DE677781C

DE677781C - Toothed runner for electrical machines with inserted winding holders and cooling channels running along the flanks of the distributed field winding

Info

Publication number: DE677781C
Application number: DEA82616D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Robert Pohl
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-04-13
Filing date: 1937-04-13
Publication date: 1939-07-03

Description

Bei Läufern mit verteilter Feldwicklung von · elektrischen Maschinen großer Leistung besteht der magnetisch wirksame, Teil aus dem eigentlichen Polbereich und einer Anzahl Nebenpolen, welche durch die Zähne zwischen den Feldspulen gebildet werden. Eine solche Bauart des Läufers für Turbogeneratoren mit eingesetzten Wicklungshaltern oder Zähnen ist in Abb. 1 dargestellt. Der Polbereich wird hier durch die Polfüllstücke c und die seitlich von ihnen angeordneten Zähne b gebildet, während die Wicklungshalter d_y, d₂ ■ ■ ■ zwischen den FeldspulenS₁, S₂... die Nebenpole darstellen. In bekannter Weise werden die Zähne am Umfang des Läufers durch eingetriebene Keile k mit dem Läuferkern α verspannt. In rotors with distributed field windings in high-power electrical machines, the magnetically effective part consists of the actual pole area and a number of secondary poles which are formed by the teeth between the field coils. Such a design of the rotor for turbo generators with inserted winding holders or teeth is shown in Fig. 1. The pole area is formed here by the pole filler pieces c and the teeth b arranged to the side of them, while the winding holders d _y , d ₂ ■ ■ ■ between the field coils S ₁ , _{S 2} ... represent the secondary poles. In a known manner, the teeth on the circumference of the rotor are braced with the rotor core α by means of driven-in wedges k.

Dier Bauart mit eingesetzten Zähnen wird häufig gegenüber derjenigen mit unmittelbar in den Läuferkörper eingefrästen Wicklungsnuten der Vorzug gegeben. Sie hat nämlich den Vorteil, daß an den Flanken der Spulen entlang Kühlkanäle angeordnet werden können, weil sich die fertigen, sorgfältig in der Werkstatt vorbereiteten und dabei durch einen vorangegangenen Backprozeß erhärteten Spulen auf den Läuferkern auflegen und mit ihm verspannen lassen, so daß seitlich in den den Spulen entlang laufenden Lüftungskanälen keine Verlagerungen der einzelnen Windungen zu befürchten sind und die Spulenflanken sogar für die unmittelbare Berührung mit dem Kühlluftstrom blank gelassen werden können. Des weiteren gestattet die Verwendung eingesetzter Zähne eine besondere Vergiitung und Auswahl ihres Materials, wodurch die dabei erzielte hohe Festigkeit eine verhältnismäßig schmale Abmessung derThe type with inserted teeth is often compared to the type with immediate Preference is given to winding grooves milled into the rotor body. Because she has the advantage that cooling channels can be arranged along the flanks of the coils, because the finished, carefully prepared in the workshop and through one previous baking process put hardened coils on the rotor core and with it Let it be braced so that laterally in the ventilation ducts running along the coils no displacements of the individual windings are to be feared and the coil flanks can even be left blank for direct contact with the cooling air flow can. Furthermore, the use of inserted teeth allows a special payment and selection of their material, whereby the high strength achieved thereby a relatively narrow dimension of the

Zähne für die mechanische Beanspruchung zuläßt, welche wiederum der Breitenauslegung der Flankenkühlkanäle zugute kommt.Teeth for mechanical stress, which in turn allows the width design which benefits the flank cooling channels.

Nun hat jedoch die zwar aus mechanischen Gründen statthafte, verhältnismäßig schmale Bemessung des Querschnittes der eingesetzten Zähne den Mangel, daß sie an einzelnen Stellen des Läuferumfanges für den hervorzurufenden magnetischen Fluß nicht ausreicht, ίο um einen zur Vermeidung von Oberwellen erwünschten sinusförmigen Verlauf der Feldkurve zu erhalten. Besonders der dem Hauptpol beiderseits unmittelbar folgende Nebenpol ^₁, d. h. die Wicklungshalterreihe zwischen der innersten Spule S₁ und der zweiten Spule S₂, wäre ohne weiteres nicht imstande, an dieser Stelle den für die Angleichung an" die Sinuskurve erforderlichen magnetischen Fluß zu erzeugen. Man erkennt dieses deutlich aus Abb. 3, bei welcher der Fluß des Nebenpoles Cl₁ nicht genügt, in den Bereich der idealen Sinuskurve zu gelangen, so daß durch ihn Oberwellen entstehen wurden, während der Fluß der übrigen Nebenpole sich mehr der sinusförmigen Feldkurve anpaßt. Demnach muß angestrebt werden, den magne-■ tischen Anteil des ersten Nebenpoles auf etwa den Wert d{ zu erhöhen, um zu einem befriedigenden Ergebnis zu gelangen. Es war bereits bekannt, bei Läufern mit eingesetzten Zähnen an denjenigen Stellen des Umfanges, an welchen der Querschnitt bzw. der magnetische Fluß des Zahnes zufolge der Anordnung seitlicher Lüftungskanäle für die Angleichung der Feldkurve an die ideale Sinusform nicht genügte, dort den Zahn aus einem besonders legierten Eisen herzustellen, welches eine höhere magnetische Leitfähigkeit aufweist als das Material der übrigen Zähne. Insbesondere wurde hierfür Ivobalteisen vorgesehen. Für die Erleichterung der Fabrikation ist es jedoch erwünscht, möglichst ein einheitliches Material für sämtliche Zähne zu benutzen und von der Verwendung teurer und schwer zu beschaffender Baustoffe, wie Ivobalteisen, mit abnormalen Eigenschaften für einzelne Zähne abzusehen. Wollte man. stattdessen daran denken, bei Anwendung des normalen Werkstoffes lediglich die Zähne breiter zu bemessen, so wäre dieses ohne weiteres nicht möglich, weil es dann an dem notwendigen Raum für die Flankenkanäle fehlen würde.However, the relatively narrow dimensioning of the cross-section of the teeth used, which is permissible for mechanical reasons, has the drawback that it is insufficient for the magnetic flux to be generated at individual points on the rotor circumference, ίο to obtain a sinusoidal course of the field curve that is desired to avoid harmonics . _{In particular, the secondary pole ^ 1} immediately following the main pole on both sides, ie the row of winding holders between the innermost coil S ₁ and the second coil S ₂ , would not be able to generate the magnetic flux required for the adaptation to "the sinusoid" at this point. This can be seen clearly from Fig. 3, in which the flux of the secondary pole Cl ₁ is insufficient to get into the area of the ideal sinusoidal curve, so that it created harmonics, while the flux of the other secondary poles adapts more to the sinusoidal field curve. Accordingly, an effort must be made to increase the magnetic component of the first secondary pole to approximately the value d { in order to achieve a satisfactory result Cross-section or the magnetic flux of the tooth as a result of the arrangement of lateral ventilation ducts for adapting the field curve to the ideal one Sinus shape was not enough to produce the tooth from a specially alloyed iron, which has a higher magnetic conductivity than the material of the other teeth. Ivobalt iron was especially provided for this. In order to facilitate fabrication, however, it is desirable to use as uniform a material as possible for all teeth and to refrain from using expensive and difficult to obtain building materials, such as ivobal iron, with abnormal properties for individual teeth. You wanted to. Instead, think of only making the teeth wider when using the normal material, this would not be possible without further ado, because the necessary space for the flank channels would then be lacking.

Die vorliegende Erfindung gestattet jedoch die erstrebte Anpassung der Feldkurve an die Sinusform ohne Erfordernis besonderer Eisensorten für einzelne Zähne des Läuferumfanges und nichtsdestoweniger eine noch stärkere Flußsteigerung an den in Betracht kommenden Stellen als bei der erwähnten bekannten Ausführung. Der Erfindungsgedanke geht von der Erkenntnis aus, daß die innerste Spule je Pol thermisch am wenigsten von benachbarten Spulen beeinflußt wird, denn sie hat nur an der äußeren Flanke eine Nachbarspule, während die innere Flanke der wärmeableitenden Masse des Poles gegenüberliegt. Ebenso ist die Wärmeableitung ihres Spulenkopfes günstiger als bei den anderen Spulen, weil er die kürzeste Länge aufweist, auf der er somit an der äußeren Seite von der Wärme des benachbarten Spulenkopfes am geringsten beeinträchtigt wird, während die innere Seite freiliegt und eine bessere Kühlung hat. Man kann demnach das Leitermaterial der innersten Spule höher belasten als dasjenige der anderen, und diese Wahrnehmung wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, die innerste Spule im Querschnitt schmaler zu bemessen und dafür den ihr unmittelbar folgenden Nebenpol-bzw. Wicklungshalter entsprechend zu verbreitern, so daß ein höherer magnetischer Fluß dieses Nebenpoles erzielt wird. Abb. 2 zeigt beispielsweise den Aufbau eines Läufers nach der Erfindung. Der zwischen der innersten Spule S₁ und der folgenden Spule S₂ angeordnete Nebenpol bzw. Wicklungshalter U₁ ist verbreitert und der Querschnitt·· der innersten Spule S₁ schmaler bemessen als der Querschnitt der anderen SpU-len. Daraus folgt dann die Wirkung, daß der Fluß des Nebenpoles U₁ gemäß Abb. 3 auf den angedeuteten höheren Wert ^₁'" ansteigt, so daß eine weit bessere Angleichung des Feldes an die Sinuskurve stattfindet.However, the present invention allows the desired adaptation of the field curve to the sinusoidal shape without the need for special types of iron for individual teeth of the rotor circumference and nonetheless an even greater increase in flow at the points in question than in the known embodiment mentioned. The idea of the invention is based on the knowledge that the innermost coil per pole is least thermally influenced by neighboring coils, because it only has a neighboring coil on the outer flank, while the inner flank is opposite the heat-dissipating mass of the pole. The heat dissipation of your coil end is also more favorable than with the other coils, because it has the shortest length, on which it is therefore least affected on the outer side by the heat of the adjacent coil end, while the inner side is exposed and has better cooling. Accordingly, the conductor material of the innermost coil can be subjected to higher loads than that of the others, and this perception is used according to the invention to make the innermost coil narrower in cross-section. To widen the winding holder accordingly, so that a higher magnetic flux of this secondary pole is achieved. Fig. 2 shows, for example, the structure of a rotor according to the invention. The secondary pole or winding holder U ₁ arranged between the innermost coil S ₁ and the following coil S ₂ is widened and the cross section of the innermost coil S _{1 is} narrower than the cross section of the other coils. This then has the effect that the flux of the secondary pole U ₁ according to Fig. 3 rises to the indicated higher value ^ ₁ '", so that there is a much better adjustment of the field to the sine curve.

Die Verschmälerung des Querschnittes der innersten Spule wäre für den in. Betracht kommenden Zweck. nur auf der Länge des im wirksamen Eisen liegenden Teiles dieser Spule notwendig, während außerhalb des Eisens der Querschnitt die gleichen Abmessungen wie die übrigen Spulen behalten kann. Man wird daher jene Verschmälerung etwa durch Fortnahme von Leitermaterial an den Flanken der fertigen Spule, z. B. durch Abfräsen, bewerkstelligen, und zwar auf dem Längsabschnitt, der später im wirksamen Eisen liegt, wobei diese Abflachung entweder nur an einer Flanke, beispielsweise der äußeren, oder an beiden vorgenommen werden kann.The narrowing of the cross-section of the innermost coil would be for the person in question Purpose. only on the length of that part of this lying in the effective iron Coil necessary, while outside the iron the cross section the same dimensions how can keep the rest of the coils. One is therefore that narrowing, for example, by removing conductor material from the Flanks of the finished coil, e.g. B. by milling, accomplish, on the Longitudinal section, which later lies in the effective iron, with this flattening either only on one flank, for example the outer one, or on both.

Würde man bei der Verbreiterung des ersten Nebenpoles d_t auch gleichzeitig dem schwalbenschwanzförmigen Fußteil dieses Wicklungshalters, der in den Läuferfernkörper α eingreift,eine größere tangentiale Abmessung geben, so hätte- dies zur Folge, daß einzelne der die Wicklungshalter tragenden schwalbenschwanzförmigen Stege des Kernkörpers a, z, B.'der Stegm, gemäß Abb. 2 schmaler werden. Das könnte unter Umständen zu unzuträglichen Beanspruchungen dieser Stege führen. Es steht jedoch dem gewollten XLweckIf the widening of the first secondary pole d _{t were} also to give the dovetail-shaped foot part of this winding holder, which engages in the rotor remote body α , a larger tangential dimension at the same time, this would result in individual dovetail-shaped webs of the core body a, z, B.'der Stegm, according to Fig. 2 become narrower. Under certain circumstances, this could lead to unbearable stresses on these bars. However, it is the intended XL wake-up

der magnetischen Wirkung nichts im Wege, wie Abb. 4 zum Ausdruck bringt, bei dem unterschnittenen Fußteil g des verbreiterten Wicklungshalters d_x im Bereich seines Eingriffes in die schwalbenschwanzförmige Nut des Läuferkörpers die gleiche tangentiale Abmessung beizubehalten wie bei den Fußteilen der anderen Zähne, so daß die Tragfähigkeit der Stege am Umfang des Läuferkernes a überall gleichwertig" ist.Nothing in the way of the magnetic effect, as shown in Fig. 4, with the undercut foot part g of the widened winding holder d _x in the area of its engagement in the dovetail groove of the rotor body to maintain the same tangential dimensions as with the foot parts of the other teeth, so that the load-bearing capacity of the webs on the circumference of the rotor core a is equivalent everywhere ".

Claims

Patent claims:

i. Toothed rotor for electrical machines with inserted winding holders and on the flanks of the distributed field winding along leading cooling channels, characterized in that the used winding _{holders (^ 1} ) between the inner field coil (S ₁ ) and the immediately following field coil (s ₂ ) are dimensioned wider than the winding holder between the other coils and the space required for this is obtained by making the cross-section of the innermost coil (S ₁ ) narrower than the cross-section of the rest (Fig. 2).

2 ·. Toothed rotor according to claim 1, characterized in that the undercut foot parts (g.) Of the widened winding holders (i / J inserted between the 3a innermost field coil (S ₁ ) and the immediately following field coil (s ₂ ) in the area of their engagement in the dovetailed Grooves of the runner core (α) keep the same tangential dimensions as the foot parts of the other winding holders on the runner circumference (Fig. 4).

3. Toothed runner according to the claims. Chen ι and 2, characterized in that the cross-section of the innermost coil (S ₁ ) is narrowed only within the effective rotor compared to that of the other coils, while outside the effective rotor, the cross-section of all coils remains the same.

1 sheet of drawings