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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Hochgeschwindigkeitsgeneratoren und
insbesondere Systeme und Verfahren zur Befestigung von Drahtspulen an
den Rotoren solcher Generatoren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
Flugzeugen installierte Generatorsysteme können drei getrennte bürstenlose
Generatoren enthalten, nämlich
einen Permanentmagnetgenerator (PMG), einen Erreger und einen Hauptgenerator.
Der PMG enthält
Permanentmagneten an seinem Rotor. Wenn sich der PMG dreht, werden
in den Statorwicklungen des PMG Wechselströme induziert. Diese Wechselströme werden
in der Regel einem Regler oder einer Steuervorrichtung zugeführt, der
bzw. die wiederum einen Gleichstrom abgibt. Dieser Gleichstrom wird
als nächstes
Statorwicklungen des Erregers zugeführt. Während sich der Rotor des Erregers dreht,
wird in der Regel Dreiphasenwechselstrom in den Rotorwicklungen
induziert. Dieser Dreiphasenwechselstrom wird durch sich mit dem
Rotor des Erregers drehende Gleichrichterschaltungen gleichgerichtet,
und die sich ergebenden Gleichströme werden den Rotorwicklungen
des Hauptgenerators zugeführt.
Mit Drehung des Rotors des Hauptgenerators wird schließlich in
der Regel in seinen Statorwicklungen Dreiphasenwechselstrom induziert,
und diese Dreiphasenwechselstromausgabe kann dann für eine Last,
wie zum Beispiel elektrische Flugzeugsysteme, bereitgestellt werden.
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Da
die in Flugzeugen installierten Generatoren oftmals Generatoren
mit variabler Frequenz sind, die sich in einem Drehzahlbereich von
12 000 U/min bis 24 000 U/min drehen, werden die Rotoren der Generatoren
mit großen
Zentrifugalkräften
beaufschlagt. Angesichts dieser Hochbelastungsbetriebsbedingungen
sollten die Rotoren der Generatoren sorgfältig konzipiert und hergestellt
sein, so dass die Rotoren zuverlässig
sind und die Rotoren des Weiteren genau ausgewuchtet sind. Insbesondere
eine nicht ordnungsgemäße Auswuchtung
kann nicht nur zu einem ineffizienten Betrieb der Generatoren sondern
auch zu der Gefahr eines Versagens der Generatoren führen.
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Zu
den wichtigen Komponenten in Rotoren, die sorgfältig konzipiert und hergestellt
werden sollten, um Robustheit und ordnungsgemäße Auswuchtung der Rotoren
zu gewährleisten,
zählen
die Drahtspulen der Rotoren. Die von den Rotoren erfahrenen Zentrifugalkräfte sind
so stark, dass sie ein Biegen der Drähte dieser Spulen verursachen,
was im Laufe der Zeit zu einem mechanischen Versagen der Drähte führen kann.
Da die Spulen Anordnungen aus Einzeldrähten sind, die sich in einem
gewissen Ausmaß bezüglich einander
und bezüglich
der verbleibenden Teile der Rotoren bewegen können, bilden die Spulen darüber hinaus
eine der großen
potentiellen Quellen für
Unwucht in den Rotoren. Die Belastungen und die Bewegung, die von
den Drahtspulen erfahren wird, ist besonders an den Wicklungsköpfen der
Spulen problematisch, wo sich Drähte
von einer ersten Richtung zu einer zweiten Richtung an den die Drähte stützenden
Polen winden.
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Um
robuste Drahtspulen zu gewährleisten und
den Grad an Unwucht in den Rotoren, der aufgrund der Drahtspulen
auftritt, zu minimieren, ist der Prozess des anfänglichen Wickelns der Drähte der Spulen
auf die Rotoren in der Regel eine zeitaufwendige und teure Aufgabe.
Um die gewickelten Spulen innerhalb von spezifischen Toleranzen
zu halten, sind eine komplizierte Werkzeugeinrichtung und ein aufwendiger
Prozess der Verwendung von Unterlegscheiben zur Gewährleistung
eines ausreichenden Innendrucks unter den Drähten der Spule erforderlich.
Oftmals ist an dem Wickelprozess ein hohes Ausmaß an Trial and Error beteiligt,
bevor alle der mehreren Spulen an einem mehrpoligen Generator ordnungsgemäß konfiguriert
sind, um die gewünschte
Auswuchtung und andere Eigenschaften zu erzielen. Die Schwierigkeit
des Wickelprozesses ist an den Wicklungsköpfen der Spulendrähte am größten.
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Somit
besteht Bedarf an einem neuen System und an einem neuen Verfahren
zum Abstützen und
Festhalten der Drahtspulen in Rotoren, insbesondere an den Wicklungsköpfen der
Spulen. Weiterhin besteht Bedarf an einem System und an einem Verfahren
zum Festhalten von Wicklungsköpfen,
bei dem die Spulendrähte
an den Wicklungsköpfen
genau positioniert und zuverlässig
in Position gehalten werden. Darüber
hinaus besteht Bedarf an einem solchen System und Verfahren, das
den Wickelprozess einfacher, genauer und wiederholbar gestaltet
und das kostengünstiger
ist.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass Wicklungskopfstützen, die
an Rotoren eingesetzt werden, so konzipiert werden können, dass
sie Flansche enthalten, die eine Abstützung für die Wicklungsköpfe bereitstellen,
um eine Bewegung der Drähte
radial nach innen zu begrenzen. Durch Verbindung dieser Stützen mit
Endkappenhüten,
die die Bewegung der Drähte
radial nach außen
begrenzen, wird ein Druck auf die Drähte zwischen den Flanschen
und den Endkappenhüten
erzeugt, wodurch die Drähte
dicht zusammengepresst und dadurch robuster werden. Gleichzeitig
zwingt die Verbindung der Stützen
mit den Endkappenhüten
die Drähte
in genaue erwünschte
Positionen, wodurch das Gleichgewicht und die Robustheit des Rotors verbessert
und der Wickelprozess vereinfacht wird.
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Die
US-A-5298823 offenbart
einen Rotor zur Verwendung in einem Hochgeschwindigkeitsgenerator.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung einen Rotor zur Verwendung in
einem Hochgeschwindigkeitsgenerator, wobei der Rotor Folgendes umfasst:
eine
Welle, die sich axial durch den Rotor erstreckt;
mehrere Rotorpole,
die sich radial von der Welle weg erstrecken, wobei jeder Rotorpol
eine Endfläche
aufweist;
mehrere Speichen, die sich von einer Stelle entlang der
Welle radial erstrecken, wobei jede Speiche radial auf eine der
Rotorpolendflächen
ausgerichtet und damit verbunden ist;
mehrere Stützen, wobei
jede einzelne der Stützen eine
jeweilige der Speichen zumindest teilweise umgibt und eine Innenfläche, die
nahe ihrer jeweiligen Speiche angeordnet ist, und eine Außenfläche aufweist;
mehrere
Spulen aus Drahtwicklungen, wobei jede Spule mehrere Wicklungsköpfe aufweist,
die um eine jeweilige der Außenflächen der
Stütze
und eine jeweilige der Speichen herumgewickelt sind; und
mindestens
einen Endkappenhut, der mit einem radialen Ende der Speichen von
der Welle weg verbunden ist, wobei der mindestens eine Endkappenhut verhindert,
dass sich die Drahtwicklungen der Spulen von der Welle nach außen über äußere Radialgrenzen
weg bewegen;
wobei jede Stütze
mit mindestens einem Endkappenhut verbunden ist, wobei sich jede
Stütze
radial entlang ihrer jeweiligen Speiche von dem mindestens einen
Endkappenhut zu mindestens einer jeweiligen inneren Grenze erstreckt;
wobei
jede Stütze
an ihrer jeweiligen inneren Grenze einen jeweiligen Flansch enthält, der
von der jeweiligen Speiche weg ragt, und wobei jeder Flansch verhindert,
dass sich die Drahtwicklungen der jeweiligen Spule über die
jeweilige innere Grenze zur Welle bewegen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile des Hochgeschwindigkeitsgenerators gehen aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, die
beispielhaft die Grundzüge
der Erfindung darstellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht mehrerer Komponenten eines beispielhaften
Rotors, an dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des Rotors von 1, an dem
zusätzliche
Komponenten, einschließlich
Stützen
für Wicklungsköpfe von Drahtspulen
des Rotors gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, angeordnet worden sind;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Endteils des Rotors nach den 1 und 2,
bei dem noch weitere Komponenten hinzugefügt worden sind;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer der bei dem in den 2 und 3 gezeigten
Rotor eingesetzten Stützen;
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5 ist
eine weggeschnittene Seitenansicht einer Welle und einer Speiche
des Rotors nach den 1–3 zusammen
mit einer der in den 2–4 gezeigten
Stützen
und einem Endkappenhut;
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6 und 7 sind
weggeschnittene Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen
von Wellen und Speichen des Rotors nach den 1–3 in
Kombination mit alternativen Ausführungsformen von Stützen und
anderen Strukturen, die zum Abstützen
und Festhalten von Wicklungsköpfen
von Drahtspulenwicklungen eingesetzt werden;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht des Rotors nach den 1–3 in
seiner vollständig montierten
Form; und
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Generators, in dem die Ausführungsformen
des Rotors und der Rotorkomponenten, die in den 1–8 gezeigt
werden, eingesetzt werden können.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Auf 1 Bezug
nehmend, können
Komponenten eines beispielhaften Rotors 100, an dem die vorliegende
Erfindung eingesetzt werden kann, eine sich axial durch den Rotor
erstreckende Welle 110, vier sich radial von der Welle 110 weg
erstreckende Pole 120a–d
und vier sich an einer Nabenstelle 140 radial von der Welle 110 weg
erstreckende Speichen 130a–d umfassen. Die Speichen 130a–d sind
radial auf Endflächen 125a–d der jeweiligen
Pole 120a–d ausgerichtet
und mit ihnen verbunden. Wie weiter unten besprochen, enthält jede
der Speichen 130a–d
jeweils ein oder mehrere Gewindelöcher 135a–d (in 1 werden
nur die Löcher 135a gezeigt).
Der gerade gezeigte Rotor 100 ist zur Implementierung in Hochgeschwindigkeitsgeneratoren,
wie zum Beispiel jene, die gemeinhin in Flugzeugen eingesetzt werden,
ausgeführt.
Folglich werden die Komponenten des Rotors 100 in der Regel
aus hochfesten Materialien hergestellt. Zum Beispiel können die
Pole 120a–d
aus Stahl hergestellt werden, während
die Welle 110 und die Speichen 130a–d aus Stahl,
Titan oder hochfestem Aluminium hergestellt werden können. Es
versteht sich jedoch, dass diese Materialien nur beispielhaft für eine bevorzugte
Ausführungsform sind
und dass auch andere geeignete Materialien eingesetzt werden können.
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Auf 2 Bezug
nehmend, wird der Rotor 100 von 1 mit zusätzlichen
Komponenten gezeigt. Insbesondere enthält der Rotor 100 weiterhin Drahtspulen 150a–c, die um
jeweilige Pole 120a–c herumgewickelt
sind. Die Drahtspulen 150a–c bestehen in der Regel aus
Hunderten von einzelnen Drahtschlaufen um die jeweiligen Pole 120a–c herum.
Wie gezeigt, umschlingen die Drahtspulen 150a–c die jeweiligen
Speichen 130a–c,
während
sie sich um die Pole 120a–c herumwinden. Die Teile der
Drahtspulen 150a–c,
die sich um die Speichen 130a–c herumschlingen, werden als
die Wicklungsköpfe 160a–c der Drahtspulen
bezeichnet. Eine vierte Drahtspule 150d mit Wicklungsköpfen 160d wird
in 2 nicht gezeigt, obgleich solch eine Spule in
einem vollständig
montierten Rotor um den Pol 120d herumgewickelt sein würde.
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Zur
Bereitstellung eines ordnungsgemäßen Abstützens, Ausrichtens
und Festhaltens der Wicklungsköpfe 160a–d, während sie
sich um die Speichen 130a–d herum krümmen, sind Stützen 170a–d vorgesehen,
die über
den jeweiligen Speichen 130a–d liegen und die Wicklungsköpfe 160a–d abstützen. Die
Wicklungsköpfe 160d werden
in 2 nicht gezeigt, um eine deutlichere Sicht der
Stütze 170d bereitzustellen.
Wie gezeigt, umgibt die Stütze 170d die
entsprechende Speiche 130d an drei ihrer Seiten. Die Stütze 170d weist
einen Außenrand 180 auf,
der eine angrenzende Verlängerung
einer der Seiten des Pols 120d bildet und sich um die Speiche 130d herum
krümmt,
bis sie die gegenüberliegende Seite
des Pols erreicht und angrenzend damit verbunden ist. Ähnlich wie
die Speichen 130a–d
enthält jede
der Stützen 170a–d ein oder
mehrere Gewindelöcher 175a–d (nur
die Löcher 175a sind
gezeigt, die weiter unten besprochen werden.
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Auf 3 Bezug
nehmend, wird ein Endteil des Rotors 100 nach den 1 und 2 gezeigt, wobei
mehrere zusätzliche
Komponenten enthalten sind. Insbesondere werden nun Wicklungsköpfe 160d einer
vierten Drahtspule 150d gezeigt, die um die Stütze 170d herumgewickelt
sind, wobei sich die Stütze 170d um
die vierte Speiche 130d herum befindet. Somit enthält jeder
der Pole 120a–d
nun seine jeweilige Drahtspule 150a–d und insbesondere seine jeweiligen
Wicklungsköpfe 160a–d, die
um ihre jeweilige Stütze 170a–d und somit
um ihre jeweilige Speiche 130a–d herumgewickelt sind.
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Darüber hinaus
enthält
der Rotor 100 von 3 einen
Endkappenhut 190a, der dem Pol 120a zugeordnet
ist. Wie gezeigt, handelt es sich bei dem Endkappenhut 190a um
einen Flansch oder eine Wand mit einem trapezförmigen Querschnitt, und sie kann
aus dem gleichen hochfesten Material hergestellt sein wie die Speichen 130a–d (zum
Beispiel aus hochfestem Aluminium). Er heißt Endkappenhut, weil er auch
an einer (nicht gezeigten) Endkappe anschließt, die bei Fertigstellung
ihrer Montage über das
ganze Ende des Rotors 100 angeordnet wird. Bei alternativen
Ausführungsformen
braucht der Endkappenhut nicht direkt an einer Endkappe anzuschließen und
kann ein Flansch oder eine Wand mit irgendeiner beliebigen Form
sein. Wie gezeigt, enthält
der Endkappenhut 190a einen ersten Satz von Schraubenlöchern 210a,
b und einen zweiten Satz von Schraubenlöchern 220a, b. Der
erste Satz von Schraubenlöchern 210a,
b ist zur Aufnahme von Schrauben (siehe 5) konfiguriert,
um den Endkappenhut 190a an der Speiche 130a (siehe 2)
zu befestigen. Der zweite Satz von Schraubenlöchern 220a, b ist zur
Aufnahme von Schrauben (siehe 4) konfiguriert,
die die Stütze 170a und
den Endkappenhut 190a aneinander befestigen. Wie oben erwähnt, weisen
sowohl die Speiche 130a als auch die Stütze 170a entsprechende
Gewindelöcher 135a bzw. 175a auf.
Diese entsprechenden Löcher 135a und 175a sind
zur Aufnahme des ersten Satzes von Schrauben 210a, b bzw.
des zweiten Satzes von Schrauben 220a, b konfiguriert.
Infolgedessen ist der Endkappenhut 190 sowohl mit der Speiche 130a als
auch mit der Stütze 170a verbunden.
Dementsprechend kann jede der anderen Speichen 130b–d und Stützen 170b–d auf ähnliche
Weise mit entsprechenden Endkappenhüten (nicht gezeigt) verbunden
werden.
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Der
Endkappenhut 190a und die anderen Endkappenhüte, die
den anderen Polen 120b–d
entsprechen, dienen dazu, eine Bewegung der Drähte der Spulen 150a–d bei Drehung
des Rotors 100 zu verhindern. Dies hilft wiederum dabei,
die Rotorspulendrähte
vor Beschädigung
aufgrund von Biegung und mechanischer Belastung bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb
des Rotors 100 zu schützen,
maximiert die kritische Biegegeschwindigkeit des Rotors und hilft
dabei, das Gesamtgleichgewicht des Motors aufrechtzuerhalten. Nachdem
die Spulen 150a–d
um die Pole 120a–d
herumgewickelt sind, werden, wie gezeigt, Füllelemente oder Keile 230a–d (wobei
Keil 230c aufgrund der Gegenwart der Welle 110 nicht gezeigt
wird) hinzugefügt,
um die Wicklungen der Spule 150a–d zusätzlich abzustützen und
auch für andere
Zwecke (zum Beispiel um die Wirkungen von Luftwiderstand auf die
Drehung des Rotors 100 im Betrieb zu reduzieren).
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Auf 4 Bezug
nehmend, wird eine perspektivische Ansicht der Stütze 170a nach
den 2 und 3 bereitgestellt, um ein zusätzliches
Detail der Stütze
zu zeigen. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei der Stütze 170a um eine ungefähr U-förmige Komponente
(die bei umgekehrter Ansicht tatsächlich U-förmig ist) mit einem ersten
und einem zweiten Ende 240a, 240b, die so konfiguriert
sind, dass sie auf dem Pol 120a des Rotors 100 aufliegen,
wenn die Stütze
installiert ist. Die Enden 240a, 240b befinden
sich auf einander gegenüberliegenden
Seiten eines Kanals 250, durch den die Speiche 130a positioniert
wird, wenn die Stütze 170a am
Rotor 100 installiert wird.
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Wie
weiterhin gezeigt, weist die Stütze 170a einen
Außenumfang
oder eine Außenfläche 260 und einen
Innenumfang oder eine Innenfläche 270 auf. Die
Außenfläche 260 grenzt
an ihren Enden 240a und 240b an den Pol 120a an,
wenn die Stütze 170a installiert
ist.
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Die
Außenfläche 260 ist
zwischen den Enden 240a und 240b eine allgemein
U-förmige,
glatt übergehende
Fläche
um die Außenseite
der Stütze 170a herum, über die
die Drähte
der Spule 150a gewickelt werden können. Die Innenfläche 270 ist
auch eine allgemein U-förmige
Fläche,
die vom Ende 240a zum Ende 240b verläuft. Im
Allgemeinen ist die Innenfläche 270 so
konfiguriert, dass sie die Speiche 130a physisch berührt, wenn
die Stütze 170a am
Rotor 100 installiert ist. Bei alternativen Ausführungsformen
müssen
weder die Speiche 130a noch die Innenfläche 270 eine allgemeine
U-Form aufweisen, und auch das Ausmaß des physischen Kontakts zwischen
der Stütze
und der Speiche bei Installation der Stütze kann variieren. Im Allgemeinen
ist der Kanal 250 der Stütze 170a jedoch so
ausgeführt,
dass er die Speiche 130a berührt, so dass die Speiche die Bewegung
der Stütze,
zumindest hinsichtlich Richtungen, die sowohl zur Speiche als auch
zur Welle 110 quer verlaufen, begrenzt.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung enthält
die Stütze 170a eine
Lippe oder einen Flansch 280 an oder nahe einer ersten
Seite 290, die einer zweiten Seite 310 gegenüberliegt.
Die zweite Seite 310 stößt am Endkappenhut 190a an, wenn
die Stütze 170a und
der Endkappenhut 190a am Rotor 100 installiert
sind (siehe 5). Der Flansch 280 erstreckt
sich um eine Strecke 320 über die Außenfläche 260 hinaus, wobei
diese Strecke in der Regel größer gleich
der Dicke der Spule 150a ist, wenn sie um die Stütze 170a herum
gewickelt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der Flansch 280 in
allen Richtungen um die Außenfläche herum über die
Außenfläche 260 hinaus.
Das heißt, ein
Außenrand 330 des
Flansches 280 nimmt auch eine allgemeine U-Form an. Wenn
die Stütze 170a am
Rotor 100 über
die Speiche 130a installiert ist, kann man somit sagen,
dass sich der Flansch 280 von der Speiche nach außen weg
erstreckt. Bei alternativen Ausführungsformen
braucht sich der Flansch 280 nicht fortlaufend in allen
Richtungen über
die Außenfläche 260 hinweg
zu erstrecken, sondern sich nur in einem oder in mehreren getrennten
Bereichen über
die Außenfläche 260 hinaus
zu erstrecken (das heißt,
der Außenrand 330 braucht
keine durchgehende U-Form aufzuweisen).
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Auf 5 Bezug
nehmend, wird eine weggeschnittene Seitenansicht der Welle (mit
der Nabe 140), der Speiche 130a, der Stütze 170a und
des Endkappenhuts 190a, wenn die Stütze 170a und der Endkappenhut 190a an
der Speiche 130a installiert sind, bereitgestellt. Sowohl
der Flansch 280 als auch ein sich nach außen erstreckender
Vorsprungteil 355 des Endkappenhuts 190a erstrecken
sich von der Speiche 130a über die Außenfläche 260 der Stütze 170a nach
außen
weg. Folglich wird zwischen dem Flansch 280 und dem Endkappenhut 190a eine
Furche 340 erzeugt. Genau in dieser Furche 340 können die
Wicklungsköpfe 160a der
Spule 150a gewickelt werden, und aufgrund des sich nach
außen
erstreckenden Vorsprungs 355 des Endkappenhuts 190a und
der Außenfläche 260 und
des Flansches 280 der Stütze 170a werden die
Wicklungsköpfe
daran gehindert, sich bei Drehung des Rotors 100 zu bewegen.
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Besonders
aufgrund der Struktur der Stütze 170a,
einschließlich
des Flansches 280, werden die Wicklungsköpfe 160a sicher
in der Furche 340 festgehalten. Wie gezeigt, passen die
inneren Schrauben 350 in die Schraubenlöcher 210a, b des Endkappenhuts 190a und
entsprechende Löcher 135a der Speiche 130a (siehe 3)
und werden dazu verwendet, den Endkappenhut 190a an der
Speiche 130a zu befestigen. Des Weiteren passen die äußeren Schrauben 360 in
die Schraubenlöcher 220a,
b (siehe 3) und entsprechende Schraubenlöcher 175a (siehe 4)
und werden dazu eingesetzt, die Stütze 170a an dem Endkappenhut 190a zu
befestigen, wodurch die Stütze 170a auch
bezüglich
der Speiche 130a verriegelt wird.
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Da
die Stütze 170a den
Flansch 280 enthält, gestattet
diese Konfiguration, dass Druck auf vorhersagbare Weise an die Wicklungen
der Spule 150a angelegt wird, um die Drahtwicklungen genauer
zu positionieren. In der Regel umfasst der Prozess des Montierens
einer Spule (wie zum Beispiel der Spule 150a) am Rotor 100 (a)
Positionieren der Stütze 170a an
der Speiche 130a, (b) Wickeln der Drahtwicklungen der Spule 150a auf
den Pol 120a, einschließlich der Stütze, (c)
Befestigen des Endkappenhuts 190a an der Speiche 130a unter
Verwendung der inneren Schrauben 350 und dann (d) Befestigen
der Stütze 170a am
Endkappenhut 190a durch Festziehen der äußeren Schrauben 360.
Somit werden die Drähte durch
das Festziehen der Stütze 170a gegen
den Endkappenhut 190a, nachdem sie auf den Pol 120a gewickelt
sind, in eine genau bestimmte Position zwischen Innen- bzw. Außengrenzen 362 und 364 gezwängt, und
des Weiteren wird Druck zwischen den Drähten in der Furche 340 zwischen
dem Flansch 280 und dem sich nach außen erstreckenden Vorsprung 355 des
Endkappenhuts 190a erzeugt. Insbesondere wird ausreichender
Druck erzeugt, um den gesamten (oder fast den gesamten) Durchhang
aus der Spule 150a zu beseitigen. Bei bestimmten Ausführungsformen
kann das ordnungsgemäße Ausmaß des Festziehens
der Stütze 170a gegen
den Endkappenhut 190a (der dazu ausreicht, den Durchhang
aus der Spule 150a zu beseitigen) durch Festziehen der Schrauben 360 auf
ihr Auslegungsdrehoment bereitgestellt werden.
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Auf
die 6 und 7 Bezug nehmend, können des
Weiteren die verschiedensten alternativen Ausführungsformen für Strukturen
zum Abstützen
und Festhalten der Wicklungsköpfe
der Spulen am Rotor 100 eingesetzt werden. Zum Beispiel
werden in 6 zwei alternative Ausführungsformen
gezeigt, bei denen eine Stütze 170e mittels
Schrauben 380 direkt mit einer Speiche 130e verbunden
ist. Die Stütze 170e weist
ansonsten die gleichen Merkmale wie die Stütze 170a, einschließlich des
Flansches 280, auf. Um einen Endkappenhut 190e ordnungsgemäß bezüglich der
Speiche 130e und der Stütze 170e zu
positionieren und zu befestigen, können entweder Schrauben 390 verwendet
werden, um den Endkappenhut direkt an der Stütze zu befestigen, oder es
können
Schrauben 410 eingesetzt werden, um den Endkappenhut direkt
an der Speiche zu befestigen. Bei der letzteren Ausführungsform
sollte die Speiche 130e verlängert werden, so dass sie durch einen
Kanal 420 durch den Endkappenhut 190e passt, so
dass die Schrauben 410 an der Speiche befestigt werden
können.
Diese letztere Ausführungsform,
bei der sowohl die Stütze 170e als
auch der Endkappenhut 190e direkt an der Speiche 130e befestigt
sind, ist insofern weniger wünschenswert
als die andere Ausführungsform,
als kein Druck direkt zwischen der Stütze und dem Endkappenhut erzeugt wird.
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Auf 7 Bezug
nehmend, wird eine andere Ausführungsform
bereitgestellt, bei der eine Stütze 170f nicht
mehr den Flansch 280 enthält. Stattdessen wird, wenn
die Stütze 170f durch
eine Schraube 430 an einer Speiche 130f installiert
ist, ein Endkappenhut 190f an der Speiche befestigt, und
des Weiteren wird eine L-förmige
Halterung 440 dann am Endkappenhut befestigt, so dass die
Halterung 440 über
der Stütze
passiert und sich dann nach unten krümmt, um bezüglich der Speiche befestigt
zu werden. Die Halterung 440 kann durch eine Schraube 450 am Endkappenhut 190f befestigt
werden. In Abhängigkeit
von der Ausführungsform
kann die Halterung 440 bezüglich der Speiche 130f auf
verschiedenste Weise befestigt werden, einschließlich durch Schrauben oder,
wie gezeigt, durch Aufnahme eines Fußes 460, der in eine
entsprechende Aussparung in der Stütze 170f passt. Bei
Verwendung der Ausführungsform von 7 passieren
die Drahtwicklungen der von der Stütze 170f gestützten Spule
in einem Bereich 470 zwischen der Halterung 440 und
der Stütze 170f. Aufgrund
der durch die die Halterung 440 mit dem Endkappenhut 190f verbindenden
Schraube 450 angelegten Kraft wird zwischen den Wicklungen
der Spule wieder ein Druck erzeugt, und die Wicklungsköpfe der
Spule werden an einer Bewegung zur Welle 110 und davon
weg über
innere und äußere Grenzen 480, 490,
die durch die Halterung 440 und den Endkappenhut 190f erzeugt
werden, hinaus gehindert. Da die Halterung 440 die Spule
und die gegenüberliegende
Seite der Stütze 170f umgibt,
sollte die Halterung 440 bei dieser Ausführungsform
in der Lage sein, durch die Drahtwicklungen abgeführte Wärme leicht
abzuleiten (oder zu beseitigen).
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Auf 8 Bezug
nehmend, wird der Rotor 100 in einer vollständig montierten
Form gezeigt. Insbesondere enthält
der Rotor 100 neben den Polen 120a–c (wobei
Pol 120d in der Ansicht verdeckt ist) und der Welle 110 Endkappen 495 an
beiden Enden des Rotors. Lippen 498 der Endkappen 495 erstrecken
sich über
und um die oben besprochenen Endkappenhüte 190a–d.
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Weiter
auf 9 Bezug nehmend, ist der Rotor 100 (mit
der Welle 110) in der Darstellung in einem fertiggestellten
Generator 500 integriert, der auch einen den Rotor 100 umgebenden
Stator 510 enthält.
Der im Generator 500 eingesetzte Rotor 100 kann
beliebige der oben besprochenen Strukturen zum Abstützen und
Festhalten der Drähte
der Spulen des Rotors sowie andere Ausführungsformen solcher Strukturen
verwenden. Darüber
hinaus können
Rotoren ähnlich
dem Rotor 100 mit Strukturen, die den oben zum Abstützen und
Festhalten von Spulen besprochenen ähneln, im Generator 500 eingesetzt werden,
einschließlich
Rotoren mit weniger oder mehr Polen als die vier Pole 120a–d, die
in den 1–3 gezeigt
werden (zum Beispiel sechs Pole). Obgleich der in 8 gezeigte
Generator 500 der Hauptgenerator eines Generatorsatzes
(der in der Regel in Flugzeugen verwendet wird) ist, der darüber hinaus
einen Erreger und einen Dauermagnetgenerator (PMG) enthält, kann
der Generator bei alternativen Ausführungsformen des Weiteren ein
Erreger oder ein PMG sein.
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Wenn
es sich bei dem Generator 500 um einen Hauptgenerator handelt,
werden die Spulen des Rotors 100 mit Gleichstrom versorgt,
während
(nicht gezeigte) Spulen des Stators 510 im Betrieb des
Generators Wechselstrom leiten. Rotoren mit Strukturen zum Abstützen und
Festhalten von Spulen, die den oben besprochenen ähneln, können jedoch
auch in anderen Arten von Maschinen eingesetzt werden, an denen
die verschiedensten Wechselströme
und Gleichströme
am Rotor eingesetzt werden. Insbesondere können zu solchen Maschinen auch
andere Arten von Synchron-, Induktions- und Gleichstromgeneratoren und -motoren
gehören.
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Bei
alternativen Ausführungsformen
können des
Weiteren die Speichen und Pole, die sich radial von der Welle des
Rotors weg erstrecken, die verschiedensten Formen annehmen, so dass
die Art und Weise, auf die die Stützen und/oder die Endkappenhüte an bestimmten
radialen Positionen von der mittleren Welle weg befestigt sind,
variieren können. Zum
Beispiel können
Ansätze,
die die Stützen
und die Endkappenhüte
mit der Welle verbinden, eine andere Form annehmen als die Speichen 130.
Des Weiteren kann sich die Art und Weise, auf die die Stützen und
die Endkappenhüte
miteinander und mit den Speichen oder Ansätzen verbunden sind, von der
Verwendung von Schrauben, wie gezeigt, unterscheiden. Zum Beispiel
können
bei alternativen Ausführungsformen
andere Befestigungsvorrichtungen, die in der Technik bekannt sind,
einschließlich
Klebstoff oder Schweißen,
eingesetzt werden. Darüber
hinaus können
die Stützen
und die Endkappenhüte
die verschiedensten Formen annehmen, von denen nur einige hier beschrieben
werden. Zum Beispiel können
die einzelnen Endkappenhüte 190a–d, die
bezüglich
der jeweiligen Speichen 130a–d verwendet werden, durch
einen einfachen Endkappenhutring ersetzt werden, der sich um den
Gesamtumfang des Rotors erstreckt und die Enden aller Speichen des Rotors
bedeckt. Des Weiteren können
auch Endkappenhüte,
die die Enden von mehr als einer Speiche, jedoch nicht von allen
Speichen (zum Beispiel zwei Speichen) bedecken, eingesetzt werden.
Modifikationen und Variationen sind im Schutzbereich der angehängten Ansprüche möglich.