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WO2004017490A1 - Rotor für eine elektrische maschine - Google Patents

Rotor für eine elektrische maschine Download PDF

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WO2004017490A1
WO2004017490A1 PCT/CH2003/000508 CH0300508W WO2004017490A1 WO 2004017490 A1 WO2004017490 A1 WO 2004017490A1 CH 0300508 W CH0300508 W CH 0300508W WO 2004017490 A1 WO2004017490 A1 WO 2004017490A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
conductor
groove
axial
conductors
Prior art date
Application number
PCT/CH2003/000508
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Drubel
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Priority to DE10393050T priority Critical patent/DE10393050D2/de
Priority to AU2003285615A priority patent/AU2003285615A1/en
Publication of WO2004017490A1 publication Critical patent/WO2004017490A1/de
Priority to US11/057,886 priority patent/US7173358B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/22—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors consisting of hollow conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine, in which axial conductors of the rotor excitation windings are inserted into axial grooves in the rotor body and are secured by peripherally arranged means against the forces occurring during operation.
  • the rotating field of an electrical machine is usually generated by a rotor which has grooves in which electrical conductors are placed.
  • the rotor core is usually made of steel, while the windings are made of copper or another electrically conductive material.
  • the inducing field is generated by a direct current flowing through these windings, which is either generated separately and fed to the conductors via brushes on the rotor shaft, or which is generated directly on the shaft in a so-called brushless excitation.
  • the cooling of such arrangements is usually made possible by providing cooling channels either in the conductors or between the conductors, and by cooling gas or another cooling medium circulating through these cavities during operation.
  • Such rotor geometries are described, for example, in CH 638349 or in CH 649422.
  • the invention is therefore based on the object of providing a structurally simple, stable rotor for an electrical machine, in which axial conductors of the rotor excitation windings are inserted in axial grooves in the rotor body and are secured by peripherally arranged means against the forces occurring during operation ,
  • This object is achieved in that a single axial conductor is arranged per slot.
  • a first embodiment of the invention is characterized in that the conductor has a width which is less than its height. In other words, a flat conductor is preferably inserted upright in the groove.
  • the width to the height of the conductor is preferably in a ratio of 1: 1.5 to 1: 5, particularly preferably in a ratio of 1: 2 to 1: 4.
  • the use of such upright conductors prevents, among other things, the problems of bending conductors under the action of centrifugal forces that occur in conductors lying in the grooves.
  • Flat conductors lying transversely in the grooves (according to the prior art) have the tendency to bend under the strong centrifugal forces and thus reduce the space for gas transport or generate unbalances.
  • the means against the forces that occur during operation are designed as slot wedges located at the top or as rings encircling the rotor, the rings preferably being shrunk on.
  • the conductors can simply be inserted into the slot and then either the slot wedges can be inserted in the axial direction or the rings can be placed around the rotor.
  • the insulation between the conductors and the rotor body can be ensured in that the conductors are covered with an insulating layer, or in that the inside of the axial groove is covered with insulation.
  • a slot filling layer can be provided in the slot and / or the conductor can be provided with an insulating coating with a thickness in the preferred range of 0.7 mm.
  • cooling slots for the circulation of cooling medium in the axial and / or radial direction are advantageously provided between the conductor and the side walls of the axial groove, the cooling slots preferably having a width in the range from 0.5 to 1.5 cm. These cooling slots serve both to dissipate the heat generated during operation and to isolate the conductor and rotor body.
  • the above-mentioned options for insulation on the conductor or in the groove base or on the groove walls can also be used in combination with the cooling slots.
  • the conductors can have at least one axially extending cooling channel, the cooling channel preferably having a width which is less than its height.
  • the total cross-sectional area of the axial cooling channels in a groove make up at least 80 percent of the conductive cross-sectional area of the conductor.
  • the distance between the side wall of the axial groove and the side surface of the conductor should be at least 3 mm in each case.
  • the conductor consists of aluminum or copper or an alloy containing at least one of these metals.
  • the slot wedges are preferably made of bronze or non-magnetic steel. It is also possible that additional damper windings are arranged in the grooves.
  • FIG. 1 shows an axial partial section through a rotor with conductors with cooling channels.
  • Fig. 2 is a partial axial section through a rotor with conductors without cooling channels.
  • the axial partial section comprises the peripheral area of a rotor 1.
  • the section shows part of a pole area 2 and an area of the recess in which the conductors 3 of the field windings are arranged.
  • the rotor 1 has axial grooves 6 into which the conductors 3 are inserted.
  • One of the grooves is for better illustration 6 shown without ladder.
  • the axial grooves 6 have a depth H2 of approximately 15 cm at the base of the groove, that is to say on the radially inner side, the grooves 6 have a width B2 in the region of 4 cm, while at the peripheral end they have a slightly trapezoidal shape have a width B3 in the range of 5 cm.
  • the axial grooves 6 In the peripheral, i.e. H. In the outer area, the axial grooves 6 have axial splines 12. These are used to fasten the splines (see below).
  • the axial grooves 6 are milled out of a forged rotor core together with the keyways 12.
  • the rotor core is usually made of steel.
  • a film made of Nomex (DuPont) can be inserted.
  • a spacer 10 is first placed on the groove bottom.
  • the spacer 10 is typically made of an insulating material and, as shown in FIG. 1, can optionally have a projection which, in conjunction with a notch in the conductor 3, ensures stable positioning of the conductor 3 in the groove 6.
  • a conductor 3 is then inserted into the groove 6.
  • this conductor 3 has a height H1 in the range of approximately 12 cm, and at its lower end a width B1 in the range of 3 cm.
  • the conductor 3 can also have a slightly trapezoidal design, ie have a larger width at its peripheral end.
  • the conductor has a solid cross-sectional area FI in the range from 5 to 50 cm 2 .
  • Gaps so-called axial cooling slots 5, remain between the conductor 3 and the side walls of the axial groove 6. Viewed in cross section, these cooling slots 5 have a surface F3 in a groove.
  • the conductor 3 has an axial cooling channel 4.
  • This cooling channel 4 has a cross-sectional area F2.
  • a cooling medium flows, for. B. a coolant or a gas such.
  • additional channels can optionally be provided which allow flow in the radial direction at certain points (z. B. radial holes in the groove wedges 7).
  • the total cross-sectional area F2 + F3 available to the coolant make up at least 80 percent of the solid cross-sectional area FI of the conductor 3.
  • the side cooling slots 5 also take on an isothermal function at the same time.
  • the conductor 3 can be coated with an insulating coating. While such a coating is absolutely necessary in a conventional design by touching the individual conductors, there is no need for a coating here, since the insulation to the rotor teeth 9 is ensured by the air gap 5.
  • the distance between the conductor 3 and the wall of the groove 6 should be at least 3 to 4 millimeters in order to allow good cooling on the one hand and to ensure the insulation on the other hand.
  • the conductors 3 are made of copper or aluminum, or of alloys which contain at least one of these metals.
  • a spacer 8 is first placed on the conductor, whereby this spacer 8 is also made of an insulating material and can have a bulge 14 which the conductor 3, in cooperation with a corresponding one Notch in conductor 3, stabilized in its positioning.
  • the key 7 is inserted from the axial direction in such a way that the key projections 13 engage in the side keyways 12.
  • the Nufkeile 7 can extend over the entire length of the axial section of the conductor 3. But it is also possible to use adjacent or slightly spaced Nu wedge sections. The peripheral outer surface of the slot wedges 7 is flush with the surface of the pole region 2.
  • the slot wedges 7 are made of bronze or steel (non-magnetic). It is also possible to form the spacer 8 and the key 7 in one piece. After the slot wedges 7 have been inserted, the conductors 3 can be stabilized by means of additional wedges inserted from the axial end on the slot bottom or by a resilient pretension.
  • the conductors 3 do not have a central cooling channel 4, but for cooling purposes only the conductors 3 on the side. slots 5 are arranged.
  • the conductors 3 are not fixed in the groove 6 by means of slot wedges 7, but first there are spacers 8 (it can also or additionally be damper windings) on the conductors 3, the spacers 8 being flush with the surface of the pole region 2 to lock.
  • spacers 8 it can also or additionally be damper windings
  • a plurality of rings 11 are attached around the rotor 1 to fix them in the grooves 6 along the rotor 1. These rings 11 are braced and thus fix the conductor 3 in the grooves 6.
  • the conductors 3 have a flat profile (the width B1 is considerably smaller than the height H1), and this flat profile is upright in the grooves 6. The conductor is therefore maximally stable with respect to centrifugal forces.
  • the conductors are connected to windings at the pole ends in a conventional manner, or are connected to a direct current supply to generate the excitation field.
  • the direct current can either be supplied via brushes or generated directly on the shaft.
  • the proposed design of a rotor is also suitable, inter alia, for use in connection with superconducting rotors.

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine, bei welchem axiale Leiter (3) der Rotor-Erregerwicklungen in axiale Nuten (6) im Rotor-körper eingelegt und durch peripher angeordnete Mittel (7,8,11) gegen die bei Betrieb auftretenden Kräfte gesichert sind. Dabei wird eine besonders einfache und in Bezug auf die bei Betrieb auftretenden Zentrifugalkräfte Bauweise dadurch erreicht, dass pro Nut ein einziger Leiter (3) angeordnet ist. Dabei steht der Leiter (3) bevorzugt hochkant in der axialen Nut (6).

Description

Rotor für eine elektrische Maschine
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, bei welchem axiale Leiter der Rotor-Erregerwicklungen in axiale Nuten im Rotorkörper eingelegt und durch peripher angeordnete Mittel gegen die bei Betrieb auftretenden Kräfte gesichert sind.
STAND DER TECHNIK
Das rotierende Feld einer elektrischen Maschine wird üblicherweise von einem Rotor erzeugt, welcher über Nuten verfügt, in welche elektrische Leiter gelegt werden. Normalerweise wird dabei der Rotorkern aus Stahl gefertigt, während die Windungen aus Kupfer oder einem anderen elektrisch leitenden Material hergestellt sind. Das induzierende Feld wird dadurch erzeugt, dass diese Windungen von einem Gleichstrom durchflössen werden, welcher entweder separat erzeugt wird und den Leitern über Bürsten an der Rotorwelle zugeführt wird, oder welcher direkt auf der Welle erzeugt wird in einer so genannten bürstenlosen Erregung.
Infolge der hohen Zentrifugalkräfte welche beim Betrieb eines derartigen Rotors auftreten, ist es wichtig, die Leiter fest mit dem Rotorkern zu verkeilen. Auf der anderen Seite ist es wichtig, die bei Betrieb erzeugte Wärme effizient abzuführen, d. h. eine gute Kühlung der Leiter sicherzustellen.
Normalerweise wird dies dadurch erreicht, dass Nuten im Rotorkern vorgesehen werden, dass anschliessend mehrere Leiter in diese Nuten übereinander und gegebenenfalls auch nebeneinander eingelegt werden, und dann an der peripheren Seite die Nuten durch Keile abgeschlossen und die Leiter durch die Keile in den Nuten befestigt werden. Die Leiter sind dabei von einer Isolationsschicht umgeben. Alternativ ist es möglich, keine Keile vorzusehen, sondern vielmehr Ringe, welche den Rotor umlaufend umgeben und die Leiter in den Nuten halten. Die Leiter werden mit anderen Worten durch die Keile oder die Ringe radial nach ihnen gedrückt und so die Zentrifugalkräfte aufgefangen.
Die Kühlung derartiger Anordnungen wird üblicherweise dadurch ermöglicht, dass entweder in den Leitern oder zwischen den Leitern Kühlkanäle vorgesehen werden, und indem Kühlgas oder ein anderes Kühlmedium bei Betrieb durch diese Hohlräume zirkuliert.
Derartige Rotorgeometrien werden zum Beispiel in der CH 638349 oder in der CH 649422 beschrieben.
Problematisch an derartigen Anordnungen sind die häufig auftretenden Windungskurz- schlüsse, welche dadurch zu Stande kommen, dass die zwischen den Leitern vorgesehene Isolation alert, abgerieben wird und dann durch die starken Zentrifugalkräfte beim Betrieb mechanisch so stark belastet werden, dass die Isolationswirkung nicht mehr gewährleistet ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen, stabilen Rotor für eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, bei welchem axiale Leiter der Rotor-Erregerwicklungen in axiale Nuten im Rotorkörper eingelegt und durch peripher angeordnete Mittel gegen die bei Betrieb auftretenden Kräfte gesichert sind.
Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass pro Nut ein einziger axialer Leiter angeordnet ist.
Der Kern der Erfindung besteht somit darin, nicht, wie im Stand der Technik üblich, pro Nut eine Vielzahl von übereinander geschichteten Leitern anzuordnen. Bei derartigen übereinander geschichteten Leitern ist die Zwischeπisolation beim Betrieb grossen Zentrifugalkräften ausgesetzt, was Anlass zu Windungskurzschlüssen zwischen den Leitern geben kann, wenn die Isolation zwischen den einzelnen Leitern durch grosse mechanische Belastung nicht mehr sicher gewährleistet ist. Die Anordnung von nur einem Leiter pro axialer Nut kann diese Probleme in konstruktiv einfacher Weise lösen. Eine erste Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Leiter eine Breite aufweist, welche geringer ist als seine Höhe. Mit anderen Worten wird bevorzugt ein flacher Leiter hochkant in die Nut eingelegt. Dabei verhält sich die Breite zur Höhe des Leiters bevorzugt in einem Verhältnis von 1:1.5 bis 1:5, besonders bevorzugt in einem Verhältnis von 1:2 bis 1:4. Die Verwendung von derartig hochkant stehenden Leitern verhindert unter anderem die bei in den Nuten liegenden Leitern auftretenden Probleme der Verbiegung von Leitern unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften. Flache, in den Nuten quer liegende Leiter (nach dem Stand der Technik) haben nämlich die Tendenz, sich unter den starken Zentrifugalkräften zu verbiegen und so den Raum zum Gastransport zu verringern oder Unwuchten zu erzeugen.
Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel gegen die bei Betrieb auftretenden Kräfte als oben liegende Nutkeile oder als den Rotor umlaufende Ringe ausgebildet, wobei die Ringe bevorzugt aufgeschrumpfte ausgebildet sind. So können die Leiter einfach in die Nut eingelegt werden und anschliessend entweder die Nutkeile in axialer Richtung eingeschoben werden respektive die Ringe um den Rotor gelegt werden. Alternativ ist es auch möglich, direkt die einzelnen Leiter mit peripher angeordneten axialen Vorsprüngen (längs verlaufende Rippen oder Schultern) zu versehen, welche in korrespondierende Aussparungen (Längsnuten) in den axialen Nuten des Rotorkörpers eingeschoben werden können. So kann sogar auf separat ausgebildete Nutkeile verzichtet werden.
Die Isolation zwischen den Leitern und dem Rotorkörper kann dadurch gewährleistet werden, dass die Leiter mit einer isolierenden Schicht überzogen sind, oder dass die Innenseite der axialen Nut mit einer Isolation überzogen ist. Mit anderen Worten kann in der Nut eine Nutfüllage vorgesehen werden und/oder der Leiter mit einer isolierenden Beschichtung mit einer Dicke im bevorzugten Bereich von 0.7 mm versehen werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform werden in vorteilhafter Weise zwischen Leiter und Seitenwänden der axialen Nut Kühlschlitze zur Zirkulation von Kühlmedium in axialer und/oder radialer Richtung vorgesehen, wobei die Kühlschlitze bevorzugt eine Breite im Bereich von 0.5 bis 1.5 cm aufweisen. Diese Kühlschlitze dienen sowohl der Abführung der bei Betrieb entstehenden Wärme, als auch der Isolation zwischen Leiter und Rotorkörper. Die genannten Möglichkeiten der Isolation am Leiter oder im Nutgrund respektive an den Nutwänden können auch kombiniert mit den Kühlschlitzen verwendet werden.
Um die Kühlung beim Betrieb weiterhin zu verbessern, können die Leiter wenigstens einen axial verlaufenden Kühlkanal aufweisen, wobei der Kühlkanal bevorzugt eine Breite aufweist, welche geringer ist als seine Höhe. Die gesamte Querschnittsfläche der axialen Kühlkanäle in einer Nut machen dabei wenigstens 80 Prozent der leitenden Querschnittsfläche des Leiters aus. Der Abstand zwischen der Seitenwand der axialen Nut und der Seitenfläche des Leiters sollte jeweils wenigstens 3 mm betragen.
Der Leiter besteht aus Aluminium oder Kupfer oder einer wenigstens eines dieser Metalle enthaltenden Legierung. Die Nutkeile werden bevorzugt aus Bronze oder unmagnetischen Stahl gefertigt. Weiterhin ist es möglich, dass in den Nuten zusätzlich Dämpferwicklungen angeordnet sind.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch einen Rotor mit Leitern mit Kühlkanälen; und
Fig. 2 einen axialen Teilschnitt durch einen Rotor mit Leitern ohne Kühlkanäle.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der axiale Teilschnitt umfasst den peripheren Bereich eines Rotors 1. Der Ausschnitt zeigt dabei einen Teil eines Polbereichs 2, sowie einen Bereich der Aussparung, in welchem die Leiter 3 der Feldwicklungen angeordnet sind. Der Rotor 1 verfügt dazu über axiale Nuten 6, in welche die Leiter 3 eingelegt werden. Zur besseren Darstellung ist dabei eine der Nuten 6 ohne Leiter abgebildet. Die axialen Nuten 6 haben in diesem Fall eine Tiefe H2 von ca. 15 cm, am Nutgrund, das heisst auf der radial inneren Seite haben die Nuten 6 eine Breite B2 im Bereich von 4 cm, während sie am peripheren Ende infolge einer leicht trapezoidalen Formgebung eine Breite B3 im Bereich von 5 cm aufweisen.
Im peripheren, d. h. äusseren Bereich verfügen die axialen Nuten 6 über axiale Keilnuten 12. Diese dienen der Befestigung der Nutkeile (siehe weiter unten). Die axialen Nuten 6 werden, zusammen mit den Keilnuten 12 aus einem geschmiedeten Rotorkern herausgefräst. Der Rotorkern ist dabei üblicherweise aus Stahl gefertigt. In die Nut 6 kann eine so genannte Nutfüllage z. B. aus Polyamid mit einer Dicke im Bereich von 0.7 mm eingelegt werden, um eine Isolation zu den zwischen den Nuten 6 angeordneten Rotorzähnen 9 zu gewährleisten. Beispielsweise kann eine Folie aus Nomex (DuPont) eingelegt werden.
In die axialen Nuten 6 wird zunächst ein Distanzhalter 10 auf den Nutboden aufgelegt. Der Distanzhalter 10 ist typischerweise aus einem isolierenden Material gefertigt und kann gegebenenfalls, wie in Fig. 1 dargestellt, über einen Vorsprung verfügen, welcher im Zusammenspiel mit einer Kerbe im Leiter 3, eine stabile Positionierung des Leiters 3 in der Nut 6 gewährleistet. Anschliessend wird in die Nut 6 ein Leiter 3 eingelegt. Dieser Leiter 3 hat in diesem Fall eine Höhe Hl im Bereich von ca. 12 cm, und an seinem unteren Ende eine Breite Bl im Bereich von 3 cm. Auch der Leiter 3 kann leicht trape- zoidal gestaltet sein, d. h. an seinem peripheren Ende eine grössere Breite aufweisen. Der Leiter weist eine massive Querschnittsfläche FI im Bereich von 5 bis 50 cm2 auf. Zwischen dem Leiter 3 und den Seitenwänden der axialen Nut 6 verbleiben Spalte, so genannte axiale Kühlschlitze 5. Im Querschnitt betrachtet weisen diese Kühlschlitze 5 in einer Nut eine Fläche F3 auf. In seinem Zentrum weist der Leiter 3 einen axialen Kühlkanal 4 auf. Dieser Kühlkanal 4 verfügt über eine Querschnittsfläche F2. Im zentralen Kühlkanal 4 sowie in den seitlichen Kühlschlitzen 5 strömt ein Kühlmedium, z. B. eine Kühlflüssigkeit oder ein Gas wie z. B. Luft oder Wasserstoff, in axialer Richtung, optional können zusätzlich Kanäle vorgesehen werden, welche an bestimmten Stellen ein Strömen in radialer Richtung erlauben (z. B. radiale Löcher in den Nutkeilen 7). Um eine genügende Kühlung der Leiter 3 gewährleisten zu können, sollte bevorzugtermas- sen die gesamte dem Kühlmittel zur Verfügung stehende Querschnittsfläche F2+F3 wenigstens 80 Prozent der massiven Querschnittsfläche FI des Leiters 3 ausmachen.
Die seitlichen Kühlschlitze 5 übernehmen gleichzeitig auch noch eine isoHerende Funktion. Entsprechend kann der Leiter 3 mit einer isolierenden Beschichtung überzogen sein. Während eine derartige Beschichtung bei konventioneller Bauweise durch die Berührung der einzelnen Leiter zwingend notwendig ist, kann hier auf eine Beschichtung verzichtet werden, da die Isolation zu den Rotorzähnen 9 durch den Luftspalt 5 gewährleistet wird. Der Abstand zwischen dem Leiter 3 und der Wand der Nut 6 sollte wenigstens 3 bis 4 Millimeter betragen, um einerseits eine gute Kühlung zu erlauben und andererseits die Isolation gewährleisten zu können.
Die Leiter 3 werden aus Kupfer oder Aluminium gefertigt, oder aus Legierungen, welche wenigstens eines dieser Metalle enthalten.
Nachdem der Leiter 3 in die Nut 6 eingelegt ist, wird zunächst ein Distanzhalter 8 auf die Leiter aufgelegt, wobei auch dieser Distanzhalter 8 aus einem isolierenden Material gefertigt ist und über eine Ausbuchtung 14 verfügen kann, welche den Leiter 3, im Zusammenspiel mit einer korrespondierenden Kerbe im Leiter 3, in seiner Positionierung stabilisiert. Anschliessend wird aus axialer Richtung der Nutkeil 7 derart eingeschoben, dass die Keilvorsprünge 13 in die seitlichen Keilnuten 12 eingreifen. Die Nufkeile 7 können sich dabei über die gesamte Länge des axialen Abschnitts der Leiter 3 erstrecken. Es ist aber auch möglich, aneinander grenzende oder leicht voneinander beab- standete Nu keil-Abschnitte zu verwenden. Die periphere Aussenfläche der Nutkeile 7 schliesst bündig mit der Oberfläche des Polbereichs 2 ab.
Die Nutkeile 7 werden aus Bronze oder Stahl (unmagnetisch) gefertigt. Es ist auch möglich, den Distanzhalter 8 und den Nutkeil 7 einstückig auszubilden. Nachdem die Nutkeile 7 eingeschoben wurden, können die Leiter 3 über zusätzliche, vom axialen Ende her am Nutboden eingeschobene Keile oder über eine federnde Vorspannung stabilisiert werden.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die Leiter 3 nicht über einen zentralen Kühlkanal 4 verfügen, sondern zur Kühlung nur seitlich der Leiter 3 Kühl- schlitze 5 angeordnet sind. Ausserdem sind die Leiter 3 nicht durch Nutkeile 7 in der Nut 6 fixiert, sondern es befinden sich zunächst Distanzhalter 8 (es kann sich dabei auch oder zusätzlich um Dämpferwicklungen handeln) auf den Leitern 3, wobei die Distanzhalter 8 bündig mit der Oberfläche des Polbereichs 2 abschliessen. Nach dem Einlegen der Leiter 3 wird zu deren Fixierungen in den Nuten 6 entlang des Rotors 1 eine Mehrzahl von Ringen 11 um den Rotor 1 umlaufend angebracht. Diese Ringe 11 werden verspannt und fixieren so die Leiter 3 in den Nuten 6.
Bei beiden Ausführungsbeispielen verfügen die Leiter 3 über ein flaches Profil (die Breite Bl ist wesentlich kleiner als die Höhe Hl), und dieses flache Profil steht hochkant in den Nuten 6. So ist der Leiter maximal stabil in Bezug auf Zentrifugalkräfte. Die Leiter werden an den Polenden in konventioneller Weise zu Windungen verbunden, respektive mit einer Gleichstromversorgung zur Erzeugung des Erregerfeldes verbunden. Der Gleichstrom kann dabei entweder über Bürsten zugeführt werden, oder direkt auf dem Schaft erzeugt werden.
Die vorgeschlagene Bauweise eines Rotors eignet sich unter anderem auch für die Verwendung im Zusammenhang mit supraleitenden Rotoren.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Rotor
2 Polbereich
3 Leiter
4 axialer Kühlkanal
5 axiale Kühlschlitze
6 axiale Nut
7 Nutkeil
8 Distanzhalter
9 Rotorzähne
10 Distanzhalter auf Nutboden
11 Ring
12 Keilnut
13 Keil vorsprang
14 Ausbuchtung
B 1 Breite des Leiters
B2 Breite der axialen Nut am Nutboden
B3 Breite der axialen Nut am Rotorumfang
Hl Höhe des Leiters
H2 Tiefe der Nut
FI Querschnittsfläche des Leiters
F2 Querschnittsfläche des zentralen Kühlkanales
F3 Querschnittsfläche der seitlichen Kühlkanäle

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Rotor (1) für eine elektrische Maschine, bei welchem Leiter (3) der Rotor-Erregerwicklungen in Nuten (6) im Rotorkörper eingelegt und durch peripher angeordnete Mittel (7, 8, 11) gegen die bei Betrieb auftretenden Kräfte gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass pro Nut ein einziger Leiter (3) angeordnet ist.
2. Rotor (1) nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (3) eine Breite (Bl) aufweist, welche geringer ist als seine Höhe (Hl).
3. Rotor (1) nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (Bl) zur Höhe (Hl) des Leiters (3) ein Verhältnis von 1:1.5 bis 1:5, bevorzugt ein Verhältnis von 1:2 bis 1:4, aufweist.
4. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7, 8, 11) gegen die bei Betrieb auftretenden Kräfte als oben liegende Nutkeile (7) oder als den Rotor (1) umlaufende Ringe (11), bevorzugt als aufgeschrumpfte Ringe (11), ausgebildet sind.
5. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Leiter (3) und Seitenwänden der axialen Nut (6) Kühlschlitze (5) zur Zirkulation von Kühlmedium in axialer und/oder radialer Richtung vorgesehen sind, wobei die Kühlschlitze (5) bevorzugt eine Breite im Bereich von 0.5 bis 1.5 cm aufweisen.
6. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (3) wenigstens einen axial verlaufenden Kühlkanal (4) aufweist, wobei der Kühlkanal (4) bevorzugt eine Breite aufweist, welche geringer ist als seine Höhe.
7. Rotor (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Querschnittsfläche (F2+F3) der axialen Kühlkanäle (4, 5) in einer Nut (6) wenigstens 80 Prozent der Querschnittsfläche (FI) des Leiters (3) ausmacht.
8. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (6) eine NutfüUage vorgesehen ist und/oder der Leiter (3) mit einer isolierenden Beschichtung mit einer Dicke bevorzugt im Bereich von
0.7 mm versehen ist.
9. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (3) aus Aluminium oder Kupfer oder einer wenigstens eines dieser Metalle enthaltenden Legierung besteht, und dass die Nutkeile (7) aus Bronze oder unmagnetischen Stahl bestehen.
10. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, .dass in den Nuten (6) zusätzlich Dämpferwicklungen angeordnet sind.
PCT/CH2003/000508 2002-08-16 2003-07-25 Rotor für eine elektrische maschine WO2004017490A1 (de)

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