DE2239567C2

DE2239567C2 - Dynamoelektrische Maschine

Info

Publication number: DE2239567C2
Application number: DE2239567A
Authority: DE
Inventors: Brian Ernest Baxter Delanson N.Y. Gott
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-08-23
Filing date: 1972-08-11
Publication date: 1983-10-20
Also published as: JPS4830001A; CH543827A; US3714477A; GB1355154A; JPS52158303U; DE2239567A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische Maschine mit einem geblechten Statorkern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In einer großen dynamoelektrischen Maschine, wie z. B. einem Turbogenerator, folgt der synchrone Fluß, der durch die rotierende Feldwicklung erzeugt wird, Pfaden in den eine hohe magnetische Permeabilität aufweisenden Kernblechen, die quer zur Rotorachse angeordnet sind, um so eine Verbindung mit der in den Nuten des Statorkernes angeordneten Wicklung herzustellen. Im Wickelkopfbereich, wo die Ankerstäbe aus dem Statorkern austreten und einer komplexen Konfiguration folgen, fließt der Streufluß sowohl von der Rotorfeldwicklung als auch von den in den Ankerstäben fließenden Strömen in ungewünschten Bahnen und weist axiale Komponenten auf, die dazu neigen, sowohl das Joch als auch die Zähne des Statorkernes zu durchdringen, wodurch eine unerwünschte Erwärmung und andere Verluste hervorgerufen werden.

Es sind seit langer Zeit Konstruktionen bekannt, in denen die Statorkernbleche am Ende des Kernes zurückgestuft sind, um eine Überhitzung dadurch auf ein Minimum herabzusetzen, daß ein besserer Flußpfad in radialer Richtung gebildet wird. In der US-PS 16 89 187 werden zusätzliche zurückgestufte Bleche an der Außenseite der Hauptkernbleche in dem Zahnbereich des Kernes beschrieben und in der US-PS 27 95 714 sind ähnliche zurückgestufte Bleche an der Außenseite der Wicklung im Joch des Kernes beschrieben. Die vorgenannten Konstruktionsarten werden hier als ein »Flußshunt« bezeichnet, da sie aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt sind und die abgestuften Bleche die Neigung haben, den Magnetfluß parallel zum synchronen Fluß in einer Ebene quer zur Rotorachse zu sammeln und zurückzuleiten.

Weiterhin ist in der US-PS 16 89 187 eine Konstruktion mit einer »Flußabschirmung« beschrieben. Diese ist typischerweise ein so geformter Kupferring, daß er mit der Form des Klemmflansches aus Eisen übereinstimmt, der die Kernbleche in ihrer Lage hält Die Abschirmung ist ein leitendes Teil mit niedriger magnetischer Permeabilität und ist so angeordnet, daß darin Kreisitröme erzeugt werden, die ein abschirmendes Magnetfeld bilden, welches den Streufluß von dem Statorkern wegleitet

Da die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen aufgrund verschiedener Prinzipien arbeiten, sind sie bisher unter gegenseitigem Ausschluß angewendet worden. Bei größeren Nennleistungen von dynamoelektrischen Maschinen ist es jedoch wesentlich, die Wickelkopfflüsse in einer solchen Weise zu steuern, daß die nachteilige Wirkung auf die dynamoelektrische Maschine auf ein Minimum herabgesetzt ist

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flußabschirmung für den magnetischen Fluß in dem Wickelkopfbereich einer dynamoelektrischen Maschine zu schaffen, die auch bei den wesentlich erhöhten Nennleistungen moderner dynamoelektrischer Maschinen die Wirkungen des Streuflusses auf ein Minimum reduziert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß einerseits durch das Zusammenwirken der Flußabschirmung und des Flußshunts der Streufluß vermindert wird und andererseits für eine zusätzliche Kühlung in dem kritischen Wickelkopfbereich gesorgt wird. Mit dieser Anordnung können auch große dynamoelektrische Maschinen im Grenzleistungsbereich sicher betrieben werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem Abschnitt am Ende des Statorkerns der dynamoelektrischen Maschine.

F i g. 2 ist eine Schnittansicht von dem gleichen Abschnitt der dynamoelektrischen Maschine.

In F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht gezeigt, die vom Ende in die Bohrung einer dynamoelektrischen Maschine hineinsieht. Der Statorkern ist aus geschichteten Blechen 1 aus Eisenstanzstücken gebildet, die in durch Gaskühlkanäle 3 getrennten Paketen 2 angeordnet sind. Die Stanzstücke weisen fluchtende Ausschnitte 4 auf, die zusammen Nuten bilden, in denen obere bzw. untere Ankerstäbe 5, 6 angeordnet sind. Deshalb kann der Statorkern ganz allgemein in einen »Zahn«-Abschnitt 7, der also die Zähne zwischen den Nuten bildet, und einen »Joch«-Abschnitt 8 unterteilt werden, d. h. den Abschnitt des Kernes, der radial außen von der Wicklung angeordnet ist. Die Bleche sind in axialer Richtung durch einen Klemmflansch 9 aus Stahl zusammengedrückt und in ihrer Lage gehalten, und die Kraft des Klemmflansches wird auf die Zähne durch auf der Außenseite angeordnete Abstandsblöcke 10 weitergeleitet, die axial auf die Zähne drücken. Die Ankerstäbe 5,6 sind durch geeignete Keile 11 in ihrer Lage gehalten und die Kernbleche 1 sind zurückgestuft, wie es bei 12 gezeigt ist.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen dem Klemmflansch 9 und den

äußeren Abstandsblöcken 10 ein Flußshuntring 14 angeordnet Der Flußshuntring 14 ist aus übereinander geschichteten Blechen hergestellt, die in der gleichen Weise wie diejenigen in dem Statorkern aufgebaut sind, diesen gegenüber jedoch eine kürzere Länge besitzen. Sie sind mit Ausschnitten 15 versehen, die mit den Ausschnitten 4 in den Kernblechen fluchten, um so die Kernnut zu verlängern. Die Enden der Flußshuntringbleche sind, wie es bei 16 gezeigt ist, in der gleichen Weise wie diejenigen im Statorkern zurückgestuft, aber bei einem größeren Durchmesser. Auf Wunsch können sie mit zusätzlichen Nuten oder Schlitzen 17 versehen sein, um die Wirbelstromverluste in denjenigen Teilen des Flußshuntringes 14 herabzusetzen, die gegenüber der axialen Flußkomponente frei liegen. Zwischen dem Shuntring 14 und dem Klemmflansch 9 sind Abstandsblöcke 18 vorgesehen, um so den Druck des Klemmflansches 9 auf die herausragenden Zahnabschnitte der Shuntringbleche zu übertragen. Die Abstände zwischen den Abstandsblöcken 18 bilden auch Gaskanäle zur Kühlung. Das axial am weitesten innen gelegene Blechpaket 19 in dem Shuntring 14 ragt radial nach innen (in der Zeichnung nach oben) bis zu einer Stelle, die etwa zwischen den oberen und unteren Ankerstäben 5, 6 liegt. Die Shuntringbleche weiden vorzugsweise zeitlich vorher zusammengebaut und für eine einfache Montage zu einem Ring verbunden.

Eine Flußabschirmung 20 besteht aus einem Ring aus gut leitendem, eine niedrige Permeabilität aufweisenden Material mit einer solchen Kontur, die der Form des Klemmflansches 9 folgt. Die Abschirmung 20 kann geeigneterweise aus Kupfer mit einer Dicke von etwa 12,5 mm hergestellt sein. Ihr radial am weitesten innen gelegener Rand 21 endet neben dem Flußshuntring 14 unmittelbar unter den Nutausschnitten 15.

Anhand des in Fig.2 gezeigten Querschnittes wird nun die Wirkungsweise der Kombination aus der Flußabschirmung 20 und dem Flußshuntring 14 beschrieben. Ein Teil des Generatorrotors ist bei 22 gezeigt Ein durch den Rotor und den Haltering fließender Streufluß tritt in Längsrichtung von dem Wickelkopfbereich aus ein, wie es durch die gestrichelten Pfeile 23 angedeutet ist In der Flußabschirmung 20 werden Kreisströme erzeugt die an dem radial inneren Abschnitt der Flußabschirmung 2ö eine Umfangskomponcnte in der einen Richtung und in dem äußeren Abschnitt der Flußabschirmung eine Komponente in der entgegengesetzten Umfangsrichtung haben, wie es durch die Enden der Vektoren 24 bzw. 2i> dargestellt ist Das resultierende elektromagnetische Feld, das durch diese Kreisströme hervorgerufen ist, ist dem in Längsrichtung eintretenden Streufluß 23 entgegengerichtet und leitet ihn um die Abschirmung 20 herum in Richtung auf die Statorkernzähne.

Der abgeleitete Streufluß tritt in den eine hohe Permeabilität aufweisenden Pfad ein, der durch die zurückgestuften Shuntringblechenden am Innenumfang 16 des Flußshuntringes 14 gebildet wird, und fließt in radialer Richtung und dann in Umfangsrichtung durch den Flußshuntring 14, wodurch die Zähne des Statorkernes vor dem abgeleiteten Streufluß geschützt werden.

Es wurde gefunden, daß der Flußshuntring 14 höchst wirksam ist, wenn sich die zurückgestuften Bleche bis zu einer radialen Stelle erstrecken, die etwa zwischen dem oberen Ankerstab 5 und dem unteren Ankerstab 6 liegt. Eine weitere Verlängerung des Flußshuntringes nach innen ist weitgehend unwirksam und kann zu einer erhöhten Erwärmung der Flußshuntzähne führen, während kürzere Verlängerungen die Effektivität des Flußshuntes beim Einfangen des abgeleiteten Streuflusses herabsetzt. Auch wenn der Abschluß der radial am weitesten innen liegenden Flußshuntbleche zwischen den oberen und unteren Statorstäben als die beste Anordnung angesehen wird, können selbstverständlich etwas längere oder kürzere Verlängerungen des Flußshuntes verwendet werden, um eine bestimmte Maschinenkonstruktion zu optimieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Dynamoelektrische Maschine mit einem geblechten Statorkern, der innere, die Wicklung tragende Zähne und ein äußeres Joch aufweist, mit an den axialen Enden des Statorkernes je einem abgestuften Flußshuntring aus Blechen mit hoher magnetischer Permeabilität und mit dem Joch und den jochseitigen Zahnbegrenzungen fluchtend, und mit einem Klemmflansch, der radial außerhalb der Wicklung angeordnet ist und die FluPshuntringbleche und die Statorkernbleche zusammenhält, dadurch gekennzeichnet, daß axial außerhalb des Klemmflansches (9) eine Flußabschirmung (20) aus elektrisch leitendem Material niedriger magnetischer Permeabilität angeordnet ist, dessen innerer Rand (21) neben dem Flußshuntring (14) und radial zwischen dem Klemmflansch (9) und der Wicklung (5,6) liegt, und daß zwischen dem Klemmflansch (9) und dem Flußshuntring (14) radial verlaufende Abstandsblöcke (18) angeordnet sind, die sich bis zum abgestuften Innenumfang (16) des Flußshuntringes (14) erstrecken.

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche des Flußshuntringes (14) von einer Stelle nahe dem Innenumfang der Flußabschirmung (20) bis etwa zur radialen Mitte der Hauptwicklung (5, 6) zurückgestuft sind.

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