DE2421831A1

DE2421831A1 - ROTOR BODY WITH DEEP-COOLED EXCITER COOLING

Info

Publication number: DE2421831A1
Application number: DE2421831A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Techn Intichar; Dieter Dipl Ing Kullmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-06
Filing date: 1974-05-06
Publication date: 1975-11-13
Also published as: FR2270708A1; GB1503608A; CH585985A5; JPS5434444B2; SE7505178L; JPS50147507A; CA1030202A; IT1037505B

Description

Rotorkörper mit tiefgekühlter ErregerwicklungRotor body with frozen excitation winding

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotorkörper einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, mit einem Trägerkörper, der mit Nuten zur Aufnahme einer tiefgekühlten Erregerwicklung versehen ist und der an einem Wellenkörper befestigt und von einem Außenzylinder umgeben ist.The invention relates to a rotor body of an electrical Machine, in particular a synchronous machine, with a carrier body with grooves for receiving a deep-frozen Excitation winding is provided and which is attached to a shaft body and surrounded by an outer cylinder.

Die Verwendung von tiefgekühlten Wicklungen, insbesondere supraleitenden Wicklungen, in elektrischen Maschinen ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der Induktion im Luftspalt zwischen einem rotierenden Maschinenteil, Läufer oder Rotor genannt, und einem feststehenden Maschinenteil, dem Stator oder Ständer. Ferner erhält man mit Supraleitern höhere Stromdichten, und Wicklungsverluste werden praktisch ausgeschlossen. Deshalb liegt das Verhältnis von Leistung zu Volumen und Gewicht bei derartigen Maschinen mit supraleitenden Erregerwicklungen wesentlich über dem einer Maschine üblicher Bauart. The use of deep-frozen windings, in particular superconducting windings, is made possible in electrical machines a significant increase in induction in the air gap between a rotating machine part, runner or rotor called, and a fixed machine part, the stator or stand. Furthermore, higher current densities are obtained with superconductors, and winding losses are practically eliminated. Therefore, the ratio of power to volume and The weight of such machines with superconducting excitation windings is significantly higher than that of a machine of the usual type.

Aus der US-Patentschrift 3 679 920 ist ein Wechselstrom-Synchron-Generator bekannt, der einen Stator mit einer ruhenden Ständerwicklung und einen Rotor mit einer supraleitenden Erregerwicklung enthält. Da die Erregerwicklung auf sehr tiefer Temperatur gehalten werden muß, ist zu ihrer guten thermischen Isolation der Rotor von einem Hochvakuum umgeben. Um die Außenwand der,hierzu erforderlichen Vakuumröhre ist die Ständerwicklung des Generators angeordnet. Der Rotor umfaßt einen Trägerzylinder aus unmagnetischem Stahl, an dessen seitlichen Enden jeweils ein hohles, konisches Übergangsteil angebracht ist. Diese Übergarigsteile verbinden den Trägerzylinder mit einem Wellenkörper, der inUS Pat. No. 3,679,920 discloses an alternating current synchronous generator known, which has a stator with a stationary stator winding and a rotor with a superconducting excitation winding contains. Since the excitation winding must be kept at a very low temperature, it is good thermal Isolation of the rotor surrounded by a high vacuum. Around the outer wall of the vacuum tube required for this the stator winding of the generator is arranged. The rotor comprises a carrier cylinder made of non-magnetic Steel with a hollow, conical transition piece attached to each of the lateral ends. This übergarigsteile connect the carrier cylinder with a shaft body, which is in

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dej/bekannten Ausführungsfοπα von zwei Wellenzapfen gebildet wird, die in zwei entsprechenden Lagern des Maschinengehäuses drehbar angeordnet sind. Der Trägerzylinder ist auf seiner Außenseite mit Schlitzen zur Aufnahme der supraleitenden. Erregerwicklung versehen. Diese Wicklungen, die in den Schlitzen mit Kunstharz eingebettet sind, werden in ihrer Lage von einem Außenzylinder gehalten. Der Außenzylinder, der ebenfalls aus einem unmagnetischen Material besteht, umgibt hierzu formschlüssig den Trägerzylinder mit den Wicklungen (Fig. 2).dej / known Ausführungsfοπα formed by two shaft journals which are rotatably arranged in two corresponding bearings of the machine housing. The carrier cylinder is on his Outside with slots to accommodate the superconducting. Provide excitation winding. These windings that are in the Resin embedded slots are held in place by an outer cylinder. The outer cylinder that also consists of a non-magnetic material, for this purpose surrounds the carrier cylinder with the windings in a form-fitting manner (Fig. 2).

Dieser Außenzylinder muß verhältnismäßig dünn ausgebildet sein, um die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Erreger- und Ständerwicklung der Maschine und damit ihren Wirkungsgrad nicht wesentlich zu verschlechtern. Er hat nicht nur die Aufgabe, den Rotorkörper vakuumdicht abzuschließen und das zur Kühlung der Erregerwicklung dienende Kühlmittel von dem ihn umgebenden Vakuumrauin abzutrennen. Vielmehr muß er auch die auf die Wicklung einwirkenden zentrifugalen Kräfte auffangen können, Mit zunehmender Drehzahl und für große Durchmesser des Rotorkörpers sind diese Kräfte bekanntlich sehr groß. Darüber hinaus rufen die elektromagnetischen Kräfte auf die Wicklungen im Außenzylinder eine ungleichmäßige Belastung in Umfangsrichtung hervor, die ihm eine ovale Form zu geben versuchen. Das Material des Außenzylinders wird somit festigkeitsmäßig stark beansprucht, und die an ihm angreifenden tangentialen Kräfte führen zu einer Begrenzung der Baugröße sowie der Drehzahl des Generators.This outer cylinder must be made relatively thin in order to avoid the electromagnetic interaction between excitation and stator winding of the machine and thus not significantly impair its efficiency. He did not only the task of closing the rotor body vacuum-tight and the coolant used to cool the excitation winding to be separated from the vacuum roughness surrounding it. Rather, it must also control the centrifugal forces acting on the winding With increasing speed and for large diameter of the rotor body, these forces are known very large. In addition, the electromagnetic forces on the windings in the outer cylinder cause uneven Load in the circumferential direction, which try to give it an oval shape. The material of the outer cylinder is thus strength-wise heavily stressed, and the tangential forces acting on it lead to a limitation the size and the speed of the generator.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Rotorkörper einer solchen elektrischen Maschine dahingehend zu verbessern, daß sein Außenzylinder verhältnismäßig hohe zentrifugale Kräfte aufnehmen kann. Insbesondere soll seine festigkeitsmäßige Beanspruchung bei darunterliegenden Erregerwicklungen verringert werden.The object of the invention is to improve the rotor body of such an electrical machine to the effect that its Outer cylinder can absorb relatively high centrifugal forces. In particular, its strength-related stress with underlying excitation windings are reduced.

Diese Aufgabe wird für einen Rotorkörper einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, der eingangsFor a rotor body of an electrical machine, in particular a synchronous machine, this task is described in the introduction

50984 8/025 5 ~ ³ ~50984 8/025 5 ~ ³ ~

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genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine kraftschlüssige Verbindung in radialer Richtung zwischen dem Aussenzylinder, dem Trägerkörper und dem Wellenkörper vorgesehen ist.mentioned type according to the invention solved in that a non-positive Connection provided in the radial direction between the outer cylinder, the carrier body and the shaft body is.

Die Vorteile dieser Ausbildung eines Rotorkörpers bestehen insbesondere darin, daß der die Erregerwicklung zusammenhaltende Außenzylinder weitgehend von Zugspannungen entlastet wird und somit bei gleichen Abmessungen aus weniger hochwertigem Material mit geringerer Festigkeit bestehen kann. Andererseits sind bei gleichem Material größere Außendurchmesser des Rotors und damit höhere Grenzleistungen der elektrischen Maschine möglich.The advantages of this design of a rotor body are in particular that the one holding the excitation winding together Outer cylinder is largely relieved of tensile stress and thus with the same dimensions from less high quality Material with lower strength can exist. On the other hand, there are larger outside diameters for the same material of the rotor and thus higher limit powers of the electrical machine are possible.

Nach einer weiteren Ausbildung des Rotorkörpers gemäß der Erfindung sind auf dem.Außenumfang des Wellenkörpers Zuganker befestigt, die mit dem Trägerkörper verbunden sind. Zwischen den auf dem Wellenkörper angeordneten einzelnen Zugankern, die insbesondere sternförmig und in regelmäßigen Abständen untereinander auf diesem befestigt sind, können die entstandenen, in einem Querschnitt senkrecht zur Rotorachse etwa keil- oder trapezförmig ausgebildeten Hohlräume vorteilhaft zur Führung eines Kühlmittels, beispielsweise Heliums, dienen. Ein Kühlmittelzutritt in radialer Richtung zu den in den Nuten des Trägerkörpers angeordneten Wicklungen wird damit erleichtert, und die Wicklungen können gleichmäßig auf Tieftemperatur gehalten werden.According to a further embodiment of the rotor body according to the invention are tie rods on the outer circumference of the shaft body attached, which are connected to the carrier body. Between the individual tie rods arranged on the shaft body, which are in particular star-shaped and attached to each other at regular intervals on this, the resulting, in a cross section perpendicular to the rotor axis approximately wedge-shaped or trapezoidal hollow spaces are advantageous serve to guide a coolant, such as helium. A coolant access in the radial direction to the in the grooves The windings arranged in the support body are thus facilitated, and the windings can be evenly reduced to low temperatures being held.

Eine Weiterbildung des Rotorkörpers nach der Erfindung besteht darin, daß die Zuganker aus mehreren, in Achsrichtung des Rotorkörpers hintereinander angeordneten Einzelkörpern bestehen. Ihre Herstellung und ihr Einbau im erwärmten Zustand zwischen dem Wellenkörper und dem Trägerkörper kann somit erleichtert werden, indem sie nacheinander von den Längsseiten des Rotorkörpers her in diesen eingepaßt werden.A further development of the rotor body according to the invention consists in that the tie rods consist of several in the axial direction of the rotor body consist of individual bodies arranged one behind the other. Their manufacture and their installation when heated between the shaft body and the support body can thus be facilitated by successively of the Long sides of the rotor body can be fitted into this.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die schematische Zeichnung Bezug genommen. In den Figuren 1 und 2 ist jeweils eine Ausbildungsform des Rotorkörpers nach derTo further explain the invention and its in the subclaims marked developments, reference is made to the schematic drawing. In Figures 1 and 2 is in each case a form of embodiment of the rotor body according to the

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Erfindung als Querschnitt senkrecht zur Rotorachse veranschaulicht. Die Figuren 3 Ms 7 zeigen kraftschlüssige Verbindungsmöglichkeiten zwischen den Zugankern und Trägerkörpern dieser Rotorkörper.Invention illustrated as a cross section perpendicular to the rotor axis. Figures 3 Ms 7 show non-positive connection options between the tie rods and support bodies of these Rotor body.

Das in Fig. 1 gezeigte Teilstück eines Rotorkörpers gemäß der Erfindung enthält einen hohlzylindrischen Wellenkörper 2, auf dessen äußerem Umfang gleichmäßig verteilt und sternförmig Zuganker 4 angeordnet sind. Diese Zuganker sind an ihren äußeren Enden als Schwalbenschwanzklauen 5 erweitert und in entsprechende Aussparungen eines um den Wellenkörper konzentrisch angeordneten, hohlzylindrischen Trägerkörpers £3 eingepaßt. Die Teile 2, 4 und 6 des Rotorkörpers können als ein Speichenrad aufgefaßt werden, an dem Nabe, Arme oder Speichen und Radkranz oder Jochring zu unterscheiden sind. Dabei ist der Trägerkörper 6 als Radkranz auf dem Radstern, der von dem Wellenkörper 2 als Nabe und den Zugankern 4 als Armen gebildet wird, durch eine Verkeilung mittels der Schwalbenschwanzklauen 5 in der Weise aufgebracht, daß bei Nenndrehzahl kein Abheben des Kranzes vom Stern erfolgen kann. Der Trägerkörper 6 besteht aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Titan oder mit Kunststoffasern verstärktem Material und ist auf seiner Außenseite mit Nuten 7 versehen, die beispielsweise in ihn eingefräst sein können. Diese Nuten haben in Umfangsrichtung untereinander gleiche Abstände und jeweils einen etwa rechteckigen Querschnitt. In sie können die in der Figur nur angedeuteten, tiefzukühlenden Leiter 9 einer Erregerwicklung eingebracht, beispielsweise von außen her in ein aushärtbares Epoxidharz eingelegt werden.The section of a rotor body according to the invention shown in FIG. 1 contains a hollow cylindrical shaft body 2, on the outer circumference of which tie rods 4 are evenly distributed and arranged in a star shape. These tie rods are widened at their outer ends as dovetail claws 5 and fitted into corresponding recesses in a hollow cylindrical carrier body 3 arranged concentrically around the shaft body. The parts 2, 4 and 6 of the rotor body can be understood as a spoked wheel on which the hub, arms or spokes and the wheel rim or yoke ring can be distinguished. The support body 6 as a wheel rim on the wheel spider, which is formed by the shaft body 2 as the hub and the tie rods 4 as the arms, is applied by wedging by means of the dovetail claws 5 in such a way that the rim cannot lift off the star at the nominal speed . The carrier body 6 consists of a non-magnetic material such as stainless steel, titanium or material reinforced with plastic fibers and is provided on its outside with grooves 7 which can be milled into it, for example. These grooves are spaced the same from one another in the circumferential direction and each have an approximately rectangular cross section. The conductors 9 of an excitation winding, which are only indicated in the figure and which are to be frozen, can be introduced into them, for example inserted from the outside into a hardenable epoxy resin.

Um beispielsweise eine sinusförmige Verteilung des Radialfeldes um den Rotorkörper mittels einer entsprechenden Stromverteilung des Rotorstromes zu erreichen, kann eine Verteilung der Wicklungsdichte in einzelnen Nuten 7 so vorgenommen werden, daß die radiale Tiefe der Wicklung in Umfangsrichtung variiert. Bei einer zweipoligen Wicklung können beispiels-For example, a sinusoidal distribution of the radial field around the rotor body by means of a corresponding current distribution of the rotor current, a distribution of the winding density in individual slots 7 can be made so that the radial depth of the winding varies in the circumferential direction. With a two-pole winding, for example

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weiße zwei einander diametral gegenüberliegende Wicklungshälften verwendet werden, von denen jede sich über etwa die Hälfte des Umfangs des Trägerkörpers 6 erstreckt. Die radiale maximale Tiefe jeder einzelnen Wicklungshälfte tritt dort auf, wo die beiden Wicklungshälften am weitesten voneinander entfernt sind, um allmählich in ein Minimum überzugehen, das sich an der Stelle befindet, wo die Wicklungshälften am nächsten beieinanderliegen. In der Figur sind in nur einer Nut 7 Leiter 9 an einer Wicklungsstelle zwischen dem Maximum und dem Minimum der Tiefe angedeutet. Diese Nut ist deshalb nur etwa zur-Hälfte mit den Leitern 9 der Wicklung gefüllt. Damit der Trägerkörper 6 gleichmäßig belastet wird, ist unterhalb dieser Leiter in dem freien Raum der Nut eine Füllung 10 angeordnet. white two diametrically opposite winding halves are used, each of which extends over about half the circumference of the carrier body 6 extends. The radial maximum depth of each individual winding half occurs there, where the two winding halves are furthest apart to gradually pass into a minimum, the is where the coil halves are closest to each other. In the figure there are only one groove 7 Conductor 9 at a winding point between the maximum and the minimum of the depth indicated. This groove is therefore only about half filled with the conductors 9 of the winding. In order to the carrier body 6 is evenly loaded, a filling 10 is arranged below this conductor in the free space of the groove.

Als.Leitermaterial kann beispielsweise eine Niob-Titan- oder eine Niob-Zinn-Legierung verwendet werden, die mittels eines umlaufenden Kühlmittels wie beispielsweise superkritischem Helium auf der erforderlichen Tieftemperatur gehalten wird. Im allgemeinen sind deshalb Kühlmittelkanäle vorzusehen, die durch Zwischenräume Vl zwischen den einzelnen Leitern 9 der Erregerwicklung gebildet werden können.As.Leitermaterial can for example be a niobium-titanium or a niobium-tin alloy can be used, which by means of a circulating coolant such as supercritical Helium is kept at the required low temperature. In general, therefore, coolant channels are to be provided through the spaces Vl between the individual conductors 9 of the Excitation winding can be formed.

Zwischen den Zugankern 4, die sternförmig und senkrecht auf dem Wellenkörper 2 stehen, sind Zwischenräume 13 ausgebildet, die eine etwa keilförmige Querschnittsflächa aufweisen. Diese Zwischenräume können vorteilhaft zur Zuführung eines Kühlmittels verwendet werden, das für die Leiter 9 der Erreger-Between the tie rods 4, which are star-shaped and perpendicular to the shaft body 2, spaces 13 are formed, which have an approximately wedge-shaped cross-sectional area. These intermediate spaces can be advantageous for supplying a coolant be used, which is for the conductor 9 of the exciter

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wicklung in den Nuten'erforderlich ist. Das Kühlmittel, für das im Falle einer supraleitenden Erregerwicklung Helium in Frage kommt, kann beispielsweise durch feine, radiale Kanäle 14 in dem Trägerkörper 6 und gegebenenfalls durch die Füllung 10 von diesen Zwischenräumen 13 aus in den Wicklungsraum eingeleitet werden.7th
winding in the grooves' is required. The coolant, for which helium comes into question in the case of a superconducting excitation winding, can for example be introduced into the winding space through fine, radial channels 14 in the support body 6 and optionally through the filling 10 from these spaces 13.

Zwischen jeweils zwei benachbarten Nuten 7 ist der Trägerkörper §_ als zahnartiger Zwischenkörper 16 mit etwa trapezförmigem Querschnitt ausgebildet. Um den Trägerkörper 6_, d. h. umBetween two adjacent grooves 7, the carrier body §_ is designed as a tooth-like intermediate body 16 with an approximately trapezoidal cross-section. To the support body 6_, ie around

509846/0255 - 6 -509846/0255 - 6 -

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die gemeinsame äußere Zylinderfläche 17 aller Zwischenkörper 1-5 und der Erregerwicklung in den Nuten 7, ist ein rohrförmiger Außenzylinder 18 angeordnet. Dieser Außenzylinder aus einem nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder Titan, ist auf seiner Innenseite mit schwalbenschwanzähnlichen Fortsätzen 19 versehen, die in entsprechende Aussparungen in den Zwischenkörpern 16 des Trägerkörpers 6 formschlüssig einpassen. Der Außenzylinder 18 ist verhältnismäßig dünn ausgebildet, um die elektromagnetische Kopplung zwischen der Erregerwicklung in den Nuten 7 und einer feststehenden, in der Figur nicht dargestellten Ständerwicklung, die konzentrisch um den Rotorkörper angeordnet ist, nicht wesentlich zu beeinträchtigen.the common outer cylindrical surface 17 of all intermediate bodies 1-5 and the excitation winding in the slots 7, is a tubular Outer cylinder 18 arranged. This outer cylinder made of a non-magnetic material such as stainless Steel or titanium is provided on its inside with dovetail-like extensions 19, which are in corresponding Fit recesses in the intermediate bodies 16 of the carrier body 6 in a form-fitting manner. The outer cylinder 18 is proportionate made thin in order to maintain the electromagnetic coupling between the field winding in the slots 7 and a stationary, stator winding not shown in the figure, which is arranged concentrically around the rotor body to affect significantly.

Bei hohen Drehzahlen des Rotors wird der Außenzylinder 18 durch die auf seiner Innenseite angeordnete Erregerwicklung festigkeitsmäßig beansprucht; denn die an den Wicklungs- und Rotorteilen angreifenden zentrifugalen Kräfte müssen von ihm zumindest teilweise aufgefangen werden. Ss können dann in ihm starke Zugkräfte in Umfangsrichtung auftreten. Der Außenzylinder 18 des Rotorlcörpers gemäß der Erfindung wird jedoch weitgehend von dieser tangentialen Beanspruchung entlastet; denn über die Fortsätze 19 und die Zwischenkörper 16 ist er an den Klauen 5 der Zuganker 4 in radialer R-ichtung mit dem Wellenkörper 2 kraftschlüssig verbunden,At high speeds of the rotor, the outer cylinder 18 is activated by the excitation winding arranged on its inside stressed in terms of strength; because those on the winding and Centrifugal forces attacking rotor parts must be at least partially absorbed by it. Ss can then in it strong tensile forces occur in the circumferential direction. The outer cylinder 18 of the rotor body according to the invention is, however largely relieved of this tangential stress; because over the extensions 19 and the intermediate body 16 he is on the claws 5 of the tie rod 4 in the radial direction with the Shaft body 2 non-positively connected,

Während in Fig. 1 ein Rotorkörper mit Außennutuiig veranschaulicht ist, zeigt Fig. 2 einen Teil einer Ausführungsform eines Rotorkörpers mit Innennutung. Bei dieser Ausführungsform kann ein Trägerkörper _22 von einem dünnen Außenzylinder 23 form- und kraftschlüssig in der in Fig. 1 dargestellten Weise umgeben sein. Unter Umständen können sogar diese beiden Rotorteile einen einzigen, gemeinsamen Körper bilden. Der Trägerkörper 22 ist auf seiner Innenseite mit Innennuten 25 versehen, die beispiä-sweise eingefräst sein können. Diese in gleichen Abständen auf der Innenseite des Trägerkörpers 22 angeordneten Innennuten 25 haben in Umfangsrichtung unterein-While FIG. 1 illustrates a rotor body with an outer groove Fig. 2 shows part of an embodiment of a Rotor body with internal grooves. In this embodiment can a support body _22 surrounded by a thin outer cylinder 23 in a form-fitting and force-fitting manner in the manner shown in FIG. 1 be. Under certain circumstances, even these two rotor parts can form a single, common body. The carrier body 22 is provided on its inside with internal grooves 25, which can be milled, for example. This in inner grooves 25 arranged at the same intervals on the inside of the carrier body 22 have one below the other in the circumferential direction

- 7 609846/0255 - 7 609846/0255

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ander gleiche Abstände und jeweils etwa rechteckige Querschnitts flächen. In diese Nuten können in der Figur nicht dargestellte Leiter einer Erregerwicklung, die beispielsweise der Wicklung nach Fig. 1 entsprechen, von innen her eingelegt werden. Zwischen jeweils zwei benachbarten Nuten 25 ist. der Trägerkörper 22 als zahnartiger Körper 26 mit etwa trapezförmigem Querschnitt ausgebildet.other equal distances and each approximately rectangular cross-section surfaces. In these grooves, conductors (not shown in the figure) of an excitation winding, for example correspond to the winding of FIG. 1, are inserted from the inside. Between each two adjacent grooves 25 is. the Carrier body 22 is designed as a tooth-like body 26 with an approximately trapezoidal cross-section.

Die zur Rotorachse hinweisenden Enden der Zwisc'aenkörper 26 sind jeweils als T-förmige Hammerkopfklaue 28 gestaltet, die in ein entsprechendes Endstück 29 eines zugeordneten Zugankers 30 form- und kraftschlüssig eingepaßt sind. Die Zuganker sind dabei wiederum sternförmig auf einem hohlzylinderförmigen Wellenkörper 32 senkrecht auf dessen Außenmantel stehend befestigt. Beispielsweise bilden sie mit dem Wellenkörper 32 auch einen gemeinsamen Radstern.The ends of the intermediate bodies 26 pointing toward the rotor axis are each designed as a T-shaped hammer head claw 28 which is inserted into a corresponding end piece 29 of an associated tie rod 30 are fitted in a form-fitting and force-fitting manner. The tie rods are in turn standing in a star shape on a hollow cylindrical shaft body 32 perpendicular to its outer jacket attached. For example, they also form a common wheel spider with the shaft body 32.

Zur leichteren Herstellung der Wicklung kann beispielsweise der hohlzylinderförmige Trägerkörper 22 mit seinen Innennuten 25 aus zwei Halbschalen bestehen. Diese Halbschalen können direkt bewickelt werden und nach dem Einlegen der Wicklung zu dem Trägerkörper 22. zusammengefügt, beispielsweise verschweißt werden. Nach dem Verschweißen werden ihre Außenflächen so abgearbeitet, daß der Trägerkörper 22 mit dem Außenzylinder 23 formschlüssig umgeben werden kann. Dieser Außenzylinder 23 kann beispielsweise in der in Fig. 1 beschriebenen Weise mit dem Trägerkörper 22 verbunden werden, um einen Kraftschluß in radialer Richtung zu gewährleisten.For easier production of the winding, for example, the hollow cylindrical support body 22 with its internal grooves 25 consist of two half-shells. These half-shells can be wound directly and closed after the winding has been inserted the carrier body 22 are joined together, for example welded. After welding, their outer surfaces are processed in such a way that that the carrier body 22 can be surrounded with the outer cylinder 23 in a form-fitting manner. This outer cylinder 23 can for example be connected to the support body 22 in the manner described in FIG ensure radial direction.

Die tiefgekühlten Erregerwicklungen können nach ihrem Einlegen in die Nuten 25 mittels Keilen 34 in ihrer Lage gesichert werden. Diese Keile, die in entsprechende seitliche Schlitze in den Zwischenkörpern 26 hineinragen, können darüber hinaus kühlmitteldurchlässig gestaltet sein, um einem Kühlmittel den Zutritt zu den Wicklungen von den zwischen den Zugankern 30 ausgebildeten Hohlräumen. 35 ztj. gestatten.The deep-frozen field windings can be secured in their position by means of wedges 34 after they have been inserted into the grooves 25 will. These wedges, which protrude into corresponding lateral slots in the intermediate bodies 26, can also Be designed to be coolant-permeable in order to allow a coolant access to the windings of the between the tie rods 30 formed cavities. 35 pt. allow.

Die in den Figuren 3 bis 7 gezeigten Teile von Rotorkörpern .-The parts of rotor bodies shown in Figures 3 to 7 .-

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gemäß der Erfindung entsprechen im wesentlichen den Teilen gemäß Fig. 2. In diesen Figuren sind verschiedene kraftschlüssige Befestigungsmöglichkeiten von Zugankern an Trägerkörpern näher veranschaulicht. Diese Trägerkörper weisen somit Innennutungen auf und sind jeweils mit einem in diesen Figuren nicht ausgeführten Außenzylinder gemäß den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 oder 2 kraft- und formschlüssig ummantelt.according to the invention correspond essentially to the parts according to FIG. 2. In these figures there are various non-positive fastening options for tie rods on support bodies illustrated in more detail. These carrier bodies thus have internal grooves and are each provided with an outer cylinder according to the exemplary embodiments, which is not shown in these figures 1 or 2 encased in a force-fitting and form-fitting manner.

In Fig. 3 sind die oberen Enden von drei sternförmig angeordneten Zugankern 40 gezeigt, die jeweils an einem entsprechenden Zwischenkörper 42 angreifen. Diese Zwischenkörper mit etwa trapezförmigem Querschnitt sind an ihren inneren, schmalen Enden jeweils zu einer Schwalbenschwanzklaue 44 verbreitert, die mit dementsprechend erweiterten äußeren Ende des jeweiligen Zugankers 40 eine kraftschlüssige Verbindung in radialer Richtung bildet. ¥icklungskeile 46 zum Abschluß der Erregerwicklung in Innennuten 47 sind bei dieser Ausführungsform mit den Wänden der Zwischenkörper 42 verschweißt.In Fig. 3, the upper ends of three star-shaped arranged tie rods 40 are shown, each on a corresponding Attack intermediate body 42. These intermediate bodies with an approximately trapezoidal cross-section are narrow at their inner Ends each widened to a dovetail claw 44, the correspondingly widened outer end of the respective Tie rod 40 forms a non-positive connection in the radial direction. ¥ winding wedges 46 to complete the excitation winding In this embodiment, the intermediate bodies 42 are welded to the walls in inner grooves 47.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die äußeren Enden von Zugankern 50 jeweils mit einer Hammerkopf klaue 51 versehen, die in das untere. T-förmig erweiterte Ende des jeweiligen Zwischenkörpers 53 einpaßt. Die Wicklungskeile 55 können direkt von den T-förmig erweiterten Enden der Zwischenkörper 53 gehalten werden.In the embodiment of Fig. 4, the outer ends of tie rods 50 are each provided with a hammer head claw 51, those in the lower. T-shaped widened end of the respective intermediate body 53 fits. The winding wedges 55 can are held directly by the T-shaped widened ends of the intermediate body 53.

Neben den direkten, kraftschlüssigen Verbindungen zwischen den Zugankern und Trägerkörpern gemäß den Figuren 3 und 4 besteht auch eine indirekte Verbindungsmöglichkeit über die Wicklungskeile am unteren Ende der Innennuten. In addition to the direct, non-positive connections between the tie rods and support bodies according to FIGS also an indirect connection option via the winding wedges at the lower end of the inner grooves.

So sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 die Wicklungskeile 61_ auf ihrer Unterseite mit schwalbenschwanzähnlichen Klauen 62 versehen. Um diese Klauen sind form- und kraftschlüssig die erweiterten Endstücke 64 der Zuganker 65 angebracht. Die Keile 6i_ sind nach der Art gemäß Fig« 2 an den Seit en wänden dar Zwischenkörper 66 befestigt.Thus, in the embodiment according to FIG. 5, the winding wedges 61_ are dovetail-like on their underside Claws 62 provided. Around these claws are form-fitting and force-fitting the extended end pieces 64 of the tie rods 65 attached. The wedges 6i_ are of the type shown in FIG. 2 on the side walls the intermediate body 66 attached.

- 9 509846/0255 - 9 509846/0255

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Nach Fig„ 6 können Zuganker und Keile eines Rotorkörpers einen gemeinsamen Körper 71. bilden. Die Innennuten 73 sind hierzu an ihren unteren Enden korn.seil verengt ausgebildet, und das T-fοrraige äußere Ende 74 des Zugankers 72, bildet als entsprechend geformter Keil die -Toria-™ und kraffcachlüßsig^ Verbindung zwischen dem Trägerkörper 75 und dem Zuganker 7v, indem esAccording to FIG. 6, tie rods and wedges of a rotor body can form a common body 71. The inner grooves 73 are designed to be narrowed at their lower ends, and the T-shaped outer end 74 of the tie rod 72, as a correspondingly shaped wedge, forms the -Toria- ™ and kraffcachlüßsig ^ connection between the support body 75 and the tie rod 7v, by it

■!iischen die schwalbenschwanzähnlich geformten inneren Enden .6 der Zwischenkörper 77 des Trägerkörpers 75, eingepaßt, bei-. spielsweise geschweißt oder geklebt ist.The dovetail-like shaped inner ends .6 the intermediate body 77 of the support body 75, fitted, at-. for example welded or glued.

In der Ausführungsform nach Fig. 7 ist ein Zuganker 81_ an einem Trägerkörper 83 befestigt. Hierzu sind die Innennuten 84 in den Trägerkörper 83 wie in Fig. 6 konisch an ihren unteren Enden verengt und mittels entsprechend geformten, scheibenförmigen Keilen 86 foraschlüssig abgeschlossen. Diese Keile 86 sind auf ihrer Unterseite mit Aussparungen versehen, die so geformt sind, daß die zu SchwaXbenschwanriklauen 87 erweiterten Enden der Zuganker 8J_- in sie formschlüssig einpassen. Der radiale Kraftschluß läßt sich somit jeweils zwischen dem Zuganker 81_ über dessen Klaue 87 und dem Keil SC mit dem Trägerkörper 83 herstellen,,In the embodiment according to FIG. 7, a tie rod 81_ is attached to a carrier body 83. For this purpose, the inner grooves 84 in the carrier body 83 are conically narrowed at their lower ends, as in FIG. These wedges 86 are provided on their underside with recesses which are shaped so that the extended ends of the tie rods 87 to SchwaXbenschwanriklauen 8J _- fit form-locking into it. The radial frictional connection can thus be established between the tie rod 81_ via its claw 87 and the wedge SC with the carrier body 83 ,,

Die in den Figuren dargestellten Zuganker bilden ein Formstück mit einem Wellenkörper₉ aus dem sie sternförmig nach außen hirVragen. Die Zuganker können aber auch auf einem Wellenkörper kraft- und formschlüssig angeordnet sein und in Richtung der Rotorachse gesehen aus einzelnen Stücken bestehen. Ihre Herstellung und ihr Einbau in den Rotorkörper gemäß der Erfindung ist damit wesentlich erleichtert.The tie rods shown in the figures form a molded piece with a shaft body ₉ from which they protrude outward in a star shape. The tie rods can, however, also be arranged in a non-positive and form-fitting manner on a shaft body and, viewed in the direction of the rotor axis, consist of individual pieces. Their manufacture and their installation in the rotor body according to the invention is thus considerably facilitated.

Der die Erregerwicklung zusammenhaltende rohrför-mige Außenzylinder wird gemäß der Erfindung durch eine kraftschlüssige Verbindung von innen gehalten. Hierzu kann beispielsweise durch ein Aufschrumpfen der einzelnen Teile des Rotorkörpers eine auf den Außenzylinder einwirkende radiale Kraft erzeugt werden. Mit Hilfe dieser Kraft lassen sich die bei der Rotation des Rotorkörpers auftretenden Fliehkräfte in einem durch das Durchschnittsschrumpfmaß beim Zusammenbau vorherbestimm-The tubular outer cylinder holding the excitation winding together is held according to the invention by a non-positive connection from the inside. For this purpose, for example a radial force acting on the outer cylinder is generated by shrinking the individual parts of the rotor body will. With the help of this force, the centrifugal forces occurring during the rotation of the rotor body can be passed through in one predetermine the average amount of shrinkage during assembly

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"baren Ausmaß kompensieren."Compensate to the extent possible.

Der Stator der Maschine kann eine herkömmliche, nicht supraleitende Wicklung, z. B. eine Doppelschientwicklung aus Kupfer umfassen. Die Wicklung kann in Epoxidharz eingebettet sein.The stator of the machine can be conventional, non-superconducting Winding, e.g. B. a double-bar winding made of copper include. The winding can be embedded in epoxy resin.

"¹Q Patentansprüche
7 Figuren" ¹ Q claims
7 figures

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Claims

VPA 74/7530

- 11 claims

Γλ y) rotor body of an electrical machine, in particular a synchronous machine, with a carrier body which is provided with grooves for receiving a deep-frozen field winding and which is attached to a shaft body and surrounded by an outer cylinder, characterized by a non-positive connection in the radial direction between the outer cylinder (18 or 23), the carrier body (6 or 22) and the shaft body (2 or 32).

2) rotor body according to claim 1, characterized in that the conductor (9) of the excitation winding is at least partially superconducting Material included.

3) rotor body according to claim 1 or 2, characterized in that on the outer circumference of the shaft body (2 or 32) tie rods (4 or 30) are attached, which are connected to the carrier body (6_ or 22).

4) rotor body according to one of claims 1 to 3, characterized by a structure similar to a spoke wheel with a cylindrical shape or hollow, cylindrical shaft body (2 or 32) as a wheel hub, and with tie rods (4 or 30) as spokes, which are fixed in a star shape and at regular intervals from one another on the shaft body (2 or 32), and with the Carrier body (6 or 22) as a wheel rim.

5) rotor body according to claim 3 or 4, characterized in that that the shaft body (2 or 32) and the tie rods (4 or 30) consist of a single piece.

6) rotor body according to claim 3 or 4, characterized in that that the tie rods (4 or 30) consist of several individual bodies arranged one behind the other in the axial direction of the rotor.

7) rotor body according to one of claims 3 to 6 with an between the grooves designed as an intermediate body carrier body, characterized in that for a non-positive connection the intermediate body (26 or 42) on their inner. Ends as

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Hammer head claw (28) or dovetail claw (44) designed are (Figure 2 or 3).

8) rotor body according to one of claims 3 to 7 with a Carrier body formed as an intermediate body between the grooves, characterized in that for a non-positive connection the tie rods (4 or 50) at their outer ends each with a dovetail claw (5) or hammer head claw (51) are provided (Figure 1 and 4).

9) rotor body according to one of claims 1 to 8 with a carrier body, which on its inside with internal grooves for Recording of the excitation winding is provided, characterized in ', that the outside of the support body (22) forms the outer cylinder (23) of the rotor body.

10) rotor body according to one of claims 1 to 9 _5, characterized in that its carrier body (6 or 22) and its outer cylinder (18 or 23) consist of non-magnetic material.

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