DE2912592A1 - Elektrische maschine mit lamelliertem blechpaket - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 79 P 3719 BRD

Elektrische Maschine mit lamelliertem Blechpaket

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit lamelliertem Blechpaket, das aus mehreren axial hintereinanderliegenden Blechpaketstapeln besteht, zwischen denen radial verlaufende Kühlkanäle liegen, und in dem Nuten vorgesehen sind, in denen, durch Nutenverschlußkeile gehalten, die Leiter der Wicklung und gegebenenfalls Beilagen angeordnet sind. Eine derartige elektrische Maschine ist allgemein bekannt, siehe z. B. das im Springer-Verlag 1973 erschiene-Buch von Sequenz "Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschinen", Seite 159. Das Blechpaket einer derartigen elektrischen Maschine ist gasgekühlt, dies bedeutet, daß die in den Wicklungen im Bereich des Blechpaketes und die im Bereich der Zähne entstehenden und sich als Wärme darstellenden Verluste überwiegend durch die Isolierung der Wicklungen hindurch an die Zähne des Blechpaketes abgegeben und von dort überwiegend quer zur Schichtrichtung der Bleche bis zum Kühlkanal transportiert werden, wo sie vom radial strömenden Kühlgas aufgenommen werden. Da somit die Wärme-

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übertragung verschiedene Hindernisse überwinden muß, ist eine verhältnismäßig große Anzahl von radialen Kühlkanälen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abführung der Wärmeverluste aus dem Blechpaket einer gasgekühlten elektrischen Maschine zu verbessern und dadurch die Temperaturen der Leiter der Wicklung im Bereich des Blechpaketes und die der Zähne zu senken.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer elektrischen Maschine der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung jeweils im zwischen zwei radialen Kühlkanälen liegenden Blechpaketstapel mehrere hintereinander angeordnete Bleche enthalten, bei denen die Nutbreite größer als die Breite der Leiter ist, und am Nutgrund ist eine Aussparung mit größerer Nuttiefe, als es der Tiefe der Leiter nebst Beilagen und Nutenverschlußkeil entspricht, vorgesehen, die sich zumindest über einen Teil der Nutbreite erstreckt und jeweils bis zu einer Seitenkante der Nut reicht, an welcher die Leiter nicht anliegen, wobei die Bleche so angeordnet sind, daß die am Nutgrund vorhandenen Aussparungen einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlkanal bilden, der zumindest einseitig in einen radialen Kühlkanal mündet.

Innerhalb des Blechpaketstapels wird somit bei den hintereinanderliegenden und einen Teilstapel bildenden Blechen mit Nuten größerer Nutbreite ein in radialer Richtung verlaufender Seitenkanal zwischen der Seitenkante der Nut und der Breitseite der isolierten Leiter der Wicklung geschaffen, der in den Luftspalt der Maschine mündet. Außerdem entsteht ein weiterer axial verlaufender Kanal am Nutengrund, der mit dem Seitenkanal in Verbindung steht und seinerseits ein- oder beidseitig in einen radialen Kühlkanal mündet. Das gasförmige Kühlmittel kann also vom Luftspalt der Maschine aus in den

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- VPA 79 P 3719 BRD Seitenkanal eintreten, bestreicht dort unmittelbar die Oberfläche der Isolierung der Leiter der Wicklung und die Nutwand und tritt über den axialen Kanal am Nutengrund wieder in einen radialen Kühlkanal über. Der überwiegende Teil der in den Leitern der Wicklung entstehenden Verluste wird dadurch direkt vom Kühlgas an der isolierten Leiteroberfläche aufgenommen. Auch der überwiegende Teil der Zahneisenverluste wird innerhalb der Bleche zur Seitenkante der Nut transportiert und dort vom Kühlgas aufgenommen. Da die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Bleche wesentlich größer ist als die Wärmeleitfähigkeit quer zur Schichtrichtung, bleibt der Temperaturanstieg im Zahnbereich sehr klein. Die somit durch die Erfindung erhaltene Verbesserung der Abfuhr der Wärmeverluste ermöglicht es, die Abstände zwischen den radialen Kühlkanälen gegenüber der bekannten Bauweise zu vergrößern, so daß die durch die Seitenkanäle und den axialen Kanal am Nutengrund gegebene Verringerung des magnetischen Querschnitts mit Leichtigkeit ausgeglichen werden kann.

Da die jetzt verwendeten Isolierungen der Leiter der Wicklung mit ausgehärtetem Kunstharz getränkt und maßgenau ausgehärtet sind, ist durch die Seitenkanäle nicht die Gefahr eines Aufquellens der Isolierung gegeben. Es ist aber zweckmäßig, daß in den Blechen mit Nuten größerer Nutbreite die Leiter jeweils einseitig an einer Seitenkante der Nut anliegen. Eine Verbesserung der Festlegung der Leiter erzielt man mit Vorteil dadurch, daß die Bleche mit Nuten größerer Nutbreite jeweils stapelweise in einer zueinander um 180 gedrehten Lage angeordnet, d. h. auf Umschlag gepackt sind. Dadurch ist der Seitenkanal einmal rechts und einmal links vom Leiter angeordnet. Es empfiehlt sich ebenfalls, den Nutenverschlußkeil im Bereich des Seitenkanals auszuklinken, um den Eintritt des Kühlgases vom Luftspalt der Maschine her zu erleichtern, sofern der Seitenkanal nicht durch

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die Formgebung der Nutöffnung sowieso zum Luftspalt geöffnet ist.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der in den Figuren 1 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Die Figuren 1, 3, 6, 9» 10 und 11 zeigen jeweils im Schema radiale Schnitte durch die Nuten des Ständerblechpaketes, während die Figuren 2, 4, 5» 7» 8 und 12 in axialer Richtung verlaufende Schnitte durch die Nut und das Ständerblechpaket zeigen. Für gleiche Teile sind in allen Figuren jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Im lameliierten Ständerblechpaket einer elektrischen Maschine liegen in jeder Nut 1 jeweils zwei isolierte Leiter 2 der Ständerwicklung übereinander, die durch einen Nutenverschlußkeil 3 gehalten werden. Zwischen beiden Leitern 2 liegt eine Beilage 4. Außerdem ist das Ständerblechpaket in einzelne Blechpaketstapel 5 unterteilt, zwischen denen radial verlaufende Kühlkanäle 6 liegen.

Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die in den Blechen eingestanzten Nuten jeweils eine größere Nutbreite auf, als sie der Breite der isolierten Leiter 2 entspricht, und die Nutöffnung ist an der einen Seitenkante 7 geradlinig zum Luftspalt. 8 der Maschine hochgezogen. Außerdem ist von dieser Seitenkante 7 ausgehend am Nutgrund 9 eine bis zur Nutmitte gehende Aussparung 10 mit größerer Nuttiefe, als es der Tiefe der Leiter 2 mit Beilage 4 und Nutenverschlußkeil 3 entspricht, vorgesehen. Diese Bleche sind nun innerhalb des zwischen zwei radialen Kühlkanälen 6 liegenden Blechpaketstapels 5 so hintereinanderliegend angeordnet, daß in einem ersten Teilstapel 11 die Leiter 2 auf der rechten Seite an der Nutwand anliegen. Dadurch ist auf der linken Seite der Leiter ein Seiten-

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kanal 12 zwischen der Seitenkante 7 und der Breitseite 13 der isolierten Leiter 2 gebildet, der an der Nutöffnung in den Luftspalt 8 der Maschine mündet. An dieser Stelle sind außerdem Ausklinkungen 14 im Nutenverschlußkeil 3 vorgesehen. Am Nutengrund 9 bilden die Aussparungen 10 dieses feilstapels 11 einen axialen Kühlkanal 15 auf der linken Nuthälfte, der einseitig in einen radialen Kühlkanal 6 mündet.

In einem zweiten Teilstapel 16 sind die gleichen Bleche in einer im 180° gedrehten Lage gestapelt, d. h. auf Umschlag gepackt. Hier liegen nun die Leiter 2 links an der Nutwand an, und der Seitenkanal 12 befindet sich rechts von den Leitern. Desgleichen liegt der axiale Kühlkanal 15 am Nutengrund 9 in der rechten Nuthälfte und mündet in einen anderen radialen Kühlkanal 6.

Durch die Seitenkanäle 12 und die axialen Kühlkanäle 15 wird eine intensive Wärmeabfuhr durch das vom Luftspalt 8 her eintretende gasförmige Kühlmittel, welches den Seitenkanal 12 durchströmt und dann über den axialen Kühlkanal 15 zu einem radialen Kühlkanal 6 geleitet wird, sowohl aus den Leitern 2 der Ständerwicklung als auch aus den Zähnen des Blechpakets erreicht.

Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Form der Bleche gegenüber denen im ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, daß die Aussparungen 10 am Nutengrund 9 über die Nutmitte hinausgehen. Dies bedeutet, daß sich die dadurch gebildeten axialen Kühlkanäle 15 in den einzelnen auf Umschlag gepackten Teilstapeln teilweise überlappen, so daß die einzelnen Kühlkanäle 15 untereinander in Verbindung stehen und somit schließlich an den Stirnselten des Blechpaketstapels 5 auf jeder Seite in einen radialen Kühlkanal 6 münden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in jedem Blechpaketstapel 5 vier jeweils zu-

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- VPA 79 P 3719 BRD einander auf Umschlag gepackte Teilstapel 17, 18, 19 und 20 vorgesehen, in denen die Lage des Seitenkanals 12 jeweils von der einen Leiterseite zur anderen wechselt.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 zeigt an den Stirnflächen des Blechpaketstapels 5 einen Abschluß des Jeweiligen Seitenkanals 12 durch einige, (wenigstens ein) auf Umschlag gegenüber dem benachbarten Teilstapel 21 bzw. 22 gepackten Bleche 23 bzw. 24. In diesem Fall ist eine über die Nutmitte hinausragende Aussparung 10 am Nutengrund 9, wie in Figur 3 dargestellt, notwendig, damit der dadurch gebildete axiale Kühlkanal 15 über die gesamte Länge des Blechpaketstapels 5 durchgehend ist und somit das in die Seitenkanäle 12 vom Luftspalt 8 eingedrungene Kühlgas beidseitig in die radialen Kühlkanäle 6 übertritt.

Bei dem vierten, in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Seitenkanäle 12 überwiegend auf der gleichen Seite der Leiter 2 angeordnet. Lediglich in der Mitte des Blechpaketstapeis 5 und an den Stirnflächen ist ein kleiner Teilstapel 25 vorgesehen, bei dem die Bleche auf Umschlag gegenüber den in den größeren Teilstapeln 26 vorhandenen Blechen mit Nuten größerer Nutbreite gepackt sind. Auch diese Anordnung erfordert, daß die Aussparung 10 am Nutengrund 9 über die Nutmitte hinausgeht, damit sich überlappende axiale KüffiLkanäle 15 gebildet werden, die an beiden Stirnseiten des Blechpaketstapels 5 in die radialen Kühlkanäle 6 münden.

Figur 8 zeigt eine Möglichkeit zur günstigeren Festlegung der Leiter 2 und des Nutenverschlußkeils 3, indem in der Mitte des Blechpaketstapels 5 jeweils ein kleiner Teilstapel 27 von Blechen vorgesehen ist, deren Nut völlig den Abmessungen der Leiter 2, Beilage 4 und des Nutenverschlußkeils 3 entspricht. Seitlich davon liegen

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wieder Teilstapel 28 und 29 mit auf Umschlag gepackten Blechen mit Nuten größerer Nutbreite und Aussparungen am Nutgrund 9, so daß wieder Seitenkanäle 12 und axiale Kühlkanäle 15 gebildet werden, die in die radialen Kühlkanäle 6 münden. Bei einem wie in Figur 8 gezeigten Aufbau des Blechpaketstapels 5 kann die Nut 1 in den Blechen größerer Nutbreite die in Figur 9 gezeigte besondere strömungsgünstige Gestaltung an der Nutöffnung, die zum Luftspalt 8 der Maschine führt, erhalten. In diesem Fall können Ausklinkungen der Nutenverschlußkeile 3 entfallen, da der Seitenkanal 12 neben dem Nutenverschluß keil 3 in den Luftspalt 8 mündet. Am Nutengrund erstreckt sich die Aussparung 10 über die gesamte Nutbreite.

Sofern die Nutenverschlußkeile 3 und die Leiter 2 mit Beilage 4 je von einem Teilstapel 27 von Blechen mit Nuten, die allein ihren Abmessungen entsprechen, gehalten werden, so kann man auch die Bleche mit Nuten größerer Nutbreite so ausbilden, daß auf beiden Seiten der Leiter 2 Seitenkanäle 12 entstehen, die mit einer nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgestalteten öffnung 30 bzw. 31 neben dem Nutenverschlußkeil 3 in den Luftspalt 8 münden. Hierbei erstreckt sich die Aussparung 10 am Nutengrund 9 ebenfalls über die ganze Nutbreite (siehe Fig. 10).

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 11 und 12 sind die in den Teilstapeln 32 und 33 liegenden Bleche jeweils mit zweiseitigen Seitenkanälen 12 und strömungstechnisch günstigen öffnungen 30 und 31 zum Luftspalt 8 ausgebildet. In der Mitte des Blechpaketstapels 5 und an seinen Stirnseiten liegen jeweils kleinere Teilstapel 34, die zur guten Festlegung der Leiter 2 und des Nutenverschlußkeils 3 jeweils deren Abmessungen entsprechende Nuten aufweisen. Allerdings sind am Nutengrund 9 dieser ansonst normalen Nuten mittig liegende Aussparungen 35 größerer Nuttiefe vorgesehen, die somit ebenfalls inner-

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-. VPA 79 P 3719 BRD halb der Teilstapel 34 einen axial verlaufenden Kühlkanal 15 bilden. Der axiale Kühlkanal 15 am Nutengrund geht somit von einer Stirnseite des Blechpaketstapels 5 zur anderen Stirnseite durch und mündet beidseitig in die benachbarten axialen Kühlkanäle 6.

12 Figuren
7 Ansprüche

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Claims (7)

VPA 79 P 3719 BRD Patentansprüche

1.,Elektrische Maschine mit lameliiertem Blechpaket, das

's mehreren, axial hintereinanderliegenden Blechpaketstapeln besteht, zwischen denen radial verlaufende Kühlkanäle liegen, und in dem Nuten vorgesehen sind, in denen, durch Nutenverschlußkeile gehalten, die Leiter der Wicklung und gegebenenfalls Beilagen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils im zwischen zwei radialen Kühlkanälen (6) liegenden Blechpaketstapel (5) mehrere hintereinander angeordnete Bleche enthalten sind, bei denen die Nutbreite größer als die Breite der Leiter (2) ist, und daß am Nutgrund (9) eine Aussparung (10) mit größerer Nuttiefe, als es der Tiefe der Leiter (2) mit Beilagen (4) und Nutenverschlußkeil (3) entspricht, vorgesehen ist, die sich zumindest über einen Teil der Nutbreite erstreckt und jeweils bis zu einer Seitenkante (7) der Nut (1) reicht, an welcher die Leiter (2) nicht anliegen, wobei die Bleche so angeordnet sind, daß die am Nutgrund (9) vorhandenen Aussparungen (10) einen in axialer Richtung verlaufenden Kühlkanal (15) bilden, der zumindest einseitig in einem radialen Kühlkanal (6) mündet.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiter (2) jeweils einseitig an einer Seitenkante der Nut (1) in den Blechen mit Nuten größerer Nutbreite anliegen.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen zwei radialen Kühlkanälen (6) liegenden Blechpake tstapeln (5) jeweils mehrere hintereinanderliegende Bleche mit Nuten größerer Nutbreite auf Umschlag gepackt sind.

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4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des zwischen zwei radialen Kühlkanälen (6) liegenden BlechpaketstapeIs (5) mehrere hintereinanderliegende Bleche angeordnet sind, deren Nutbreite der Breite der Leiter (2) und deren Nuttiefe der Tiefe der Leiter (2) mit Beilagen (4) und Nutenverschlußkeil (3) entspricht.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 3, d a durch gekennzeichnet, daß in den zwischen zwei axial liegenden Kühlkanälen (6) liegenden Blechpaketstapeln (5) jeweils mehrere hintereinanderliegende Bleche angeordnet sind, deren Nutbreite der Breite der Leiter entspricht und die am Nutgrund (9) eine Aussparung (35) mit größerer Nuttiefe als der Tiefe der Leiter (2) mit Beilagen (4) und Nutenverschlußkeil (3) enthalten.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Teilstapel (32, 33) aus Blechen mit Nuten größerer Nutbreite bestehen, die auf beiden Seiten nicht an den Leitern (2) anliegen und zum Luftspalt (8) führende strömungstechnisch günstig gestaltete, neben dem Nutenverschlußkeil

2.5 (3) verlaufende Öffnungen (30, 31) aufweisen, und daß sich die Aussparung (10) am Nutengrund (9) über die gesamte Nutbreite erstreckt.

7. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenverschlußkeile (3) im Bereich der Bleche mit größerer Nutbreite auf der Seite, auf der die Leiter (2) nicht an der Seitenkante der Nut (1) anliegen, Ausklinkungen (14) aufweisen.

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