DE2905639A1

DE2905639A1 - Dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE2905639A1
Application number: DE19792905639
Authority: DE
Inventors: Jacques E Albaric; Lawrence J Long
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1978-02-14
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1979-08-16
Also published as: BE874161A; FR2417201A1; JPS54120804A; IT1110716B; IT7920069A0; CA1113995A; US4217515A; YU30779A; ES477643A1

Description

Patentanwälte

Seite J? Unser Zeichen WS158P-1916

Dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine.

Die Rotoren herkömmlicher dynamoelektrischer Maschinen sind derart aufgebaut, daß die dem Rotor zugeordnete Feldwicklung in axial verlaufende Schlitze eingelegt wird, die an dem Außenumfang des Rotors ausgebildet sind. Die in den axial verlaufenden Schlitzen liegenden Wicklungsabschnitte werden häufig in den Längsschlitzen durch keilförmige Rückhaltestäbe festgehalten, die nach dem Einsetzen in die Längsschlitze die Öffnung dieser Längsschlitze verschließen, wobei die Keilstäbe häufig durch eine im Querschnitt schwalbenschwanzförmige oder konische Form in Verbindung mit komplementär ausgebildeten Wänden

der 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSER 2 Q Π R K ^ Q

Patentanwälte Λ J U O O J ϋ

Seite jg- £ Unser Zeichen W₈!₅ 8P-1916

der Längsschlitze des Rotors in diesem festgehalten werden.

An jedem axialen Ende des Rotors tritt die Feldwicklung aus den Längsschlitzen aus und läuft in ümfangsrichtung an dem Rand des Rotors entlang, bis der geeignete Längsschlitz geschnitten wird. An dieser Stelle tritt die Feldwicklung in einen geeigneten Längsschlitz wieder ein, der an der in Umfangsrichtung entgegengesetzten Seite des Rotorpoles angeordnet ist, der gerade gewickelt wird. Dieser Wickelvorgang wird fortgesetzt, wobei die in umfangsrichtung näher an dem Rotorpol liegenden Längsschlitze vor den in einem größeren Abstand von dem Rotorpol liegenden äußeren Längsschlitzen gefüllt werden. Somit wurde bei den herkömmlichen Rotoren für jede komplette Windung um einen Rotorpol die Feldwicklungswindung an jedem axialen Ende verformt, um eine Rückkehrschleife in den zur Rückführung bestimmten Längsschlitz zu bilden. Diese Rückkehrschleifen sind als Feldwicklungsendwindungen bekannt und werden durch die herkömmlichen, zum Festhalten der Wicklungsabschnitte in den Längsschlitzen dienenden Keilstäbe nicht abgestützt. Aufgrund der hohen Zentrifugalkräfte, die während der Drehung des Rotors auf die Feldwicklungsendwindungen ausgeübt werden, wurde aber häufig eine Rückhalteanordnung in Form eines sogenannten Rückhalteringes oder eine Rückhaltehülse verwendet. Der Rückhaltering wurde häufig erhitzt und dann auf das jeweilige axiale Ende des Rotors aufgeschrumpft, so daß er die Endwindungen umgab. In dem MaBe, wie die Generatorleistung in den zurückliegenden Jahren anwuchs, erhöhten sich auch die Durchmesser der Generatorrotoren und die Anforderungen, die an die Festigkeit der zugehörigen Rückhalteringe gestellt wurden. Die Festigkeit der Rückhalteringe wurde häufig dadurch verstärkt, daß man ihren Außendurchmesser vergrößerte 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSEH 9 Q Π R K ^ Q

Patentanwälte ^ 3 U O O O

_ite >T Π Unser Zeichen WS15 8P~1916

größerte, da ihr Innendurchmesser von dem Rotordurchmesser abhängt. In dem Maße wie der Außendurchmesser der Rückhalteringe anwächst, wächst auch die selbstinduzierte
Zentrifugalkraft, die auf den Rückhaltering einwirkt.
Somit führt die Vergrößerung der radialen Dicke der
Rückhalteringe zu einer Wechselwirkung zwischen zwei
entgegengesetzt wirkenden Effekten: Eine Vergrößerung
der Festigkeit der Rückhalteringe durch eine Vergrößerung ihrer belasteten Querschnittsfläche und eine Verminderung der Festigkeit der Rückhalteringe aufgrund des Anwachsens der auf die Ringe einwirkenden Zentrifugalkräfte.

Der Außendurchmesser eines solchen Rückhalteringes oder
einer solchen Rückhaltehülse bildet jetzt eine ernsthafte Begrenzung einer weiteren Erhöhung des Rotordurchmessers. Eine solche Erhöhung des Rotordurchmessers ist jedoch notwendig, um Maschinen höherer Leistung zu entwickeln.
Neue Entwicklungen hochwertiger Materialien mögen eine
Vergrößerung des Außendurchmessers des Halteringes erlauben und damit eine Vergrößerung des Rotordurchnessers.
Jedoch sind solche Entwicklungen spekulativ und nicht vorhersagbar und man kann sich daher nicht darauf verlassen, daß Rückhalteringe entwickelt werden, die in Zukunft eine wesentliche Steigerung der Leistung dynamoelektrischer
Maschinen erlauben.

In der US-PS 3 634 7o9 ist ein Versuch zur Eliminierung
des Rückhalteringes dargestellt. Die Endwindungsabschnitte der Feldwicklnng werden in im Rotor ausgeformten Umfangsschlitzen eingebettet und in diesen durch eine
doppelte Schicht einer schraubenförmigen Drahtwicklung
festgehalten, die in Umfangsrichtung um in Längsrichtung
verlaufende Keile gewickelt wird, die ihrerseits an ihrer

radial
909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSEH 2 Q Π ^ R ^ Q

Patentanwälte £ 3 U 3 D J

Seile Jfr η Unser Zeichen WQ 158P**1916

radial inneren Seite die Endwindungen berühren. Die Verwendung einer solchen Drahtwicklung erfordert die Ausbildung von Längskeilen, deren axiale Endbereiche eine komplexe Form besitzen, die zu hohen Herstellungskosten und Schwierigkeiten beim Zusammenbau filhren kann.

In der französischen Patentschrift 21 45 1o3 ist ein kryogener Synchrongenerator dargestellt, der einen um jeden Rotorpol kontinuierlich umlaufenden Schlitz aufweist. Aufgrund der kontinuierlichen Form des Schlitzes, der nicht aus sich schneidenden Abschnitten besteht, müssen die Rückhaltestäbe mehr eingeschweißt als hermetisch abschließend eingesetzt werden, um die Windungen der Feldwicklung des Rotors festzuhalten. Solche kontinuierlichen Schlitze sind nach allgemeiner Auffassung schwierig herzustellen und erlauben es nicht, Keile zum Festhalten der in diesen Schlitzen angeordneten Feldwicklungen mechanisch einzusetzen. So werden bei den bekannten Rotoren zwar einige der von den Rückhalteringen verursachten Probleme beseitigt, dabei aber gleichzeitig neue Probleme geschaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor anzugeben, der unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile das Festhalten der Feldwicklung auf dem Rotor aucii bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten desselben ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Rotor entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 auszubilden.

Durch die Erfindung wird ein verbesserter Rotor für eine

dynamoelektrische 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSEf- Patentanwälte

Seit«: «f °\ Unser Zeichen WS158P~1916

dynamoelektrische Maschine mit einer Feldwicklung auf dem Rotor geschaffen, bei welchem das von den Endwindungen der Feldwicklung entwickelte Feld zur zusätzlichen Spannungserzeugung ausgenutzt wird, welches eine Steigerung der Leistung der dynamoelektrischen Maschine ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird ein Rotor vorgeschlagen, welcher Längsschlitze und Umfangsschlitze aufweist, die sich schneiden und zur Aufnahme der Windungen der Feldwicklung sowie zur Aufnahme von Keilanordnungen ausgebildet sind. Diese Keilanordnungen sind in bestimmte Schlitze mechanisch einsetzbar und halten nach ihrem Einsetzen die Windungen der Feldwicklung in den Schlitzen fest.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirken die Umfangsschlitze und die Längsschlitze paarweise miteinander zusammen, um eine Reihe von konzentrisch um jede Polzone des Rotors angeordneten Gruppen sich schneidender Schlitze zu bilden. Jede Schlitzgruppe umfaßt ein Paar von Längsschlitzen und ein Paar von ümfangsschlitzen, die einander schneiden, wobei jede Schlitzgruppe mit einer anderen Schlitzgruppe durch einen Längsschlitz oder einen ümfangsschlitz verbindbar ist, der sich bis zu der benachbarten Schlitzgruppe erstreckt. Der die Verbindung herstellende Längs- oder ümfangsschlitz kann die Feldwicklung aufnehmen, nachdem die benachbarte Schlitzgruppe gefüllt wurde, unabhängig davon, ob diese nun konzentrisch innerhalb oder außerhalb der betrachteten Schlitzgruppe liegt. Die in Umfangsrichtung gemessene Bogenlänge der in die Umfangsschlitze einsetzbaren Keilanordnungen ist kleiner oder gleich der in Umfangsrichtung gemessenen Breite der Längsschlitze, so daß diese Keilanordnungen zunächst an den Schnittstellen der Umfangsschlitze und der Längsschlitze eingesetzt

werden 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSER

Patentanwälte

Seite !β- yiQ Un..r Zeieh#n: WS158P~1916

werden können. Ferner können bestimmte Längsschlitze und/ oder Umfangeschiltze In radialer Richtung tiefer ausgeführt werden als die übrigen Schlitze, um in diese ausgewählten Schlitze Erregerleiter einzuführen, die sich zu den Polzonen des Rotors hin erstrecken. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen dynamoelektrischen Maschine ist, daß ihr Stator so ausgebildet werden kann, daß er sich in axialer Richtung über eine Länge erstreckt,welche der axialen Erstreckung der in den Längsschlitzen und Umfangsschlitzen des Rotors angeordneten Feldwicklung entspricht, wobei die Endwindungen in vorteilhafter Weise festgehalten werden, indem sie in dem Rotor der dynamoelektrischen Maschine eingebettet und durch die Verwendung von Keilen gesichert werden.

Die axial angeordneten Längsschlitze bilden ein offenes Gehäuse zur Aufnahme der Feldwicklung zwischen den in einem axialen Abstand voneinander angeordneten ümfangsschlitzen.Vorzugsweise werden aus einem leitfähigen Material hergestellte Keile verwendet, die in mindestens einen Teil der Schlitze eingesetzt werden können, um die Feldwicklung bei einer hohen Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors in den Schlitzen festzuhalten.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1A eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgeraäßen Generatorrotors,

Fig. 1B und 1C jeweils eine perspektivische Ansicht

einer Keilanordnung für Längsschlitze bzw. Um-

fangeschlltze 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSE*

Patentanwälte

29Ü5639

Unser Zeichen

WS158P-1916

fangsschlitze,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Generatorrotors gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Endansicht des in den Fig. 1A und 2 dargestellten Generatorrotors, und

Fig. 4A und 4B jeweils eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Rotor-Stator-Anordnung bzw. einer erfindungsgemäßen Rotor-Stator-Anordnung.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich in erster Linie mit einen Rotor mit einer Abstützung der Endwindungen einer Feldwicklung in dynamoelektrischen Maschinen dient. Demgemäß wird die Erfindung im folgenden anhand eines großen Turbinengenerators beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Rotor 1o,der bei seiner Anordnung in einer Betriebsstellung innerhalb eines Stators und bei Drehung um seine Achse 12 eine Reihe rotierender Magnetfelder erzeugen kann. Zwei Polzonen des Rotors sind mit 14 und 16 bezeichnet. In axialer Richtung verlaufende Längsechlitze 18 und in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsschlitze 2o sind in Gruppen um die Polzonen herum angeordnet. Jede Gruppe von Längsschlitzen 18 und diese schneidenden Umfangsschlitzen 2o umgibt jeweils eine der Polzonen 14 und 16 in einer im wesentlichen konzentrischen Anordnung, wenn man den Rotor in radialer Richtung von einem entfernt gelegenen Punkt aus betrachtet. Die Längsschlitze 18 erstrecken sich von den axialen Enden 22 des Rotors 1o bis zu einem schneidenden Umfangsschlitz 2o, der zwischen dem axialen Ende 24 des Rotors 1o und

den 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSEH ο Cl η C e ι η Patentanwälte

Seile: xff λ>*) Unser Zeichen

WS158P-1916

den Polzonen 14 oder 16 liegt.

Die nicht dargestellte Feldwicklung des Rotors 1o ist in den Schlitzen 18 und 2o angeordnet, wobei die Wicklung in den nahe den Polzonen 14 und 16 gelegenen Schlitzen beginnt. Die ersten Windungen der Feldwicklung werden üblicherweise in den Längs- und Umfangsschlitzen angeordnet, welche die innerste der konzentrischen Gruppen sich schneidender Schlitze bilden. Die die Feldwicklung bildenden Leiter werden in jeder Gruppe von Schlitzen angeordnet, indem man sie zunächst in einer ersten axialen Richtung in einen ersten Längsschlitz wie beispielsweise den Längsschlitz 18a, dann in einen ersten Umfangsschlitz wie den Umfangsschlitz 2ob, in einer zweiten axialen Richtung in einen zweiten Längsschlitz wie beispielsweise den Längsschlitz 18b und schließlich in einen zweiten Umfangsschlitz wie beispielsweise den Umfangsschlitz 2oa einlegt, bevor die Wicklungsleiter zu dem Wicklungsbeginn in dem Längsschlitz 18a zurückgeführt werden. Der Wicklungsbeginn jeder Schlitzgruppe kann entweder in einem Umfangsschlitz oder in einem Längsschlitz dieser Schlitzgruppe liegen. Nach Anordnung der gewünschten Anzahl von Feldwicklungsleitern in der innersten der konzentrischen Schlitzgruppen wird die Wicklung dann durch einen die Schlitze der Gruppen miteinander verbindenden Verbindungsschlitz 18c in eine benachbarte Schlitzgruppe geführt. Dann werden die Feldwicklungsleiter sukzessiv in der benachbarten Schlitzgruppe wie beispielsweise die nach außen hin benachbarte Längs-Umfangsschlitzgruppe eingelegt, bis jede Schlitzgruppe nach und nach aufgefüllt wird und die Wicklung für diese Polzone vervollständigt ist. Der Verbindungsschlitz 18c ist vorzugsweise ein Abschnitt eines Längsschlitzes 18.

Nach 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSE* 9 Q Π E; K ^ Q

Patentanwälte 4JÜDD JsJ

Seite: yf ^ Unser Zeichen: _WS158p__l916

Nach der Anordnung der Feldwicklung in den um die Polzonen herumliegenden Längs- und Ümfangsschlitzen 18 bzw. 2o werden Keilstücke 28 bzw. 28' in die jeweilige Öffnung der Schlitze 18 bzw. 2o eingesetzt, um die Windungen während der mit einer hohen Geschwindigkeit erfolgenden Drehung des Rotors 1o in diesen Schlitzen festzuhalten. Ein typisches Keilstück 28 ist in Fig. 1b dargestellt, in der man erkennt, daß der breite Abschnitt 3o des Keilstückes 28 unterhalb (d.h. nach radial innen versetzt) der Außenfläche des Rotors 1o angeordnet ist und daß der schmale Abschnitt 32 des Keilstückes 28 in radialer Richtung ungefähr mit der radial äußeren Umfangsfläche des Rotors 1o zusammenfällt. Die Schlitze 18 und 2o verjüngen sich - in ihrem jeweiligen Querschnitt betrachtet - derart, daß sie mit den in die Schlitze 18, 2o eingeführten Keilstücken 28 bzw. 28* zusammenwirken und deren radiale Bewegung begrenzen. Die Keilstücke 28 für die Umfangsschlitze 18 werden in der Weise eingesetzt, daß man zunächst Keilstücke 28 in die Stellen 34 einführt, an denen sich die Längsschlitze 18 und die Umfangsschlitze 2o schneiden. Die Keilstücke 28' werden dann in den ümfangsschlitzen 2o durch mechanische Einwirkung oder andere Verschiebeeinrichtungen gleitend zusammengesetzt. Wenn die jeweilige öffnung der umfangsschlitze 2o durch die Keilstücke 28' verschlossen ist, werden die für die Längsschlitze bestimmten Keilstücke 28 vom axialen Ende 22 des Rotors 1o her in die Längsschlitze 18 eingeführt. Die in den Umfangsschlitzen 2o anzuordnenden Keilstücke 28' sind in Fig. 1C dargestellt. Die Keilstücke 28' haben einen Krümmungsradius R, dessen Größe in einer Beziehung zu dem Außendurchmesser des Rotors 1o steht. Ihre Bogenlänge L¹ ist kleiner oder gleich der in Umfangsrichtung

gemessenen 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSER '} Q Π C e ο Q Patentanwälte Z 3 U D O d α Seit. Vf . Un,er Zeichen: WS158P-1916

gemessenen Breite der Längsschlitze 18. Im übrigen sind die für die Längsschlitze bestimmten Keilstücke 28 ähnlich wie die für die Umfangsschlitze bestimmten Keilstücke 28' ausgebildet. Die Längsschlitze 18 erstreckten sich bis zu dem axialen Ende 24 des Rotors 1o. Diese Ausdehnung kann jedoch den Arbeitsaufwand für die notwendige Bearbeitung und damit die Herstellungskosten für einen Rotor mit eingebetteten Endwindungen erhöhen.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausfuhrungsform, bei der ebenfalls die Endwindungen eingebettet sind. Bei dieser anderen Ausführungsform erstrecken sich die Längsschlitze 18 über die gesamte axiale Länge des Rotors 1o vom axialen Ende 22 bis zum axialen Ende 24, wobei sie Umfangsschlitze 2o schneiden. An beiden axialen Enden der Polzonen 14 und 16 ist die Feldwicklung in den Längsschlitzen 18 und den Umfangsschlitzen 2o im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1A angeordnet. Die so angeordnete Feldwicklung wird in dem ümfangs- und Längsschlitz 2o bzw. 18 durch Längskeile 28 festgehalten, die in den Längsschlitzen 18 angeordnet sind und sich über die gesamte axiale Länge des Rotors 1o zwischen den axialen Enden 22 und 24 erstrecken. In den Oberflächen der Polzonen 14 und 16 ist jeweils ein Hilfslängsschlitz 36 angeordnet, um eine Abstützung für die in dem Umfangsschlitzen 2o angeordneten Wicklungsteile mit einer in ümfangsrichtung gemessenen Breite C zu ermöglichen. Die Keilstücke 28 werden in die Hilfslängsschlitze 36 eingesetzt, um die Abstützung des in dem Abschnitt C liegenden Feldwicklungsabschnitts zu ermöglichen, der in der Regel zu breit ist, um während einer mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Umdrehung des Rotors 1o unabgestützt in seiner Lage zu verbleiben. Es sind wiederum Verbindungs-

schlltze 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSER 2 9 O S fi Patentanwälte

eite: V5" /\ζ Unser Ze.chen ViS 1 5 8P~ 1

schlitze 18c vorgesehen, die den in der Fig. 1A dargestellten Verbindungsschlitzen sehr ähnlich sind. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform erfordert keine Keilstücke für die ümfangsschlitze, sondern kommt mit den in Umfangsrichtung mit einem Abstand zueinander angeordneten Längskeilen 28 aus, um eine hinreichende Abstützung für die in ümfangsrichtung verlaufenden eingebetteten Endwindungen der Feldwicklung zu bewirken.

Fig. 3 zeigt das axiale Ende 22 des Rotors 1o, in dem nach dieser Darstellung die Längsschlitze 18 an beiden in Ümfangsrichtung weisenden Seiten der Polzonen 14 und 16 ausgebildet sind. Fig. 3 zeigt vier Pole des Rotors 1o. In Fig. 3 erkennt man Hauptlängsschlitze 38, in denen die Feldwicklung des Rotors wie in den Längsschlitzen 18 angeordnet ist. Die Hauptlängsschlitze 38 sind jedoch in radialer Richtung tiefer ausgebildet, um so einen Kanal zur Anordnung von Erregerleitern längs der radial inneren Grenzfläche der Hauptlängsschlitze 38 vorzusehen. Die Erregerleiter werden also in die Polzonen 14 und 16 durch die Hauptlängsschlitze 38 eingeführt und bilden den Anfang der Feldwicklung, die anschließend um diese Polzonen herumgewickelt wird. Es versteht sich, daß die in den Hauptlängsschlitzen 38 angeordneten Erregerleiter von der Feldwicklung durch zusätzliche Stützkeile 28 getrennt sind, welche die Erregerleiter in ihrer Lage halten. Es ist ferner festzuhalten, daß die eine Verbindung zwischen den Schlitzen herstellenden Verbindungswege 34 Teil der Längsschlitze 18, der Hauptlängsschlitze 38 oder der ümfangsschlitze 2o sein können.

Die Fig. 4A und 4B zeigen in schematicher Weise das Zusammenwirken von Rotor- und Statorabschnitten bei einer

bekannten 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSER Patentanwälte Unser Zeichen

WS158P-1916

bekannten Ausführungsform bzw. bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der gemäß dem Stand der Technik ausgebildete Rotor 4o ist in Fig. A dargestellt. Er trägt an seinen axialen Enden Rückhalteringe 42 und 44, die üblicherweise dazu dienen, die Endwindungen der Feldwicklung bei einem mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit umlaufenden Rotor festzuhalten. Wie man erkennt, erstreckt sich der den Rotor 4o umgebende Stator 46 zwischen den einander zugekehrten axialen Endflächen der Rückhalteringe 42 und 44. Die in Längsschlitzen, welche in den Stator 46 ausgebildet sind, angeordneten Leiter 48 sind mit anderen Leitern 48 verbunden, die in ähnlicher Weise in anderen Längsschlitzen an jedem axialen Ende des Stators angeordnet sind, um Endwicklungen 5o zu bilden, die jeweils über das axiale Ende des Stators 46 hinausstehen und radial benachbart zu den Rückhalteringen 42 und 44 angeordnet sind. Die Darstellung zeigt, daß Endwindungen 52 der Rotorfeldwicklung von den Rückhalteringen 42 und 44 festgehalten werden.

Die Stärke des Magnetflusses an jedem der axialen Enden des in Fig. 4A dargestellten Generators ist so groß, daß Endabschirmungen 54 an den beiden axialen Enden des Stators 46 angeordnet sind, um die Stärke des in den Stator 46 des Generators eintretenden Magnetflusses zu verringern und damit eine übermäßige Erwärmung des Stators zu verhindern, die andernfalls auftreten könnte. Andere unerwünschte Effekte, die von dem Magnetfluß an verschiedenen Generatorteilen hervorgerufen werden, umfassen die Wechselwirkung des Rotorstromes und des Statorstromes, die große radiale Kräfte an den Stator-Endwindungen 5o und anderen zugehörigen Teilen aus magnetischem Material in den Endbereichen erzeugen kann.

Generatoren 909833/0837

FLEUCH AUS & WEHSER Q Q Π C K Q Q Patentanwälte Z J U ü O Δ V

Generatoren mit einem Aufbau entsprechend dem in Fig. 4A dargestellten Aufbau werden häufig dadurch gekühlt, daß man Wasserstoff oder ein anderes Kühlmittel radial durch den Stator 46, den Luftspalt 56, in den Rotor 4o, axial durch den Rotor längs einer inneren öffnung 57 und radial zurück durch den Rotor 4o, den Stator 46 und den Luftspalt 56 pumpt. Um eine wirkungsvolle Kühlung zu erreichen und ein extremes Ansteigen der Kühltemperatur zu vermeiden, ist es manchmal notwendig, mehrere der vorgenannten Kühlkreisläufe zu verwenden. Pfeile A in Fig. 4A zeigen als Beispiel einen Kühlmittelweg durch den Stator 46, den Luftspalt 56, die Innenöffnung 57 und den Rotor 4o. Um einen Kühlmittelfluß in radialer Richtung in den Rotor 4o hinein und in axialer Richtung bis zur inneren Rotoröffnung 57 hin zu erreichen, sind Leitflächen 58a und 58b in dem Luftspalt 56 angeordnet. Da die herköirmliche Generatorfertigungstechnik lehrt, daß der Rotor 4o in axialer Richtung in den zusammengebauten Stator eingesetzt wird, darf kein in radialer Richtung in den Luftspalt 56 hineinragendes Teil da sein, welches den Einbau des Rotors 4o behindern könnte. Aus diesem Grunde besteht die Leitfläche in dem Luftspalt bei herkömmlichen Generatoren aus zwei Teilen 58a und 58b, von denen das eine an dem Stator 46 und das andere an dem Rotor befestigt ist. Der Leitflächenabschnitt 58a erstreckt sich von dem Stator 46 radial einwärts, bleibt jedoch radial außerhalb der Rückhalteringe 42 und 44. Dadurch benötigt man einen Leitflächenabschnitt 58b, der an dem Rotor 4o befestigt ist und mit dem Leitflächenabschnitt 58a in der Weise zusammenwirkt, daß die beiden Leitflächenabschnitte zusammen einen axialen Fluß des Kühlmittels durch den Luftspalt 56 im wesentlichen verhindern. Die Anordnung eines Leitflächenabschnittes 58b an dem

Rotor 909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSER υ Q Π ζ fi "} Q Patentanwälte

Seite ix _Λ ^ U„„r Zeichen:

Rotor 4o ist jedoch unerwünscht, da seine radiale Ausdehnung erheblich ist und da der Leitflächenabschnitt somit hohen Belastungen ausgesetzt ist, die sich infolge der bei einer hohen Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors 4o auftretenden Zentrifugalkräfte ergeben.

Fig. 4B zeigt einen erfindungsgemäßen Generator mit einem Aufbau, der durch das Eliminieren der Rückhalteringe 42 und 44 möglich wurde. An jedem axialen Ende des Rotors sind eingebettete Endwindungen 52' dargestellt. Wie man erkennt, wurden die in herkömmlichen Generatoren verwendeten Rückhalteringe eliminiert aufgrund der keilförmigen Rückhaltemittel, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind. Gegenüber dem in Fig. 4A dargestellten Generator herkömmlicher Bauweise wurde der Stator 46 in axialer Richtung verlängert und der Rotor 4o in axialer Richtung verkürzt. Dis in Fig. 4B dargestellte neue Konstruktion ermöglicht das Ausnützen des von den Endwindungen des Rotors herrührenden Magnetflusses, um den von dem in axialer Richtung verlaufenden Wicklungsabschnitten des Rotors herrührenden Magnetfluß für die Erzeugung von Elektrizität in den Statorleitern 48 zu vermehren. Es kann gezeigt werden, daß ein für die Erzeugung einer Spannung verwendbarer, von den Endwindungen 52* herrührender Magnetfluß etwa 5o% des Magnetflusses beträgt, der in dem Luftspalt von den axial verlaufenden Leiterabschnitten auf dem Rotor 4o erzeugt wird. Die Ausnutzung des von den Endwindungen herrührenden Magnetflusses ermöglicht eine Verkürzung der Länge des Rotors 4o, einer Abnahme in der mittleren Windungslänge der Feldwicklung um bis zu 1o% und eine Verminderung der erforderlichen Erregerleistung bei Beibehaltung derselben Generatorleistung. Die Verwendung eines Rotors und eines Stators, die im wesentlichen 909833/0837

Patentanwälte

Seite: yf _Λ Unser Zeichen WS158P-1916

liehen koaxial zueinander ausgebildet sind, kann die Notwendigkeit für teure axiale Endabschirmungen verringern, die in herkömmlichen Generatoren zur Verminderung der
Wärmeverluste in dem Stator verwendet werden. Da ferner die Feldwicklung auf dem Rotor 4o in axialer Richtung
nicht über den Stator 46 hinausreicht, können die auf
die Statorendwindungen 5o einwirkenden radialen Kräfte erheblich verringert werden, was bedeutet, daß in gleichem Maße ein erheblicher Teil der Verankerung und Versteifung entfallen kann, die normalerweise für diese
Endwindungen 5o benötigt wird.

Eine Konstruktion des Rotors mit eingebetteten Endwindungen weist keine radial verbreiterten Abschnitte wie Rückhalteringe auf, die normalerweise bei den herkömmlichen Generatoren verwendet werden. Ein Rotor mit einem solchermaßen konstanten Außendurchmesser erlaubt die Verwendung von Leitflächen 60 in dem Luftspalt, die als Ganzes an dem Stator 46 befestigbar sind, so daß die hohen Belastungen entfallen, die bei der herkömmlichen Befestigung des Leitflächenabschnittes 58b an dem Rotor 4o
während der Drehung desselben auftreten. Der größte Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt jedoch in der Vergrößerung der Abmessungen und damit der Leistung des Generators, die durch den Wegfall der Rückhalteringe zum Festhalten der Rotorendwindungen und durch die Verwendung von keilartigen Sicherungseinrichtungen in Verbindung mit eingebetteten Endwindungen 52' erreicht
werden kann.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß durch die Erfindung eine verbesserte dynamoelektrische Maschine angegeben wird, welche eine geringere Erregerleistung be-

nötigt

909833/0837

Patentanwälte

Seite Ic 2O UnMr Zeichen: WS158P~1916

nötigt, keiner Abschirmungen für den Magnetfluß an den axialen Enden des Stators bedarf, eine Vergrößerung des Rotordurchmessers und damit der Leistung des Generators ermöglicht, die Verwendung stationärer Leitflächen in dem Luftspalt erlaubt und bei einem gegebenen Materialeinsatz die Generatorleistung weiter steigert, indem man den von den Endwindungen der Feldwicklung herrührenden Magnetfluß dazu ausnützt, um eine zusätzliche Spannung in den Statorwindungen zu erzeugen. Ein derartiger Aufbau einer dynamoelektrischen Maschine wird durch die Verwendung eingebetteter Endwindungen und die Halterung derselben durch Sicherungskeile möglich.

909833/0837

7A

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1.

Dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor (1o) in axialer Richtung verlaufende Längsschlitze (18) vorbestimmter axialer Länge und in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsschlitze (2o) vorbestimmter Bogenlänge aufweist, daß jeder Längsschlitz (18) an jedem axialen Ende des Rotors (1o) mindestens einen Umfangsschlitz (2o) schneidet, daß die sich schneidenden Längs- und Bogenschütze (18, 2o) in Gruppen zusammengefaßt sind, wobei jede Gruppe im Bereich einer Polzone (14, 16) des Rotors (1o) angeordnet ist, daß in den Schlitzen (18, 2o) eine Feldwicklung angeordnet ist mit Endwindungsabschnitten (52¹), die in den Umfangsschlitzen (2o) liegen ,und daß Keilanordnungen (28, 28') vorgesehen sind, um die Feldwicklung in den Schlitzen (18, 2o) zu halten.

909833/0837

ORlGiNAL INSPECTED

FLEUCHAUS & WEHSEK

Patentanwälte

Se₁Ie: 2ί Unser Zeichen: WS158P~1916

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Längsschlitze (18) von einem ersten axialen Ende (22) des Rotors (1o) bis zu Umfangsschlitzen (2o) erstrecken, die zwischen dem zweiten axialen Ende (24) des Rotors (1o) und den Polzonen (14/ 16) liegen.

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils zwei Längs3chlitze (18) in jeder zu einer Polzone (14, 16) gehörenden Gruppe mit zwei sie schneidenden Umfangsschlitzen (2o) zusammenwirken, um jeweils eine Reihe konzentrisch angeordneter, aus sich schneidenden Längs- und Umfangsschlitzen (18, 2o) bestehender Gruppen zu bilden, welche jede Polzone (14, 16) umgeben, wobei die Größe des von den Gruppen jeweils eingeschlossenen Flächenabschnittes der Rotoroberfläche in dem Maße zunimmt, wie der axiale Abstand bzw. der in Urafangsrichtung gemessene Abstand zwischen zwei miteinander zusammenwirkenden Umfangsschlitzen (2o) bzw. zwei miteinander zusammenwirkenden Längsschlitzen (18) zunimmt.

4. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Keilanordnungen (28') für die Umfangsschlitze (2o) eine in Umfangsrichtung gemessene Bogenlänge besitzen, die kleiner oder gleich der in Umfangsrichtung gemessenen Breite der Längsschlitze (18) ist.

5. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß ausgewählte Längsschlitze (18) an den» ersten axialen Ende (22) Verbindungswege zur Verbindung zwischen

909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSEr

Patentanwälte

Unser Zeichen

WS158P-1916

Schlitzgruppen bilden, welche zum Einlegen und zum übergang der Feldwicklung von einer Schlitzgruppe zur anderen Schlitzgruppe dienen.

6. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß vorbestimmte Längsschlitze (38) Wege zum Einführen elektrischer Erregerleitungen in die Polzonen (14, 16) des Rotors (1o) bilden.

7. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprache 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß ausgewählte Längsschlitze (18) Verbindungswege zwischen Schlitzen bilden, um die Feldwicklung zwischen einander benachbarten Umfangsschlitzen (2o) und den diese schneidenden Längsschlitzen (18) zu führen.

8. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den an jede Polzone (14, 16) angrenzenden Längsschlitzen (18) mindestens ein Hilfslängsschlitz (36) verläuft, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Rotors (1o) erstreckt und über die Polzone (14, 16) verläuft, und daß eine Hilfskeilanordnung in dem Hilfslängsschlitz (36) angeordnet ist, um die Windungen in den Umfangsschlitzabschnitten (2o) festzuhalten, die in Umfangsrichtung von den an die jeweilige Polzone (14, 16) angrenzenden Längsschlitzen (18) begrenzt werden.

909833/0837

FLEUCHAUS & WEHSEF

Patentanwälte

Unser Zeichen WS158P-1916

9. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis δ mit einem um den Rotor herum angeordneten Stator, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (46) sich in axialer Richtung über eine Länge erstreckt, die im wesentlichen gleich dem axialen Abstand der den axialen Enden (22, 24) des Rotors (4o) nächstgelegenen Umfangsschlitze (2o) ist.

10. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Keilanordnungen aus einem hoch leitfähigen Material bestehen, elektrisch leitend miteinander verbunden und so ausgebildet sind, daß sie den induzierten Stromfluß in dem Rotor (1o) minimal halten.

909833/0837