WO2023110252A1 - Rotor of an electric machine - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a rotor (1) of an electric machine, in particular an electrically excited synchronous machine, comprising a rotor body (3) which can be rotated about a rotor axis (2) and on which an excitation winding (4) is provided that runs in grooves (5) of the rotor body (3) and has multiple electric conductors (6) per groove (5). The length of each of the conductors (6) extends through the respective groove (5), and each conductor has two conductor ends (6.1), wherein a plurality of the conductor ends (6.1) of the conductors (6) are electrically connected to conductor ends (6.1) of conductors (6) from adjacent grooves (5) via conductor connectors (7) in order to form an excitation winding (4), and the conductors (6) of each groove (5) are integrated into an electrically insulating matrix material (11), in particular a cured thermosetting molding compound, in order to form a winding rod (10). Each winding rod (10) has two respective profile flank sides (10.1), each of which faces a groove flank side (5.1) of the respective groove (5). The invention is characterized in that a plurality of conductor ends (6.1) are provided at at least one of the two ends of each winding rod (10), each said conductor end having a notch (12) for inserting one of the conductor connectors (7).
Description
Beschreibung Description
Titel title
Rotor einer elektrischen Maschine Rotor of an electrical machine
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. The invention is based on a rotor of an electrical machine according to the species of the main claim.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der DE 102019217464 Al bekannt, mit einem um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörper, an dem eine Erregerwicklung vorgesehen ist, die in Nuten des Rotorkörpers verläuft und mehrere elektrische Leiter pro Nut aufweist, wobei die Leiter sich jeweils mit einer Längserstreckung durch die jeweilige Nut hindurch erstrecken und jeweils zwei Leiterenden aufweisen, wobei mehrere der Leiterenden der Leiter über Leiterverbinder mit Leiterenden von Leitern aus benachbarten Nuten zur Bildung der Erregerwicklung verbunden sind, wobei die Leiter der jeweiligen Nut zur Bildung eines Wicklungsstabs in ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial, insbesondere eine ausgehärtete duroplastische Formmasse, eingebettet sind, wobei der jeweilige Wicklungsstab jeweils zwei Profil- Flankenseiten aufweist, die jeweils einer Nut- Flankenseite der jeweiligen Nut zugewandt sind. A rotor of an electrical machine is already known from DE 102019217464 A1, with a rotor body that can be rotated about a rotor axis and on which an exciter winding is provided, which runs in slots in the rotor body and has a plurality of electrical conductors per slot, with the conductors each having a longitudinal extension through the respective slot and each have two conductor ends, several of the conductor ends of the conductors being connected via conductor connectors to conductor ends of conductors from adjacent slots to form the field winding, the conductors of the respective slot to form a winding bar in an electrically insulating Matrix material, in particular a hardened duroplastic molding compound, are embedded, with the respective winding bar each having two profile flank sides, each facing a groove flank side of the respective groove.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine einfache Montage und ein einfaches stoffschlüssiges Fügen, insbesondere Schweißen oder Löten, der Leiterverbinder im Wickelkopf der Erregerwicklung ermöglicht wird, so dass die Erregerwicklung als Steckwicklung ausgebildet ist, die aus einzelnen Steckelementen, also den Wicklungsstäben und den Leiterverbindern, gebildet ist. Die Herstellungskosten des Rotors werden dadurch verringert. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem an zumindest einem der beiden Enden des jeweiligen Wicklungsstabs mehrere Leiterenden
vorgesehen sind, die jeweils eine Ausklinkung zum Einsetzen eines der Leiterverbinder aufweisen. The rotor according to the invention of an electrical machine with the characterizing features of the main claim has the advantage that simple assembly and simple cohesive joining, in particular welding or soldering, of the conductor connector in the end winding of the field winding is made possible, so that the field winding is designed as a plug-in winding. which is formed from individual plug-in elements, i.e. the winding bars and the conductor connectors. This reduces the manufacturing costs of the rotor. According to the invention, this is achieved in that several conductor ends are connected to at least one of the two ends of the respective winding bar are provided, each having a notch for inserting one of the conductor connectors.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors möglich. Advantageous further developments and improvements of the rotor specified in the main claim are possible as a result of the measures listed in the subclaims.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Ausklinkung des jeweiligen Leiterendes eine Auflagefläche zum Abstützen des jeweiligen Leiterverbinders und eine quer, insbesondere senkrecht, zur Auflagefläche angeordnete Fügefläche zum Fügen mit dem Leiterverbinder aufweist. Auf diese Weise können die Leiterverbinder beim Einsetzen in die jeweilige Ausklinkung mittels der Auflagefläche korrekt positioniert und anschließend an der Fügefläche stoffschlüssig mit dem jeweiligen Leiterende verbunden werden. It is particularly advantageous if the notch of the respective conductor end has a bearing surface for supporting the respective conductor connector and a joining surface arranged transversely, in particular perpendicularly, to the bearing surface for joining to the conductor connector. In this way, the conductor connectors can be positioned correctly when inserted into the respective notch by means of the contact surface and then connected to the respective conductor end in a materially bonded manner at the joining surface.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Leiter des jeweiligen Wicklungsstabs an jeder Profil- Flankenseite eine Spulenseite einer Spule der Erregerwicklung bilden, wobei die jeweilige Spulenseite eine oder mehrere Spulenlagen aufweist. Auf diese Weise kann eine Steckwicklung mit hohem Kupferfüllfaktor erreicht werden. Die Wicklungsstäbe sind vorgefertigte Elemente der Steckwicklung. It is also advantageous if the conductors of the respective winding bar form a coil side of a coil of the excitation winding on each side of the profile flank, with the respective coil side having one or more coil layers. In this way, a plug-in winding with a high copper fill factor can be achieved. The winding bars are prefabricated elements of the plug-in winding.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Ausklinkung des jeweiligen Leiterendes in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse nach einer ersten Ausführung über die gesamte radiale Abmessung des Leiterendes verläuft oder nach einer zweiten Ausführung nur über einen Teil des radialen Abmessung des Leiterendes, derart, dass radial außerhalb der Ausklinkung ein Stützabschnitt des Leiterendes zur Abstützung des zugeordneten Leiterverbinders verbleibt. Die Variante nach der zweiten Ausführung hat den Vorteil, dass dieIt is very advantageous if the notch of the respective conductor end runs in the radial direction with respect to the rotor axis according to a first embodiment over the entire radial dimension of the conductor end or according to a second embodiment only over part of the radial dimension of the conductor end, such that radially outside the Notching a support section of the conductor end remains to support the associated conductor connector. The variant according to the second embodiment has the advantage that the
Drehzahlfestigkeit der Erregerwicklung erhöht wird, da die Leiterenden die auf die Leiterverbinder wirkenden Fliehkräfte besser abstützen können. Speed stability of the excitation winding is increased because the conductor ends can better support the centrifugal forces acting on the conductor connector.
Auch vorteilhaft ist, wenn an demselben Ende des jeweiligen Wicklungsstabs die derselben Spulenseite zugeordneten Leiterenden unterschiedlicher Spulenlagen in axialer Richtung unterschiedlich weit vorstehen unter Bildung einer treppenförmigen Stufenstruktur zur Anordnung der Leiterverbinder in mehreren in axialer Richtung übereinander liegenden Wickelkopflagen, wobei mehrere der
Leiterenden der jeweiligen Spulenlage eine Ausklinkung aufweisen. Die Leiterverbinder können auf diese Weise sehr regelmäßig und kompakt im Wickelkopf verlaufen. Die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickel köpf läge können mit zeitlichem Abstand einzeln mit den entsprechenden Leiterenden des jeweiligen Wicklungsstabs verschweißt werden. Die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage können beispielsweise parallel zueinander angeordnet werden. It is also advantageous if, at the same end of the respective winding bar, the conductor ends of different coil layers assigned to the same coil side protrude to different extents in the axial direction, forming a step-like step structure for arranging the conductor connectors in several winding head layers lying one above the other in the axial direction, with several of the Conductor ends of the respective coil layer have a notch. In this way, the conductor connectors can run very regularly and compactly in the end winding. The conductor connectors of the same coil and the same winding heads can be individually welded to the corresponding conductor ends of the respective winding bar at a time interval. The conductor connectors of the same coil and the same end winding layer can be arranged parallel to one another, for example.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn der Leiterverbinder jeweils als Flachdraht oder balkenförmiger Leiterstab ausgebildet ist, der zumindest zwischen seinen Enden geradlinig ausgebildet ist, insbesondere vollständig geradlinig ist, und einen viereckigen Leiterquerschnitt aufweist. Auf diese Weise können die Leiterverbinder sehr einfach, beispielsweise durch Stanzen oder Abschneiden, und mit keinem oder nur wenig Biege- oder Umformaufwand hergestellt werden. It is also advantageous if the conductor connector is in the form of a flat wire or bar-shaped conductor rod which is straight at least between its ends, in particular is completely straight, and has a square conductor cross-section. In this way, the conductor connectors can be produced very easily, for example by stamping or cutting, and with little or no bending or forming effort.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage gleich ausgebildet sind, insbesondere hinsichtlich der Länge und/oder der Form und/oder des Leiterquerschnittes. Auf diese Weise umfasst die Vielzahl der Leiterverbinder Gleichteile bzw. weniger unterschiedliche Leiterverbinder, so dass die Erregerwicklung einfacher und kostengünstiger herstellbar ist. Furthermore, it is advantageous if the conductor connectors of the same coil and the same end winding layer are of the same design, in particular with regard to the length and/or the shape and/or the conductor cross section. In this way, the multiplicity of conductor connectors includes the same parts or fewer different conductor connectors, so that the field winding can be produced more simply and cost-effectively.
Auch vorteilhaft ist, wenn die Leiterverbinder in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse mittels von elektrisch nicht-leitenden Stützelementen am übrigen Rotor, insbesondere an einer Rotorhülse oder einer beispielsweise stirnseitig angeordneten Rotorkappe des Rotors, abgestützt sind. Auf diese Weise wird die Drehzahlfestigkeit der Erregerwicklung erhöht, da die auf die Leiterverbinder wirkenden Fliehkräfte am übrigen Rotor abgestützt werden. Die Stützelemente können beispielsweise aus Kunststoff, insbesondere Duroplast, oder aus Keramik hergestellt sein. Die Rotorhülse kann eine Rotorbandage sein. It is also advantageous if the conductor connectors are supported in the radial direction with respect to the rotor axis by means of electrically non-conductive support elements on the rest of the rotor, in particular on a rotor sleeve or a rotor cap of the rotor arranged, for example, on the front side. In this way, the speed stability of the field winding is increased, since the centrifugal forces acting on the conductor connectors are supported on the rest of the rotor. The support elements can be made, for example, from plastic, in particular duroplast, or from ceramic. The rotor sleeve can be a rotor bandage.
Weiter vorteilhaft ist, wenn die Stützelemente jeweils eine Wickelkopflage mit mehreren Leiterverbindern derselben Spule der Erregerwicklung abstützen, wobei die Stützelemente jeweils in axialer Richtung unterhalb oder oberhalb der zugeordneten Wickelkopflage angeordnet sind. Die Stützelemente stützen also jeweils mehrere Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage
ab. Auf diese Weise können sich die Leiterverbinder derselben Spule und derselben Wickelkopflage gegenseitig stützen, da sie über das jeweilige Stützelement miteinander mechanisch gekoppelt sind. Die Leiterverbinder bleiben für ein Kühlmedium zur Kühlung zugänglich, so dass der Rotor weiterhin gut gekühlt werden kann. Da für jede Wickelkopflage derselben Spule eines der Stützelemente vorgesehen ist, sind an jedem Rotorzahn bzw. Schenkelpol des Rotors mehrere in axialer Richtung übereinanderliegende Stützelemente angeordnet. Das Stützelement der untersten Wickelkopflage liegt beispielsweise am Rotorblechpaket des Rotorkörpers an, die in axialer Richtung darüber liegenden Stützelemente liegen auf einer der Wickelkopflagen an. It is also advantageous if the support elements each support a winding overhang layer with a plurality of conductor connectors of the same coil of the field winding, the support elements being arranged in the axial direction below or above the assigned winding overhang layer. The support elements thus each support a plurality of conductor connectors of the same coil and the same end winding layer away. In this way, the conductor connectors of the same coil and the same end winding layer can support one another, since they are mechanically coupled to one another via the respective support element. The conductor connectors remain accessible to a cooling medium for cooling, so that the rotor can continue to be well cooled. Since one of the support elements is provided for each end winding layer of the same coil, a plurality of support elements lying one above the other in the axial direction are arranged on each rotor tooth or salient pole of the rotor. The support element of the bottom end winding layer rests, for example, on the rotor laminated core of the rotor body, the support elements lying above it in the axial direction rest on one of the end winding layers.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn die beispielsweise T-förmigen Stützelemente jeweils einen in radialer Richtung verlaufenden ersten Stützabschnitt mit einer Stützstruktur zur Abstützung der Leiterverbinder, beispielsweise an deren Mitte, und/oder jeweils einen am Rotor abgestützten zweiten Stützabschnitt aufweisen, der insbesondere quer zu dem jeweiligen ersten Stützabschnitt verläuft und insbesondere bogenförmig ist. Die Stützstruktur des ersten Stützabschnittes ist beispielsweise zahnförmig oder kammförmig oder rippenförmig ausgeführt und dient auch der Positionierung bzw. Lagefestlegung der Leiterverbinder in der jeweiligen Wickelkopflage. Auf diese Weise wird das stoffschlüssige Fügen der Leiterverbinder vereinfacht bzw. erleichtert. Durch den zweiten Stützabschnitt können die auf die Leiterverbinder wirkenden Zentrifugalkräfte großflächig in die Rotorhülse bzw. Rotorkappe eingeleitet werden. It is also advantageous if the support elements, which are T-shaped, for example, each have a first support section running in the radial direction with a support structure for supporting the conductor connectors, for example at their center, and/or each have a second support section supported on the rotor, which is in particular transverse to the respective first support section runs and is in particular arcuate. The support structure of the first support section is, for example, tooth-shaped or comb-shaped or rib-shaped and also serves to position or fix the position of the conductor connectors in the respective end winding layer. In this way, the integral joining of the conductor connectors is simplified or facilitated. The second support section allows the centrifugal forces acting on the conductor connectors to be introduced over a large area into the rotor sleeve or rotor cap.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einer elektrischen Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor. The invention is also based on an electrical machine with a rotor according to the invention.
Zeichnung drawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description.
Fig.l zeigt eine Teilansicht eines Rotors einer elektrischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Erregerwicklung,
Fig.2 eine Detailansicht auf zwei erfindungsgemäße Wicklungsstäbe des Rotors nach Fig.l unter Ausblendung der Leiterverbinder, Fig.l shows a partial view of a rotor of an electrical machine with an excitation winding according to the invention, 2 shows a detailed view of two winding bars according to the invention of the rotor according to FIG.
Fig.2A ein Leiterende eines der2A shows a conductor end of one of the
Wicklungsstäbe nach Fig.2 nach einer zweiten Ausführung, Fig.3A eine Detailansicht des Rotors nachWinding bars according to FIG. 2 according to a second embodiment, FIG. 3A a detailed view of the rotor
Fig.l mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement vor der Montage einer untersten Wickelkopflage Fig.l with a bottom support element according to the invention before the assembly of a bottom end winding layer
Fig.3B eine Detailansicht des Rotors nach3B shows a detailed view of the rotor
Fig.l mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement nach der Montage einer untersten Wickelkopflage, Fig.l with a bottom support element according to the invention after the assembly of a bottom end winding layer,
Fig.3C eine Detailansicht des Rotors nach3C shows a detailed view of the rotor
Fig.l mit zwei übereinanderliegenden erfindungsgemäßen Stützelementen nach der Montage von zwei unteren Wickelkopflagen, Fig.l with two superimposed support elements according to the invention after the assembly of two lower end winding layers,
Fig.3D eine Detailansicht des Rotors nach3D shows a detailed view of the rotor
Fig.l mit drei übereinanderliegenden Stützelementen zur Abstützung der drei Wickelkopflagen, Fig.l with three superimposed support elements to support the three end winding layers,
Fig.4 Schnittansicht des Rotors nach4 sectional view of the rotor
Fig.l mit zwei stirnseitigen Rotorkappen zur Abstützung der Stützelemente nach Fig.3. Fig.l with two end-side rotor caps to support the support elements according to Fig.3.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment
Fig.l zeigt einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Erregerwicklung. Fig.l shows a rotor of an electrical machine, in particular an electrically excited synchronous machine, with an excitation winding according to the invention.
Der Rotor 1 weist einen um eine Rotorachse 2 drehbaren Rotorkörper 3 auf, der beispielsweise ein Rotorblechpaket ist. An dem Rotorkörper 3 ist eine Erregerwicklung 4 vorgesehen, die in Nuten bzw. nutförmigen Wickelräumen 5 des Rotorkörpers 3 verläuft und mehrere elektrische Leiter 6 pro Nut 5 aufweist. Die Nuten 5 des Rotorkörpers 3 sind jeweils zwischen Rotorzähnen bzw. Schenkelpolen 15 des Rotorkörpers 3 gebildet. The rotor 1 has a rotor body 3 which can be rotated about a rotor axis 2 and is, for example, a laminated rotor core. An excitation winding 4 is provided on the rotor body 3 , which runs in slots or slot-shaped winding spaces 5 of the rotor body 3 and has a plurality of electrical conductors 6 per slot 5 . The slots 5 of the rotor body 3 are each formed between rotor teeth or salient poles 15 of the rotor body 3 .
Die Leiter 6 der Erregerwicklung 4 erstrecken sich jeweils mit einer Längserstreckung durch die jeweilige Nut 5 hindurch und weisen jeweils zwei Leiterenden 6.1 auf. Mehrere der Leiterenden 6.1 der Leiter 6 der
Erregerwicklung 4 sind über Leiterverbinder 7 mit Leiterenden 6.1 von Leitern 6 aus benachbarten Nuten 5 zur Bildung der Erregerwicklung 4 verbunden. The conductors 6 of the field winding 4 each extend longitudinally through the respective slot 5 and each have two conductor ends 6.1. Several of the conductor ends 6.1 of the conductor 6 of Field winding 4 are connected via conductor connectors 7 to conductor ends 6.1 of conductors 6 from adjacent slots 5 to form the field winding 4.
Die Erregerwicklung 4 umfasst mehrere elektrisch verbundene Spulen 14. Jede Spule 14 hat zwei in den Nuten 5 liegende Spulenseiten 14.1. Die Leiter 6 der beiden Spulenseiten 14.1 einer Spule 14 sind über Spulenseitenverbinder und die Spulen 14 durch Spulenverbinder miteinander elektrisch verbunden. Die Leiterverbinder 7 umfassen also Spulenseitenverbinder und Spulenverbinder.The excitation winding 4 comprises a plurality of electrically connected coils 14. Each coil 14 has two coil sides 14.1 lying in the slots 5. The conductors 6 of the two coil sides 14.1 of a coil 14 are electrically connected to one another via coil side connectors and the coils 14 are electrically connected to one another by coil connectors. Thus, the conductor connectors 7 include coil side connectors and coil connectors.
Fig.l ist eine Ansicht auf eine erste Stirnseite des Rotors 1. Beispielsweise sind an der gezeigten ersten Stirnseite des Rotors 1 nur Spulenseitenverbinder 7.1 und an der nicht dargestellten zweiten Stirnseite Spulenseitenverbinder und Spulenverbinder vorgesehen. 1 is a view of a first end face of the rotor 1. For example, only coil side connectors 7.1 are provided on the first end face of the rotor 1 shown and coil side connectors and coil connectors are provided on the second end face (not shown).
Die Leiter 6 der jeweiligen Nut 5 sind zur Bildung eines Wicklungsstabs 10, beispielsweise eines stabförmigen Pultrusionsprofils 10, in ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial 11, insbesondere eine ausgehärtete duroplastische Formmasse, eingebettet und somit zu einer in die jeweilige Nut 5 einsteckbaren beispielsweise stabförmigen Einheit zusammengefasst. Der jeweilige Wicklungsstab 10 hat jeweils zwei Profil- Flankenseiten 10.1, die jeweils einer Nut- Flankenseite 5.1 der jeweiligen Nut 5 zugewandt. Der Wicklungsstab 10 ist beispielsweise durch ein Pultrusionsverfahren hergestellt, kann aber alternativ auch durch ein Gießverfahren gefertigt werden. The conductors 6 of the respective slot 5 are embedded in an electrically insulating matrix material 11, in particular a hardened duroplastic molding compound, to form a winding bar 10, for example a bar-shaped pultrusion profile 10, and are thus combined to form a unit that can be inserted into the respective slot 5, for example in the form of a bar. The respective winding bar 10 has two profile flank sides 10.1, each facing a groove flank side 5.1 of the respective groove 5. The winding bar 10 is produced, for example, by a pultrusion process, but can alternatively also be manufactured by a casting process.
Die Leiterenden 6.1 und die Leiterverbinder 7 bilden an den beiden Stirnseiten des Rotorkörpers 3 jeweils einen Wickelkopf 8 der Erregerwicklung 4. The conductor ends 6.1 and the conductor connectors 7 each form a winding overhang 8 of the field winding 4 on the two end faces of the rotor body 3.
Fig.2 zeigt eine Detailansicht auf zwei erfindungsgemäße Wicklungsstäbe 10 des Rotors 1 nach Fig.l unter Ausblendung der Leiterverbinder 7. FIG. 2 shows a detailed view of two winding bars 10 according to the invention of the rotor 1 according to FIG.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an zumindest einem der beiden Enden des jeweiligen Wicklungsstabs 10 mehrere Leiterenden 6.1 vorgesehen sind, die jeweils eine Ausklinkung 12 zum Einsetzen eines der Leiterverbinder 7 aufweisen.
Die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 ist eine Ausnehmung, die an zumindest einer Umfangsseite des jeweiligen Leiterendes 6.1 vorgesehen ist und bis an die freie Stirnseite des jeweiligen Leiterendes 6.1 reicht. Mittels der jeweiligen Ausklinkung 12 kann auf einfache Weise eine Eck- bzw. Winkelverbindung zwischen dem jeweiligen Leiterende 6.1 und dem zughörigen Leiterverbinder 7 hergestellt werden. According to the invention, it is provided that at least one of the two ends of the respective winding bar 10 is provided with a plurality of conductor ends 6.1, each of which has a notch 12 for inserting one of the conductor connectors 7. The notch 12 of the respective conductor end 6.1 is a recess which is provided on at least one peripheral side of the respective conductor end 6.1 and extends to the free end face of the respective conductor end 6.1. By means of the respective notch 12, a corner or angle connection between the respective conductor end 6.1 and the associated conductor connector 7 can be produced in a simple manner.
Die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 weist jeweils eine Auflagefläche 12.1 zum Abstützen des jeweiligen Leiterverbinders 7 und eine quer, insbesondere senkrecht, zur Auflagefläche 12.1 angeordnete Fügefläch^ 12.2 zum Fügen mit dem Leiterverbinder 7 auf. The notch 12 of the respective conductor end 6.1 has a support surface 12.1 for supporting the respective conductor connector 7 and a joining surface 12.2 arranged transversely, in particular perpendicularly, to the support surface 12.1 for joining to the conductor connector 7.
Die Leiter 6 des jeweiligen Wicklungsstabs 10 bilden an jeder Profil- FlankenseiteThe conductors 6 of the respective winding bar 10 form flank sides on each profile
10.1 eine Spulenseite 14.1 einer Spule 14 der Erregerwicklung 4, wobei die jeweilige Spulenseite 14.1 eine oder mehrere Spulenlagen 13 aufweist. An den beiden Profil- Flankenseiten 10.1 jedes Wicklungsstabs 10 sind also zwei Spulenseiten 14.1 zweier benachbarter Spulen 14 ausgebildet. Jedes Leiterende10.1 a coil side 14.1 of a coil 14 of the field winding 4, the respective coil side 14.1 having one or more coil layers 13. On the two profile flank sides 10.1 of each winding bar 10, two coil sides 14.1 of two adjacent coils 14 are formed. Each conductor end
6.1 des jeweiligen Wicklungsstabs 10 kann einer der beiden Spulenseiten 14.1 des jeweiligen Wicklungsstabs 10 zugeordnet werden. Die Ausklinkungen 12 sind jeweils an einer Umfangsseite des jeweiligen Leiterendes 6.1 ausgebildet, die derjenigen Profil- Flankenseite 10.1 zugewandt ist, an der die Spulenseite 14.1 des jeweiligen Leiterendes 6.1 vorgesehen ist. Die Spulenlagen 13 sind beispielsweise parallel zu der zugeordneten Profil- Flankenseite 10.1 angeordnet. 6.1 of the respective winding bar 10 can be assigned to one of the two coil sides 14.1 of the respective winding bar 10. The notches 12 are each formed on a peripheral side of the respective conductor end 6.1, which faces that profile flank side 10.1 on which the coil side 14.1 of the respective conductor end 6.1 is provided. The coil layers 13 are arranged, for example, parallel to the associated profile flank side 10.1.
Die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 verläuft in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 beispielsweise über die gesamte radiale Abmessung des Leiterendes 6.1. Alternativ kann die Ausklinkung 12 des jeweiligen Leiterendes 6.1 in nicht dargestellter Weise nur über einen Teil der radialen Abmessung des Leiterendes 6.1 derart verlaufen, dass radial außerhalb der Ausklinkung 12 ein Stützabschnitt 9 des Leiterendes 6.1 zur Fliehkraft- Abstützung des zugeordneten Leiterverbinders 7 verbleibt (Fig.2 A). The notch 12 of the respective conductor end 6.1 runs in the radial direction with respect to the rotor axis 2, for example over the entire radial dimension of the conductor end 6.1. Alternatively, the notch 12 of the respective conductor end 6.1 can run in a manner not shown over only a part of the radial dimension of the conductor end 6.1 such that a support section 9 of the conductor end 6.1 remains radially outside of the notch 12 for centrifugal support of the associated conductor connector 7 (Fig. 2A).
An demselben Ende des jeweiligen Wicklungsstabs 10 stehen die derselben Spulenseite 14.1 zugeordneten Leiterenden 6.1 unterschiedlicher Spulenlagen 13 in axialer Richtung unterschiedlich weit vor unter Bildung einer treppenförmigen Stufenstruktur 16 zur Anordnung der Leiterverbinder 7 in
mehreren in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 übereinander liegenden Wickelkopflagen 8.1. Dabei weisen jeweils mehrere der Leiterenden 6.1 der jeweiligen Spulenlage 13 eine Ausklinkung 12 auf. Die Auflagefläche 12.1 der jeweiligen Ausklinkung 12 hat jeweils einen axialen Abstand d zu den Stirnseiten der Leiterenden 6.1 der weniger weit vorstehenden benachbarten Spulenlage 13 bzw. zum Rotorkörper 3, um einen elektrischen Kurzschluss von Spulenlagen 13 bzw. zum Rotorkörper 3 zu vermeiden. At the same end of the respective winding bar 10, the conductor ends 6.1 of different coil layers 13, which are assigned to the same coil side 14.1, protrude by different amounts in the axial direction, forming a stepped structure 16 for arranging the conductor connectors 7 in several winding overhang layers 8.1 lying one above the other in the axial direction with respect to the rotor axis 2. In this case, several of the conductor ends 6.1 of the respective coil layer 13 have a notch 12. The contact surface 12.1 of the respective notch 12 has an axial distance d to the end faces of the conductor ends 6.1 of the neighboring coil layer 13 that protrudes less far or to the rotor body 3 in order to avoid an electrical short circuit of coil layers 13 or to the rotor body 3.
Die Stufenstruktur 16 kann beispielsweise durch Materialabtrag an den Enden des jeweiligen Wicklungsstabs 10 erzeugt werden. Die sich gegenüberstehenden bzw. einander zugewandten Stufen zweier in Umfangsrichtung benachbarter Wicklungsstäbe 10 verlaufen in radialer Richtung beispielsweise jeweils parallel zueinander. Auf diese Weise können in derselben Wickelkopflage 8.1 jeweils gleich lange Leiterverbinder 7 eingesetzt werden. The step structure 16 can be produced, for example, by removing material from the ends of the respective winding bar 10 . The stages of two winding bars 10 that are adjacent in the circumferential direction, which are opposite or facing one another, run parallel to one another in the radial direction, for example. In this way, conductor connectors 7 of the same length can be used in the same end winding layer 8.1.
Die Leiterverbinder 7 sind jeweils als Flachdraht oder balkenförmiger Leiterstab ausgebildet, der zumindest zwischen seinen Enden geradlinig ausgebildet ist, beispielsweise vollständig geradlinig ist, und einen viereckigen Leiterquerschnitt aufweist. Die Leiterverbinder 7 derselben Spule 14 und derselben Wickelkopflage 8.1 sind beispielsweise gleich ausgebildet, insbesondere hinsichtlich der Länge, der Form und des Leiterquerschnittes. The conductor connectors 7 are each designed as a flat wire or bar-shaped conductor bar which is straight at least between its ends, for example is completely straight, and has a square conductor cross section. The conductor connectors 7 of the same coil 14 and the same end winding layer 8.1 are, for example, of the same design, in particular with regard to the length, the shape and the conductor cross section.
Fig.3A zeigt eine Detailansicht des Rotors nach Fig.l mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement vor der Montage einer untersten Wickelkopflage. FIG. 3A shows a detailed view of the rotor according to FIG.
Die Leiterverbinder 7 sind in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 mittels von elektrisch nicht-leitenden Stützelementen 20 am Rotor 1 abgestützt, beispielsweise an einer Rotorkappe 21 des Rotors 1 (Fig.4) oder alternativ an einer nicht dargestellten, den Rotorkörper 3 umschließenden Rotorhülse, die auch eine Rotorbandage sein kann. The conductor connectors 7 are supported in the radial direction with respect to the rotor axis 2 by means of electrically non-conductive support elements 20 on the rotor 1, for example on a rotor cap 21 of the rotor 1 (Fig. 4) or alternatively on a rotor sleeve (not shown) enclosing the rotor body 3. which can also be a rotor bandage.
Fig.3B zeigt eine Detailansicht des Rotors nach Fig.l mit einem erfindungsgemäßen untersten Stützelement nach der Montage einer untersten Wickelkopflage 8.1.
Fig.3C zeigt eine Detailansicht des Rotors nach Fig.l mit zwei übereinanderliegenden erfindungsgemäßen Stützelementen nach der Montage von zwei unteren Wickelkopflagen 8.1. Die Stützelemente 20 stützen jeweils eine Wickelkopflage 8.1 von mehrerenFIG. 3B shows a detailed view of the rotor according to FIG. FIG. 3C shows a detailed view of the rotor according to FIG. The support elements 20 each support one end winding layer 8.1 of several
Leiterverbindern 7 derselben Spule 14 ab. Die Stützelemente 20 sind dabei jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 beispielsweise unterhalb oder alternativ oberhalb der zugeordneten Wickelkopflage 8.1 angeordnet. Die Stützelemente 20 weisen jeweils einen in radialer Richtung verlaufenden ersten Stützabschnitt 20.1 mit einer Stützstruktur 19 zur Abstützung der Leiterverbinder 7 und/oder jeweils einen am Rotor 1 abgestützten zweiten Stützabschnitt 20.2 auf, der insbesondere quer zu dem jeweiligen ersten Stützabschnitt 20.1 verläuft und insbesondere bogenförmig ausgebildet ist. Der erste Stützabschnitt 20.1 ist beispielsweise streifenförmig oder stegförmig ausgeführt.
Conductor connectors 7 from the same coil 14. The support elements 20 are each arranged in the axial direction with respect to the rotor axis 2, for example below or alternatively above the associated end winding layer 8.1. The support elements 20 each have a first support section 20.1 running in the radial direction with a support structure 19 for supporting the conductor connectors 7 and/or each having a second support section 20.2 supported on the rotor 1, which runs in particular transversely to the respective first support section 20.1 and is in particular arcuate is. The first support section 20.1 is designed, for example, in the form of a strip or web.
Claims
Ansprüche Expectations
1. Rotor (1) einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, mit einem um eine Rotorachse (2) drehbaren Rotorkörper (3), an dem eine Erregerwicklung (4) vorgesehen ist, die in Nuten (5) des Rotorkörpers (3) verläuft und mehrere elektrische Leiter (6) pro Nut (5) aufweist, wobei die Leiter (6) sich jeweils mit einer Längserstreckung durch die jeweilige Nut (5) hindurch erstrecken und jeweils zwei Leiterenden (6.1) aufweisen, wobei mehrere der Leiterenden (6.1) der Leiter (6) über Leiterverbinder (7) mit Leiterenden (6.1) von Leitern (6) aus benachbarten Nuten (5) zur Bildung der Erregerwicklung (4) elektrisch verbunden sind, wobei die Leiter (6) der jeweiligen Nut (5) zur Bildung eines Wicklungsstabs (10), insbesondere eines stabförmigen Pultrusionsprofils, in ein elektrisch isolierendes Matrixmaterial (11), insbesondere eine ausgehärtete duroplastische Formmasse, eingebettet sind, wobei der jeweilige Wicklungsstab (10) jeweils zwei Profil- Flankenseiten (10.1) aufweist, die jeweils einer Nut- Flankenseite (5.1) der jeweiligen Nut (5) zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der beiden Enden des jeweiligen Wicklungsstabs (10) mehrere Leiterenden (6.1) vorgesehen sind, die jeweils eine Ausklinkung (12) zum Einsetzen eines der Leiterverbinder (7) aufweisen. 1. Rotor (1) of an electrical machine, in particular an electrically excited synchronous machine, with a rotor body (3) which can be rotated about a rotor axis (2) and on which an excitation winding (4) is provided, which is located in slots (5) of the rotor body (3 ) runs and has a plurality of electrical conductors (6) per slot (5), the conductors (6) each extending longitudinally through the respective slot (5) and each having two conductor ends (6.1), a plurality of the conductor ends ( 6.1) the conductor (6) is electrically connected via conductor connectors (7) to conductor ends (6.1) of conductors (6) from adjacent slots (5) to form the field winding (4), the conductors (6) of the respective slot (5 ) to form a winding bar (10), in particular a bar-shaped pultrusion profile, are embedded in an electrically insulating matrix material (11), in particular a hardened duroplastic molding compound, with the respective winding bar (10) having two profile flank sides (10.1) which each face a groove flank side (5.1) of the respective groove (5), characterized in that at least one of the two ends of the respective winding bar (10) is provided with a plurality of conductor ends (6.1), each with a notch (12) for insertion have one of the conductor connectors (7).
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausklinkung (12) des jeweiligen Leiterendes (6.1) eine Auflagefläche (12.1) zum Abstützen des jeweiligen Leiterverbinders (7) und eine quer, insbesondere senkrecht, zur Auflagefläche (12.1) angeordnete Fügefläche (12.2) zum Fügen mit dem Leiterverbinder (7) aufweist. 2. Rotor according to claim 1, characterized in that the notch (12) of the respective conductor end (6.1) has a bearing surface (12.1) for supporting the respective conductor connector (7) and a joining surface (12.1) arranged transversely, in particular perpendicularly, to the bearing surface (12.1). 12.2) for joining to the conductor connector (7).
3. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (6) des jeweiligen Wicklungsstabs (10) an jeder Profil- Flankenseite (10.1) eine Spulenseite (14.1) einer Spule (14) der Erregerwicklung (4) bilden, wobei die jeweilige Spulenseite (14.1) eine oder mehrere Spulenlagen (13) aufweist. 3. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the conductors (6) of the respective winding bar (10) on each profile flank side (10.1) form a coil side (14.1) of a coil (14) of the excitation winding (4), wherein the respective coil side (14.1) has one or more coil layers (13).
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausklinkung (12) des jeweiligen Leiterendes (6.1) in
radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) über die gesamte radiale Abmessung des Leiterendes (6.1) verläuft oder nur über einen Teil der radialen Abmessung des Leiterendes (6.1), derart, dass radial außerhalb der Ausklinkung4. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the notch (12) of the respective conductor end (6.1) in radial direction with respect to the rotor axis (2) over the entire radial dimension of the conductor end (6.1) or only over part of the radial dimension of the conductor end (6.1), such that radially outside the notch
(12) ein Stützabschnitt (9) des Leiterendes (6.1) zur Abstützung des zugeordneten Leiterverbinders (7) verbleibt. (12) a support section (9) of the conductor end (6.1) remains to support the associated conductor connector (7).
5. Rotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an demselben Ende des jeweiligen Wicklungsstabs (10) die derselben Spulenseite (14.1) zugeordneten Leiterenden (6.1) unterschiedlicher Spulenlagen5. Rotor according to one of claims 3 or 4, characterized in that at the same end of the respective winding bar (10) the same coil side (14.1) associated conductor ends (6.1) of different coil layers
(13) in axialer Richtung unterschiedlich weit vorstehen unter Bildung einer treppenförmigen Stufenstruktur (16) zur Anordnung der Leiterverbinder (7) in mehreren in axialer Richtung übereinander liegenden Wickelkopflagen (8.1), wobei mehrere der Leiterenden (6.1) der jeweiligen Spulenlage (13) eine Ausklinkung (12) aufweisen. (13) protrude to different extents in the axial direction, forming a stepped structure (16) for arranging the conductor connectors (7) in several end winding layers (8.1) lying one above the other in the axial direction, with several of the conductor ends (6.1) of the respective coil layer (13) having one Have notch (12).
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterverbinder (7) jeweils als Flachdraht oder balkenförmiger Leiterstab ausgebildet ist, der zumindest zwischen seinen Enden geradlinig ausgebildet ist, insbesondere vollständig geradlinig ist, und einen viereckigen Leiterquerschnitt aufweist. 6. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor connector (7) is designed as a flat wire or bar-shaped conductor rod, which is straight at least between its ends, in particular is completely straight, and has a square conductor cross-section.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterverbinder (7) derselben Spule (14) und derselben Wickelkopflage (8.1) gleich ausgebildet sind, insbesondere hinsichtlich der Länge, der Form oder des Leiterquerschnittes. 7. Rotor according to one of claims 3 to 6, characterized in that the conductor connectors (7) of the same coil (14) and the same end winding layer (8.1) are of identical design, in particular with regard to length, shape or conductor cross section.
8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterverbinder (7) in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) mittels von elektrisch nicht-leitenden Stützelementen (20) am Rotor (1), insbesondere an einer Rotorhülse oder einer Rotorkappe (21) des Rotors (1), abgestützt sind. 8. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor connectors (7) in the radial direction with respect to the rotor axis (2) by means of electrically non-conductive support elements (20) on the rotor (1), in particular on a rotor sleeve or a rotor cap (21) of the rotor (1) are supported.
9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (20) jeweils eine Wickelkopflage (8) mit mehreren Leiterverbindern (7) derselben Spule (14) der Erregerwicklung (4) abstützen, wobei die Stützelemente (20) jeweils in axialer Richtung unterhalb oder oberhalb der zugeordneten Wickelkopflage (8.1) angeordnet sind.
10. Rotor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (20) jeweils einen in radialer Richtung verlaufenden ersten Stützabschnitt (20.1) mit einer Stützstruktur (19) zur Abstützung der Leiterverbinder (7) und/oder jeweils einen am Rotor (1) abgestützten zweiten9. Rotor according to claim 8, characterized in that the supporting elements (20) each support a winding overhang layer (8) with a plurality of conductor connectors (7) of the same coil (14) of the field winding (4), the supporting elements (20) each being in the axial direction are arranged below or above the associated end winding layer (8.1). 10. Rotor according to one of Claims 8 or 9, characterized in that the support elements (20) each have a first support section (20.1) running in the radial direction with a support structure (19) for supporting the conductor connector (7) and/or each have an am Rotor (1) supported second
Stützabschnitt (20.2) aufweisen, der insbesondere quer zu dem jeweiligen ersten Stützabschnitt (20.1) verläuft und insbesondere bogenförmig ist. 11. Elektrische Maschine mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Have a support section (20.2) which runs in particular transversely to the respective first support section (20.1) and is in particular arcuate. 11. Electrical machine with a rotor (1) according to any one of the preceding claims.
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