EP4551405A1 - Synchronmaschine mit einem anlaufwiderstand - Google Patents

Synchronmaschine mit einem anlaufwiderstand

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EP4551405A1
EP4551405A1 EP23787026.6A EP23787026A EP4551405A1 EP 4551405 A1 EP4551405 A1 EP 4551405A1 EP 23787026 A EP23787026 A EP 23787026A EP 4551405 A1 EP4551405 A1 EP 4551405A1
Authority
EP
European Patent Office
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synchronous machine
waveguide
starting resistor
resistance
electrical conductor
Prior art date
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Pending
Application number
EP23787026.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Centner
Erik Krompasky
Olaf Rehme
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.)
Innomotics GmbH
Original Assignee
Innomotics GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4551405A1 publication Critical patent/EP4551405A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/08—Cooling, heating or ventilating arrangements
    • H01C1/084—Cooling, heating or ventilating arrangements using self-cooling, e.g. fins, heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/14—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element being formed in two or more coils or loops continuously wound as a spiral, helical or toroidal winding
    • 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
    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H02K19/14—Synchronous motors having additional short-circuited windings for starting as asynchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/02—Windings characterised by the conductor material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/22—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors consisting of hollow conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/02—Details of starting control
    • H02P1/027—Special design of starting resistor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2209/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to systems for cooling or ventilating

Definitions

  • the invention concerns a synchronous machine with a starting resistance.
  • a starting resistor When starting synchronous machines, a starting resistor can be used as a component in the short-circuited rotor circuit so that the starting torque increases advantageously.
  • a so-called “resistance wheel” used for this purpose has a given resistance and a given heat capacity. During the start-up phase and the high current that occurs, this absorbs the amount of heat generated by the power loss at the resistor, so that the temperature increase at the resistance wheel below a limit value determined by the materials used, especially insulation materials.
  • resistance wheels are designed as rotor components made of copper conductors with a very high overall mass. This circumstance adversely affects both the size and the rotor dynamics of the machine. However, this may be necessary to realize the required heat capacity.
  • the resistance wheel can be made from a large mass of copper conductors to obtain sufficient heat capacity.
  • the copper conductor is arranged in a rotor element in such a way that the required resistance is produced over the cross section and length of the conductor. For a common resistance wheel of a large synchronous machine, this can have a typical mass of z. B. 400 kg means .
  • One task of the invention is to design an improved synchronous machine.
  • a solution to the problem results from claim 1. Further exemplary embodiments result from the dependent claims 2 to 9.
  • a synchronous machine has a starting resistance, whereby the starting resistance has an electrical conductor whose specific electrical resistance is different from copper, whereby the starting resistance in particular has a hollow structure.
  • the hollow structure can be open or closed.
  • a medium can be located in the hollow structure. Cooling channels or closed volumes can be formed by means of the hollow structure or hollow structures.
  • the specific electrical resistance of the electrical conductor is greater than that of copper.
  • the resistance value can therefore be increased by choosing a different material.
  • the electrical conductor has a lower specific weight than copper. This has the advantage of lower inertia.
  • the starting resistor has a phase change material.
  • the phase change material can be located in one or a plurality of hollow structures.
  • the phase change material can absorb heat energy, particularly in the short term.
  • the electrical conductor is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • Aluminum is a poorer electrical conductor than copper, but is lighter than copper.
  • the electrical conductor has a length which many times exceeds the dimensions of the starting resistance. This way the resistance can be further increased.
  • the electrical conductor is designed as a waveguide.
  • the phase change material can be permanently encapsulated inside the waveguide.
  • the electrical conductor is manufactured additively. In this way, complex geometric structures can be easily manufactured.
  • the starting resistance is surrounded by a cup-like element.
  • the phase change material can be accommodated in this pot-like element, which forms a restructuring.
  • the starting resistor can also be manufactured from a material that is a poorer conductor of electricity than copper. Using a material with a correspondingly higher specific electrical resistance than copper results in a lower mass requirement for this material.
  • the total amount of heat to be dissipated is often so high that the heat capacity of the reduced mass is not sufficient to keep the maximum temperature occurring at the resistance wheel below a given limit, so that a hollow structure is necessary.
  • a first material with a higher specific resistance than copper, with its resulting lower mass requirement is combined with a second material embedded in this material, a so-called phase change material.
  • Phase change materials such as paraffins, on the one hand, have a comparatively high heat capacity and, on the other hand, absorb heat energy during the phase change without the temperature increasing any further.
  • both the phase change from solid to liquid and liquid to gas are suitable.
  • the phase change material used can be something that has a corresponding phase change temperature above the maximum ambient temperature and below the permissible temperature limit.
  • a suitable material with a higher specific resistance is, for example, an aluminium alloy, which is also suitable in terms of its heat capacity and, as a lightweight material, also benefits the dynamic properties of the rotor.
  • a special design of the resistance wheel can result, which allows the lightweight material to be arranged as a very long conductor in such a way that the longest possible path for the current flow results.
  • the conductor is designed as a waveguide, into the interior of which the phase change material is permanently encapsulated.
  • a design is chosen in particular in which the waveguide takes up as much space as possible within the envelope of the entire resistance wheel.
  • the envelope is, for example, a pot-like element.
  • the arrangement of a waveguide filled with a phase change material has the advantage, particularly compared to an equally conceivable arrangement of the conductor within a vessel filled with phase change material, that a large surface is created which can be advantageously used for effective recooling, because the phase change that has taken place must be reversed as quickly as possible in order to enable further starts of the machine.
  • the design described above places high demands on the manufacturing processes to be used. On the one hand, it is a very long It is therefore possible to manufacture waveguides from a material that is sufficiently strong, lightweight and highly accurate so that the rotational forces can be absorbed and the rotor dynamics are positively influenced overall.
  • the design described above involves a level of complexity that is difficult to implement in terms of manufacturing technology.
  • One option for this is the so-called additive manufacturing process, in particular laser beam melting, in which a component is manufactured layer by layer using a laser beam in a powder bed. This makes it possible to implement a high level of geometric complexity, such as that offered by the hollow structures described, while at the same time being flexible compared to a manufacturing process that requires a lot of equipment.
  • a special high-strength aluminum alloy can be used for laser beam melting, which meets the mechanical requirements described above particularly well.
  • Additive manufacturing processes are also subject to certain manufacturing constraints. For example, in the laser beam melting process, structures cannot typically be built up horizontally in the powder bed due to the physically necessary removal of the heat energy introduced by the laser. In this respect, an arrangement of the waveguide in a predominantly axial direction is advantageous.
  • FIG 3 a waveguide with a circular sector-shaped cross-section
  • FIG 4 a pot-shaped element as a restructure
  • FIG 5 waveguide with a minimal support to a
  • construction platform, 6 shows an electrical contacting of the waveguides
  • FIG 8 Fan elements for cooling
  • FIG. 1 shows a spiral arrangement of a waveguide 10 from two perspectives, an axial view and a radial view. Axially, in relation to the axis 11, a series of several meandering disks results. This results in a cylindrical envelope of the entire resistance wheel, in which a single waveguide is arranged in a meandering, spiral or other manner that saves as much space as possible.
  • FIG. 2 shows a spiral arrangement of a waveguide 10.
  • the meanders are wound around the axis 11.
  • FIG. 3 shows a waveguide 10 with an annular sector-shaped cross section.
  • a space-saving design results, for example.
  • B. also by choosing a cross section in the form of a circular ring sector instead of a round cross section for the waveguide, so that the gaps between adjacent passages of the waveguide are minimal.
  • the waveguide can be arranged in such a way that the resulting rotor component has the lowest possible imbalance.
  • FIG. 4 shows a starting resistor with a pot-like element 12 which is attached to the shaft 13.
  • the start and end point of the waveguide 10 are located on one of the two end faces of the cylindrical casing so that current can be fed in and out again in a simple manner.
  • Other arrangements distributed to both end faces and/or over the casing surface) are also possible and are not shown in the figure.
  • FIG. 5 shows a waveguide 10 which is attached to a construction platform 15 via a holder 14 as a minimal support.
  • FIG. 6 shows a large number of additively manufactured waveguides. It is advantageous to connect adjacent paths of the waveguide using pointed connecting tubes, which allows additive manufacturing while simultaneously requiring minimal support for the component on the underside, as is also shown in Figure 5. It can also be advantageous that an additively manufactured resistance wheel can be manufactured in one piece as a complexly constructed long waveguide at the same time with elements for e.g. a shaft-hub connection, for flanges and for electrical contact.
  • an additively manufactured resistance wheel is filled with unmelted powder immediately after its manufacture inside the hollow conductor. Before filling with phase change material, the powder must be completely removed. In a structure that is very meandering and nested, this can mean a lot of effort.
  • a design is advantageous that provides a spiral-shaped arrangement of the waveguide, in which depowdering can be carried out by simply rotating the overall structure axially. This is shown in Figure 7.
  • Other designs require complex multi-axis movements to perform depowdering. The simultaneous requirement for good additive manufacturing (e.g.
  • impeller structures 16 can also be designed additively, which supply cooling air to the rotating structure for better heat dissipation, as shown in Figure 8.
  • the waveguide can be reinforced on the inside, e.g. by introducing a lattice structure that fills the volume completely or partially.
  • the lattice structure can advantageously counteract torsional moments that occur between the passages, particularly if it is provided in the area where two neighboring passages of the waveguide are connected.
  • a lattice structure 17 is shown in Figure 9.

Landscapes

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Abstract

Eine Synchronmaschine (1) weist einen Anlaufwiderstand auf, wobei der Anlaufwiderstand einen elektrischen Leiter auf- weist, dessen spezifischer elektrischer Widerstand von Kupfer unterschiedlich ist, wobei der Anlaufwiderstand insbesondere eine Hohlstruktur aufweist.

Description

Beschreibung
Synchronmaschine mit einem Anlaufwiderstand
Die Erf indung betrif ft eine Synchronmaschine mit einem Anlauf iderstand .
Beim Anlaufen von Synchronmaschinen kann ein Anlaufwiderstand als Komponente im kurzgeschlossen Rotorstromkreis verwendet werden, damit sich das Anlauf drehmoment vorteilhaft erhöht . Ein dazu verwendetes sogenanntes „Widerstandsrad" weist einen gegebenen Widerstand und eine gegebene Wärmekapazität auf . Diese nimmt während der Phase des Anlauf s und des dabei auf tretenden hohen Stroms die durch die Verlustleistung am Wi derstand entstehende Wärmemenge auf , so dass sich die Temperaturerhöhung am Widerstandsrad unterhalb eines durch die verwendeten Materialien, insb . I solationsmaterialien bestimmten Grenzwerts bewegt .
Problematisch kann dabei beispielsweise sein, dass Widerstandsräder als Rotorkomponente aus Kupferleitern mit einer insgesamt sehr hohen Masse ausgeführt werden . Dieser Umstand beeinf lusst sowohl die Größe als auch die Rotordynamik der Maschine nachteilig . Dennoch kann dies notwendig sein, um die erforderliche Wärmekapazität zu realisieren . Das Widerstands rad kann aus einer großen Masse Kupferleiter hergestellt werden, um ausreichend Wärmekapazität zu erhalten . Dabei wird der Kupferleiter in einem Rotorelement so angeordnet , dass über den Querschnitt und die Länge des Leiters der benötigte Widerstand hergestellt wird . Dies kann für ein übliches Wi derstandsrad einer großen Synchronmaschine eine typische Mas se von z . B . 400 kg bedeuten .
Eine Aufgabe der Erf indung ist es eine verbesserte Synchronmaschine zu gestalten . Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich nach Anspruch 1 . Weitere beispielhafte Ausgestaltungen ergeben sich nach den davon abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 .
Eine Synchronmaschine weist einen Anlauf iderstand auf , wobei der Anlaufwiderstand einen elektrischen Leiter aufweist , des sen spezif ischer elektrischer Widerstand von Kupfer unterschiedlich ist , wobei der Anlaufwiderstand insbesondere eine Hohlstruktur aufweist . Die Hohlstruktur kann of fen oder geschlossen sein . In der Hohlstruktur kann sich ein Medium bef inden . Mittels der Hohlstruktur bzw . mittels Hohlstrukturen können Kühlkanäle oder geschlossene Volumina ausgebildet sein .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine ist der spezif i sche elektrische Widerstand des elektrischen Leiters größer als der von Kupfer . So kann der Widerstandswert durch eine andere Materialwahl erhöht werden .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine hat der elektri sche Leiter ein geringeres spezif isches Gewicht wie Kupfer . Dies hat den Vorteil einer geringeren Trägheit .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine weist der Anlauf widerstand ein Phasenwechselmaterial auf . Das Phasenwechsel - material kann sind in einer oder einer Vielzahl von Hohl strukturen bef inden . Durch das Phasenwechselmaterial kann Wärmeenergie insbesondere kurzfristig auf genommen werden .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine ist weist der elektrische Leiter Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf . Aluminium ist im Vergleich zu Kupfer ein schlechterer elektrischer Leiter , ist j edoch Leichter als Kupfer .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine weist der elekt rische Leiter eine Länge auf , welche die Abmessungen des Anlaufwiderstandes um ein Vielfaches überschreitet . So kann der Widerstand weiter erhöht werden . In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine ist der elektri sche Leiter als ein Hohlleiter ausgeführt . Im Inneren des Hohlleiters kann das Phasenwechselmaterial dauerhaft gekapselt eingefüllt sein .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine ist der elektri sche Leiter additiv gefertigt . So können komplexe geometri sche Strukturen einfach hergestellt werden .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine ist der Anlaufwi - derstand von einem topf artigen Element umgeben . In diesem topf artigen Element , welches eine Umstruktur bildet , kann das Phasenwechselmaterial auf genommen sein .
Der Anlaufwiderstand lässt sich prinzipiell auch mit einem Material fertigen, das schlechter elektrisch leitet als Kupfer . Die Verwendung eines Materials mit entsprechend höherem spezif ischen elektrischen Widerstand als Kupfer führt zu ei nem geringeren Massenbedarf dieses Materials . Allerdings ist die gesamt abzuführende Wärmemenge in der Praxis oft so hoch, dass die Wärmekapazität der reduzierten Masse nicht aus reicht , um die auf tretende Höchsttemperatur am Widerstandsrad unterhalb eines gegebenen Grenzwerts zu halten, so dass eine Hohlstruktur notwendig ist . So ist beispielsweise bei einer Synchronmaschine ein erstes Material mit höherem spezif ischem Widerstand als Kupfer , mit seinem daraus abgeleiteten geringeren Massenbedarf mit einem in dieses Material eingebetteten zweiten Material , einem sog . Phasenwechselmaterial , kombi niert . Phasenwechselmaterialien, wie z . B . Paraf f ine , weisen einerseits eine vergleichsweise hohe Wärmekapazität auf und nehmen andererseits beim Phasenwechsel Wärmeenergie auf , ohne dass sich die Temperatur weiter erhöht . Prinzipiell sind sowohl der Phasenwechsel von fest nach f lüssig als auch f lüssig gasförmig geeignet . Als Phasenwechselmaterial kann etwas verwendet werden, welches eine entsprechende Phasenwechsel - Temperatur oberhalb der maximal auftretenden Umgebungstemperatur und unterhalb der zulässigen Temperaturgrenze aufweist . Als Material mit höherem spezif ischen Widerstand eignet sich z . B . eine Aluminiumlegierung , die hinsichtlich ihrer Wärmekapazität ebenfalls geeignet ist und als Leichtbauwerkstof f zusätzlich den Dynamikeigenschaften des Rotors zu Gute kommt .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine kann sich eine spezielle Gestaltung des Widerstandrads ergeben, die es erlaubt das Leichtbaumaterial als sehr langen Leiter so anzuordnen, dass sich ein möglichst langer Weg für den Stromf luss ergibt .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine wird der Leiter als Hohlleiter ausgeführt , in dessen Inneren das Phasenwechselmaterial dauerhaft gekapselt eingefüllt wird . Um gleichzeitig das Widerstandsrad so kompakt wie möglich zu gestal ten, wird insbesondere eine Gestaltung gewählt , bei der der Hohlleiter innerhalb der Umhüllenden des gesamten Widerstandrads möglichst viel Raum einnimmt . Die Umhüllende ist beispielsweise ein topfartiges Element .
Die Anordnung eines Hohlleiters gefüllt mit einem Phasenwechselmaterial hat insbesondere gegenüber einer ebenfalls denkbaren Anordnung des Leiters innerhalb eines Gefäßes gefüllt mit Phasenwechselmaterial den Vorteil , dass eine große Oberf läche geschaf fen wird, die vorteilhaft für eine ef fektive Rückkühlung genutzt werden kann, denn der erfolgte Phasenwechsel muss möglichst schnell rückgängig gemacht werden, um weitere Anläufe der Maschine zu ermöglichen .
In einer Ausgestaltung der Synchronmaschine ergibt sich daraus für eine Rotorkomponente z . B . eine zylindrische Umhüllende des gesamten Widerstandsrads , in der ein einzelner Hohl leiter mäandrierend, spiralförmig oder auf andere Weise möglichst platzsparend angeordnet ist .
Aus diesen Ausführungen ist erkennbar , dass die oben beschriebene Gestaltung hohe Anforderungen an zu verwendende Fertigungsverfahren stellt . Es ist einerseits ein sehr langer Hohlleiter aus einem Werkstof f mit ausreichend Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und einer hohen Genauigkeit herzustellen, damit die Rotationskräfte aufgenommen werden können und insgesamt die Rotordynamik positiv beeinf lusst wird . Andererseits birgt die oben beschriebene Gestaltung ei ne Komplexität , die fertigungstechnisch schwierig umzusetzen ist . Eine Möglichkeit hierzu bieten die sog . additiven Ferti gungsverfahren, insbesondere das sog . Laserstrahlschmelzen, bei dem ein Bauteil schichtweise mittels Laserstrahl in einem Pulverbett hergestellt wird . Dieses ermöglicht eine hohe geometrische Komplexität , wie sie die beschriebenen Hohlstrukturen bieten, umzusetzen bei gleichzeitiger Flexibilität gegenüber einem Fertigungsverfahren mit hohem Vorrichtungsaufwand . Insbesondere kann eine spezielle hochfeste Aluminiumlegierung für das Laserstrahlschmelzen verwendet werden, die die oben beschriebenen mechanischen Anforderungen besonders gut erfüllt . Auch additive Fertigungsverfahren unterliegen gewissen Fertigungsrandbedingungen . So lassen sich im Laserstrahl - schmelzverfahren typischerweise keine Strukturen waagerecht im Pulverbett aufbauen, aufgrund der physikalisch notwendigen Abfuhr der vom Laser eingebrachten Wärmeenergie . Insofern ergibt sich als vorteilhafte Gestaltung für den Hohlleiter eine Anordnung in hauptsächlich axialer Richtung .
Die Merkmale der einzelnen beanspruchten bzw . beschriebenen Gegenstände sind ohne Weiteres miteinander kombinierbar . Im Folgenden wird die Erf indung beispielhaft anhand von Figuren näher dargestellt und erläutert . Die in den Figuren gezeigten Merkmale können fachmännisch zu neuen Ausführungsformen kombiniert werden, ohne die Erf indung zu verlassen . Es zeigen
Fig 1 eine spiralförmige Anordnung eines Hohlleiters ,
FIG 2 eine mäandrierende Anordnung eines Hohlleiters ,
FIG 3 einen Hohlleiter mit kreisringsektorförmigen Querschnitt ,
FIG 4 ein topf förmiges Element als Umstruktur , FIG 5 Hohlleiter mit einem minimalen Support zu einer
Bauplattform, FIG 6 eine elektrische Kontaktierung der Hohlleiter ,
FIG 7 eine Anordnung eines Hohlleiters für eine verbes serte Entpulverung ,
FIG 8 Lüf terelemente zur Kühlung und
FIG 9 eine Verstärkung des Hohlleiters durch eine Git terstruktur und
Die Darstellung nach Figur 1 zeigt eine spiralförmige Anordnung eines Hohlleiters 10 aus zwei Perspektiven, in einer axialen Auf sicht und einer radialen Auf sicht . Axial , bezogen auf die Achse 11 , ergibt sich eine Aneinanderreihung mehrerer Mäanderscheiben . Hieraus ergibt sich eine zylindrische Umhül lende des gesamten Widerstandsrads , in der ein einzelner Hohlleiter mäandrierend, spiralförmig oder auf andere Weise möglichst platzsparend angeordnet ist .
Die Darstellung nach Figur 2 zeigt eine spiralförmige Anordnung eines Hohlleiters 10 . Die Mäander sind so um die Achse 11 gewickelt .
Die Darstellung nach Figur 3 zeigt einen Hohlleiter 10 mit kreisringsektorförmigen Querschnitt . Eine platzsparende Gestaltung ergibt sich also z . B . auch, indem ein Querschnitt in Form eines Kreisringsektors anstatt einem runden Querschnitt für den Hohlleiter gewählt wird, so dass die Spalte zwischen benachbarten Gängen des Hohlleiters minimal ausfallen . Gleichzeitig kann der Hohlleiter so angeordnet werden, dass die sich ergebende Rotorkomponente eine möglichst geringe Unwucht aufweist .
Die Darstellung nach Figur 4 zeigt einen Anlaufwiderstand mit einem topfartigen Element 12 , welches an der Welle 13 befes tigt ist . Der Start - und der Endpunkt des Hohlleiters 10 liegen dabei an einer der beiden Stirnseiten der zylindrischen Umhüllenden, damit dort auf einfache Weise Strom ein- und wieder ausgeleitet werden kann . Andere Anordnungen (Vertei lung auf beide Stirnseiten und/oder über die Mantelf läche) sind auch möglich und werden hier in der Figur nicht dargestellt .
Die Darstellung nach Figur 5 zeigt einen Hohlleiter 10 , wel cher über Halter 14 als einen minimalen Support an einer Bauplattform 15 ist .
Die Darstellung nach Figur 6 zeigt eine Vielzahl von additiv gefertigten Hohlleitern . Vorteilhaft ist eine Ausführung der Verbindung von benachbarten Gängen des Hohlleiters durch spitz verlaufende Verbindungsrohre , die eine additive Herstellung bei gleichzeitig minimaler Anforderung an eine Bauteilabstützung auf der Unterseite erlaubt was auch in Figur 5 dargestellt ist . Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass ein additiv hergestelltes Widerstandsrad in einem Stück als komplex aufgebauter langer Hohlleiter zugleich mit Elementen für z . B . eine Welle-Nabe-Verbindung , für Flansche und für die elektrische Kontaktierung hergestellt werden kann .
Ein additiv hergestelltes Widerstandsrad ist beispielsweise unmittelbar nach seiner Herstellung im Inneren des Hohllei ters noch mit nicht erschmolzenem Pulver befüllt . Vor einer Befüllung mit Phasenwechselmaterial , muss das Pulver voll ständig entfernt werden . In einer Struktur , die stark mäandrierend und verschachtelt auf gebaut ist , kann dieses einen sehr hohen Aufwand bedeuten . Im Sinne einer möglichst unauf wändigen Entpulverung ist daher eine Gestaltung vorteilhaft , die eine spiralförmige Anordnung des Hohlleiters vorsieht , bei der die die Entpulverung durch bloßes axiales Drehen der Gesamtstruktur durchgeführt werden kann . Dies ist in Figur 7 dargestellt . Andere Gestaltungen machen komplexe mehrachsige Bewegungen erforderlich zur Durchführung einer Entpulverung . Die gleichzeitige Forderung nach einer guten additiven Herstellung ( z . B . mit der axialen Richtung als Aufbaurichtung) und einer guten Entpulverung zeigt eine Struktur gemäß Figur Zwecks mechanischer Stabilisierung der oben beschriebenen additiv hergestellten Rotorkomponente im Betrieb bei typischen Nenndrehzahlen von z.B. 1800 oder 3600 UPM, wird diese, z.B in eine topfförmige Umstruktur, eingebettet und die Zwischenräume mit einem elektrisch isolierenden Harz gefüllt (siehe hierzu Figur 4) . Das Harz erfüllt dabei sowohl die Funktion der Isolierung einzelner Gänge des Hohlleiters als auch der Isolierung gegenüber der topf förmigen Umstruktur. Dabei wird die Struktur z.B. lediglich teilweise mit Harz gefüllt (z.B. segmentweise in der Form von Scheiben) , so dass eine Luftzir- kulation in den übrigen Bereichen einen Wärmeabtransport erlaubt (Zeichnung 6) im Sinne der o.g. effektiven Rückkühlung. Vorteil einer additiven Fertigung der erfindungsgemäßen Rotorkomponente ist, dass weitere komplexe Geometriebestandteile in einem Fertigungsschritt mit hergestellt werden können.
Additiv können z.B. auch Flügelradstrukturen 16 gestaltet werden, die der in Drehung befindlichen Struktur Kühlluft für eine bessere Entwärmung zuführen, wie dies in Figur 8 dargestellt ist.
Zwecks Optimierung der eigentlichen Funktion der Komponente (elektrischen Widerstand leisten) ist es von Interesse den Querschnitt des Hohlleiters möglichst gering auszuführen, dennoch aber die gesamte Struktur der Rotorkomponente möglichst steif zu gestalten, insbesondere da diese als ein langer, vielfach gefalteter Hohlleiter vorliegt, bei der benachbarte Gänge sich nicht abstützen können. Somit unterliegt die Struktur der Rotorkomponente einer Flexibilität. Um diese einzuschränken kann der Hohlleiter im Inneren verstärkt werden, z.B. durch das Einbringen einer Gitterstruktur, die das Volumen ganz oder teilweise ausfüllt. Die Gitterstruktur kann, insbesondere wenn sie im Bereich der Verbindung zweier benachbarter Gänge des Hohlleiters vorgesehen ist, dort vorteilhaft zwischen den Gängen auftretenden Torsionsmomenten entgegen wirken. Eine Gitterstruktur 17 ist in Figur 9 dargestellt .

Claims

Patentansprüche
1. Synchronmaschine (1) mit einem Anlaufwiderstand, wobei der Anlaufwiderstand einen elektrischen Leiter aufweist, dessen spezifischer elektrischer Widerstand von Kupfer unterschiedlich ist, wobei der Anlaufwiderstand insbesondere eine Hohlstruktur aufweist.
2. Synchronmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei der spezifische elektrische Widerstand des elektrischen Leiters größer ist als der von Kupfer.
3. Synchronmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der elektrische Leiter ein geringeres spezifisches Gewicht als Kupfer hat .
4. Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Anlaufwiderstand ein Phasenwechselmaterial aufweist.
5. Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der elektrische Leiter Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist.
6. Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der elektrische Leiter eine Länge aufweist, welche die Abmessungen des Anlaufwiderstandes um ein Vielfaches überschreitet .
7. Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der elektrische Leiter als ein Hohlleiter ausgeführt ist.
8. Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der elektrische Leiter additiv gefertigt ist.
9. Synchronmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Anlaufwiderstand von einem topfartigen Element umgeben ist.
EP23787026.6A 2022-09-30 2023-09-28 Synchronmaschine mit einem anlaufwiderstand Pending EP4551405A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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EP22199199.5A EP4344875A1 (de) 2022-09-30 2022-09-30 Synchronmaschine mit einem anlaufwiderstand
PCT/EP2023/076949 WO2024068870A1 (de) 2022-09-30 2023-09-28 Synchronmaschine mit einem anlaufwiderstand

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EP22199199.5A Withdrawn EP4344875A1 (de) 2022-09-30 2022-09-30 Synchronmaschine mit einem anlaufwiderstand
EP23787026.6A Pending EP4551405A1 (de) 2022-09-30 2023-09-28 Synchronmaschine mit einem anlaufwiderstand

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WO (1) WO2024068870A1 (de)

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