WO2012167299A2 - Verschlusskeil - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • 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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    • H02K3/487—Slot-closing devices
    • H02K3/493—Slot-closing devices magnetic

Definitions

  • the invention relates to locking wedges for insertion into the keyways of electric motors or power generators.
  • the rotor and the stator of an electric motor comprise pole shoes which are separated from one another by slots, between which coil windings, usually made of copper wire, run. Not only, but above all stabilization of the system against vibration, these grooves are closed after insertion of the coil windings with sealing wedges.
  • closure wedges are nowadays usually made of plastics, especially glass fiber reinforced plastics (GRPs), on the one hand a layer structure and on the other hand, a filling with magnetic materials such as iron powder, have proven.
  • GRPs glass fiber reinforced plastics
  • the latter serves to give the wedge magnetic properties.
  • the wedges are usually made by milling composite panels.
  • the cross-sectional shape of the sealing wedges must be adapted precisely to those of the grooves in order to ensure the most stable possible seating in the groove. In Fig. 1, some known cross-sectional shapes are shown.
  • Disadvantages of all known embodiments include, inter alia, that at an excessive content of magnetic filling, such as iron content, although the electrical and magnetic properties of the wedge are improved, but the mechanical strength decreases sharply.
  • magnetic filling such as iron content
  • the mechanical strength decreases sharply.
  • delamination of the individual layers occurs, which can lead to breakage of the wedge and, as a consequence, to engine failure.
  • spacers between the coil and the magnetic wedge which are not always completely wetted by the impregnating resin when the motor or generator is impregnated.
  • the bond is not always complete, but there are areas of low adhesion, where the wedge thus sits slightly looser and can be further loosened by the constant mechanical and magnetic load until it can move so strong that delamination occurs.
  • the aim of the invention was therefore to provide closure wedges, with which the above problems can be at least partially solved.
  • a sealing wedge for insertion into a keyway of an electric motor or current generator, which is characterized in that it has a base on its inside and / or outside.
  • a pedestal is herein understood to mean an extension of the wedge, which has a smaller width than the maximum width of the wedge and which protrudes into the groove or into the air gap above it.
  • the maximum width of the wedge corresponds to the maximum distance between the Nutzähnen, in which the respective wedge is to be used.
  • the wedge is secured against tilting and stabilized its seat in the groove, for which especially one of the inside provided, ie suitable in the groove protruding base.
  • a provided on the outside of the wedge, ie up to the air gap protruding Socket also facilitates the heat dissipation to the outside.
  • an internal base can itself serve as a previously described "spacer", which makes such a superfluous one-in particular, if several spacers are used.
  • the dimensions of the pedestals are not particularly limited except for their width, which should substantially correspond to that of the groove at the respective location, and a person skilled in the art can easily achieve the optimum between material and manufacturing costs of a capped closure wedge without undue experimentation and determine the benefits that can be achieved thereby.
  • the limitation of the height of the base results for internal plinths from the depth of the groove and for external plinths from the height to the air gap.
  • the side walls of the base are preferably adapted to the respective course of the groove.
  • the wedge itself is mirror-symmetrical about a central plane, i. the points of maximum width at the edges of the closure wedge lie substantially on a horizontal plane or at the same height, seen from the lowest point of the closure wedge - with or without lower base - from.
  • This has the advantage that the fit in the keyways, which are usually at the same radial distance from the center of the engine, is easier to accomplish and the wedge sits more stress-free in the grooves.
  • the entire closure wedge i. including the upper and / or lower base according to the invention, about a central plane mirror-symmetrical, but the base can also be shaped asymmetrically in special cases.
  • the closure wedge according to the invention is integrally connected to the base (s), which increases the stability, improves the thermal conductivity and simplifies manufacture, since the closure wedge can be manufactured in one piece.
  • the corners of the base (s) are preferably rounded or flattened.
  • the closure wedge according to the invention preferably consists of a glass fiber reinforced plastic (GRP), so that conventional starting materials for the production of the new sealing wedges can be used.
  • the closure wedge of the invention consists of a magnetic material, in particular of a fiberglass filled with iron powder.
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • Such embodiments have particular advantages, namely that the presence of additional magnetic material in the groove improves the electrical properties so that better heating and lower iron losses reduce the heating of the machine. Furthermore, this magnetic material has better thermal conductivity and thereby improves the dissipation of heat when it fills the groove instead of one or more spacers, which further reduces the heating of the machine.
  • closure wedges according to the invention have recesses provided in the longitudinal direction and serving as ventilation slots, for example grooves or grooves, whereby the heat dissipation is improved.
  • These ventilation slots can be mounted in the wedge, for example, by milling or pressing.
  • the closure wedge of the invention may be at least partially coated with an insulating material.
  • This insulating material can be applied in any manner, for example by spraying, dipping or coating coating or bonding.
  • the insulating material is laminated to the closure wedge.
  • Suitable insulating materials are all materials known for this purpose. Examples are polyethylene-felts, woven or unwoven, aramids (for example Nomex ®), or inorganic material-based products (eg. B. TufQUIN ® -Lamina- te).
  • Fig. 1 shows some conventional cross-sectional shapes of prior art sealing wedges.
  • FIG. 2 shows examples of the cross-sectional shape of closure wedges according to the invention.
  • Fig. 3 shows examples of the shape of optional vents.
  • FIG. Fig. 2a shows a closure wedge 1 with an inner base 2, i. the socket 2 extends to the bottom of the groove when the wedge is used.
  • Fig. 2b shows an embodiment with two sockets, namely a base 2 on the inside and a base 3 on the outside.
  • the "core" of the closure wedge i. the corresponding closing wedge without base, called. This corresponds in the embodiments shown in FIG. 2, the wedge of the prior art of Fig. 1 d, ie a double-sided wedge with flattened lateral tips.
  • FIG. 3 shows two examples of optional ventilation slots in the closure wedges according to the invention, wherein FIG. 3a shows a polygonal and FIG. 3b a round embodiment of the ventilation slots.
  • the production of the capped locking wedges according to the invention can be carried out by any shaping process, for example by conventional milling of blocks, preferably glass fiber reinforced synthetic resin, in particular epoxy resin, optionally containing one or more conventional fillers.
  • the capped locking wedges of the invention shown in Fig. 2 were prepared and compared with the non-pedestal locking wedge corresponding thereto, as shown in Fig. 1d. Even without much effort was difficult to determine that even with great effort a deliberate tilting of the wedge is no longer possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verschlusskeil zum Einsetzen in eine Keilnut eines Elektromotors oder Stromgenerators mit dem Kennzeichen, dass der Keil (1 ) an seiner Innen- und/oder Außenseite einen Sockel (2, 3) aufweist.

Description

Verschlusskeil
Die Erfindung betrifft Verschlusskeile zum Einsetzen in die Keilnuten von Elektromotoren oder Stromgeneratoren.
Rotor und Stator eines Elektromotors umfassen durch Nuten voneinander getrennte Polschuhe, zwischen denen Spulenwicklungen, meist aus Kupferdraht, verlaufen. Nicht nur, aber vor allem Stabilisierung des Systems gegen Vibrationen werden diese Nuten nach dem Einführen der Spulenwicklungen mit Verschlusskeilen wieder verschlossen.
Diese Verschlusskeile werden heutzutage zumeist aus Kunststoffen, vor allem aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFKs) gefertigt, wobei sich einerseits ein Schichtaufbau und andererseits eine Füllung mit magnetischen Materialien, wie z.B. Eisen- pulver, bewährt haben. Letztere dient dazu, dem Keil magnetische Eigenschaften zu verleihen. Dadurch werden der Anlaufstrom, cos φ, und der Laststrom verbessert sowie die Eisenverluste verringert, was zu einer geringeren Wärmeentwicklung führt. Hergestellt werden die Keile zumeist durch Fräsen aus Verbundplatten. Die Querschnittsform der Verschlusskeile ist genau an jene der Nuten anzupassen, um einen möglichst stabilen Sitz in der Nut sicherzustellen. In Fig. 1 sind einige bekannte Querschnittsformen dargestellt. Der Grund warum zumeist an den Rändern trapezförmige Formen gewählt werden, liegt darin, dass solche Keile auch bei Toleranzüberschreitung guten Sitz in der Nut finden, da sie je nach Dimension höher oder niedriger im Nutzahn zu liegen kommen und mit der Flanke immer am Nutzahn anliegen. Doppelflankige Keile, wie z.B. in den Fig. 1 b, 1 d und 1f dargestellt, kommen üblicherweise zum Einsatz, wenn die Stege zwischen den Nuten so schmal sind, dass ein Trapez die Struktur als Ganzes, insbesondere die Stabilität des Nutzahns, zu stark schwächen würde. Die Vermeidung von Spitzen, z.B. durch Abrundung oder Abflachung, verbessert hingegen die elektrischen und magnetischen Eigenschaften, da auf diese Weise allzu hohe Felddichten an diesen Stellen vermieden werden. Nachteile aller bekannten Ausführungsformen bestehen unter anderem darin, dass bei einem zu hohen Gehalt an magnetischer Füllung, z.B. Eisengehalt, zwar die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Keils verbessert sind, die mechanische Festigkeit jedoch stark abnimmt. 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. Zwischen Spule und magnetischem Keil befinden sich manchmal ein oder mehrere Spacer, die bei der Tränkung des Motors bzw. Generators aber nicht immer vollkommen vom Tränkharz benetzt werden. Dadurch ist die Verklebung nicht immer vollständig, sondern es gibt Stellen mit geringer Verklebung, wo der Keil folglich etwas lockerer sitzt und sich durch die ständige mechanische und magnetische Belastung weiter lockern kann, bis er sich so stark bewegen kann, dass Delamination auftritt.
Ziel der Erfindung war daher die Bereitstellung von Verschlusskeilen, mit denen die obigen Probleme zumindest teilweise gelöst werden können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch Bereitstellung eines Verschlusskeils zum Einsetzen in eine Keilnut eines Elektromotors oder Stromgenerators, der dadurch ge- kennzeichnet ist, dass er an seiner Innen- und/oder Außenseite einen Sockel aufweist.
Unter einem Sockel ist hierin ein Fortsatz des Keils zu verstehen, der eine geringere Breite als die Maximalbreite des Keils aufweist und der in die Nut bzw. in den Luft- spalt darüber hineinragt. Die Maximalbreite des Keils entspricht dabei dem maximalen Abstand zwischen den Nutzähnen, in die der jeweilige Keil eingesetzt werden soll.
Durch Versehen eines Verschlusskeils mit solchen erfindungsgemäßen Sockeln wird der Keil gegen Verkippen gesichert und dessen Sitz in der Nut stabilisiert, wofür sich vor allem ein der Innenseite vorgesehener, d.h. in die Nut ragender Sockel eignet. Ein an der Außenseite des Keils vorgesehener, d.h. bis zum Luftspalt ragender Sockel erleichtert darüber hinaus die Wärmeabfuhr nach außen. Ein innenliegender Sockel kann darüber hinaus selbst als zuvor beschriebener "Spacer" dienen, wodurch ein solcher überflüssig wird - insbesondere, wenn mehrere Spacer zum Einsatz kommen.
Die Dimensionen der Sockel sind - abgesehen von ihrer Breite, die im Wesentlichen jener der Nut an der jeweiligen Stelle entsprechen sollte - nicht speziell eingeschränkt, und ein einschlägiger Fachmann kann ohne übermäßiges Experimentieren leicht das Optimum zwischen Material- und Herstellungskosten eines erfindungsge- mäßen gesockelten Verschlusskeils und dem dadurch erzielbaren Nutzen ermitteln.
Die Begrenzung der Höhe der Sockel ergibt sich für innenliegende Sockel aus der Tiefe der Nut und für außenliegende Sockel aus der Höhe bis zum Luftspalt. Die Seitenwände der Sockel sind vorzugsweise an den jeweiligen Verlauf der Nut ange- passt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Keil selbst, ohne den/die Sockel, um eine zentrale Ebene spiegelsymmetrisch, d.h. die Stellen maximaler Breite an den Rändern des Verschlusskeils liegen im Wesentlichen auf einer horizontalen Ebene bzw. auf derselben Höhe, vom untersten Punkt des Verschlusskeils - mit oder ohne unteren Sockel - aus gesehen. Das hat den Vorteil, dass die Einpassung in die Keilnuten, die üblicherweise in derselben radialen Entfernung vom Mittelpunkt des Motors liegen, einfacher zu bewerkstelligen ist und der Keil spannungsfreier in den Nuten sitzt. Vorzugsweise ist aus demselben Grund auch der gesamte Verschluss- keil, d.h. einschließlich des erfindungsgemäßen oberen und/oder unteren Sockels, um eine zentrale Ebene spiegelsymmetrisch, die Sockel können aber in Spezialfällen auch asymmetrisch geformt sein.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der erfindungsgemäße Verschluss- keil mit dem oder den Sockel(n) einstückig verbunden, was die Stabilität erhöht, die Wärmeleitfähigkeit verbessert und die Herstellung vereinfacht, da der Verschlusskeil aus einem Stück gefertigt werden kann. Zur Verbesserung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften durch Verringerung der Felddichte, wie oben erwähnt, sind die Ecken des oder der Sockel(s) vorzugsweise abgerundet oder abgeflacht.
Der erfindungsgemäße Verschlusskeil besteht vorzugsweise aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), so dass herkömmliche Ausgangsmaterialien zur Herstellung der neuen Verschlusskeile einsetzbar sind. Besonders bevorzugt besteht der Verschlusskeil der Erfindung aus einem magnetischen Material, insbesondere aus einem mit Eisenpulver gefüllten GFK. Derartige Ausführungsformen besitzen spezielle Vorteile, nämlich dass durch die Gegenwart von zusätzlichem magnetischem Material in der Nut die elektrischen Eigenschaften verbessert werden, so dass durch besseren Wirkungsgrad und geringere Eisenverluste die Erwärmung der Maschine geringer ist. Des weiteren besitzt dieses magnetische Material eine bessere Wärme- leitfähigkeit und verbessert dadurch die Ableitung der Wärme, wenn es anstatt eines oder mehrerer Spacer die Nut auffüllt, was die Erwärmung der Maschine weiter verringert.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen weisen erfindungsgemäße Verschluss- keile in Längsrichtung vorgesehene und als Lüftungsschlitze dienende Vertiefungen, z.B. Nuten oder Rillen, auf, wodurch die Wärmeableitung verbessert wird. Diese Lüftungsschlitze können beispielsweise durch Fräsen oder Pressen im Keil angebracht werden. Darüber hinaus kann der Verschlusskeil der Erfindung zumindest teilweise mit einem isolierenden Material überzogen sein. Dieses Isoliermaterial kann auf beliebige Weise aufgebracht werden, z.B. durch Spritz-, Tauch- oder Streichbeschichtung oder Verklebung. Vorzugsweise wird das Isoliermaterial auf den Verschlusskeil aufkaschiert. Als Isoliermaterial kommen sämtliche für diesen Zweck bekannten Materia- lien infrage. Beispiele sind Polyethylen-Filze oder -Vliese, Aramide (z.B. Nomex®) oder auch auf anorganischem Material basierende Produkte (z. B. TufQUIN®-Lamina- te). Nachstehend wird die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben, die lediglich als Illustration, nicht aber als Einschränkung zu verstehen sind. Dabei wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen Folgendes dargestellt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt einige herkömmliche Querschnittsformen von Verschlusskeilen nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt Beispiele für die Querschnittsform erfindungsgemäßer Verschlusskeile. Fig. 3 zeigt Beispiele für die Form von optionalen Lüftungsschlitzen.
DETAILLIERTE BESCHEIBUNG DER ERFINDUNG
Zwei Beispiele für einen erfindungsgemäßen Verschlusskeil sind in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2a zeigt einen Verschlusskeil 1 mit einem innenliegenden Sockel 2, d.h. der So- ekel 2 erstreckt sich bei Verwendung des Keils zum Boden der Nut hin. Fig. 2b zeigt eine Ausführungsform mit zwei Sockeln, nämlich einem Sockel 2 an der Innenseite und einem Sockel 3 an der Außenseite.
Mit Bezugszeichen 1 ist jeweils der "Kern" des Verschlusskeils, d.h. der entsprechen- de Verschlusskeil ohne Sockel, bezeichnet. Dieser entspricht bei den in Fig. 2 gezeigten Ausführungsformen dem Keil nach dem Stand der Technik aus Fig. 1 d, also einem doppelflankigen Keil mit abgeflachten seitlichen Spitzen.
Es sind jedoch nicht nur alle in Fig. 1 gezeigten Querschnittsformen, sondern auch beliebige andere Keilprofile mit einem oder zwei erfindungsgemäßen Sockeln ausrüstbar.
Wie bereits zuvor erwähnt sind sämtliche Ecken der erfindungsgemäßen neuen Verschlusskeile vorzugsweise abgerundet (in Fig. 2 nicht dargestellt), um die Felddichte zu verringern. In Fig. 3 sind zwei Beispiele für optionale Lüftungsschlitze in den erfindungsgemäßen Verschlusskeilen dargestellt, wobei in Fig. 3a eine eckige und Fig. 3b eine runde Ausführungsform der Lüftungsschlitze zeigt. Diese verbessern, wie erwähnt, die Wärmeableitung und können in den Verschlusskeil eingepresst oder eingefräst werden. Davon wird Pressen bevorzugt, da auf diese Weise keine scharfkantigen Ecken erzeugt werden und bei Verwendung von GFKs als Ausgangsmaterial das Glasgewebe nicht beschädigt wird, so dass die Festigkeit des Keils im Wesentlichen jener ohne Luftschlitz entspricht. Die Herstellung der erfindungsgemäßen gesockelten Verschlusskeile kann durch ein beliebiges Formgebungsverfahren erfolgen, beispielsweise durch herkömmliches Fräsen aus Blöcken, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunstharz, insbesondere Epoxidharz, das gegebenenfalls einen oder mehrere übliche Füllstoffen enthält. Konkret wurden die in Fig. 2 dargestellten gesockelten Verschlusskeile der Erfindung hergestellt und mit dem deren Kern entsprechenden Verschlusskeil ohne Sockel, wie in Fig. 1 d dargestellt, verglichen. Auch ohne großen Messaufwand war leicht festzustellen, dass selbst mit großem Kraftaufwand ein gewolltes Verkippen des Keils nicht mehr möglich ist. Beim herkömmlichen Keil ohne Sockel war hingegen (im nicht- imprägnierten Zustand) bei Vollführung einer Kippbewegung ein leichtes Spiel festzustellen, das bei einem mit diesem Keil ausgestatten Motor oder Generator im Dauerbetrieb zu den eingangs beschriebenen Erscheinungen und schlimmstenfalls zum Ausfall der Maschine führen könnte.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verschlusskeil zum Einsetzen in eine Keilnut eines Elektromotors oder Stromgenerators, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (1 ) an seiner Innen- und/oder Außenseite einen Sockel (2, 3) aufweist.
2. Verschlusskeil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (1 ) um eine zentrale Ebene spiegelsymmetrisch ist. 3. Verschlusskeil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (1 ) mit dem oder den Sockel(n) (2,
3) einstückig verbunden ist.
4. Verschlusskeil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken des oder der Sockel(s) (2, 3) abgerundet oder abgeflacht sind.
5. Verschlusskeil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) besteht.
6. Verschlusskeil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil aus einem magnetischen Material besteht.
7. Verschlusskeil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Keil als Lüftungsschlitze dienende Vertiefungen, z.B. Nuten oder Rillen, vorgesehen sind.
8. Verschlusskeil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil zumindest teilweise mit einem isolierenden Material überzogen ist.
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