DE69205289T2

DE69205289T2 - Anker für eine drehende elektrische Maschine.

Info

Publication number: DE69205289T2
Application number: DE1992605289
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Futaki; Takashi Mozumi; Susumu Nagano
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-01-10
Filing date: 1992-01-03
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2012-01-04
Also published as: DE69205289D1; EP0494611B1; JPH04248342A; EP0494611A3; EP0494611A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Rotor für eine drehende elektrische Maschine, und insbesondere einen Rotor einer drehenden elektrischen Maschine, wobei keine Beschädigung der entsprechenden Teile des Rotors hervorgerufen wird, auch wenn ein hoher Oberflächenstrom über die Oberfläche des Rotors fließt, wenn die drehende elektrische Maschine gestoppt oder bei niedriger Geschwindigkeit sich drehen gelassen wird.
In manchen Fällen fließt bei einer drehenden elektrischen Maschine ein hoher Oberflächenstrom über die Oberfläche des Rotors infolge eines Stroms mit negativer Phase, der zum Zeitpunkt eines Dämpfungsereignisses fließt. Im Falle des Anschlusses einer Gleichrichterlast oder einer Stromlast an eine Stromquellenschaltung der drehenden elektrischen Maschine tritt in manchen Fällen in der Stromquellenschaltung ein harmonischer Strom auf, urid infolge des harmonischen Stroms fließt ein hoher Oberflächenstrom über die Oberfläche des Rotors. Wenn ein solch hoher Oberflächenstrom über die Oberfläche des Rotors fließt, kann der Rotor beschädigt werden.
Um eine solche Beschädigung zu minimieren, läßt man bei den Rotoren nach dem Stand der Technik eine Dämpferwicklung um den Rotor rotieren, oder die Höhe des harmonischen Stroms wird begrenzt. Generell kann ein solcher Strom auch fließen, wenn die elektrische Rotormaschine bei Nenn- bzw. Sollgeschwindigkeit betrieben wird.
Unterdessen wird im allgemeinen in einer drehenden elektrischen Maschine vom Typ einer Einzelpolmaschine eine Ankerwicklung mit einer Nennvollspannung oder einer reduzierten Spannung versorgt, und in eine Dämpferwicklung wird aktiv ein elektrischer Strom eingespeist, und ein Drehmoment wird erzeugt. Dadurch wird die drehende elektrische Maschine direkt gestartet.
Betrachtet man jedoch einen Rotor einer zylindrischen, drehenden elektrischen Maschine des Typs mit einem massiv geschmiedeten Rotor, wie etwa einen Turbinengenerator, so besteht ein kleiner Spalt zwischen einem Zahnteil und einem Keil, und durch den kleinen Spalt ergibt sich ein Kontaktwiderstand zwischen dem Zahnteil und dem Keil. Somit ist ein Kreis, der einen Oberflächenstrom fließen läßt, unvollständig.
Wenn das oben erwähnte direkte Antriebsverfahren auf diesen Typ der drehenden elektrischen Maschine angewandt wird, fließt wegen dieser Struktur ein hoher Oberflächenstrom durch den Rotor, wenn die drehende elektrische Maschine gestoppt oder bei niedriger Geschwindigkeit drehen gelassen wird, und ein Lichtbogen tritt zwischen den Kontaktflächen des Zahnteils und des Keils auf. Es herrscht die Besorgnis, daß der Lichtbogen ein Schmelzen an einem bestimmten Teil des Rotors verursachen kann.
Als Einrichtung zur Lösung des obigen Nachteils offenbart das Dokument JP-A-54-142502 eine Technik, wobei ein elastisches Bauteil unter den Keil eingefügt wird, wodurch ein Druck auf einen Kontaktteil zwischen dem Zahnteil und dem Keil ausgeübt wird und im wesentlichen kein Spalt zwischen dem Zahnteil und dem Keil zurückbleibt.
Dank dieser Einrichtung ist der Kreis, um den Oberflächenstrom fließen zu lassen, im wesentlichen vervollständigt. Auch wenn der Oberflächenstrom über die Oberfläche des Rotors fließt, wenn die drehende elektrische Maschine gestoppt oder mit niedriger Geschwindigkeit sich drehen gelassen wird, fließt der Oberflächenstrom durch den vollständigen Kreis, und ein Schmelzen tritt nicht auf.
Für den Fall, daß jedoch ein Generatorsystem mit hoher Kapazität oder ein bestimmtes Startsystem gewählt wird, kann durch die obige Einrichtung keine hinreichende Widerstandsfähigkeit erzielt werden. Insbesondere ist die ungenügende Widerstandsfähigkeit bei einer drehenden elektrischen Maschine (Generator) sichtbar, die in einem höheren kombinierten Zyklus (advanced combined cycle: ACC) verwendet wird, welcher kürzlich als hocheffiziente Generatoranlage Aufmerksamkeit erregte. Beispielsweise wird ein statisches Startverfahren, bei dem der Generator als Motor mit Hilfe eines Thyristor-Umrichters verwendet und die Rotationsgeschwindigkeit begrenzt wird, als Startverfahren für die drehende elektrische Maschine (Generator) bei Verwendung im ACC eingesetzt.
Bei diesem Verfahren wird infolge konditioneller Begrenzungen des Thyristor-Umrichters von einem Drehantrieb (normalerweise mehrere Umdrehungen pro Minute) bis zu 5 % bis 10 % der Nenngeschwindigkeit des Drehantriebs ein Pulsmodusstartvorgang ausgeführt, und ein lastkommutierter Inverterstartvorgang wird bei einer Rotationsgeschwindigkeit angewandt, die sich von einer Gasturbine steuern läßt.
Beim Pulsmodusstartvorgang jedoch erreicht ein äquivalenter Negativphasenstrompegel etwa 10 % des Sollwerts, und die Rotationsgeschwindigkeit beträgt etwa 5 % bis 10 % des Sollwerts. Daher ist es sehr schwierig, die Negativphasenwiderstandsfähigkeit beizubehalten.
Das Obige wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detaillierter beschrieben. Fig. 1 zeigt eine in JP-A-54-142502 beschriebene Technik. Nach Fig. 1 sind ein Spulenträgerbauteil 12, ein abgestuftes Teil 14 und ein Schlitz 18 mit einer Keilhalterung 16 entlang der Achse eines Rotors 10 angeordnet. Eine Vielzahl von Schlitzen 18 ist entlang des Umfangs des Rotors 10 ausgebildet. Eine Vielschichtrotorspule 20 ist im Spulträgerbauteil 12 im Schlitz 18 aufgenommen. Ein Block 22, ein(e) Dämpfungsleiste bzw. -stab 24, ein elastisches Bauteil 26, zum Beispiel ein Federbauteil, und ein Keil 28 sind im gestuften Teil 14 des Schlitzes 18 angeordnet. Eine Vielzahl von Schlitzen 18 und Zahnteilen 30 ist entlang der Peripherie des Rotors 10 ausgebildet.
Im Obigen ist der Block 22 auf der Rotorspule 20 gelegen. Der Dämpfungsstab 24 mit einer Breite bis zum abgestuften Teil 14 liegt auf dem Block 22. Das elastische Bauteil 26 liegt zwischen einem Endteil des Dämpfungsstabs 24 und dem abgestuften Teil 14. Der Keil 28 ist in den Keilhalter 16 des Schlitzes 18 so eingepaßt, daß er das Oberteil des Stabs 24 bedeckt. Das elastische Bauteil 26 drückt den Stab 24 radial, und dementsprechend drückt der Keil 28 radial auf den Stab 24. Insbesondere liegt der abgeschrägte Teil des radial gedrückten Keils 28 fest am abgeschrägten Teil des Keilhalters 16 an. Dadurch wird der Keil 28 durch den Keilhalter 16 des Schlitzes 18 mit gutem Kontakt gehalten.
Beim obigen Aufbau ist der Kreis, in dem der Oberflächenstrom fließt, im wesentlichen vollständig, auch wenn ein hoher Oberflächenstrom durch den Rotor fließt. Auch wenn der Oberflächenstrom über die Oberfläche des Rotors fließt, wenn die drehende elektrische Maschine gestoppt oder sich mit niedriger Geschwindigkeit drehen gelassen wird, fließt der Oberflächenstrom daher durch den vollständigen Kreis und kein Schmelzen tritt auf.
Während die drehende elektrische Maschine rotiert, wirkt nur eine Zentrifugalkraft infolge des Gewichts des Rotors 10 selbst auf den Rotor 10. Eine sichere und feste Rotorstruktur kann erhalten werden. Da der Dämpfungsstab 24 zwischen den Keil 28 und das elastische Bauteil 26 eingefügt ist, wird zusätzlich ein Stromleitungskreis zwischen jeweils benachbarten Keilen 28 aufgebaut, und ein guter Kontaktzustand wird zwischen dem Dämpfungsstab 24 am Ende eines Eisenkerns und einem Dämpfungsring (nicht gezeigt) aufrechterhalten.
Im obigen Aufbau befindet sich der Dämpfungsstab 24 jedoch nicht auf der Oberfläche des Rotors 10, sondern innerhalb des Schlitzes 18. Deshalb ist eine Negativphasenwiderstandsfähigkeit gering.
Das bekannte Dokument DE-A-10 60 981 beschreibt einen Rotor für eine drehende elektrische Maschine mit an den Zahnteilen ausgebildeten Dämpfungseinrichtungen, um einen Oberflächenstrom zu dämpfen, der durch den Kern, die Polteile und die Oberfläche der Wicklungsteile fließt. Die Dämpfungseinrichtung besteht aus einem Dämpfungsstab aus einem elektrisch leitenden Material, das in flachen, in den Zahnteilen ausgebildeten Gräben befestigt ist, und ist bündig mit der Oberfläche des Kerns und ebenso an den Polteilen ausgebildet.
Weiterhin beschreibt das bekannte Dokument DE-A- 24 06 861 einen Dämpfungskäfig, wobei die aus elektrisch leitendem Material bestehenden Dämpfungseinrichtungen in flachen Gräben der Polteile und/oder der Zahnteile des Rotors der elektrischen Maschine eingefügt und befestigt sind. Weitere Dämpfungseinrichtungen können zumindest bei einem der Schlitze ausgebildet sein.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines hochverläßlichen Rotors einer drehenden elektrischen Maschine, wobei keine Beschädigung der entsprechenden Teile des Rotors hervorgerufen wird, auch wenn ein Strom über die Rotoroberfläche fließt, wenn die drehende elektrische Maschine gestoppt oder bei niedriger Geschwindigkeit laufen gelassen wird.
Diese Aufgabe kann durch einen Rotor einer drehenden elektrischen Maschine, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 und 3 spezifiziert, gelöst werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden speziell in den Ansprüchen 2, 4 und 5 beschrieben.
Diese Erfindung ist mit der folgenden detaillierten Beschreibung besser zu verstehen, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gebracht wird, in denen zeigen:
Fig. 1 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wichtigen Teils in einem Beispiel eines konventionellen Rotors;
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines nichtmagnetischen Polteils eines Rotors einer elektrischen Rotormaschine;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Dämpfungsstabs und eines Bolzens der Dämpfungseinrichtung von Fig. 2;
Fig. 4 eine Magnetflußverteilung in einem Rotor und einem Luftspalt im Falle, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom in einem gewöhnlichen Rotor ohne Dämpfungsstab fließt;
Fig. 5 eine Magnetflußverteilung in einem Rotor und einem Luftspalt im Falle, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom in einem Rotor mit einem Dämpfungsstab in einem Schlitzteil fließt;
Fig. 6 eine Magnetflußverteilung in einem Rotor und einem Luftspalt in dem Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom durch einen gewöhnlichen Rotor mit einem Dämpfungsstab zwischen den Schlitzen fließt;
Fig. 7 einen Graphen von Vergleichsdaten der Verlustmenge verschiedener Rotorstrukturen;
Fig. 8 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines nichtmagnetischen Polteils gemäß einer ersten Ausführungsform des Rotors der drehenden elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Keils und eines elastischen Bauteils einer Dämpfungseinrichtung von Fig. 8;
Fig. 10 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines nichtmagnetischen Polteils eines zylindrischen Rotors einer drehenden elektrischen Maschine;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer (eines) Hohlleiste bzw. -stabs der Dämpfungseinrichtung von Fig. 10;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Preß-Kopplungsverfahrens für die Hohlleiste der Dämpfungseinrichtung von Fig. 10;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht eines Kernteils eines Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der drehenden elektrischen Maschine nach der Erfindung;
Fig. 14 eine perspektivische Teilquerschnittsansicht der gleichen Ausführungsform;
Fig. 15 eine Querschnittsansicht eines Kernteils eines Rotors gemäß einer dritten Ausführungsform der drehenden elektrischen Maschine nach der Erfindung;
Fig. 16 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Keils, eines elastischen Bauteils und eines magnetischen Materials der Dämpfungseinrichtung von Fig. 15;
Fig. 17 eine Magnetflußverteilung in einem Rotor und einem Luftspalt in dem Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom in einer Rotorstruktur mit einer Dämpfungsleiste in einem nichtmagnetischen Polteil fließt;
Fig. 18 eine Querschnittsansicht eines Kernteils eines Rotors gemäß einer vierten Ausführungsform der drehenden elektrischen Maschine nach der Erfindung;
Fig. 19 eine Magnetflußverteilung in einem Rotor und einem Luftspalt in dem Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom in einer Rotorstruktur mit Dämpfungsleisten zwischen den Schlitzen und bei nichtmagnetischen Polteilen fließt; und
Fig. 20 Oberflächentemperaturen des Rotors.
In Fig. 2 und den folgenden Figuren werden die Strukturteile, die mit Fig. 1 gemeinsam sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Ein Rotor einer drehenden elektrischen Maschine ist ein Rotor eines Synchrongenerators horizontalen Typs, der in einer Wärmekraftanlage verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf den Rotor des Synchrongenerators anwendbar, sondern auch auf Rotoren eines Induktionsmotors, eines Induktionsgenerators, eines Synchronmotors, eines Phasenschiebers, eines Synchronumformers, eines Gleichstrommotors, eines Gleichstromgenerators und eines Drehumformers. Typischerweise wird die vorliegende Erfindung auf einen zylindrischen Rotor angewandt.
Darüber hinaus ist der als bevorzugte Ausführungsformen gezeigte Rotor der drehenden elektrischen Maschine ein Zweipolrotortyp. Es gibt jedoch eine drehende elektrische Maschine, wie etwa einen Synchrongenerator, mit drei oder mehr Polen. Diese Erfindung ist auch auf Mehrpolrotortypen anwendbar. Der Zweipolrotortyp hat einen ersten Magnetpolteil und einen zweiten Magnetpolteil entlang der Achse des Rotors. Die ersten und zweiten Magnetpolteile dienen als S-Pol bzw. N-Pol. Der Zweipolrotortyp ist in Umfangsrichtung des Rotors in vier Teile geteilt. Der erste Teilabschnitt ist ein erster magnetischer Polteil, der zweite Abschnitt ein erster nichtmagnetischer Polteil, der dritte Teilabschnitt ein zweiter magnetischer Polteil und der vierte Teilabschnitt ein zweiter nichtmagnetischer Polteil. Die ersten und zweiten nichtmagnetischen Polteile bestehen aus Schlitzen, die Rotorspulen und Zahnteile aufgenommen haben. Dieser Rotortyp besteht aus einer massiv geschmiedeten, zylindrischen Rotorwelle, und die Rotorwelle und ein Kern bilden eine Einheit. Der in Fig. 2 gezeigte Rotor ist durch den aus einer Vielzahl von Schlitzen und Zahnteilen bestehenden nichtmagnetischen Polteil gekennzeichnet.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist im Rotor 50-1 eine Dämpfungseinrichtung 70 an einem Zahnteil 52 des nichtmagnetischen Polteils eines zylindrischen Rotoreisenkerns 40 vorgesehen. Die Dämpfungseinrichtung 70 kann an allen Zahnteilen 52 oder an einigen von ihnen vorgesehen sein. Schlitze 54 sind an beiden Seiten des Zahnteils 52 ausgebildet. Eine Rotorspule 56 ist in einem Schlitz 54 untergebracht. Ein Block befindet sich auf dem Oberteil der Rotorspule 56. Die Rotorspule 56 und ein Block 58 werden mit Hilfe eines Keils 60 im Schlitz 54 gehalten.
Gemäß Fig. 3 enthält jede Dämpfungseinrichtung 70 einen im Zahnteil 52 ausgebildeten Graben 72, eine(n) im Graben 72 befindliche(n) Dämpfungsleiste bzw. -stab 74 aus einem elektrisch leitenden Material und eine Vielzahl von Bolzen 76 zur festen Fixierung der Dämpfungsleiste 74 an dem Zahnteil 52.
Wie oben erwähnt, werden im massiv geschmiedeten, zylindrischen Rotor gemäß Fig. 2 überall auf der Oberfläche des Rotors Stromkreise ausgebildet. Mit anderen Worten, Oberflächenströme fließen nicht nur durch Strukturteile des Rotors, sondern auch durch Kontakt teile zwischen den Halte- und Dämpfungsringen, Kontakte zwischen benachbarten Keilen 60 und Kontaktteile zwischen den Keilen 60 und den Zahnteilen 52. Andererseits, wenn die Drehung des Rotors gestoppt wird, wird keine Zentrifugalkraft erzeugt, und wenn die Drehgeschwindigkeit des Rotors gering ist, ist die Zentrifugalkraft schwach; daher wird keine große Kraft auf die entsprechenden Teile des Rotors ausgeübt, und diese Kontaktteile sind in einem unvollständigen Kontaktzustand.
Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunkts ist im Rotor von Fig. 2 der flache Graben 72 in dem Zahnteil 52 der Rotoroberfläche zwischen den Schlitzen zur Aufnahme der Rotorspulen 56, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, ausgebildet, und die Dämpfungsleiste 74 aus elektrisch leitendem Material wird in den flachen Graben 72 eingebracht. Und diese Dämpfungsleiste 74 ist mit Hilfe von Bolzen 76 fest an das Zahnteil 52 fixiert.
Durch Bereitstellung der Dämpfungseinrichtung 70 am Zahnteil 52 wird die Dämpfungsleiste 74 an das Zahnteil 52 gedrückt, und die Kontaktoberflächen des Zahnteils 52 und der Dämpfungsleiste 74 werden unter Beibehaltung eines festen Kontakts gleichmäßig gedrückt. Auch wenn man über die Rotoroberfläche Strom fließen läßt, kommt es zu keiner Beschädigung der entsprechenden Teile des Rotors, insbesondere der Zahnteile 52 und der Dämpfungsleisten 74. Während der Drehung wird nur eine Zentrifugalkraft infolge des Gewichts des Rotors selbst auf den Rotor ausgeübt, und eine sichere und feste Struktur kann erreicht werden.
Das Genannte wird auf der Basis von Analysedaten erläutert. Fig. 4 zeigt eine Magnetflußverteilung im Rotor und Luftspalt in dem Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom in einem gewöhnlichen Rotor 10A ohne Dämpfungsleiste fließt. Fig. 5 zeigt eine Magnetflußverteilung im Rotor und Luftspalt in dem Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom im Rotor 10 (JP-A- 54-142502) mit der Dämpfungsleiste im Schlitzteil fließt. Fig. 6 zeigt eine Magnetflußverteilung im Rotor und Luftspalt in dem Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom ih einem Rotor 50-1 mit einer Dämpfungseinrichtung 70 im Zahnteil gemäß dem Rotor von Fig. 2 fließt.
Die in den Fig. 4, 5 und 6 gekennzeichneten Bereiche 100 werden verglichen. Verglichen mit der Magnetflußverteilung von Fig. 4 der normalen Rotorstruktur ohne Dämpfungsleiste zeigt die Rotorstruktur von Fig. 5 mit Dämpfungsleiste im Schlitzteil wegen der Dämpfungsleiste einen geringeren Verlust im Zahnteil 52, und die Menge des magnetischen Flusses, der in den Zahnteil 52 eindringt, sinkt. Zusätzlich ist bei der Rotorstruktur nach Fig. 2, in der die Dämpfungseinrichtung 70 am Zahnteil vorgesehen ist, die Größe des in den Zahnteil 52 eintretenden Magnetflusses durch den günstigen Umstand weiter reduziert, daß die Dämpfungsleiste 74 aus elektrisch leitendem Material auf der Rotoroberfläche gelegen ist, und der im Zahnteil 52 auftretende Verlust wird weiter vermindert.
Die Analysedaten sind in Fig. 7 gezeigt. Der Verlust bei gewöhnlicher Rotorstruktur (Fall A) ohne Dämpfungsleiste wird als 1,0 einer Bezugseinheit bzw. normierten Einheit angenommen. Der Verlust bei der Rotorstruktur (Fall B) mit der Dämpfungsleiste im Schlitzteil (slop portion) beträgt 0,9 der Bezugseinheit, und der Verlust bei der Rotorstruktur (Fall C) mit der Dämpfungseinrichtung 70 beim Zahnteil gemäß dem Rotor von Fig. 2 beträgt 0,8 der Bezugseinheit. Entsprechend dem Rotor von Fig. 2 kann ohne Zerstörung der Zahnteile und Keile ein stärkerer bzw. festerer Rotor der drehenden elektrischen Maschine erhalten werden, und die Negativphasenwiderstandsfähigkeit wird erhöht.
Wie oben erwähnt, ist der Rotor 50-1 der drehenden elektrischen Maschine nach Fig. 2 mit der Dämpfungseinrichtung 70 ausgestattet, wobei der flache Graben 72 beim Zahnteil 52 zwischen den Schlitzen 54 zur Aufnahme der Rotorspulen 56 ausgebildet ist, und das Fixierbauteil oder die Dämpfungsleiste 74 aus elektrisch leitendem Material im flachen Graben 72 gelegen ist. Diese Dämpfungsleiste 74 wird fest mit Hilfe der Bolzen 76 an den Zahnteil 52 fixiert.
Wenn die drehende elektrische Maschine gestoppt oder mit niedriger Geschwindigkeit laufen gelassen wird, wird das Fixierbauteil oder die Dämpfungsleiste 74 an den Zahnteil 52 gedrückt, und die Kontaktoberflächen (die eine Zentrifugalkraft während der Rotation aufnehmen) des Zahnteils 52 und der Dämpfungsleiste 74 werden unter Beibehaltung von gutem Kontakt gleichmäßig gepreßt. Auch wenn Strom über die Rotoroberfläche fließt, wird an den entsprechenden Teilen des Rotors, vor allem den Zahnteilen 52 und den Dämpfungsleisten 74, keine Beschädigung hervorgerufen. Deshalb kann der Rotor 50-1 der drehenden elektrischen Maschine mit hoher Verläßlichkeit erhalten werden.
Nun wird ein Rotor 50-2 der drehenden elektrischen Maschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Nach Fig. 8 hat der Rotor 50-2 eine Dämpfungseinrichtung 80 an einem Zahnteil 52 eines Kernteils eines zylindrischen Rotorkerns 40. Die Dämpfungseinrichtung 80 kann an allen Zahnteilen 52 oder an einigen davon vorgesehen sein. Schlitze 54 sind an beiden Seiten des Zahnteils 52 ausgebildet. Eine Rotorspule 56 ist in jedem Schlitz 54 aufgenommen. Ein Block 58 befindet sich auf dem Oberteil der Rotorspule 56. Die Rotorspule 56 und der Block 58 werden mit Hilfe eines Keils 60 im Schlitz 54 gehalten.
Nach Fig. 9 ist jede Dämpfungseinrichtung 80 am Zahnteil 52 ausgebildet und enthält einen Dämpfungskeileinfügegrabenteil 82, der aus einem Dämpfungskeileinfügeteil 82A und einem Federaufnahmeteil 82B besteht, einen Dämpfungskeil 84 aus elektrisch leitendem Material, der in den Einfügeteil 82A des Einfügegrabenteils 82 eingefügt ist, und eine Vielzahl von Federn 86, die in dem Federaufnahmeteil 82B aufgenommen sind, um den Dämpfungskeil 84 in Radialrichtung zu drängen bzw. drücken.
Gemäß den Fig. 8 und 9 ist der Dämpfungskeileinfügegrabenteil 82 speziell am Zahnteil 52 zwischen den Schlitzen 54 zur Aufnahme der Rotorspulen 56 ausgebildet. Der Dämpfungskeil 84 oder ein Fixierbauteil aus elektrisch leitendem Material wird in den Einfügegrabenteil 82 eingefügt. Darüber hinaus werden die Federn 86 oder elastischen Bauteile in den Einfügegrabenteil 84 eingebracht, um den Dämpfungskeil 84 in radialer Auswärtsrichtung des Kerns oder zum Zahnteil 52 zu zwingen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Dämpfungskeil 84 durch die Federn 86 auf den Zahnteil gedrückt. Dadurch werden die Kontaktoberflächen des Zahnteils 52 und des Keils 60 unter Beibehaltung guten Kontakts gleichmäßig gepreßt. Auch wenn Strom über die Rotoroberfläche fließen gelassen wird, wird keine Beschädigung der entsprechenden Teile des Rotors, vor allem des Zahnteils 52 und des Dämpfungskeils 84, hervorgerufen. Während der Drehung wird auf den Rotor nur eine Zentrifugalkraft infolge des Gewichts des Rotors selbst ausgeübt, und eine sichere und feste Struktur kann erhalten werden.
Als nächstes wird nun ein weiterer Rotor 50-3 der drehenden elektrischen Maschine beschrieben. Nach Fig. 10 ist eine Dämpfungseinrichtung 90 an einem Zahnteil 52 eines nichtmagnetischen Polteils eines zylindrischen Rotorkerns 40 vorgesehen. Die Dämpfungseinrichtung 90 kann an allen Zahnteilen 52 oder an einigen davon vorgesehen sein. Schlitze 54 sind an beiden Seiten des Zahnteils 52 ausgebildet. In jedem Schlitz 54 ist eine Rotorspule 56 aufgenommen. Ein Block 58 befindet sich auf dem Oberteil der Rotorspule 56. Die Rotorspule 56 und der Block 58 werden mit Hilfe eines Keils 60 im Schlitz 54 gehalten.
Wie in den Fig. 10, 11 und 12 gezeigt ist, ist jede Dämpfungseinrichtung 90 am Zahnteil 52 ausgebildet und enthält einen Hohlleisteneinfügegrabenteil 92, der aus einem Hohlleisteneinfügeteil 92A mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und einem Spaltteil 92B besteht, und eine Hohlleiste 94 aus elektrisch leitendem Material, die in den Einfügeteil 92A des Einfügegrabenteils 92 eingebracht ist.
Entsprechend den Fig. 10, 11 und 12 ist der Hohlleisteneinfügegrabenteil 92 am Zahnteil 52 zwischen den Schlitzen 54 zur Aufnahme der Rotorspulen 56 ausgebildet. Die Hohlleiste 94 oder ein Fixierbauteil aus elektrisch leitendem Material wird in dem Einfügegrabenteil 92 eingebracht. Nachdem die Hohlleiste 94 in den Hohlleisteneinfügegrabenteil 92 eingebracht ist, wird ein Aufweitungsstift 96 unter Verwendung eines Aufweitungsverfahrens so in die Hohlleiste 94 eingebracht, daß die äußere Gestalt der Hohlleiste 94 aufgeweitet wird. Somit wird die Hohlleiste 94 in den Einfügegrabenteil 92 eingepaßt.
Beim Rotor von Fig. 10 wird die Hohlleiste 94 auf den Zahnteil gepreßt. Daher werden die Kontaktflächen des Zahnteils 52 und der Hohlleiste 94 unter Beibehaltung guten Kontakts gleichmäßig gepreßt. Auch wenn Strom über die Rotoroberfläche fließen gelassen wird, wird keine Beschädigung der entsprechenden Teile des Rotors, vor allem des Zahnteils 52 und des Keils 60, hervorgerufen. Während der Drehung wird nur eine Zentrifugalkraft infolge des Gewichts des Rotors selbst auf den Rotor ausgeübt, und eine sichere und feste Struktur kann erhalten werden.
Nun wird ein Rotor 50-4 der drehenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Fig. 13 und 14 beschrieben. Nach Fig. 13 besitzt der Rotor 50-4 eine beliebige, oben beschriebene Dämpfungseinrichtung 70, 80 und 90 an einem Zahnteil 52 eines nichtmagnetischen Polteils eines zylindrischen Rotorkerns 40. In jedem Schlitz 54 ist eine Rotorspule 56 aufgenommen. Ein Block 58 befindet sich auf dem Oberteil der Rotorspule 56. Die Rotorspule 56, der Block 58 und die Dämpfungsleiste 62 werden mit Hilfe eines Keils 60 im Schlitz 54 gehalten. Dieser Schlitz entspricht im wesentlichen dem von Fig. 1. Dementsprechend ist im Schlitz 54 je nach Bedarf ein Halter, wie etwa ein elastisches Bauteil, zum Halten der Dämpfungsleiste 62 im Schlitz 54 vorgesehen.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, bilden die unter den Keilen 60 vorgesehenen Dämpfungsleisten 62 eine Einheit mit einem Abschlußring (Dämpfungsring) 64. Ein Abschlußteil einer Rotorspule 56 und der Abschlußring (Dämpfungsring) 64 werden durch einen Rückhaltering (Dämpfungsring) 6 am Ende des Eisenkerns gehalten. Der Rückhaltering (Dämpfungsring) 6 wird durch Schrumpfung auf das Ende des Eisenkerns gepaßt.
Der Rotor 50-4 der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform hat die gleichen Vorteile wie die Rotoren 50-1, 50-2 und 50-3 der drehenden elektrischen Maschine, sowie den gleichen Vorteil wie der in Fig. 1 gezeigte Rotor 10.
Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Nach den Fig. 15 und 16 ist ein Polteil 110 eines zylindrischen Rotoreisenkerns 40 mit einer Vielzahl von Dämpfungseinrichtungen 120 versehen. Die Dämpfungseinrichtung 120 enthält einen tiefen Grabenteil 112, ein in den tiefen Grabenteil 112 eingefülltes magnetisches Material 114, ein elastisches Bauteil 116, z.B. eine Feder, die sich am Oberteil des magnetischen Materials 114 befindet, und einen Dämpfungskeil 118 oder ein Fixierbauteil, der bzw. das aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist und sich auf dem Oberteil des elastischen Bauteils 116 befindet. Die Dimensionen des tiefen Grabenteils 112 sind so bemessen, daß der Rotorkörper in Magnetpol- und Zwischenpolrichtung die gleiche axiale Steifigkeit besitzt.
Bei der dritten Ausführungsform wird der Dämpfungskeil 118 auf den Polteil 110 gepreßt. Daher werden die Kontaktoberflächen des Polteils 110 und des Dämpfungskeils 118 unter Beibehaltung guten Kontakts gleichmäßig gepreßt. Auch wenn ein Strom über die Rotoroberfläche fließen gelassen wird, wird keine Beschädigung der entsprechenden Teile des Rotors, vor allem des Polteils 110 und des Dämpfungskeils 118, hervorgerufen. Während der Drehung wird nur eine Zentrifugalkraft infolge des Gewichts des Rotors selbst auf den Rotor ausgeübt, und eine sichere und feste Struktur kann erhalten werden.
Das Obige wird nun anhand von Analysedaten erläutert.
Fig. 17 zeigt eine Magnetflußverteilung im Rotor und Luftspalt für den Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom in einer Rotorstruktur mit Dämpfungseinrichtung 120 durch den Polteil gemäß der dritten Ausführungsform von Fig. 15 fließt. Fig. 19 zeigt eine Struktur gemäß einer vierten, in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform, wobei die zweite mit der dritten Ausführungsform kombiniert ist. Fig. 19 zeigt eine Magnetflußverteilung im Rotor und Luftspalt für den Fall, daß ein äquivalenter Negativphasenstrom in der Struktur eines Rotors 50-6 fließt, wobei die Dämpfungseinrichtung 70, 80 oder 90 im Zahnteil 52 des zylindrischen Rotoreisenkerns 40 und die Dämpfungseinrichtung 120 beim Polteil 110 vorgesehen ist.
Nun werden die in den Fig. 17 bis 19 zu erkennenden Bereiche 100 verglichen. Nach Fig. 17 wird bei einer Rotorstruktur (Fall D), bei der die Dämpfungseinrichtung 120 am Polteil 110 vorgesehen ist, der im Polteil 110 auftretende Verlust durch die Dämpfungseinrichtung 120 reduziert. Darüber hinaus wird, wie in Fig. 19 gezeigt ist, bei einer Rotorstruktur (Fall E), bei der die Dämpfungseinrichtung 70, 80 oder 90 am Zahnteil 52 und die Dämpfungseinrichtung 120 am Polteil 110 vorgesehen ist, der im Zahnteil 52 und Polteil 110 auftretende Verlust weiter reduziert.
Die Analysedaten sind in Fig. 7 gezeigt. Der Verlust bei einer gewöhnlichen Rotorstruktur (Fall A) ohne Dämpfungsleiste wird als 1,0 einer Bezugseinheit bzw. normierten Einheit angenommen. Der Verlust bei der Rotorstruktur (Fall D) beträgt 0,6 der Bezugseinheit, und der Verlust bei der Rotorstruktur (Fall E) beträgt 0,45 der Bezugseinheit. Ein stärkerer bzw. festerer Rotor der drehenden elektrischen Maschine kann ohne Beschädigung der Zahnteile und Keile erhalten werden, und die Negativphasenwiderstandsfähigkeit ist verbessert.
Wird insbesondere die Rotorstruktur mit der Dämpfungseinrichtung 120 am Magnetpolteil 110 eingesetzt, kann ein zusätzlicher Grabenteil einfach unter dem Graben 112 ausgebildet werden, und das magnetische Material kann in den zusätzlichen Grabenteil eingefüllt werden. In diesem Fall kann durch Steuerung der Dimensionen des Grabenteils unter dem Keil die axiale Steifigkeit des Rotors in Magnetpolrichtung an die in Zwischenpolrichtung angepaßt werden. Bei der normalen Rotorstruktur mit einem Kreuzschlitz ist die Temperatur des Abschluß bzw. Endteils des Kreuzschlitzes, wie in Fig. 20 gezeigt, hoch, und dieser Teil ist der schwächste Punkt bei der Erwägung der Negativphasenwiderstandsfähigkeit. Im Gegensatz dazu wird bei der Rotorstruktur der vorliegenden Ausführungsform der Kreuzschlitz nicht benötigt, und die Maximaltemperatur der Welle kann auf 50 % reduziert werden. Dementsprechend kann die Negativphasenwiderstandsfähigkeit erhöht werden.
Entsprechend der obigen Beschreibung stellt die vorliegende Erfindung einen hochverläßlichen Rotor einer drehenden elektrischen Maschine zur Verfügung, wobei keine Beschädigung der entsprechenden Teile des Rotors hervorgerufen wird, auch wenn Strom über die Rotoroberfläche fließt, falls die drehende elektrische Maschine gestoppt oder mit langsamer Geschwindigkeit drehen gelassen wird.

Claims

1. Rotor einer drehenden elektrischen Maschine mit:

einem zylindrischen Rotorkern (40);

einer Vielzahl von Wicklungsteilen, die auf dem zylindrischen Rotorkern (40) ausgebildet sind und aus einer Vielzahl von Polteilen und einer Vielzahl von Schlitzen (54) und Zahnteilen (52) bestehen;

Rotorspulen (56), die in den Schlitzen (54) aufgenommen sind;

einer Vielzahl von Keilen (60), die in die Schlitze (54) eingefügt sind und die Rotorspulen (56) zurückhalten;

einem Abschlußring (64), der an einem axialen Endteil des zylindrischen Rotorkerns (40) vorgesehen ist; und

einem Rückhaltering (6), der auf den axialen Endteil des zylindrischen Rotorkerns (40) gepaßt ist und den Abschlußring (64) und die Abschlußteile der Rotorspulen (56) zurückhält;

dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Dämpfungseinrichtung (80), die zur Dämpfung eines durch den zylindrischen Rotorkern (40), die Polteile und die Oberfläche der Wicklungsteile fließenden Oberflächenstroms zumindest an einem der Zahnteile ausgebildet ist, enthält:

einen Keileinfügegraben (82), der zumindest in einem der Zahnteile ausgebildet ist;

einem Dämpfungskeil (84) aus elektrisch leitendem Material, der in den Keileinfügegraben (82) eingebracht ist; und

ein elastisches Bauteil (86), um den Dämpfungskeil (84) in radialer Auswärtsrichtung des zylindrischen Rotorkerns (40) (Fig. 8) zu drängen.

2. Rotor einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weiterhin enthaltend:

zweite Dämpfungseinrichtung, die zumindest an einem der Schlitze (54) ausgebildet ist, um einen durch den zylindrischen Rotorkern (40), die Polteile und die Oberfläche des Wicklungsteils fließenden Oberflächenstrom zu dämpfen.

3. Rotor einer drehenden elektrischen Maschine mit:

einem zylindrischen Rotorkern (40);

Rotorspulen (56), die in den Schlitzen (54) aufgenommen sind;

dadurch gekennzeichnet, daß

mindestens eine Dämpfungseinrichtung (120), die an den Polteilen ausgebildet ist, um einen durch den zylindrischen Kern (40), die Polteile und die Oberfläche der Wicklungsteile fließenden Oberflächenstroms zu dämpfen, enthält:

mindestens einen tiefen Graben (112), der an den Polteilen ausgebildet ist;

magnetisches Material (114), das in den tiefen Graben (112) eingefügt ist;

einen Dämpfungskeil (118), der in den tiefen Graben (112) eingefügt ist; und

ein elastisches Bauteil (116), das zwischen dem magnetischen Material (114) und dem Dämpfungskeil (118) gelegen ist, zum Halten des magnetischen Materials (114) und des Dämpfungskeils (118) im tiefen Graben (112) (Fig. 15).

4. Rotor einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weiterhin enthaltend:

eine zweite Dämpfungseinrichtung (120), die an den Polteilen ausgebildet ist, um einen durch den zylindrischen Rotorkern (40), die Polteile und die Oberfläche der Wicklungsteile fließenden Oberflächenstrom zu dämpfen, wobei:

die zweite Dämpfungseinrichtung (120) enthält: mindestens einen tiefen Graben (112), der an den Polteilen ausgebildet ist;

ein magnetisches Material (114), das in den tiefen Graben (112) eingefügt ist;

einen Dämpfungskeil (118), der in den tiefen Graben (112) eingefügt ist; und

ein elastisches Bauteil (116), das zwischen dem magnetischen Material (114) und dem Dämpfungskeil (118) gelegen ist, zum Halten des magnetischen Materials (114) und des Dämpfungskeils (118) im tiefen Graben (112) (Fig. 18).

5. Rotor der drehenden elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung mit der Oberfläche des zylindrischen Rotorkerns (40) bündig ist.