DE3633857A1

DE3633857A1 - Stator of an electrical machine

Info

Publication number: DE3633857A1
Application number: DE19863633857
Authority: DE
Inventors: Walter Ing Grad Brademann
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1986-10-04
Filing date: 1986-10-04
Publication date: 1988-04-14
Also published as: DE3633857C2

Abstract

A clamping device is proposed for the stator of an electrical machine having a laminated magnetic circuit, in the case of which the layered laminated core (11) is compressed axially via pressure fingers (12) and pressing elements to form a closed core. This clamping device also applies an approximately constant compression force in the event of thermal expansion or settling of the laminated core (11), can be used in confined spatial conditions and makes it possible to retighten the laminated core (11) with the winding inserted. The clamping device consists of an integral compression ring (13) which is constructed as a plate spring and presses against the pressure fingers (12). Pressure spindles (19) which can be clamped by means of nuts (23) engage, distributed uniformly over the circumference, in the radially outer region of the compression ring (13). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft den Stator einer elektrischen Maschine mit geblechtem Magnetkreis, bei dem das ge schichtete Blechpaket über Druckfinger und Preßelemente zu einem geschlossenen Paket axial verpreßt ist. Sie bezieht sich insbesondere auf Statoren elektrischer Ma schinen mit eingeschränkten Platzverhältnissen, wie sie bei kleineren Wasserkraft-Rohrgeneratoren mit niedriger Jochhöhe vorkommen.The invention relates to the stator of an electrical Machine with a laminated magnetic circuit, in which the ge layered laminated core over pressure fingers and pressing elements is axially pressed into a closed package. they relates in particular to stators of electrical Ma machines with limited space, like them for smaller hydro generators with lower ones Yoke height occur.

Das Blechpaket wird vom Statorgehäuse aufgenommen und fixiert. Es besteht aus einer größeren Anzahl axial ge schichteter dünner Dynamoblech-Segmente, welche über außen liegende Druckfinger, Wange und Preßplatte zu einem geschlossenen Paket axial verpreßt werden. Die axiale Preßkraft sollte möglichst in allen Betriebszu ständen in vorbestimmter Höhe konstant bleiben.The laminated core is taken up by the stator housing and fixed. It consists of a larger number of axially ge layered thin dynamo sheet segments, which over external pressure fingers, cheek and press plate too axially pressed a closed package. The axial pressing force should be as possible in all stands remain constant at a predetermined level.

Im Betriebszustand werden Blechpaket und Statorgehäuse verschieden hoch erwärmt und unterliegen unterschiedli chen Wärmedehnungen. Hinzu kommt im Laufe der Betriebszeit, in Abhängigkeit von Schalthäufigkeit, Pa ketlänge und Laufruhe, ein gewisser axialer Setzeffekt, der die Vorspannkraft mindern kann.The laminated core and stator housing are in the operating state heated differently and are subject to different Chen thermal expansion. In addition comes in the course of Operating time, depending on the switching frequency, Pa warp length and smoothness, a certain axial setting effect, that can reduce the preload.

Durch die DE-OS 22 20 420 ist ein Stator für eine elek trische Maschine bekannt geworden, bei dem das Blechpa ket zwischen beidseitig axial außen liegenden Druckfin gern eingespannt ist. Die Druckfinger der einen Seite stützen sich direkt an einer starren Preßplatte ab, wäh rend die Druckfinger der anderen Seite über Verbindungs elemente und Druckschrauben mit einer ebenfalls starren Preßplatte in Verbindung stehen. Durch Anziehen der Druckschrauben läßt sich das Blechpaket pressen. Bei dieser Ausführung hängt die Vorspannung der Preßkraft im wesentlichen von der Gehäusedehnung ab und weist daher eine verhältnismäßig steil ansteigende Kennlinie auf. Dies kann bei starken Setzerscheinungen des Blechpaketes leicht zu einer ungenügenden Preßkraft führen. Das Nach lassen der Vorspannkraft läßt sich lediglich visuell oder durch eine Messerprobe beurteilen und ist nicht meßbar. Ferner werden die Druckschrauben durch die Sta torwicklung verdeckt, so daß bei eingelegter Wicklung ein Nachspannen nicht mehr möglich ist.DE-OS 22 20 420 is a stator for an elec tric machine has become known, in which the Blechpa ket between pressure fin lying axially on both sides likes to be clamped. The pressure fingers on one side are supported directly on a rigid press plate, wuh rend the pressure fingers of the other side via connection elements and pressure screws with an also rigid Press plate in connection. By tightening the The laminated core can be pressed by pressure screws. At this version depends on the preload of the pressing force essentially from the housing expansion and therefore has a relatively steeply increasing characteristic curve. This can be the case with strong signs of settlement of the laminated core easily lead to an insufficient pressing force. The after the preload can only be visual or judge by a knife test and is not measurable. Furthermore, the pressure screws by the Sta gate winding covered so that when the winding is inserted retensioning is no longer possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stator einer elektri schen Maschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, daß die auf das Blechpaket ausgeübte Preßkraft einen im Verhältnis zur Gehäusedehnung relativ flachen Anstieg aufweist, so daß die Preßkraft weitgehend unabhängig von Wärmedehnungen und Setzeffekten ist und nahezu konstant bleibt, daß sich die vorhandene Preßkraft unter Zugrundelegung von Meßwerten rechnerisch bestimmen läßt und daß ein Nach spannen der Preßelemente auch bei eingelegter Wicklung problemlos möglich ist. Die Anordnung soll insbesondere auch für kleinere Hydro-Rohrgeneratoren mit einge schränkten Platzverhältnissen anwendbar sein. The object of the invention is to provide an electric stator machine according to the features of the preamble of Form claim 1 such that the on Laminated core exerted a pressing force in relation to Housing expansion has a relatively flat increase, so that the pressing force largely independent of thermal expansion and setting effects is and remains almost constant that the existing pressing force based on Let measured values be determined mathematically and that an after tension the pressing elements even when the winding is inserted is easily possible. The arrangement is intended in particular also for smaller hydro tube generators limited space may be applicable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Preßelement wenigstens auf einer Seite des Blechpaketes ein als Tellerfeder mit axial gerichteter Federkraft ausgebildeter einteiliger Preßring angeordnet ist, und daß im radial äußeren Bereich des Preßringes auf den Umfang verteilt axial wirkende Druckspindeln angreifen, welche in ihrem axial außenliegenden Bereich Spannele mente aufweisen und sich am Statorgehäuse abstützen.The object is achieved in that as Press element at least on one side of the laminated core a as a disc spring with axially directed spring force trained one-piece press ring is arranged, and that in the radially outer area of the press ring on the Attack circumferentially distributed axially acting pressure spindles, which in its axially outer area Spannele have elements and are supported on the stator housing.

Vorzugsweise ist beidseits des Blechpaketes je ein Preß ring angeordnet, wobei ein Preßring mit dem Statorgehäu se starr verbunden ist. Die starre Verbindung kann als Schweißverbindung zwischen Preßring und dem Innendurchmesser des Statorgehäuses ausgeführt sein. Der andere, lose Preßring ist als Tellerfeder ausgebildet und wird durch die Druckspindeln verspannt.There is preferably a press on both sides of the laminated core arranged ring, a press ring with the stator se rigidly connected. The rigid connection can be as Welded connection between the press ring and the Inner diameter of the stator housing to be executed. The other, loose press ring is designed as a plate spring and is clamped by the pressure spindles.

Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile:The solution according to the invention has the following advantages:

- The press ring can be dimensioned so that its Press force characteristic, i.e. the dependence of the press force from the axial deformation of the press ring given parameters. He can point to one of the required pressing force corresponding preload and a relatively flat increase in the pressing force at steep gender deformation can be designed so that changes the laminated core length, for example due to heat strains or signs of settlement, only proportionally cause slight changes in the pressing force. The usable travel with almost constant press force can be, for example, several mm.
- The value of the pressing force can be measured by Determine the deformation of the press ring.
- The laminated core press arrangement can be very compact and training to save space, so that they are particularly suitable for smaller hydro tube generators can be used advantageously is. The force is introduced into the laminated core in spite of being arranged relatively radially far outside Clamping elements approximately in the middle of the top of the laminated core area.

Ein Nachspannen des Blechpaketes ist auch bei einge legter Wicklung möglich.Retensioning of the laminated core is also on laid winding possible.

Der Preßring trägt vorzugsweise im Bereich seines Innen umfanges auf seiner dem Blechpaket zugewandten Seite einen axial ausgerichteten Ringansatz, der sich an den Druckfingern abstützt. Die Anlagefläche zwischen Preß ring und Druckfingern liegt zweckmäßigerweise in etwa im Flächenschwerpunkt der Statorblechfläche, so daß ein Auskippen der Statorbleche vermieden wird.The press ring preferably carries in the area of its inside circumferentially on its side facing the laminated core an axially aligned ring approach, which is based on the Supports pressure fingers. The contact surface between the press ring and pressure fingers is conveniently in about Center of gravity of the stator sheet surface, so that a Tipping of the stator sheets is avoided.

Einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zufolge ist im mittleren Bereich der radial nach außen gerichteten Preßringfläche wenigstens ein nach außen vorstehender, vorzugsweise ringförmiger Wulst angeordnet. Durch diesen Wulst wird der Preßring bei Erhöhung der Preßkraft durch die Keilstege des Statorgehäuses radial geführt, so daß sich der Preßringaußendurchmesser konzentrisch zur Ge häusesteginnenfläche einstellt. Ferner stützt sich der Preßring bei Erreichen der erforderlichen Preßkraft über seinen Wulst an den Keilstegen ab.According to a preferred embodiment of the invention in the central area the radially outward Press ring surface at least one outwardly projecting preferably arranged annular bead. Through this Bead is pressed through by increasing the pressing force the wedge webs of the stator housing guided radially, so that the outer diameter of the compression ring concentric with the Ge adjusts the inside land area. Furthermore, the Press ring when the required pressing force is reached his bead on the wedge webs.

Zweckmäßigerweise wird der Querschnitt des Preßringes im wesentlichen als rechtwinkliges Dreieck ausgebildet, dessen eine Kathete dem Blechpaket zugewandt ist und in etwa parallel zu der Blechoberfläche ausgerichtet ist und dessen andere Kathete radial außen, in etwa parallel zur Statorgehäusezylinderfläche liegt. Die Katheten können in etwa gleichlang ausgebildet werden. Diese Formgebung ermöglicht eine kompakte, platzsparende Aus bildung bei hoher Spannkraft. Advantageously, the cross section of the press ring in essentially formed as a right triangle, of which a cathete faces the laminated core and in is aligned approximately parallel to the sheet surface and its other cathete radially outside, roughly parallel to the stator housing cylinder surface. The cathets can be of approximately the same length. These Design enables a compact, space-saving design formation with high elasticity.

Vorzugsweise besteht das Spannelement aus einer Druck spindel und einer sich am Statorgehäuseflansch abstüt zenden Mutter. Wird die Mutter bei festgehaltener Druck spindel verdreht, so verschiebt sich die Druckspindel axial und drückt gegen den radial außenliegenden Ringbe reich des Preßringes. Diese Ausbildung ist besonders für beengte Platzverhältnisse geeignet. Die Spannmittel zum Spannen des Sprengringes liegen axial weit außen in der Nähe des Statorgehäuseflansches und erlauben ein pro blemloses Nachspannen auch bei eingelegter Wicklung.The tensioning element preferably consists of a pressure spindle and one supported on the stator housing flange zenden mother. Will the mother with pressure held spindle rotates, the pressure spindle shifts axially and presses against the radially outer ring realm of the press ring. This training is especially for cramped space is suitable. The clamping devices for Tensioning of the snap ring is axially far out in the Close to the stator housing flange and allow a pro easy re-tensioning even when the winding is inserted.

Zur Führung der Spannvorrichtung sind zweckmäßige Wei terbildungen der Erfindung vorgesehen. So kann das dem Preßring zugewandte Ende der Druckspindel in einer Aus nehmung im Schenkel eines rechtwinkligen Winkels, der am Statorgehäuse befestigt ist, geführt sein. Ferner kann die Mutter mit einem zylindrischen Zapfen versehen sein, der in eine Ansenkung im Statorgehäuseflansch eingreift.To guide the tensioning device are appropriate Wei further developments of the invention are provided. So it can Press ring facing end of the pressure spindle in an off take in the leg of a right angle, the most Stator housing is attached, be guided. Furthermore, the nut should be provided with a cylindrical pin, which engages in a countersink in the stator housing flange.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wird die Erfindung sowie weitere vor teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen näher be schrieben.Based on the drawing, which is an embodiment of the Invention shows, the invention, as well as others partial refinements and developments be closer wrote.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 den Ständer einer elektrischen Maschine im Halbschnitt, Fig. 1 shows the stator of an electrical machine in half-section,

Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1 in vergrößerter Dar stellung und Fig. 2 shows the detail II of FIG. 1 in an enlarged position and

Fig. 3 das Detail III aus Fig. 1 in vergrößerter Dar stellung. Fig. 3 shows the detail III of Fig. 1 in an enlarged Dar position.

Innerhalb des Statorgehäuses 10 ist das Statorblechpaket 11 angeordnet, welches aus einer Vielzahl geschichteter Bleche bzw. Blechsegmenten aufgebaut ist. Die Blechpa ketpressung erfolgt durch beidseitig axial außenliegende Druckfinger 12, Preßringe 13, 14 und Spannvorrichtungen. Die Bleche des Statorblechpaketes 11 sind durch Schicht keile 15 geführt, welche gemeinsam mit Keilstegen 16 an der zylindrischen Innenwandung des Statorgehäuses befe stigt sind. Beispielsweise können vierzig Schichtkeile 15 auf dem Gehäuseinnenumfang in gleichmäßigem Abstand angeordnet sein.Arranged within the stator housing 10 is the stator laminated core 11 , which is constructed from a large number of laminated laminations or laminated segments. The Blechpa ketpressung is carried out by axially external pressure fingers 12 , compression rings 13 , 14 and clamping devices. The sheets of the stator laminated core 11 are guided by layer wedges 15 which, together with wedge webs 16, are attached to the cylindrical inner wall of the stator housing. For example, forty layer wedges 15 can be arranged on the inner circumference of the housing at a uniform distance.

Der schaltseitige Preßring 14 ist mit dem Statorgehäuse 10 starr verbunden. Er ist an den Stegen 17 mit der Statorgehäuseinnenwandung verschweißt. Der Preßring 14 trägt im Bereich seines Innenumfanges auf seiner dem Blechpaket zugewandten Seite einen Ringansatz 18 auf dem die Druckfinger 12 aufliegen.The switching-side press ring 14 is rigidly connected to the stator housing 10 . It is welded to the inner wall of the stator housing on the webs 17 . The press ring 14 carries in the area of its inner circumference on its side facing the laminated core an annular shoulder 18 on which the pressure fingers 12 rest.

Bei dem gegenüberliegenden, antriebsseitigen Preßring 13 handelt es sich um einen losen, einteiligen Ring, der so geformt ist, daß er die Funktion einer Tellerfeder er füllt. Er wird durch die am Statorgehäuseflansch 24 ab gestützten Druckspindeln 19 auf die für die Blechpaket pressung erforderliche Spannung gebracht. Tangential- und Radialspannung des Preßringes infolge Stülpens erge ben den gewünschten axialen Federweg. Die Preßkraft wird über die Druckfinger 12 in das Blechpaket eingeleitet. Der Preßring 13 hat einen im wesentlichen dreieckförmi gen Querschnitt, wobei die Katheten des rechtwinkligen Dreiecks in etwa gleich lang sind. Hierdurch ergibt sich ein relativ schmaler Ring mit hoher Preßkraft, der die Formgebung des nicht dargestellten Spulenkopfes relativ wenig beschränkt.The opposite press ring 13 on the drive side is a loose, one-piece ring which is shaped in such a way that it fulfills the function of a plate spring. It is brought to the tension required for the laminated core by the pressure on the stator housing flange 24 from supported spindles 19 . Tangential and radial tension of the press ring as a result of slipping results in the desired axial travel. The pressing force is introduced into the laminated core via the pressure fingers 12 . The press ring 13 has a substantially triangular cross section, the cathets of the right triangle being approximately the same length. This results in a relatively narrow ring with high pressing force, which restricts the shape of the coil head, not shown, relatively little.

Der Preßring 13 trägt einen Ringansatz 20, durch den er sich an den Druckfingern 12 abstützt. Die Anlagefläche des Ringansatzes 20 liegt in etwa im Flächenschwerpunkt der Statorblechfläche, so daß eine gleichmäßige Druck verteilung über die gesamte Statorblechfläche gewährlei stet ist. The press ring 13 carries a ring shoulder 20 through which it is supported on the pressure fingers 12 . The contact surface of the annular shoulder 20 is approximately in the center of the area of the stator sheet surface, so that a uniform pressure distribution over the entire stator sheet surface is guaranteed.

Im mittleren Bereich der radial nach außen gerichteten Preßringfläche ist ein nach außen vorstehender ringför miger Wulst 21 angeordnet. Im entspannten Zustand des Preßringes 13 ist der Außendurchmesser des Wulstes 21 kleiner als der Keilsteginnendurchmesser 30, so daß der Preßring 13 mühelos eingelegt werden kann. Beim Spannen des Preßringes 13 durch die auf den Umfang gleichmäßig verteilten Druckspindeln 19 vergrößert sich der Wulst durchmesser, so daß sich der Wulst 21 an die Keilstege 16 anlegt, wodurch eine Zentrierung des Preßringes 13 erfolgt.In the central region of the radially outward pressing ring surface an outwardly projecting ring-shaped bead 21 is arranged. In the relaxed state of the press ring 13 , the outer diameter of the bead 21 is smaller than the wedge web inside diameter 30 , so that the press ring 13 can be inserted effortlessly. When the press ring 13 is tensioned by the pressure spindles 19 distributed uniformly over the circumference, the bead increases in diameter, so that the bead 21 bears against the wedge webs 16 , whereby the press ring 13 is centered.

Die Preßringaußenfläche 22 verändert ihre Form in Abhän gigkeit von der ausgeübten Druckkraft der Druckspindeln 19. In entspanntem Zustand ist die Preßringaußenfläche 22 leicht kegelförmig. In gespanntem Zustand, in dem die Preßkraft ihren Sollwert erreicht, liegt die Preß ringaußenfläche 22 parallel zur Keilschichtinnenfläche. Ist keine Parallelität vorhanden, z.B. nach einem Setzen des Blechpaketes, so läßt sich aus dem meßbaren Winkel zwischen Preßringaußenfläche und Keilschichtinnenfläche die Größe der vorhandenen Preßkraft errechnen. Zum Mes sen kann eine Lehre dienen.The pressing ring outer surface 22 changes its shape in dependency on the pressure force exerted by the pressure spindles 19th In the relaxed state, the outer press ring surface 22 is slightly conical. In the tensioned state, in which the pressing force reaches its desired value, the pressing outer ring surface 22 lies parallel to the inner wedge layer surface. If there is no parallelism, for example after setting the laminated core, the size of the existing pressing force can be calculated from the measurable angle between the outer surface of the press ring and the inner surface of the wedge layer. A teaching can serve to measure.

Zum Spannen des Preßringes 13 dienen Spindeln 19 und auf diese aufgeschraubte Muttern 23, von denen beispielswei se vierzig auf den Umfang gleichmäßig verteilt sind. Die Druckspindeln 19 sind mit Hilfe von Winkeln 25 am Sta torgehäuse 10 axial verschieblich befestigt, wobei die Winkel 25 jeweils eine Ausnehmung 26 aufweisen, durch die die Spindeln 19 gesteckt sind. Die Muttern 23 tragen jeweils einen zylindrischen Zapfen 32, der in jeweils eine Ansenkung 27 in dem Statorgehäuseflansch 24 ein greift. Auf diese Weise ist das aus Druckspindel 19 und Mutter 23 bestehende Spannelement in seiner Lage ausge richtet. Das freie Ende 28 der Druckspindel 19 liegt auf einer radial außen liegenden Ringfläche 31 des Preßrin ges 13 auf. Zum Spannen des Preßringes 13 wird die Druckspindel 19 am Verdrehen gehindert, in dem ein Ga belschlüssel in eine Anflächung 29 eingreift. Die Muttern 23 werden solange abwechselnd mit ansteigendem Drehmoment gegen den Statorgehäuseflansch 24 gedreht, bis die Preßringaußenfläche 22 allseitig parallel zum Gehäusesteginnendurchmesser 30 liegt. Die Parallelität kann mit einer Lehre gemessen werden. Sie gibt den Hinweis dafür, daß die vorausberechnete Druckkraft des Preßringes 13 erreicht ist.For clamping the press ring 13 serve spindles 19 and nuts 23 screwed onto this, of which, for example, se forty are evenly distributed over the circumference. The thrust screws 19 are secured by means of brackets 25 on the gate housing 10 Sta axially displaceable, wherein the angle 25 each have a recess 26 through which the spindles are inserted 19th The nuts 23 each carry a cylindrical pin 32 which engages in a countersink 27 in the stator housing flange 24 . In this way, the existing clamping element from the pressure spindle 19 and nut 23 is aligned in its position. The free end 28 of the pressure spindle 19 lies on a radially outer annular surface 31 of the press ring 13 . To clamp the press ring 13 , the pressure spindle 19 is prevented from rotating, in which a Ga bel key engages in a flattening 29 . The nuts 23 are rotated alternately with increasing torque against the stator housing flange 24 until the outer pressure ring surface 22 is parallel to the housing web diameter 30 on all sides. The parallelism can be measured with a teaching. It indicates that the pre-calculated pressure force of the press ring 13 has been reached.

Claims

1. Stator of an electrical machine with laminated magnetic circuit, in which the laminated laminated core is pressed axially via pressure fingers and pressing elements to form a closed package, characterized in that as a pressing element, at least on one side of the Blechpa ketes, a force designed as a plate spring with an axially directed spring one-piece press ring ( 13 , 14 ) is arranged, and that in the radially outer area of the press ring ( 13 ) distributed on the circumference attack axially acting pressure spindles ( 19 ) which have clamping elements in their axially outer outer area and on the stator housing ( 18 ) support.

2. Stator according to claim 1, characterized in that on both sides of the stator laminated core ( 11 ) each designed as a plate spring press ring ( 13 , 14 ) is arranged and a press ring ( 14 ) with the stator housing ( 10 ) is rigidly connected, in particular welded.

3. Stator according to claim 1 or 2, characterized in that the press ring ( 13 , 14 ) in the region of its inner circumference on its side facing the laminated core ( 11 ) carries a ring shoulder ( 18 , 20 ) which is attached to the pressure fingers ( 12 ) supports.

4. Stator according to claim 3, characterized in that the contact surface of the ring approach ( 18 , 20 ) is approximately in the center of area of the stator sheet surface.

5. Stator according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one outwardly projecting, preferably annular bead ( 21 ) is arranged in the central region of the radially outwardly directed pressing ring surface ( 22 ).

6. Stator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cross section of the press ring ( 13 , 14 ) is ausgebil det substantially as a right-angled triangle, the one cathetus facing the laminated core ( 11 ) and approximately parallel to the metal surface is directed and the other cathete is located radially outside.

7. Stator according to claim 6, characterized in that the two cathets are about the same length.

8. Stator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the clamping element consists essentially of a pressure spindle ( 19 ) and a seflansch on the stator housing ( 24 ) supporting nut ( 23 ) and the pressure spindle ( 19 ) on a radially outer Ringbe rich ( 31 ) of the press ring ( 13 ) attacks.

9. Stator according to claim 8, characterized in that the pressing ring ( 13 ) facing the end of the Druckspin del ( 19 ) in a recess ( 26 ) of a leg of a right angle ( 25 ) which is attached to the stator housing ( 10 ) is.

10. Stator according to claim 8 or 9, characterized in that the nut ( 23 ) with a cylindrical pin ( 32 ) engages in a countersink ( 27 ) in the stator housing flange ( 24 ).