ordneten Leiterbändern 1 und 2 durchgeführt und halten sämtliche Leiter vermittels äußerer Schuhe 6 und Isolationsplättchen 7, die zwischen den Schuhen 6 und dem oberen Leiter des Stapels zwischengelegt sind. Die Schrauben sind in schwalbenschwanzförmige Keile 8 eingeschraubt, die in an der Läufertrommel 9 ausgespartenUmfangsnuten gleicher Formgebung gleitend verschiebbar sind. Zwischen den zum Halten der Wicklungsleiter dienenden Nuten befinden sich in der Zeichnung nicht dargestellte Nuten, die zur Aufnahme von Polen dienen und vor und hinter den Polen zum Halten der die Spulenköpfe bildenden Leiterbänder dienen. In der Mitte der Spule sind einige Schrauben 5 über die Keile 8 hinausgeführt und greifen in Justierausnehmungen 9a des Läufers 9 ein, indem sie zur axialen Festlegung der Spulenmitte dienen, wobei sie diesen gleichzeitig eine Axialausdehnung in beiden Richtungen gestatten.

Die Breite der Bänder, d.h. der Leiterbänder 1 und 2 nimmt zum Umfang hin zu, so daß zwischen den Enden der Leiter zweier benachbarter Spulen ein im wesentlichen gleichbleibender Zwischenraum von gleicher Größenordnung wie die Breiten der von den Rändern 3 begrenzten schießschartenförmigen Schlitze 11 verbleibt. Zur Steigerung

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des Kühlgasdurchsatzes wird das Gas an den beiden Enden der Maschine in die von den Schlitzen gebildeten Kanäle zugeführt, welche auf der Seite des Luftspalts durch die Schuhe 6 verschlossen sind, in denen die Köpfe der Befestigungsschrauben 5 versenkt sind. Die Kühlgase entweichen etwa in der Mitte der Maschine durch zwischen den Schuhen 6 ausgebildete Zwischenräume in den Luftspalt.

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung für die Spule einer rotierenden elektrischen Maschine mit zahlreichen Läuferpolen. In dieser Maschine, welche für jeden Pol eine einzige Spule aufweist, besteht die Spule aus der Überlagerung von Leitern, die jeweils aus einem unteren und einem oberen Leiterband 12 bzw. 13 bestehen, die mittige, koaxiale Durchbrechungen aufweisen. Die unteren Leiterbänder 12 haben eine geringere Breite als die oberen Leiterbänder 13, so daß die rechten Ränder der oberen Leiterbänder 13 über die rechtsseitigen Enden der unteren Leiterbänder 12 vorstehen und zwischen sich die Kühlkanäle bildenden schießschartenförmigen Schlitze begrenzen. Diese Schlitze befinden sich auf der dem Pol gegenüberliegenden Seite, wobei die Leiterbänder 12 und 13 auf der Seite des Pols (unter Zwischenfügung einer Isolation 14) an dem Pol anliegen können und damit eine Spule hoher Festigkeit ergeben. Auch hier erfolgt die Befestigung der Spule vermittels in Radialrichtung verlaufender Schrauben, deren Köpfe in äußeren Schuhen 6 versenkt und die in schwalbenschwanzförmige Keile 8 eingeschraubt sind,

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welche von Keilnuten gleicher Formgebung in dem Läufer 9 aufgenommen werden.

Figur 3 zeigt einen Induktionspol einer Gleichstrommaschine mit einer erfindungsgemäßen Spule aus übereinander angeordneten Induktionsleiterbändern, welche einen von dem Stator vorstehenden Pol umgeben. Jeder Leiter besteht aus einem nach rechts versetzten unteren Leiterband 15 und einem nach links versetzten oberen Leiterband 16. In einer derartigen Maschine verhindert das Vorhandensein der über die Spulen vorstehenden Polschuhe 20 das Anbringen von Schrauben über die ganze Länge der Axialleiter. Folglich befinden sich bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Befestigungsschrauben 17 für die Spule an den Ecken derselben und sind in ein äußeres PoIjoch 18 eingeschraubt. Der Druck wird von der einen zur anderen Ecke vermittels der unteren Leiterbänder 19 und 19a der dem Luftspalt am meisten benachbarten Leiterbänder auf den Leiterbandstapel übertragen. Aus diesem Grunde sind diese Leiterbänder 19a viel dicker ausgebildet als die anderen Leiterbänder des Stapels. Die dem Luftspalt am meisten benachbarten Leiterbänder 19, 19a sind außerdem an dem dem Polschuh 20 benachbarten Abschnitt über dessen ganze Länge abgefragt. Ein Isolationsplättchen 21 dient zur Isolation zwischen dem Leiterband 19 und dem Polschuh 20 und bewirkt außerdem, daß der Polschuh mit zur Befestigung beiträgt. Der linksseitige Abschnitt der Fig. 3 zeigt die

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Befestigungen an den Ecken: Die oberen Leiterbänder 2 2 der Spulenköpfe stoßen bei 23 gegen die rechtsseitigen Ränder der axialoberen Leiterbänder 16 an, während die unteren Leiterbänder 2M- der Spulenköpfe sich über die ganze Breite erstrecken. Im rechten Teil der Fig. 3 ist das symmetrische untere Leiterband 15 sichtbar, das in Axialrichtung gegen das untere Leiterband 2H des Spulenkopfes anstößt. Das letzte untere Leiterband 2 5 des Spulenkopfes ist in eine Ausfräsung des zu dem Leiterband 19 symmetrischen unteren axialen Leiterbandes 19a eingeführt.

Anhand der Figuren H und 5 wird nunmehr eine Ausführungsform der Erfindung für einen Induktionswicklungspol einer Synchronmaschine beschrieben, welche zahlreiche Pole und eine Regelwicklung aufweist. Der Pol besteht aus einem Stapel von Magnetblechen 26, die in der Form von Polschuhen 26a ausgeschnitten und vermittels Nieten 2 8 in Axialrichtung zwischen den in bezug auf eine Querebene Y-Y symmetrischen, senkrechten Schenkeln von zwei Bügeln 27 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff eingespannt sind. Die Hauptinduktionsspule besteht aus axialen, übereinander angeordneten Leiterbändern 29, deren äußere Ränder in der Form von Kühlschlitzen 30 ausgefräst sind. Der untere axiale Leiter 31 hat eine größere Dicke als die anderen Leiter,und sämtliche axialen Leiterbänder sind an den Polschuhen 26a vermittels an den Ecken angeordneter Nieten 32 befestigt, welche durch ein Isolationsplättchen 33 isoliert sind. Die Nieten werden von den waagerechten

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Schenkeln der Bügel 27 gehalten und halten gleichzeitig
die die Spulenköpfe bildenden Abschnitte der Leiterbänder 36. Das untere Leiterband 31 und der entsprechende Spulenkopf 37, die eine größere Dicke aufweisen, dienen zur Übertragung des von den Winkelnieten 32 aufgebrachten Einspanndrucks. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die
Pole mit dazu beitragen, die Spule gegen die Zentrifugalkräfte zu halten. Die Kehlverbindungen zwischen den axialen Leiterbändern 29, 31 und den Spulenköpfen 36, 37 werden
teilweise durch Ausschnitte in der Kupferplatte und teilweise durch Abfräsung auf die halbe Dicke erhalten. Beim Zusammenbau werden die Leiterbänder unter Zwischenfügung von Isolationsplättchen 3M- zwischen den Polen eingespannt. Zuvor werden die Ecken, an denen die Verbindungen der
die Wicklungen bildenden Leiterbänder erfolgen, mit einem dünnen Überzug eines schmelzbaren Metalls überzogen, und nach beendetem Zusammenbau der Spulen wird die Anordnung erhitzt, um eine Verschmelzung des die Verbindungsflächen an den Ecken bedeckenden Lötmittels herbeizuführen, wobei
sämtliche Anschlüsse verlötet werden und ein nicht verformbarer Block gebildet wird. Unterhalb der auf diese Weise hergestellten Spule kann eine Regelwicklung 35 angeordnet werden.

- Ansprüche :

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Claims

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- 12 Ansprüche :

ΐΛ Induktionswicklung für rotierende elektrische Maschinen, die aus übereinander angeordneten und vermittels Schrauben oder Nieten gehaltenen Leiterbändern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seiten der durch Überlagerung gebildeten Spulen schießschartenförmige Schlitze (11, 30) ausgebildet sind, zwischen denen ein Kühlgas in Axialrichtung umwälzbar ist.
2. Induktionswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten Leiterbänder (1, 2) abwechselnd in Richtung ihrer Breite gegeneinander versetzt sind.
3. Induktionswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten Leiterbänder (12, 13) abwechselnd breiter bzw. schmäler ausgebildet sind.
H. Induktionswicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schießschartenförmigen Schlitze (30) durch Abschwächung an den Rändern der Leiterbänder (29, 31) ausgebildet sind.
5. Induktionswicklung nach einem der Ansprüche 1-H, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (3) der die Schlitze (11) begrenzenden Leiterbänder abgeschrägt sind.

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6. Induktionswicklung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbänder (1, 2) eine nach außen zunehmende Breite aufweisen und zwischen den aus den übereinander angeordneten Bändern gebildeten Spulen ein im wesentlichen gleichbleibender Zwischenraum ClO) ausgebildet ist, dessen Größe in der Größenordnung der Breite der Schlitze (11) liegt.
7. Induktionswicklung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas an den beiden Enden der Maschine in die Schlitze zuführbar und vermittels zwischen zur Befestigung der Spulen dienenden Schuhen (6) ausgebildeten Zwischenräumen in den Luftspalt in der Mitte der Maschine abführbar ist.
8. Induktionswicklung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Befestigung der Leiterbänder dienenden Schrauben (5) oder Nieten in schwalbenschwanzförmige oder in entsprechender Weise ausgebildete Keile (8) eingeschraubt sind, welche in am Umfang der magnetischen Läufertrommel (9) ausgespartenAxialnuten gleicher Formgebung verschiebbar sind.
9. Induktionswicklung nach einem der Ansprüche 1-7, für eine mehrpolige Induktionsläufermaschine, bei der die übereinander angeordneten und vermittels Schrauben oder Nieten gehaltenen Leiterbänder um von der magnetischen Läufertrommel gehaltene, vorstehende Pole herum an-

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geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbänder (29, 31) vermittels Schrauben oder Nieten (32) gegen die Innenseite der Polschuhe (26a) der vorstehenden Pole, und die Spulenköpfe (36, 37) gegen die von den Polseiten gehaltenen Schenkel von Winkelstücken (27) befestigt sind.
10. Induktionswicklung nach einem der Ansprüche 1-7, für eine Gleichstrommaschine, bei der die übereinander angeordneten und vermittels Schrauben oder Nieten gehaltenen Leiterbänder um die Hauptpole und ggf. auch die Hilfspole herum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbänder (15, 16) vermittels Schrauben (17) oder Mieten an einem äußeren magnetischen PoIjoch (18) gehalten sind.
11. Induktionswicklung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbänder nur in den Winkeln durch Schrauben (17) oder Nieten (32) befestigt sind.
12. Induktionswicklung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der Welle benachbarten Leiterbänder (19, 31) eine größere Dicke als die anderen Leiterbänder aufweisen und dazu dienen, den durch die an den Wicklungsecken angeordneten Schrauben (17) oder Nieten (32) ausgeübten Druck über ihre ganze Länge zu übertragen.
13. Induktionswicklung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Wicklungsecken angeordneten Verbindungsflächen zwischen Leiterbändern in der

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Weise hergestellt sind, daß sie vor dem Zusammenbau mit Lötmittel überzogen und nach ihrem Einbau vermittels einer kurzzeitigen Erhitzung verlötet sind.

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