DE3402498A1

DE3402498A1 - Versetzter mehrfachstrangstab fuer eine elektrische rotationsmaschine

Info

Publication number: DE3402498A1
Application number: DE19843402498
Authority: DE
Inventors: Toshio Saitoh; Masaki Hitachi Satoh; Noriyoshi Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1984-08-09
Also published as: JPS59139836A; DE3402498C2; JPH0373223B2; US4959575A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft versetzte Mehrfachstrangleiter für eine elektrische Rotationsmaschine, insbesondere einen Turbinengenerator. Die Erfindung betrifft insbesondere versetzte Mehrfachstrangleiter für Wicklungen in einem Anker, bei dem die Länge des im Schlitz aufgenommenen Leiterteils kurz und die Anzahl der Stränge groß ist.

Bei einem Generator hoher Leistung, insbesondere einem Turbinengenerator, ist im Innenumfang eines geschichteten festen Eisenkerns eine Anzahl von axialen Schlitzen ausgebildet und sind in den Schlitzen Mehrfachstrangleiter oder -stäbe zur Bildung von Ankerwicklungen aufgenommen. Die Ankerstäbe sind an ihren entgegengesetzten und aus den Kernschlitzen nach außen ragenden Endteilen miteinander verbunden.

Wenn in einem solchen Mehrfachstrangstab ein Wechselstrom fließt, wecdenein den Schlitz in Umfangsrichtung schneidender Leckmagnetfluß erzeugt und in den Strängen an in Längsrichtung des Ankerstabs verlaufenden Teilen Spannungen induziert. Wenn in irgendeinem Strangpaar zwischen den induzierten Spannungen in den Strängen auf deren Länge ein großer Unterschied entsteht, fliessen in den Strängen große Zirkulationsströme in Form einer geschlossenen Schleife und ergeben eine Zunahme der Verluste sowie der im Ankerstab erzeugten Wärme. Zur Lösung dieses Problems wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die entsprechenden Stränge im Ankerstab in verschiedener Weise versetzt sind,um die in den Strängen des Stabs auf dessen Länge induzierten Spannungen im wesentlichen auszugleichen, um diese Zirkulationsströme am Fließen in den Strängen zu hindern, vgl. z. B. die US-PS 3 118 015 und 3 188 377.

Das Versetzen jedes der Stränge in einem Ankerstab erfolgt durch aufeinanderfolgendes Wechseln der Positionen der jeweiligen Stränge im Stab. Es sei angenommen, daß jeder der Stränge in

Umgangsrichtung aufeinanderfolgend im Querschnitt des Stabs um die Mitte des Querschnitts versetzt ist und daß der Drehwinkel jedes Strangs das Ausmaß der Versetzung des Strangs wiedergibt. Zum Beispiel stellt eine "360°-Versetzung" die Versetzung dar, bei der jeder der Stränge eines Ankerstabs ausgehend von einem Punkt an einem Ende eines Schlitzes, in dem der Stab aufgenommen ist, so versetzt ist, daß er verschiedene Umfangspositionen im Querschnitt des Stabs durchläuft und am anderen Ende des Schlitzes zur selben Position wie der Ausgangsposition gelangt, und zwar bei Betrachtung des Querschnitts des Stabs.

Bei einem herkömmlichen Generator sind alle Stränge eines Ankerstabs an ihren entgegengesetzten Enden miteinander kurzgeschlossen. Da an den entgegengesetzten Endteilen des Generators ein hoher Leckfluß besteht, werden durch diesen an den Endteilen des Ankers Spannungen induziert, so daß im Stab Zirkulationsströme fließen, die Verluste in Form von Wärme verursachen. Diese Verluste können vermindert werden durch richtiges Umkehren der jeweiligen Positionen der Stränge an den entgegengesetzten Enden des Stabs zueinander, um die jeweiligen Polaritäten der in denselben Strängen an ihren Enden induzierten Spannungen entgegengesetzt zu machen und hierdurch die induzierten Spannungen gegeneinander aufzuheben.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Ankerstabs 1, der der Roebel-Versetzung unterworfen ist, bei der der Versetzungswinkel 540°, d.h. 1 1/2 Umdrehungen, beträgt. Der Ankerstab 1 enthält einen geraden Teil 2 aus verdrillten Strängen, die in einen Wicklungsschlitz einer nicht gezeigten elektrischen Rotationsmaschine' passen, und enthält entgegengesetzt Endkrümmungsteile 3 und 4, von denen nur Teile gezeigt sind, und die sich vom geraden Stabteil 2 längs einer komplexen Kurve in Umfangsrichtung und radial krümmen. Der Ankerstab 1 besteht aus zwei Strangstapeln 5 und 6. Jeder Strangstapel enthält sechs Stränge, weshalb im Ankerstab 1 zwölf Stränge a bis 1 enthalten sind. Das Ver-

setzen erfolgt durch jeweiliges Biegen der Stränge von der Oberseite eines Stapels 6 in den anderen Stapel 5, während die Stränge vom anderen Stapel 5 von dessen Boden zurück in den einen Stapel 6 gebogen werden. Die versetzten Positionen der jeweiligen Stränge a bis 1 sind mit denselben Bezugszeichen a bis 1 der entsprechenden Stränge des obigen Falls bezeichnet. Der Versetzungsabstand P₁ in Nähe der entgegengesetzten Enden des schlitzinneren Stabteils 2 ist so gewählt, daß er etwa die Hälfte des Versetzungsabstands P₂ in Nähe des Mittelstücks desselben beträgt. Durch Wählen des Versetzungsabstands in dieser Weise ist die in den jeweiligen Strängen im Schlitz gebildete Induktanz im wesentlichen gleichförmig. Da im Fall der 540°-Versetzung die Anzahl der Versetzungen von einem Stapel zum nächsten für jeden Strang gleich drei ist, ist die Gesamtzahl der Versetzungen jedes Stabs in einem Schlitz gleich 3n, wobei η die Anzahl aller Stränge im Stab ist. Fig. 2 zeigt den Zustand der Strangversetzung von einem Stapel zum nächsten.

In einem Fall wie dem obigen, bei dem die Anzahl der Versetzungen groß und der Verlagerungsabstand klein ist, nimmt die Möglichkeit zu, daß die dünne Strangisolierung beschädigt und hierdurch ein Kurzschluß in den Strängen verursacht wird.

Zur Erhöhung der Ausgangsdichte eines Generators, d. h. im allgeminen zur Verringerung des Generator\olumens je Leistungseinheit, wird ein Verfahren angewendet, bei dem die axiale Länge der Generators verringert wird, ohne die Querschnittsabmessungen senkrecht zur axialen Richtung des Generator zu verändern. Demnach wird die axiale Länge des Generators verkürzt, wenn die Ausgangsdichte des Generators erhöht wird, wobei für den Fall, daß die Strangzahl groß ist, die oben erwähnte Möglichkeit des Auftretens von Strangkurzschlüssen stark zunimmt.

Folglich muß in einem Fall, in dem die 540°-Versetzung nicht

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ausgeführt werden kann, die 450°-Versetzung angewendet werden, d. h. die Versetzung um ein 1/4 Umdrehung oder die 360°- Versetzung, d. h. eine Umdrehung. Der Zustand der Versetzung der Stränge bei Anwendung der 360"-Versetzung ist kurz in Fig. 3 gezeigt, wobei zwei Stränge a und d verwendet werden, die alle Stränge darstellen. In Fig. 3 zeigt die ausgezogene Linie, daß der Strang im Stapel 5 auf dieser Seite der Papierebene besteht, während die gestrichelte Linie angibt, daß der Strang im Stapel 6 auf der Rückseite der Papierebene besteht. Die in den Strängen a und d an ihren entgegengesetzten Endteilen außerhalb des Schlitzs auf Grund des schlitzendseitigen Magnetflusses 0.. , 0₂ induzierten Ströme I₁ bis I. fließen in einer Richtung, in der sie sich addieren, da der jeweilige Strang in denselben Positionen an seinen entgegengesetzten Endteilen bei der 360°-Versetzung angeordnet ist, sO daß ein großer Zirkulationsstrom in dem Paar von Strängen fließt, die an ihren entgegengesetzten Endteilen zur Bildung einer geschlossenen Schleife kurzgeschlossen sind. Dies ergibt eine Möglichkeit zur Erzeugung einer örtlichen Überhitzung.

Es ist ferner das Roebel-Versetzungsverfahren bekannt, bei dem die Anzahl der Stränge klein und die Anordnung der Stränge an ihren entgegengesetzten Endteilen zueinander umgekehrt ist. ■ Ein Beispiel dieses Versetzungsverfahrens ist in Fig. 4 gezeigt. Der Zustand, bei dem jeder Strang zum nächsten Strang versetzt ist, ist in Fig. 5 gezeigt. Der Stab 1 ist am geraden schlitzinneren Stabteil 2 um 180°, d. h. um eine halbe Drehung, versetzt. Demnach fließen bei dieser Versetzung die Ströme, die durch den schlitzendseitigen Magnetfluß in die jeweiligen Stränge an deren entgegengesetzten schlitzäußeren Endteilen induziert werden, in der Richtung, in der sie einander aufheben, so daß der in den beiden in Form einer geschlossenen Schleife vorliegenden Strängen fließende Strom klein ist. Jedoch kann der entsprechende Induktanzwert der jeweiligen Stränge nicht gleichmäßig gemacht werden, so daß die Verteilung der

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in den jeweiligen Strängen fließenden Ströme gemäß Fig. 6 stark variieren kann. Dies ergibt eine Zunahme der Verluste in Form von im Stab erzeugter Wärme, was die Möglichkeit einer örtlichen überhitzung ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von versetzten Mehrfachstrangleitern oder -stäben in einer elektrischen Rotationsmaschine, die in dem Fall leicht anwendbar sind, bei dem der gerade schlitzinnere Stabteil kurz und die Anzahl der Stränge des Stabs groß ist, und bei denen die im Stab erzeugten Verluste und die Möglichkeit -von lokalen Überhitzungen gering sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, daß jeder der Stränge des Stabs in Nähe von dessen in Längsrichtung mittleren Teil gegenüber einer senkrechten Symmetrieachse symmetrisch ist, so daß die tatsächliche Größe des Magnetflusses, der zur Verkettung mit irgendwelchen Strängen den Schlitz durchquert, im wesentlichen gleich Null ist, daß die jeweiligen Anordnungen jedes Strangs an den entgegengesetzten schlitzäußeren Teilen zueinander umgekehrt sind und daß die Gesamtzahl der versetzten Teile aller Stränge so gewählt ist, daß sie kleiner als die dreifache Anzahl der Stränge ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen versetzten Leiters oder Stabs;

Fig. 2 eine Draufsicht des Stabs von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verkettungszustands des Leckflusses des Endteils mit den Strängen bei dem herkömmlichen Stab von Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines weiteren herkömmlichen versetzten Leiters oder Stabs;

Fig. 5 eine Draufsicht des Stabs von Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Stromverteilung in den Strängen des Stabs von Fig. 4 und 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines versetzten Leiters oder Stabs nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 eine Draufsicht des Stabs von Fig. 7;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Versetzungszustands der Stränge des Stabs von Fig. 7 und 8;

Fig.10 eine Darstellung der Verteilung der Magnetflußdichte im Kernschlitz;

Fig.11 bis 14 schematische Darstellungen der verschiedenen Verkettungszustände zwischen dem den Schlitz und die jeweiligen Stränge durchquerenden Magnetfluß;

Fig.15 eine Seitenansicht eines versetzten Leiters oder Stabs nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig.16 eine Draufsicht des Stabs von Fig. 15;

Fig.17 eine schematische Darstellung des Versetzungszustands der Stränge nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ;

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Fig.18 eine Seitenansicht eines versetzten Leiters oder Stabs nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig.19 eine Draufsicht des Stabs von Fig. 18;

Fig.20 eine schematische Darstellung des Versetzungszustands der Stränge des Stabs von Fig. 18 und 19.

Die Fig. 7 und 8 sind Seiten- bzw. Draufsichten eines Ankerstabs nach einer Ausführungsform der Erfindung. Der Ankerstab 1 besteht aus zwei Strangstapeln 5 und 6, die Stränge a - f bzw. g - 1 enthalten. Wenn auch der Ankerstab 1 mehrere Stränge als in der Zeichnung enthält, genügt im allgemeinen die Anzahl der in der Zeichnung dargestellten Stränge zur Erläuterung der Erfindung, die bei einem Ankerstab mit einer großen Anzahl von Strängen in derselben Weise angewendet werden kann.

Es ist hier ein Stab vorgeschlagen, bei dem jeder Strang ein Loch hat, durch das ein Kühlgas oder eine Kühlflüssigkeit zirkuliert wird. Dieser Aufbau des Strangs steht jedoch in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit der Erfindung, weshalb dessen Beschreibung hier weggelassen ist. Aus demselben Grund ist auch die Beschreibung der Isolierung weggelassen.

Der Stab 1 enthält einen schlitzinneren Stabteil 2 und schlitzäußere Stabteile 3 und 4. Der Stabteil 2 ist aufgeteilt in schlitzinnere Endteile 7 und 8, an denen sich der Strang nicht in die Tiefenrichtung des Schlitzes erstreckt, und in einen mittleren abgeschrägten Strangteil 9, an dem sich der Strang in die Tiefenrichtung des Schlitzes erstreckt. An den schlitzinneren Endteilen 7 und 8 sind die benachbarten Stränge, die sich im wesentlichen auf demselben Niveau in der Tiefenrichtung des Schlitzes befinden, z. B. die Stränge a und 1, so versetzt, daß sie einander kreuzen. Wenn ein derartiges Kreuzen der Stränge in geeigneten Intervallen der Längsrichtung der Stränge erfolgt (vgl. Fig. 7), nimmt die Dicke des Stabs 1 in der Tiefen-

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richtung des.Schlitzes nicht stark zu und liegt der Zuwachs innerhalb etwa der Dicke eines oder zweier Stränge. Die Hälfte der Stränge sind am schlitzinneren Endteil 7 versetzt, während die verbleibenden Stränge am anderen schlitzinneren Endteil 8 versetzt sind.

Am mittleren Teil 9 mit den schrägen Strängen betragen die Breite und Dicke jedes der Stränge a - 1 die Hälfte bzw. das Doppelte. Die Stränge sind zwischen senkrecht benachbarten oberen und unteren Strängen nur im selben Stapel aufeinanderfolgend versetzt, ohne daß eine Versetzung der Stränge zwischen den benachbarten Stapeln erfolgt. Die Überkreuzungen sind mit a der entsprechenden Stränge bezeichnet.

Bei dieser Anordnung der Versetzung ist gemäß Fig. 7 die Anordnung der Stränge am einen schlitzäußeren Stabteil 3 gegenüber der Stranganordnung am anderen schlitzäußeren Stabteil 4 umgekehrt, ähnlich der herkömmlichen Versetzung um eine halbe oder eineinhalb Drehungen, so daß die in jedem Strang an den entgegengesetzten schlitzäußeren Endteilen induzierten Ströme in solchen Richtungen fließen, daß sie sich aufheben, wobei ein in dem eine geschlossene Schleife bildenden Strangpaar fließender Zirkulationsstrom klein ist.

Fig. 9 zeigt schematisch den Zustand der Strangversetzung des Ankerstabs 1 von Fig. 7. In Fig. 9 entsprechen die ausgezogenen Linien dem Stapel 5, d. h. dem Stapel von Strängen auf dieser Seite der Zeichnungsebene, während die gestrichelten Linien den Stapeln 6 entsprechen, d. h. dem Stapel auf der Rückseite der Zeichnungsebene.

Im allgemeinen gilt, je kleiner der Abstand zur öffnung des Schlitzes ist, d. h. zum obersten Stab, umso höher ist die Magnetflußdichte, was zum Beispiel die in Fig. 10 gezeigte Magnetflußverteilung ergibt.

Fig. 11 zeigt den Verkettungszustand des Magnetflusses zwischen den jeweiligen schlitzinneren Teilen der Stränge a und b. Zwischen den jeweiligen schlitzinneren Teilen der Stränge a und b bestehen den Schlitz kreuzende Magnetflüsse 0^, 0. und 0 . Die Magnetflüsse 0_ und 0₅ befinden sich in den schlitzinneren Endteilen 7 bzw. 8, während sich der Magnetfluß 0. im mittleren Teil 9 mit den schrägen Strängen befindet. Es sei nun angenommen, daß die Verkettungsbereiche dieser Magnetflüsse 0_, 0. und 0₅ durch S₃, S. bzw. S₅ dargestellt sind. Die Summe (0. + 0_) der Magnetflüsse 0 und 0 und der Magnetfluß 0 induzieren Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten an den Strängen a und b. Da die ßichte B-. des Magnetflusses 0-, größer als die Dichte (durchschnittliche Magnetflußdichte) B₄ des Magnetflusses 0. und die Dichte B_ des Magnetflusses 0., ist, wenn auch der Verkettungsbereich S_ des Magnetflusses 0₃ kleiner als die gesamten Verkettungsbereiche (S. + S₅) der Summe der Magnetflüsse (0. + 0-) ist, ist es möglich, die auf Grund der jeweiligen Magnetflüsse 0-., 0. und 0_K an den Strängen a und b induzierten Spannungen gleich Null zu machen. Dies erfolgt durch geeignetes Einstellen der in Längsrichtung verlaufenden Länge des mittleren Teils 5 derart, daß die jeweiligen Beträge der Magnetflüsse (B₃ χ S₃) und (B₄X S₄ + B₅ χ S₅) gleich sind.

Fig. 12 zeigt den Versetzungszustand der Stränge b und c an ihren schlitzinneren Teilen und den Zustand des die Stränge b und c schneidenden Magnetflusses. Fig. 13 zeigt den Zustand des Magnetflusses, der die schlitzinneren Teile der Stränge a und b schneidet, wobei das Schneiden des Magnetflusses sich gegenüber demjenigen von Fig. 11 ein wenig unterscheidet. Der Grund hierfür ergibt sich leicht aus einem Vergleich der Beträge der Magnetflüsse zwischen den Fig. 11 und 13, da die jeweiligen Längen der schlitzinneren Teile 7 und 8 der Stränge b und c sich von denjenigen der Stränge a und b unterscheiden.

Die Beschreibung im Hinblick auf Fig. 12 und 13 erfolgt zur Erläuterung der Tatsache, daß die tatsächliche Größe des die

schlitzinneren Teile der Stränge b und c schneidenden Magnetflusses im wesentlichen gleich Null ist.

Es sei angenommen, daß ein Teil zwischen den Strängen b und c am schlitzinneren Endteil 7 eine Bereich S_fi hat, der gleich dem Magnetflußverkettungsbereich S₃ zwischen den Strängen a und b am schlitzinneren Endteil 7 ist, und daß die Dichte des diesen Bereich Sg schneidenden Magnetflusses 0_g durch B, wiedergegeben ist. Es sei ferner angenommen, daß der Bereich zwischen den Strängen b und c am schlitzinneren Endteil 8 durch S₇ wiedergegeben ist, daß die Dichte des diesen Bereich S₇ schneidenden Magnetflusses 0₇ durch B₇ wiedergegeben ist, und daß die Dichte des einen Bereich S schneidenden Magnetflusses 0_ft (= 0₅) durch B_Q (= B₁.) wiedergegeben ist, wobei sich der Bereich S₀ zwischen den Strängen a und b am schlitzinneren Endteil 8 befindet und gleich dem Bereich S₇ ist. Es sei ferner angenommen, daß der Bereich eines sich nach links absenkenden Teils zwischen den Strängen a und b am mittleren Teil 9 auf der an dem schlitzinneren Teil 7 angrenzenden Seite durch S^ und die Dichte des diesen Bereich S₉ schneidenden Magnetflusses 0_g durch B wiedergegeben ist, während der Gesamtbereich eines sich nach rechts absenkenden Teils zwischen den Strängen b und c am mittleren Teil 9 auf der an den schlitzinneren Teil 8 angrenzenden Seite durch S_1n und die Dichte des diesen Bereich S₁- schneidenden Magnetflusses 0,» durch B^_n wiedergegeben ist, und daß die Dichte des einen Bereich S₁₁ schneidenden Magnetflusses 0.... durch B₁₁ (= Bq) wiedergegeben ist, wobei sich der Bereich S₁₁ im Bereich S₁₀ an dessen linken oberen Teil befindet und gleich dem Bereich S_g ist.

In Fig. 12 und 13 befindet sich im schlitzinneren Endteil 7 der zwischen den Strängen a und b gelegene Teil an einer höher gelegenen Stelle als der zwischen den Strängen b und c gelegenen Teil. Die Magnetflußdichte B₃ des den zwischen den Strängen a und b gelegenen Teil schneidenden Magnetflusses 0₃ ist größer als die Magnetflußdichte Bg des den zwischen den Strängen b und c

gelegenen Teil schneidenden Magnetflusses 0,- (B_ B). Die jeweiligen Bereiche S_ und S- dieser Teile sind gleich groß (S- = Sg), weshalb der Betrag (B₃ χ S₃) des Magentflusses 0 größer ist als (Β,, χ S,-) des Magnetflusses 0... Demnach ist

DD D

der Unterschied zwischen den jeweiligen Beträgen (B, χ S_fi) und (B₇ χ S₇) der die zwischen den Strängen b und c an den schlitzinneren Teilen 7 bzw. 8 schneidenden Magnetflüsse 0_fi und 0_ größer ist als der Unterschied zwischen den entsprechenden Beträgen (B₃ χ S₃) und (B_ß χ Sg) der die zwischen den Strängen a und b an den schlitzinneren Teilen 7 und 8 gelegenen Teile schneidenden Magnetflüsse 0_O bzw. 0_O.

ό ο

Andererseits induzieren im mittleren Teil 9 die jeweiligen Magnetflüsse 0g und 0₁₁ in den Strängen b und c Spannungen mit entgegengesetzten Polaritäten. Die jeweiligen Beträge (B_g χ S_g) und (B₁₁ χ S₁₁) der Magnetflüsse 0_ und 0.... sind, wie oben beschrieben, wegen S~ = S₁₁ gleich groß. Demnach ist im mittleren Teil 9 der tatsächliche Betrag der den zwischen den Strängen b und c gelegenen Teil schneidenden Magnetflüsse gleich dem Unterschied, der erhalten wird durch Subtrahieren des Betrags (B₁₁ χ S₁₁) des Magnetflusses 0.... vom Betrag (B₁₀ χ S_1Q) des Magnetflusses 0_1n· Es ist offensichtlich, daß dieser Unterschied kleiner ist als der Betrag (B. χ S.) des Magnetflusses 0, , der den zwischen den Strängen a und b am mittleren Teil 9 gelegenen Teil schneidet, was sich aus einem Vergleich zwischen den Bereichen an den mittleren Teilen mit den schrägen Strängen in Fig. 11 bzw. 13 ergibt.

Unter Beachtung des oben beschriebenen und der Tatsache, daß der Betrag des Magnetflusses 0 gleich demjenigen des Magnetflusses (0₄ + 0₅) ist, ist die Summe der Beträge des Magnetflusses (0_1O + 0.J₁) und des Betrags des Magnetflusses 0_ im wesentlichen gleich dem Betrag des Magnetflusses 0_g. Ferner induzieren der Magnetfluß 0₆ und der Magnetfluß (0_1O ~ 0-, ₁ + 0₇) Spannungen an den Strängen b bzw. c in zueinander entgegengesetzten Richtungen. Deshalb wird der tatsächliche Magnetfluß, der den zwischen den

Strängen b und c am schlitzinneren Teil gelegenen Teil schneidet, im wesentlichen gleich Null, weshalb die an den Strängen induzierte Spannung im wesentlichen gleich Null wird.

Fig. 14 zeigt den Versetzungszustand der Stränge c und d in deren schlitzinneren Teil und den Zustand des den dazwischengelegenen Teil schneidenden Magnetflusses. Wenn auch der Magnetfluß (0.₂ - 0.1 r) den zwischen den Strängen c und d gelegenen Teil schneidet, ist es offensichtlich, daß der tatsächliche Betrag des Magnetflusses wegen der aus der Zeichnung ersichtlichen symmetrischen Anordnung im wesentlichen gleich Null ist, weshalb die an den Strängen c und d induzierte Spannung e banfalls im wesentlichen gleich Null ist.

Dasselbe gilt für die anderen Strangpaare, wobei die an jedem Strangpaar induzierte Spannung im wesentlichen gleich Null ist.

Selbstverständlich herrscht im wesentlichen kein tatsächlicher Magnetfluß (den Spalt kreuzenden Magnetfluß) an einem Paar von Strängen, die sich im Schlitz auf derselben Höhe befinden, weshalb in einem solchen Strangpaar im wesentlichen keine Spannung induziert wird.

Bei dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Versetzungen der jeweiligen Stränge von einem Stapel zum nächsten Stapel gleich der Anzahl η der Stränge. Die Versetzungsanzahl der jeweiligen Stränge in einem Stapel ist gleich der Anzahl η der Stränge. Demnach wird die Gesamtzahl der Versetzungen gleich 2n. Da die Gesamtzahl der Versetzungen in der 540°-Roebel-Versetzung ausgesetzten Stab gleich 3n ist, kann bei dieser Ausführungsform im Vergleich zur 540°~Roebel-Versetzung die Gesamtversetzungsanzahl auf 2/3 verringert werden. Deshalb kann diese Ausführungsform leicht bei einem Stab mit einem kurzen schlitzinneren Stabteil und mit einer großen Anzahl von Strängen angewendet werden.

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Da ferner der tatsächliche Betrag des Magnetflusses, der einen zwischen irgendwelchen Strängen an deren schlitzinneren Teil gelegenen Teil schneidet, im wesentlichen gleich Null gemacht werden kann, kann der Einfluß des den Schlitz schneidenden Magnetflusses beseitigt werden, so daß die Spannungsverteilung im jeweiligen Strang gleichmäßig gemacht werden kann.

Da ferner die jeweiligen Stranganordnungen an den entgegengesetzten schlitzäußeren Teilen des Stabs zueinander umgekehrt sind, sind die jeweiligen Polaritäten der auf Grund des magnetischen Leckflusses an den entgegengesetzten Enden des Generators induzierten Spannungen entgegengesetzt zueinander, so daß die durch diese Spannungen bedingten Ströme einander aufheben und der Zirkulationsstrom im wesentlichen gleich Null ist. Das heißt, dieselbe Wirkung kann auch in diesem Fall wie im Fall der 540°-Versetzung erzielt werden.

Fig. 15 und 16 sind Seiten- bzw. Draufsichten einer weiteren Ausführungsform eines Ankerstabs nach der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform von Fig. 7 und 8 darin, daß bei der ersteren die Anzahl der Stränge ungeradzahlig ist. Das heißt, die Anzahl der Stränge beträgt elf bei dieser Ausführungsform und zwölf bei der Ausführungsform von Fig. 7 und 8. Somit kann auch bei dieser Ausführungsform die Versetzung wie in der Zeichnung erfolgen mit derselben Wirkung wie bei der Ausführungsform von Fig. 7 und 8.

Fig. 17 ist eine schematische Darstellung des Zustands der Strangversetzung eines Ankerstabs bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen von Fig. 9 darin, daß die Versetzung zwischen einem Paar von auf derselben Höhe im Schlitz aneinandergrenzenden Strängen hauptsächlich an dem die schrägen Stränge aufweisenden mittleren Teil 9 des Stabs erfolgt und wenn das Paar von Strängen die oberste Stellung im Stab einnimmt, beinahe ohne an jedem

der schlitzinneren Endteile 7 und 8 des Stabs zu erfolgen. Die Ausfuhrungsform eignet sich daher für einen solchen Fall, in dem der mittlere Teil 9 des Stabs im Vergleich zu den schlitzinneren Endteilen 7 und 8 beträchtlich lang ist, wobei es schwierig ist, die Versetzung zwischen benachbarten Strängen in jedem der schlitzinneren Endteile 7 und 8 auszuführen.

Fig. 18, 19 und 20 sind eine Seitenansicht, eine Draufsicht bzw. eine schematische Darstellung des Zustande der Strangversetzung eines Ankerstabs nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 20 geben die ausgezogenen Linien die Strangteile im Stapel 5 auf dieser Seite der Zeichnungsebene an, während die gestrichtelten Linien die Strangteile im Stapel 6 auf der Rückseite der Zeichnungsebene angeben.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen in der Anzahl der Versetzungen in den nächsten Stapel, im Verfahren der Versetzung und im Ort der Versetzung. Das heißt, jeder der Stränge im Stapel 6 am schlitzinneren Endteil 7 auf der !.'Rückseite der Zeichnungsebene wird in Nähe der Grenze zwischen dem Endteil 7 und dem Teil 9 einmal in den Stapel 5 auf dieser Seite der Zeichnungsebene versetzt, wiederum am obersten Teil des Teils in den Stapel 6 versetzt und ferner wieder in Nähe der Grenze zwischen dem Teil 8 und dem Teil 9 in den Stapel 6 auf der Rückseite der Zeichnungsebene versetzt. Jedoch wird nur der Strang g in Nähe der Grenze zwischen dem Teil 7 und dem Teil 9 einmal in den Stapel 5 auf dieser Seite der Zeichnungsebene versetzt, ohne danach weiter versetzt zu werden. Andererseits wird jeder der Stränge im Stapel 5 am Teil 7 auf dieser Seite der Zeichnungsebene nur einmal am obersten Teil im Teil 9 in den Strang 6 auf der Rückseite der Zeichnungsebene versetzt. Folglich wird jeder der Stränge an jeder durch einen kleinen Kreis ο in Fig. 20 bezeichneten Stelle in den nächsten Stapel versetzt. Die Anzahl der Versetzungen dieses Stabs ist gleich

Bei dieser Ausführungsform kann nicht nur dieselbe Wirkung wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen erzielt werden, sondern es besteht noch ein Vorteil darin, daß der Stab leicht geformt werden kann, da die Form des Querschnitts jedes Strangs auf dessen Länge nicht verändert werden muß.

Wie oben beschrieben, kann nach der Erfindung die Anzahl der Versetzungen des Stabs verringert werden. Die Erfindung kann leicht bei einer solchen Wicklung angewendet werden, bei der die Länge des Eisenkerns der elektrischen Rotationsmaschine, d. h. die Länge des schlitzinneren Teils der Stränge, kurz und die Anzahl der Stränge groß ist. Ferner ist es möglich, den Einfluß des den Schlitz schneidenden Magnetflusses zu verringern, um hierdurch die Stromverteilung im entsprechenden Strang gleichmäßig zu machen. Die jeweiligen Stranganordnungen an den entgegengesetzten schlitzäußeren Endteilen des Stabs sind so zueinander amgekehrt, daß die Einflüsse von magnetischen Leckflüssen an den entgegengesetzten Enden der elektrischen Rotationsmaschine einander aufheben, wodurch der in jedem Strangpaar fließende Zirkulationsstrom verringert werden kann. Folglich können die im Stab erzeugten Verluste und örtliche überhitzungen verringert werden.

Claims

8 1-35 . 786P (35 . 787H) 25. Jan. 1984

Steinsdorfstr, 10, SQOO München 22

HITACHI, LTD., Tokyo Japan

Versetzter Mehrfachstrangstab für eine elektrische Rotationsmaschine

Ansprüche

Λ .I Versetzter Mahrfachstrangstab für eine elektrische Rotationsmaschine,

- bestehend aus zwei Reihen von gestapelten Strängen,

- mit einem geraden schlitzinneren Stabteil und entgegengesetzten umgebogenen schiitzäußeren Stabendteilen,

- wobei die Stränge am schlitzinneren Stabteil versetzt und an jedem der schlitzäußeren Stabendteilen untereinander kurzgeschlossen sind,

dadurch gekennzeichnet,

- daß jeder der Stränge in der Nähe des Mittelstücks (9) des schlitzinneren Stabteils (2) schräg und symmetrisch zu einer senkrechten Symmetrieachse derart verläuft, daß die tatsächliche Größe des den Schlitz durchquerenden Magnetflußes, der den Spalt zwischen irgendeinem der Stränge (a-1) schneidet, im wesentlichen gleich Null ist,

- daß jeder der Stränge derart versetzt ist, daß die jeweiligen Stranganordnungen des Strangs (a-1) an den entgegengesetzten schlitzäußeren Stabendteilen (3, 4) zuein-

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ander umgekehrt sind, und

- daß die Gesamtzahl der versetzten Teile der Stränge (a-1) kleiner als die dreifache Anzahl der Stränge (a-1) ist.
2. Mehrfachstrangstab nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß jeder der Stränge (a-1) in seiner Breite und Dicke, die im schrägen Teil (9) des schlitzinneren Stabteils (2) halb bzw. doppelt so groß sind, so geformt ist, daß der Strang (a-1) in ein und demselben Stab (5, 6) versetzt ist, und

- daß an jedem der entgegengesetzten Endteile (7, 8) des schlitzinneren Stabteils jeder der Stränge (a-1) von einem der Stapel (5, 6) zum anderen versetzt ist.
3. Mehrfachstrangstab nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß jeder der Stränge (a-1) in seiner Breite und Dicke, die im schrägen Teil (9) des schlitzinneren Stabteils (2) halb bzw. doppelt so groß sind, so geformt ist, daß der Strang (a-1) in ein und demselben der Stapel (5, 6) versetzt ist, und

- daß jeder der Stränge (a-1) von einem der Stapel (5, 6) zum anderen versetzt ist.
4. Mehrfachstrangstab nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß jeder eines Teils der Stränge (a-1) von einem der Stapel (5, 6) zum anderen einmal versetzt ist und

- daß jeder des verbleibenden Teils der Stränge (a-1) von einem der Stapel (5, 6) zum anderen dreimal versetzt ist.