EP1529332A1 - Rotor for an electric machine - Google Patents

Rotor for an electric machine

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Publication number
EP1529332A1
EP1529332A1 EP03739953A EP03739953A EP1529332A1 EP 1529332 A1 EP1529332 A1 EP 1529332A1 EP 03739953 A EP03739953 A EP 03739953A EP 03739953 A EP03739953 A EP 03739953A EP 1529332 A1 EP1529332 A1 EP 1529332A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial
conductors
rotor
slots
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03739953A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alain Lacaze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1529332A1 publication Critical patent/EP1529332A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056Manufacturing winding connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/51Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto applicable to rotors only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for a rotating electrical machine comprising a rotor core with axial slots for receiving conductors. It also relates to a method for assembling such a rotor.
  • the rotating field of an electrical rotating machine is generated by a rotor core which has grooves into which windings of electrical conductors are inserted.
  • a rotor core is normally made of steel, while the windings are made of copper or another electrically conductive material.
  • the field is generated by driving these windings with a direct current, which is either generated separately and then contacted with the conductors via brushes on the shaft of the rotor, or which is generated directly on the shaft in a so-called brushless excitation.
  • a rotor is normally produced accordingly by providing grooves, by inserting the conductors into these grooves from the radial direction and by Then, on the radially outer, peripheral side, these grooves are closed with the help of wedges or rings, thereby simultaneously fixing the conductors in relation to centrifugal forces.
  • the stack of conductors is retained in the radial direction by these wedges or rings.
  • the cooling of such arrangements is achieved either by leaving gaps between the conductors and the side walls of the grooves, or by arranging axial and / or radial holes in the conductor or between the conductors through which cooling gas is circulated. Such an arrangement is e.g. B. in CH 638349 or in CH 649422.
  • the objective problem underlying the present invention is to provide an alternative, simple and reliable rotor construction in which the conductors of the windings are well fixed and which is capable of generating high fields.
  • This is for a rotor for a rotating electrical machine with cutouts between the poles for receiving axial conductors.
  • the present invention solves the aforementioned problem in that axial slots are formed in the recesses to form first means, and in that the axial conductors are formed with corresponding second means, the first means and the second means being operatively connected so that the axial conductors be fixed in the axial slots, in particular with regard to centrifugal and torsional forces.
  • the present invention accordingly relates to a rotor according to claim 1 and a method according to claim 14.
  • the essence of the present invention is accordingly, instead of simply inserting the conductors into grooves in the rotor core, structuring the cutouts through the slots mentioned, wherein first means are provided in these slots, which allow direct fastening of the axial conductors.
  • the leaders are speaking structured with second means which, by interacting with the first means, allow the conductors to be fixed directly in the slots.
  • the conductors are normally fixed in the grooves by providing special wedges or rings which are inserted on top of the conductors (peripheral side), and which wedges / rings correspond to the total centrifugal load, which at In this case, the centrifugal load during operation of the rotor is carried directly by interaction of the first means with the second means.
  • the first means are designed in the form of shoulders in the slots. These shoulders have at least one surface which allows the second means to rest in the radial direction, which gives a direct possibility of absorbing the centrifugal force which acts on the conductors. These shoulders preferably extend essentially along the entire axial slots (by preferably providing surfaces which are tangential to the axis of the shaft) and are preferably arranged symmetrically on both sides of these slots. Accordingly, the second means are designed to interact with these shoulders in the shooters.
  • the second means are in the form of recesses (or shoulders) in the axial conductors, which in turn come to rest on the shoulders of the slots.
  • cutouts preferably extend essentially along the entire axial conductor and are preferably arranged symmetrically on both sides of these axial conductors.
  • first and second means are arranged close to the shaft, ie close to the bottom of these recesses between the pole zones. This is for example possible if, as preferred, the recesses in the conductors are arranged in the radially inner area (with respect to the rotor) of the axial conductors, and accordingly the shoulders! are arranged in the slots near the bottom of the recesses of the rotor, ie close to the axis of the rotor.
  • the axial conductors can then protrude essentially from these slots into the cutouts (free-standing conductors) and end flush with the diameter which corresponds to the outside diameter of the pole zones. A space remains in the peripheral, protruding region of the conductors between adjacent conductors in adjacent slots.
  • the axial slots are designed as dovetail slots in the rotor core (T-shaped or V-shaped or similar), and that the axial conductors have a corresponding dovetail area (correspondingly also T-shaped or V-shaped or similar), which fits into said dovetail slots.
  • T-shaped slots i. H. Slots with two symmetrical shoulders on both sides can easily be made from a forged shaft and allow the ladder to be securely and firmly attached.
  • the corresponding T-shape on the conductors can also be easily milled or pulled.
  • a very particularly simple embodiment is characterized in that in each case a single axial conductor is arranged in an axial slot (according to the prior art, a plurality of conductors are normally arranged in a groove), and that the radial height (ie in the radial direction) is particularly preferred the axial conductor is considerably larger than its circumferential width (which corresponds at least in the lower part essentially to the width of the slot).
  • the conductors have a trapezoidal shape, i.e. H. the axial conductor is narrower on the radially inner side on the radially outer side.
  • a single conductor is then only arranged in the radial direction for a given angular position of the rotor.
  • Another particularly simple construction of a rotor according to the invention allows the axial conductors in the rotor core to be inserted into the axial slots in an axial direction with respect to the rotor. This is particularly the case when the first means and the second means run along the entire slot and along the entire line. E s ⁇
  • ters extend, which on the one hand allows a firm and direct contact between the rotor core and the conductors, and at the same time enables simple manufacture and assembly.
  • Another preferred embodiment of the present invention is characterized in that the depth of the axial slots is substantially smaller than the free-standing radial height of the axial conductors, i.e. H. that the axial conductors protrude from the slots in the rotor core into those areas where the recesses for the conductors are located.
  • these protruding portions of the axial conductors, between which a deep space remains are fixed in this situation relative to each other and also with respect to the poles of the rotor core, where no conductors are arranged.
  • third means are arranged on the radially outer side between adjacent axial conductors in order to keep them at a certain distance and to stabilize these conductors in the circumferential direction.
  • the third means are in the form of wedges or rods which interact with recesses provided in the axial conductors, these wedges preferably extending substantially along the length of the axial conductors, so that axial channels between the rotor core and the wedges remain for the circulation of cooling air.
  • the wedges additionally have radial bores or are partially interrupted in order to allow at least partial circulation of cooling air in the radial direction. This design allows a particularly efficient cooling of the rotor.
  • a single axial conductor is preferably arranged in an axial slot, an axial conductor having a cross section in the range from 1000 to 4500 mm 2 , preferably in the range from 2000 to 4000 mm 2 .
  • conductor-free zones are arranged on the rotor, around which the conductors are wound in at least one winding, the axial regions of the windings being called axial conductors are formed, which are arranged in said axial slots, and wherein the radial regions of the windings are formed by at least one end connection (usually in the form of a ring segment) which are arranged at the end outside of the pole zones, ie adjacent to these.
  • This at least one end connection is also provided with second means for interacting with the first means in order to fix the end connections in the axial contactors, in particular with regard to centrifugal and torsional forces.
  • the slots in the rotor core are longer than the axial conductors, which also makes it possible to fasten the end connections in these slots with the aid of the shoulders which are provided in the slots.
  • Fastening the end connections in a manner analogous to that of the axial conductors has the advantage that displacements of conductors (both axial conductors and end connections) as a result of rotational forces or torsional forces are the same for both the axial conductors and the end connections. This avoids loads on the connections between the end connections and the axial conductors.
  • first means are preferably designed in the form of shoulders, as described above, which preferably extend symmetrically on both sides of the slots.
  • second means are designed in the form of corresponding recesses, which run perpendicular to the main direction of the end connections, in projections (which are arranged on the shaft side on the ring segment) of the end connections.
  • end connections are individual conductors with the same height as the individual (per slot) axial conductors, the radial height of the end connections preferably being substantially greater than their axial width. If there is only one winding, only one end connection is required on each side of the pole zones, if there are several windings, the end connections are arranged parallel to one another and perpendicular to the main axis of the shaft. According to a further preferred embodiment of the present invention, the end connections are conductively connected to the axial conductors with the aid of pins or screws. The connection can also be welded, brazed or glued, preferably with the aid of a conductive adhesive. Combinations of the connecting means mentioned can also be used. For example, the combination of pins or screws with a conductive adhesive can enable a particularly simple and reliable connection between the end connections and the axial conductors.
  • the present invention also relates to a method for assembling a rotor as described above.
  • This method is characterized in that individual solid axial conductors are inserted into the axial slots in the rotor core from the axial direction.
  • This assembly is particularly simple and inherently provides a very stable connection between the rotor core and the conductors.
  • the axial conductors can additionally be fixed in the slots with the aid of wedges or inflatable tubes which connect the shoulders of the second means, which are provided on the axial conductors, to the corresponding first means, i. H. z. B. also shoulders, which are arranged at the slots of the rotor core, press. This results in a preload against the centrifugal forces. Because of the small number of parts and because no special tools are required, such an assembly can also be easily carried out on site, the conductors and the rotor core then being supplied separately.
  • Another preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that individual solid axial conductors and end connections are inserted step by step in the rotor core in the axial direction with respect to the rotor into the axial slots.
  • the axial conductors and the end Connections are conductively connected to each other after each step, so that successive windings form around the conductor-free areas of the rotor.
  • An axial conductor is gradually inserted into the corresponding slot next to the pole zone of the rotor core, then a corresponding end connection with an angular (circumferential) extension, so that the end of the axial conductor abuts the inner surface of the end connections, into the axial slots inserted in the axial direction.
  • the axial conductor is then electrically connected to the end connection, be it by bolting, brazing, welding (e.g. MIG, TIG, electron beam welding, laser welding etc.), gluing (conductive adhesive) or screwing etc. or combinations thereof are used.
  • third means can be inserted in the radially outer region of the axial conductors between adjacent axial conductors from the axial direction with respect to the rotor, in order to keep the axial conductors at a certain distance and to stabilize these axial conductors in the circumferential direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a forged blank
  • Figure 2a is a perspective view of a machined forged rotor; b) is a side view of the shaft; c) is a section along the line A-A in Fig. 2b); d) is a section along the line B-B in Fig. 2b); e) is a section along the line C-C in Fig. 2b); f) is a section corresponding to D in Fig. 2c); g) is a section corresponding to E in Fig. 2 e);
  • FIG. 3 a) is a perspective view of a rotor with the first end connection inserted; b) is a perspective view of the collector rings with the conductors connecting them to the end connections; Fig. 4 a) is a perspective view of a rotor with all axial conductors and
  • Fig. 5 is a perspective view of a section of Fig. 4;
  • Fig. 6 is an axial section through an axial conductor
  • Fig. 7 shows an axial section through the rotor with all axial conductors inserted and an end connection (above) inserted.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a forged tube of a rotor 1 which has not yet been machined, i.e., has not been machined. H. without slots.
  • the so-called non-drive end 3 of the shaft At the other end of the shaft is the so-called non-drive end 3 of the shaft, where the exciter or the slip rings are usually arranged.
  • the conductor-free areas or pole zones 4 of the rotor can already be seen in the central area.
  • the rotor core is made of steel.
  • FIG. 2 shows the rotor core 5 after it has been machined.
  • FIG. 2a shows a perspective view of the rotor core 5
  • FIG. 2b shows a side view of such a rotor core 5.
  • In the central area there are two pole zones 4 which remain free of conductors and around which the windings of the conductors are wound. Depending on the number of poles, there may also be 4, 6 etc. such conductor-free regions 4.
  • Two recesses 8 are arranged between these conductor-free regions 4, in which the axial conductors come to lie.
  • the area of the end connections at the drive end 6 and the area of the end connections at the non-drive end 7 are arranged.
  • the cutouts 8 for the axial conductors and also the end regions 6 and 7 are provided with axial slots.
  • the length a of the entire shaft is carries 5100 mm, the length s of the pole zones is approximately 2400 mm.
  • Fig. 2 c shows a section along the line A-A in Fig. 2b), i. H. a section orthogonal to the axis of the shaft through the area of the end connections at the drive end.
  • the axial slots 9, which extend along the entire central region of the rotor core, that is to say both in the cutouts 8 for the axial conductors and in the regions 6 and 7, are designed as dovetail slots.
  • the shorter slots 24, which only extend in the area of the end connections at the drive end 6, have the same cross section.
  • Fig. 2f) shows the detail D as indicated in Fig. 2c).
  • the contactors 9 have a width h of 22 mm, which narrows to a width i of 13 mm at the exit of the slot.
  • Fig. 2d shows a section along the line BB in Fig. 2b) orthogonal to the axis of the shaft. It can be seen here that in the central region there are only contactors 9 in the cutouts 8 for the axial conductors. The diameter e in the region of the recesses 8 is 660 mm, while it is 900 mm in the conductor-free areas.
  • Fig. 2e) shows a section along the line CC in Fig. 2b). The corresponding section E is shown in Fig. 2g). In the area of the end connections at the non-drive end 7, the slots 9 are formed deeper around the entire circumference of the shaft. This can be seen in Fig. 2g), where the depth g of the slot is 40 mm.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a rotor core, in which the first axial conductor (not visible, hidden behind the upper conductor-free region 4) is inserted into the first slot 9 immediately next to the conductor-free region 4.
  • the connection between the axial conductors and the end connections is preferably reactivated such that the end of the axial conductor abuts a side face of an end connection.
  • the first end connection 11 is inserted into the contactors 24 in the region of the end connections at the non-drive end 7 of the rotor.
  • the first end connection 11 has an angular (circumferential) extension, which on one side (on the side facing the viewer) is flush with the side of the conductor-free area 4, while on the other side (not visible) it stops the end face of the axial conductor with the side surface of the end connection 11.
  • the end connection 11 has small projections on the inner radius which fit into the slots 24 and which fasten the end connection 11 to the rotor core.
  • the collector rings 12 which are electrically connected to the windings of the conductors. In particular, one of these rings 12 is connected to the first end connection 11 by arranging conductors in the deep slots as mentioned above.
  • circumferential grooves on the peripheral side of the end connections, and to insert circumferential retaining rings into these grooves after the rotor has been completely assembled.
  • These retaining rings can be metal cables or fiber-reinforced plastic strands, which can even be cast directly into these grooves when assembling, by inserting strands of reinforcing material (carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, etc.) and adding matrix material.
  • Table 1 conductive glue for connecting the conductors.
  • Fig. 4a shows a fully assembled rotor 14 in a perspective view and Fig. 4b) in a side view, wherein all axial conductors 13 and all end connections 11 are inserted.
  • the tight packing of the conductors 11, 13, which form the windings around the conductor-free zones 4 on both sides, can be recognized.
  • the individual conductors can be insulated from one another by a lacquer layer or by an insulating surface layer, and in particular air gaps can be provided between the conductors, which allow the circulation of cooling air in the axial or radial direction.
  • 5 shows a detailed perspective view of the area of the end connections at the drive end 6.
  • Fig. 6 shows an axial section through an axial conductor 13.
  • the axial conductor has a conical shape, i. H. its width n on the inner side, on the side close to the central axis of the shaft, is 18.5 mm, while the width w on the peripheral side is 31.3 mm.
  • n the width of the inner side
  • w the width of the peripheral side
  • At a distance of approximately o 15 mm from the lower end there is a recess 18 on both sides of the conductor which are intended to interact with the shoulders 10 of the rotor core.
  • the recess 18 is located between the lower part 17 and the middle part 19 of the conductor 13. In the radial direction, these recesses have a width p of 12 mm, which leaves a central solid width q of the conductor of 11 mm.
  • axially extending wedges or rods 22 are also inserted between the conductors 13 from the axial direction, using the cutouts 20 become. This is shown in the left part of FIG. 7.
  • the axial channels 23 thereby provided between the conductors (and the conductors and the conductor-free area 4 of the rotor core at the edge of the cutouts 8) allow cooling air to be circulated in the axial direction. If the wedges 22 also have holes in the radial direction cooling air, which circulates in these axial channels, can be at least partially diverted in the radial direction.
  • the conductor 13 is not structured any further, but it is also possible to provide axial cooling holes in the conductors in order to allow the conductor to be centrally cooled.

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Abstract

The invention relates to a rotor (14) for an electrically rotating machine, comprising a rotor core (5) having axial slots (9) for receiving axial conductors (13), and a method for assembling such a rotor. The aim of the invention is to build a very stable and reliable rotor while creating a high field. Said aim is achieved by disposing first means (10) on the axial slots (9) and arranging corresponding second means (18) on the axial conductors (13). The first means (10) and the second means (18) effectively cooperate with each other in order to fix the axial conductors (13) in the axial slots (9) particularly in relation to centrifugal and torsional forces. Conductors are normally inserted into slots from a radial direction and are then fixed therein with the aid of special means of the conductors. However, the special configuration of the inventive rotor within the slots and the corresponding configuration of the conductors allow the conductors to be assembled in a simple and direct manner in the rotor core, rendering additional fixing means unnecessary.

Description

Rotor für eine elektrische Maschine Rotor for an electrical machine
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine umfassend einen Rotorkern mit axialen Schlitzen für die Aufnahme von Leitern. Außerdem bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Montage eines derartigen Rotors.The present invention relates to a rotor for a rotating electrical machine comprising a rotor core with axial slots for receiving conductors. It also relates to a method for assembling such a rotor.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Das rotierende Feld einer elektrischen rotierenden Maschine wird von einem Rotorkern erzeugt, welcher Nuten aufweist, in welche Wicklungen von elektrischen Leitern eingelegt werden. Normalerweise ist ein derartiger Rotorkem aus Stahl gefertigt, während die Wicklungen aus Kupfer oder einem anderen elektrisch leitenden Material hergestellt sind. Das Feld wird erzeugt, indem diese Wicklungen mit einem Gleichstrom angesteuert werden, welcher entweder separat erzeugt wird und dann mit den Leitern über Bürsten an der Welle des Rotors kontaktiert wird, oder welcher direkt auf der Welle erzeugt wird in einer so genannten bürstenlosen Erregung.The rotating field of an electrical rotating machine is generated by a rotor core which has grooves into which windings of electrical conductors are inserted. Such a rotor core is normally made of steel, while the windings are made of copper or another electrically conductive material. The field is generated by driving these windings with a direct current, which is either generated separately and then contacted with the conductors via brushes on the shaft of the rotor, or which is generated directly on the shaft in a so-called brushless excitation.
Infolge der hohen zentrifugalen Kräfte, welche von einem derartigen Rotor und seinen Komponenten ausgehalten werden müssen, ist es äusserst wichtig, die Leiter fest am Rotorkern zu befestigen. Gleichzeitig ist es auch wichtig, eine effiziente Kühlung dieser Leiter zu gewährleisten wegen der Hitze, die in den Leitern beim Betrieb erzeugt wird.As a result of the high centrifugal forces that must be borne by such a rotor and its components, it is extremely important to firmly attach the conductors to the rotor core. At the same time, it is also important to ensure efficient cooling of these conductors due to the heat generated in the conductors during operation.
Normalerweise wird entsprechend ein Rotor hergestellt, indem Nuten vorgesehen werden, indem die Leiter in diese Nuten aus radialer Richtung eingelegt werden und indem anschliessend auf der radial äusseren, peripheren Seite diese Nuten mit Hilfe von Keilen oder Ringen abgeschlossen werden und dadurch gleichzeitig die Leiter in Bezug auf zentrifugale Kräfte fixiert werden. Der Stapel von Leitern wird so in radialer Richtung durch diese Keile oder Ringe zurückgehalten. Die Kühlung von derartigen Anordnungen wird dadurch erreicht, dass entweder zwischen den Leitern und den Seitenwänden der Nuten Zwischenräume freigelassen werden, oder indem axiale und/oder radiale Löcher im Leiter oder zwischen den Leitern angeordnet sind, durch welche Kühlgas zirkuliert wird. Eine derartige Anordnung ist z. B. in der CH 638349 oder in der CH 649422 beschrieben.A rotor is normally produced accordingly by providing grooves, by inserting the conductors into these grooves from the radial direction and by Then, on the radially outer, peripheral side, these grooves are closed with the help of wedges or rings, thereby simultaneously fixing the conductors in relation to centrifugal forces. The stack of conductors is retained in the radial direction by these wedges or rings. The cooling of such arrangements is achieved either by leaving gaps between the conductors and the side walls of the grooves, or by arranging axial and / or radial holes in the conductor or between the conductors through which cooling gas is circulated. Such an arrangement is e.g. B. in CH 638349 or in CH 649422.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Das objektive, der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Problem liegt entsprechend darin, eine alternative, einfache und zuverlässige Konstruktion eines Rotors zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Leiter der Wicklungen gut fixiert sind und welcher in der Lage ist, hohe Felder zu erzeugen. Dies für einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine mit Aussparungen zwischen den Polen zur Aufnahme von axialen Leitern.Accordingly, the objective problem underlying the present invention is to provide an alternative, simple and reliable rotor construction in which the conductors of the windings are well fixed and which is capable of generating high fields. This is for a rotor for a rotating electrical machine with cutouts between the poles for receiving axial conductors.
Die vorliegende Erfindung löst das genannte Problem, indem axiale Schlitze in den Aussparungen unter Ausbildung von ersten Mitteln ausgeformt sind, und indem die axialen Leiter mit entsprechenden zweiten Mitteln ausgeformt sind, wobei die ersten Mittel und die zweiten Mittel in Wirkverbindung stehen, sodass die axialen Leiter in den axialen Schlitzen insbesondere in Bezug auf zentrifugale und Torsionskräfte fixiert werden.The present invention solves the aforementioned problem in that axial slots are formed in the recesses to form first means, and in that the axial conductors are formed with corresponding second means, the first means and the second means being operatively connected so that the axial conductors be fixed in the axial slots, in particular with regard to centrifugal and torsional forces.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist entsprechend ein Rotor gemäss Anspruch 1, sowie ein Verfahren gemäss Anspruch 14.The present invention accordingly relates to a rotor according to claim 1 and a method according to claim 14.
Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt entsprechend darin, anstatt einfach die Leiter in Nuten im Rotorkern einzulegen, die Aussparungen durch die genannten Schlitze zu strukturieren, wobei in diesen Schlitzen erste Mittel vorgesehen sind, welche eine direkte Befestigung der axialen Leiter erlauben. Um dies zu ermöglichen, sind die Leiter ent- sprechend mit zweiten Mitteln strukturiert, welche durch Wechselwirkung mit den ersten Mitteln eine unmittelbare Fixierung der Leiter in den Schlitzen erlauben. Während nach dem Stand der Technik die Leiter normalerweise in den Nuten fixiert werden, indem spezielle Keile oder Ringe vorgesehen werden, welche oben auf den Leitern (peri- phere Seite) eingefügt werden, und welche Keile/Ringe entsprechend die gesamte zentrifugale Last, welche bei Betrieb durch die Leiter erzeugt wird, tragen, wird in diesem Fall die zentrifugale Last beim Betrieb des Rotors direkt durch Wechselwirkung der ersten Mittel mit den zweiten Mitteln getragen. Entsprechend sind keine zusätzlichen Teile wie Keile oder Ringe erforderlich, was die Kosten reduziert und ausserdem kann infolge der direkten Fixierung der Leiter am Rotorkern eine einfache, widerstandsfähige Konstruktion zur Verfügung gestellt werden, welche einfach zusammenzusetzen und zu unterhalten ist. Weiterhin werden die Leiter einen grösseren Querschnitt als normalerweise aufweisen, was eine Niedervolt-Isolierung erlaubt. Die Isolation zwischen benachbarten Leitern, welche in benachbarten Schlitzen angeordnet sind, kann durch einen Luftspalt/Schlitz gewährleistet werden, durch welchen Kühlluft geführt wird.The essence of the present invention is accordingly, instead of simply inserting the conductors into grooves in the rotor core, structuring the cutouts through the slots mentioned, wherein first means are provided in these slots, which allow direct fastening of the axial conductors. To make this possible, the leaders are speaking structured with second means which, by interacting with the first means, allow the conductors to be fixed directly in the slots. While according to the prior art the conductors are normally fixed in the grooves by providing special wedges or rings which are inserted on top of the conductors (peripheral side), and which wedges / rings correspond to the total centrifugal load, which at In this case, the centrifugal load during operation of the rotor is carried directly by interaction of the first means with the second means. Accordingly, no additional parts such as wedges or rings are required, which reduces the costs and, moreover, as a result of the direct fixing of the conductors to the rotor core, a simple, robust construction can be provided which is simple to assemble and maintain. Furthermore, the conductors will have a larger cross section than normal, which allows low-voltage insulation. The insulation between adjacent conductors, which are arranged in adjacent slots, can be ensured by an air gap / slot through which cooling air is guided.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die ersten Mittel in Form von Schultern in den Schlitzen ausgebildet. Diese Schultern verfügen über wenigstens eine Fläche, welche eine Auflage der zweiten Mittel in radialer Richtung erlaubt, wodurch eine direkte Möglichkeit der Aufnahme der zentrifugalen Kraft, welche auf die Leiter wirkt, gegeben wird. Vorzugsweise erstrecken sich diese Schultern im wesentlichen entlang der gesamten axialen Schlitze (indem vorzugsweise Flächen zur Verfügung gestellt werden, welche tangential zur Achse der Welle verlaufen), und sind bevorzugt symmetrisch auf beiden Seiten dieser Schlitze angeordnet. Entsprechend sind die zweiten Mittel ausgeformt um mit diesen Schultern in den Schützen in Wechselwirkung zu treten. Die zweiten Mittel sind in Form von Aussparungen (oder Schultern) in den axialen Leitern ausgebildet, welche ihrerseits auf die genannten Schultern der Schlitze zu liegen kommen. Vorzugsweise erstrecken sich diese Aussparungen im wesentlichen entlang der gesamten axialen Leiter und sind bevorzugt symmetrisch auf beiden Seiten dieser axialen Leiter angeordnet. Eine besonders einfache Konstruktion ist möglich, wenn die ersten und zweiten Mittel nahe bei der Welle angeordnet sind, d. h. nahe am Boden dieser Aussparungen zwischen den Polzonen. Dies ist z.B. möglich, wenn, wie bevorzugt, die Aussparungen in den Leitern im radial inneren Bereich (in Bezug auf den Rotor) der axialen Leiter angeordnet sind, und entsprechend die Schulten! in den Schlitzen nahe am Boden der Aussparungen des Rotors, d. h. nahe bei der Achse des Rotors angeordnet sind. Die axialen Leiter können dann wesentlich aus diesen Schlitzen in die Aussparungen hervorragen (freistehende Leiter) und bündig mit dem Durchmesser enden, welcher dem Aussendurchmesser der Polzonen entspricht. Zwischen benachbarten Leitern in benachbarten Schlitzen verbleibt dabei ein Zwischenraum in der peripheren, hervorstehenden Region der Leiter.In a first preferred embodiment of the present invention, the first means are designed in the form of shoulders in the slots. These shoulders have at least one surface which allows the second means to rest in the radial direction, which gives a direct possibility of absorbing the centrifugal force which acts on the conductors. These shoulders preferably extend essentially along the entire axial slots (by preferably providing surfaces which are tangential to the axis of the shaft) and are preferably arranged symmetrically on both sides of these slots. Accordingly, the second means are designed to interact with these shoulders in the shooters. The second means are in the form of recesses (or shoulders) in the axial conductors, which in turn come to rest on the shoulders of the slots. These cutouts preferably extend essentially along the entire axial conductor and are preferably arranged symmetrically on both sides of these axial conductors. A particularly simple construction is possible if the first and second means are arranged close to the shaft, ie close to the bottom of these recesses between the pole zones. This is for example possible if, as preferred, the recesses in the conductors are arranged in the radially inner area (with respect to the rotor) of the axial conductors, and accordingly the shoulders! are arranged in the slots near the bottom of the recesses of the rotor, ie close to the axis of the rotor. The axial conductors can then protrude essentially from these slots into the cutouts (free-standing conductors) and end flush with the diameter which corresponds to the outside diameter of the pole zones. A space remains in the peripheral, protruding region of the conductors between adjacent conductors in adjacent slots.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Schlitze als Schwalbenschwanz-Schlitze im Rotorkern ausgebildet sind (T-förmig oder V-förmig oder ähnlich), und dass die axialen Leiter einen entspiechenden Schwalbenschwanzbereich aufweisen (entsprechend ebenfalls T- förmig oder V-förmig oder ähnlich), welcher in die genannten Schwalbenschwanz- Schlitze hineinpasst. Insbesondere T-förmige Schlitze, d. h. Schlitze mit zwei symmetrischen Schultern auf beiden Seiten können einfach aus einem geschmiedeten Schaft hergestellt werden und erlauben eine gute und feste Befestigung der Leiter. Die entsprechende T-Form an den Leitern kann ebenfalls einfach gefräst oder gezogen werden.Another preferred embodiment of the present invention is characterized in that the axial slots are designed as dovetail slots in the rotor core (T-shaped or V-shaped or similar), and that the axial conductors have a corresponding dovetail area (correspondingly also T-shaped or V-shaped or similar), which fits into said dovetail slots. In particular, T-shaped slots, i. H. Slots with two symmetrical shoulders on both sides can easily be made from a forged shaft and allow the ladder to be securely and firmly attached. The corresponding T-shape on the conductors can also be easily milled or pulled.
Eine ganz besonders einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein einziger axialer Leiter in einem axialen Schlitz angeordnet ist (nach dem Stand der Technik werden normalerweise mehrere Leiter in einer Nut angeordnet), und dass insbesondere bevorzugt die radiale Höhe (d. h. in radialer Richtung) der axialen Leiter wesentlich grösser ist als deren umf angsmässige Weite (welche wenigstens im unteren Teil im wesentlichen der Breite des Schlitzes entspricht). Vorzugsweise haben die Leiter dabei eine trapezoidale Form, d. h. der axiale Leiter ist auf der radial inneren Seite schmaler auf der radial äusseren Seite. Ein einziger Leiter ist dann nur in radialer Richtung angeordnet für eine gegebene Winkelposition des Rotors.A very particularly simple embodiment is characterized in that in each case a single axial conductor is arranged in an axial slot (according to the prior art, a plurality of conductors are normally arranged in a groove), and that the radial height (ie in the radial direction) is particularly preferred the axial conductor is considerably larger than its circumferential width (which corresponds at least in the lower part essentially to the width of the slot). Preferably, the conductors have a trapezoidal shape, i.e. H. the axial conductor is narrower on the radially inner side on the radially outer side. A single conductor is then only arranged in the radial direction for a given angular position of the rotor.
Eine andere besonders einfache Konstruktion eines Rotors nach der Erfindung erlaubt es, die axialen Leiter in den Rotorkern in die axialen Schlitze in einer axialen Richtung bezüglich des Rotors einzuschieben. Dies insbesondere dann, wenn sich die ersten Mittel als auch die zweiten Mittel entlang des ganzen Schlitzes und entlang des ganzen Lei- E s ¬Another particularly simple construction of a rotor according to the invention allows the axial conductors in the rotor core to be inserted into the axial slots in an axial direction with respect to the rotor. This is particularly the case when the first means and the second means run along the entire slot and along the entire line. E s ¬
ters erstrecken, was auf der einen Seite einen festen und unmittelbaren Kontakt zwischen dem Rotorkem und den Leitern erlaubt, und gleichzeitig eine einfache Herstellung und ein einfaches Zusammensetzen ermöglicht.ters extend, which on the one hand allows a firm and direct contact between the rotor core and the conductors, and at the same time enables simple manufacture and assembly.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der axialen Schlitze wesentlich kleiner ist als die freistehende radiale Höhe der axialen Leiter, d. h. dass die axialen Leiter aus den Schlitzen im Rotorkern herausragen in jene Bereiche, wo sich die Aussparungen für die Leiter befinden. Vorzugsweise werden diese hervorstehenden Anteile der axialen Leiter, zwischen welchen ein tiefer Zwischenraum verbleibt (welcher die elektrische Isolation sichergestellt und die Zirkulation von Kühlluft erlaubt) in dieser Situation, relativ zueinander fixiert und ebenfalls bezüglich der Pole des Rotorkerns, wo keine Leiter angeordnet sind. Dies wird dadurch erreicht, das auf der radial äusseren Seite dritte Mittel angeordnet sind zwischen benachbarten axialen Leitern, um diese in einem bestimmten Abstand zu halten und um diese Leiter in umfangsmässiger Richtung zu stabilisieren.Another preferred embodiment of the present invention is characterized in that the depth of the axial slots is substantially smaller than the free-standing radial height of the axial conductors, i.e. H. that the axial conductors protrude from the slots in the rotor core into those areas where the recesses for the conductors are located. Preferably, these protruding portions of the axial conductors, between which a deep space remains (which ensures electrical insulation and allows the circulation of cooling air) are fixed in this situation relative to each other and also with respect to the poles of the rotor core, where no conductors are arranged. This is achieved in that third means are arranged on the radially outer side between adjacent axial conductors in order to keep them at a certain distance and to stabilize these conductors in the circumferential direction.
Vorzugsweise sind die dritten Mittel in Form von Keilen oder Stäben ausgebildet, welche mit Aussparungen wechselwirken, die in den axialen Leitern vorgesehen sind, wobei sich vorzugsweise diese Keile im wesentlichen entlang der Länge der axialen Leiter erstrecken, sodass zwischen dem Rotorkern und den Keilen axiale Kanäle für die Zirkulation von Kühlluft verbleiben. Optional weisen die Keile zusätzlich radiale Bohrungen auf oder sind teilweise unterbrochen, um eine wenigstens teilweise Zirkulation von Kühlluft in radialer Richtung zu erlauben. Diese Bauweise erlaubt eine besonders effiziente Kühlung des Rotors.Preferably, the third means are in the form of wedges or rods which interact with recesses provided in the axial conductors, these wedges preferably extending substantially along the length of the axial conductors, so that axial channels between the rotor core and the wedges remain for the circulation of cooling air. Optionally, the wedges additionally have radial bores or are partially interrupted in order to allow at least partial circulation of cooling air in the radial direction. This design allows a particularly efficient cooling of the rotor.
In Bezug auf das Material aus welchem die axialen Leiter und deren Endverbindungen gefertigt sind, kommen Aluminium oder Kupfer in Frage oder Legierungen, basierend auf wenigstens einem dieser Metalle. Vorzugsweise ist ein einziger axialer Leiter in einem axialen Schlitz angeordnet, wobei ein axialer Leiter einen Querschnitt im Bereich von 1000 bis 4500mm2, vorzugsweise im Bereich von 2000 bis 4000 mm2 aufweist.With regard to the material from which the axial conductors and their end connections are made, aluminum or copper come into question or alloys based on at least one of these metals. A single axial conductor is preferably arranged in an axial slot, an axial conductor having a cross section in the range from 1000 to 4500 mm 2 , preferably in the range from 2000 to 4000 mm 2 .
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind am Rotor leiterfreie Zonen (Polzonen) angeordnet, um welche die Leiter in wenigstens einer Wicklung gewickelt sind, wobei die axialen Bereiche der Wicklungen von den ge- nannten axialen Leitern gebildet werden, welche in den genannten axialen Schlitzen angeordnet sind, und wobei die radialen Bereiche der Wicklungen durch wenigstens eine Endverbindung (normalerweise in der Form eines Ringsegments) gebildet wird, welche endseitig ausserhalb der Polzonen angeordnet sind, d. h. benachbart zu diesen. Diese wenigstens eine Endverbindungen ist ebenfalls mit zweiten Mitteln zur Wechselwirkung mit den ersten Mitteln versehen, um die Endverbindungen in den axialen Schützen insbesondere in Bezug auf zentrifugale und Torsionskräfte zu fixieren. Die Schlitze im Rotorkern sind länger als die axialen Leiter, was es erlaubt, auch die Endverbindungen in diesen Schlitzen zu befestigen unter Zuhilfenahme der Schultern, welche in den Schlitzen vorgesehen sind. Die Endverbindungen in analoger Weise zu befestigen wie die axialen Leiter weist den Vorteil auf, dass Verschiebungen von Leitern (sowohl axiale Leiter als auch Endverbindungen) in Folge von Rotationskräften oder Torsionskräften gleich sind sowohl für die axialen Leiter als auch für die Endverbindungen. Dies vermeidet Belastungen an den Verbindungen zwischen den Endverbindungen und den axialen Leitern. Um die Stabilisierung dieser Endverbindungen zu verbessern, ist es möglich, zusätzlich weitere axiale Schlitze mit ersten Mitteln endseitig ausserhalb der leiterfreien Zonen anzuordnen, wobei entsprechend weitere zweite Mittel an der wenigstens einen Endverbindung angeordnet sind. Bevorzugt sind diese ersten Mittel in Form von Schultern ausgebildet, wie sie oben beschrieben sind, welche sich vorzugsweise symmetrisch auf beiden Seiten der Schlitze erstrecken. Dementsprechend sind die zweiten Mittel in Form von entsprechenden, senkrecht zur Hauptrichtung der Endverbindungen verlaufenden Aussparungen in Vorsprüngen (welche wellenseitig am Ringsegment angeordnet sind) der Endverbindungen ausgebildet.In another preferred embodiment of the present invention, conductor-free zones (pole zones) are arranged on the rotor, around which the conductors are wound in at least one winding, the axial regions of the windings being called axial conductors are formed, which are arranged in said axial slots, and wherein the radial regions of the windings are formed by at least one end connection (usually in the form of a ring segment) which are arranged at the end outside of the pole zones, ie adjacent to these. This at least one end connection is also provided with second means for interacting with the first means in order to fix the end connections in the axial contactors, in particular with regard to centrifugal and torsional forces. The slots in the rotor core are longer than the axial conductors, which also makes it possible to fasten the end connections in these slots with the aid of the shoulders which are provided in the slots. Fastening the end connections in a manner analogous to that of the axial conductors has the advantage that displacements of conductors (both axial conductors and end connections) as a result of rotational forces or torsional forces are the same for both the axial conductors and the end connections. This avoids loads on the connections between the end connections and the axial conductors. In order to improve the stabilization of these end connections, it is possible to additionally arrange further axial slots with first means on the end outside the conductor-free zones, with further second means correspondingly being arranged on the at least one end connection. These first means are preferably designed in the form of shoulders, as described above, which preferably extend symmetrically on both sides of the slots. Accordingly, the second means are designed in the form of corresponding recesses, which run perpendicular to the main direction of the end connections, in projections (which are arranged on the shaft side on the ring segment) of the end connections.
Eine besonders einfache Konstruktion auch der Endverbindungen ist möglich, wenn diese Endverbindungen einzelne Leiter sind mit gleicher Höhe wie die einzelnen (pro Schlitz) axialen Leiter, wobei vorzugsweise die radiale Höhe der Endverbindungen wesentlich grösser ist als deren axiale Weite. Wenn nur eine Wicklung vorhanden ist, ist nur eine Endverbindung auf jeder Seite der Polzonen nötig, wenn mehrere Wicklungen vorhanden sind, sind die Endverbindungen parallel zueinander und senkrecht zur Hauptachse der Welle angeordnet. Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsfor der vorliegenden Erfindung sind die Endverbindungen leitend mit den axialen Leitern verbunden unter Zuhilfenahme von Stiften oder Schrauben. Die Verbindung kann auch geschweisst, hartgelötet oder verklebt werden, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines leitenden Klebers. Ebenso können Kombinationen der genannten Verbindungsmittel verwendet werden. Beispielsweise kann die Kombination von Stiften oder Schrauben mit einem leitenden Kleber eine besonders einfache und zuverlässige Verbindung zwischen den Endverbindungen und den axialen Leitern ermöglichen.A particularly simple construction of the end connections is also possible if these end connections are individual conductors with the same height as the individual (per slot) axial conductors, the radial height of the end connections preferably being substantially greater than their axial width. If there is only one winding, only one end connection is required on each side of the pole zones, if there are several windings, the end connections are arranged parallel to one another and perpendicular to the main axis of the shaft. According to a further preferred embodiment of the present invention, the end connections are conductively connected to the axial conductors with the aid of pins or screws. The connection can also be welded, brazed or glued, preferably with the aid of a conductive adhesive. Combinations of the connecting means mentioned can also be used. For example, the combination of pins or screws with a conductive adhesive can enable a particularly simple and reliable connection between the end connections and the axial conductors.
Vorzugsweise werden nicht nur die axialen Leiter in den Rotorkern aus axialer Richtung eingeschoben, sondern es können auch die Endverbindungen aus axialer Richtung in den Rotorkern in die axialen Schlitze geschoben werden.Not only are the axial conductors pushed into the rotor core from the axial direction, but the end connections can also be pushed into the axial slots from the axial direction in the rotor core.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Further preferred embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Montage eines Rotors, wie er oben beschrieben ist. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass einzelne massive axiale Leiter aus axialer Richtung in den Rotorkern in die axialen Schlitze eingeschoben werden. Dieses Zusammensetzen ist besonders einfach und stellt inhärent eine sehr stabile Verbindung zwischen dem Rotorkern und den Leitern zur Verfügung. Die axialen Leiter können zusätzlich in den Schlitzen fixiert werden unter Zuhilfenahme von Keilen oder aufblasbaren Schläuchen, welche die Schultern der zweiten Mittel, die an den axialen Leitern vorgesehen sind, an die entsprechenden ersten Mittel, d. h. z. B. ebenfalls Schultern, die an den Schlitzen des Rotorkerns angeordnet sind, anpressen. Dies ergibt eine Vorspannung gegen die zentrifugalen Kräfte. Wegen der kleinen Zahl von Teilen und weil keine speziellen Werkzeuge erforderlich sind, kann eine derartige Zusammenfügung auch einfach vor Ort erfolgen, wobei dann die Leiter und der Rotorkern separat zugeliefert werden.The present invention also relates to a method for assembling a rotor as described above. This method is characterized in that individual solid axial conductors are inserted into the axial slots in the rotor core from the axial direction. This assembly is particularly simple and inherently provides a very stable connection between the rotor core and the conductors. The axial conductors can additionally be fixed in the slots with the aid of wedges or inflatable tubes which connect the shoulders of the second means, which are provided on the axial conductors, to the corresponding first means, i. H. z. B. also shoulders, which are arranged at the slots of the rotor core, press. This results in a preload against the centrifugal forces. Because of the small number of parts and because no special tools are required, such an assembly can also be easily carried out on site, the conductors and the rotor core then being supplied separately.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd einzelne massive axiale Leiter und Endverbindungen schrittweise in den Rotorkern in axialer Richtung bezüglich des Rotors in die axialen Schlitze eingeschoben werden. Dabei werden die axialen Leiter und die End- verbindungen nach jedem Schritt leitend miteinander verbunden, sodass sich sukzessive Wicklungen um die leiterfreien Bereiche des Rotors ausbilden. So wird schrittweise zunächst ein axialer Leiter benachbart zur Polzone des Rotorkerns in den entsprechenden Schlitz eingeschoben, dann wird eine entsprechende Endverbindung mit einer angularen (umfangsmässigen) Ausdehnung, so dass das Ende des axialen Leiters an die Innenfläche der Endverbindungen stösst, in die axialen Schlitze aus axialer Richtung eingeschoben. Anschliessend wird der axiale Leiter elektrisch mit der Endverbindung verbunden, sei es indem er verbolzt, hartgelötet, geschweisst (z. B. MIG, TIG, Elektronen- strahl-Schweissen, Laser-Schweissen etc.), verklebt (leitender Kleber) oder verschraubt wird etc. oder Kombinationen davon zur Anwendung kommen. Falls dies erforderlich ist, können im radial äusseren Bereich der axialen Leiter dritte Mittel zwischen benachbarte axiale Leiter aus axialer Richtung bezüglich des Rotors eingeschoben werden, um die axialen Leiter in einem bestimmten Abstand zu halten und um diese axialen Leiter in umfangsmässiger Richtung zu stabilisieren.Another preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that individual solid axial conductors and end connections are inserted step by step in the rotor core in the axial direction with respect to the rotor into the axial slots. The axial conductors and the end Connections are conductively connected to each other after each step, so that successive windings form around the conductor-free areas of the rotor. An axial conductor is gradually inserted into the corresponding slot next to the pole zone of the rotor core, then a corresponding end connection with an angular (circumferential) extension, so that the end of the axial conductor abuts the inner surface of the end connections, into the axial slots inserted in the axial direction. The axial conductor is then electrically connected to the end connection, be it by bolting, brazing, welding (e.g. MIG, TIG, electron beam welding, laser welding etc.), gluing (conductive adhesive) or screwing etc. or combinations thereof are used. If this is necessary, third means can be inserted in the radially outer region of the axial conductors between adjacent axial conductors from the axial direction with respect to the rotor, in order to keep the axial conductors at a certain distance and to stabilize these axial conductors in the circumferential direction.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Further embodiments of the method according to the present invention are described in the dependent claims.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES
In den beiliegenden Figuren sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, wobeiIn the accompanying figures, preferred embodiments of the invention are shown, wherein
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines geschmiedeten Rohlings ist ;1 is a perspective view of a forged blank;
Fig. 2 a) ist eine perspektivische Ansicht eines bearbeiteten geschmiedeten Rotors ; b) ist eine Seitenansicht der Welle ; c) ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2b) ; d) ist ein Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2b) ; e) ist ein Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 2b) ; f) ist ein Ausschnitt entsprechend D in Fig. 2c); g) ist ein Ausschnitt entsprechend E in Fig. 2 e) ;Figure 2a) is a perspective view of a machined forged rotor; b) is a side view of the shaft; c) is a section along the line A-A in Fig. 2b); d) is a section along the line B-B in Fig. 2b); e) is a section along the line C-C in Fig. 2b); f) is a section corresponding to D in Fig. 2c); g) is a section corresponding to E in Fig. 2 e);
Fig. 3 a) ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit der ersten Endverbindung eingeschoben ; b) ist eine perspektivische Ansicht der Kollektorringe mit den Leitern, welche diese mit den Endverbindungen verbinden ; Fig. 4 a) ist eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit allen axialen Leitern und3 a) is a perspective view of a rotor with the first end connection inserted; b) is a perspective view of the collector rings with the conductors connecting them to the end connections; Fig. 4 a) is a perspective view of a rotor with all axial conductors and
Endverbindungen eingeschoben ; b) ist eine Seitenansicht eines Rotors mit allen axialen Leitern und Endverbindungen eingeschoben ;End connections inserted; b) is a side view of a rotor with all axial conductors and end connections inserted;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts von Fig. 4 ;Fig. 5 is a perspective view of a section of Fig. 4;
Fig. 6 ist ein axialer Schnitt durch einen axialen Leiter ; undFig. 6 is an axial section through an axial conductor; and
Fig. 7 zeigt einen axialen Schnitt durch den Rotor mit allen axialen Leitern eingeschoben und einer Endverbindung (oben) eingeschoben.Fig. 7 shows an axial section through the rotor with all axial conductors inserted and an end connection (above) inserted.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION
Mit Bezug auf die Zeichnungen, welche dazu dienen, die vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung darzustellen und nicht dazu dienen sollen, diese einzuschränken, zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines geschmiedeten Rohüngs eines Rotors 1, welcher noch nicht bearbeitet ist, d. h. ohne Schlitze. Man kann bereits das Antriebsende 2 der Welle erkennen, bei welchem die Kopplung zur Turbine angeordnet ist. Am anderen Ende der Welle ist das so genannte Nichtantriebsende 3 der Welle, wo üblicherweise der Erreger oder die Schleifringe angeordnet sind. Im zentralen Bereich kann man bereits die leiterfreien Bereiche, oder Polzonen 4 des Rotors erkennen. Der Rotorkem ist aus Stahl gefertigt.With reference to the drawings, which serve to illustrate and not to limit the present preferred embodiments of the invention, Fig. 1 shows a perspective view of a forged tube of a rotor 1 which has not yet been machined, i.e., has not been machined. H. without slots. One can already see the drive end 2 of the shaft, at which the coupling to the turbine is arranged. At the other end of the shaft is the so-called non-drive end 3 of the shaft, where the exciter or the slip rings are usually arranged. The conductor-free areas or pole zones 4 of the rotor can already be seen in the central area. The rotor core is made of steel.
Fig. 2 zeigt den Rotorkem 5 nachdem er maschinell bearbeitet worden ist. Fig. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht des Rotorkerns 5, während Fig. 2b) eine Seitenansicht eines derartigen Rotorkems 5 darstellt. Im zentralen Bereich sind zwei Polzonen 4 angeordnet, welche leiterfrei verbleiben, und um welche die Wicklungen der Leiter gewickelt werden. Abhängig von der Zahl der Pole können auch 4, 6 etc. derartige leiterfreien Bereiche 4 vorhanden sein. Zwischen diesen leiterfreien Bereichen 4 sind zwei Aussparungen 8 angeordnet, in welche die axialen Leiter zu liegen kommen. Zum Ende der Welle unmittelbar neben den leiterfreien Bereichen 4 sind der Bereich der Endverbindungen am Antriebsende 6 und der Bereich der Endverbindungen am Nichtantriebsende 7 angeordnet. Die Aussparungen 8 für die axialen Leiter sowie auch die Endbereiche 6 und 7 sind mit axialen Schlitzen versehen. Die Länge a der gesamten Welle be- trägt 5100 mm, die Länge s der Polzonen beträgt ungefähr 2400 mm.Fig. 2 shows the rotor core 5 after it has been machined. FIG. 2a shows a perspective view of the rotor core 5, while FIG. 2b) shows a side view of such a rotor core 5. In the central area there are two pole zones 4 which remain free of conductors and around which the windings of the conductors are wound. Depending on the number of poles, there may also be 4, 6 etc. such conductor-free regions 4. Two recesses 8 are arranged between these conductor-free regions 4, in which the axial conductors come to lie. At the end of the shaft directly next to the conductor-free areas 4, the area of the end connections at the drive end 6 and the area of the end connections at the non-drive end 7 are arranged. The cutouts 8 for the axial conductors and also the end regions 6 and 7 are provided with axial slots. The length a of the entire shaft is carries 5100 mm, the length s of the pole zones is approximately 2400 mm.
Fig. 2 c) zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2b), d. h. einen Schnitt orthogonal zur Achse der Welle durch den Bereich der Endverbindungen am Antriebsende. Die axialen Schlitze 9, welche sich entlang des gesamten zentralen Bereichs des Rotorkems erstrecken, das heisst sowohl in den Aussparungen 8 für die axialen Leiter als auch in den Bereichen 6 und 7, sind als Schwalbenschwanz-Schlitze ausgebildet. Die kürzeren Schlitze 24, welche sich nur im Bereich der Endverbindungen am Antriebsende 6 erstrecken, haben den gleichen Querschnitt. Fig. 2f) zeigt den Ausschnitt D wie er in Fig. 2c) angegeben ist. Die Schütze 9 haben eine Breite h von 22 mm, welche sich beim Ausgang des Schlitzes auf eine Breite i von 13 mm verengt. Entsprechend gibt es zwei symmetrische Schultern 10 auf jeder Seite des Schlitzes. Die Dicke 1 dieser Schultern in radialer Richtung beträgt 10 mm. Zwischen den Schlitzen ist eine Wand einer Breite k von 5.9 mm, und alle fünf Grad ist ein Schlitz angeordnet, d. h. um den ganzen Umfang gibt es 72 Schütze 9.Fig. 2 c) shows a section along the line A-A in Fig. 2b), i. H. a section orthogonal to the axis of the shaft through the area of the end connections at the drive end. The axial slots 9, which extend along the entire central region of the rotor core, that is to say both in the cutouts 8 for the axial conductors and in the regions 6 and 7, are designed as dovetail slots. The shorter slots 24, which only extend in the area of the end connections at the drive end 6, have the same cross section. Fig. 2f) shows the detail D as indicated in Fig. 2c). The contactors 9 have a width h of 22 mm, which narrows to a width i of 13 mm at the exit of the slot. Accordingly, there are two symmetrical shoulders 10 on each side of the slot. The thickness 1 of these shoulders in the radial direction is 10 mm. There is a wall of width k of 5.9 mm between the slots and a slot is arranged every five degrees, i. H. around the entire circumference there are 72 contactors 9.
Fig. 2d) zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2b) orthogonal zur Achse der Welle. Hier ist erkennbar, dass in der zentralen Region nur Schütze 9 in den Aussparungen 8 für die axialen Leiter vorhanden sind. Der Durchmesser e in der Region der Aussparungen 8 ist 660 mm, während er in den leiterfreien Bereichen 900 mm beträgt. Fig. 2e) zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 2b). Der entsprechende Ausschnitt E ist in Fig. 2g) dargestellt. Im Bereich der Endverbindungen am Nichtantriebs- ende 7 sind die Schlitze 9 um den ganzen Umfang der Welle herum tiefer ausgebildet. Dies kann in Fig. 2g) erkannt werden, wo die Tiefe g des Schlitzes 40 mm beträgt. Abgesehen von der Tiefe haben diese Schlitze die gleiche Geometrie wie jene, welche in Fig. 2f) dargestellt sind. Die grössere Tiefe der Schlitze kann dazu verwendet werden, die innerste Wicklung der Leiter (insbesondere die innerste Endverbindung) mit dem Erreger zu verbinden, welcher am Nichtantriebsende 3 der Welle angeordnet ist. Aus- serdem können die tieferen Schlitze dazu verwendet werden, Kühlluft in axialer Richtung dem zentralen Bereich des Rotorkems zuzuführen, wenn die Leiter in die Schlitze eingeschoben sind. Wenn dies vorgesehen ist, können auch die Schlitze am Antriebsende 2 tiefer ausgestaltet werden. Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotorkems, bei welchem der erste axiale Leiter (nicht sichtbar, hinter dem oberen leiterfreien Bereich 4 versteckt) in den ersten Schlitz 9 unmittelbar neben dem leiterfreien Bereich 4 eingeschoben ist. Die Verbindung zwischen den axialen Leitern und den Endverbindungen wird vorzugsweise so reaüsiert, dass das Ende des axialen Leiters an eine Seitenfläche einer Endverbindungen stösst.Fig. 2d) shows a section along the line BB in Fig. 2b) orthogonal to the axis of the shaft. It can be seen here that in the central region there are only contactors 9 in the cutouts 8 for the axial conductors. The diameter e in the region of the recesses 8 is 660 mm, while it is 900 mm in the conductor-free areas. Fig. 2e) shows a section along the line CC in Fig. 2b). The corresponding section E is shown in Fig. 2g). In the area of the end connections at the non-drive end 7, the slots 9 are formed deeper around the entire circumference of the shaft. This can be seen in Fig. 2g), where the depth g of the slot is 40 mm. Apart from the depth, these slots have the same geometry as those shown in Fig. 2f). The greater depth of the slots can be used to connect the innermost winding of the conductor (in particular the innermost end connection) to the exciter, which is arranged at the non-drive end 3 of the shaft. In addition, the deeper slots can be used to supply cooling air in the axial direction to the central area of the rotor core when the conductors are inserted into the slots. If this is provided, the slots at the drive end 2 can also be made deeper. FIG. 3 shows a perspective view of a rotor core, in which the first axial conductor (not visible, hidden behind the upper conductor-free region 4) is inserted into the first slot 9 immediately next to the conductor-free region 4. The connection between the axial conductors and the end connections is preferably reactivated such that the end of the axial conductor abuts a side face of an end connection.
Ausserdem ist die erste Endverbindung 11 in die Schütze 24 im Bereich der Endverbindungen am Nichtantriebsende 7 des Rotors eingeschoben. Die erste Endverbindung 11 verfügt über eine angulare (umfangsmässige) Ausdehnung, welche auf der einen Seite (auf der dem Betrachter zugewandten Seite) mit der Seite des leiterfreien Bereichs 4 bündig schliesst, während sie auf der anderen Seite (nicht sichtbar) einen Anschlag der Endfläche des axialen Leiters mit der Seitenfläche der Endverbindung 11 ermöglicht. Die Endverbindung 11 verfügt über kleine Vorsprünge am inneren Radius, welche in die Schlitze 24 hineinpassen und welche die Endverbindung 11 am Rotorkem befestigen. Ebenfalls sichtbar in Fig. 3 sind die Kollektorringe 12, welche elektrisch mit den Wicklungen der Leiter verbunden sind. Insbesondere ist einer dieser Ringe 12 mit der ersten Endverbindung 11 verbunden, indem Leiter in den tiefen Schlitzen, wie sie oben erwähnt sind, angeordnet sind.In addition, the first end connection 11 is inserted into the contactors 24 in the region of the end connections at the non-drive end 7 of the rotor. The first end connection 11 has an angular (circumferential) extension, which on one side (on the side facing the viewer) is flush with the side of the conductor-free area 4, while on the other side (not visible) it stops the end face of the axial conductor with the side surface of the end connection 11. The end connection 11 has small projections on the inner radius which fit into the slots 24 and which fasten the end connection 11 to the rotor core. Also visible in FIG. 3 are the collector rings 12, which are electrically connected to the windings of the conductors. In particular, one of these rings 12 is connected to the first end connection 11 by arranging conductors in the deep slots as mentioned above.
Fig. 3b) zeigt, wie die Ringe 12 mit den Polen der Wicklungen über Leiter, welche in den tiefen Schlitzen 25 angeordnet sind, mit den Endverbindungen 11 verbunden sind.3b) shows how the rings 12 are connected to the poles of the windings by means of conductors, which are arranged in the deep slots 25, with the end connections 11.
Um die Endverbindungen in Bezug auf zentrifugale Kräfte zusätzlich zu befestigen, ist es möglich, umlaufende Nuten an der peripheren Seite der Endverbindungen vorzusehen, und nach vollständigem Zusammensetzen des Rotors umlaufende Halteringe in diese Nuten einzulegen. Diese Halteringe, können Metallkabel sein oder aber auch faserverstärkte Kunststoff-Stränge, welche sogar direkt in diese Nuten beim Zusammensetzen hineingegossen werden können, indem Stränge von Verstärkungsmaterial (Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramid-Fasem etc.) eingelegt werden und Matrixmaterial zugefügt wird.In order to additionally fasten the end connections with respect to centrifugal forces, it is possible to provide circumferential grooves on the peripheral side of the end connections, and to insert circumferential retaining rings into these grooves after the rotor has been completely assembled. These retaining rings can be metal cables or fiber-reinforced plastic strands, which can even be cast directly into these grooves when assembling, by inserting strands of reinforcing material (carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, etc.) and adding matrix material.
Die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den axialen Leitern und den Endverbindungen (beide aus Kupfer oder Aluminium), wobei beide Leiter einzelne Lei- ter sind (keine Leiterstapel), welche eine Höhe haben, die im wesentlichen dem Unterschied im Radius zwischen den leiterfreien Bereichen 4 und den Aussparungen 8 für die Leiter entspricht, wird durch Schweissen, Stifte, Bolzen, Schrauben oder Kombinationen davon realisiert. Besonders eignet sich eine Kombination von Stiften/Bolzen mit einem elektrisch leitenden Kleber. Die Verwendung eines Klebers erlaubt eine wesentlich einfachere Montage und stellt eine genügende elektrische Verbindung zwischen den Leitern zur Verfügung. Mögliche elektrisch leitende Kleber sind in Tabelle 1 aufgelistet.The electrical and mechanical connection between the axial conductors and the end connections (both made of copper or aluminum), whereby both conductors have individual cables. ter are (no stack of conductors), which have a height that corresponds essentially to the difference in radius between the conductor-free areas 4 and the recesses 8 for the conductors, is realized by welding, pins, bolts, screws or combinations thereof. A combination of pins / bolts with an electrically conductive adhesive is particularly suitable. The use of an adhesive allows a much easier assembly and provides a sufficient electrical connection between the conductors. Possible electrically conductive adhesives are listed in Table 1.
Tabelle 1: leitende Kleber für die Verbindung der Leiter.Table 1: conductive glue for connecting the conductors.
Fig. 4a) zeigt einen voll zusammengesetzten Rotor 14 in einer perspektivischen Ansicht und Fig. 4b) in einer Seitenansicht, wobei alle axialen Leiter 13 sowie alle Endverbindungen 11 eingeschoben sind. Die dichte Packung der Leiter 11, 13, welche die Wicklungen um die leiterfreien Zonen 4 auf beiden Seiten bilden, können erkannt werden. Die einzelnen Leiter können untereinander isoliert werden durch eine Lackschicht oder durch eine isolierende Oberflächenschicht, und insbesondere zwischen den Leitern können Luftspalte vorgesehen werden, welche die Zirkulation von Kühlluft in axialer oder radialer Richtung erlauben. Fig. 5 zeigt eine detaillierte perspektivische Ansicht des Bereichs der Endverbindungen am Antriebsende 6. Am Nichtantriebsende 3 der Welle (für eine gerade Anzahl von Wicklungen, dies würde an der Antriebsseite 2 für eine ungerade Anzahl von Wicklungen sein) gibt es einen vollen 360 Grad umspannenden Verbindungsring 26 für die Pole, welcher nur halb so breit ist, da er zwei symmetrische Pfade schafft. Dies ist die Verbindung, welche die an der Mittelebene angeordneten Leiter verbindet. Dieser Ring 26 gewährleistet die Verbindung zwischen den beiden Polen der Rotorwicklungen (Fig. 4a).Fig. 4a) shows a fully assembled rotor 14 in a perspective view and Fig. 4b) in a side view, wherein all axial conductors 13 and all end connections 11 are inserted. The tight packing of the conductors 11, 13, which form the windings around the conductor-free zones 4 on both sides, can be recognized. The individual conductors can be insulated from one another by a lacquer layer or by an insulating surface layer, and in particular air gaps can be provided between the conductors, which allow the circulation of cooling air in the axial or radial direction. 5 shows a detailed perspective view of the area of the end connections at the drive end 6. At the non-drive end 3 of the shaft (for an even number of windings, this would be on the drive side 2 for an odd number of windings) there is a full 360 degree connecting ring 26 for the poles, which is only half as wide as it is two creates symmetrical paths. This is the connection that connects the conductors located on the central plane. This ring 26 ensures the connection between the two poles of the rotor windings (Fig. 4a).
Fig. 6 zeigt einen axialen Schnitt durch einen axialen Leiter 13. Der axiale Leiter hat eine konische Form, d. h. seine Breite n auf der inneren Seite, auf der Seite nahe bei der zentralen Achse der Welle, beträgt 18.5 mm, während die Breite w an der peripheren Seite 31.3 mm beträgt. Vom unteren Ende um ungefähr o = 15 mm beabstandet befindet sich eine Aussparung 18 auf beiden Seiten des Leiters, welche dazu vorgesehen sind, mit den Schultern 10 des Rotorkems in Wechselwirkung zu treten. Die Aussparung 18 befindet sich zwischen dem unteren Teil 17 und dem mittleren Teil 19 des Leiters 13. In radialer Richtung haben diese Aussparungen eine Breite p von 12 mm, was eine zentrale massive Breite q der Leiter von 11 mm belässt.Fig. 6 shows an axial section through an axial conductor 13. The axial conductor has a conical shape, i. H. its width n on the inner side, on the side close to the central axis of the shaft, is 18.5 mm, while the width w on the peripheral side is 31.3 mm. At a distance of approximately o = 15 mm from the lower end there is a recess 18 on both sides of the conductor which are intended to interact with the shoulders 10 of the rotor core. The recess 18 is located between the lower part 17 and the middle part 19 of the conductor 13. In the radial direction, these recesses have a width p of 12 mm, which leaves a central solid width q of the conductor of 11 mm.
Zwischen dem mittleren Teil 19 und dem oberen Teil 21 des Leiters befindet sich ein weiteres Paar von Aussparungen 20 auf beiden Seiten des Leiters 13. Diese Aussparungen sind um u - 8 mm vom oberen Rand des Leiters beabstandet und haben eine Breite v in radialer Richtung von 6 mm. Nachdem der Leiter 13 in axialer Richtung in den Rotorkem oder besser in die axialen Schlitze 9 des Rotorkems eingeschoben wurde, sind benachbarte Leiter voneinander beabstandet, wobei dazwischen ein Luftspalt verbleibt, der sich in radialer Richtung erstreckt (vgl. Fig. 7). Um die einzelnen axialen Leiter in umfangsmässiger Richtung untereinander zu befestigen, und um eine kontrollierte Zirkulation von Kühlluft zwischen den einzelnen, parallelen Leitern sicherzustellen, werden sich axial erstreckende Keile oder Stäbe 22 ebenfalls aus axialer Richtung zwischen die Leiter 13 eingeschoben, wobei die Aussparungen 20 verwendet werden. Dies ist im linken Teil der Fig. 7 dargestellt. Die dadurch zur Verfügung gestellten axialen Kanäle 23 zwischen den Leitern (und den Leitern und dem leiterfreien Bereich 4 des Rotorkems am Rande der Aussparungen 8) erlaubt die Zirkulation von Kühlluft in axialer Richtung. Wenn die Keile 22 ausserdem mit Löchern in radialer Richtung versehen werden, kann Kühlluft, welche in diesen axialen Kanälen zirkuliert, wenigstens teilweise in radialer Richtung umgeleitet werden.Between the middle part 19 and the upper part 21 of the conductor there is another pair of recesses 20 on both sides of the conductor 13. These recesses are spaced from the upper edge of the conductor by u - 8 mm and have a width v in the radial direction of 6 mm. After the conductor 13 has been inserted in the axial direction into the rotor core, or rather into the axial slots 9 of the rotor core, adjacent conductors are spaced apart from one another, with an air gap remaining between them, which extends in the radial direction (cf. FIG. 7). In order to fasten the individual axial conductors to one another in the circumferential direction and to ensure a controlled circulation of cooling air between the individual, parallel conductors, axially extending wedges or rods 22 are also inserted between the conductors 13 from the axial direction, using the cutouts 20 become. This is shown in the left part of FIG. 7. The axial channels 23 thereby provided between the conductors (and the conductors and the conductor-free area 4 of the rotor core at the edge of the cutouts 8) allow cooling air to be circulated in the axial direction. If the wedges 22 also have holes in the radial direction cooling air, which circulates in these axial channels, can be at least partially diverted in the radial direction.
In diesem speziellen Fall ist der Leiter 13 nicht weiter strukturiert, aber es ist möglich ausserdem axiale Kühllöcher in den Leitern vorzusehen, um eine zentrale Kühlung des Leiters zu ermöglichen.In this special case, the conductor 13 is not structured any further, but it is also possible to provide axial cooling holes in the conductors in order to allow the conductor to be centrally cooled.
Ausserdem ist es mögüch, einen derartigen Rotor zum Zusammenbau eines supraleitenden Rotors zu verwenden.In addition, it is possible to use such a rotor for assembling a superconducting rotor.
Selbstverständlich soll die 2-Polanordnung wie sie hier beschrieben ist nicht den Umfang der Idee einschränken. Es können auch höhere Polzahlen einfach realisiert werden.Of course, the 2-pole arrangement as described here should not limit the scope of the idea. Higher numbers of poles can also be easily realized.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
1 geschmiedeter Rohling des Rotors1 forged blank of the rotor
2 Antriebsende der Welle2 drive end of the shaft
3 Nichtantriebsende der Welle3 Non-drive end of the shaft
4 Leiterfreie Bereiche oder Polzonen des Rotors4 conductor-free areas or pole zones of the rotor
5 Rotorkem5 rotor core
6 Bereich der Endverbindungen am Antriebsende Bereich der Endverbindungen am Nichtantriebsende6 Area of the end connections at the drive end Area of the end connections at the non-drive end
8 Aussparung für die axialen Leiter axiale Schwalbenschwanz-Schlitze8 recess for the axial conductor axial dovetail slots
10 Schulter von 910 shoulder of 9
11 Endverbindung11 end connection
12 umlaufende Ringe, Kollektorringe12 rotating rings, collector rings
13 axiale Leiter13 axial conductors
14 Rotor Schwalbenschwanzbereich der Endverbindungen Aussparungen zwischen 15 Schwalbenschwanzbereich von 13 untere Aussparung von 13 mittlerer Bereich von 13 obere Aussparung von 13 Kopf bereich von 13 Keil axialer/radialer Kanal für Kühlmittel (gasförmig oder flüssig, z. B. Kühlluft) axiale Schlitze für die Endverbindungen vertiefter Schlitz für die Zufühmng von Kühlmittel Verbindungsring für die Pole 14 rotor Dovetail area of the end connections Recesses between 15 dovetail area of 13 lower cutout of 13 middle area of 13 upper cutout of 13 head area of 13 wedge axial / radial channel for coolant (gaseous or liquid, e.g. cooling air) axial slots for the end connections recessed slot for the supply of coolant connection ring for the poles

Claims

PATENTANSPRUCHE PATENT CLAIMS
1. Rotor (14) für eine rotierende elektrische Maschine umfassend einen Rotorkem (5) mit axialen Schlitzen (9) für die Aufnahme von Leitern (13), dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Schlitze (9) unter Ausbildung von ersten Mitteln (10) ausgeformt sind, und dass die axialen Leiter (13) mit entsprechenden zweiten Mitteln (18) ausgeformt sind, wobei die ersten Mittel (10) und die zweiten Mittel (18) in Wirkverbindung stehen, sodass die axialen Leiter (13) in den axialen Schlitzen (9) insbesondere in Bezug auf zentrifugale und Torsionskräfte fixiert werden.1. Rotor (14) for a rotating electrical machine comprising a rotor core (5) with axial slots (9) for receiving conductors (13), characterized in that the axial slots (9) with the formation of first means (10) are formed, and that the axial conductors (13) are formed with corresponding second means (18), the first means (10) and the second means (18) being operatively connected so that the axial conductors (13) are in the axial slots (9) in particular with regard to centrifugal and torsional forces.
2. Rotor (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel in Form von Schultern (10) ausgebildet sind, wobei sich diese Schultern (10) bevorzugt im wesentlichen entlang der gesamten axialen Schlitze (9) und bevorzugt symmetrisch auf beiden Seiten dieser Schlitze (9) erstrecken, dass die zweiten Mittel in Form von Aussparungen (18) in den axialen Leitern (13) ausgebildet sind, welche sich bevorzugt im wesentlichen entlang der gesamten axialen Leiter (13) und bevorzugt symmetrisch auf beiden Seiten dieser axialen Leiter (13) erstrecken, wobei vorzugsweise die Aussparungen (18) im radial inneren Bereich der axialen Leiter (13) angeordnet sind.2. Rotor (14) according to claim 1, characterized in that the first means are designed in the form of shoulders (10), these shoulders (10) preferably essentially along the entire axial slots (9) and preferably symmetrically on both Sides of these slots (9) extend in such a way that the second means are designed in the form of recesses (18) in the axial conductors (13), which preferably extend essentially along the entire axial conductors (13) and preferably symmetrically on both sides of these axial ones Extend conductors (13), the recesses (18) preferably being arranged in the radially inner region of the axial conductors (13).
3. Rotor (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die axialen Schlitze (9) als Schwalbenschwanz-Schlitze (9, 10) im Rotorkem (5) ausgebildet sind, und dass die axialen Leiter (13) einen entsprechenden Schwalbenschwanzbereich (17) aufweisen, welche in die genannten Schwalbenschwanz-Schlitze (9) hineinpassen.3. Rotor (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the axial slots (9) are designed as dovetail slots (9, 10) in the rotor core (5), and that the axial conductors (13) have a corresponding dovetail area ( 17) which fit into said dovetail slots (9).
4. Rotor (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein einziger axialer Leiter (13) in einem axialen Schütz (9) angeordnet ist, und dass die radiale Höhe (s) der axialen Leiter (13) wesentlich grös- ser ist als deren umfangsmässige Weite (n,w), wobei vorzugsweise diese Weite (n) auf der radial inneren Seite des axialen Leiters (13) schmaler ist als die Weite (w) auf der radial äusseren Seite des axialen Leiters (13).4. Rotor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that in each case a single axial conductor (13) is arranged in an axial contactor (9), and that the radial height (s) of the axial conductor (13) is substantially large - ser than their circumferential width (n, w), preferably this width (n) on the radially inner side of the axial conductor (13) is narrower than the width (w) on the radially outer side of the axial conductor (13).
5. Rotor (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Leiter (13) in den Rotorkem (5) in die axialen Schlitze (9) in einer axialen Richtung bezüglich des Rotors eingeschoben werden können.5. Rotor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the axial conductors (13) in the rotor core (5) in the axial slots (9) can be inserted in an axial direction with respect to the rotor.
6. Rotor (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (f,g) der axialen Schlitze (9) wesentlich kleiner ist als die radiale Höhe (s) der axialen Leiter (13) und dass auf der radial äusseren Seite der axialen Leiter (13) dritte Mittel (22) angeordnet sind zwischen benachbarten axialen Leitern (13) um diese in einem bestimmten Abstand zuhalten und um diese Leiter (13) in umfangsmässiger Richtung zu stabilisieren.6. rotor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the depth (f, g) of the axial slots (9) is substantially smaller than the radial height (s) of the axial conductor (13) and that on the radial outer side of the axial conductors (13) third means (22) are arranged between adjacent axial conductors (13) to keep them at a certain distance and to stabilize these conductors (13) in the circumferential direction.
7. Rotor (14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Mittel in Form von Keilen (22) ausgebildet sind, welche mit Aussparungen (20) wechselwirken, die in den axialen Leitern (13) vorgesehen sind, wobei sich vorzugsweise diese Keile (22) entlang der Länge der axialen Leiter (13) erstrecken, wobei zwischen dem Rotorkem (5) und den Keilen (22) axiale Kanäle (23) für die Zirkulation von Kühlluft verbleiben und wobei optional die Keile (22) zusätzlich radiale Bohrungen aufweisen, welche eine wenigstens teilweise Zirkulation der Kühlluft in radialer Richtung erlauben.7. rotor (14) according to claim 6, characterized in that the third means are designed in the form of wedges (22) which interact with recesses (20) which are provided in the axial conductors (13), preferably these Wedges (22) extend along the length of the axial conductors (13), axial channels (23) for the circulation of cooling air remaining between the rotor core (5) and the wedges (22) and optionally the wedges (22) additionally have radial bores have, which allow an at least partial circulation of the cooling air in the radial direction.
8. Rotor (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Leiter (13) aus Aluminium oder Kupfer gefertigt sind, und dass vorzugsweise ein einziger axialer Leiter (13) in einem axialen Schlitz (9) angeordnet ist, wobei ein axialer Leiter (13) einen Querschnitt im Bereich von 1000 bis 4500 mm , vorzugsweise im Bereich von 2000 bis 4000 mm aufweist.8. rotor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the axial conductors (13) are made of aluminum or copper, and that preferably a single axial conductor (13) is arranged in an axial slot (9), wherein an axial conductor (13) has a cross section in the range from 1000 to 4500 mm, preferably in the range from 2000 to 4000 mm.
9. Rotor (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor leiterfreie Zonen (4) angeordnet sind, um welche die Leiter (11, 13) in wenigstens einer Wicklung gewickelt sind, dass die axialen Bereiche der Wicklungen von den axialen Leitern (13) gebildet werden, welche in den axialen Schlitzen (9) angeordnet sind, dass die radialen Bereiche der Wicklungen durch wenigstens eine Endverbindung (11) gebildet wird, welche endseitig ausserhalb der leiterfreien Zonen (4) angeordnet sind, und dass wenigstens eine dieser Endverbindungen (11) ebenfalls mit zweiten Mitteln (18) zur Wechselwirkung mit den ersten Mitteln (10) versehen ist, um die Endverbindungen (11) in den axialen Schlitzen (9) insbesondere in Bezug auf zentrifugale und Torsionskräfte zu fixieren.9. Rotor (14) according to one of the preceding claims, characterized in that conductor-free zones (4) are arranged on the rotor, around which the conductors (11, 13) are wound in at least one winding, that the axial regions of the Windings are formed by the axial conductors (13), which are arranged in the axial slots (9), that the radial regions of the windings are formed by at least one end connection (11), which are arranged on the end outside of the conductor-free zones (4), and that at least one of these end connections (11) is also provided with second means (18) for interacting with the first means (10) in order to fix the end connections (11) in the axial slots (9), in particular with regard to centrifugal and torsional forces ,
10. Rotor (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich weitere axiale Schlitze (24) mit ersten Mitteln (10) endseitig (6, 7) ausserhalb der leiterfreien Zonen (4) angeordnet sind, und dass weitere zweite Mittel (18) an der wenigstens einen Endverbindung (11) angeordnet sind, wobei die ersten Mittel in Form von Schultern (10) ausgebildet sind, welche sich vorzugsweise symmetrisch auf beiden Seiten der Schlitze (24) erstrecken, und dass die zweiten Mittel in Form von entsprechenden, senkrecht zur Hauptrichtung der Endverbindungen (11) verlaufenden Aussparungen (18) in Vorsprüngen der Endverbindungen (11) ausgebildet sind.10. The rotor (14) according to claim 9, characterized in that additional axial slots (24) with first means (10) are arranged at the ends (6, 7) outside the conductor-free zones (4), and in that further second means (18 ) are arranged on the at least one end connection (11), the first means being designed in the form of shoulders (10) which preferably extend symmetrically on both sides of the slots (24), and the second means being in the form of corresponding, Recesses (18) extending perpendicular to the main direction of the end connections (11) are formed in projections of the end connections (11).
11. Rotor (14) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Endverbindungen (11) einzelne Leiter sind mit gleicher Höhe wie die einzelnen axialen Leiter (13), und dass die radiale Höhe der Endverbindungen (11) wesentlich grösser ist als deren axiale Weite.11. Rotor (14) according to one of claims 9 or 10, characterized in that the end connections (11) are individual conductors with the same height as the individual axial conductors (13), and that the radial height of the end connections (11) is substantially greater is as their axial width.
12. Rotor (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endverbindungen (11) leitend mit den axialen Leitern (13) verbunden sind unter Zuhilfenahme von Stiften, Schrauben, Schweissen, Hartlöten, Verkleben, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines leitenden Klebers, oder Kombinationen dieser Verbindungsmittel.12. Rotor (14) according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the end connections (11) are conductively connected to the axial conductors (13) with the aid of pins, screws, welding, brazing, gluing, preferably with the aid of a conductive adhesive, or combinations of these connecting means.
13. Rotor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Endverbindungen (11) aus axialer Richtung in den Rotorkem (5) in die axialen Schütze (9, 24) geschoben werden können.13. Rotor according to one of claims 9 to 12, characterized in that the end connections (11) from the axial direction in the rotor core (5) in the axial Contactors (9, 24) can be pushed.
14. Rotor (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Schlitze (9) wenigstens teilweise tiefer sind als die Fussbereiche (17) der axialen Leiter (13), sodass vertiefte Schlitze (25) verbleiben, durch welche Kühlmittel geführt werden kann oder in welche Leiter eingelegt werden können, welche nicht direkt zu den Wicklungen gehören.14. Rotor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the axial slots (9) are at least partially deeper than the foot regions (17) of the axial conductors (13), so that recessed slots (25) remain, through which coolant can be guided or in which conductors can be inserted, which do not belong directly to the windings.
15. Verfahren zur Montage eines Rotors (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne massive axiale Leiter (13) aus axialer Richtung in den Rotorkem (15) in die axialen Schlitze (9) eingeschoben werden.15. A method for assembling a rotor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that individual solid axial conductors (13) are inserted from the axial direction into the rotor core (15) into the axial slots (9).
16. Verfahren nach Anspruch 15 zur Montage eines Rotors nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd einzelne massive axiale Leiter (13) und Endverbindungen (11) stufenweise in den Rotorkem (5) in axialer Richtung bezüglich des Rotors in die axialen Schütze (9, 24) eingeschoben werden, wobei die axialen Leiter (13) und die Endverbindungen (11) nach jedem Schritt leitend miteinander verbunden werden sodass sich sukzessive Wicklungen um die leiterfreien Bereiche (4) des Rotors ausbilden, und wobei gegebenenfalls im radial äusseren Bereich der axialen Leiter (13) dritte Mittel (22) zwischen benachbarte axiale Leiter (13) aus axialer Richtung bezüglich des Rotors eingeschoben werden, um die axialen Leiter (13) in einem bestimmten Abstand zu halten und um diese axialen Leiter (13) in umfangsmässiger Richtung zu stabilisieren.16. The method according to claim 15 for assembling a rotor according to one of claims 9 to 14, characterized in that alternately individual solid axial conductors (13) and end connections (11) gradually in the rotor core (5) in the axial direction with respect to the rotor in the axial contactors (9, 24) are inserted, the axial conductors (13) and the end connections (11) being conductively connected to one another after each step, so that successive windings form around the conductor-free regions (4) of the rotor, and optionally in the radial direction outer area of the axial conductors (13) third means (22) are inserted between adjacent axial conductors (13) from the axial direction with respect to the rotor in order to keep the axial conductors (13) at a certain distance and around these axial conductors (13) stabilize in the circumferential direction.
17. Verfahren nach Ansprach 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Endverbindungen (11) leitend mit den axialen Leitern (13) verbunden werden unter Zuhilfenahme von Stiften, Schrauben, Schweissen, vorzugsweise unter Verwendung von MIG oder TIG, Verkleben, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines leitenden Klebers, oder Kombinationen dieser Verbindungsmittel. 17. The method according spoke 16, characterized in that the end connections (11) are conductively connected to the axial conductors (13) with the aid of pins, screws, welding, preferably using MIG or TIG, gluing, preferably with the aid of a conductive Glue, or combinations of these connecting means.
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