CH658554A5 - Dynamoelektrische maschine. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einem zylindrischen Rotor und einem Stator mit Ankerwicklungsstäben, einer Einrichtung zur Halterung der Potentialstäbe eines Erregersystems der Maschine, wobei sich zumindest einige der Ankerwicklungsstäbe und der Potentialstäbe, im folgenden auch P-Stäbe genannt, im Endbereich der Maschine in annähernd rechtem Winkel kreuzen.

Im wesentlichen weist eine dynamoelektrische Maschine des in Rede stehenden Typs einen genuteten Rotor auf, in dessen Nuten eine Wicklung bildende Stäbe angeordnet sind, so dass beim Durchfluss eines elektrischen Stromes durch diese Rotorwicklung ein Erregermagnetfeld entsteht. Wenn der Rotor gedreht wird, beispielsweise mittens einer Dampfturbine, induziert das resultierende rotierende Magnetfeld Ströme in den Ankerstäben, die im wesentlichen in Nuten des Stators angeordnet sind. Gleichfalls in diesen Statornuten sind Pötentialstäbe angeordnet, die hier auch als P-Stäbe bezeichnet sind. Es sind weniger P-Stäbe vorgesehen als Ankerstäbe. Die Ankerstäbe nehmen die Hauptstrombelastung der Maschine auf; und die P-Stäbe sind vorgesehen, um elektrische Energie zu erzeugen, die gleichgerichtet und zu Kollektorringen geführt wird, um die Feldwicklungen des Rotors zu speisen. Das heisst, die P-Stäbe sind Teil des Erregersystems der Maschine.

Bei bekannten dynamoelektrischen Maschinen ist der von den P-Stäben aufgenommene Strom, insbesondere bei bestimmten Fehlerzuständen, nicht ausreichend, um wesentliche elektro-mechanische Kräfte auf die P-Stäbe auszuüben. Bei bestimmten neueren Erregeranordnungen treten jedoch viel grössere Kräfte an den P-Stäben auf. Diese Anordnungen sehen gewöhnlich nur eine Spannungsquelle für die Erregungsenergie mit kleiner oder keiner Strombegrenzungsreaktanz vor. Im Wickelkopf dieser neuen Maschinenanordnungen können die Seitenkräfte an den P-Stäben 10,6 kg/cm2 (150 psi) überschreiten. Da die Nennleistung dynamoelektrischer Maschinen zugenommen hat, sind weiterhin auch die Längen der Maschinen selbst grösser geworden, so dass thermisch hervorgerufene Ausdehnungen verschiedener Bauteile, wie der P-Stäbe, bei der Konstruktion der Maschine berücksichtigt werden müssen.

Im mittleren Abschnitt der Maschine werden die Ankerstäbe und P-Stäbe mittels Keilen in den Statornuten gehalten. Verschiedene Formen von Haltern werden jedoch in den Endabschnitten ausserhalb der Nuten benötigt. Eine Befestigungsanordnung zum Befestigen der Ankerstäbe selbst in den Endabschnitten der Statorwicklung ist im US-Patent 3 437 859 vom 8. April 1969 von E. E. Gibbs et al. der Anmelderin gezeigt. In diesem Patent, insbesondere in Fig. 8, sind Umfangsmantelbän-der gezeigt, die bezüglich der Ankerstäbe in einem Winkel angeordnet sind, um einen Halter für die schräg verlaufenden Wickelköpfe der Ankerstäbe zu bilden. Die Mantelbänder des Gibbs et al.-Patentes sind an den Ankerstäben mittels Bändern befestigt, die im einzelnen im US-Patent 3 566 010 vom 23. Februar 1971 von Karl F. Drexler et al. der Anmelderin beschrieben sind. Im einzelnen sind die Bänder durch Wickeln mit Strängen hoch zugfesten Materials, welches mit einem härtbaren Harz getränkt ist, gebildet. Die Stränge werden unter Spannung um die zu befestigenden Abschnitte gewickelt und das Harz wird dann in einen festen Zustand ausgehärtet. Dieses Befestigungsverfahren wird allgemein auch hier als Wickeln (wrapping) bezeichnet. Andere Wege zum Halten der Generatorwicklungsenden sind im US-Patent 3 135 888 vom 2. Juni 1964 von A. D. Coggeshall der Anmelderin dargestellt. Die drei hier angeführten Patente werden durch Bezugnahme als Hinter-grundmaterial für die vorliegende Erfindung hier mit aufgenommen.

Kurz gesagt, weisen die bekannten dynamoelektrischen Maschinen keine ausreichende Sicherheit gegen mechanische Bewegungen bestimmter Erregerwicklungen in radialer und Um-fangsrichtung auf, die jetzt grossen seitlichen Kräften unterworfen werden können, die bei elektrischen Fehlerzuständen auftreten.

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Demgemäss ist es ein Ziel der Erfindung, für die Potentialstäbe einer dynamoelektrischen Maschine eine im Wickelkopf der Maschine angeordnete Halteeinrichtung zu schaffen, die eine gewisse axiale Ausdehnung erlaubt, während die Wicklungen sowohl gegen Umfangs- als auch radiale Kräfte gesichert sind.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer dynamoelektrischen Maschine der eingangs genannten Art gelöst, deren Halteeinrichtung elektrisch isolierende Träger aufweist, die entlang des genannten Kreuzbereiches von P- und Ankerstäben angeordnet sind und sich im wesentlichen senkrecht zu den Ankerstäben erstrecken und in den Ankerstäben befestigt sind und wobei elektrisch isolierende Halter quer über den Träger angeordnet und an den Trägern und an den P-Stäben befestigt sind.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemässen dynamoelektrischen Maschine weist einen zylindrischen Rotor auf, mit leitenden Wicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, sowie einen zylindrischen Stator, der den Rotor koaxial umgibt und in dessen Nuten Ankerwicklungsstäbe angeordnet sind. Die Ankerwicklungsstäbe weisen nahe der Stelle, an der sie aus den Statornuten treten, eine erste Biegung in einem spitzen Winkel bezüglich der Axialrichtung und eine zweite nachfolgende Biegung in einem bezüglich der Axialrichtung entgegengesetzt gerichteten Winkel auf, so dass die Ankerwicklungsstäbe danach im wesentlichen in dieselbe Richtung gerichtet sind, in der sie aus den Statornuten austreten. Die P-Stäbe, die aus einigen der Statornuten austreten, sind derart gebogen, dass sie mindestens einige der Ankerwicklungsstäbe in einem annähernd rechten Winkel kreuzen. Die P-Stäbe sind mit dem Erregersystem verbunden, um elektrische Energie für das magnetische Feld des Rotors zu liefern.

Die dynamoelektrische Maschine weist auch eine Halteeinrichtung für diese P-Stäbe auf, mit elektrisch isolierenden Trägern, die im Endbereich der Maschine, wo sich einige der Ankerwicklungsstäbe und der P-Stäbe kreuzen, angeordnet sind und sich etwa senkrecht zu den Ankerwicklungsstäben erstrecken. Diese Träger sind an den Ankerwicklungsstäben befestigt. Die Halteeinrichtung weist weiterhin elektrisch isolierende Halter auf, die quer über den Trägern angeordnet und mit diesen und auch mit den P-Stäben verbunden sind.

Um der Halteeinrichtung zusätzliche Festigkeir zu geben, wird vorzugsweise ein innerer Halter verwendet, der nahe der Stelle, an der die Ankerwicklungsstäbe und die P-Stäbe aus den Statornuten austreten, direkt mit Ankerwicklungsstäben und mit einem P-Stab verbunden ist. Viele gängige dynamoelektrische Maschinen weisen zusätzlich einen Kopfring auf, an dem die Ankerwicklungsstäbe angebunden sind. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die P-Stäbe vorzugsweise von einem äusseren Halter gehalten, an dem alle P-Stäbe befestigt sind, welcher Halter seinerseits mit dem Kopfring verbunden ist. Bei dynamoelektrischen Maschinen ohne derartige Kopfringe kann der äussere Halter direkt am äussersten Teil des Ankerwickelkopfes angebracht sein. Der äussere Halter weist vorzugsweise Ausnehmungen auf, um den P-Stab gabelförmig aufzunehmen. Zur Befestigung werden vorzugsweise hochfeste, mit einem härtbaren Harz imprägnierte Fiberbänder verwendet.

Um leicht unterschiedliche Ausdehnungen auszugleichen, wird z.B. zwischen den P-Stäben und den Haltern ein verformbares Kissen ausgebildet. Dazu wird eine Beschichtung geringer Reibung, beispielsweise eine Teflon enthaltende Emulsion oder ein anderes Antihaftmaterial, direkt auf die äusseren Flächen der Grundisolierung des P-Stabes aufgebracht und die Fläche dann mit einem Polyester-, Mylar- oder anderen Film umwik-kelt, der einen direkten Kontakt zwischen der Isolierung und dem in den Bindebefestigungen verwendeten Harz verhindert. Diese Anordnung erlaubt eine thermische Differentialausdehnung in axialer Richtung zwischen den P-Stäben, dem Statorkern und den Ankerwicklungsstäben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausgestaltungen beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 die Teilansicht des Wickelkopfes am Stator einer Ma-5 schine gemäss der Erfindung;

Fig. 2 den Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Halters;

Fig. 3 den Längsschnitt durch einen zweite Ausführungsform eines Halters;

io Fig. 4 den Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Halters;

Fig. 5 den Schnitt durch einen äusseren Kopfring;

Fig. 6 die Teilansicht eines anders ausgeführten Wickelkopfs am Stator einer Maschine gemäss der Erfindung;

i5 Fig. 7 den Längsschnitt durch einen Halter, der bei der alternativen Ausgestaltung des Wicklungsendes gemäss der Fig. 6 verwendet wird.

In Fig. 1 erstrecken sich die Enden von Ankerstäben 10 radial von der Statormittellinie 30 und biegen kurz danach in ei-20 nem spitzen Winkel ab und erstrecken sich um ein weiteres Stück und sind dann in einem entgegengesetzt gerichteten Winkel abgebogen. Die Ankerstäbe 10 erstrecken sich somit vom Wickelkopf der Maschine in einer Richtung, die im wesentlichen der entspricht, in der sie aus den Statornuten austreten. In 25 diesem Wickelkopf sind auch die P-Stäbe 12 gehalten. Es ist nur ein einzelner P-Stab 12 gezeigt, obwohl üblicherweise drei P-Stäbe verwendet werden. Allgemein sind viel mehr Ankerstäbe vorhanden als P-Stäbe, die nur das Erregersystem versorgen müssen und nicht derselben Strom- oder Leistungsbelastung wie 30 die Ankerstäbe 10 ausgesetzt sind. Der P-Stab 12 ist im wesentlichen zusammen mit einem oder mehreren Ankerstäben in einer Nut des Stators angeordnet. Beim Austritt des P-Stabes aus der Statornut ist er in Richtungen abgebogen, die im wesentlichen entgegengesetzt zur Biegung der Ankerstäbe selbst verlau-35 fen, so dass ein Abschnitt der Ankerstäbe gebildet wird, der von P-Stäben gekreuzt wird. Dieser Winkel dieser Kreuzung beträgt typischerweise etwa 90°. Erfindungsgemäss sind Träger 20 vorgesehen, die mittels Umwicklungen 40 an den Ankerstäben 10 befestigt sind. Diese Träger 20 sind aus elektrisch isolieren-40 dem Material gefertigt, das steif und fest ist und doch einen bestimmten Grad an Flexibilität besitzt. Beispielsweise kann Baumwollgewebe mit einem phenolischen Harz zu einem Hochdrucklaminat verklebt werden, um sowohl die Träger 20 als auch die Halter 14, 16, 18, 22 und 24 (Fig. 7) zu bilden, die im 45 einzelnen weiter unten beschrieben sind. Innerhalb dieser allgemeinen Erfordernisse ist die Zusammensetzung der Halter und Träger jedoch für die Ausführung der Erfindung nicht kritisch. Die Halter 16 und 18 sind über den Trägern 20 brückenartig angeordnet und vorzugsweise mittels Umwicklungen 40 an diesen so befestigt. In gleicher Weise wird der P-Stab 12 von den Haltern 16 und 18 gehalten, wie gezeigt (siehe auch Fig. 3 und 4), und ist auch mittels einer Umwicklung 40 daran befestigt. Das Wickelmuster ist, wie gezeigt, bevorzugt kreuzweise. Die Umwicklung ist jedoch nur an der Seite gekreuzt, die in Fig. 1 dar-55 gestellt ist. Die gegenüberliegende Seite ist nicht gekreuzt. Dennoch bildet jede Umwicklung 40 eine einfache Schleife. Die Halter 16 und 18 sind im einzelnen in den Fig. 3 und 4 beschrieben. Zusätzlich kann der P-Stab erfindungsgemäss von einem inneren Halter 14 gehalten sein, der direkt an einer Anzahl An-60 kerstäbe 10 befestigt ist, wie dargestellt. Der innere Halter 14 ist mittels der Umwicklung 40 direkt an zumindest einem Paar Ankerstäben 10 befestigt und ist mittels der Umwicklung auch an dem P-Stab 12 befestigt. Der innere Halter 14 bildet so eine gewünschte Halterung für den P-Stab, wenn dieser aus der Nut 65 des Statorkerns austritt, bevor er eine erste Biegung bildet. Zusätzlich wird der P-Stab 12 auch am Kopfring 26 von einem äusseren Halter 22 gehalten. Dieser Halter 22 ist am Kopfring 26 mittels einer kreisförmigen Wickelschleife 40 und am P-Stab

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12 mittels gekreuzter Umwicklung 40, wie gezeigt, befestigt. Der innere Halter 14 und der äussere Halter 22 sind im einzelnen in den Fig. 2 und 5 dargestellt. Der Vollständigkeit halber sind in Fig. 1 äussere Träger 28 dargestelt, die am Hauptrahmen der Maschine befestigt sind.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den inneren Halter 14. Es ist zu sehen, dass dieser Halter 14 bevorzugt Ausnehmungen aufweist, in denen Ankerstäbe 10 angeordnet sind, um eine Bewegung des P-Stabes 12 in Umfangsrichtung zu verhindern. In gleicher Weise ist der P-Stab 12 in einer Ausnehmung bzw. einem Kanal im inneren Halter 14 angeordnet. Diese Ausnehmungen sind vorzugsweise mit einem anpassbaren Material 32, wie einem Dacronkissen, gefüllt. Diese anpassbaren Kissen 32 bilden einen sicheren Sitz sowohl für die Ankerstäbe 10 als auch die P-Stäbe 12. Der innere Halter 14 ist auch mit Löchern 34 versehen, durch welche die Umwicklung 40 geführt ist, um den Halter an einem Paar Ankerstäben 10 zu befestigen. Diese Löcher 34 weisen, wie gezeigt, vorzugsweise eine abgeschrägte Kante auf. In gleicher Weise befestigt die Wicklung 40 auch den P-Stab 12 am inneren Halter, wie gezeigt, und die Wicklung erstreckt sich über den unteren Teil des P-Stabes über die Schräge 36, um die Umwicklung nicht allzusehr an einer scharfen Kante zu beanspruchen.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Halter 16, der quer über die Träger 20 angeordnet ist. Wie oben sind schräge Kanten 36 zur Spannungsentlastung vorgesehen. In Fig. 3 sind auch anpassbare Kissen 38 dargestellt, die beispielsweise aus einem harzimprägnierten Material bestehen können, das gehärtet wird, wenn die Statoranordnung einem Härtungsprozess unterworfen wird. Die Kissen 38 werden wie die Träger 20 von Wickelbändern 40 an ihrem Platz gehalten.

Fig. 4 zeigt einen Halter ähnlich dem, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass die Löcher 34, die gleichfalls mit abgeschrägten .Kanten versehen sind, zur Befestigung der Wickelbänder 40 vorgesehen sind.

Fig. 5 zeigt einen Halter, der als äusserer oder Kopfringhal-ter 22 verwendet werden kann. Dieser Halter passt in die Krüm-s mung des Kopfringes 26 und wird dort mittels Wickelbändern 40, die, wie dargestellt, durch die Löcher 34 im Halter geführt sind, befestigt. Gleiche Wickelbefestigungen 40 halten den P-Stab im äusseren Halter 22.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung, die io insbesondere anwendbar ist, wenn die Krümmungen im P-Stab 12 relativ dicht beieinander liegen. Fig. 6 zeigt auch, dass es nicht erforderlich ist, dass der P-Stab die Ankerstäbe entlang der gesamten Länge des Wickelkopfes im rechten Winkel kreuzt. Die Halter 14, 16 und 26 sind jeweils in den Fig. 2, 3 15 und 5 dargestellt. Der Halter 24, der in Fig. 7 dargestellt ist, unterscheidet sich jedoch wegen des Winkels, in dem er von P-Stab 12 gekreuzt wird, leicht davon. Dieser Winkel macht es erforderlich, dass ein zurückgesetzter Abschnitt des Halters 24 in einem Winkel ausgeführt wird, um an den P-Stab 12 angepasst 20 zu werden. Der Klarheit wegen sind die Ankerstabbänder, wie sie im oben erwähnten Coggeshall-Patent oder Gibbs et al.-Patent erwähnt sind, in den Fig. 1 oder 6 nicht gezeigt. Dennoch werden derartige Ankerstabbänder in einer derartigen Maschine allgemein verwendet.

25 Aus Vorstehendem ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung eine Halteeinrichtung für die Potential- oder P-Stäbe einer dynamoelektrischen Maschine schafft. Die bei dieser Halteeinrichtung verwendeten Materialien sind vollständig mit den allgemein bei Ankerstäben und anderen Maschinenstrukturen so verwendeten Materialien kompatibel. In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, dass die P-Stäbe und die Ankerstäbe beide allgemein isolierte Kupferleiter sind, wobei jedoch die Isolation aus Gründen der Klarheit hier nicht dargestellt ist.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims (9)

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1. Dynamoelektrische Maschine mit einem zylindrischen Rotor und einem Stator mit Ankerwicklungsstäben, einer Einrichtung zur Halterung der Potentialstäbe eines Erregersystems der Maschine, wobei sich zumindest einige der Ankerwicklungsstäbe und der Potentialstäbe, im folgenden auch P-Stäbe genannt, im Endbereich der Maschine in annähernd rechtem Winkel kreuzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung aufweist:

elektrisch isolierende Träger (20), die entlang des genannten Kreuzbereiches von P- und Ankerstäben (12, 10) angeordnet sind und sich im wesentlichen senkrecht zu den Ankerstäben (10) erstrecken und an den Ankerstäben (10) befestigt sind und wobei elektrisch isolierende Halter (14,16, 18, 22) quer über den Trägern (20) angeordnet und an den Trägern und an den P-Stäben (12) befestigt sind.

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die genannten Befestigungen Umwicklungen (40) aus hochfestem, mit härtbarem Harz getränktem Fibermaterial vorgesehen sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (14,16, 18, 22) Ausnehmungen aufweisen, um die P-Stäbe (12) und die Träger (20) durchzuführen.

4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen mit einem anpassbaren Material (32) ausgekleidet sind.

5. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die axiale Ausdehnung der P-Stäbe gewährleistendes Kissen zwischen den P-Stäben (12) und den Haltern (14, 16, 18, 22) vorgesehen ist.

6. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der zylindrische Rotor Wicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes aufweist und dass die Ankerwicklungsstäbe (10) in den Nuten eines zylindrischen Stators, der den Rotor koaxial umgibt, angeordnet sind und nahe der Stelle, an der sie aus den Statornuten austreten, eine erste Biegung in einem spitzen Winkel bezüglich der Axialrichtung sowie eine zweite nachfolgende Biegung in einem entgegengesetzt gerichteten spitzen Winkel bezüglich der axialen Richtung aufweisen;

dass die P-Stäbe praktisch an der gleichen Stelle aus den Statornuten austreten und so gebogen sind, dass sie mindestens einige Ankerwicklungsstäbe (10) in einem annähernd rechten Winkel kreuzen, wobei die Stäbe mit der Erregerwicklung verbunden sind, um elektrische Energie zum Erzeugen des Rotormagnetfeldes zu liefern.

7. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein innerer Halter (14) an einer Anzahl von Ankerstäben (10) und an einem einzelnen P-Stab (12) nahe der Stelle, wo dieser aus der Statornut austritt, befestigt ist.

8. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest dem inneren Halter (14) und dem einzelnen P-Stab (12), der an dem Halter befestigt ist, ein die axiale Ausdehnung des P-Stabes gewährleistendes Kissen (32) angeordnet ist.

9. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfring (26) vorgesehen ist, an dem die Ankerstäbe (10) im Bereich der zweiten Biegung angebracht sind und dass zumindest ein äusserer Halter (22) am Kopfring (26) und an einem P-Stab (12) befestigt ist.