DE2227449A1

DE2227449A1 - Flexible Halterung für Wickelköpfe

Info

Publication number: DE2227449A1
Application number: DE19722227449
Authority: DE
Inventors: Karl Franz Burnt Hills; Gibbs Edward Eugene Schenectady; N.Y. Drexler (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-06-14
Filing date: 1972-06-06
Publication date: 1972-12-21
Also published as: JPS5714104B1; GB1395423A; US3691416A; CH551709A

Description

Flexible Halterung für Wickelköpfe

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Halterungsstruktur zur Verwendung im Wickelkopfbereich einer dynamoelektrischen Maschine und insbesondere auf eine isolierende, in einer Richtung flexible Halterungsstruktur, die für eine radiale Befestigung sorgt, während gleichzeitig eine begrenzte Bewegung in axialer Richtung gestattet ist.

Die Wickelkopfe einer dynamoelektrischen Maschine sind vorstehende Abschnitte der Statorstäbe, die von den Nuten im utatorkern nach außen ragen. Der Zweck der Wickelkopfe besteht

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darin, die Richtung der Statorstäbe umzukehren. Eine Wickelkopfart, die als "Reihenschleife" (series loop) bekannt ist, wird dazu verwendet, die Richtung eines austretenden Statorstabes umzukehren und den Stab in Umfangsrichtung zu verschieben, so daß er in einer solchen Nut wieder in den Statorkern eintreten kann, die gegenüber der Nut, aus der er ausgetreten ist, auf dem Umfang um 120 bis l80° verschoben ist. Eine andere Art eines Wickelkopfes ist ein Phasenspringer,(phase jumper) der für eine begrenzte Verschiebung auf dem Umfang verwendet wird, etwa in der Größenordnung von 30°, wenn es für das Wickelschema erforderlich ist. Ein Wickelkopfbereich kann eine Anzahl von Statorstäben aufweisen, die aus den Nuten des Statorkeres austreten, und ihre Stabenden müssen miteinander verbunden, isoliert und gestützt werden, üblicherweise sind in großen dynamoelektrischen Maschinen zwei Statorstäbe in jeder Stptornut angeordnet.

Die Halterung von Wickelköpfen einer dynamoelektrischen Maschine ist ein komplexes Problem aus der Sicht einer komplizierten Reihe von Schleifen und konvergierenden, divergierenden und schräg verlaufenden Statorstabenden. Ferner muß die Halterungsstruktur in der Lage sein, elektromagnetischen Kräften, Vibrationskräften und thermischen Kräften zu widerstehen, die von der dynamoelektrischen Maschine entwickelt werden. Thermische Kräfte bewirken eine axiale Ausdehnung der Statorstäbe, die zu einem unerwünschten Aufbau von Spannungen in den Statorstäben führen würden, falls die thermischen Expansionen in starrer Weise unterbunden werden würden. In dem US-Patent 3 O89 0*18 ist jedoch ein expandierbarer Bügel vorgeschlagen, der eine thermische "Atmung" gestattet. Ein aus einem Isoliermaterial hergestelltes Trageteil ist mittels metallischer Bügel starr an dem Statorrahmen angebracht. Diese Konstruktionsart ist kostspielig, da sie Spezialteile erforderlich macht, und aufgrund der Verwendung metallischer Bügel anstelle von isolierten Bandumwicklungen ist sie unvereinbar mit dem allgemeinen Isolationsschema von Wickelköpfen dynamoelektrischer Maschinen.

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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, isolierendes Halterungssystem hoher Festigkeit für Statorwickelköpfe in einem elektrisch hoch beanspruchten Bereich zu schaffen, wobei eine axiale thermische Ausdehnung innerhalb des Wickelkopfes erlaubt sein soll.

Ferner sollen die Vibrationskräfte zwischen der Halterung und den Wickelköpfen in radialen, tangentialen und axialen Richtungen durch eine genügend feste Integration zurückgehalten werden. <

Weiterhin ist es Aufgabe dieser Erfindung, die Verwendung von Metall als ein Konstruktionsteil in dem Halterungssystem des Wickelkopfes zu vermeiden, um somit eine wirklich isolierte Wickelkopfhalterung herzustellen.

Schließlich soll für eine einfache Einstellung für Jede Veränderung im Spielraum zwischen dem Halterungsring und der Wickelkopf verbindung gesorgt werden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine isolierende Halterungsstruktur zur Verwendung im Wickelkopfbereich einer dynamoelektrischen Maschine gelöst, die die Wickelköpfe in der radialen Richtung festhält, während eine begrezte Bewegung in axialer Richtung gestattet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden wenigstens zwei Halterungsringe, die relativ geringfügige Unterschiede in ihren Durchmessern aufweisen, in einer im wesentlichen konzentrischen Lage zum Statorkern angebracht. Der eine Halterungsring wird an einer axialen Stütze in der Form eines kreisförmigen Flansches auf dem Rahmen der dynamoelektrischen Maschine befestigt, während der andere Halterungsring an einem schwimmenden äußeren Halterungsteil befestigt wird, an dem die Wickelköpfe angebracht sind. Zwischen den Ringen können zahlreiche Abstandhalter angeordnet sein, und an diesen Punkten sind

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die Ringe durch ein mit Kunstharz imprägniertes bzw. getränktes Glasband zusammengebunden. Das Band ist mit einem leicht geknickten Abschnitt versehen, der eine axiale Bewegung gestattet, während eine radiale Bewegung unterbunden wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

PIg. 1 ist eine Teildarstellung von der Seite eines Endes einer dynamoelektrischen Maschine und zeigt den Wickelkopfbereich mit der darauf angewendeten Erfindung.

Pig. 2 ist eine vergrößerte Seltendarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 4 ist eine Teilvorderansicht von einem Ende einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Phasenspringer, auf den die Erfindung angewendet ist.

Flg. 5 ist eine Seitenansicht von einem Ende einer dynamoelektrischen Maschine und zeigt den Phasenspringer zusammen mit der erfindungsgemäßen Anordnung.

In Fig. 1 1st eine Seitenteilansicht von dem Wickelkopfbereich an dem einen Ende einer dynamoelektrischen Maschine 11 dargestellt. Der Statorkern 12 weist einen UmfangsfLansch 13 auf. Innerhalb einer Bohrung 15 in dem Statorkern dreht sich der Rotor 17 der dynamoelektrischen Maschine.

Aus den nicht dargestellten Statorkernnuten treten obere und untere-Statorstäbe 21 und 23 auf, die zusammen mit einer Reihen-

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schleife 25 einen Teil des Wickelkopfbereiches bestimmen. Fig. zeigt die Statorstäbe und die Reihenschleife in der Weise, daß sie alle in der gleichen Ebene liegen. Diese Anordnung ist jedoch nur für eine einfache Darstellung gewählt. In der Praxis würden die zwei verbundenen Statorstäbe und die Reihenschleife alle in unterschiedlichen Ebenen zu liegen kommen. Es können Stabklemmen 27 verwendet werden, um die Statorstabenden und die Reihenschleife miteinander zu verbinden.

Es wird nun kurz auf die Art und Weise eingegangen, in der die oberen und unteren Statorstäbe mit der äußeren schwimmenden Halterung 31 fest verbunden werden, da verschiedene Bandsysteme verwendet werden können. Ein derartiges Bandsystem ist in dem US-Patent 3 O89 048 beschrieben, das bereits vorstehend erwähnt wurde. Ein weiteres Beispiel eines Bandsystems ist in dem Wickelkopfbereich gemäß dem US-Patent 3 344 297 beschrieben.

Im vorliegenden Falle weisen die oberen und unteren Statorstäbe eine Kombination aus anpassungsfähigen Abstandshaltern 33 und ^MZ"-Ringen 35 auf, die zwischen den Stäben angeordnet sind, um der Wickelkopfstruktur zusätzliche Festigkeit zu geben. Zwischen dem unteren Stab 23 und der äußeren schwimmenden Halterung 31 ·. sind zahlreiche "L"-Ringe 37 angeordnet, auf denen anpassungsfähige Abstandshalter 33 angebracht sind. Obere Bandumwicklungen 41 sind um die oberen und unteren Statorstäbe und die "L"-Ringe gewickelt, während untere Bandumwickliangen 43 um die'!L"-Ringe (und erforderlichenfalls Keile 38) und die, äußere schwimmende Halterung gewickelt sind. Somit verbindet das Band um die gemeinsamen "L"-Ringe herum die Statorstäbe und die schwimmende Halterung. Zusätzlich sind die Statorstäbe und die äußere schwimmende Halterung durch ein Glasbolzenspannband miteinander verbunden. Ein mit Kunstharz getränkter Gläsfiberring 47 kann an der schwimmenden äußeren Halterung 31 befestigt sein. Diese kann in der Weise aus mit Kunstharz getränkten Lamellen hergestellt sein, wie es in dem US-Patent 3 566 010 beschrieben ist.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist am besten in Fig. 2 dargestellt. Ein erster Halterungsring 51, der zum Statorkern konzentrisch ist, ist durch eine Schraube 53 an dem Umfangsflansch 13 fest angebracht, während ein kleinerer zweiter Halterungsring 55, der ebenfalls konzentrisch zum Statorkern ist, durch einen Dübel 57 an der äußeren Halterung 31 befestigt ist. Zwischen dem Plansch 13 und dem ersten Halterungsring 51 ist ein Abstandshalter 59 angeordnet; ein ähnlicher Abstandshalter ist zwischen der äußeren Halterung 31 und dem zweiten Halterungsring angeordnet. Diese Abstandshalter 59 können aus mit Kunstharz getränkten Lamellen hergestellt sein.

Ein "sandwichartiger" Abstandshalter 61 ist zwischen den ersten und zweiten Halterungsringen angeordnet und in einer Vertiefung 62 gehalten, die in dem ersten Halterungsring ausgebildet ist. Es würde auch ein gummiummantelter, unter dem Handelsnamen "Glaskyd 1901" von der American Cyanamid vertriebener Abstandshalter oder ein Druckstrelfen oder ein Stiftabstandshalter geeignet sein. Es wird jedoch vorgezogen, daß ein mit "Kunstharz getränkter Pilzgummi" Scheibenabstandshalter verwendet wird. Die Natur eines derartigen sandwichartigen Abstandshalters wird in

der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung P (US

Serial No, 152 679, Anmeldungsnummer 2041-17-GE 72079) genauer beschrieben.

Die ersten und zweiten Halterungsringe werden durch eine glasgetränkte, "geknickte" Gespinstbandumwickelung 63 miteinander verbunden. Der Knick 65 wird gebildet, wenn das Kunstharz aushärtet. Dieser Knick 65 trägt zur Federcharakteristik der Halterungsringe bei, wie es im folgenden noch beschrieben werden wird. Der zweite Halterungsring ist an der äußeren schwimmenden Halterung durch eine Umwickelung 67 aus glasgetränktem Gespinstband befestigt, die durch ein Loch 71 in den äußeren Halterungen hindurchführt. Die Art und Weise, in der dieses Band gebildet wird, ist in dem US-Patent 3 566 010 genauer beschrieben.

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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Teile, die denjenigen in Fig. 2 ähnlich sind, weisen die gleichen Bezugszahlen auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Halterungsring 51 in der Weise dargestellt, daß er an dem Statorkern 12 starr abgebracht ist. Er könnte auch an einem Flansch auf der dynamoelektrischen Maschine 11 befestigt sein, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird nur ein Halterungsring verwendet, und der sandwichartige Abstandshalter 61 ist zwischen der Unterseite einer schwimmenden äußeren Halterung 31 und dem Halterungsring angeordnet. Die Umwicklung 63 aus glasgetränktem Gespinstband ist um den Halterungsring herum und durch ein Loch 72 in der schwimmenden äußeren Halterung gezogen. Auch in dieser Bandumwicklung ist ein Knick 65 vorgesehen.

In den Fig. 4 und 5 ist ein isolierter Wickelkopf gezeigt, der als ein Phasenspringer 111 bezeichnet wird. Ein Halterungsring 113, der mit einem Flansch 115 versehen ist, ist in Bezug auf den Statorkern konzentrisch angebracht. Der Flansch 115 führt zu einer günstigeren Geometrie für eine axiale Bewegung und kann auch in jedem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen sein. Es sei auf die oberen und unteren Statorstäbe und 119 hingewiesen, die aus dem Statorkern austreten und elektrisch in den Phasenspringer 111 eingekoppelt sind.

Der Halterungsring 113 ist an einer axial verlaufenden größeren Halterung 121 angebracht. Diese Befestigung erfolgt durch eine Umwicklung 123 aus glasgetränktem Gespinstband in Form der "Ziffer 8". Die Umwicklung führt durch ein Paar Löcher 125 in der Stirnfläche des Halterungsringes und durch ein drittes Loch in der äußeren schwimmenden Halterung hindurch. Es kann ein Abstandshalter 129 vorgesehen sein, der zwischen dem Halterungsring und der äußeren schwimmenden Halterung angeordnet ist-» Es wird ein Dübel I3I verwendet, um den Halterungsring II3 starr an der

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äußeren schwimmenden Halterung anzubringen. Die Art und Weise, in der der Halterungsring an der axialen Halterung befestigt wird,, ist wiederum in dem US-Patent 3 566 010 beschrieben.

Wie aus Fig. iJ hervorgeht, ist der Halterungsring mit einer inneren Umfangsvertiefung I35 und desgleichen mit einer Reihe eingeschnittener Abschnitte 137 versehen, um einen sandwichartigen Abstandshalter 139 aufzunehmen. Wiederum könnte eine "Glaskyd"-Wurst verwendet werden, vorteilhafterweise wird aber der Scheibenabstandshalter aus Filzgummi benutzt.

Der Abstandshalter wird zwischen dem Phasenspringer und dem Halterungsring 113 in die vorgesehene Vertiefung 135 eingesetzt. Der Phasenspringer, der Halterungsring und der dazwischen angeordnete sandwichartige Abstandshalter werden durch zwei Umwicklungen l*fl aus glasgetränktem Gespinstband umwickelt, die einen geknickten Abschnitt 1^3 aufweisen. Es können auch andere übliche Bandumwicklungen 1^5 vorgesehen sein, um weitere Abstandshalter an dem Befestigungsring in dargestellter Weise anzubringen.

Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet in folgender V/eise. Die Wickelköpfe der dynamoelektrischen Maschine sind Kräften in tangentialer, radialer und"axialer Richtung ausgesetzt. Radiale und tangentiale Kräfte werden von der Zugbandumwicklung, die in den Fig. 1-3 mit 63 und in den Fig. 4 und 5 mit l4l bezeichnet ist, und desgleichen von dem Filzscheibenabstandshalter oder dem "Glaskyd"-Abstandshalter.aufgenommen. Eine axiale Bewegung durch niederfrequente thermische Ausdehnung wird jedoch aufgrund der folgenden Konstruktionsmerkmale gestattet.

Die Geometrie der Halterungsringe und desgleichen ihre Ausrichtung in Bezug auf einander trägt dazu bei, daß eine axiale Verschiebung erlaubt wird. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist, wenn zwei Halterungsringe verwendet werden, das Verhältnis der

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Querschnittshöhe zur Breite so, daß die Bandumwlckelung eine gewisse axiale Biegung erlauben muß. Wenn ferner der erste oder äußere Halterungsring eine etwas größere Ouer-schnittsbreite als die Querschnittsbreite des zweiten.oder inneren Halterungsringes aufweist,dann ist die axiale Biegung ähnlich derjenigen, die später für die Fig. 4 und 5 beschrieben wird. In Fig. 3 1st der obere Abschnitt für eine axiale Bewegung frei, da nur der eine Halterungsring vorhanden is.t. In den Fig. 4 und 5 ist ein Halterungsring mit einem Flanschteil vorgesehen, der zusammen mit einem signifikanten Verhältnis von Querschnittshöhe zu Breite die axiale Bewegung fördert.

Das Konstruktionsmerkmal, das die Axialbewegung bei niederfrequenter thermischer Ausdehnung fördert, ist der Spielraumabschnitt in der Bandumwickelung zwischen der Umwickelung und den Halterungsteilen, der dem Halterungsring oder den Ringen eine "Federcharakteristik" gibt. Die Federcharakteristik wird durch eine derartige Anordnung oder Ausgestaltung des Bandes geschaffen, daß es die Seiten der Halterungsr.inge nicht zusammenzieht und somit eine Feder bildet, die in ihrer Querrichtung ausgelenkt werden kann. Diese Querrichtung ist so orientiert, daß sie eine Axialbewegung der schwimmenden Teile gestattet. Der oben erwähnte Spielraum kann aus einem in dem Band ausgebildeten Knick oder aufgrund der Geometrie der Halterungsringe entstehen.

Der sandwichartige Abstandshalter zwischen den Halterungsringen· oder zwischen dem Halterungsring und der äußeren schwimmenden Halterung oder zwischen dem Halterungsrinp; und dem Phasenspringer fördert eine axiale Bewegung nach vorne und nach hinten, da der elastische oder Gummiabschnitt der Scheibe eine Axialbewegung gestattet.

Eine Fehlausrichtung des Wickelkopfes· kann durch verschieden große Abstandshalter zwischen den Halterungen und den gehaltenen Strukturen aufgefangen werden.

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Claims

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Pat ent ansprüc he

f 1J Isolierhalterung mit einer Flexibilität in einer Richtung für den Wickelkopfbereich einer dynamoelektrischen Maschine, gekennzeichnet durch einen starren HaI-terungs^teil (51; 113), einen bewegbaren Teil (55; 31; 111), der neben dem starren Teil angeordnet ist, einen flexiblen Abstandshalter (61; 139), der zwischen dem starren Teil und dem bewegbaren Teil angeordnet ist, ein festes, mit Kunstharz getränktes Band (63; 141), das die starren und bewegbaren Teile und den Abstandshalter umgibt, und Spielräume, die zwischen dem Band und den Seiten der Teile ausgebildet sind.
2. Isolierhalterung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen ersten Halterungsring (51; 113), der im wesentlichen konzentrisch zur dynamoelektrischen Maschine angeordnet und an dieser starr angebracht ist, Wickelkopfteile (21; 23; Hl), die neben dem ersten Halterungsring (51; H3) angeordnet sind, wenigstens einen flexiblen Abstandshalter (61; 139), der zwischen dem ersten Halterungsring und den Wickelkopfteilen angeordnet ist, und eine einen Knick (65; 1^3) aufweisende Zugbandumwickelung (63; 141) um den Halterungsring, die Wickelkopfteile und den Abstandshalter herum, derart, daß eine Relativbewegung in radialer Richtung verhindert und eine relative Axialbewegung gestattet ist.
3. Isolierhalterung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daf. der Abstandshalter (139) eine Filz- und Gummi-Vielschichtkonstruktion ist.
4. Isolierhalterung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß die Wickelkopfteile wenigstens eine schwimmende äußere Halterung (31; 111) umfassen, an der zahlreiche Statorstäbe befestigt sind.

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5. Isolierhalterung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet , daß die geknickte Zugbandumwiekelung (63; I¹Il) um den ersten Halterungsring (51; 113), den Abstandshalter (63; 139) und die schwimmende äußere Halterung (31; 111) herumgebunden ist.
6. Isolierhalterung. nach Anspruch 2, H oder 5, d a d u ,r c h gekenn ze lehnet , daß wenigstens ein zweiter Halterungsring (55) vorgesehen ist, der im wesentlichen konzentrisch zum ersten Halterungsring (51) angeordnet und an dem schwimmenden äußeren Halterungsteil (31) starr angebracht ist j zwischen den ersten und zweiten Halterungsringen ein Abstandhalter (62) angeordnet ist und eine geknickte Zugbandumwickelung (63, I¹H) um die ersten und zweiten Halterungsringe und den Abstandshalter herumgewickelt ist, derart, daß eine Relativbewegung in radialer Richtung verhindert und eine relative Axialbewegung gestattet ist.
7. Isolierhalterung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer dynamoelektrischen Maschine angeordnet ist und einen im allgemeinen axial verlaufenden Halterungsteil (121), einen ersten Halterungsring (113). der an dem axial verlaufenden Halterungsteil (121) angebracht ist, wenigstens einen Wickelkopfbereich (111) neben dem ersten Halterungsring (113), wenigstens einen flexiblen Abstandshalter (139), der zwischen dem Wickelkopfteil und dem Halterungsring angeordnet ist, ein festes, mit Kunstharz getränktes Band (I¹Il), das den Halterungsring, den flexiblen Abstandshalter und den Wickelkopfteil umgibt, und einen Spielraum umfaßt, der zwischen dem Band sowie dem Wickelkopfteil, dem Abstandshalter und dem Halterungsring ausgebildet ist.

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8. Isolierhalterung nach Anspruch 7» dadurch g e kennzei chnet , daß der V/lckelkopfteil (111) ein Phasenspringer ist.
9. Isolierhalterung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Halterungsring einen Flansch (115) aufweist, der zur Bildung des Spielraumes auf dessen äußerem Umfang ausgebildet ist.
10. Isolierhalterung nach den Ansprüchen 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Band zur Ausbildung des Spielraumes einen Knick (1*13) aufweist.

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