DE3332993A1 - Dynamoelektrische maschine und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

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Dynamoelektrische Maschine und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Unter dynamoelektrischen Maschinen versteht man im allgemeinen elektrische Motoren und elektrische Generatoren. Supraleitende Generatoren enthalten häufig einen supragekühlten Rotor mit supraleitenden Feldwicklungen und einen Stator mit einer Luftspalt-Ankerwicklung. Obwohl Luftspalt-Ankerwicklungen auch schon für Statoren von Synchronmaschinen mit nicht supraleitenden Feldwicklungen aus üblichem Kupfer vorgeschlagen wurden, sind bisher keine derartigen Anwendungen bekannt geworden. Luftspalt-Wicklungen für supraleitende Generatoren sind jedoch im Stand der Technik bekannt und haben Anwendung gefunden.

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für Luftspalt-Ankerwicklungen aus spiralförmigen Flachspulenanordnungen. Die grundsätzliche Ausgestaltung von spiralförmigen Flachspul-Ankerwicklungen ist im Österreichischen Patent OE 329670 beschrieben. Einzelheiten von Verbesserungen derartiger spiralförmiger Flachspulwicklungen sind in den US-Patentschriften 4,151,433 und 4,164,672 beschrieben. In der US-Patentschrift 4,292,558 wird weiterhin eine Trägerstruktur für dynamoelektrische Maschinen beschrieben, die Statoren mit spiralförmigen Flachspulwicklungen verwenden.

Diese

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Diese bekannten Statoranordnungen mit Flachspulwicklungen erfüllen jedoch noch nicht alle Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Stabilität und erfordern einen hohen Herstellaufwand.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine dynamoelektrische Maschine der eingangs genannten Art anzugeben, deren Wicklungen eine hohe mechanische Stabilität aufweisen; außerdem soll ein einfaches Herstellungsverfahren für derartige Maschinen angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 11 gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach der hier vorgeschlagenen Erfindung besteht eine spiralförmige Flachspul-Ankerwicklung aus einer Vielzahl von spiralförmig gebogenen Flachspulen, im folgenden kurz spiralförmige Flachspulen genannt, mit jeweils einem Leiter, der spiralförmig um eine rechtwinklige Öffnung gewickelt ist. Jede Flachspule hat zusätzlich die Form eines gekrümmten Ausschnittes einer Spirale längs einer longitudinalen Achse. Jede der Flachspulen kann zusammen mit anderen auf ähnliche Weise hergestellten Flachspulen so überlappt werden, daß eine im wesentlichen zylindrische Struktur mit einer Mittelöffnung entsteht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Vielzahl von Füllstücken verwendet,, die jeweils in die rechtwinklige Öffnung der Flachspulen passen. Diese Füllstücke dienen nicht nur als Träger, der verhindert, daß die schraubenförmige Wicklung der zugehörigen Flachspule nach innen in Richtung auf die rechtwinklige Öffnung einbricht, sondern erlaubt auch die Herstellung einer im wesentlichen

starren

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starren mittleren Stütz- oder Trägerröhre innerhalb der Wicklung, wenn jedes der Füllstücke mit mindestens zwei anderen benachbarten Füllstücken verbunden wird. Wenn die Füllstücke aneinander in der oben beschriebenen Weise befestigt werden, ergibt sich eine Struktur, bei der eine im wesentlichen starre Trägerröhre im Zentrum innerhalb des Körpers der Ankerwicklung selbst liegt.

Zur Montage der Ankerwicklung zusammen mit ihrer mittleren Trägerröhre wird die Vielzahl von Flachspulen in Form eines Wind- oder Schaufelrades aufgestellt, wobei jede der Spulen einen gewissen Abstand von den benachbarten Spulen aufweist. Dann werden vorteilhafterweise alle Flachspulen gleichzeitig und schrittweise so einander angenähert, daß deren große gewölbte Oberflächen bei der Verringerung des Abstandes im wesentlichen parallel bleiben, bis der Kontakt zwischen benachbarten Oberflächen benachbarter Flachspulen hergestellt ist. Bei der oben beschriebenen ursprünglichen Anordnung in Form eines Windrades stehen die Spulen mit ihren Kanten auf eine horizontalen Bezugsfläche, beispielsweise dem Boden der Werkstatt. Bei dieser ursprünglichen Anordnung liegen zwischen benachbarten Oberflächen benachbarter Spulen relativ·große Abstände und alle inneren Kanten der Spulen auf einem inneren Kreis und alle äußeren Kanten der Spulen auf einem größeren Kreis. Aus dieser ursprünglichen "Windmühle" werden die Spulen gleichzeitig so bewegt, daß ihre inneren Kanten sich radial nach außen bewegen und ihre äußeren Kanten radial nach innen. Im Verlauf dieser Bewegung bewegt sich jede Flachspule allmählich in die gewünschte Position und benachbarte Oberflächen benachbarter Flachspulen berühren sich. Zusätzlich zur" oben beschriebenen Bewegung kann eine Rotation jeder Flachspule um die jeweilige Longitudinalachse treten.

Vor

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Vor der Überführung der ursprünglichen Konfiguration des Windrades in die endgültige spiralförmig begrenzte Wicklungsanordnung von spiralförmigen Flachspulen, im folgenden kürzer spiralförmige Anordnung von Flachspulen genannt, wird die Gesamtheit der Füllstücke so überlappt, daß eine zylindrische Anordnung entsteht, die als mittlere Trägerröhre für die spiralförmige Anordnung von Flachspulen dient und so ausgelegt ist, daß sie jede der einzelnen Flachspulen durchsetzt, wenn diese in Form des Windrades angeordnet sind. Die Füllstücke werden zur Ausbildung der zylindrischen; mittleren Trägerröhre miteinander verbunden, während die Flachspulen als Windrad angeordnet sind.

Nach der festen Verbindung der Füllstücke untereinander werden die Flachspulen schrittweise aus der Anordnung einer Windmühle in die spiralförmige Konfigurationn von Flachspulwindungen übergeführt. Jede Flachspule gelangt während der Bewegung in ihre Endlage über ihr zugeordnetes Füllstück, das in die rechtwinklige Öffnung der Flachspule paßt. Wenn alle Flachspulen zu ihrem jeweiligen Füllstück gefunden haben, bilden die Flachspulen und die Füllstücke eine starre spiralförmige Anordnung von Flachspulwindungen, wobei die Füllstücke eine starre mittlere Trägerröhre bilden, auf der die Flachspulen angeordnet sind.

Die obene beschriebene Wicklungsanordnung wird zusätzlich gehaltert, indem eine zylindrische innere Trägerröhre in die Zentralöffnung eingeführt wird. Eine äußere Trägerröhre wird auf der äußeren Oberfläche der spiralförmigen Anordnung von Flachspulen angebracht. Die hier beschriebene spiralförmige Wicklungsanordnung von Flachspulen enthält also eine innere, eine äußere und eine mittlere Trägerröhre .

Zur

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Zur Verbesserung der Passung zwischen der spiralförmigen Anordnung von Flachspulen und deren innerer und äußerer Trägerröhre· wird eine Vielzahl von spiralförmigen Gleitschienen oder Keilen vorgesehen. Jeder dieser spiralförmigen Keile paßt in die Lücken, die zwischen der zylindrischen inneren und der zylindrischen äußeren Trägerröhre und den inneren bzw. den äußeren Oberflächen der spiralförmigen Anordnung von Flachspulen entstehen. Diese getrennten spiralförmigen Keile erlauben weiterhin weitere Toleranzen zwischen den verschiedenen Komponenten des Stators während der Montage, da alle Lücken zwischen den Hauptbestandteilen ausgefüllt werden, wenn die spiralförmigen Keile zwischen die spiralförmige Wicklung von Flachspulen und die äußere Trägerröhre eingebracht werden bzw. zwischen der spiralförmigen Anordnung von Flachspulen und der inneren Trägerröhre. Die spiralförmigen Keile oder Gleitschienen können mit den jeweiligen Trägerröhren verbunden werden.

Durch die Formgebung der spiralförmigen Keile und der inneren und äußeren Oberflächen der spiralförmigen Anordnung von Flachspulen erzeugt eine Gegenrotation der inneren und äußeren Trägerröhren zusammen mit den spiralförmigen Keilen eine radial wirkende Druckkraft auf die spiralförmige Anordnung von Flachspulen und gibt so der gesamten Wicklunganordnung einen starren Halt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen erläutert; es zeigen:
30

Fig. 1 eine einzelne Flachspule;

Fig. 2 eine einzelne Flachspule mit einem isolierenden Üoerzug;

Fig. 3

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Fig. 3 das Endstück einer Mehrzahl von Flachspul^n, die in Form einer spiralförmigen Ankerwicklung aus Flachspulen angeordnet sind;

Fig. 4 eine Vielzahl von einzelnen Flachspulen, die in Form eines Windrades aufgestellt sind, während ihrer Montage in eine spiralförmige Wicklung von Flachspulen;

Fig. 5 eine Vielzahl von miteinander verbundenen Füllstücken in zylindrischer Anordnung, um eine mittlere Trägerröhre zu bilden;

Fig. 6 die mittlere Trägerröhre nach Fig. 5 zusammen mit einer der Flachspulen;

Fig. 7 eine Aufsicht auf die Endkanten der mittleren Trägerröhre nach Fig. 5 zusammen mit einer Vielzahl von Flachspulen in Anordnung eines Windrades nach Fig. 4;

Fig. 8 eine Vielzahl von Flachspulen mit zugehörigen

Füllstücken nach ihrer Montage zu einer spiralförmigen Wicklung aus Flachspulen; 25

Fig. 9 die innere Trägerröhre nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 die äußere Trägerröhre nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 die innere und äußere Trägerröhre nach Fig. 9 und 10 mit der dazwischen angeordneten spiralförmigen Wicklung aus Flachspulen nach Fig. 8;

Fig. 12

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Fig. 12 einen aufgeschnittenen Stator eines supraleitenden Generators nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 zwei Füllstücke, die durch eine in axialer Richtung bewegte Nut- und Federanordnung miteinander

verbunden sind;

Fig. 14 zwei Füllstücke, die miteinander verschraubt

sind; und
10

Fig. 15 einen zusammengesetzten spiralförmigen Keil.

Die vorliegende Erfindung findet hauptsächlich Anwendung für den Stator einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere die spiralförmige Anordnung von .Flachspulen eines Stators in einem supraleitenden Generator.

Fig. 1 zeigt eine Flachspule 10. Die Flachspule 10 besteht aus einem Leiter 12, der spiralförmig um eine zentral angeordnete rechtwinklige Öffnung 14 verläuft. Jede Flachspule 10 hat zwei Zuführungen 16 und 18, die eine elektrische Verbindung zwischen der Flachspule 10 und anderen Flachspulen der Wicklung oder zwischen der Flachspule 1Ö und den Hauptzuführungen des Generators herstellen. Die elektrische Zuführung 18 von der inneren Windung der- spiralförmigen Wicklung enthält einen erhöht liegenden Teil 19, mit dem die anderen weiter außen liegenden Windungen überbrückt werden können. Die Flachspule 10 ist gemäß der Darstellung um eine longitudinale Achse gebogen. Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Biegung nicht zirkulär ist, sondern dem gebogenen Abschnitt einer Spirale entspricht.

Fig.

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Fig. 2 zeigt eine isolierte Flachspule 20, die eine Flachspule 10 nach Fig. 1 unter einem geeigneten elektrisch isolierenden Überzug 22 enthält. In Fig. 2 ist ein höher liegender Teil 24 des isolierenden Überzugs dargestellt, der den Teil der Flachspule elektrisch isoliert, in dem eine Überlappung von Leiterzügen auftritt. Die Zuführungen 16 und 18 ragen aus der isolierten Flachspule 20 hervor. Die rechtwinklige Öffnung 2 6 in Fig. 2 entspricht in ihrer räumlichen Lage zu den Zuführungen 16 und 18 der Öffnung 14 in Fig. 1. Der isolierende Überzug der isolierten Flachspule 20 ist so gewählt, daß die Flachspule vor elektrischem Kontakt mit externen leitfähigen Gliedern geschützt ist'. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden der Ausdruck "Flachspule" zur Bezeichnung der isolierten Flachspule 20 nach Fig. 2 verwendet.

Fig. 3 zeigt eine Mehrzahl von Flachspulen 20, die in einer spiralförmigen Wicklung 30 aus Flachspulen überlappt angeordnet sind. Diese Aufsicht auf die Enden der Wicklung 30 zeigt die Zuführungen 16 und 18 jeder der Flachspulen 20. In Fig. 3 sind sechs Flachspulen 20 in einer sich überlappenden spiralförmigen Anordnung vereinigt; eine andere Anzahl von Flachspulen 20 kann natürlich in ähnlicher Weise zur Ausbildung einer spiralförmigen Wicklung von Flachspulen verwendet werden.

Fig. 4 zeigt einen ersten Montageabschnitt bei der Herstellung der spiralförmigen Wicklung von Flachspulen (Bezugszeichen 30 in Fig. 3). Die Vielzahl von Flachspulen 20 werden in Form eines Wind- oder Schaufelrades aufgestellt, wobei benachbarte Oberflächen benachbarter Flachspulen 20 einen gewissen Abstand voneinander aufweisen. Die Flachspulen 20 sind so angeordnet, daß ihre inneren Kanten auf

einem

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einem inneren Kreis 42 und ihre äußeren Kanten auf einem äußeren Kreis 44 liegen. Zur leichten Herstellung wird vorgeschlagen, daß die Flachspulen 20 in der dargestellten Anordnung eines Windrades aufgestellt werden, wobei der innere Kreis 42 und der äußere Kreis 44 zylindrische, koaxiale und konzentrische Oberflächen bilden, deren Mittelachse vertikal zum Boden liegt.

Bei diesem Montageverfahren können die Flachspulen mit üblichen Hebemitteln in die Anordnung eines Windrades gebracht werden, da zwischen den benachbarten Flachspulen anfangs große Abstände vorliegen. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung eines Windrades stellt eine Aufsicht auf die anfängliche Konfiguration von Flachspulen 20 dar. Die inneren Kanten der Flachspulen 20, die auf dem Kreis 42 liegen, werden dann schrittweise nach außen bewegt, wie es durch die Pfeile 46 dargestellt ist. Gleichzeitig werden die äußeren Kanten der Flachspulen 20 schrittweise nach innen in Richtung der Pfeile 48 bewegt. Da die Flachspulen 20 'außerdem schrittweise um ihre jeweiligen longitudxnalen Achsen gedreht werden, bewegen sich benachbarte Oberflächen von benachbarten Flachspulen 20 langsam aufeinander zu. Wenn dieser Prozeß fortgesetzt wird, kommen die benachbarten Oberflächen von benachbarten Flachspulen 20 schließlieh miteinander in Kontakt und bilden dann eine spiralförmige Ankerwicklung aus Flachspulen, die mit Bezugszeichen 30 in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei diesem Verfahren die Montage der vielen Flachspulen in eine Konfxguratxonn mit enger Passung erfolgt, ohne daß dabei eine axiale Verschiebung einer Flachspule über benachbarte Flachspulen erfolgt. Dieses Verfahren ist also deutlich besser als die üblichen Techniken, bei denen während der Montage die Flachspule axial in ihre

Endposition

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Endposition verschoben wird, wobei aufgrund der engen Toleranzen ein beträchtlicher Abrieb und damit eine Beschädigung benachbarter Spulen erfolgen kann.

Aus Fig. 2 ist weiter ersichtlich, daß die Flachspule 20 eine im allgemeinen rechtwinklige Öffnung 2 6 aufweist, um die der Leiter der Spule (Bezugszeichen 12 in Fig. 1) spiralförmig gewunden ist und an seinen entgegengesetzten Enden Zuführungen 16 und 18 aufweist. Eine spiralförmige Wicklung aus Flachspulen, die nach der hier vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, verwendet individuelle Füllstücke, von denen jedes so ausgestaltet ist, daß es in die Öffnung 26 paßt. Fig. 5 zeigt eine Vielzahl von diesen Füllstücken 52, die überlappt angeordnet sind, um eine im allgemeinen zylindrische mittlere Trägerröhre 50 zu bilden, wenn jedes der Füllstücke 52 starr mit mindestens zwei anderen Füllstücken 52 verbunden wird. Die Art und Weise, wie die starre Verbindung der Füllstücke 52 untereinander erfolgt, wird im einzelnen später beschrieben, es kann aber jetzt schon darauf hingewiesen werden, daß alle üblichen herkömmlichen Befestigungsverfahren anwendbar sind.

Fig. 6 zeigt die mittlere Trägerröhre 50 mit einer als Beispiel eingesetzten Flachspule 20 in einer ineinandergreifenden Anordnung. Der Klarheit halber ist nur eine Flachspule 20 in Fig. 6 dargestellt, es ist aber darauf hinzuweisen, daß die Gesamtheit der Flachspulen 20 in ähnlicher Weise mit der mittleren Trägerröhre 50 verbunden sind. Wenn die Füllstücke 52 miteinander verbunden und aneinander befestigt sind, um die mittlere Trägerröhre 50 zu bilden und sich dabei durch die Öffnungen 2 6 der Flachspulen erstrecken, werden die Flachspulen 20 in der Art eines Windrades aufgestellt, wie es in Fig. 4 wiedergegeben

ist.

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ist. Die starre Verbindung der Füllstücke 52 untereinander bindet die Gesamtheit der Flachspulen 20 zusammen, erlaubt aber trotzdem eine begrenzte Drehung jeder der Flachspulen 20 um deren jeweilige longitudinale Achse. Die vereinfachte Darstellung in Fig. 6 soll die relativen ■geometrischen Stellungen der Füllstücke 52 und der Flachspulen verdeutlichen. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die Flachspule 20 in Fig. 6 in jeder Beziehung identisch zu der Flachspule 20 nach Fig. 2 ist. Dasselbe gilt auch für die Flachspulen in den Figuren 7 und 8.

Fig. 7 zeigt die!Aufsicht auf die Anordnung einer Vielzahl von Flachspulen 20 nach Art eines Windrades zusammen mit der Gesamtheit der Füllstücke 52, die starr miteinander verbunden sind, um die mittlere Trägerröhre 50 auszubilden. Die mittlere Trägerröhre 50 erstreckt sich danach durch alle Öffnungen (Bezugszeichen 26 in Fig. 2, das in Fig. 7 nicht dargestellt ist) der Flachspulen 20, die in der oben beschriebenen Anordnung eines Windrades aufgestellt sind. Jedes der Füllstücke 52 ist so ausgestaltet, daß es in die im allgemeinen rechtwinklige Öffnung einer der Flachspulen 20 paßt. Fig. 7 zeigt also einen ersten Schritt während der Montage der spiralförmigen Ankerwicklung aus Flachspulen nach der vorliegenden Erfindung. Nach der Darstellung in Fig. 7 sind die Flachspulen 20 in Form eines Windrades aufgestellt, wobei die mittlere Trägerröhre 50 durch die Öffnungen jeder der Flachspulen verläuft. Die Flachspulen 20 sind zwar durch die mittlere Trägerröhre 50 miteinander verbunden, können aber um ihre individuellen longitudinalen Achsen gedreht werden. Wenn die inneren Kanten der Flachspulen 20 radial nach außen und die äußeren Kanten der Flachspulen 20 radial nach innen bewegt werden, dreht sich jede der Flachspulen 20 langsam

um

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um ihre jeweilige longitudinale Achse und benachbarte Oberflächen von benachbarten Flachspulen bewegen sich gleichzeitig aufeinander zu, bis sich diese benachbarten Oberflächen von benachbarten Spulen im direkten physischen Kontakt miteinander berühren. Wenn benachbarte Flachspulen 20 miteinander in Kontakt kommen, passen ihre jeweiligen Öffnungen (Bezugszeichen 26 in Fig. 2) jeweils über ein bestimmtes zugehöriges Füllstück 52.

Fig. 8 zeigt eine spiralförmige Wicklung 80 aus Flachspulen, die sich bei dem anhand von Fig. 7 beschriebenen Verfahren ergibt. Jede der Flachspulen 20 ist überlappend spiralförmig entsprechend Fig. 8 angeordnet, wobei die Füllstücke 52 ebenfalls überlappt und spiralförmig angeordnet sind. Aus Fig. 8 wird ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung deutlich, nämlich der, daß die spiralförmige Wicklung 80 aus Flachspulen durch eine mittlere Trägerröhre gestützt wird, die aus der Gesamtheit von Füllstücken 52 besteht. Diese Füllstücke 52 bilden nach starrer Verbindung untereinander eine mittlere Trägerröhre (Bezugszeichen 50 in den Figuren 5, 6 und 7), die nicht nur als mechanische Stütze für die spiralförmige Wicklung 80 aus Flachspulen dient, sondern auch eine gegenseitige Bewegung der Flachspulen 20 in Umfangsrichtung verhindert.

Fig. 9 zeigt die innere Trägerröhre 90, die zusammen mit der spiralförmigen Wicklung 80 aus Flachspulen nach Fig. 8 verwendet wird. Die innere Trägerröhre 90 besteht nach Fig. 9 aus einem im allgemeinen zylindrischen Körper 92 mit einer Vielzahl von spiralförmigen Keilen 94, die auf ihrer äußeren Oberfläche angebracht sind. Diese spiralförmigen Keile 94 dienen zur Anpassung der äußeren

Oberfläche

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Oberfläche der inneren Trägerröhre 90 an die innere Oberfläche der spiralförmigen Wicklung 80 aus Flachspulen, die in Fig. 8 dargestellt ist. Obwohl beide Oberflächen nicht glflftt sind, kann durch geeignete Wahl der Abmessung der spiralförmigen Keile 94 erreicht werden, daß die innere Trägerröhre 90 genau in die innere Bohrung der spiralförmigen Wicklung 80 aus Flachspulen paßt, die in Fig. 8 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt eine äußere Trägerröhre 100, die einen im allgemeinen zylindrischen Körper 102 und eine Vielzahl von spiralförmigen Keilen 104 umfaßt. Die spiralförmigen Keile 104 werden auf der inneren Oberfläche der Röhre 102 angebracht und entsprechen der geometrischen Gestalt der äußeren Oberfläche der spiralförmigen Wicklung aus Flachspulen (Bezugszeichen 80 in Fig. 8). Obwohl also die innere Oberfläche der äußeren Trägerröhre 100 und die äußere Oberfläche der spiralförmigen Wicklung aus Flachspulen (Bezugszeichen 80 in Fig. 8) beide nicht glatt sind, erlaubt ihre aufeinander abgestimmte Gestalt, daß die äußere Trägerröhre 100 um die spiralförmige Wicklung aus Flachspulen (Bezugszeichen 80 in Fig. 8) gelegt werden kann.

In den Figuren 8, 9 und 10 ist die innere Trägerröhre 90 und die äußere Trägerröhre 100 so ausgestaltet, daß sie in die Bohrung der Wicklung 80 bzw. um deren äußeren Oberfläche paßt. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die spiralförmigen Keile 94 und 104 fest auf den jeweiligen Trägerröhren befestigt werden können, entweder vor der Montage mit der spiralförmigen Wicklung 80 oder danach. Wenn die innere Trägerröhre 90 und die äußere Trägerröhre 100 ohne die spiralförmigen Keile 94 und 104 um die spiralförmige Wicklung 80 montiert werden, ist die Passung zwischen diesen Komponenten viel lockerer und erleichtert so

die

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die Montage in beträchtlicher Weise. Die spiralförmigen Keile 94 und 104 können dann in axialer Richtung eingeführt werden, nachdem die hauptsächlichen Trägerglieder 90 und 100 in entgegengesetzter Richtung gedreht wurden, wie es im folgenden beschrieben wird. Abhängig von den Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten der vorliegenden Erfindung kann es vorteilhaft sein, die spiralförmigen Keile nach der Montage der inneren und der äußeren Trägerröhren um die spiralförmige Wicklung einzuführen. Diese Einführung erfolgt in axialer Richtung relativ zur inneren Trägerröhre 90, der äußeren Trägerröhre 100 und der spiralförmigen Wicklung 80 aus Flachspulen. Nach der Montage sind diese drei hauptsächlichen Bestandteile der Erfindung koaxial und konzentrisch zueinander angeordnet.

Fig. 11 zeigt eine vereinfachte Darstellung der drei hauptsächlichen Bestandteile der vorliegenden Erfindung. Die äußere Trägerröhre 100 liegt um die spiralförmige Wicklung 80 aus Flachspulen, und die innere Trägerröhre 90 liegt innerhalb deren Mittenöffnung. Aufgrund der relativen geometrischen Formgebung dieser drei Hauptbestandteile wird die spiralförmige Wicklung 80 einem in radialer Richtung wirkenden Druck zwischen den beiden Trägerröhren ausgesetzt, wenn die innere Trägerröhre 90 im Gegenuhrzeigersinn (durch Pfeil CCW dargestellt) und die äußere Trägerröhre 100 im Uhrzeigersinn (dargestellt durch Pfeil CW) gedreht wird. Wenn diese drei Hauptbestandteile der Erfindung nach dieser in entgegengesetzter Richtung erfolgten Drehung der inneren Röhre 90 und der äußeren Röhre 100 fest miteinander verbunden werden, erhält die spiralförmige Wicklung 80 eine beträchtliche zusätzliche Halterung. Innerhalb der spiralförmigen Wicklung 80 selbst

liegt

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liegt die mittlere Trägerröhre (Bezugszeichen 50 in den
Figuren 5, 6 und 7), obwohl dies in Fig. 11 nicht dargestellt ist. Diese mittlere Trägerröhre vermittelt den
Flachspulen eine innere Halterung und verhindert eine
Relativbewegung dieser Spulen in Umfangsrichtung.

Das oben beschriebene Montageverfahren nach Art eines zusammenfallenden Windrades hat den beträchtlichen Vorteil, daß jede individuelle Flachspule so ausgelegt werden kann, daß eine enge Passung mit den anderen Flachspulen erzielt wird, ohne daß während der Montage eine Beschädigung der
Spulen auftritt. Wenn ein in axialer Richtung erfolgendes Montageverfahren verwendet wird, müßte jede Flachspule
über die benachbarten Flachspulen gleiten, so daß eine

beträchtliche Beschädigungsgefahr besteht.

Fig. 12 zeigt einen aufgeschnittenen supraleitenden Stator, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Jede der einzelnen Flachspulen, die zusammen die spiral-

förmige Wicklung 80 aus Flachspulen ergeben, enthält einen Leiter 12, der spiralförmig um eine rechtwinklige Mittenöffnung (die in Fig. 12 nicht dargestellt ist) verläuft.
Jede Flachspule enthält weiterhin ein Paar von Zuführungen 16 und 18, mit denen elektrische Verbindungen hergestellt werden können. Die vollständige Wicklung 80 aus Flachspulen wird auf ihrer inneren Oberfläche durch die innere Trägerröhre 90 und auf ihrer äußeren Oberfläche durch die äußere Trägerröhre 100 gehaltert. Die innere zylindrische Oberfläche der inneren Trägerröhre 90 ist so gestaltet,

daß ein in Fig. 12 nicht dargestellter supraleitender Rotor eingeführt werden kann, der innerhalb der Bohrung des
supraleitenden Stators 120 koaxial und konzentrisch angeordnet ist.

Die

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Die Füllstücke (Bezugszeichen 52 in den Figuren 5, 6, 7 und 8), die innere Trägerröhre (Bezugszeichen 90 in den Figuren 9, 11 und 12), die äußere Trägerröhre (Bezugszeichen 100 in den Figuren 10, 11 und 12) und die spiralförmigen Keile (Bezugszeichen 94 und 104 in den Figuren 9 und 10) bestehen alle aus nicht leitfähigem Material. Die vorliegende Erfindung schlägt dafür glasfaserverstärkte Kunststoffe vor, andere geeignete Materialien können aber ebenfalls Anwendung finden.

Die Befestigng der Füllstücke (Bezugszeichen 52 in den Figuren 5, 6, 7 und 8) wurde schon weiter oben diskutiert. Die Figuren 13 und 14 zeigen zwei konkrete Verfahren zur gegenseitigen Befestigung der Füllstücke 52. Nach Fig. 13 erfolgt die gegenseitige Verbindung von zwei Füllstücken 52 durch eine in axialer Richtung bewegbaae Feder 130 in einer Nut, die durch zwei aufeinander ausgerichtete Kanäle 131 und 132 in den beiden Füllstücken 52 entsteht. Fig. zeigt ein anderes Verfahren zur gegenseitigen Befestigung der Füllstücke 52. Ein Gewindebolzen 140 zusammen mit einem Paar von Muttern 142 und 143 verläuft in einem Loch 145, das die beiden Füllstücke 52 durchsetzt. Auch andere Befestigungsverfahren wie Schraube und Mutter sind möglich. Die Befestigungsmittel für die Füllstücke 52 nach den Figuren 13 oder 14 oder in sonstiger Weise sollten aus nicht leitenden Bestandteilen bestehen. Benachbarte Füllstücke 52 können auch mit einem Kunstharzkleber miteinander verbunden werden.

Die spiralförmigen Keile 94 und 104 können so ausgestaltet v/erden, daß sie nach dem Einsetzen in die Statoranordnung eine in axialer Richtung angelegte Kraft in eine tangen-

tiale

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tiale Kraft umsetzen, die den gewünschten Effekt hat. Fig. 15 zeigt eine Keilform, die diese Richtungsumlenkung der Kraft erreicht. Der zusammengesetzte Keil 184, der die Funktionen beider oben beschriebener Keiltypen erfüllt (Bezugszeichen 94 und 104 im Zusammenhang mit den Figuren 9 und 10), besteht aus einem ersten Teil 190, der durch die gemeinsame Wirkung des zweiten Teils 192 und des dritten Teils 194 in Umfangsrichtung zwischen radial benachbarte Teile der in Fig. 11 dargestellten Wicklungsanordnung getrieben wird. Nach Fig. 15 verursacht eine axiale Kraft Fl, die auf den dritten Teil 194 ausgeübt wird, und eine in entgegengesetzter Richtung angelegte axiale Kraft F2, die auf den zweiten Teil 192 ausgeübt wird, eine Verschiebung dieser beiden Teile längs ihrer gemeinsamen Schnittebene 196 und erzeugt eine tangentiale Kraft in Richtung der Pfeile T. Diese Tangentialkraft treibt den ersten Teil 190 des zusammengesetzten Keils 184 fester gegen die benachbarten radialen Oberflächen der benachbarten Bestandteile der Wicklung, die aus der spiralförmigen Wicklung aus Flachspulen (Bezugszeichen 80 in Fig. 11) und entweder der inneren oder der äußeren Trägerröhre bestehen (Bezugszeichen 90 bzw. 100 in Fig. 11).

Claims (14)

1. Anmelder: Westinghouse Electric Corporation

   Westinghouse Building

   Gateway Center

   Pittsburgh, Penns. 15222, V.St.v.A.

   PATENTANSPRÜCHE

   10

   f 1.JDynamoelektrische Maschine mit einer Vielzahl von spiralförmig gebogenen Flachspulen, die sich gegenseitig überlappen und einen zylindrischen Körper mit einer Mittelöffnung bilden,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß jede Flachspule (20) eine Wicklung um eine im wesentlichen rechteckige Öffnung aufweist, daß eine Vielzahl von mittleren Trägerelementen (52) vorgesehen ist, die jeweils in die Öffnung einer ausgewählten Flachspule eingreifen, daß ein inneres Trägerelement (90) vorgesehen ist, das in die Mittelöffnung des zylindrischen Körpers paßt, daß ein äußeres Trägerelement (100) vorgesehen ist, das der äußeren Form der überlappenden Anordnung von Flachspulen angepaßt ist, und daß jede Flachspule gegenüber allen anderen Flachspulen elektrisch isoliert ist.
2. 2. Maschine

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   2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes mittlere Trägerelement (52). starr mit mindestens zwei anderen mittleren Trägerelementen verbunden ist und daß die Gesamtheit der mittleren Trägerelemente eine im wesentlichen zylindrische mittlere Trägerröhre (50) bildet.
3. 3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Trägerelement (90) und der überläppenden Anordnung von Flachspulen spiralförmige gebogene Keile (94) angebracht sind.
4. 4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren Trägerelement (100) und der überlappenden Anordnung von Flachspulen spiralförmig gebogene Keile (104) angebracht sind.
5. 5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Trägerelement (90) aus elektrisch isolierendem Material besteht.
6. 6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Trägerelement (100) aus elektrisch isolierendem Material besteht.
7. 7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Trägerelement (50) aus elektrisch isolierendem Material besteht.
8. 8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem supraleitenden elektrischen Generator eine Vielzahl von Flachspulen (20) vorgesehen ist, in denen jeweils ein Leiter spiralförmig um eine im

   wesentlichen

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   wesentlichen rechteckige Mittelöffnung verläuft, jede Flachspule gebogen ist und andere Flachspulen so überlappt, daß eine zylindrische Statorwicklung entsteht, die eine ,zylindrische Mittenbohrung aufweist, daß die Flachspulen gegeneinander elektrisch isoliert sind, daß eine Vielzahl von Füllstücken (52) vorgesehen ist, die jeweils in die Öffnung einer der Flachspulen passen, daß eine innere Trägerröhre (90) der zylindrischen Bohrung angepaßt ist, daß eine äußere Trägerröhre (100) der äußeren Form der Statorwicklung angepaßt ist, daß eine erste Vielzahl von spiralförmig gebogenen Keilen (94) vorgesehen ist, die dem Zwischenraum zwischen der inneren Trägerröhre (90) und der Statorwicklung angepaßt sind, und daß eine ■zweite Vielzahl von spiralförmig gebogenen Keilen (104) vorgesehen ist, die dem Zwischenraum zwischen der äußeren Trägerröhre (100) und der Statorwicklung angepaßt sind.
9. 9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein supragekühlter Rotor konzentrisch und koaxial zur Statorwicklung innerhalb der Mittelöffnung der inneren Trägerröhre (90) angebracht ist, wobei die innere Trägerröhre (90), die äußere Trägerröhre (100) und die Gesamtheit der Füllstücke (52) aus elektrisch isolierendem Material bestehen.
10. 10. Maschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstücke (52) starr miteinander verbunden sind, um ein mittleres Trägerelement (50) zu bilden.
11. 11. Verfahren zur Herstellung des Stators einer dynamoelektrischen Maschine, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

    eine

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    eine Vielzahl von spiralförmig gebogenen Flachspulen (20) mit jeweils einer im wesentlichen rechteckigen Mittelöffnung wird in Form eines Windrades (Fig. 7) so aufgestellt, daß die Oberflächen benachbarter Flachspulen einen gegenseitigen Abstand aufweisen,

    die Füllstücke (52) werden.in die jeweiligen Öffnungen der Flachspulen eingefügt,

    eine Mehrzahl von rechteckigen Füllstücken (52), die in die Öffnung der Flachspulen passen, wird in Form eines Zylinders angeordnet, um eine mittlere Trägerröhre (50) zu bilden, die durch die Öffnungen der Flachspulen verläuft,

    die Füllstücke 52 werden starr mit jeweils mindestens zwei weiteren Füllstücken verbunden, und jede der Flachspulen wird um eine Longitudinalachse so gedreht, daß die Oberflächen benachbarter Flachspulen sich aufeinander zu bewegen, bis sich die Flachspulen überlappen und einen zylindrischen Körper mit einer Mittelöffnung bilden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mittelöffnung eine innere Trägerröhre (90) und um die zylindrische Anordnung von Flachspulen eine äußere Trägerröhre (100) gebracht wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Vielzahl von spiralförmig gebogenen Keilen (94) zwischen die innere Trägerröhre (90) und die zylindrisch angeordneten Flachspulen gebracht wird und daß eine zweite Vielzahl von spiralförmig gebogenen Keilen (104) zwischen die äußere Trägerröhre (100) und die zylinderförmig angeordneten Flachspulen gebracht wird.
14. 14. Verfahren

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    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Trägerröhre (90) und die zylindrische Anordnung von Flachspulen vor der Einfügung der ersten Vielzahl von spiralförmigen Keilen in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden und daß die äußere Trägerröhre (100) und die zylindrische Anordnung von Flachspulen vor der Einführung der zweiten Vielzahl von spiralförmig gebogenen Keilen in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden.