DE4421269C1 - Winding head arrangement in stators of surface-cooled AC machines - Google Patents

Winding head arrangement in stators of surface-cooled AC machines

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Abstract

The stator of a three-phase machine has a stack of laminations (1) within a casing (2) through which coolant water (3) circulates. The coils (6) lie within grooves of the stack and are supported on the inside of the casing by an electrically insulating but thermally conductive shim (4) inserted after impregnation and drying with elastic adhesive (9). the angle (alpha) of inclination of the coils is sufficient to enable a retaining strap (7) to be introduced.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft eine Anordnung der Wickelköpfe in Ständern von oberflächengekühlten Drehstrommaschinen ohne inneren Kühlkreislauf gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 (DE 36 03 423 C2).The invention relates to an arrangement of the winding heads in Stands of surface-cooled three-phase machines without internal cooling circuit according to the upper Concept of claim 1 (DE 36 03 423 C2).

Stand der TechnikState of the art

Bei oberflächengekühlten Drehstromasynchronmaschinen ohne inneren Kühlkreislauf geschieht die Abfuhr der in den Ständerspulen entstehenden Wärme fast ausschließlich durch Wärmeleitung über das Ständerblechpaket zum Kühlmedium im Gehäuse, siehe Patentschrift DE 36 03 423 C2. Besondere konstruktive Maßnahmen zur Abführung der Wärme vom Wickelkopf fehlen. Um eine wesentlich bessere Wärmeableitung aus dem Wickelkopf zu erreichen, wird in der Patentschrift DE 41 38 268 eine direkte Flüssigkeitskühlung der Wickelköpfe vorgeschlagen.With surface-cooled three-phase asynchronous machines without The cooling circuit takes place in the internal cooling circuit Stator coils generate heat almost exclusively through Heat conduction via the stator core to the cooling medium in the Housing, see patent specification DE 36 03 423 C2. Special design measures to dissipate the heat from the Wickelkopf missing. For a much better heat dissipation Reaching the end winding is described in the patent DE 41 38 268 direct liquid cooling of the end windings suggested.

Aufgrund der geringen Jochhöhe bei hochausgenutzten Maschinen ist der radiale Einbauraum für die Wickelköpfe und deren Halterungen sowie für den Schaltkranz begrenzt, wenn der Außendurchmesser des Gehäuses über der gesamten Länge der Maschine gleich sein soll.Due to the low yoke height in highly used machines is the radial installation space for the winding heads and their Brackets as well as limited for the gear rim if the Outside diameter of the housing over the entire length of the Machine should be the same.

So wird in der DE-AS 18 15 297 eine Wärmebrücke aus einem Metallgeflecht zwischen den Stirninnenwänden eines Wickelkopfkühlers und den Spulenköpfen zur Wärmeableitung eingesetzt.So in DE-AS 18 15 297 a thermal bridge from one Metal mesh between the front walls of a Winding head cooler and the coil heads for heat dissipation used.

In der DE-AS 16 13 297 wird der Raum zwischen Wickelkopf und Gehäuse mit einer Vergußmasse, die metallische Füllstoffe enthält, vergossen. Hierzu ist jedoch eine gesonderte Bandage notwendig.In DE-AS 16 13 297 the space between the winding head and Housing with a potting compound, the metallic fillers contains, shed. However, there is a separate bandage for this necessary.

Eine weitere Lösung zur Ableitung der Wärme aus dem Wickelkopf zum Blechpaket wird in der Patentschrift DE 27 11 285 A1 beschrieben. Hierzu wird hinter den abgeschrägten Bereich des Wickelkopfes ein im Schnitt dreieckiger Körper zwischen Wickelkopf und einer elastischen Zwischenlage angeordnet, der die Befestigung am Blechpaket und die Wärmeableitung zum Blechpaket ermöglicht.Another solution to dissipate heat from the winding head for the laminated core is in the patent DE 27 11 285 A1 described. This is done behind the beveled area of the Winding head a triangular body between Winding head and an elastic liner arranged, the  the attachment to the laminated core and the heat dissipation to Sheet metal package enables.

Kritik des Standes der TechnikCritique of the state of the art

Die ausschließliche Ableitung der in den Spulen entstehenden Wärme über das Blechpaket ist in den meisten Fällen unbefriedigend.The exclusive derivation of those arising in the coils In most cases, heat is from the laminated core unsatisfactory.

Die Herstellung der Spulen bereitet besonders bei Maschinen mit kleinen Durchmessern Schwierigkeiten, da das Spulenauge sehr klein gehalten werden muß.The production of the coils is especially helpful for machines small diameters difficulties because the coil eye is very must be kept small.

Der Einbau der Spulen ist besonders bei Maschinen mit höheren Nutzahlen, bei denen das Blechpaket im Gehäuse gesetzt wird, kompliziert, da die Schaltenden beim Herausführen zwischen den Wickelköpfen gedreht werden müssen und die Anbringung von Haltebandagen aufgrund der geringen Bauhöhe und damit des kleinen Winkels erschwert ist.The installation of the coils is particularly important for machines with higher ones Payloads in which the laminated core is placed in the housing, complicated because the switching ends when leading out between the Winding heads must be turned and the attachment of Holding bandages due to the low height and thus the small angle is difficult.

Bei der direkten Flüssigkeitskühlung der Wicklung bzw. der Wickelköpfe sind hohe technologische Aufwendungen für einen sicheren Betrieb notwendig, die die Maschinen wesentlich verteuern.With direct liquid cooling of the winding or Winding heads are high technological expenses for you safe operation necessary which the machines essential make it more expensive.

Problemproblem

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfache und robuste Konstruktion der Wickelköpfe von Ständerspulen in oberflächengekühlten Drehstrommaschinen zu schaffen, die einen besseren Wärmeübergang von den Wickelköpfen zum Gehäuse gewährleistet, als über die ruhende Luft.The invention specified in claim 1 is the problem based on a simple and robust construction of the winding heads of stator coils in surface-cooled three-phase machines to create a better heat transfer from the end windings to the housing, as guaranteed by the still air.

Außerdem soll die Konstruktion die durch Stromkräfte, z. B. bei Kurzschluß, hervorgerufenen radialen Bewegungen der Wickelköpfe verhindern.In addition, the construction of the current forces, for. B. at Short circuit, radial movements of the winding heads prevent.

Erzielbare VorteileAchievable advantages

Gegenüber herkömmlichen Lösungen ist eine mehrfach bessere Ableitung der im Wickelkopfbereich der Spule entstehenden Wärme zu verzeichnen, da der Wärmeübergangswiderstand der isolierenden Beilage bei ca. 4 mm Dicke zwischen Spule und Gehäuse nur ca. 1/4 dessen beim Übergang der Wärme von der isolierten Spulenoberfläche durch die ruhende Luft zur inneren Gehäuseoberfläche beträgt. Die Spulen sind mit dem größeren Augendurchmesser dA einfacher zu fertigen.Compared to conventional solutions, the heat generated in the winding head area of the coil can be dissipated many times over, since the heat transfer resistance of the insulating shim with a thickness of approx. 4 mm between the coil and the housing is only approx. 1/4 that when the heat transfers from the insulated coil surface the still air to the inner surface of the housing is. The coils are easier to manufacture with the larger eye diameter d A.

Damit vergrößert sich auch der zur Verfügung stehende Raum für die Schaltung der Spulen. Die im Gehäuse mit einem elastischen Kleber befestigten Beilagen gestatten eine einfache Montage der Spulen.This also increases the space available for the circuit of the coils. The one in the case with an elastic Adhesive-attached inserts allow easy assembly of the Do the washing up.

Aufgrund des größeren Winkels α des Bohrungsstabschenkels ist genügend Raum vorhanden für die Anbringung einer Bandage, die die radialen Wickelkopfbewegungen in Richtung Maschinenachse verhindert. Die Bewegung des Wickelkopfes in radialer Richtung nach außen und in tangentialer Richtung wird durch die getränkten und ausgehärteten Beilagen in Verbindung mit dem Gehäuse selbst realisiert.Because of the larger angle α of the bore rod leg enough space available for the attachment of a bandage the radial winding head movements in the direction of the machine axis prevented. The movement of the winding head in the radial direction towards the outside and in the tangential direction soaked and hardened supplements in connection with the Housing itself realized.

Ein weiterer Vorteil ist der Wegfall der Drehung der Schaltenden im Bereich b, die besonders bei großen Nutzahlen in Maschinen mit kleinem Durchmesser häufig notwendig wäre.Another advantage is the elimination of the rotation of the switching ends in area b, especially with large numbers of machines with a small diameter would often be necessary.

Weitere Ausgestaltung der ErfindungFurther embodiment of the invention

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht eine einfache Montage der Spulen, weil die Beilagen schon vor dem Einbringen der Spulen am Gehäuse mit einem elastischen Kleber befestigt werden. Außerdem ist eine axiale Wärmedehnung der Spule gegenüber dem kühlenden Gehäuse möglich, so daß ein Abreißen der Beilagen vermieden wird und somit ständig die Wärmeleitung von der Spule zum Gehäuse gewährleistet ist.Advantageous embodiments of the invention are in the Claims 2 and 3 indicated. The further training according to claim 2 enables easy assembly of the coils because of the inserts even before inserting the coils on the housing with a elastic glue to be attached. It is also an axial one Thermal expansion of the coil compared to the cooling housing possible, so that tearing off of the inserts is avoided and thus constantly ensures heat conduction from the coil to the housing is.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 vereinfacht die Befestigung der Beilagen im Gehäuse der elektrischen Maschine.The development according to claim 3 simplifies the attachment the inserts in the housing of the electrical machine.

Beschreibung eines AusführungsbeispielesDescription of an embodiment

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment is shown in the drawing and is described in more detail below.

Die Zeichnung zeigt die teilweise Schnittdarstellung des Ständers einer Drehstrommaschine mit Blechpaket 1, flüssigkeitsgekühltem Gehäuse 2 und Wickelkopf.The drawing shows the partial sectional view of the stator of a three-phase machine with laminated core 1 , liquid-cooled housing 2 and winding head.

Das Blechpaket 1 ist im Gehäuse 2 geschichtet. Das Gehäuse 2 beinhaltet das Kühlmedium 3, vorzugsweise Wasser. An der Innenfläche des Gehäuses 2 ist eine elektrisch isolierende wärmeleitende und vor dem Tränken und Aushärten elastische Beilage 4, vorzugsweise mit einem nach dem Tränk- und Trockenprozeß nach elastischen Kleber 5 angebracht.The laminated core 1 is layered in the housing 2 . The housing 2 contains the cooling medium 3 , preferably water. On the inner surface of the housing 2 there is an electrically insulating, heat-conducting insert 4 which is elastic before the impregnation and curing, preferably with an elastic adhesive 5 after the impregnation and drying process.

Die Spulen 6 liegen in den Nuten des Blechpaketes 1 und stützen sich D- und N-seitig mit den Wickelköpfen unter Eindrückung der Beilage 4 an den Anlagepunkten der Spule 6 auf der Innenfläche des Gehäuses 2 ab.The coils 6 lie in the grooves of the laminated core 1 and are supported on the D and N sides with the winding overhangs while the insert 4 is pressed in at the contact points of the coil 6 on the inner surface of the housing 2 .

Der relativ große Winkel α bewirkt, daß genügend Raum für die Einflechtung der Haltebandage 7 vorhanden ist.The relatively large angle α causes that there is enough space for the braiding of the holding bandage 7 .

Weiterhin braucht der Augendurchmesser dA nicht unnötig klein ausgeführt zu werden und das Schaltende 8 des Rückenstabes liegt auf einem so großen Teilkreisdurchmesser dS, daß der Abstand zwischen den einzelnen Spulen 6 so groß ist, daß das Schaltende 8 im Bereich b nicht gedreht zu werden braucht.Furthermore, the eye diameter d A need not be made unnecessarily small and the switching end 8 of the back bar lies on such a large pitch circle diameter d S that the distance between the individual coils 6 is so large that the switching end 8 in region b is not rotated needs.

Claims (3)

1. Anordnung der Wickelköpfe in Ständern von oberflächengekühlten Drehstrommaschinen ohne inneren Kühlkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Wickelköpfe so gestaltet ist, daß eine Berührungsfläche zwischen Wickelkopf und Gehäusemantel des Gehäuses (2) entsteht, die eine Wärmebrücke von den Spulen (6) zum Gehäuse (2) darstellt, wobei die Berührungsfläche am Gehäusemantel mit einer elektrisch isolierenden, wärmeleitenden und vor dem Tränk- und Trockenprozeß elastischen Beilage (4) versehen ist, die beim Tränk- und Trockenprozeß aushärtet.1. Arrangement of the winding heads in stands of surface-cooled three-phase machines without an internal cooling circuit, characterized in that the geometry of the winding heads is designed so that a contact surface between the winding head and the housing shell of the housing ( 2 ) is formed, which is a thermal bridge from the coils ( 6 ) to Housing ( 2 ), wherein the contact surface on the housing shell is provided with an electrically insulating, heat-conducting and elastic before the impregnation and drying process ( 4 ), which hardens during the impregnation and drying process. 2. Anordnung der Wickelköpfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Beilage (4) aus mehreren Teilstücken besteht.2. Arrangement of the winding overhangs according to claim 1, characterized in that the insulating insert ( 4 ) consists of several sections. 3. Anordnung der Wickelköpfe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Beilage (4) mit einem auch noch nach dem Tränk- und Trockenprozeß elastischen Kleber (5) am Gehäusemantel befestigt ist.3. Arrangement of the winding overhangs according to claim 1 and 2, characterized in that the insulating insert ( 4 ) with an even after the impregnation and drying process elastic adhesive ( 5 ) is attached to the housing shell.
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