DE4312202A1 - Querverbinder für eine Statorspule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Statorwicklungen für elektrodynamische Systeme, wie beispielsweise elektrische Generatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung einen massiven Serien-Querverbinder zur Verbindung eines Paars von Halbspulen in einer solchen Statorwicklung.

Die Statoreinheit in einem elektrischen Mehrphasengenerator von dem Typ, der durch die Westinghouse Electric Company hergestellt wird, der Anmelderin hiervon, weist allgemein eine Zahl von Halbspulen auf, die an ihren Endbereichen des Stators verbunden sind, um eine vollständige Statorwick­ lungsspule zu bilden.

Fig. 8 erläutert eine Halbspule 10 nach dem Stand der Technik von dem Typ, der üblicherweise in einem solchen Generator verwendet wird. Die Halbspule 10 weist einen ersten Roebelstab 18 auf, in dem die Teilleiter in einem ersten Teilleiterstab 14 versetzt oder in Roebelform ver­ laufend zu den Teilleitern in einem zweiten Teilleiter­ stab 16 angeordnet sind. Die Halbspule 10 weist auch einen zweiten Roebelstab 18 auf, in dem die Teilleiter in einem dritten Teilleiterstab 20 zu denjenigen in einem vierten Teilleiterstab 22 versetzt sind. Eine solche Roebelanordnung vermindert die Verluste durch die Beibehaltung relativ gleichmäßiger Spannungsunterschiede zwischen den Teillei­ tern. Die sich so ergebenden Roebelstäbe 12, 18 sind ähnlich einem Geflecht in einem Spiralmuster angeordnet, das dem für dieses Technologiegebiet zuständigen Fachmann bekannt ist. Wie anhand der Fig. 8 zu sehen ist, ist ein Stab aus röhrenförmigen Elementen gemeinsam zwischen dem Roebel­ stab 12, 18 zur Hindurchführung eines Kühlmittels, wie beispielsweise Wasserstoffgas, durch die Halbspule 10 hin­ durch angeordnet.

Fig. 9 zeigt, wie die obere und die bodenseitige Spule 10, 26 in verschiedenen Statornuten über eine Gruppen-Serienver­ bindung an allen Spulenenden oder Einwicklungen miteinander verbunden sind. In der herkömmlichen Anordnung müssen die Roebelstabendabbiegungen in spezielle Gruppen 28, 30 von Teilleitern aufgetrennt werden, die in Klammern verzinnt und in Gruppenserienverbindern 32 eingelötet werden. Allerdings ist diese Verfahrensweise kosten- und sehr arbeitsintensiv und beschwerlich. Zusätzlich können die Gruppenserienverbin­ der 32 nachteilig durch ausgedehntes Aussetzen gegenüber von Vibrationen, die durch das elektrodynamische System hervor­ gerufen werden, beeinflußt werden.

Bei einem Mehrphasengeneratoraufbau, der vor kurzem durch die Westinghouse Electric Company entwickelt wurde und der nicht als Stand der Technik anzusehen ist, wurde als erfor­ derlich herausgefunden, die unterschiedlichen Roebel­ stäbe 12, 18 in den Endverbindungen zu versetzen, um den von Roebelstab zu Roebelstab zirkulierenden Strom zu versetzen und demzufolge gleichmäßig die Statorspulenströme zu vertei­ len und die Verluste zu minimieren. Während dies durch die Gruppen-Serienverbinder 32 erreicht werden kann, führt dies dazu, daß das Verbindungsverfahren noch arbeitsintensiver wird und die sich ergebenden Verbinder anfälliger als dies die Standard-Halbspule-zu-Halbspule-Verbindungen waren.

Es ist ersichtlich, daß ein schon lang bestehendes und nicht gelöstes Bedürfnis gemäß dem Stand der Technik nach einem Verbinder für die Verwendung in einer Stator-Wicklungsspule besteht, der weniger arbeitsintensiv ist, um ihn zu in­ stallieren, und der weniger anfälliger ist und der dazu geeignet ist, eine 180°-Versetzung zwischen Roebelstäben in Halbspulen, die verbunden werden sollen, zu ermöglichen.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Verbinder für eine Statorwicklungsspule anzugeben, der weniger ar­ beitsintensiv ist, um ihn zu installieren, als die Gruppen­ serienverbinder, die zuvor verwendet wurden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Verbinder für eine Statorwicklungsspule anzugeben, der kompakter ist, weniger anfällig und weniger anfällig für Beschädigungen aufgrund von Vibration als die Gruppenserienverbinder, die zuvor verwendet wurden, ist.

Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, einen Verbinder für eine Statorwicklungsspule anzugeben, der so aufgebaut ist, um eine 180°-Versetzung zwischen Roebelstäben in den Halbspulen, die verbunden werden sollen, zu ermöglichen. Um die vorstehenden und weitere Aufgaben der Erfindung zu lösen, weist eine Spulenwicklung des Typs, der für die Positionierung innerhalb einer Nut in einem Stator in einem elektrodynamischen System, wie beispielsweise einem elek­ trischen Generator, geeignet ist, eine erste Statorwick­ lungshalbspule auf, die eine erste und zweite Gruppe von leitenden Teilleitern aufweist; eine zweite Statorwicklungs­ halbspule, die eine dritte und vierte Gruppe von leitenden Teilleitern aufweist, wobei die zweite Halbspule zu der ersten Halbspule so ausgerichtet ist, daß die dritte Gruppe der Teilleiter zu der ersten Gruppe der Teilleiter ausge­ richtet ist und die vierte Gruppe der Teilleiter zu der zweiten Gruppe der Teilleiter ausgerichtet ist; und einen massiven Serien-Querverbinder, der ein erstes Leiterelement aufweist, das dazu geeignet ist, elektrisch an einem ersten Ende mit den Teilleitern der ersten Teilleitergruppe in einer einzigen Verbindung und mit den Teilleitern der vier­ ten Teilleitergruppe an einem zweiten, gegenüberliegenden Ende in einer einzigen Verbindung verbunden zu werden; und ein zweites Leiterelement, das dazu geeignet ist, um es elektrisch mit einem ersten Ende der Teilleiter der zweiten Teilleitergruppe in einer einzigen Verbindung und mit den Teilleitern der dritten Teilleitergruppe an einem zweiten, gegenüberliegenden Ende in einer einzigen Verbindung verbunden zu werden, wobei der erste und der zweite Verbinder so geformt ist, um eine gegenseitige Kontaktierung der sich ergebenden Überquerungszone zu vermeiden, wodurch eine Versetzung mit einem minimalen Arbeitsaufwand erreicht wird.

Gemäß einem zweiten vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird ein massiver Serien-Querverbinder für die jeweilige elek­ trische Verbindung einer ersten und einer zweiten Gruppe von Teilleitern von einer ersten Statorwicklungshalbspule mit einer vierten und einer dritten Gruppe von Teilleitern von einer zweiten Statorwicklungshalbspule angegeben, die zu der ersten Halbspule so ausgerichtet ist, daß die dritte Gruppe der Teilleiter zu der ersten Gruppe der Teilleiter ausge­ richtet ist und die vierte Gruppe der Teilleiter zu der zweiten Gruppe der Teilleiter ausgerichtet ist, der ein erstes Leiterelement aufweist, das dazu geeignet ist, daß es an einem ersten Ende der Teilleiter der ersten Teilleiter­ gruppe in einer einzigen Verbindung und mit den Teilleitern der vierten Teilleitergruppe an einem zweiten, entgegenge­ setzten Ende in einer einzigen Verbindung elektrisch zu verbinden; und ein zweites Leiterelement, das dazu geeignet ist, es elektrisch an einem ersten Ende mit den Teilleitern der zweiten Teilleitergruppe in einer einzigen Verbindung und mit den Teilleitern der dritten Teilleitergruppe an einem zweiten, gegenüberliegenden Ende in einer einzelnen Verbindung elektrisch zu verbinden, wobei der erste und der zweite Verbinder so geformt sind, um eine Kontaktierung miteinander in der sich ergebenden Überquerungszone zu vermeiden, wodurch eine Versetzung mit einem minimalen Arbeitsaufwand erreicht wird.

Diese und andere Vorteile und Ausführungen der Neuerung, die die Erfindung kennzeichnen, werden im einzelnen in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihren Vorteilen, die bei deren Verwendung erzielt werden, wird auf die Zeichnungen, die einen weiteren Teil bilden, sowie auf die beigefügten Ausführungen der Beschreibung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wird, Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Querver­ binders gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Querver­ binders gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine frontseitige Draufsicht auf den Querver­ binder gemäß der Ausführungsform der Fig. 2;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Querver­ binders gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 zeigt eine Seitendraufsicht auf den Querverbinder entsprechend der Fig. 4;

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Querverbin­ ders gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 zeigt eine Seitendraufsicht auf den Querverbinder der Fig. 6;

Fig. 8 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Halb­ spule gemäß einem Aufbau, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist; und

Fig. 9 zeigt eine schematische Erläuterung einer Serien­ gruppe zwischen einem Paar von Halbspulen eines Typs, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist.

Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in allen Ansichten be­ zeichnen, und es wird insbesondere auf Fig. 1 Bezug genom­ men, in der ein Querverbinder 34 gemäß einer ersten Aus­ führungsform der Erfindung so aufgebaut ist, um eine elek­ trische Verbindung zwischen einer ersten Statorwicklungs­ halbspule 36 und einer zweiten Statorwicklungshalbspule 42 zu bilden. Die erste Statorwicklungshalbspule 36 weist eine erste Gruppe von Teilleitern 38 und eine zweite Gruppe von Teilleitern 40 auf. In ähnlicher Weise weist die zweite Statorwicklungshalbspule 42 eine dritte Gruppe von Teillei­ tern 44 und eine getrennte vierte Gruppe von Teilleitern 46 auf. In der bevorzugten Ausführungsform entspricht jede Gruppe 38, 40, 44, 46 der Teilleiter den Teilleitern, die einen Roebelstab in der entsprechenden Halbspule 36, 42 bilden. Beispielsweise können, wie die Fig. 8 als Stand der Technik zeigt, die Teilleiter in einem ersten Teilleiter­ stab 14 und einem zweiten Teilleiterstab 16 in der ersten Gruppe 38 gebildet werden, während die Teilleiter in dem dritten Teilleiterstab 20 und dem vierten Teilleiterstab 22 zusammen in der zweiten Gruppe 40 der Teilleiter gebildet werden. Vorzugsweise ist jede Teilleitergruppe an ihrem Ende zusammengeklammert und die Teilleiter und die Klammern sind zusammen hartgelötet, um eine gleichmäßige, massive, elek­ trische Verbindung an dem Ende jeder Gruppe 38, 40, 44, 46 zu bilden. Eine solche Hartlötung an der Klammer 62 ist in Fig. 1 dargestellt. Obwohl die Ausführungsformen der Erfin­ dung, wie sie in den Fig. 2-7 dargestellt sind, die Hartlötung an der Klammer 62 zur klareren Darstellung weg­ lassen, ist ersichtlich, daß die Verwendung einer solchen Klammer 62 für jede dieser Ausführungsformen an dem Ende der entsprechenden Teilleitergruppe als bevorzugt anzusehen ist.

Wie wiederum anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, weist der Querverbinder 34 ein erstes Leiterelement 48 und ein zweites Leiterelement 56 auf. Wie anhand der Fig. 1 zu sehen ist, weist das erste Leiterelement 48 einen ersten, flachen Bereich 50 auf, der dazu geeignet ist, ihn elektrisch mit der ersten Teilleitergruppe 38 mittels eines Verfahrens, wie beispielsweise der Hartlötung, zu verbinden. Das erste Leiterelement 48 weist weiterhin einen horizontalen Querver­ bindungsbereich 52 auf, der in einem zweiten, flachen Be­ reich 54 sich verjüngend zuläuft, der elektrisch mit der vierten Teilleitergruppe 46 der zweiten Statorwicklungshalb­ spule 42 verbunden ist, wiederum vorzugsweise mittels eines Verfahrens, wie beispielsweise einer Hartlötung. Ein zweites Leiterelement 56 ist axial von dem ersten Leiterelement 48 beabstandet und ist innerhalb eines Zwischenraums angeord­ net, der durch das erste Leiterelement 48 festgelegt ist. Das zweite Leiterelement 56 weist einen ersten flachen Bereich 58 auf, der elektrisch mit der zweiten Teilleiter­ gruppe 40 der ersten Statorhalbspulenwicklung 36 verbunden ist, und einen zweiten flachen Bereich 60, der im Gegensatz dazu elektrisch mit der dritten Teilleitergruppe 44 der zweiten Statorwicklungshalbspule 42 verbunden ist. Ein horizontaler Querverbindungsbereich verbindet elektrisch den ersten flachen Bereich 58 mit dem zweiten flachen Be­ reich 60, wie deutlich anhand der Fig. 1 zu sehen ist. Durch das elektrische Verbinden der ersten Gruppe 38 der ersten Halbspule 36 mit der vierten Teilleitergruppe 46 der zweiten Halbspule 42 und mit der Verbindung der zweiten Gruppe 40 der ersten Halbspule 36 mit der dritten Gruppe 44 der zweiten Halbspule 42 wird eine 180°-Versetzung zwischen den Teilleitergruppen der ersten und der zweiten Halbspu­ le 36, 42 erreicht. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Leiterelement 48, 56 aus einem Material hergestellt, bei dem es sich überwiegend um Kupfer handelt, und das so massiv und steif wie möglich ist. Die massive und steife Ausführung der Leiterelemente 48, 56 und demzufolge des Verbinders 34 führt dazu, daß der Verbinder 34 besonders widerstandsfähig im Hinblick auf Beschädigungen aufgrund von Vibrationen ist, die durch das elektrodynamische System, in der er befestigt ist, erzeugt werden.

Um die Kontaktierung zwischen dem ersten Leiterelement 48 und dem zweiten Leiterelement 56 zu vermeiden, ist das erste Leiterelement 48 einen guten Abstand nach vorne zu den Enden der jeweiligen Spulengruppen 38, 40, 44, 46 so beabstandet, um zu ermöglichen, daß der Zwischenraum, der darin gebildet wird, das zweite Leiterelement 56 aufnimmt. Leider bewirkt dies, daß der Verbinder 34 einen Abstand D nach vorne über die jeweiligen Teilleiterenden vorsteht, wodurch wertvoller Raum weggenommen wird. In den Ausführungsformen der Erfin­ dung, die in den Fig. 2-7 gezeigt sind, haben die Erfin­ der Verbinderanordnungen entwickelt, die den Abstand D verringern und demzufolge die Verbinder kompakter aufbauen. Demzufolge sind die Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den Fig. 2-7 angegeben werden, als bevorzugt anzu­ sehen, obwohl anzumerken ist, daß die Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ebenso als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend anzusehen ist.

Ein Verbinder 64, wie er nun in den Fig. 2 und 3 darge­ stellt ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin­ dung weist ein erstes Leiterelement 66 und ein zweites Leiterelement 68 auf. Das erste Leiterelement 66 weist einen nach hinten gekrümmten, spiralförmigen Bereich 70 auf und das zweite Leiterelement 66 weist einen spiralförmigen Bereich 72 auf, der nach vorne gekrümmt ist, und zwar in einer entgegengesetzten Richtung. Hierdurch wird ermöglicht, mit dem ersten Leiterelement 66 elektrisch die Teilleiter in der ersten Teilleitergruppe 38 mit denjenigen in der vierten Teilleitergruppe 46 zu verbinden, ohne das zweite Leiterele­ ment 66 zu berühren. Die entsprechenden Leiterelemente 66, 68 weisen weiterhin flache Bereiche auf, die elektrisch mit den entsprechenden Teilleitergruppenenden mittels Hartlötung oder einer entsprechenden Technik verbunden sind.

Ein Verbinder 74 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 4 und 5 der Zeichnungen darge­ stellt. Der Verbinder 74 weist ein erstes Leiterelement 76 zur Verbindung der Teilleiter der ersten Gruppe 38 mit den Teilleitern der vierten Gruppe 46 auf. Er weist weiterhin ein zweites Leiterelement 78 zur Verbindung der Teilleiter einer zweiten Gruppe 40 mit derjenigen der dritten Gruppe 44 auf. Das erste Leiterelement 76 weist einen sich diagonal erstreckenden Bereich 80 auf, der einen flachen Bereich verbindet, der an den Enden der ersten Teilleitergruppe 38 mittels Hartlötung an dem zweiten flachen Bereich befestigt ist, der an den Enden der vierten Teilleitergruppe 46 mittels Hartlötung angelötet ist. In ähnlicher Weise weist das zweite Leiterelement 78 einen diagonalen Bereich 82 auf, der vorzugsweise beabstandet von und parallel zu dem diago­ nalen Bereich 80 des ersten Leiterelements 76 verläuft. Der diagonale Bereich 82 des zweiten Leiterelements 78 ist auch einheitlich (unitär) an einem ersten Ende zu einem flachen Bereich, der mittels Hartlötung an den Enden der Teillei­ tergruppe 40 angelötet ist, und einheitlich (unitär) an einem zweiten Ende zu einem flachen Bereich, der an den Enden der dritten Teilleitergruppe 44 mittels Hartlötung angelötet ist, verbunden.

Ein Verbinder 84 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Der Verbin­ der 84, wie dies die Fig. 6 zeigt, weist ein erstes Leiter­ element 86 und ein zweites Leiterelement 88 auf. Das erste Leiterelement 86 weist einen ersten flachen Bereich, der an den Enden der ersten Teilleitergruppe 38 mittels Hartlötung angelötet ist, einen zweiten flachen Bereich, der an den Enden der vierten Teilleitergruppe 46 mittels Hartlötung angelötet ist und einen horizontalen Bereich, der einheit­ lich an jedem Ende mit den entsprechenden flachen Bereichen verbunden ist, auf. Das zweite Leiterelement 88 weist in ähnlicher Weise einen ersten flachen Bereich, der an den Enden der zweiten Teilleitergruppe 40 mittels Hartlötung angelötet ist, einen zweiten flachen Bereich, der an den Enden der dritten Teilleitergruppe 44 mittels Hartlötung angelötet ist und einen horizontalen Bereich 90 auf, der einheitlich an jedem seiner Enden mit den entsprechenden flachen Bereichen verbunden ist und der parallel zu und beabstandet von dem horizontalen Bereich 92 des ersten Leiterelements 86 so verläuft, um einen elektrischen Kontakt dazwischen zu vermeiden.

Claims (10)

1. Eine Spulenwicklung des Typs, der innerhalb einer Nut in einem Stator in einem elektrodynamischen System, wie beispielsweise einem elektrischen Generator, eingesetzt wird, gekennzeichnet durch eine erste Statorwicklungs­ halbspule (36), die eine erste (38) und zweite (40) Gruppe von leitenden Teilleitern aufweist, durch eine zweite Statorwicklungshalbspule (42), die eine drit­ te (44) und eine vierte (46) Gruppe von leitenden Teil­ leitern aufweist, wobei die zweite Halbspule zu der ersten Halbspule so ausgerichtet ist, daß die dritte Gruppe der Teilleiter (44) zu der ersten Gruppe der Teilleiter (38) ausgerichtet ist und die vierte Gruppe der Teilleiter (46) zu der zweiten Gruppe der Teillei­ ter (40) ausgerichtet ist, und durch einen massiven Serien-Querverbinder (34, 64, 74, 84), der ein erstes Leiterelement (48, 66, 76, 86) aufweist, das dazu ge­ eignet ist, elektrisch an einem ersten Ende mit den Teilleitern der ersten Teilleitergruppe in einer ein­ zigen Verbindung und mit den Teilleitern der vierten Teilleitergruppe an einem zweiten, gegenüberliegenden Ende in einer einzigen Verbindung verbunden zu werden; und durch ein zweites Leiterelement (56, 68, 78, 88), das dazu geeignet ist, elektrisch an einem ersten Ende der Teilleiter der zweiten Teilleitergruppe in einer einzigen Verbindung und mit den Teilleitern der dritten Teilleitergruppe an einem zweiten, gegenüberliegenden Ende in einer einzigen Verbindung elektrisch verbunden zu werden, wobei der erste und der zweite Verbinder so geformt sind, um eine gegenseitige Kontaktierung in der sich ergebenden Überquerungszone zu vermeiden, wodurch die Versetzung mit einem minimalen Arbeitsaufwand durch­ geführt wird.

2. Eine Spulenwicklung gemäß Anspruch 1, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß einzelne Verbindungen zwischen den Leiterelementen und den Teilleitern durch ein Hartlötverfahren verfestigt sind.

3. Eine Spulenwicklung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste und das zweite Leiterelement aus einem Material, das Kupfer enthält, hergestellt sind.

4. Eine Spulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einzelne Verbindungen zwischen den Leiter­ elementen und den Teilleitern jeweils ein Klammer­ teil (62) aufweisen, das an den Enden der Teilleiter befestigt ist.

5. Eine Spulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste (66, 76, 86) und das zweite (68, 78, 88) Leiterelement so geformt sind, daß sie sich um einen minimalen Abstand neben den Teilleitergruppenenden erstrecken.

6. Eine Spulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste (66) und das zweite (68) Leiter­ element spiralförmig (schraubenförmig) geformt sind.

7. Eine Spulenwicklung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Leiterelement (66) so geformt ist, daß es nach hinten im Hinblick zu den Teilleiter­ gruppenenden gebogen ist, und daß das zweite Leiter­ element (68) so geformt ist, daß es nach vorne im Hin­ blick auf die Teilleitergruppenenden gekrümmt ist, wodurch eine Beeinflussung zwischen den Leiterelementen vermieden wird.

8. Spulenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (76, 86) und das zweite (78, 88) Leiter­ element in parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind.

9. Spulenwicklung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines des ersten und des zweiten Leiter­ elements einen sich diagonal erstreckenden Bereich (82, 86) aufweist.

10. Spulenwicklung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines des ersten und des zweiten Leiter­ elements einen horizontalen, quer verlaufenden Be­ reich (90, 92) aufweist.