DE947401C

DE947401C - Winding head stiffening of the runner of an electrical machine, which has trapezoidal winding slots and trapezoidal slot fillings, especially for a turbo inductor

Info

Publication number: DE947401C
Application number: DEL19447A
Authority: DE
Inventors: Artur Kirchner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-07-25
Filing date: 1954-07-25
Publication date: 1956-08-16

Description

Wickelkopfversteifung des Läufers einer elektrischen Maschine, der träpezförmige Wicklungsnuten und im Querschnitt trapezförmige Nutfüllungen besitzt, insbesondere für einen Turboinduktor Im Elektromaschinenbau haben die allgemein verfolgten Bestrebungen, Einheiten höherer Grenzleistung zu entwickeln, unter anderem zur Konstruktion trapezförmiger Läufernuten mit etwa radial verlaufenden Nutenwänden geführt, mit denen infolge der wesentlich vergrößerten Nutfüllung im Vergleich zur bisher allgemein gebräuchlichen Parallelnutform erheblich höhere Maschinenleistungen bei unveränderter Grenztemperatur erreicht werden.End winding stiffening of the rotor of an electrical machine, the has trapezoidal winding slots and trapezoidal slot fillings, especially for a turbo inductor In electrical engineering, they generally have pursued efforts to develop units of higher marginal power, among other things for the construction of trapezoidal rotor grooves with roughly radial groove walls out, with which due to the significantly larger groove filling compared to Previously generally used parallel groove shape, significantly higher machine performance can be reached with an unchanged limit temperature.

Da die Nutfüllungen im Querschnitt trapezförmig sind, bilden sich Wickelköpfe aus, bei denen zwischen ihren Spulenabschnitten befindlichen Zwischenräume trapezförmige Versteifungsstücke verwendet werden müßten. Es treten aber bei Verwendung solcher Versteifungsstücke erhebliche Schwierigkeiten bezüglich einer gleichmäßig guten Vorpressung und der betriebssicheren Absteifung der Wickelköpfe auf. Sowohl beim fertigungsmäßigen Vorpressen der Spulen als auch infolge der im Betrieb auftretenden Wärmedehnungsunterschiede zwischen Welle und Wicklung werden nämlich im Fall der Verwendung von trapezförmigen Stirnstützplatten (zwischen .den Kopfbogen der Wickelkopfspulenabschnitte) durch die auf diese ausgeübten Preß- bzw. Reaktionsdrücke radial nach außen gerichtete Kraftkomponenten hervorgerufen. Diese können leicht zur Materialverformung und infolgedessen zur Zerstörung der Windungsisolation, also zu gefährlichen Windungskurzschlüssen führen. Derartige Folgen treten fast mit Sicherheit in solchen Fällen auf, in denen die Leiter zur Verbesserung der Kühlung rippen- oder kastenförmig profiliert sind (direkte Leiterkühlung).Since the groove fillings are trapezoidal in cross-section, they are formed Winding heads in which there are gaps between their coil sections trapezoidal stiffeners would have to be used. However, it occurs when using such stiffening pieces significant difficulties regarding a uniformly good pre-compression and the reliable bracing of the winding heads. As well as during production pre-pressing of the coils as well as as a result of those occurring during operation Differences in thermal expansion between shaft and winding are in fact in the case of the Use of trapezoidal forehead support plates (between the head arches of the winding head coil sections) directed radially outward by the pressing or reaction pressures exerted on them Force components caused. These can easily lead to material deformation and as a result to the Destruction of the winding insulation, i.e. lead to dangerous winding short circuits. Such consequences are almost certain to occur in cases where the Conductors are profiled in a rib or box shape to improve cooling (direct Conductor cooling).

Um die obengenannten Nachteile zu beseitigen, wird eine Wickelkopfversteifung des Läufers einer elektrischen Maschine, der trapezförmige Wicklungsnuten mit etwa radial verlaufenden Nutenwänden: und im Querschnitt trapezförmigen Nutfüllungen--besitzt, mit zwischen den Breitseiten .der die Wickelköpfe bildenden Spulenabschnitte vorgesehenen Versteifungsstücken, insbesondere für einen Turboinduktor, vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß zur Vermeidung von bei läuferaxialem Druck auf :die Wickelkopfteile auftretenden radialen Kraftkomponenten die Breitseiten der Kopfbogen mindestens teilweise planparallel und senkrecht zur Läuferachse liegend ausgeführt sind und zwischen den planparallelen Seiten jeweils- zweier. Kopfbogen entsprechend planparallelwandige Versteifungsstücke vorgesehen sind. Wird nun in läuferaxialer Richtung gepreßt bzw. treten im Betrieb Wärmedehnungsunterschiede auf, dann sind bei Verwendung des Gegenstandes gemäß der Erfindung keine radialen Kraftkomponenten zu verzeichnen.In order to eliminate the above-mentioned disadvantages, a winding head stiffener of the rotor of an electrical machine, the trapezoidal winding grooves with about radial groove walls: and in cross-section trapezoidal groove fillings - has, with between the broad sides .der the coil sections forming the winding heads Stiffening pieces, in particular for a turbo inductor, proposed in the according to the invention to avoid pressure on the rotor-axial pressure: the winding head parts occurring radial force components the broad sides of the head arch at least are partially plane-parallel and perpendicular to the rotor axis and between the plane-parallel sides - two each. Head arch correspondingly plane-parallel-walled Stiffening pieces are provided. Is now pressed in the axial direction of the rotor or If there are differences in thermal expansion during operation, then these are when the object is used according to the invention no radial force components are recorded.

Die Kopfbogen können vor dem, Isolieren der Wicklungen auf ihrer gesamten Länge oder abschnittsweise so gepreßt werden, daß die obergenannten planparallelen Breitseiten (bzw. Breitseitenabschnitte) entstehen. Die Kopfbogenbreitseiten können in an sich bekannter Weise eine oder mehrere Aussparung(en), z. B. Ausfräsung(en), für die Versteifungsstücke erhalten, wobei die Hauptwände der Aussparungen und die diese berührenden Flächen der Versteifungsstücke planparallel im Sinne der Vermeidung der radialen, Kraftkomponenten ausgeführt werden.The head arches can, prior to, isolate the windings on their entire Are pressed length or in sections so that the above plane-parallel Broad sides (or broad side sections) arise. The broad sides of the head arch can in a manner known per se, one or more recess (s), e.g. B. Milling (s), for the stiffeners obtained, with the main walls of the recesses and the these touching surfaces of the stiffening pieces plane-parallel in the sense of avoidance the radial, force components are executed.

In Weiterbildung der Erfindung sind in an sich bekannter Weise kühlmitteldurchströmte, von den Kopfbogenbreitseiten und den Versteifungsstücken begrenzte Räume vorgesehen. In diese Räume tritt der Kühlmittelstrom vorzugsweise von der Läuferachse her, also von innen her, ein. Anschließend kann das Kühlmittel dann z. B. in Kanäle strömen, die der direkten Leiterkühlung dienen. Zweckmäßig wird der für die Kühlung der Wickelköpfe benötigte Kühlstrom von :dem für die Kühlung der im aktiven Eisen eingebetteten Spulenabschnitte bestimmten Hauptkühlstrom getrennt abgeführt.In a further development of the invention, coolant flows through, in a manner known per se, Spaces limited by the broad sides of the head arch and the stiffening pieces are provided. The coolant flow preferably enters these spaces from the rotor axis, that is from within, a. Then the coolant can then, for. B. flow in canals, which are used for direct conductor cooling. That is useful for cooling the end windings Required cooling flow of: that for the cooling of those embedded in the active iron Coil sections specific main cooling flow discharged separately.

Um zu verhindern, daß die_ Versteifungsstücke nach innen rutschen können, sind gemäß der Erfindung obengenannte Aussparungen vorgesehen, die im Mittel etwa radial verlaufen, und deren Abstände der beiden Seitenwände zur Läuferachse hin kleiner werden.To prevent the stiffeners from sliding inward can, the above-mentioned recesses are provided according to the invention, the mean run approximately radially, and the distances between the two side walls and the rotor axis get smaller.

Die Versteifungsstücke können auch paarweise unterteilt sein, wobei sich zwischen den Versteifungsstücken des Paares bzw. der Paare eine der Kreisbogenform des betreffenden Kopfbogens entsprechende, zwischen dem Paar bzw. allen Paaren. 'hindurch verlaufende, planparallelwandige Platte befindet, deren Stärke kleiner ist als der kleinste läuferaxiale Abstand zwischen den nicht ausgesparten Teilender Kopfbogenbreitseiten. Dadurch, daß die Stärke der Platte so gewählt wird, verbleiben zwischen den genannten, nicht ausgesparten Teilen und den Plattenbreitseiten Räume, in die das Kühlmittel eintreten kann. Dabei ist auch eine gute und feste Abstützung des Wickelkopfes gewährleistet. Jede Platte wird vorzugsweise in oder an den beiden Versteifungsstücken der Spulenkopfecken, z. B. in Nuten dieser Eckversteifungsstücke, festgelegt.The stiffening pieces can also be divided in pairs, wherein between the stiffening pieces of the pair or pairs of a circular arc shape corresponding to the head arch in question, between the pair or all pairs. 'There is a parallel-walled plate running through it, the thickness of which is smaller is the smallest axial distance of the rotor between the not recessed dividers Broadsides of the head arch. Because the thickness of the plate is so chosen, remain spaces between the above-mentioned, non-recessed parts and the broad sides of the panel, into which the coolant can enter. There is also a good and firm support of the winding head guaranteed. Each plate is preferably in or on both Stiffening pieces of the coil head corners, e.g. B. in grooves of these corner stiffeners, set.

Die Wickelkopfversteifung ist in an sich bekannter Weise derart ausgebildet, daß der im Wickelkopf verlaufende Kühlmittelstrom von innen in die vorgenannten Räume und anschließend z.B. in die Leiterkanäle für die direkte Leiterkühlung des Wickelkopfes eintritt, wobei dieser Strom vom für die im aktiven Eisen eingebetteten Spulenabschnitte bestimmten Hauptkühlstrom getrennt abgeführt wird.The winding head stiffener is designed in a manner known per se in such a way that that the coolant flow running in the end winding enters the aforementioned from the inside Rooms and then e.g. in the conductor ducts for direct conductor cooling of the The end winding occurs, this current flowing from the for the embedded in the active iron Coil sections specific main cooling flow is discharged separately.

Es sei noch erwähnt, daß die Eckversteifungsstücke und die zwischen den läuferaxialen Spulenschenkeln vorgesehenen Versteifungsstücke ähnlich den Kopfbögen abgeflacht werden können, und zwar gegebenenfalls in dem Sinne, daß die Breitseiten jedes Schenkels planparallel zueinander sind. Dadurch können auch hier eventuell auftretende Kraftkomponenten, die die anfangs erwähnten Folgen mit sich bringen; vermieden werden.It should also be mentioned that the corner stiffeners and the between The stiffening pieces provided for the axial coil legs are similar to the head arches can be flattened, possibly in the sense that the broadsides of each leg are plane-parallel to one another. As a result, you may also be able to occurring force components, which have the consequences mentioned at the beginning; be avoided.

In den Fig. I bis 3 .der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Bauweise gemäß der Erfindung dargestellt. Es handelt sich um. einen Turbogeneratorläuferwickelkopf. Die Fig. I zeigt zwei - Wickelkopfspulenabschnitte mit zwischen ihnen vorgesehenen. Versteifungsstücken in Ansicht von oben, die Fig. 2 einen Schnitt A-B quer durch .die Kopfbogen und ein zwischen diesen vorgesehenes Versteifungsstückpaar mit Platte und die Fig. 3 die Aussparungen von C aus gesehen.. Die den Wickelkopf bildenden Spulenabschnitte sind mit I und 2 bezeichnet. Diese Abschnitte bestehen aus den Kopfbogen Ia und 2a, den Spulenkopfecken Ib und 2b und den axialen Spulenschenkeln Ic und 2c. Die Breitseiten 3 und 4 der Kopfbogen Ia und 2a besitzen Aussparungen 5, 6 und 7, 8, in denen sich Versteifungsstückpaare 9; Io und 11, 12 befinden. Zwischen den Versteifungsstücken eines jeden Paares befindet sich eine durchgehende Platte I3, die in Nuten 14 und I5 der Eckversteifuhgsstücke I6 und I7 festgelegt ist. Die Plattenstärke ist mit b bezeichnet. Die einzelnen Leiter 18 der Spulen, also auch der Wickelkopfspullenabschnitte i und z, besitzen an sich bekannte Leiterkanäle ig für d-ie direkte Leiterkühlung. Es sei. vermerkt, daß die Aussparungen 5 bis 8 derart ausgeführt werden, daß die radial außen befindlichen Leiterkanäle ig für die direkte Leiterkühlung des Wickelkopfes noch genügend groß sind, um auch für die betreffenden äußeren Leiter eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten. Obwohl also die Breitseiten 3, 4 der Kopfbogen ia, 2a mindestens teilweise planparallel und senkrecht zur Läuferachse 2o liegend ausgeführt sind und dadurch die besagten äußeren Kühlkanäle in ihrem Strömungsquerschnitt etwas verkleinert werden, wird die gemäß der Erfindung unter anderem erreichte bessere Wickelkopfkühlung nur unwesentlich beeinträchtigt.In Figs. I to 3. Of the drawing, an embodiment is a Construction shown according to the invention. It is a matter of. a turbo generator rotor end winding. Fig. I shows two end-winding coil sections with provided between them. Stiffening pieces in view from above, Fig. 2 is a section A-B across .the head arch and a pair of stiffening pieces with plate provided between them and FIG. 3 shows the recesses seen from C. The ones forming the winding head Coil sections are labeled I and 2. These sections consist of the Head arch Ia and 2a, the coil head corners Ib and 2b and the axial coil legs Ic and 2c. The broad sides 3 and 4 of the head arch Ia and 2a have recesses 5, 6 and 7, 8, in which stiffening piece pairs 9; Io and 11, 12 are located. Between the stiffening pieces of each pair is a continuous plate I3, which is set in grooves 14 and I5 of Eckversteifuhgsstücke I6 and I7. the Plate thickness is denoted by b. The individual conductors 18 of the coils, so too the winding head spool sections i and z have conductor channels known per se ig for direct conductor cooling. Be it. noted that the recesses 5 to 8 are designed so that the radially outer conductor channels ig for the direct conductor cooling of the end winding are still large enough to also for the respective outer conductor one to ensure adequate cooling. Although the broad sides 3, 4 of the top arch ia, 2a are at least partially plane-parallel and are designed to be perpendicular to the rotor axis 2o and thereby said outer cooling channels are somewhat reduced in their flow cross-section the better end winding cooling achieved according to the invention, among other things, only insignificantly impaired.

Die Läuferlängsachse ist mit 2o bezeichnet. Jede der Aussparungen 5 bis 8 besitzt eine senkrecht zur Läuferachse 2o liegende Hauptwand 2i und zwei Seitenwände 22 und 23, deren in Umfangsrichtung gemessenen Abstände mit a bezeichnet sind. Die kühlmitteldurchströmten Räume sind mit 24 bezeichnet. Zwischen den nicht ausgesparten Teilen der Kopfbogenbreitseiten 3, 4 ist ein läuferaxialer Abstand zu verzeichnen, der am Außenumfang des Wickelkopfes am kleinsten ist (Abstand c). Da die Plattenstärke b kleiner ist als der Abstand c, ist somit genügend Raum frei für den Eintritt des Kühlmittels in die Kanäle i9 der direkten Leiterkühlung.The longitudinal axis of the rotor is denoted by 2o. Any of the recesses 5 to 8 has a main wall 2i and two which are perpendicular to the rotor axis 2o Side walls 22 and 23, whose distances measured in the circumferential direction are denoted by a are. The spaces through which the coolant flows are denoted by 24. Between the not Recessed parts of the top arch broad sides 3, 4 is an axial runner distance to be recorded, which is smallest on the outer circumference of the end winding (distance c). Since the plate thickness b is smaller than the distance c, there is enough space free for the entry of the coolant into channels i9 of the direct conductor cooling.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Winding head stiffening of the rotor of an electrical Machine with trapezoidal winding grooves with roughly radial groove walls and has groove fillings trapezoidal in cross-section, with between the broad sides .the stiffening pieces provided for the coil sections forming the winding heads, especially for a turbo inductor, characterized in that to avoid of radial force components occurring with axial pressure on the winding head parts the broad sides (3, 4) of the head arch (Ia, 2a) at least partially plane-parallel and are designed to be perpendicular to the rotor axis (2o) and between the plane-parallel ones Sides (2 i) each with two head arches (Ia, 2a) correspondingly plane-parallel-walled Stiffening pieces (9 to 12) are provided.

2. End winding stiffener according to claim i, characterized in that the top arch broad sides (3, 4) have one or more Recesses (5 to 8), e.g. B. Millings for the stiffening pieces (9 to 12) have, the main walls (2I) of the recesses (5 to 8) and those in contact with them Surfaces of the stiffening pieces (9 to I2) plane-parallel in the sense of avoiding the radial force components are executed.

3. End winding stiffener according to claim i and 2, characterized by coolant flowing through from the broad sides of the head arch (3, 4) and the stiffening pieces (9 to 12) delimited spaces (24) in which the coolant preferably occurs from the rotor axis (2o).

4. Winding head stiffening after Claims 1 to 3, characterized by recesses running approximately radially on the average (5 to 8), the distances (a) of which between the two side walls (22, 23) and the rotor axis (2o) get smaller.

5. end winding stiffener according to claim i to 4, characterized through, one or more stiffening piece pairs (9, Io and II, I2), between them .one of the circular arc shape of the relevant head arch corresponding, between the Pair or all pairs (9, Io and Ii, 12) extending through, plane-parallel-walled Plate (i3) is provided, the thickness (b) of which is smaller than the smallest rotor axis Distance (c) between the non-recessed parts of the broad sides of the head arch (3, 4).

6. end winding stiffener according to claim i to 5, characterized by definition the plate in or on the two stiffening pieces (I6, 17) of the coil head corners (Ib, 2b).

7. end winding stiffener according to claim 6, characterized by an in a groove (i4 or 15) of the corner stiffening pieces (16,17) located plate (I3).

8. end winding stiffener according to claim 3 to 7, characterized by with the by the head arch broad sides (3, 4) and the stiffening pieces (9 to 12) bounded spaces (24) connected conductor channels (I9) which serve for direct conductor cooling of the end winding and into which the coolant enters after leaving the rooms (24), the discharge of the inverted head coolant flow being carried out separately from the main cooling flow intended for the coil sections embedded in the active iron. Considered publications: German Patent Specifications No. 436 886, .522 402; French patent specification No. 714 3I9.