RU2772303C1

RU2772303C1 - Method for manufacturing an end winding system for an electric rotating machine

Info

Publication number: RU2772303C1
Application number: RU2021110844A
Authority: RU
Inventors: Карстен БРАХ; Енс Даль ЕНСЕН; Хорст КЮММЛЕ; Хартмут РАУХ; Олаф РЕМЕ; Якоб ШНЕК; Франк ЗАЙБИККЕ; Оливер ШТИР; Марк Тобиас ЦЕГЕНХАГЕН
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2022-05-18

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering. A method for manufacturing a system (24) of the frontal part of the winding for an electric rotating machine (2) with at least one insulating main body (26, 28), which is at least partially made of dielectric material. Numerous conductors (30) made of metallic material in each case are connected through at least one intermediate layer (36) to the insulating main body (26, 28). The layer (36) is made of a material that differs from dielectric and metallic materials, namely, it is made of silver, aluminum, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum, or a mixture thereof and/or at least one of their alloys. The conductors (30) are sprayed onto the intermediate layer (36) by the first method for thermal spraying. The intermediate layer (36) is connected to the main insulating body (26, 28) by at least one connection with a geometric closure. In addition, the layer (36) is at least partially placed in the slots (38) of the insulating main body (26, 28). The slots (38) have profiling (40), by means of which a connection with a form closure is created.

EFFECT: simplifying the manufacture of a frontal winding system for an electric rotating machine.

15 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к способу изготовления системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины.The invention relates to a method for manufacturing a head winding system for an electrical rotating machine.

Кроме того, изобретение относится к системе лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины, которую получают подобным способом.In addition, the invention relates to a winding end system for an electric rotating machine, which is obtained in a similar way.

Кроме того, изобретение относится к статору электрической вращающейся машины, который имеет проводящий магнитное поле элемент статора и по меньшей мере одну подобную систему лобовой части обмотки.In addition, the invention relates to a stator of an electrical rotating machine which has a magnetically conductive stator element and at least one such end winding system.

Далее изобретение относится к электрической вращающейся машине с по меньшей мере одним подобным статором.The invention further relates to an electric rotating machine with at least one such stator.

Обычно статорные обмотки подобной электрической вращающейся машины, которая может действовать при мощности по меньшей мере один мегаватт, выполнены в виде шаблонных обмоток. Например, шаблонные обмотки изготавливают способами волочения, литья или порошковой металлургии. На концах шаблонных обмоток находится лобовая часть обмотки, которую создают изгибанием и отгибанием проводников шаблонных обмоток. Для этой лобовой части обмотки требуется значительное монтажное пространство в осевом направлении. Вследствие дополнительной неактивной длины проводника лобовой части обмотки возникают омические потери, которые снижают коэффициент полезного действия электрической вращающейся машины. Более того, необходимо охлаждение лобовых частей обмотки. Для охлаждения требуется дополнительный монтажный объем.Usually the stator windings of such an electrical rotating machine, which can operate at a power of at least one megawatt, are made in the form of template windings. For example, template windings are made by drawing, casting, or powder metallurgy. At the ends of the template windings there is a frontal part of the winding, which is created by bending and bending the conductors of the template windings. This end winding requires a significant installation space in the axial direction. Due to the additional inactive length of the winding head conductor, ohmic losses occur which reduce the efficiency of the electrical rotating machine. Moreover, it is necessary to cool the ends of the winding. Additional installation volume is required for cooling.

В частности, в случае быстроходных машин с малым числом полюсов вследствие увеличенного из-за лобовых частей обмотки расстояния между подшипниками проявляется негативное влияние на динамику ротора. Кроме того, требуются дополнительные дорогостоящие меры для придания жесткости вследствие больших длин проводников, чтобы предотвращать недопустимые вибрации и деформации при работе. Более того, возрастают общая длина и вес электрической вращающейся машины. В частности, при модульной конструкции крупных машин, при которой многочисленные отдельные машины в осевом направлении образуют общую машину, вследствие лобовых частей обмоток возникают значительные электрически бесполезные длины.In particular, in the case of high-speed machines with a small number of poles, due to the increased distance between the bearings due to the frontal parts of the winding, a negative effect on the dynamics of the rotor is manifested. In addition, additional costly stiffening measures are required due to the large lengths of the conductors in order to prevent unacceptable vibrations and deformations during operation. Moreover, the overall length and weight of the electric rotating machine increases. In particular, with the modular design of large machines, in which numerous individual machines in the axial direction form a common machine, significant electrically useless lengths arise due to the end parts of the windings.

Изготовление лобовых частей обмотки шаблонных обмоток является весьма трудоемким при выполнении в полуавтоматическом режиме, например, при котором медные проводники изгибают так, чтобы они надлежащим образом могли помещаться в пазах. Последующее соединение каждых медных проводников, изоляция мест соединений и жесткое фиксирование медных проводников относительно друг друга выполняют вручную с высокими трудозатратами. Принцип действий обусловливает то, что это может быть достигнуто только при высоких трудозатратах, например, с использованием проводников с различной длиной, что связано с пайкой, с различными геометрическими формами проводников в пазах и в лобовых частях обмотки.The manufacture of winding ends of template windings is very labor intensive when performed in a semi-automatic manner, for example, in which the copper conductors are bent so that they can properly fit in the slots. The subsequent connection of each copper conductor, the isolation of the joints and the rigid fixation of the copper conductors relative to each other is carried out manually with high labor costs. The principle of operation determines that this can only be achieved with high labor costs, for example, using conductors with different lengths, which is associated with soldering, with different geometric shapes of the conductors in the grooves and in the end parts of the winding.

В случае обмоток с зубчатой намоткой, в частности, в варианте осуществления с плоской проволокой, расстояние между соседними пазами может быть настолько малым, насколько это позволяет выдерживаемый радиус изгиба изолированного медного проводника.In the case of gear-wound windings, in particular in the flat wire embodiment, the distance between adjacent slots can be as small as the bend radius of the insulated copper conductor allows.

Патентный документ DE 10 2009 032 882 В3 описывает способ изготовления шаблонной обмотки для ярусной обмотки динамоэлектрических машин, а также изготовленную указанным способом шаблонную обмотку. Для упрощения изготовления шаблонной обмотки ее формируют из исходного витка, причем исходный виток имеет две продольных стороны, которые предусмотрены для укладки в пазы статора или ротора динамоэлектрической машины. Исходный виток имеет две стороны лобовых частей обмотки, которые предназначены для того, чтобы в каждом случае образовывать лобовую часть обмотки шаблонной обмотки, причем продольные стороны отогнуты на 90° таким образом, что продольные стороны вставляются в пазы, и стороны лобовых частей обмотки отгибаются от продольных сторон.Patent document DE 10 2009 032 882 B3 describes a method for manufacturing a template winding for a tiered winding of dynamoelectric machines, as well as a template winding manufactured in this way. To simplify the manufacture of a template winding, it is formed from the initial coil, and the initial coil has two longitudinal sides, which are provided for laying in the grooves of the stator or rotor of the dynamoelectric machine. The initial turn has two ends of the winding, which are intended to form in each case the end of the winding of the template winding, with the longitudinal sides bent by 90 ° so that the longitudinal sides are inserted into the grooves, and the sides of the ends of the winding are bent from the longitudinal sides.

Патентный документ ЕР 1 742 330 В1 описывает лобовую часть обмотки статора для детали статора турбогенератора. Лобовая часть обмотки статора выполнена в форме диска со срединным проемом для пропускания якоря, причем диск имеет изолирующий основной корпус, в который встроено электрическое соединение для контактов проводников статора. Контакты изготовлены в форме штекерного соединения и/или с переходными соединениями.EP 1 742 330 B1 describes a stator end winding for a stator part of a turbogenerator. The frontal part of the stator winding is made in the form of a disk with a middle opening for passing the armature, and the disk has an insulating main body, in which the electrical connection for the contacts of the stator conductors is built. The contacts are made in the form of a plug connection and/or with transitional connections.

Выложенное описание к изобретению EP 3 297 131 A1 описывает статор для электрической вращающейся машины, который имеет статорный листовой пакет со стержнями катушки и по меньшей мере одну статорную пластину лобовой части обмотки с изолирующим основным корпусом. Для сокращения осевой длины статора предложено, чтобы в изолирующий основной корпус были интегрированы проводящие дорожки, причем по меньшей мере одна статорная пластина лобовой части обмотки находится на торцевой стороне статорного листового пакета, и причем проводящие дорожки неразъемно соединены со стержнями катушки.The published specification EP 3 297 131 A1 describes a stator for an electrical rotating machine which has a stator sheet pack with coil bars and at least one winding head stator plate with an insulating main body. To reduce the axial length of the stator, it is proposed that the conductive tracks be integrated into the insulating main body, with at least one stator plate of the front winding part being located on the end side of the stator sheet pack, and the conductive tracks being permanently connected to the coil rods.

Выложенное описание к изобретению EP 3 364 524 A1 описывает статор для электрической вращающейся машины, который имеет статорный листовой пакет со стержнями катушки и по меньшей мере одну пластину лобовой части обмотки, причем по меньшей мере одна пластина лобовой части обмотки прилегает к торцевой стороне статорного листового пакета, причем пластина лобовой части обмотки имеет основной корпус с первым диэлектрическим материалом, причем в пластину лобовой части обмотки встроены проводящие дорожки, которые соединены со стержнями катушки, причем пластина лобовой части обмотки имеет область со вторым диэлектрическим материалом, и/или область с третьим диэлектрическим материалом, причем второй диэлектрический материал и/или третий диэлектрический материал в каждом случае имеют более высокую теплопроводность и/или более высокую электрическую пробивную прочность, чем первый диэлектрический материал.Laid-open specification EP 3 364 524 A1 describes a stator for an electrical rotating machine which has a stator sheet pack with coil bars and at least one winding head plate, with at least one winding end plate adjacent to the end side of the stator sheet pack wherein the winding end plate has a main body with a first dielectric material, wherein conductive paths are embedded in the winding end plate that are connected to the coil rods, wherein the winding end plate has an area with a second dielectric material and/or an area with a third dielectric material , and the second dielectric material and/or the third dielectric material in each case have a higher thermal conductivity and/or a higher electrical breakdown strength than the first dielectric material.

В основу изобретения положена задача создания способа изготовления системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины, который, по сравнению с уровнем техники, является более простым и более экономичным.The invention is based on the object of providing a method for manufacturing a winding end system for an electric rotating machine which, compared to the prior art, is simpler and more economical.

Задача согласно изобретению решена посредством способа изготовления системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины по меньшей мере с одним изолирующим основным корпусом, который, по меньшей мере частично, выполнен из диэлектрического материала, причем многочисленные проводники из металлического материала в каждом случае по меньшей мере через один промежуточный слой соединены с изолирующим основным корпусом, причем промежуточный слой изготовлен из материала, который отличается от диэлектрического материала и от металлического материала, причем проводники нанесены на промежуточный слой первым способом термического напыления, в частности, способом холодного газодинамического напыления, причем промежуточный слой изготовлен из серебра, алюминия, сурьмы, магния, олова, цинка, свинца, тантала, или из их смеси и/или по меньшей мере из одного их сплава.The problem according to the invention is solved by a method for manufacturing a head winding system for an electrical rotating machine with at least one insulating main body which is at least partially made of a dielectric material, with multiple conductors of metallic material in each case at least one the intermediate layer is connected to the insulating main body, the intermediate layer is made of a material that is different from the dielectric material and from the metallic material, the conductors being deposited on the intermediate layer by a first thermal spraying method, in particular a cold gas dynamic spraying method, the intermediate layer is made of silver , aluminum, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum, or a mixture thereof and/or at least one of their alloys.

Кроме того, задача решена согласно изобретению посредством системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины, которая изготовлена подобным способом, причем система лобовой части обмотки имеет по меньшей мере один изолирующий основной корпус, который, по меньшей мере частично, изготовлен из диэлектрического материала, причем многочисленные проводники из металлического материала в каждом случае по меньшей мере через один промежуточный слой соединены с изолирующим основным корпусом, причем промежуточный слой изготовлен из материала, который отличается от диэлектрического материала и от металлического материала, причем проводники нанесены на промежуточный слой первым способом термического напыления, причем промежуточный слой изготовлен из серебра, алюминия, сурьмы, магния, олова, цинка, свинца, тантала, или из их смеси и/или по меньшей мере из одного их сплава.Furthermore, the problem is solved according to the invention by means of a head winding system for an electric rotating machine which is made in a similar manner, the head winding system having at least one insulating main body which is at least partially made of a dielectric material, wherein numerous the conductors of metallic material are in each case connected to the insulating main body through at least one intermediate layer, the intermediate layer being made of a material which differs from the dielectric material and from the metallic material, the conductors being deposited on the intermediate layer by a first thermal spraying process, the intermediate the layer is made of silver, aluminum, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum, or a mixture thereof and/or at least one of their alloys.

Более того, задача решена согласно изобретению посредством статора для электрической вращающейся машины, который имеет проводящий магнитное поле элемент статора и по меньшей мере одну подобную систему лобовой части обмотки.Moreover, the problem is solved according to the invention by means of a stator for an electrical rotating machine, which has a magnetically conductive stator element and at least one such end winding system.

Кроме того, задача согласно изобретению решена посредством электрической вращающейся машины по меньшей мере с подобным статором.In addition, the problem according to the invention is solved by means of an electric rotary machine with at least a similar stator.

Приведенные далее в отношении способа преимущества и предпочтительные варианты осуществления могут быть целесообразно распространены применительно к системе лобовой части обмотки, статору и электрической вращающейся машине.The advantages and preferred embodiments given below in relation to the method can be expediently extended to the end winding system, the stator and the electric rotating machine.

Изобретение основывается на намерении оптимизировать изготовление системы лобовой части обмотки применением способа термического напыления, в котором проводники системы лобовой части обмотки формируют напылением частиц металлического твердого материала, так называемых напыляемых частиц, на изолирующий основной корпус поверх промежуточного слоя. Напылением напыляемых частиц образуют плотный слой с прочным сцеплением. Например, способы термического напыления включают электродуговое напыление, плазменное напыление, пламенное напыление, или холодное газодинамическое напыление. Напыляемые частицы содержат, например, медь, тогда как изолирующий основной корпус изготовлен из диэлектрического материала, например, из синтетического материала или керамического материала. В альтернативном варианте, изолирующий основной корпус имеет, например, электропроводную монтажную пластину, которая, по меньшей мере в области проводника, покрыта изоляционным слоем из диэлектрического материала, например, из синтетического материала или керамического материала.The invention is based on the intention to optimize the manufacture of the end winding system by using a thermal spraying method in which the conductors of the end winding system are formed by spraying particles of metallic hard material, so-called spray particles, onto an insulating main body over an intermediate layer. By spraying the sprayed particles form a dense layer with strong adhesion. For example, thermal spraying methods include arc spraying, plasma spraying, flame spraying, or cold gas spraying. The sprayed particles contain, for example, copper, while the insulating main body is made of a dielectric material, such as a synthetic material or a ceramic material. Alternatively, the insulating main body has, for example, an electrically conductive mounting plate which, at least in the region of the conductor, is covered with an insulating layer of dielectric material, such as synthetic material or ceramic material.

Чтобы тем не менее избежать повреждения изолирующего основного корпуса, на нем размещают промежуточный слой из материала, который отличается от диэлектрического материала и от металлического материала, на который напыляют напыляемые частицы. Промежуточный слой соединен с диэлектрическим материалом изолирующего основного корпуса, и, например, выполнен серебра (Ag), алюминия, сурьмы, магния, олова, цинка, свинца, тантала, или из их смеси и/или по меньшей мере из одного их сплава. С помощью способа термического напыления, сравнительно с другими способами аддитивного формирования, могут быть за короткое время и геометрически очень гибко изготовлены толстые слои, например, в миллиметровом диапазоне и в сантиметровом диапазоне. Тем самым способом термического напыления технологический процесс делают более простым и более экономичным.In order to nevertheless avoid damage to the insulating main body, an intermediate layer of a material which is different from the dielectric material and from the metal material on which the sputtered particles are deposited is placed thereon. The intermediate layer is connected to the dielectric material of the insulating main body, and is, for example, made of silver (Ag), aluminum, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum, or a mixture thereof and/or at least one alloy thereof. With the thermal spray process, compared to other additive forming methods, thick layers, for example in the millimeter range and in the centimeter range, can be produced in a short time and geometrically very flexibly. In this way, the thermal spraying process is made simpler and more economical.

В одном предпочтительном варианте осуществления проводники напыляют на промежуточный слой способом холодного газодинамического напыления. В отношении холодного газодинамического напыления речь идет о способе термического напыления, причем напыляемые частицы ускоряют до таких высоких скоростей, что они, в отличие от других способов термического напыления, при столкновении с подложкой образуют на ней толстый и прочно сцепленный слой без предшествующего наплавления или расплавления. Поскольку нанесенный способом холодного газодинамического напыления материал не расплавляется, а формируется за счет своей кинетической энергии, промежуточный слой и диэлектрический основной корпус, по сравнению с другими способами термического напыления, испытывают только очень незначительные температурные нагрузки.In one preferred embodiment, the conductors are sprayed onto the intermediate layer by cold gas spraying. With regard to cold gas-dynamic spraying, we are talking about a thermal spraying method, and the sprayed particles are accelerated to such high speeds that, unlike other thermal spraying methods, they form a thick and strongly adherent layer on it when they collide with the substrate without prior deposition or melting. Since the material deposited by the cold gas dynamic spraying method does not melt, but is formed due to its kinetic energy, the intermediate layer and the dielectric main body, compared to other thermal spraying methods, experience only very small temperature loads.

В одном предпочтительном варианте осуществления промежуточный слой соединен с изолирующим основным корпусом посредством по меньшей мере геометрического замыкания. Посредством одного, в частности, дополнительного, геометрического замыкания система лобовой части обмотки защищена, например, от термических и/или механических внешних воздействий.In one preferred embodiment, the intermediate layer is connected to the insulating main body by at least a positive fit. By means of one, in particular additional, positive locking, the winding end system is protected, for example, against thermal and/or mechanical external influences.

В дополнительном благоприятном варианте осуществления промежуточный слой напыляют на изолирующий основной корпус вторым способом термического напыления, в частности, способом холодного газодинамического напыления, причем второй способ термического напыления отличается от первого способа термического напыления. В то время как металлический материал проводников имеет по возможности высокую удельную электрическую проводимость, материал промежуточного слоя пригоден для формирования механически и термически стабильного соединения между диэлектрическим основным корпусом и данными проводниками. В частности, второй способ термического напыления оптимизирован для бережного нанесения промежуточного слоя на диэлектрический основной корпус. Кроме того, промежуточный слой напыляют способом термического напыления, чтобы осуществить общий и унифицированный способ изготовления.In a further advantageous embodiment, the intermediate layer is sprayed onto the insulating main body by a second thermal spraying method, in particular a cold gas dynamic spraying method, the second thermal spraying method being different from the first thermal spraying method. While the metallic material of the conductors has as high an electrical conductivity as possible, the material of the intermediate layer is suitable for forming a mechanically and thermally stable connection between the dielectric main body and these conductors. In particular, the second thermal spraying method is optimized for gentle deposition of the intermediate layer on the dielectric main body. In addition, the intermediate layer is sprayed by a thermal spraying method to realize a common and unified manufacturing method.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления второй способ термического напыления отличается от первого способа термического напыления в отношении скорости и/или размера частиц. Например, при применении мягкого материала, такого как олово, требуется меньшая кинетическая энергия, и тем самым частицы твердого материала при столкновении образуют плотный слой с прочным сцеплением. Благодаря этому предотвращаются повреждения диэлектрического основного корпуса.In a further preferred embodiment, the second thermal spray method differs from the first thermal spray method in terms of speed and/or particle size. For example, when using a soft material such as tin, less kinetic energy is required, and thus the particles of the hard material form a dense layer with strong adhesion when they collide. This prevents damage to the dielectric main body.

Промежуточный слой особенно предпочтительно размещают, по меньшей мере частично, в пазах изолирующего основного корпуса. В результате размещения в пазах промежуточный слой становится устойчивым к внешним воздействиям.The intermediate layer is particularly preferably placed at least partially in the grooves of the insulating main body. As a result of placement in the grooves, the intermediate layer becomes resistant to external influences.

В дополнительном благоприятном варианте осуществления пазы изолирующего основного корпуса имеют профилирование, посредством которого создается соединение с геометрическим замыканием. Например, профилирование выполняют в форме ласточкина хвоста или с Т-образной формой. Путем профилирования стабилизируют соединение с геометрическим замыканием.In a further advantageous embodiment, the grooves of the insulating main body are profiled, by means of which a form-fitting connection is created. For example, profiling is performed in the form of a dovetail or with a T-shape. By profiling, the positively locking connection is stabilized.

В одном предпочтительном варианте осуществления, на следующем этапе наносят электрическую изоляцию. Посредством электрической изоляции, например, предотвращают короткое замыкание между проводниками.In one preferred embodiment, the next step is to apply electrical insulation. By means of electrical insulation, for example, a short circuit between the conductors is prevented.

В особенности предпочтительно в изолирующем основном корпусе размещают охлаждающие каналы. Через каналы во время работы протекает охлаждающая текучая среда, которая отводит выделяющееся в проводниках тепло. В частности, при применении изолирующего основного корпуса с низкой теплопроводностью необходимо охлаждать проводники с помощью охлаждающих каналов.Particularly preferably, cooling channels are placed in the insulating main body. During operation, a cooling fluid flows through the channels, which removes the heat generated in the conductors. In particular, when using an insulating main body with low thermal conductivity, it is necessary to cool the conductors by means of cooling channels.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления проводники размещены по меньшей мере в двух плоскостях, в частности, размещенных в осевом направлении друг за другом. За счет размещения в плоскостях сокращают необходимое для монтажа системы лобовой части обмотки пространство.In a further preferred embodiment, the conductors are arranged in at least two planes, in particular arranged in the axial direction one behind the other. Due to the placement in the planes, the space required for mounting the winding end system is reduced.

В особенности предпочтительно проводники по меньшей мере двух плоскостей соединены друг с другом соединительными элементами. Например, соединительный элемент представляет собой проводящий элемент, который неразъемно соединен с проводником первой плоскости и проводником второй плоскости. Благодаря подобному соединительному элементу система лобовой части обмотки также является стабильной даже при очень высокой механической и/или термической нагрузке.Particularly preferably, the conductors of at least two planes are connected to each other by connecting elements. For example, the connecting element is a conductive element that is permanently connected to the first plane conductor and the second plane conductor. Thanks to such a connecting element, the end winding system is also stable even under very high mechanical and/or thermal loads.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления применяют диэлектрический материал с электрической пробивной прочностью по меньшей мере 10 кВ/мм. Например, подобными диэлектрическими материалами являются термопластичные синтетические материалы, такие как плексиглас и поливинилхлорид (PVC), армированные стекловолокном эпоксидные смолы, которые необязательно содержат слюду, или керамические материалы, такие как оксид алюминия. С помощью материала с подобной высокой электрической пробивной прочностью можно уменьшить расстояние между проводниками и сократить необходимое для размещения системы лобовой части обмотки место.In a further preferred embodiment, a dielectric material with an electrical breakdown strength of at least 10 kV/mm is used. For example, such dielectric materials are thermoplastic synthetic materials such as plexiglass and polyvinyl chloride (PVC), glass fiber reinforced epoxy resins, which optionally contain mica, or ceramic materials such as alumina. By using a material with such a high dielectric strength, it is possible to reduce the distance between the conductors and reduce the space required for the end winding system.

В особенности предпочтительно применяют металлический материал, который имеет более высокую электрическую проводимость и/или более высокую прочность, чем материал промежуточного слоя. Например, в качестве металлического материала используют медь или медный сплав, тогда как промежуточный слой содержит, например, олово. Посредством подобных материалов обеспечивают возможность простого и экономичного изготовления системы лобовой части обмотки с высокой нагрузочной способностью по току и высокой механической стабильностью.Particular preference is given to using a metallic material which has a higher electrical conductivity and/or a higher strength than the material of the intermediate layer. For example, copper or a copper alloy is used as the metallic material, while the intermediate layer contains, for example, tin. By means of such materials, it is possible to easily and economically manufacture a winding end system with a high current carrying capacity and high mechanical stability.

Далее изобретение более подробно описано и разъяснено с помощью представленных на Фигурах примеров осуществления.The invention is further described and explained in more detail with the help of the exemplary embodiments shown in the Figures.

Показаны:Shown:

ФИГ. 1 - вид в продольном разрезе электрической вращающейся машины,FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electric rotary machine,

ФИГ. 2 - трехмерное изображение системы лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины,FIG. 2 is a three-dimensional view of a head winding system for an electrical rotating machine,

ФИГ. 3 - увеличенный поперечный разрез первого варианта осуществления системы лобовой части обмотки в,FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the first embodiment of the winding head system,

ФИГ. 4 - поперечный разрез проводников системы лобовой части обмотки,FIG. 4 - cross section of the conductors of the system of the frontal part of the winding,

ФИГ. 5 - схематическое изображение способа изготовления системы лобовой части обмотки,FIG. 5 is a schematic representation of a method for manufacturing a winding head system,

ФИГ. 6 - увеличенный поперечный разрез второго варианта осуществления системы лобовой части обмотки, FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the second embodiment of the end winding system,

ФИГ. 7 - увеличенный поперечный разрез третьего варианта осуществления системы осуществления.FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a third embodiment of the implementation system.

В отношении разъясняемых далее примеров осуществления речь идет о предпочтительных вариантах осуществления изобретения. В примерах осуществления описываемые компоненты вариантов осуществления в каждом случае представляют отдельные, рассматриваемые независимо друг от друга признаки изобретения, которые в каждом случае, также независимо друг от друга, представляют усовершенствования изобретения, и тем самым также должны рассматриваться по отдельности или в иной, нежели показанная, комбинации как составная часть изобретения. Кроме того, описываемые варианты осуществления также могут быть дополнены дополнительными уже описанными признаками изобретения.With regard to the following exemplary embodiments, we are talking about preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments in each case represent separate features of the invention, considered independently of each other, which in each case, also independently of each other, represent improvements to the invention, and are thus also to be considered individually or in a different manner than that shown. , combinations as an integral part of the invention. In addition, the described embodiments can also be supplemented by additional features of the invention already described.

Одинаковые ссылочные позиции имеют на различных Фигурах одно и то же значение.Like reference numerals have the same meaning in different Figures.

ФИГ. 1 показывает вид в продольном разрезе электрической вращающейся машины 2, которая в качестве примера выполнена как синхронная машина. Синхронная машина имеет вращающийся вокруг оси 4 вращения ротор 6, который в качестве примера представляет собой ротор с выступающими полюсами, и статор 8, окружающий ротор 6. Между ротором 6 и статором 8 находится зазор 10, который, в частности, предусмотрен как воздушный зазор. Ось 4 вращения определяет осевое направление, радиальное направление и окружное направление. Ротор 6 включает вал 12 и явно выраженные полюса 14 с обмоткой 16 полюсов. В альтернативном варианте, ротор 6 имеет постоянные магниты или короткозамкнутую клетку.FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of an electric rotating machine 2, which is designed as a synchronous machine as an example. The synchronous machine has a rotor 6 rotating around an axis 4 of rotation, which is an exemplary rotor with protruding poles, and a stator 8 surrounding the rotor 6. Between the rotor 6 and the stator 8 there is a gap 10, which, in particular, is provided as an air gap. The rotation axis 4 defines an axial direction, a radial direction, and a circumferential direction. The rotor 6 includes a shaft 12 and pronounced poles 14 with a winding of 16 poles. Alternatively, the rotor 6 has permanent magnets or a short cage.

Статор 8 включает проводящий магнитное поле, в частности, подавляющий вихревые токи статорный элемент 18, который выполнен как пакет пластин, и статорную обмотку 20. Статорная обмотка 20 включает стержни 22 катушки, которые, например, изготовлены из меди, и в осевом направлении пролегают через проводящий магнитное поле статорный элемент 18. Осевые концы стержней 22 катушки в каждом случае соединены с системой 24 лобовой части обмотки. Элементы присоединения статорной обмотки 20, например, на клеммной коробке, из соображений наглядности не изображены.The stator 8 includes a magnetically conductive, in particular eddy current-suppressing stator element 18, which is formed as a stack of laminations, and a stator winding 20. The stator winding 20 includes coil rods 22, which, for example, are made of copper and extend axially through a magnetically conducting stator element 18. The axial ends of the coil rods 22 are in each case connected to the winding end system 24 . The connection elements of the stator winding 20, for example, on the terminal box, are not shown for reasons of clarity.

ФИГ. 2 показывает трехмерное изображение системы 24 лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины 2. Система 24 лобовой части обмотки включает, например, две плоскости Е1, Е2, расположенных друг за другом в осевом направлении , в каждом случае с изолирующим основным корпусом 26, 28. Система 24 лобовой части обмотки предусмотрена для двухслойной обмотки. Изолирующий основной корпус 26, 28 имеет по существу форму полого цилиндра, и изготовлен из диэлектрического материала, например, из синтетического материала или керамического материала, с электрической пробивной прочностью по меньшей мере 10 кВ/мм. Каждый уровень объединяет многочисленные проводники 30, причем проводники 30 соединены с данным изолирующим основным корпусом 26, 28. Проводники 30 имеют, например, прямоугольное или квадратное поперечное сечение, и изготовлены из металлического материала, в частности, меди, с удельной проводимостью по меньшей мере 50 МСм/м. На проводниках 30 размещены металлические соединительные участки 32, чтобы создавать соединение проводников 30 с данными соответственными стержнями 22 катушки, Кроме того, проводники 30 соответствующих плоскостей Е1, Е2 соединены через электрически проводящие соединительные элементы 34. Например, соединительные элементы 34 изготовлены из меди. Дополнительный вариант осуществления системы 24 лобовой части обмотки в ФИГ. 2 соответствует изображенному в ФИГ. 1.FIG. 2 shows a three-dimensional view of an end winding system 24 for an electrical rotating machine 2. The end winding system 24 includes, for example, two planes E1, E2 arranged one behind the other in the axial direction, in each case with an insulating main body 26, 28. The system 24 winding end is provided for double-layer winding. The insulating main body 26, 28 is substantially in the form of a hollow cylinder, and is made of a dielectric material, such as synthetic material or ceramic material, with an electrical breakdown strength of at least 10 kV/mm. Each level integrates multiple conductors 30, the conductors 30 being connected to a given insulating main body 26, 28. The conductors 30 have, for example, a rectangular or square cross-section, and are made of a metallic material, in particular copper, with a conductivity of at least 50 MSm/m. Metal connecting portions 32 are placed on the conductors 30 to create a connection of the conductors 30 with these respective coil bars 22. In addition, the conductors 30 of the respective planes E1, E2 are connected via electrically conductive connecting elements 34. For example, the connecting elements 34 are made of copper. An additional embodiment of the end winding system 24 in FIG. 2 corresponds to that shown in FIG. one.

ФИГ. 3 показывает увеличенный вид в поперечном разрезе системы 24 лобовой части обмотки в первом варианте осуществления. Проводники 30 в каждом случае через по меньшей мере один промежуточный слой 36 соединены с данным изолирующим основным корпусом 26, 28, причем промежуточный слой 36 образует проводящую основу, и посредством соединения с геометрическим замыканием связан с данным изолирующим основным корпусом 26, 28. Промежуточный слой 36 выполнен из материала, который отличается от диэлектрического материала данного изолирующего основного корпуса 26, 28, и от металлического материала проводников 30. Например, промежуточный слой 36 изготовлен из серебра, алюминия, сурьмы, магния, олова, цинка, свинца, тантала, или из их смеси и/или по меньшей мере из одного их сплава. Промежуточный слой 36 необязательно имеет дополнительные наполнители, например, такие как керамический материал.FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the end winding system 24 in the first embodiment. The conductors 30 are in each case connected via at least one intermediate layer 36 to the given insulating main body 26, 28, the intermediate layer 36 forming a conductive base and being positively connected to the given insulating main body 26, 28. Intermediate layer 36 is made of a material that is different from the dielectric material of the insulating main body 26, 28 and from the metallic material of the conductors 30. For example, the intermediate layer 36 is made of silver, aluminum, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum, or their mixtures and/or at least one of their alloys. The intermediate layer 36 optionally has additional fillers such as, for example, a ceramic material.

Проводники 30 изготовлены из частиц электрически проводящего твердого материала, которые напылены первым способом термического напыления, в частности, способом холодного газодинамического напыления. Например, частицы электрически проводящего твердого материала содержат медь, причем первым способом термического напыления достигают удельной электрической проводимости по меньшей мере 50 МСм/м.The conductors 30 are made of particles of an electrically conductive solid material which are deposited by a first thermal spraying method, in particular a cold gas dynamic spraying method. For example, the particles of the electrically conductive solid material contain copper, and the electrical conductivity of at least 50 MSm/m is achieved by the first thermal spraying method.

Промежуточный слой 36 также изготовлен из частиц электрически проводящего твердого материала, которые напылены вторым способом термического напыления, в частности, способом холодного газодинамического напыления, на изолирующий основной корпус 26, 28, причем второй способ термического напыления отличается от первого способа термического напыления. В частности, второй способ термического напыления отличается от первого способа термического напыления в отношении типа используемых частиц, скорости частиц и/или размера частиц. В альтернативном варианте, промежуточный слой 36 получают другим способом, например, литьем или гальваническим способом. Дополнительный вариант осуществления системы 24 лобовой части обмотки в ФИГ. 3 соответствует изображенному в ФИГ. 2.The intermediate layer 36 is also made of particles of an electrically conductive solid material which are deposited by a second thermal spraying method, in particular a cold gas dynamic spraying method, onto the insulating main body 26, 28, the second thermal spraying method being different from the first thermal spraying method. In particular, the second thermal spraying method differs from the first thermal spraying method in terms of the type of particles used, the speed of the particles, and/or the size of the particles. Alternatively, the intermediate layer 36 is obtained by another method, such as casting or electroplating. An additional embodiment of the end winding system 24 in FIG. 3 corresponds to that shown in FIG. 2.

ФИГ. 4 показывает вид в поперечном разрезе проводников 30 системы 24 лобовой части обмотки, причем проводники 30 соединены в каждом случае через один промежуточный слой 36 с изолирующим основным корпусом 26. Промежуточный слой 36 в каждом случае размещен в пазах 38 изолирующего основного корпуса 26. Пазы 38 имеют профилирование 40, посредством которого создается соединение с геометрическим замыканием с изолирующим основным корпусом 26. В частности, паз 38 профилирован сужающимся в наружную сторону, чтобы обеспечивать соединение с геометрическим замыканием данного промежуточного слоя 36 с изолирующим основным корпусом 26. Например, паз 38 выполнен в виде паза с Т-образной формой или в виде ласточкина хвоста. Дополнительный вариант осуществления системы 24 лобовой части обмотки в ФИГ. 4 соответствует изображенному в ФИГ. 3.FIG. 4 shows a cross-sectional view of the conductors 30 of the end winding system 24, the conductors 30 being connected in each case via one intermediate layer 36 to the insulating main body 26. The intermediate layer 36 is in each case placed in the grooves 38 of the insulating main body 26. The grooves 38 have shaping 40 by which a form-fitting connection with the insulating main body 26 is created. groove with a T-shape or in the form of a dovetail. An additional embodiment of the end winding system 24 in FIG. 4 corresponds to that shown in FIG. 3.

ФИГ. 5 показывает схематическое изображение способа изготовления системы 24 лобовой части обмотки, причем сначала в пазах 38 формируют изолирующий основной корпус 26 из диэлектрического материала. Пазы имеют профилирование 40, благодаря которому образуется выступ диэлектрического материала изолирующего основного корпуса 26, например, в области отверстия паза 38.FIG. 5 shows a schematic representation of a method of manufacturing a head winding system 24, wherein first an insulating main body 26 of dielectric material is formed in the slots 38. The grooves have a profiling 40, which forms a protrusion of the dielectric material of the insulating main body 26, for example, in the area of the opening of the groove 38.

На следующем этапе в пазах 36 размещают промежуточный слой 36, который по существу заподлицо выровнен с поверхностью 42 изолирующего основного корпуса 26. Промежуточный слой 36 наносят на изолирующий основной корпус 26 вторым способом термического напыления, в частности, способом холодного газодинамического напыления. Чтобы равномерно заполнить паз 38, несмотря на профилирование 40, частицы во втором способе термического напыления напыляют в данный паз 38 с различных направлений. В альтернативном варианте промежуточный слой 36 наносят в пазы 38 другим путем, например, литьем или гальваническим способом.In the next step, an intermediate layer 36 is placed in the grooves 36, which is substantially flush with the surface 42 of the insulating main body 26. The intermediate layer 36 is applied to the insulating main body 26 by a second thermal spraying method, in particular, a cold gas dynamic spraying method. In order to uniformly fill the groove 38 despite the profiling 40, particles in the second thermal spraying method are sprayed into this groove 38 from different directions. Alternatively, the intermediate layer 36 is applied to the grooves 38 in another way, such as by casting or electroplating.

На следующем этапе на промежуточный слой 36 напыляют проводники 30 первым способом термического напыления, в частности, способом холодного газодинамического напыления. В частности, при применении частиц из меди, которые напыляют на промежуточный слой 36 способом холодного газодинамического напыления, промежуточный слой 36 позволяет обеспечить лучшее сцепление и более высокую плотность частиц, так как частицы можно напылять на промежуточный слой 36 с большей скоростью, чем на изолирующий основной корпус 26. Наряду с улучшенной стабильностью при применении промежуточного слоя 36 для проводников 30, достигают повышенной удельной электрической проводимости. Кроме того, в ФИГ. 5 не представлена стадия нанесения электрической изоляции по меньшей мере на проводники 30. Дополнительный вариант осуществления системы 24 лобовой части обмотки в ФИГ. 5 соответствует изображенному в ФИГ. 4.In the next step, the conductors 30 are sprayed onto the intermediate layer 36 by a first thermal spraying method, in particular a cold gas dynamic spraying method. In particular, when using particles of copper that are sprayed onto the intermediate layer 36 by the cold gas dynamic spraying method, the intermediate layer 36 allows for better adhesion and a higher density of the particles, since the particles can be sprayed onto the intermediate layer 36 at a higher speed than on the insulating base layer. case 26. In addition to improved stability, an increased electrical conductivity is achieved by using the intermediate layer 36 for the conductors 30. In addition, in FIG. 5 does not show the step of applying electrical insulation to at least the conductors 30. An additional embodiment of the end winding system 24 in FIG. 5 corresponds to that shown in FIG. 4.

ФИГ. 6 показывает увеличенный вид в поперечном разрезе системы 24 лобовой части обмотки во втором варианте осуществления. Проводники 30 с обеих сторон соединены в каждом случае через один промежуточный слой 36 с изолирующим основным корпусом 26, причем в каждом случае сторона изолирующего основного корпуса 26 с данным промежуточным слоем 36 и связанными с ним проводниками 30 образует плоскость Е1, Е2. Проводники 30 плоскостей Е1, Е2 соединены друг с другом посредством электрически проводящих соединительных элементов 34, которые, например, изготовлены из меди. Кроме того, система 24 лобовой части обмотки имеет по меньшей мере один охлаждающий канал 46, чтобы с обеих сторон охлаждать пропускающие ток проводники 30 системы 24 лобовой части обмотки посредством протекающего по меньшей мере через один охлаждающий канал 46 потока охлаждающей текучей среды. Например, по меньшей мере один охлаждающий канал 46 размещен по осевому направлению. Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере один охлаждающий канал 46, по меньшей мере частично, размещают в радиальном направлении. В качестве охлаждающей текучей среды могут быть использованы воздух, технологический газ, вода, масло, или другие жидкостные и/или газообразные охлаждающие среды. Дополнительный вариант осуществления системы 24 лобовой части обмотки в ФИГ. 6 соответствует изображенному в ФИГ. 5.FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of the end winding system 24 in the second embodiment. The conductors 30 on both sides are connected in each case through one intermediate layer 36 to the insulating main body 26, and in each case the side of the insulating main body 26 with this intermediate layer 36 and the conductors 30 associated with it forms a plane E1, E2. The conductors 30 of the planes E1, E2 are connected to each other by means of electrically conductive connecting elements 34, which, for example, are made of copper. In addition, the head winding system 24 has at least one cooling channel 46 to cool the current-carrying conductors 30 of the head winding system 24 on both sides by means of a cooling fluid flow flowing through the at least one cooling channel 46 . For example, at least one cooling channel 46 is placed in the axial direction. Additionally or alternatively, at least one cooling channel 46 is at least partially located in the radial direction. The cooling fluid may be air, process gas, water, oil, or other liquid and/or gaseous cooling media. An additional embodiment of the end winding system 24 in FIG. 6 corresponds to that shown in FIG. 5.

ФИГ. 7 показывает увеличенный вид в поперечном разрезе системы 24 лобовой части обмотки в третьем варианте осуществления, который включает две плоскости Е1, Е2, расположенные в осевом направлении друг за другом , в каждом случае с изолирующим основным корпусом 26, 28. Изолирующие основные корпуса 26, 28 имеют охлаждающие каналы 46, причем по меньшей мере один охлаждающий канал 46 первого изолирующего основного корпуса 26 находится в сообщении по текучей среде по меньшей мере с одним охлаждающим каналом 46 второго изолирующего основного корпуса 28. Дополнительный вариант осуществления системы 24 лобовой части обмотки в ФИГ. 7 соответствует изображенному в ФИГ. 6.FIG. 7 shows an enlarged cross-sectional view of the end winding system 24 in the third embodiment, which includes two planes E1, E2 axially one behind the other, in each case with an insulating main body 26, 28. Insulating main bodies 26, 28 have cooling channels 46, wherein at least one cooling channel 46 of the first insulating main body 26 is in fluid communication with at least one cooling channel 46 of the second insulating main body 28. An additional embodiment of the head winding system 24 in FIG. 7 corresponds to that shown in FIG. 6.

В порядке обобщения, изобретение относится к способу изготовления системы 24 лобовой части обмотки для электрической вращающейся машины 2. Чтобы сделать систему 24 лобовой части обмотки более простой и экономичной в изготовлении сравнительно с прототипом, предложено, чтобы система 24 лобовой части обмотки имела по меньшей мере один изолирующий основной корпус 26, 28, который по меньшей мере частично выполнен из диэлектрического материала, причем многочисленные проводники 30 из металлического материала в каждом случае через по меньшей мере один промежуточный слой 35 были соединены с изолирующим основным корпусом 26, 28, причем промежуточный слой 36 изготовлен из материала, который отличается от диэлектрического материала и от металлического материала, причем проводники 30 напылены на промежуточный слой 36 первым способом термического напыления.In summary, the invention relates to a method for manufacturing a head winding system 24 for an electrical rotating machine 2. an insulating main body 26, 28, which is at least partially made of a dielectric material, wherein numerous conductors 30 of metallic material in each case through at least one intermediate layer 35 have been connected to the insulating main body 26, 28, the intermediate layer 36 being made of a material that is different from a dielectric material and from a metallic material, wherein the conductors 30 are sputtered onto the intermediate layer 36 by a first thermal spraying method.

Claims

1. A method of manufacturing a winding end system (24) for an electric rotating machine (2) with at least one insulating main body (26, 28), which is at least partially made of a dielectric material, with a plurality of conductors (30) of metallic material in each case through at least one intermediate layer (36) connected to the insulating main body (26, 28),

moreover, the intermediate layer (36) is made of a material that differs from the dielectric material and from the metallic material,

moreover, the conductors (30) are sprayed onto the intermediate layer (36) by the first thermal spraying method,

characterized in that

the intermediate layer (36) is made of silver, aluminium, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum, or a mixture thereof and/or at least one of their alloys, the intermediate layer (36) being connected to the insulating main body ( 26, 28) by means of at least one form-fitting connection, wherein the intermediate layer (36) is at least partially placed in the grooves (38) of the insulating main body (26, 28), wherein the grooves (38) of the insulating main body ( 26, 28) have profiling (40), by means of which a form-locking connection is created.

2. The method according to claim 1, wherein the conductors (30) are deposited on the intermediate layer (36) by cold gas-dynamic spraying.

3. The method according to any one of paragraphs. 1 or 2, wherein the intermediate layer (36) is sprayed onto the insulating main body (26, 28) by a second thermal spraying method, in particular a cold gas dynamic spraying method, the second thermal spraying method being different from the first thermal spraying method.

4. The method according to claim 3, wherein the second thermal spraying method differs from the first thermal spraying method in terms of speed and/or particle size.

5. Method according to any one of the preceding claims, wherein the next step is electrical insulation.

6. A method according to any one of the preceding claims, wherein the insulating main body (26) houses the cooling channels (46).

7. Method according to any one of the preceding claims, wherein the conductors (30) are placed in at least two planes (E1, E2), in particular axially one behind the other.

8. The method according to claim 7, wherein the conductors (30) of at least two planes (E1, E2) are interconnected by means of connecting elements (34).

9. A method according to any one of the preceding claims, wherein a dielectric material with an electrical breakdown strength of at least 10 kV/mm is used.

10. A method according to any one of the preceding claims, wherein a metal material is used which has a higher electrical conductivity and/or a higher strength than the material of the intermediate layer (36).

11. Winding end system (4) for an electric rotating machine (2), which is manufactured by the method according to any one of the preceding claims,

moreover, the winding end system (4) has at least one insulating main body (26, 28), which is at least partially made of a dielectric material,

moreover, a plurality of conductors (30) of metallic material in each case through at least one intermediate layer (36) are connected to the insulating main body (26, 28),

moreover, the intermediate layer (36) is made of silver, aluminum, antimony, magnesium, tin, zinc, lead, tantalum, or from a mixture thereof and / or at least one of their alloys, and the intermediate layer (36) is connected to the insulating main body (26, 28) by at least one form-fitting connection, wherein the intermediate layer (36) is at least partially placed in the grooves (38) of the insulating main body (26, 28), wherein the grooves (38) of the insulating main body (26, 28) have profiling (40), by means of which a form-locking connection is created.

12. Stator (8) for an electric rotating machine (2), which has a magnetic field-conducting stator element (18) and at least one winding end system (24) according to claim 11.

13. Stator (8) according to claim 12, which has rods (22) of the coil, which, at least partially, are placed lying in the magnetic field-conducting element (18) of the stator and connected to the conductors (30) of the system (24) of the frontal part windings.

14. Stator (8) according to claim 13, wherein the conductors (30) are arranged substantially perpendicular to the coil bars (22).

15. Electric rotating machine (2) with at least one stator (8) according to any one of paragraphs. 12-14.