DE2327909C3 - Direkt flüssigkeitsgekühlte Läuferwicklung für eine elektrische Vollpolsynchronmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine direkt flüssigkeitsgekühite Läuferwicklurig für eine elektrische Vollpolsynchronmaschine, in welcher in den Nuten jedes Pols eine erste Gruppe von elektrisch in Reihe geschalteten und hydraulisch parallel verbundenen, konzentrisch angeordneten, gleichsinnig gewickelten Spulen vorgesehen ist. deren Ausführungen axial an einer Läuferseite liegen und aus dem Bereich des Stirnteils der Maschine heraustreten. Eine solche Läuferwicklung ist aus der US-PS 30 34 003 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist nur eine Spulengruppe vorhanden und durch die gleichsinnige Wicklung wird es möglich, die oberen und unteren Enden der Spulen aus dem Bereich des Stirnteils der Maschine heraustreten zu lassen und sie dort zu vei binden. Andererseits ist die bekannte Ausbildung dadurch kompliziert, als an der anderen Läuferseite weitere hydraulische Verbindungselemente vorhanden sind, durch die die Kühlflüssigkeit den verlängerten Leitern de;; Stirnteils zugeführt oder von ihnen abgeführt wird. Dies führt außerdem zu einer Vergrößerung der Läuferlänge und zur Notwendigkeit, zusätzliche Bandagen vorzusehen.

Aus der britischen Patentschrift 12 54 111 ist eine ähnliche Ausbildung bekannt, bei der die miteinander verbundenen Spulen einer Gruppe jedoch gegensinnig gewickelt sind, wodurch es unmöglich wird, deren Enden aus dem Bereich des Stirnteils der Maschine herauszuführen und wodurch unzuverlässige, leicht zu beschädigende und schwer zugängliche Flüssigkeitszuführungen zu den Leitern erforderlich werden, welche innerhalb des Stirnteils der Maschine liegen.

Aus der DT-AS 15 38 710 ist schließlich noch eine direkt flüssigkeitsgekühlte Erregerwicklung für Synchrongeneratoren bekannt, bei welcher die Stirnverbindungen auf einer Läuferseite entsprechend einer konzentrischen Wicklung und auf der anderen Läuferseite nach Art einer Zweischicht-Wellen- oder Schleifenwicklung ausgeführt sind, wobei in denselben Nuten des Läufers auch mehrere übereinanderliegende Lagen der Erregerwicklung angeordnet sein können. Diese Ausbildung gibt jedoch keine Hinweise in Richtung einer einfachen Ausführung der vorausgesetzten Bauart mit elektrischer Reihenschaltung und hydraulischer Parallelschaltung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aus Spulen bestehende Läuferwicklung zu schaffen, bei der die Herausführungen so gelegen sind, daß eine gedrängte und einfache Anordnung aller elektrischen und hydraulischen Verbindungen an einer Läuferseite möglich wird und der freie Zugang zu diesen Verbindungselernenten, z. b. bei der Montage, der Prüfung oder der Reparatur, möglich wird. Schließlich soll ein kurzer, stabiler Läufer Verwendung finden können.

Ausgehend von der eingangs genannten Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäE vorgeschlagen, daß in den Nuten radial oberhalb dei ersten Gruppe von Spulen eine zweite Gruppe vor konzentrisch angeordneten, gleichsinnig jedoch insge samt gegenüber den Spulen der ersten Grupp< gegensinnig gewickelten Spulen befestigt ist, welch« untereinander und mit den Spulen der ersten Gruppi elektrisch in Reihe geschaltet und hydraulisch paralle verbunden sind, daß die Oberausführungen um Unterausführungen der zweiten Gruppe von Spule gleichachsig zu den in den Nuten angeordneten Leiter verlaufen, mit welchen sie verbunden sind, und daß di Oberausführungen und Unterausführungen der erste Gruppe von Spulen nach dem Austritt aus den Nuten a der Stirnseite der jeweiligen Spulen in Umfangsrichtun verlaufen und aus dem Bereich der Stirnseite an d( Stelle in axialer Richtung heraustreten, an der auch d entsprechenden gleichnamigen Ober- bzw. Unterau führungen der zweiten Gruppe von Spulen verlaufen.

Bei einer solchen Ausbildung gelingt bei gleichzeiti- ;er Vereinfachung der Konstruktion ein erhöhter vühlflüssigkeitsdurchsatz, wodurch die Herstellung jilliger und die Zuverlässigkeit höher wird. FlüssigkeitstuFührungen auf der zweiten Seite des Läufers, die gewöhnlich die Antriebsseite ist, werden entbehrlich jnd damit auch Vorrichtungen zu deren Befestigung.

Auch muß die Welle nicht mehr von sich über die ganze Länp.ft erstreckenden Axialkanälen durchsetzt sein, so daß deren Festigkeit und Vibrationseigenschaften verbessert sind. Dabei wirkt mit, daß die Welle kürzer gebaut werden kann und von der Antriebsseite auch keine Radialkanäle notwendig sind. Schließlich brauchen auf der Antriebsseite auch keine verlängerten Windungsabschnitte isoliert zu werden.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind zwischen den Windungen der Spulen der ersten Gruppe Übergänge durch radiale Versetzung aller Leiter dieser Spulen zur Läuferachse hin um die Höhe eines Leiters gebildet und zumindest die Übergänge, in deren Bereich die Oberausführungen der Spulen der ersten Gruppe verlaufen, sind an der Austrittsstelle der in der Nut unten liegenden Leiter einer Windung längs des Axialabschnittes der Stirnseite der kleinsten Spule angeordnet.

Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, wenn abwechselnd fortlaufend je eine Spule der beiden Gruppen miteinander durch unmittelbare Verbindung mit Hilfe von Massivleitern der zugehörigen Ober- oder Unterausführungen, angefangen von der kleinsten Spule der einen Gruppe zu der größten Spule in der anderen Gruppe, in Reihe geschaltet sind.

Schließlich sind zweckmäßigerweise die Massivleiter und die hydraulischen Spulenanschlüsse durch eine Wickelkopfkappe gegen Radialverschiebungen gehaltert.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 das vereinfachte elektrische Schaltbild der Wicklung eines Zweipolläufers;

F i g. 2 den Längsschnitt des Stirnteils des Läufers mit der Ansicht der Oberausführungen;

F i g. 3 den Längsschnitt des Stirnteils des Läufers mit der Ansicht de.- unteren Spulenausführungen;

F i g. 4 die Ansicht der Läuferwicklung in perspektivischer Darstellung.

Jede Läuferpolwicklung enthält zwei Gruppen von Spulen 1 bis 4 und 5 bis 7, wobei die Spulen 5 bis 7 einer Gruppe in den unteren Nutenteilen angeoidnet sind und die Spulen 2 bis 4 der anderen Gruppe sich in den Oberteilen derselben Nuten befinden, wobei die Spulen verschiedener Gruppen voneinander isoliert sind. In der vorliegenden Ausführungsvariante des Läufers ist in verkürzten, am großen Läuferzahn 8 (F i g. 4) liegenden Nuten nur eine Spule 1 eingelegt, die zur zweiten Gruppe gehört. In anderen Ausführungsvarianten können allerdings in diesen Nuten Spulen der ersten und der zweiten Gruppe untergebracht werden. Alle Spulen haben je zwei Windungen.

Auf dem Schaltbild in F i g. 1 sind die hohlen Leiter 9 mit einer Linie, die Verbindungsleiter iO und 11 mit vollem Querschnitt mit zwei Parallellinien und die Zufühpjngs- bzw, Abführungsstellen 12 bzw. 13 für die Flüssigkeit mit Pfeilen angegeben.

Die Spulen 5 bis 7 der ersten Gruppe sind gegenüber den Spulen 1 bis 4 der zweiten Gruppe gegensinnig gewickelt.

Die Ober- und Unterausführungen 14 bzw. 15 der Spulen 1 bis 4 der zweiten Gruppe sind aus dem Stirnteilbereich von der Nut axial, und zwar koaxial zu den an sie in den Nuten anstoßenden Leitern verlegt.

Die Ober- und Unterausführungen 16 bzw. 17 der Spulen 5 bis 7 der ersten Gruppe verlaufen nach dem Austritt aus den Nuten an der Stirnseite der jeweiligen Spulen in Umfangsrichtung und treten aus dem Bereich der Stirnseite an der Stelle in axialer Richtung heraus, an der auch die entsprechenden gleichnamigen Ober- bzw. Unterausführungsn 14 bzw. 15 der zweiten Spulengruppe verlaufen.

Zwecks freier Anordnung der Oberausführungen 16 sind die Übergänge 18 von einer Windung zur anderen bei den Spulen 5 bis 7 der ersten Gruppe, die durch Abbiegen aller Leiter dieser Spulen zur Läuferachse hin um die Höhe eines Leiters gebildet sind, am Austritt der unteren Spulenausführung aus der Nut längs des Axialabschnitts am Stirnteil der kleinsten Spule 5 der ersten Gruppe angeordnet. Nur bei einer, und zwar der größten Spule 7 der ersten Reihe können die Übergänge von einer Windung zur anderen an einer beliebigen Stelle des Axialabschnitts der eigenen Spule angeordnet werden, nämlich an der Seite, wo ihre 'Jnterausführung aus der Nut heraustritt

Die elektrische Hintereinanderschaltung der Spulen eines Pols ist mit Hilfe von Massivleitern 10 ausgeführt, die radial angeordnet sind, wobei in diesen Serienstromkreis die Spulen 1 bis 4 der zweiten Gruppe, angefangen von der kleinsten Spule 1, mit den Spulen 5 bis 7 der ersten Gruppe, angefangen von der größten Spule 7, abwechselnd fortlaufend eingeschaltet sind.

Die Zwischenpolverbindungen der Wicklungen erfolgen ebenfalls über zwei Massivleiter 11 am Stirnteil auf der Seite der Ausführungen. Dabei verbindet jeder Massivleiter 11 den oberen Leiter, der an die Ausführung der größten Spule 4 der zweiten Gruppe eines Pols stößt, mit dem benachbarten oberen Leiter der größten Spule 4' der zweiten Gruppe des zweiten Pols.

Die Isolierelemente 19, 20, 21, 22 der Spulenausführungen und der Massivleiter sind an der Kreuzung mit Leitern anderer Spulen verstärkt.

Die Übergänge von einer Windung zur anderen in den Spulen 1 bis 4 der zweiten Gruppe sind wie üblich in Tangentialabschnitten der Stirnteile angeordnet. Zur gleichmäßigen Verteilung der mechanischen Beanspruchung der Stirnteile der Spulen der zweiten Gruppe seitens der Stirnteile der ersten Spu'engruppe sowie der Wickelkopfkappe 23 seitens aller Stirnteile sind an den Leitern der zweiten Spulengruppe an den Windungsübergängen oben und unten Keile 24 befestigt. Zu demselben Zweck sind bei den Spulen der ersten Gruppe an den oberen Leitern ebenfalls Keile 24 (Fig. 2) an den Windungsübergängen befestigt.

An die Spulenausführungen sind Metallrohre 25 angeschlossen, die durch Isolierrohre 26 (F i g. 2 und 3] hindurchgesteckt sind. Die Kühlflüssigkeit wird aus einer zur Welle offenen und durch einen Anschlagring 27 sowie einen Profilring 28 gebildeten Drucksammei kammer zugeführt, in welche die Kühlflüssigkeit al; offener Strahl aus Kanälen 29 in einem Ring fließt, dei im Gehäuse 30 der Kühlflüssigkeitszuleitungseinrich tung hermetisch befestigt ist.

Das Gehäuse 3ö der Kühiilüssigkeitszülcitungsein richtung wird vom Luftraum um die Welle herum durcl einen ringförmigen Vorsprung 31 abgedichtet. Dii Flüssigkeit wird durch den rotierenden Läufer über di<

Unterausführungen der Spulen 5 bis 7 erster Gruppe mitgenommen und durch alle Spulenwindungen über örtliche Kanäle 32 getrieben, mit denen die Unterausführungen der Spulen 1 bis 4 der zweiten Gruppe verbunden sind.

Dann fließt die Flüssigkeit aus den Spulen 1 bis 4 der zweiten Gruppe auf die innere Oberfläche des am Anschlagring 27 befestigten Abflußringes 33, von dem sie ins Gehäuse 30 des hydraulischen Systems abfließt. In dieses Gehäuse fließt die Flüssigkeit auch aus den Spulen 5 bis 7 der ersten Gruppe über öffnungen 34 (F i g. 2) im Profilring 28 ab.

Radialverschiebungen der elektrischen und hydraulischen Verbindungen in der Nähe der Stirnteile der Wicklung verhindert die Wickelkopfkappe 23. Zur Verhinderung von deren Axialverschiebungen dient der Anschlagring 27. Die Wickelkopfkappe 23 und der Anschlagring 27 bilden eine am Läuferkörper befestigte Bandagebaugruppe mit einem Sitz.
Die Schaltung und der Aufbau der vorgeschlagenen Wicklung ermöglichen auch die Benutzung anderer Systeme, bei denen die Flüssigkeit durch Kanäle in der Welle zu- und abgeführt wird, sowie die Anwendung direkter elektrischer Verbindung der Oberausführungen 14, 16 und der Unterausführungen 15 und 17 ohne die

ίο Massivleiter 10. Diese Verbindung kann z. B. durch Anschluß an einen gemeinsamen Ansatz erfolgen, wobei die Kühlflüssigkeit nicht durch zwei, sondern durch ein gemeinsames Rohr zugeführt werden kann.

Bei anderen Kühlungssystemen kann die Richtung der Flüssigkeitsströmung in den Spulen eine andere als die in F i g. 1 bis 3 mit Pfeilen angegebene Richtung sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Direkt flüssigkeitsgekiihlte Läuferwick: ig für eine elektrische Vollpolsynchronmaschine, in weleher in den Nuten jedes Pols eine erste Gruppe von elektrisch in Reihe geschalteten und hydraulisch parallel verbundenen, konzentrisch angeordneten, gleichsinnig gewickelten Spulen vorgesehen ist, deren Ausführungen axial an einer Läuferseite liegen und aus dem Bereich des Stirnteiles der Maschine heraustreten, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nuten radial oberhalb der ersten Gruppe von Spulen (5 bis 7) eine zweite Gruppe von konzentrisch angeordneten, gleichsinnig jedoch insgesamt gegenüber den Spulen der ersten Gruppe gegensinnig gewickelten Spulen (1 bis 4) befestigt ist, welche untereinander und mit den Spuien (5 bis 7) der ersten Gruppe elektrisch in Reihe geschaltet und hydraulisch parallel verbunden sind, daß die Oberausführungen (14) und Unterausführungen (15) der zweiten Gruppe von Spulen (1 bis 4) gleichachsig zu den in den Nuten angeordneten Leitern verlaufen, mit welchen sie verbunden sind, und daß die Oberausführungen (16) und Unterausführungen (17) der ersten Gruppe von Spulen (5 bis 7) nach dem Austritt aus den Nuten an der Stirnseite der jeweiligen Spulen in Umfangsrichtung verlaufen und aus dem Bereich der Stirnseite an der Stelle in axialer Richtung heraustreten, an der auch die entsprechenden gleichnamigen Ober- (14) bzw. Unterausführungen (15) der zweiten Gruppe von Spulen (1 bis 4) verlaufen.

2. Läuferwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Windungen der Spulen (5 bis 7) der ersten Gruppe Übergänge (18) durch radiale Versetzung aller Leiter dieser Spulen zur Läuferachse hin um die Höhe eines Leiters gebildet sind und daß zumindest die Übergänge (18), in deren Bereich die Oberausführungen (16) der Spulen (5 bis 7) der ersten Gruppe verlaufen, an der Austrittsstelle der in der Nut unten liegenden Leiter einer Windung längs der Axialabschnitte der Stirnseite der kleinsten Spule (5) angeordnet sind.

3. Läuferwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd fortlaufend je eine Spule der beiden Gruppen miteinander durch unmittelbare Verbindung mit Hilfe von Massivleitern (10) der zugehörigen Ober- (14, 16) oder Unterausführungen (15, 17) angefangen von der kleinsten Spule der einen Gruppe zu der größten Spule in der anderen Gruppe in Reihe geschaltet sind.

4. Läuferwicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Massivleiter (10) und die hydraulischen Spulenanschlüsse (Metall- und Isolierrohre 25,26) durch eine Wickelkopfkappe (23) gegen Radialverschiebungen gehaltert sind.