EP3218995A1 - Verschlusskeil - Google Patents

Verschlusskeil

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EP3218995A1
EP3218995A1 EP15804334.9A EP15804334A EP3218995A1 EP 3218995 A1 EP3218995 A1 EP 3218995A1 EP 15804334 A EP15804334 A EP 15804334A EP 3218995 A1 EP3218995 A1 EP 3218995A1
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EP
European Patent Office
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wedge
closure
closure wedge
winding
underside
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Withdrawn
Application number
EP15804334.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hansjörg SEEWALD
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Individual
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices
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    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices
    • H02K3/493—Slot-closing devices magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0018—Applying slot closure means in the core; Manufacture of slot closure means

Definitions

  • the invention relates to a closure wedge for fixing windings arranged in motor or generator winding slots.
  • Rotor and stator of an electric motor comprise along their circumference by grooves mutually separate pole shoes, between which coil windings, usually made of copper wire run. Not only, but above all to stabilize the system against vibrations, these grooves are closed after insertion of the coil windings with sealing wedges again.
  • the aim of the invention is to provide a closure wedge, with which the above problems can be solved completely or at least partially.
  • the closure wedge which is preferably a stator wedge, has a corrugation on its underside facing the winding in the longitudinal direction at least in regions.
  • Undulation means a preferably periodic change of the wedge height along the length of the sealing wedge.
  • at least one elevation or depression is thus formed on the wedge underside, preferably a plurality of elevations or depressions are formed along the entire length or a longitudinal portion of the closure wedge.
  • the corrugation compensates for the unevenness between the winding and the coil and thus results in a better bonding of the sealing wedge to the winding.
  • a compressible soft material in particular polyester felt, which is compressed to a different degree by the corrugation on the underside of the closure wedge according to the invention, thereby achieving a better fixation of the winding and of the wedge.
  • the sealing wedge is magnetised, but within the scope of the invention a non-magnetic wedge, e.g. be made of plastic or glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • GFP plastic or glass fiber reinforced plastic
  • the underside have at least one or more half-wave-like recesses, which is delimited in each case by flat regions in the longitudinal direction.
  • Another variant of the invention may consist in that the underside has at least one or more recesses which has rounded portions at their longitudinal ends and which is delimited in each case by longitudinal areas in the longitudinal direction.
  • the wave-like formation of the wedge underside may be periodic, but it may also have irregular distances of the wave crests and wave troughs.
  • the distance 12 between the recesses may be greater than the length 11 of the recess.
  • sensors e.g. be designed for temperature or vibration measurement in the wedge.
  • a further embodiment of the invention can therefore be that on the underside of the closure wedge in Area of one of the longitudinal ends of a longitudinally extending groove for receiving a sensor, preferably temperature sensor is excluded.
  • the invention relates to a composite groove-winder closure wedge with one or more closure wedges according to the invention, which is characterized in that the closure wedge used is cast together with the winding, the insulating layer and the leveling layer with a binder.
  • Leveling layer of felt preferably polyester felt, be formed.
  • the binder may be a resin.
  • Figure 1A is a partial perspective view of an embodiment of a closure wedge according to the invention with winding and groove.
  • FIG. 1B is a partial oblique view of another embodiment of the closure wedge according to the invention.
  • Fig. 2 is a partial oblique view of another
  • FIG. 4 shows a cross section of the closure wedge according to FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a partial side view of the closure wedge according to FIG. 2;
  • FIG. 6 and 7 is a bottom view and a side view of the closure wedge of Figure 2;
  • FIG. 8 shows a partial longitudinal section through a further embodiment of the closure wedge according to the invention, which is arranged within an embodiment of the composite system according to the invention
  • FIGS. 9 and 10 a side view and a bottom view of a further embodiment of the closure wedge according to the invention; 11 shows a cross section AA and FIG. 12 shows a cross section BB through the closure wedge according to FIGS. 9 and 10 and FIG
  • FIG. 13 is a perspective view from below of the closure wedge according to FIGS. 9 and 10.
  • Fig. 1A shows a, in particular magnetic, locking wedge 1, which fixes one or more motor or generator winding (s) 2 in a winding groove 3.
  • the closure wedge is designed as a stator wedge.
  • the closure wedge 1 has - seen in cross section - on opposite narrow sides stabilizing lugs 8, as shown in Fig. 4 in a cross-sectional view.
  • the wedge 1 on its underside 4 facing the winding 2 has a corrugation in the longitudinal direction at least in regions (FIG. 2).
  • the corrugation may e.g. Sinusoidally designed, but also designed to be different.
  • the recesses preferably have a rounded profile.
  • Fig.lB shows a further embodiment of the closure wedge 1 'according to the invention with - seen in cross section - semicircular stabilizing lugs 8' on opposite narrow sides. Enlarged drawn here is a between the wedge 1 'and the winding 2 arranged leveling layer 20 made of a compressible soft material, e.g. a polyester felt and an intermediate layer 22 between the windings 2. Both layers 20 and 22 are also provided in the embodiment of Fig.lA, but not shown there.
  • the underside 4 has a plurality of recesses 10 which have rounded portions at their longitudinal ends and which are delimited in the longitudinal direction by flat areas.
  • the underside of the closure wedge 1 can have half-wave-like depressions 8, which are delimited in each case by flat regions in the longitudinal direction.
  • the distance 12 between the depressions 10 is greater than the length 11 of the depressions 10. This spacing relationship can be adapted to the particular circumstances in the construction of the closure wedge winding system.
  • Figure 8 shows the composite system tongue and groove closure wedge with the inventive closure wedge 1, which on its underside a corrugation, e.g. by milling, which runs almost sinusoidally.
  • a corrugation e.g. by milling
  • Insulation layer 21 is applied to the winding 2 and on the insulating layer 21, a leveling layer 20, for example of polyester felt.
  • the inserted wedge 1 is cast together with the winding 2, the insulating layer 21 and the leveling layer 20 with a binder, such as a resin.
  • a binder such as a resin.
  • prepreg elements can be used.
  • FIG. 8 due to the wave-shaped configuration of the underside of the closure wedge 1 according to the invention, a different compression of the leveling layer 20 of polyester felt occurs, with a preferred one Thickness of 1mm to 5mm, whereby an improved bonding effect of the closure wedge 1 with the winding 22 comes.
  • FIGS. 9 to 13 show a further embodiment of the closure wedge according to the invention, in which on the underside 4 of the closure wedge 1 in the region of one of the longitudinal ends a longitudinally extending groove 80 for receiving a sensor, not shown, preferably temperature sensor is excluded, the measurements during operation allows.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Verschlusskeil (1) zum Fixieren von in Motor- oder Generator-Wicklungsnuten angeordneten Wicklungen, wobei der Verschlusskeil (1) auf seiner der Wicklung (2) zugewandten Unterseite (4) in Längsrichtung zumindest bereichsweise eine Wellung aufweist.

Description

Verschlusskeil
Die Erfindung betrifft einen Verschlusskeil zum Fixieren von in Motor- oder Generator-Wicklungsnuten angeordneten Wicklungen .
Rotor und Stator eines Elektromotors umfassen entlang ihres Umfanges durch Nuten voneinander getrennte Polschuhe, zwischen denen Spulenwicklungen, meist aus Kupferdraht, verlaufen. Nicht nur, aber vor allem zur Stabilisierung des Systems gegen Vibrationen werden diese Nuten nach dem Einführen der Spulenwicklungen mit Verschlusskeilen wieder verschlossen.
Insbesondere bei Magnet-Verschlusskeilen kommt es im Betrieb zu Vibrationserscheinungen, die nachteilig für die Stabilität des Wicklungsaufbaus im Motor oder Generator ist.
Bei einem hohen Gehalt an magnetischer Füllung, z.B. Eisengehalt, sind zwar die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Keils verbessert, die mechanische Festigkeit nimmt jedoch stark ab. Beispielsweise kommt es bei Keilen mit Schichtaufbau zur Delamination der einzelnen Schichten, was zum Aufbrechen des Keils und in der Folge zu Motorversagen führen kann. Auch kann generell ein zu lockerer Sitz des Keils dazu führen, dass er sich durch die ständige mechanische und magnetische Belastung weiter lockern kann, bis er sich so stark bewegen kann, dass Delamination auftritt.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verschlusskeils, mit dem die obigen Probleme völlig oder zumindest teilweise gelöst werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Verschlusskeil, der vorzugsweise ein Statorkeil ist, auf seiner der Wicklung zugewandten Unterseite in Längsrichtung zumindest bereichsweise eine Wellung aufweist.
Unter Wellung ist eine, vorzugsweise periodische Änderung der Keilhöhe entlang der Länge des Verschlusskeils zu verstehen. In einem Längsschnitt ist somit auf der Keil-Unterseite zumindest eine Erhebung bzw. eine Vertiefung ausgebildet, bevorzugt sind mehrere Erhebungen bzw. Vertiefungen entlang der gesamten Länge oder eines Längenteilbereichs des Verschlusskeils ausgebildet.
Die Wellung gleicht die Unebenheiten zwischen Wicklung und Spule aus und bewirkt damit einen besseren Verbund des Verschlusskeils mit der Wicklung. Zwischen dem Verschlusskeil und der Kupfer-Wicklung befindet sich ein komprimierbares Weichmaterial, insbesondere Polyesterfilz, das durch die Wellung auf der Unterseite des erfindungsgemäßen Verschlusskeils verschieden stark komprimiert wird und dadurch eine bessere Fixierung der Wicklung und des Keils erzielt wird .
Bevorzugt ist der Verschlusskeil magnetisiert , es kann aber im Rahmen der Erfindung auch ein nicht-magnetischer Keil, z.B. aus Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Verschlusskeil - im Querschnitt gesehen - an gegenüberliegenden Schmalseiten Stabilisierungsnasen gegen ein Lockern des Sitzes des Verschlusskeils innerhalb der
Wicklungsnut auf.
In der Praxis ist es sehr schwierig, auf der Unterseite des Verschlusskeils eine ideale Sinusform der Wellung zu erzielen, die Erfindung funktioniert aber auch bei Abweichungen von der idealen Wellenform.
So kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Unterseite zumindest eine oder mehrere halbwellenartige Vertiefungen aufweisen, die in Längsrichtung jeweils von ebenen Bereichen begrenzt ist.
Eine andere Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass die Unterseite zumindest eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, die an ihren Längsenden Abrundungen aufweist und die in Längsrichtung jeweils von ebenen Bereichen begrenzt ist.
Die wellenartige Ausbildung der Keilunterseite kann periodisch sein, sie kann aber auch unregelmäßige Abstände der Wellenberge und Wellentäler aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Abstand 12 zwischen den Vertiefungen größer als die Länge 11 der Vertiefung sein.
Zur Erfassung von Zustandswerten während des Betriebs können Sensoren, z.B. zur Temperatur- oder Schwingungsmessung im Keil ausgebildet sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann daher darin bestehen, dass auf der Unterseite des Verschlusskeils im Bereich eines der Längsenden eine in Längsrichtung verlaufende Nut zur Aufnahme eines Sensors, vorzugsweise Temperatursensors ausgenommen ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verbundsystem Nut-Wicklung- Verschlusskeil mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Verschlusskeilen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der eingesetzte Verschlusskeil zusammen mit der Wicklung, der Isolationsschicht und der Ausgleichsschicht mit einem Bindemittel vergossen ist.
Bevorzugt kann die Isolationsschicht aus
Flächenisolierstoffen, vorzugsweise Glimmerbändern, und die
Ausgleichsschicht aus Filz, vorzugsweise Polyesterfilz, gebildet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Bindemittel ein Harz sein . Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen eingehend erläutert. Es zeigt dabei
Fig. 1A eine teilweise Schrägansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschlusskeils mit Wicklung und Nut;
Fig. 1B eine teilweise Schrägansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusskeils;
Fig. 2 eine teilweise Schrägansicht einer weiteren
Ausführungform des erfindungsgemäßen Verschlusskeils von unten; Fig.3 eine Gesamt-Schrägansicht des Verschlusskeils gemäß Fig.2;
Fig.4 einen Querschnitt des Verschlusskeils gemäß Fig. 2 ;
Fig.5 eine teilweise Seitenansicht des Verschlusskeils gemäß Fig.2;
Fig. 6 und 7 eine Ansicht von unten und eine Seitenansicht des Verschlusskeils gemäß Fig.2;
Fig.8 einen teilweisen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusskeils, der innerhalb einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundsystems angeordnet ist;
Fig.9 und Fig. 10 eine Seitenansicht und eine Ansicht von unten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusskeils ; Fig.11 einen Querschnitt AA und Fig.12 einen Querschnitt BB durch den Verschlusskeil gemäß Fig. 9 und 10 und
Fig.13 eine Schrägansicht von unten des Verschlusskeils gemäß Fig. 9 und 10.
Fig.lA zeigt einen, insbesondere magnetischen, Verschlusskeil 1, der eine oder mehrere Motor- oder Generatorwicklung (en) 2 in einer Wicklungsnut 3 fixiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verschlusskeil als Statorkeil ausgebildet. Der Verschlusskeil 1 weist - im Querschnitt gesehen - an gegenüberliegenden Schmalseiten Stabilisierungsnasen 8 auf, wie sie in Fig. 4 in einer Querschnittsansicht gezeigt sind. Erfindungsgemäß weist zur besseren Festlegung des Verschlusskeils 1 innerhalb der Wicklungsnut 3 der Verschlusskeil 1 auf seiner der Wicklung 2 zugewandten Unterseite 4 in Längsrichtung zumindest bereichsweise eine Wellung auf (Fig.2) .
Die Wellung kann z.B. sinusförmig gestaltet, aber auch davon abweichend ausgeführt sein. Bevorzugt weisen die Vertiefungen einen abgerundeten Verlauf auf. Fig.lB zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusskeils 1' mit - im Querschnitt gesehen - halbkreisförmigen Stabilisierungsnasen 8' an gegenüberliegenden Schmalseiten. Vergrößert eingezeichnet ist hier eine zwischen dem Verschlusskeil 1' und der Wicklung 2 angeordnete Ausgleichsschicht 20 aus einem komprimierbaren Weichmaterial, z.B. einem Polyesterfilz sowie eine Zwischenschicht 22 zwischen den Wicklungen 2. Beide Schichten 20 und 22 sind auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.lA vorgesehen, dort aber nicht eingezeichnet.
Wie in Fig. 2, 3 und 5 gezeigt weist die Unterseite 4 mehrere Vertiefungen 10 auf, die an ihren Längsenden Abrundungen aufweist und die in Längsrichtung jeweils von ebenen Bereichen begrenzt ist. Alternativ dazu kann die Unterseite des Verschlusskeils 1 halbwellenartige Vertiefungen 8 aufweisen, die in Längsrichtung jeweils von ebenen Bereichen begrenzt ist.
Aufgrund des wellenförmigen Verlaufes der Unterseite 4 kommt es entlang der Längserstreckung des erfindungsgemäßen Verschlusskeils zu einer unterschiedlich starken Kraft, die auf die darunterliegende Wicklung 2 wirkt und zu einem Ausgleich von Fertigungstoleranzen, sodass sich eine bessere Fixierung des Verschlusskeils in der Wicklungsnut ergibt.
Der Abstand 12 zwischen den Vertiefungen 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel, wie aus Fig.7 ersichtlich größer als die Länge 11 der Vertiefungen 10. Diese Abstandsbeziehung kann den jeweiligen Gegebenheiten im Aufbau des Verschlusskeil- Wicklungssystems angepasst werden.
Fig.8 zeigt das Verbundsystem Nut-Wicklung-Verschlusskeil mit dem erfindungsgemäßen Verschlusskeil 1, der an seiner Unterseite eine Wellung, z.B. durch Fräsen, aufweist, die fast sinusförmig verläuft. Eine aus Glimmerbändern gebildete
Isolationsschicht 21 ist auf der Wicklung 2 aufgebracht und auf der Isolationsschicht 21 eine Ausgleichsschicht 20, z.B. aus Polyesterfilz. Der eingesetzte Verschlusskeil 1 ist zusammen mit der Wicklung 2, der Isolationsschicht 21 und der Ausgleichsschicht 20 mit einem Bindemittel, z.B. einem Harz vergossen. Es können dabei Prepreg-Elemente zur Anwendung gelangen. Wie in Fig. 8 kommt es aufgrund der wellenförmigen Ausgestaltung der Unterseite des erfindungsgemäßen Verschlusskeils 1 zu einer unterschiedlichen Verdichtung der Ausgleichsschicht 20 aus Polyesterfilz, mit einer bevorzugten Stärke von 1mm bis 5mm, wodurch eine verbesserte Verbundwirkung des Verschlusskeiles 1 mit der Wicklung 22 kommt .
Fig. 9 bis 13 zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusskeils, bei dem auf der Unterseite 4 des Verschlusskeils 1 im Bereich eines der Längsenden eine in Längsrichtung verlaufende Nut 80 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Sensors, vorzugsweise Temperatursensors ausgenommen ist, der Messungen während des Betriebes ermöglicht .

Claims

PATENTA SPRUCHE
1. Verschlusskeil (1, 1') zum Fixieren von in Motor- oder GeneratorWicklungsnuten angeordneten Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskeil (1, 1') auf seiner der Wicklung (2) zugewandten Unterseite (4) in Längsrichtung zumindest bereichsweise eine Wellung aufweist.
2. Verschlusskeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskeil (1) magnetisiert ist.
3. Verschlusskeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskeil (1; 1') - im Querschnitt gesehen - an gegenüberliegenden Schmalseiten Stabiliserungsnasen (8; 8') aufweist.
4. Verschlusskeil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskeil ein Statorkeil ist.
5. Verschlusskeil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite zumindest eine halbwellenartige Vertiefung aufweist, die in Längsrichtung jeweils von ebenen Bereichen begrenzt ist.
6. Verschlusskeil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite zumindest eine Vertiefung aufweist, die an ihren Längsenden Abrundungen aufweist und die in Längsrichtung jeweils von ebenen Bereichen begrenzt ist.
7. Verschlusskeil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand 12 zwischen den Vertiefungen (10) größer als die Länge 11 der Vertiefungen (10) ist.
8. Verschlusskeil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite des Verschlusskeils im Bereich eines der Längsenden eine in Längsrichtung verlaufende Nut zur Aufnahme eines Sensors, vorzugsweise Temperatursensors ausgenommen ist.
9. Verbundsystem Nut-Wicklung-Verschlusskeil mit einem Verschlusskeil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer Isolationsschicht (21) und einer Ausgleichsschicht (20), dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte Verschlusskeil (1) zusammen mit der Wicklung (2), der Isolationsschicht (21) und der Ausgleichsschicht (20) mit einem Bindemittel vergossen ist .
10. Verbundsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (21) aus Glimmerbändern gebildet ist .
11. Verbundsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschicht (20) aus Filz gebildet ist.
12. Verbundsystem nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Harz ist.
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